[发明专利]使用非晶氧化物的场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用非晶氧化物的场效应晶体管。

背景技术

场效应晶体管(FET)包括栅极电极、源极电极和漏极电极，并且是电子有源器件，其通过借助于对栅极电极的电压施加来控制进入沟道层的电流的流动来控制源极电极与漏极电极之间的电流。将绝缘基板(例如陶瓷、玻璃或塑料基板)上淀积的薄膜用作沟道层的FET具体地被称为薄膜晶体管(TFT)。

上述TFT是通过使用薄膜技术而被形成的，故此TFT具有易于形成在具有相对大面积的基板上的优点，因此广泛用作平板显示器(例如液晶显示器)的驱动器件。具体地说，有源液晶显示器(ALCD)通过使用玻璃基板上形成的TFT来开启/关断每一图像像素。此外，对于未来高性能有机LED显示器(OLED)，由TFT控制每一像素的电流是有效的。此外，具有更高性能的液晶显示器被实现，其中，具有驱动并且控制整个图像的功能的外围电路通过使用TFT而在图像区域附近被形成在基板上。

目前最流行的TFT是采用多晶硅膜或非晶硅膜作为沟道层材料的TFT。用于像素驱动的非晶硅TFT以及用于全局图像驱动/控制的高性能多晶硅TFT已经投入实际使用。

过去开发出来的TFT(包括非晶硅TFT和多晶硅TFT)的缺点在于，在制造这些器件中需要高温工艺，这使得难以将TFT形成在塑料板、膜、或其它相似的基板上。

同时，开发柔性显示器近年来已经变得活跃，在柔性显示器中，形成在树脂基板(例如聚合体板或膜)上的TFT充当LCD或OLED的驱动电路。这将注意力吸引到有机半导体膜，作为可以淀积在塑料等上的材料，有机半导体膜可以在低温被淀积，并且具有电导率。

并五苯是有机半导体膜的示例，并且其研究和开发正在进行。据报道，并五苯的载流子迁移率大约是0.5cm²/Vs，其等于非晶Si TFT的载流子迁移率。

然而，并五苯和其它有机半导体具有的问题是：热稳定性低(＜150℃)，并且尚未成功地制造出在实际使用中可用的器件。

作为可应用于TFT的沟道层的近来已经引起关注的另一材料是氧化物材料。例如，使用具有ZnO作为主要组分的透明导电氧化物多晶薄膜作为沟道层的TFT正在被积极开发。这种薄膜可以在相对低的温度淀积并且形成在塑料板、膜或其它相似的树脂基板上。然而，通常，具有ZnO作为主要组分的化合物无法在室温形成稳定非晶态，而是形成多晶态，这在多晶晶界中产生电子散射，并且使得难以增加电子迁移率。此外，这种多晶化合物的电特性极大地受可能取决于膜淀积条件等的制造工艺的多晶颗粒的形状和互连所影响，因此所得到的TFT器件在某些情况下具有波动特性。

关于这个问题，使用基于In-Ga-Zn-O的非晶氧化物的薄膜晶体管已经报道于K.Nomura et al.，Nature vol.432，pp.488-492(2004-11)中。该晶体管可以在室温形成在塑料或玻璃基板上。晶体管还实现具有大约6至9的场效应迁移率的常断型晶体管的特性。另一有利特性在于，晶体管关于可见光是透明的。具体地说，上述文献描述了一种使用具有In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9的组成比率(原子比率)的非晶氧化物用于TFT的沟道层的技术。

虽然使用三种金属元素In、Ga和Zn的非晶氧化物在上述文献中被采用，但就组分控制和材料调整的容易性而言，更好的是，使用更少数量的金属元素。

另一方面，当通过溅射或相似方法淀积时，使用一种类型的金属元素的氧化物(例如ZnO和In₂O₃)通常形成多晶薄膜，并且相应地可能如上所述地在TFT器件的特性方面产生波动。

关于作为使用两种类型的金属元素的示例的基于In-Zn-O的非晶氧化物的研究结果已经从Applied Physics Letters 89，062103(2006)的报告中获知。然而，已知的是，当基于In-Zn-O的非晶氧化物存储于大气中时，该氧化物的电阻率可能改变，由此改善环境是期望的。

此外，关于基于In-Zn-O的非晶氧化物的研究结果已经报道于Solid-State Electronics，50(2006)，pp.500-503。在该报告中，执行500℃的热处理，因此期望以较低温度制造器件。这是因为，如果可以在低温制造器件，则可以使用廉价的玻璃基板或树脂基板。

因此，由较少数量的金属元素组成的并且具有优异稳定性的非晶氧化物在薄膜晶体管领域是期望的。

发明内容