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公開番号2025074676
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-14
出願番号2023185660
出願日2023-10-30
発明の名称薄膜トランジスタ
出願人国立大学法人北海道大学
代理人個人,個人,個人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250507BHJP()
要約【課題】ゲート電圧印加によるトランジスタ特性の経時変化を防止した、水素化酸化インジウム薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタが、基板と、基板の上に設けられたゲート電極と、ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上に設けられた、水素化酸化インジウムからなる活性層および、活性層を挟んで配置されたソース電極およびドレイン電極とを含み、さらに、活性層の表面が希土類酸化物:Ln₂O₃(Ln:希土類元素)で覆われる。希土類酸化物は、例えば希土類酸化物は、酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化ガドリウム、および酸化イッテルビウムからなる群から選択される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
基板の上に設けられたゲート電極と、
ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜の上に設けられた、水素化酸化インジウムからなる活性層および、活性層を挟んで配置されたソース電極およびドレイン電極と、を含み、
さらに、活性層の表面が希土類酸化物：Ｌｎ
２
Ｏ
３
（Ｌｎ：希土類元素）で覆われたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
希土類酸化物は、Ｃ型希土類構造を有する酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
希土類酸化物は、酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化ガドリウム、および酸化イッテルビウムからなる群から選択される酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
活性層の表面の水酸基濃度は、１×１０
１３
～１×１０
１６
個／ｃｍ
２
であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
活性層の表面の水酸基濃度は、１×１０
１４
～１×１０
１５
個／ｃｍ
２
であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
活性層の水素化酸化インジウムの結晶粒径は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
活性層の水素化酸化インジウムの結晶粒径は、５０ｎｍ～１００μｍであることを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイの画素駆動用の薄膜トランジスタに関し、特に水素化酸化インジウムを活性層に用いた薄膜トランジスタに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
大型の液晶テレビや有機ＥＬテレビのようなディスプレイの画素駆動素子として、透明酸化物半導体を活性層とする薄膜トランジスタが用いられている。例えば透明酸化物半導体としてアモルファスＩｎＧａＺｎＯ
４
を用いた薄膜トランジスタでは、電界効果移動度１０ｃｍ
２
／Ｖｓが得られている（特許文献１参照）。
【０００３】
このようなディスプレイでは、更なる高精細化と高速動化が求められており、次世代の酸化物半導体薄膜トランジスタとしては、５０ｃｍ
２
／Ｖｓを超える電界効果移動度が必要とされる。これまでにも様々な透明酸化物半導体を活性層とする薄膜トランジスタが提案され、例えば、水素化酸化インジウム薄膜を活性層とする薄膜トランジスタにおいて、電界効果移動度が１４０ｃｍ
２
／Ｖｓであることが報告されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第４６２００４６号
【非特許文献】
【０００５】
Yusaku Magari, Taiki Kataoka, Wenchang Yeh & Mamoru Furuta, "High-mobility hydrogenated polycrystalline In2O3 (In2O3:H) thin-film transistors", Nature Communications 13, 1078 (2022)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら水素化酸化インジウム薄膜を活性層とする薄膜トランジスタでは、次世代ディスプレイに求められるスイッチング速度を満足することができる反面、トランジスタ特性が経時変化するという問題があった。
【０００７】
これに対して、発明者らは、水素化酸化インジウムを活性層に用いた薄膜トランジスタでは、水素化酸化インジウム薄膜の表面は親水性であり多くの水分子が吸着しているが、これに負のゲート電界を印加すると、活性層の表面に吸着した水酸基が外れて、トラップされていた電子が活性層中に戻り活性層中の電子密度が増加することで経時変化が起きることを突き止めた。そして、水素化酸化インジウム薄膜の活性層の表面を、酸化インジウムと同じ結晶構造を有する保護層で覆うことで水酸基の離脱を抑えることができることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００８】
即ち、本発明は、ゲート電圧印加によるトランジスタ特性の経時変化を防止した、水素化酸化インジウム薄膜を活性層とする薄膜トランジスタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの態様は、
基板と、
基板の上に設けられたゲート電極と、
ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜の上に設けられた、水素化酸化インジウムからなる活性層および、活性層を挟んで配置されたソース電極およびドレイン電極と、を含み、
さらに、活性層の表面が希土類酸化物：Ｌｎ
２
Ｏ
３
（Ｌｎ：希土類元素）で覆われたことを特徴とする薄膜トランジスタである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタは、水素化酸化インジウムの活性層の表面を酸化インジウムと同じ結晶構造を有する保護層で覆うことで、良好な電界効果移動度を有し、かつトランジスタ特性が経時変化しない薄膜トランジスタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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