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公開番号2025019988
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-07
出願番号2024053437
出願日2024-03-28
発明の名称薄膜トランジスタ及びX線センサ
出願人Tianma Japan株式会社
代理人藤央弁理士法人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250131BHJP()
要約【課題】X線センサに使用される薄膜トランジスタの特性を改善する。
【解決手段】X線センサに使用される薄膜トランジスタは、ゲート電極と、半導体層と、上記半導体層と上記ゲート電極との間のゲート絶縁層とを含む。上記ゲート絶縁層は、上記ゲート電極と界面を形成する第1領域と、上記半導体層と界面を形成する第2領域と、上記第1領域と上記第2領域との間の第3領域と、を含む。上記第1領域及び上記第2領域それぞれの電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度は、上記第3領域の電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度の内より低い密度より高い。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
Ｘ線センサに使用される薄膜トランジスタであって、
ゲート電極と、
半導体層と、
前記半導体層と前記ゲート電極との間のゲート絶縁層と、
を含み、
前記ゲート絶縁層は、
前記ゲート電極と界面を形成する第１領域と、前記半導体層と界面を形成する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域と、を含み、
前記第１領域及び前記第２領域それぞれの電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度は、前記第３領域の電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度の内より低い密度より高い、
薄膜トランジスタ。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の薄膜トランジスタであって、
前記第１領域と前記第２領域それぞれの水素濃度は、前記第３領域の水素濃度より高い、
薄膜トランジスタ。
【請求項３】
請求項１に記載の薄膜トランジスタであって、
前記第１領域と前記第２領域それぞれの電子トラップ準位密度は、７ｅ１１ｃｍ
-2
ｅＶ
-1
以上である、
薄膜トランジスタ。
【請求項４】
請求項１に記載の薄膜トランジスタであって、
前記第１領域及び前記第２領域はそれぞれ窒化物領域であり、前記第３領域は酸化物領域である、
薄膜トランジスタ。
【請求項５】
請求項１に記載の薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は３層構造を有する、
薄膜トランジスタ。
【請求項６】
請求項１に記載の薄膜トランジスタであって、
前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれは、略同一の電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度を有する、
薄膜トランジスタ。
【請求項７】
Ｘ線センサに使用される薄膜トランジスタであって、
ゲート電極と、
半導体層と、
前記半導体層と前記ゲート電極との間のゲート絶縁層と、
を含み、
前記ゲート絶縁層は、
前記ゲート電極と界面を形成する第１領域と、前記半導体層と界面を形成する第２領域とを含み、
前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれは、略同一の電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度を有する、
薄膜トランジスタ。
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、さらに、前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域を含み、
前記第１領域と前記第２領域それぞれの水素濃度は、前記第３領域の水素濃度より高い、
薄膜トランジスタ。
【請求項９】
請求項７に記載の薄膜トランジスタであって、
前記第１領域と前記第２領域それぞれの電子トラップ準位密度は、７ｅ１１ｃｍ
-2
ｅＶ
-1
以上である、
薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
請求項７に記載の薄膜トランジスタであって、
前記第１領域及び前記第２領域はそれぞれ窒化物領域である、
薄膜トランジスタ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、Ｘ線センサに使用される薄膜トランジスタの構造に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
Ｘ線の透過像により検体の内部を非破壊で検査する技術は、医療、工業用非破壊検査の分野などにおいて、欠くことのできない技術となっている。特にＸ線の透過像を電子データとして直接取り込むＤＲ（ＤｉｇｉｔａｌＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）は、読影の迅速性、画像処理による読影補助などの理由から、広く用いられるようになった。ＤＲは、ＦＰＤ（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｅｔｅｃｔｏｒ）と呼ばれるデバイスを使用する。
【０００３】
Ｘ線センサに利用されるＦＰＤは、一般に、直接変換型と間接変換型に分類される。直接変換型のＦＰＤは、Ｘ線を電気信号に直接変換する。間接変換型のＦＰＤは、Ｘ線検出パネルにＸ線を光、例えば可視光や紫外光に変換する蛍光体（シンチレータ）と、光を電気信号に変換する光電変換素子アレイとを含む。ＦＰＤは、アレイ状に配置された画素を含む。ＦＰＤの各画素は、Ｘ線又は光を電気信号に変換する変換素子と、電気信号を読み出すためのスイッチ薄膜トランジスタを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許出願公開第２０２２／０３４４５１７号
米国特許出願公開第２００８／００９０３４１号
米国特許第１０８５２４４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らの研究によれば、ＦＰＤに使用されるスイッチ薄膜トランジスタは、Ｘ線に対して大きな特性変動を示し得ることがわかった。具体的には、強いＸ線を照射している環境下でゲート電極に電圧を印加すると、薄膜トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ特性が失われてしまうことがわかった。これは、Ｘ線照射によってゲート絶縁膜中で発生する電子がゲート電極又は半導体層（活性層）へ流れ込むことが原因と考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様の装置のＸ線センサに使用される薄膜トランジスタは、ゲート電極と、半導体層と、前記半導体層と前記ゲート電極との間のゲート絶縁層とを含む。前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極と界面を形成する第１領域と、前記半導体層と界面を形成する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域と、を含む。前記第１領域及び前記第２領域それぞれの電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度は、前記第３領域の電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度の内より低い密度より高い。
【０００７】
本開示の一態様の装置のＸ線センサに使用される薄膜トランジスタは、ゲート電極と、半導体層と、前記半導体層と前記ゲート電極との間のゲート絶縁層と、を含み、前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極と界面を形成する第１領域と、前記半導体層と界面を形成する第２領域とを含み、前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれは、略同一の電子トラップ準位密度及びホールトラップ準位密度を有する。
【０００８】
本開示の一態様の装置のＸ線センサに使用される薄膜トランジスタは、ゲート電極と、半導体層と、前記半導体層と前記ゲート電極との間のゲート絶縁層と、を含み、前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極と界面を形成する第１領域と、前記半導体層と界面を形成する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間において、前記第１領域及び前記第２領域と異なる材料の第３領域と、を含み、前記第１領域及び前記第２領域は窒化物で形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様によれば、Ｘ線センサに使用される薄膜トランジスタの特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
Ｘ線センサの構成例を示すブロック図である。
画素の等価回路構成例を示す回路図である。
画素の断面構造を示す。
画素の平面図を示す。
関連技術に係る薄膜トランジスタ構造を模式的に示す断面図である。
図５に示す構造を有する薄膜トランジスタに対して６６０ＧｙのＸ線を照射した状態で＋１６Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
図５に示す構造を有する薄膜トランジスタに対して６６０ＧｙのＸ線を照射した状態で－８Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
関連技術に係る薄膜トランジスタ構造を模式的に示す断面図である。
図７に示す構造を有する薄膜トランジスタに対して６６０ＧｙのＸ線を照射した状態で＋１６Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
図７に示す構造を有する薄膜トランジスタに対して６６０ＧｙのＸ線を照射した状態で－８Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
図５－６Ｂを参照して説明した特性変化を説明するためのバンド図を示す。
図７－８Ｂを参照して説明した特性変化を説明するためのバンド図を示す。
本明細書の一実施形態に係るスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
図１１を参照して説明した薄膜トランジスタ構造における、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層のバンド図を示す。
本明細書の一実施形態に係る、Ｘ線センサのスイッチ薄膜トランジスの構造例を模式的に示す断面図である。
図１３に示す薄膜トランジスタに対するＸ線照射時のキャリアの動きを説明するためのバンド図を示す。
トップゲート構造を有するスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
デュアルゲート構造を有するスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
ボトムゲート／ボトムコンタクト構造を有するスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
デュアルゲート構造を有するスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
デュアルゲート構造を有するスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
デュアルゲート構造を有するスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
デュアルゲート構造を有するスイッチ薄膜トランジスタの構造例を示す断面図である。
実験に用いた薄膜トランジスタ構造を模式的に示す断面図である。
実験に用いた、もうひとつの薄膜トランジスタ構造を模式的に示す断面図である。
スイッチ薄膜トランジスタに対して行ったＸ線照射実験のＸ線照射条件を示す。
図２２Ａに示す構造を有する薄膜トランジスタに対して１０００ＧｙのＸ線を照射した状態で＋１５Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
図２２Ａに示す構造を有する薄膜トランジスタに対して１０００ＧｙのＸ線を照射した状態で－１５Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
図２２Ｂに示す構造を有する薄膜トランジスタに対して１０００ＧｙのＸ線を照射した状態で＋１５Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
図２２Ｂに示す構造を有する薄膜トランジスタに対して１０００ＧｙのＸ線を照射した状態で－１５Ｖのゲート電圧Ｖｇを与えた前後の、Ｖｇ－Ｉｄ特性の変化を示す。
図２２Ａ及び図２２Ｂに示す構造を有する薄膜トランジスタに対して、Ｘ線照射下で様々なＶｇ＋又はＶｇ－ストレスを与えて試験を行った結果を示す。
図２２Ａに示す構造を有する薄膜トランジスタに対するＸ線照射時のキャリアの動きを説明するためのバンド図を示す。
図２２Ａに示す構造を有する薄膜トランジスタに対するＸ線照射時のキャリアの動きを説明するためのバンド図を示す。
図２２Ｂに示す構造を有する薄膜トランジスタに対するＸ線照射時のキャリアの動きを説明するためのバンド図を示す。
図２２Ｂに示す構造を有する薄膜トランジスタに対するＸ線照射時のキャリアの動きを説明するためのバンド図を示す。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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