專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用氧化物的發(fā)光器件，尤其涉及使用有機(jī)EL元件和無機(jī)EL元件的發(fā)光器件。本發(fā)明還涉及頂部發(fā)射型或底部發(fā)射型的發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
近年來，平板顯示器(FPD)作為液晶和電致發(fā)光(EL)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果而被應(yīng)用。FPD由利用設(shè)置在玻璃襯底上的非晶硅薄膜或多晶硅薄膜作為有源層的場效應(yīng)薄膜晶體管(TFT)所構(gòu)成的有源矩陣電路驅(qū)動。
另一方面為了追求FPD在薄型、輕量、以及抗破壞性方面的進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)嘗試了使用重量輕、柔軟的樹脂襯底來代替玻璃襯底。然而，由于為了制造使用上述硅薄膜的晶體管，需要在相當(dāng)高的溫度下的熱處理，因此難于在低耐熱性的樹脂襯底上直接形成硅薄膜。
由于這個原因，使用例如主要包含可以在低溫下形成薄膜的ZnO氧化物的半導(dǎo)體薄膜的TFT被積極地開發(fā)了(日本專利申請公開No.2003-298062號公報)。
然而，大致因為無法獲得如使用硅的TFT那樣的充分的特性，使用現(xiàn)有的氧化物半導(dǎo)體薄膜的TFT并未達(dá)到應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的技術(shù)水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供使用以氧化物作為有源層的晶體管的新的發(fā)光器件、電子照相器件(electronograph)和顯示單元。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種具有包含第1和第2電極、以及位于第1和第2電極間的發(fā)光層的發(fā)光元件、和用于驅(qū)動該發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管的發(fā)光器件，其特征在于該場效應(yīng)晶體管的有源層由電子載流子濃度小于1018/cm3的非晶氧化物構(gòu)成。
該非晶氧化物優(yōu)選至少包括In、Zn、Sn之一。
可選地，該非晶氧化物優(yōu)選從由包含In、Zn和Sn的氧化物、包含InZn的氧化物、包含In和Sn的氧化物以及包含In的氧化物所構(gòu)成的組中選出的任何一種。
可選地，該非晶氧化物優(yōu)選包括In、Zn和Ga。
優(yōu)選將發(fā)光元件和場效應(yīng)晶體管設(shè)置在光學(xué)透明襯底上，并且從發(fā)光層發(fā)射的光通過該襯底輸出。場效應(yīng)晶體管優(yōu)選設(shè)置在襯底和發(fā)光層之間。
可選地，發(fā)光元件和場效應(yīng)晶體管優(yōu)選設(shè)置在光學(xué)透明襯底上，而且從發(fā)光層發(fā)射的光通過該襯底和非晶氧化物輸出。該場效應(yīng)晶體管優(yōu)選設(shè)置在該襯底和發(fā)光層之間。
在發(fā)光器件中，場效應(yīng)晶體管的漏電極和第二電極中的至少一個優(yōu)選由光學(xué)透明的導(dǎo)電氧化物構(gòu)成。
發(fā)光元件優(yōu)選地是電致發(fā)光元件。
在發(fā)光器件中，優(yōu)選地，將多個發(fā)光元件設(shè)置在至少單一行中。優(yōu)選地，設(shè)置發(fā)光元件使其與場效應(yīng)晶體管相鄰。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種電子照相器件，包含感光器，為該感光器供電的供電器，曝光光源，用于曝光該感光器以在感光器上形成潛像，用于顯影該潛像的顯影單元；其中，所述曝光光源具有所述發(fā)光器件。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種具有包含第一和第二電極、以及位于第一和第二電極間的發(fā)光層的發(fā)光元件、和用于驅(qū)動該發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管的發(fā)光器件，其中場效應(yīng)晶體管有源層的電子遷移率隨電子載流子濃度的增加而增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種具有包含第一和第二電極以及位于第一和第二電極間的發(fā)光層的發(fā)光元件、和用于驅(qū)動該發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管的發(fā)光器件，其中場效應(yīng)晶體管的有源層包含使其能夠?qū)崿F(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)的透明非晶氧化物半導(dǎo)體。該透明非晶氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選具有對實現(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)足夠少的、小于1018/cm3的電子載流子濃度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種有源矩陣顯示器，具有包含第一和第二電極、以及位于第一和第二電極之間的發(fā)光層的發(fā)光元件；用于驅(qū)動發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管；和配置為2維矩陣形式的圖像元件電路，其中該場效應(yīng)晶體管的有源層包含其能夠?qū)崿F(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)的透明非晶氧化物半導(dǎo)體。該透明非晶氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選具有對于實現(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)為足夠少的、小于1018/cm3的電子載流子濃度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種顯示產(chǎn)品，包含包含第一和第二電極以及位于第一和第二電極之間的發(fā)光層的發(fā)光元件、和用于驅(qū)動該發(fā)光元件的晶體管，其特征在于該場效應(yīng)晶體管的有源層包含非晶氧化物半導(dǎo)體。
優(yōu)選的，該非晶氧化物是從由包含In、Zn和Sn的氧化物、包含In和Zn的氧化物、包含In和Sn的氧化物、以及包含In的氧化物所構(gòu)成的組中選出的任何一種。
可選的，該晶體管為正常截止型晶體管。
本發(fā)明能夠提供一種新的發(fā)光器件、電子照相器件和有源矩陣顯示單元。
作為研究ZnO氧化物半導(dǎo)體的結(jié)果，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通常的工藝不能形成穩(wěn)定的非晶相。另外，發(fā)現(xiàn)大部分通常制造的ZnO顯示多晶相，在多晶晶粒間的界面上散射載流子，因此不能提高電子遷移率。此外，ZnO傾向于形成氧缺陷，因此，產(chǎn)生很多載流子電子，難于減小電導(dǎo)率。因此，使用ZnO半導(dǎo)體的TFT，在源極端子和漏極端子之間流過大的電流，即使當(dāng)不施加晶體管的柵電壓時也如此，不能實現(xiàn)正常截止操作。另外也發(fā)現(xiàn)，使用ZnO半導(dǎo)體的TFT難于增加ON/OFF比。
另外，本發(fā)明人對在日本專利申請No.2000-044236號公報中公開的非晶氧化物薄膜ZnxMyInzO(x+3y/2+3z/2)(其中，M為Al和Ga中的至少一種)進(jìn)行了研究。該材料具有大于等于1×1018/cm3的電子載流子濃度，并因此適合簡單地用作透明電極。然而，發(fā)現(xiàn)該材料不適合用于正常截止型TFT，原因在于當(dāng)TFT使用電子載流子濃度大于等于1×1018/cm3的氧化物作為其溝道層時，TFT不能提供足夠的ON/OFF比。
換句話說，現(xiàn)有的非晶氧化物薄膜不能獲得小于1×1018/cm3的電子載流子濃度。
本發(fā)明人積極地研究了作為材料的InGaO3(ZnO)m的特性和成膜條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過控制在成膜過程中的氧氣氛條件，能夠?qū)㈦娮虞d流子濃度減小到小于1×1018/cm3。
因此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用包含電子載流子濃度小于1×1018/cm3的非晶氧化物作為場效應(yīng)晶體管的有源層而制備的TFT，能夠顯示期望的特性，并可以將其應(yīng)用到如發(fā)光器件等的平板顯示器上。
作為設(shè)置有多個使用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的線性排列的光源和感光器的電子照相器件，有復(fù)印機(jī)、打印機(jī)和一體化鼓盒。


圖1示出以脈沖激光汽相淀積法形成的基于In-Ga-Zn-O的非晶薄膜中的電子載流子濃度與成膜時的氧分壓之間的關(guān)系的示意圖。
圖2示出以濺射法利用氬氣形成的基于In-Ga-Zn-O的非晶薄膜中的電導(dǎo)率與成膜時的氧分壓之間的關(guān)系的示意圖。
圖3示出以脈沖激光汽相淀積法形成的基于In-Ga-Zn-O的非晶薄膜中的電子載流子數(shù)量與電子遷移率之間的關(guān)系的示意圖。
圖4A、4B、4C示出相對于以脈沖激光汽相淀積法在具有0.8Pa的氧分壓的氣氛下形成的InGaO3(Zn1-xMgxO)薄膜中的x值，電導(dǎo)率、載流子濃度和電子遷移率的改變。
圖5示出實施方式1中制備的頂部柵極型MISFET元件的結(jié)構(gòu)框圖。
圖6示出實施方式1中制備的頂部柵極型MISFET元件的電流-電壓特性的示意圖。
圖7示出本發(fā)明的發(fā)光器件的剖面的示意圖。
圖8示出當(dāng)本發(fā)明的發(fā)光器件用作顯示器時的電路圖。
圖9示出本發(fā)明的發(fā)光器件剖面示意圖。
圖10示出本發(fā)明的線性排列的光源的電連接示意圖。
圖11示出本發(fā)明的線性排列光源的配置例的剖面圖。
圖12示出本發(fā)明線性排列的光源的配置例的剖面圖(右上結(jié)構(gòu))。
圖13示出復(fù)印機(jī)、頁式打印機(jī)、在一體化鼓盒內(nèi)的光導(dǎo)鼓和線性排列的光源的配置例的示意圖。
圖14示出脈沖激光汽相淀積設(shè)備的示意圖。
圖15示出濺射成膜設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式
參照示出第1實施方式的圖7，對根據(jù)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
在這些附圖中，符號70表示漏極、符號71表示襯底、符號72表示有源層、符號73表示柵絕緣膜、符號74表示柵極、符號75表示源極、符號77表示第二電極、符號78表示發(fā)光層、符號79表示第一電極。在第1實施方式中，將第二電極(以后稱為“底部電極”)配置在比發(fā)光層更靠近襯底的位置上，發(fā)光層是有機(jī)EL層。將第一電極(以后，稱為“對置電極”)配置在比發(fā)光層更遠(yuǎn)離襯底的位置上。上述部件之間的間隙用層間絕緣層76填充。
首先，詳細(xì)敘述每個部件。
(1.襯底)在發(fā)光器件中，通常使用玻璃作為襯底的材料。然而，由于在本發(fā)明中所使用的TFT能夠在低溫下形成，因此難于用于有源矩陣中的塑料襯底能夠在本發(fā)明中使用。因而，能夠提供重量輕、難以損壞、并在一定范圍內(nèi)可彎曲的發(fā)光器件。當(dāng)然，也可以使用如Si的半導(dǎo)體襯底和陶瓷襯底。只要該襯底是平坦的，也可以使用具有設(shè)置在金屬基板上的絕緣層的襯底。
(2.晶體管)晶體管的有源層可以是任何一種材料，只要它具有期望的特性，具體地，電子載流子濃度小于1×1018/cm3以及電子遷移率大于1cm2/(V-秒)。該材料包括例如，基于In-Ga-Zn-O的非晶氧化物半導(dǎo)體。該非晶氧化物是透明的膜。這里，透明一詞不僅表示對可見光充分地透明的情況，而且還包括在可見光范圍內(nèi)的至少一部分光線是光學(xué)透明的情況。關(guān)于光學(xué)透明性，基于In-Ga-Zn-O的非晶氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選具有大于等于50％的透射率；更優(yōu)選地，具有大于等于80％的透射率。上述合成物可以包括替代的或添加的Mg。當(dāng)發(fā)光器件包含使用基于In-Ga-Zn-O的有源層的TFT時，由于TFT對有機(jī)EL元件提供足夠的電壓和電流的驅(qū)動強(qiáng)度，因而顯示了有用的性能。
將單獨(dú)地對該非晶氧化物進(jìn)行詳細(xì)的描述。
濺射技術(shù)和脈沖激光汽相淀積方法適用于形成上述有源層，但是可以使用在產(chǎn)量上有優(yōu)勢的各種濺射技術(shù)。也可以適當(dāng)?shù)卦谟性磳优c襯底之間插入緩沖層。
作為柵絕緣膜，優(yōu)選地，是Al2O3、Y2O3、HfO2中的任何一種，或是至少包含它們中的2種或更多的混合結(jié)晶化合物；但也可以是其他的化合物。
可使用的源極和漏極，包括以ITO為代表的導(dǎo)電氧化物和如Au等的金屬。然而，優(yōu)選地，電極可以與有源層歐姆地或近似歐姆地連接。漏極也可以直接與發(fā)光層相連而不用經(jīng)過第二電極。
(3.發(fā)光層)只要能夠由TFT驅(qū)動，對發(fā)光層就沒有限制，但是有機(jī)EL是尤其有利的。用于本發(fā)明的有機(jī)EL層78極少作為單層使用，而經(jīng)常用作如下所述的多層結(jié)構(gòu)。以下，“電子傳輸層”意味著具有電子傳輸功能的發(fā)光層。
空穴傳輸層/發(fā)光層+電子傳輸層；空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層；空穴注入層/空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層；空穴注入層/空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層/電子注入層。
有時在多層之間插入電子屏蔽層和粘合促進(jìn)層。
通常，在發(fā)光層的發(fā)光原理中，有熒光和磷光的兩種原理，但從發(fā)光功效的觀點(diǎn)出發(fā)磷光是有效的。銥絡(luò)合物作為磷光材料是有用的。低分子聚合體和高分子聚合體都能夠作為用于發(fā)光層的基礎(chǔ)金屬的聚合體。當(dāng)使用低分子聚合體時，發(fā)光層通常能夠以汽相淀積法形成；當(dāng)使用高分子聚合體時，發(fā)光層能夠以噴墨法或印刷工藝形成。例如，低MW(分子量)材料包括胺絡(luò)合物，蒽，稀土絡(luò)合物和貴金屬絡(luò)合物；高M(jìn)W材料包括π共軛聚合體和含色素的聚合體。
電子注入層包括堿金屬、堿土金屬、它們的化合物、和以堿金屬摻雜的有機(jī)層。此外，電子傳輸層包括Al絡(luò)合物、噁二唑、三唑，和鄰二氮雜菲。
空穴注入層包括芳基胺(arylamines)、酞菁染料和以路易斯(Lewis)酸摻雜的有機(jī)層；空穴傳輸層包括芳基胺(arylamines)。
圖7示出有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)例，但是相同的結(jié)構(gòu)可以用于無機(jī)EL元件。
(4.第一電極)
將描述第一電極作為對置電極的情況。對對置電極優(yōu)選的材料根據(jù)是用于作頂部發(fā)射型還是用于底部發(fā)射型，以及是用作陰極還是陽極而不同。
當(dāng)對置電極用于頂部發(fā)射型時，需要透明度；當(dāng)用作陽極時，可用的材料包括ITO、導(dǎo)電氧化錫、導(dǎo)電ZnO和電子載流子濃度大于等于1×1018/cm3的基于In-Zn-O和基于In-Ga-Zn-O的氧化物，它們?nèi)渴峭该鞯膶?dǎo)電氧化物。當(dāng)用作陰極時，對置電極可以通過將堿金屬或堿土金屬摻雜到幾十納米或更薄的薄膜中以形成合金，并在上部形成透明導(dǎo)電氧化物而構(gòu)成。
當(dāng)將其用于底部發(fā)射類型時，不需要透明度，因此，當(dāng)將其用作陽極時，可以使用Au合金和Pt合金；當(dāng)將其用作陰極時，可以使用添加了Ag的Mg、添加了Li的Al、硅化物、硼化物、以及氮化物。
(5.第二電極)將第二電極連接到漏極上。第二電極可以具有與漏極相同或不同的化合物。
第二電極可以是底部電極。底部電極可以形成為沿襯底或發(fā)光層形成的層。
當(dāng)發(fā)光層是以有機(jī)EL元件為代表的電流注入型時，根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有底部電極。
當(dāng)與底部電極相連的發(fā)光層是陰極時，優(yōu)選地，該底部電極是功函數(shù)小的金屬。該底部電極包括，例如，添加了Ag的Mg、添加了Li的Al、硅化物、硼化物和氮化物。此時，與直接與TFT的漏極部分相連比起來，更有利的是通過布線與TFT的漏極部分相連。
當(dāng)與底部電極相連的發(fā)光層是陽極時，優(yōu)選地，該底部電極是功函數(shù)大的金屬。該底部電極包括，例如，ITO、導(dǎo)電氧化錫、導(dǎo)電ZnO、In-Zn-O、Pt合金和Au合金。此外，可以使用具有電子載流子濃度大于等于1×1018/cm3的基于In-Ga-Zn-O的氧化物。與用于TFT的情況不同，在此情況下，由于底部電極是氧化物，所以載流子濃度越高越優(yōu)選。例如，更優(yōu)選載流子濃度大于等于1×1019/cm3。當(dāng)?shù)撞侩姌O是由ITO或基于In-Ga-Zn-O的氧化物(具有高載流子濃度)制成時，由于它是透明的，因此即使在底部發(fā)射類型中使用，也能夠提供高的開口面積比。當(dāng)?shù)撞侩姌O直接與漏極、尤其是ITO相連時，上述的基于In-Ga-Zn-O的氧化物(高載流子濃度)和Au合金是更加優(yōu)選的。
當(dāng)?shù)撞侩姌O直接與漏極相連時，底部電極優(yōu)選是空穴注入型。尤其，底部電極的材料優(yōu)選是ITO、摻雜了Al或Ga的ZnO、以及具有載流子濃度大于等于1×1018/cm3的基于In-Ga-Zn-O的氧化物。尤其，當(dāng)基于In-Ga-Zn-O的氧化物用作電極和有源層時，有源層In-Ga-Zn-O的一部分的載流子濃度可以通過在其中引入氧缺陷等技術(shù)來提高；發(fā)光器件被簡單而有效地配置。此時，一看便知，空穴傳輸層和空穴注入層在有源層上形成。這種結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。具體地，該結(jié)構(gòu)是底部電極和漏極集成在有源層的一部分上的結(jié)構(gòu)。
(6.層間絕緣層)具體地說，當(dāng)?shù)诙姌O是底部電極時，作為底部電極77的下層的層間絕緣層76可以使用與柵絕緣膜相同的材料。當(dāng)然，為了獲得平坦層，也可以使用其他材料的絕緣層。例如，聚酰亞胺薄膜可以被旋轉(zhuǎn)涂布，氧化硅可以以等離子體CVD法、PECVD法和LPCVD法形成或通過涂布并焙燒硅醇鹽形成。層間絕緣層適當(dāng)?shù)鼐哂行纬稍谄渲械?、用于與源極或漏極相連的接觸孔。
(7.電極布線及其他)如作為柵電極布線的掃描電極布線和信號電極布線的電極布線，可以使用如Al、Cr和W等金屬，和如WSi等硅化物作為材料。
下面，將詳細(xì)敘述各組成部分之間的關(guān)系。
首先，將參照圖7說明第1實施方式，其中，優(yōu)選底部電極通過布線部分地與漏極相連。
第1實施方式源極75和漏極70被直接連接到有源層72上，并且流過有源層72的電流由柵極74隔著柵絕緣層73而進(jìn)行控制。
發(fā)光層的有機(jī)EL層78通過底部電極77和接觸孔中的布線被連接到漏極70上。層間絕緣層76位于底部電極77與TFT部分之間，以將它們電絕緣。層間絕緣層76不必為單層，而通常是由配置在柵絕緣膜和柵電極上部的各絕緣層構(gòu)成的，并且通常層間絕緣層用作平坦化的目的。
對置電極79位于有機(jī)EL層78的上部，并將電壓施加到有機(jī)EL層78上，以使得當(dāng)TFT導(dǎo)通時，使該有機(jī)EL層78發(fā)光。
這里， 漏極70與第二電極電連接，或者其自身就是第二電極。
圖7示出有機(jī)EL層78也位于TFT的頂部的高開口面積比的例子，然而有機(jī)EL層78可以在除TFT部分以外的其他部分上形成，只要不引起應(yīng)用上的問題即可。然而，當(dāng)有機(jī)EL層78使用于圖7所示的結(jié)構(gòu)中時，優(yōu)選地，有機(jī)EL層的下部盡可能平坦。
雖然圖7中漏極70與底部電極77相連，但也可以根據(jù)用法將源極75與底部電極77相連。即、本發(fā)明的特征在于將包含非晶氧化物的晶體管的源極和漏極中的任何一個，連接到夾著發(fā)光層的電極上。當(dāng)在發(fā)光層78下的底部電極77為陽極時，將TFT的源極連接到陽極上的結(jié)構(gòu)也是優(yōu)選的。
(發(fā)光器件的制備)這里，參照漏極通過布線與底部電極相連的結(jié)構(gòu)，并且把有機(jī)EL用作發(fā)光元件的例子，對根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的制造過程進(jìn)行闡述。
(晶體管的制備)通過以下步驟制備晶體管使用具有InGaO3(ZnO)4成分的多晶燒結(jié)塊作為靶，在電子載流子濃度為1×1018/cm3的條件下，利用脈沖激光汽相淀積法在玻璃襯底上、將基于In-Ga-Zn-O的非晶氧化物半導(dǎo)體淀積為120nm厚的薄膜；該步驟將在后詳述；然后，在氧分壓被控制為小于1Pa的室內(nèi)，利用脈沖激光淀積法成層30nm厚的具有高電導(dǎo)率的InGaO3(ZnO)4的膜，并利用電子束汽相淀積法在其上面形成50nm厚的Au膜作為源極和漏極；然后，利用電子束汽相淀積法分別形成90nm厚的作為柵絕緣膜的Y2O3膜，和50nm厚的作為柵電極的Au膜。在上述一系列工序中，每層都利用光刻法和剝離技術(shù)形成期望的尺寸。另外，利用相似的方法在它們的上面形成絕緣層。然后，還在其中形成用于漏極的接觸孔。
(底部電極層的制備)然后，利用濺射工藝，通過形成厚度為300nm的ITO薄膜而形成底部電極；之后，利用在接觸孔中的布線與漏極和底部電極相連。
(有機(jī)EL發(fā)光層的制備)在下面的步驟中，利用熱電阻汽相淀積法通過形成下述薄膜而形成有機(jī)EL發(fā)光層作為空穴注入層的、60nm厚的4，4’-二[N，N-二胺]-4”-苯基-三苯基胺膜；作為其上的空穴傳輸層的、20nm厚的4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯胺基]聯(lián)苯膜；作為發(fā)光層的、40nm厚的4，4’-二(2，2-聯(lián)苯)乙烯基膜；和作為電子傳輸層的、20nm厚的三(8-羥基喹啉)鋁膜。
(對置電極的制備)最后，通過利用雙汽相淀積法形成50nm厚的Al和Ag合金膜，和形成50nm厚的Al膜，而制備對置電極。
當(dāng)通過與其上的探針相接觸而驅(qū)動上述元件時，從襯底的背面發(fā)出藍(lán)光；即得到底部發(fā)射型元件。
本實施方式的重要之處在于通過控制氧缺陷的數(shù)量，基于In-Ga-Zn-O的非晶氧化物半導(dǎo)體得到期望的電子載流子濃度。
如上所述，在透明氧化物膜中的氧的數(shù)量(氧缺陷的數(shù)量)由在包含預(yù)定氧濃度的氣氛下成膜而被控制，但是也優(yōu)選地，通過對在上述含氧的氣氛下在上述步驟中形成的氧化物薄膜進(jìn)行后處理來控制(減少或增加)氧缺陷的數(shù)量。
為了有效控制氧缺陷的數(shù)量，將含氧氣氛的溫度控制為大于等于0℃、并小于等于300℃；優(yōu)選地，大于等于25℃、并小于等于250℃；更優(yōu)選地，大于等于100℃、并小于等于200℃。
當(dāng)然，也可以在含氧的氣氛中成膜，然后在含氧的氣氛中進(jìn)行后處理。此外，如果該方法提供了預(yù)定的電子載流子濃度(小于1×1018/cm3)，也能夠在不控制氧分壓的氣氛中成膜，并在含氧的氣氛中進(jìn)行后處理。
這里，本發(fā)明的電子載流子濃度的下限與應(yīng)用所得到的氧化物薄膜的元件、電路和器件的種類有關(guān)，但是例如大于等于1×1014/cm3。
其次，將參照圖9，闡述底部電極直接與漏極相連而不在其間插入布線的第2實施方式。
第2實施方式在圖9中，符號91表示襯底，符號92表示由本發(fā)明的半導(dǎo)體材料制造的有源層，符號93表示柵絕緣膜，符號94表示柵電極，符號95表示源極，符號96表示絕緣層，符號97表示底部電極。底部電極97形成于漏極上，或與漏極相同，換句話說即是漏極本身。符號98表示有機(jī)EL層，符號99表示對置電極。
本實施方式具有基本上與第1實施方式相同的結(jié)構(gòu)類型，即、底部電極的一部分通過布線與漏極相連；但不同的結(jié)構(gòu)是，當(dāng)從襯底91上方位置觀察時，漏極和發(fā)光層布層于相同的重疊區(qū)域上，并且底部電極位于它們之間。
漏極可以是與底部電極相同的部件。此時，漏極需要具有將電子或空穴有效地注入有機(jī)EL層的能力。
優(yōu)選地，通過增加氧缺陷，將與漏極的底部相對應(yīng)的有源層的一部分的電子載流子濃度控制為大于等于1×1018/cm3。于是，它能夠同時作為漏極和底部電極使用。此時，優(yōu)選地，該有源層由In-Ga-Zn-O膜構(gòu)成，其功能為空穴注入層，并與發(fā)光層的陽極部分相連。
圖9表示發(fā)光層設(shè)置在TFT層上部的例子，可選的結(jié)構(gòu)是如果不引起功能上的問題，可以將第一電極的對置電極和第二電極的底部電極顛倒，而將第一電極直接層疊在漏極上。此時，作為底部電極的第二電極表面上位于上部，但是只要與漏極相連、其功能就相同。尤其，當(dāng)使用無機(jī)EL層時，由于比有機(jī)EL層更難加工，因此可以采用相反的情況。
在本發(fā)明的發(fā)光器件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，第一和第二電極為對置電極和底部電極，場效應(yīng)晶體管為TFT，TFT的有源層包含In、Ga和Zn，至少一部分有源層為非晶氧化物，并且發(fā)光層的一部分與TFT的漏極電連接。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件中，發(fā)光層的一部分直接與漏極相連，或發(fā)光層的一部分可以通過布線與漏極相連。優(yōu)選地，如此連接的發(fā)光層的一部分是發(fā)光層的陽極側(cè)或陰極側(cè)。
優(yōu)選地，漏極和上述的底部電極中至少一個為透明導(dǎo)電氧化物。
其次，參照圖8，對第3實施方式的應(yīng)用于顯示器的結(jié)構(gòu)例子進(jìn)行說明。
雖然在圖9中，將漏極97用作底部電極，但根據(jù)發(fā)光層的層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，源極95也可以用作底部電極。即、本發(fā)明的特征在于將包含非晶氧化物的晶體管的源極和漏極中任意一個連接到夾著發(fā)光層的電極上。
第3實施方式在圖8中，符號81表示用于驅(qū)動有機(jī)EL層84的晶體管，該晶體管將電流傳輸給具有有機(jī)EL層84和夾著該有機(jī)EL層84的一對電極的發(fā)光元件。符號82是用于選擇圖像元件的晶體管2，用于將用來決定傳送給發(fā)光元件的電流的圖像信號提供給晶體管81的柵極。
此外，為了保持所選擇的條件而設(shè)置電容器83，存儲公共電極布線87與晶體管2的源極部分之間的電荷，并保持晶體管1的柵極信號。圖像元件通過掃描電極線85和信號電極線86而被選擇并決定。
該結(jié)構(gòu)將被更詳細(xì)的描述。
當(dāng)行選擇信號以脈沖信號的形式通過掃描電極85從驅(qū)動器電路(未圖示)施加到柵電極上的同時，圖像信號通過信號電極86從另一個驅(qū)動器電路(未圖示)施加到晶體管82上，以選擇圖像元件。
此時，晶體管82導(dǎo)通，電荷存儲于設(shè)置在信號電極布線86和晶體管82的源極之間的電容器83中。因此，晶體管81的柵電壓被保持在對應(yīng)于圖像信號的期望的電壓，晶體管81在源極和漏極之間流過對應(yīng)于圖像信號的電流。該狀態(tài)被保持直到該晶體管接收到下一個信號。當(dāng)晶體管81流過電流時，電流也被連續(xù)地施加到有機(jī)EL層84上，發(fā)光被保持。
圖8示出對一個圖像元件使用兩個晶體管和一個電容器的結(jié)構(gòu)例子，但是為了增強(qiáng)性能，該結(jié)構(gòu)可以包含更多的晶體管。
關(guān)鍵是根據(jù)本發(fā)明，通過使用具有以透明的并可以在低溫下形成的基于In-Ga-Zn-O的氧化物為代表的非晶氧化物的有源層的TFT，發(fā)光器件可以在晶體管部分實現(xiàn)正常截止型的TFT，因此抑制不需要的發(fā)光。上述TFT也可以提供具有高對比度的電子照相器和顯示器單元。
第4實施方式如圖11和圖12所示，本發(fā)明的第4實施方式是底部發(fā)射型的發(fā)光器件。
具體地，發(fā)光器件具有設(shè)置在光學(xué)透明襯底上的上述的發(fā)光層和上述的場效應(yīng)晶體管，并經(jīng)由上述襯底從上述發(fā)光層發(fā)光。在圖11中，由非晶氧化物構(gòu)成的有源層(溝道層2101)也設(shè)置在發(fā)光元件2106的正下方，但并不需要設(shè)置在其正下方。當(dāng)然，在圖11的結(jié)構(gòu)中，從發(fā)光層2108發(fā)射的光線穿過由上述非晶氧化物構(gòu)成的有源層和襯底2100。
順便說明，光源可以通過在一維上設(shè)置本發(fā)明的發(fā)光器件來制造，并且可以通過將其自身與如圖13所示的感光器的光導(dǎo)鼓2350組合而制造設(shè)備。具體地，電子照相裝置可以包括感光器2350，為感光器供電的供電器(未圖示)，用光2301照射感光器以在感光器上形成潛像的曝光光源2300，和用于顯影上述潛像的顯影單元(未圖示)。
在上述第1和第2實施方式中闡述的非晶氧化物，將在下面進(jìn)行詳細(xì)說明。
(非晶氧化物)在上述本發(fā)明的第1～第3實施方式中使用的有源層在下面進(jìn)行說明。
在本發(fā)明中的非晶氧化物的電子載流子濃度是在室溫下的測量值。室溫為0℃～約40℃范圍內(nèi)的溫度，例如，25℃。本發(fā)明的非晶氧化物的電子載流子濃度不必在整個0℃～40℃的范圍內(nèi)都小于1018/cm3。例如，在25℃的溫度下，小于1018/cm3的電子載流子濃度是可接受的。在較低的電子載流子濃度下，不高于1×1017/cm3，或不高于1×1016/cm3，能夠高產(chǎn)出率地制造正常截止型TFT。
在本說明書中，小于“1018/cm3”是指“優(yōu)選地小于1018/cm3，和更優(yōu)選地少于1.0×1018/cm3”。電子載流子濃度可以利用霍耳效應(yīng)法來測量。
本發(fā)明的非晶氧化物是在X-射線衍射光譜測定法中呈現(xiàn)光暈圖案并且無特征衍射線的氧化物。
在本發(fā)明的非晶氧化物中，電子載流子濃度的下限是例如1×1012/cm3；但由于可將其作為TFT的溝道層使用，故并不限于這一范圍。
因此，本發(fā)明中，通過控制如后述的例子中所述的非晶氧化物的材料、組分比、制造條件等來將電子載流子濃度調(diào)整在范圍內(nèi)，例如從1×1012/cm3到1×1018/cm3的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，從1×1013/cm3到1×1017/cm3的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，從1×1015/cm3到1×1016/cm3的范圍內(nèi)。
除了InZnGa氧化物外，非晶氧化物也可以適當(dāng)?shù)貜腎n氧化物，InxZn1-x氧化物(0.2≤x≤1)，InxSn1-x氧化物(0.8≤x≤1)，Inx(Zn，Sn)1-x氧化物(0.15≤x≤1)中選擇。該Inx(Zn，Sn)1-x氧化物也可以用Inx(ZnySn1-y)1-x(0≤y≤1)表示。
當(dāng)In氧化物既不包含Zn也不包含Sn時，In可以部分地替換為Ga:InxGa1-x氧化物(0≤x≤1)。
以下將詳細(xì)敘述由本發(fā)明的發(fā)明者制備的電子載流子濃度為1×1018/cm3的非晶氧化物。
上述的一組氧化物典型地包括In-Ga-Zn-O，以結(jié)晶狀態(tài)的InGaO3(ZnO)m(m小于6的自然數(shù))為代表，并包含小于1×1018/cm3濃度的電子載流子。
上述的另一組氧化物典型地包括In-Ga-Zn-Mg-O，以結(jié)晶狀態(tài)的InGaO3(Zn1-xMgxO)m(m小于6的自然數(shù)，而且0≤x≤1)為代表，并包含小于1×1018/cm3濃度的電子載流子。
包括這種氧化物的膜，優(yōu)選地被設(shè)計為呈現(xiàn)出電子遷移率大于1cm2/V·sec。
通過使用上述的膜作為溝道層，能夠制造在晶體管截止?fàn)顟B(tài)下柵電流小于0.1微安、具有大于1×103的on-off率、對可見光透明且柔軟的正常截止型TFT。
在上述膜中，電子遷移率隨導(dǎo)電電子的增加而增加。形成透明膜的襯底包括玻璃板、塑料板和塑料膜。
在使用上述非晶氧化物薄膜作為溝道層時，由包括Al2O3、Y2O3或HfO2，或它們的混合結(jié)晶化合物的層中的至少一個作為柵絕緣體。
在上述實施方式中，所述膜在含氧氣的氣氛中形成，不需為了增大電阻而對非晶氧化物有意識地添加雜質(zhì)。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，半絕緣氧化物的非晶薄膜的特征在于其電子遷移率隨導(dǎo)電電子數(shù)量的增加而增加；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)通過使用該薄膜而制備的TFT，在例如on-off率、夾斷狀態(tài)下的飽和電流、開關(guān)速率等晶體管特性上得到提升。因此，正常截止型TFT能夠通過使用非晶氧化物而制造。
通過使用非晶氧化物薄膜作為薄膜晶體管的溝道層，電子遷移率能夠變?yōu)榇笥?cm2/V·sec，優(yōu)選地，大于5cm2/V·sec。截止?fàn)顟B(tài)(不施加?xùn)烹妷?下，在載流子濃度小于1×1018/cm3、優(yōu)選地小于1×1016/cm3時，能夠?qū)⒙O端子與源極端子之間的電流控制到小于10微安；優(yōu)選地小于0.1微安。另外，通過使用該薄膜，夾斷后的飽和電流能夠升高到大于等于10微安，對于電子遷移率大于等于1cm2/V·sec、優(yōu)選地大于等于5cm2/V·sec，能夠?qū)n-off率提高到大于1×103。
在TFT的夾斷狀態(tài)下，高電壓被施加到柵極端子上，而在溝道內(nèi)存在高密度的電子。因此，根據(jù)本發(fā)明，飽和電流能夠隨電子遷移率的增加而增加。由此，晶體管特性能夠提升，如on-off率的增加、飽和電流的增大、開關(guān)速率的增加。相反地，在通常的化合物中，由于電子間碰撞，電子的增加減小了電子遷移率。
上述的TFT的結(jié)構(gòu)可以是交錯(頂部柵極)結(jié)構(gòu)，其中柵絕緣體和柵極端子在半導(dǎo)體溝道層上連續(xù)形成；或反交錯(底部柵極)結(jié)構(gòu)，其中柵絕緣體和半導(dǎo)體溝道層在柵極端子上連續(xù)形成。
(形成薄膜的第1工藝PLD工藝)具有結(jié)晶狀態(tài)的化合物InGaO3(ZnO)m(m為小于6的自然數(shù))的非晶氧化物薄膜，當(dāng)m小于6時，直到大于等于800℃的高溫都是穩(wěn)定的；然而隨著m的增加，即ZnO對InGaO3的比例的增加近似于ZnO化合物，該氧化物趨向于結(jié)晶化。因此，對于用作非晶TFT的溝道層，該氧化物的m值優(yōu)選小于6。
優(yōu)選利用氣相成膜工藝，通過使用具有InGaO3(ZnO)m成分的多晶燒結(jié)塊的靶來進(jìn)行成膜。對于氣相成膜工藝，濺射和脈沖激光汽相淀積法是適合的。濺射尤其適合于批量生產(chǎn)。
然而，在通常條件下的非晶膜的成膜過程中，會發(fā)生氧缺陷，因此無法獲得小于1×1018/cm3的電子載流子濃度和小于10S/cm的電導(dǎo)率。使用這種膜，不能構(gòu)成正常截止型晶體管。
本發(fā)明的發(fā)明人以脈沖激光汽相淀積法、利用圖14中的設(shè)備，制造In-Ga-Zn-O薄膜。
通過使用如圖14所示的這種PLD成膜設(shè)備來成膜。
在圖14中，符號表示如下701為RP(旋轉(zhuǎn)式泵)，702為TMP(渦輪分子泵)，703為預(yù)備室，704為RHEED用電子槍、705為用于旋轉(zhuǎn)和垂直移動襯底的襯底支架，706為激光射入窗，707為襯底，708為靶，709為基源，710為進(jìn)氣口，711為用于旋轉(zhuǎn)和垂直移動靶的靶支架，712為旁路線，713為干線，714為TMP(渦輪分子泵)，715為RP(旋轉(zhuǎn)式泵)，716為鈦吸氣泵，717為遮光器，718為IG(離子壓力計)，719為PG(皮拉尼計量器)，720為BG(Baratron計量器)，721為生長室。
使用KrF受激準(zhǔn)分子激光器脈沖激光汽相淀積法，在SiO2玻璃襯底(Corning Co.1737)上淀積In-Ga-Zn-O型非晶氧化物半導(dǎo)體薄膜。作為淀積前的預(yù)處理，使用丙酮、乙醇、超純水，分別將襯底進(jìn)行超聲波清洗5分鐘來脫脂，并在100℃的空氣下進(jìn)行干燥。
多晶靶是InGaO3(ZnO)4燒結(jié)塊(尺寸直徑20mm，厚度5mm)，該燒結(jié)塊是通過濕混合作為原材料的In2O3、Ga2O3、ZnO(每個為4N試劑)(溶劑乙醇)，焙燒該混合物(1000℃，2小時)，干粉碎該混合物并燒結(jié)(1550℃，2小時)而制。該靶具有90S/cm的電導(dǎo)率。
將生長室中的最終真空度控制為2×10-6Pa，并且將在生長過程中的氧分壓控制為6.5Pa來進(jìn)行成膜。在生長室721中的氧分壓為6.5Pa，而襯底溫度為25℃。靶708與膜支撐襯底707之間的距離為30nm，通過導(dǎo)入窗口716導(dǎo)入的功率在1.5～3mJ/cm2/脈沖的范圍內(nèi)。脈沖寬度為20nsec，重復(fù)頻率為10Hz，照射斑尺寸為1×1mm2。在上述條件下，在7nm/min的速率下成膜。
所得到的薄膜利用小角度X-射線散射法(SAXS)(薄膜法，入射角0.5°)測試沒有觀測到明顯的衍射峰值。這樣，所得到的In-Ga-Zn-O型薄膜被判定為非晶型。根據(jù)X-射線反射率及其圖樣分析，均方粗糙度(Rrms)約為0.5nm，膜厚約為120nm。根據(jù)熒光X-射線光譜測定分析(XRF)，該薄膜的金屬成分為In∶Ga∶Zn＝0.98∶1.02∶4。電導(dǎo)率約小于1×10-2S/cm。電子載流子濃度估計不超過1×10-16cm3。電子遷移率估計約為5cm2/V·sec。根據(jù)吸收光譜分析，所得到的非晶薄膜的光學(xué)帶隙能量寬度估計約為3eV。
上述結(jié)果顯示所得到的In-Ga-Zn-O型薄膜是具有成分接近結(jié)晶InGaO3(ZnO)4的、氧缺陷少、并具有低電導(dǎo)率的非晶相的透明平坦薄膜。
將參照圖1對上述薄膜形成進(jìn)行更詳細(xì)的說明。圖1示出了對于在與上述例子相同成膜條件下形成的、假設(shè)為結(jié)晶態(tài)下的InGaO3(ZnO)m(m小于6的自然數(shù))成分的膜，所形成的透明非晶氧化物薄膜中的電子載流子濃度關(guān)于氧分壓的相關(guān)性。
通過在與上述例子相同的條件下、在具有高于4.5Pa的氧分壓的氣氛中成膜，如圖1所示，電子載流子濃度能夠降低到小于1×1018/cm3。在成膜過程中，將襯底保持在接近室溫，而不需特意進(jìn)行加熱。對于使用柔軟的塑料膜作為襯底，襯底溫度優(yōu)選地保持在低于100℃的溫度下。
更高的氧分壓能夠減小電子載流子濃度。例如，如圖1所示，在襯底溫度為25℃、氧分壓為5Pa時形成的InGaO3(ZnO)4薄膜有1×1016/cm3的較低電子載流子濃度。
如圖2所示，在所得到的薄膜中，電子遷移率高于1/cm2/V·sec。然而，在本例中的高于6.5Pa的氧分壓下、利用脈沖激光汽相淀積法淀積的膜具有粗糙的表面，不適合作為TFT的溝道層。
因此，能夠通過使用在高于4.5Pa的氧分壓、優(yōu)選地在高于5Pa而低于6.5Pa下，以在上述例子中的脈沖激光汽相淀積法形成的以結(jié)晶態(tài)InGaO3(ZnO)m(m小于6的數(shù))為代表的透明薄非晶氧化物來制備正常截止型的晶體管。
上述所得到的薄膜呈現(xiàn)出電子遷移率高于1cm2/V，能夠使on-off率高于1×103。
如上所述，在以本例中的條件下、以PLD方法形成InGaZn氧化物薄膜的過程中，優(yōu)選地將氧分壓控制在4.5Pa～6.5Pa范圍內(nèi)。
為了得到1×1018/cm3的電子載流子濃度，應(yīng)該控制氧分壓條件、成膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)、成膜材料的種類和成分。
接下來，通過在氧分壓為6.5Pa時使用上述的設(shè)備形成非晶氧化物來形成圖5中示出的頂部柵極型MISFET元件。具體地，在玻璃襯底1上，通過上述形成非晶薄Ga-Ga-Zn-O膜的方法，形成用于溝道層2的120nm厚的半絕緣非晶InGaO3(ZnO)4膜。在氧分壓低于1Pa的室內(nèi)，利用脈沖激光淀積，將厚度分別為30nm的更高電導(dǎo)率的InGaO3(ZnO)4薄膜和金膜層疊在非晶InGaO3(ZnO)4膜上。然后，利用光刻法和剝離法，形成漏極端子5和源極端子6。最后，通過電子束汽相淀積法，形成用于柵絕緣層3的Y2O3膜(厚度90nm，相對介電常數(shù)約15，漏電流密度在0.5MV/cm下為1×10-3A/cm3)。在其上形成金膜，并利用光刻法和剝離法形成柵極端子4。
(MISFET元件的特性的評價)圖6示出在室溫下測試的MISFET元件的電流-電壓特性。根據(jù)漏極電流IDS隨漏極電壓VDS的增加而增加，可知該溝道為n型半導(dǎo)體。這與非晶In-Ga-Zn-O型半導(dǎo)體是n型半導(dǎo)體的事實相符。IDS在VDS＝6V時變?yōu)轱柡?夾斷)，這是半導(dǎo)體晶體管的典型特性。根據(jù)增益特性的測試可知，在VDS＝4V時，柵電壓VGS的閾值約為-0.5V。當(dāng)VG＝10V時，產(chǎn)生IDS＝1.0×10-5A的電流。這與在In-Ga-Zn-O型非晶半導(dǎo)體薄膜中，利用柵極偏置而感應(yīng)的載流子相對應(yīng)。
晶體管的on-off率高于1×103。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率計算出大約為7cm2(Vs)-1。根據(jù)相同測試，可見光的照射不改變所制造元件的晶體管特性。
根據(jù)本發(fā)明，能夠制造具有含較低濃度的電子載流子的溝道層，以獲得更高的電阻和更高的電子遷移率的薄膜晶體管。
上述非晶氧化物具有電子遷移率隨電子載流子濃度的增大而增大，并具有簡并傳導(dǎo)性的優(yōu)秀特性。在本例中，該薄膜形成于玻璃襯底上。然而，由于薄膜可以在室溫下形成，因此塑料板或薄膜可以用作襯底。另外，在本例中所獲得的非晶氧化物只吸收可見光的一小部分，故可以提供透明柔軟的TFT。
(成薄的第二工藝濺射工藝(SP工藝))下面，將對利用高頻SP工藝、使用氬氣作為氣氛形成薄膜的過程進(jìn)行敘述。
SP工藝通過使用圖15中的設(shè)備而進(jìn)行。在圖15中，符號表示如下807表示用于形成薄膜的襯底，808表示靶，805表示裝備了冷卻設(shè)備的襯底支架，814表示渦輪分子泵，815表示旋轉(zhuǎn)式泵，817表示遮光器，818表示離子壓力計，819表示皮拉尼計量器，821表示生長室，830表示閘門閥。
用于形成薄膜的襯底807為SiO2玻璃襯底(Corning Co.1737)，使用丙酮、乙醇、超純水，對該襯底進(jìn)行超聲波清洗各5分鐘以脫脂，并在100℃的空氣下進(jìn)行干燥。
該靶為具有InGaO3(ZnO)4(尺寸直徑20mm，厚度5mm)成分的多晶燒結(jié)塊，其通過濕混合作為原材料的In2O3、Ga2O3、ZnO(每個為4N試劑)(溶劑乙醇)、焙燒該混合物(1000℃，2小時)、干粉碎該混合物、并燒結(jié)(1550℃，2小時)而制成。靶808具有90S/cm的電導(dǎo)率，是半絕緣的。
生長室821的最終真空度為1×10-4Torr。在生長過程中，氧和氬氣的總壓力是保持為4～0.1×10-1Pa范圍內(nèi)的常數(shù)。在氧分壓1×10-3～2×10-1Pa的范圍內(nèi)，氬氣與氧氣分壓比改變。
該襯底溫度為室溫。靶808與用于成膜的襯底807之間的距離為30mm。
輸入電功率為RF 180W，成膜速率為10nm/min。
所得到的薄膜，利用小角度X-射線散射法(SAXS)(薄膜法，入射角0.5°)測試沒有觀測到明顯的衍射峰值。這樣，所得到的In-Ga-Zn-O型薄膜被判定為非晶型。根據(jù)X-射線反射率及其圖樣分析，均方粗糙度(Rrms)約為0.5nm，膜厚約為120nm。根據(jù)熒光X-射線光譜測定分析(XRF)，該薄膜的金屬成分為In∶Ga∶Zn＝0.98∶1.02∶4。
在氣氛的各種氧分壓下形成膜，并且對所得到的非晶氧化物薄膜進(jìn)行電導(dǎo)率測試。圖3示出其結(jié)果。
如圖3所示，通過在具有高于3×10-2Pa的氧分壓的氣氛中進(jìn)行成膜，電導(dǎo)率可以降低到小于10S/cm。電子載流子數(shù)量能夠隨著氧分壓的增加而減小。
如圖3所示，例如，在25℃的襯底溫度、1×10-1Pa的氧分壓下所形成的InGaO3(ZnO)4薄膜，具有約為1×10-10S/cm的較低的電導(dǎo)率。另外，在1×10-1Pa的氧分壓下形成的InGaO3(ZnO)4薄膜具有特別高的電阻，具有不可測量的電導(dǎo)率。對于這樣的薄膜，雖然電子遷移率是不可測量的，但通過高電子載流子濃度的薄膜的數(shù)值外推，電子遷移率估計大約為1×cm2/V·sec。
因此，具有高于1×103的on-off率的正常截止型晶體管，可以通過使用在氧分壓高于3×10-2Pa、優(yōu)選地高于5×10-1Pa的含氧氬氣氣氛中，以濺射汽相淀積法所制備的、由以結(jié)晶態(tài)InGaO3(ZnO)m(m小于6的自然數(shù))為代表的In-Ga-Zn-O構(gòu)成的透明非晶氧化物薄膜而獲得。
在用于本例的設(shè)備和材料的使用中，利用濺射法成膜的過程是氧分壓為3×10-2Pa～5×10-1Pa的范圍內(nèi)進(jìn)行的。另外，如圖2所示，在利用脈沖激光汽相淀積法或濺射法制造的薄膜中，電子遷移率隨導(dǎo)電電子數(shù)量的增加而增加。
如上所述，通過控制氧分壓，可以減小氧缺陷，從而減小電子載流子濃度。在非晶薄膜中，由于與多晶狀態(tài)不同，在非晶狀態(tài)下沒有實質(zhì)的晶粒界面存在，因此電子遷移率高。
另外，作為玻璃襯底的替代，200μm厚的聚乙烯對苯二酸脂(PET)膜不會改變在它上面所形成的InGaO3(ZnO)4非晶氧化物膜的特性。
高電阻的非晶膜InGaO3(Zn1-xMgxO)m(m為小于6的自然數(shù)，0≤x≤1)可以通過使用多晶InGaO3(Zn1-xMgxO)m作為靶而得到；即使在氧分壓小于1Pa時。例如，使用由Mg代替80原子％的Zn的靶，利用脈沖激光淀積法，在氧分壓0.8Pa的含氧的氣氛中，能夠得到低于1×1016/cm(電阻約為1×10-2S/cm)的電子載流子濃度。在如此的薄膜中，電子遷移率低于無Mg的膜，但是這種減少是微量的電子遷移率在室溫下約為5cm2/V·sec，比非晶硅化物的電子遷移率高一個數(shù)量級。當(dāng)薄膜在相同的條件下形成時，Mg含量的增加會使電導(dǎo)率和電子遷移率都減小。因此，優(yōu)選地，Mg的含量在20％～85％的范圍內(nèi)(0.2＜x＜0.85)。
在使用了上述非晶氧化物膜的薄膜晶體管中，柵絕緣體優(yōu)選包含Al2O3、Y2O3、HfO2、以及它們的混合物中的兩種或更多的混合結(jié)晶化合物。
在柵絕緣薄膜與溝道層薄膜之間的界面上出現(xiàn)的缺陷降低了電子遷移率，并導(dǎo)致晶體管特性的滯后現(xiàn)象。另外，電流泄漏與柵絕緣層的種類有很大的關(guān)系。因此，柵絕緣體要選擇適合于溝道層。電流泄漏可以通過使用Al2O3膜而減小，滯后現(xiàn)象可以通過使用Y2O3膜而減小，而電子遷移率可以通過使用具有高介電常數(shù)的HfO2膜而增加。通過使用上述化合物的混合結(jié)晶，能夠形成電流泄漏小、滯后現(xiàn)象小且電子遷移率高的TFT。由于柵絕緣體形成工藝和溝道層形成工藝能夠在室溫下進(jìn)行，因此TFT能夠形成為交錯結(jié)構(gòu)或反交錯結(jié)構(gòu)。
因此這樣形成的TFT是具有柵極端子、源極端子、漏極端子的三端器件。該TFT通過在陶瓷、玻璃或塑料絕緣襯底上形成作為為了傳輸電子或空穴的溝道層的半導(dǎo)體薄膜而構(gòu)成；并作為具有通過在柵極端子上施加電壓而控制流過溝道層的電流、并開關(guān)源極端子與漏極端子之間的電流的功能的有源元件。
本發(fā)明的重要之處在于能夠通過控制氧缺陷的數(shù)量而獲得期望的電子載流子濃度。
如上所述，在非晶氧化物薄膜中的氧含量，通過控制在形成薄膜的氣氛中的氧濃度而得到控制。另外，作為優(yōu)選實施方式，氧缺陷量能夠通過在含氧氣氛中對氧化物膜的后處理而得到控制(減少或增加)。
為了有效控制氧缺陷量，將含氧氣氛的溫度控制在0℃～300℃的范圍內(nèi)，優(yōu)選地控制在25℃～250℃范圍內(nèi)，更優(yōu)選地控制在100℃～200℃范圍內(nèi)。
當(dāng)然，薄膜能夠在含氧氣氛中形成并進(jìn)一步在含氧氣氛中被后處理。另外，可以不控制氧分壓，并在含氧氣氛中進(jìn)行后處理而形成薄膜，只要能夠獲得期望的電子載流子濃度(小于1×1018/cm3)即可。
本發(fā)明中電子載流子濃度的下限，例如為1×1014/cm3，與使用所制造的氧化物薄膜的元件、電路或器件的種類有關(guān)。
(材料的廣泛范圍)在研究了用于該系統(tǒng)的其它的材料之后，發(fā)現(xiàn)包括Zn、In、和Sn元素中的至少一個的氧化物的非晶氧化物，對低載流子濃度和高電子遷移率的非晶氧化物薄膜是有用的。發(fā)現(xiàn)該非晶氧化物薄膜具有電子遷移率隨其中的導(dǎo)電電子數(shù)量增加而增加的特殊特性。使用該薄膜，能夠制造在如on-off率、在夾斷狀態(tài)下的飽和電流、切換速率等的晶體管特性上卓越的正常截止型TFT。
在本發(fā)明中，具有下述(a)～(h)中的任何一個特征的氧化物是可用的(a)具有小于1×1018/cm3的電子載流子濃度的非晶氧化物；(b)電子遷移率隨電子載流子濃度的增加而增加的非晶氧化物；(室溫是指0℃～40℃范圍內(nèi)的溫度。術(shù)語“非晶化合物”是指在X-射線衍射光譜中僅顯示光暈圖案而不顯示特征衍射圖案的化合物。電子遷移率是指通過霍爾效應(yīng)測量的測量值。)
(c)在上述(a)或(b)項目中提及的非晶氧化物、其電子遷移率在室溫下高于0.1cm2/V·sec；(d)在上述(b)～(c)任何一個項目中提及的非晶氧化物，其顯示了簡并傳導(dǎo)性；(術(shù)語“簡并傳導(dǎo)性”是指在關(guān)于電阻的溫度相關(guān)性下的熱激活能量小于等于30meV的狀態(tài)。)(e)在上述(a)～(d)任何一個項目中提及的非晶氧化物，包含了Zn、In、Sn元素中的至少一個來作為構(gòu)成元素；(f)包括上述(e)項目中提及的非晶氧化物，和附加地下述元素中的至少一種的非晶氧化物薄膜具有原子數(shù)小于Zn(Mg和Ca)的2族元素M2，具有原子數(shù)小于In(B、Al、Ga和Y)的3族元素M3，具有原子數(shù)小于Sn(Si、Ge和Zr)的4族元素M4，5族元素M5(V、Nb和Ta)以及Lu和W以減小電子載流子濃度；(g)在上述(a)～(f)任何一個項目中提及的非晶氧化物薄膜，包括具有結(jié)晶態(tài)In1-xM3xO3(Zn1-yM2yO)m(0≤x≤1，0≤y≤1，m0或小于6的自然數(shù))成分的單一化合物，或不同m數(shù)的化合物的混合物，例如M3為Ga，M2為Mg；(h)形成于塑料襯底或塑料薄膜上的在上述(a)～(g)任何一個項目中提及的非晶氧化物薄膜。
本發(fā)明還提供了一種使用上述非晶氧化物或非晶氧化物膜作為溝道層的場效應(yīng)晶體管。
制備場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管使用具有電子載流子濃度小于1×1018/cm3但大于1×1015/cm3的非晶氧化物薄膜作為溝道層，并具有源極端子和漏極端子，和插入了柵絕緣體的柵極端子。當(dāng)在源極端子和漏極端子間施加大約5V的電壓、而不施加?xùn)烹妷簳r，源極端子和漏極端子之間的電流約為1×10-7安培。
在氧化物晶體中的電子遷移率，隨金屬離子的s軌道的重疊的增大而變大。在具有高原子數(shù)的Zn、In或Sn的氧化物晶體中，電子遷移率在0.1～200cm2/V·sec范圍內(nèi)。
在氧化物中，氧和金屬離子通過離子鍵成鍵而沒有化學(xué)鍵取向，并具有隨機(jī)的結(jié)構(gòu)。因此，在非晶狀態(tài)下的氧化物中，電子遷移率與結(jié)晶狀態(tài)下的電子遷移率相當(dāng)。
另一方面，代替Zn、In、或Sn的較低的原子數(shù)的元素會使電子遷移率減小。由此，在本發(fā)明的非晶氧化物中的電子遷移率在0.01～20cm2/V·sec范圍內(nèi)。
在具有包括上述氧化物的溝道層的晶體管中，柵絕緣體優(yōu)選地由Al2O3、Y2O3、HfO2、或包含它們中的兩個或更多的混合結(jié)晶化合物構(gòu)成。
在柵絕緣薄膜和溝道層薄膜間的界面上存在的缺陷降低了電子遷移率、并引起了晶體管特性的滯后現(xiàn)象。另外，電流泄漏與柵絕緣體的種類有很大的關(guān)系。因此，柵絕緣體應(yīng)該選擇與溝道層相適應(yīng)。電流泄漏可以通過使用Al2O3膜而減小，滯后現(xiàn)象通過使用Y2O3膜而減小，電子遷移率通過使用具有高介電常數(shù)的HfO2膜而增加。通過使用上述化合物的混合結(jié)晶，能夠形成電流泄漏小、滯后現(xiàn)象小、且電子遷移率高的TFT。由于柵絕緣體形成工藝和溝道層形成工藝能夠在室溫下進(jìn)行，因此TFT能夠形成為交錯結(jié)構(gòu)或反交錯結(jié)構(gòu)。
In2O3氧化物薄膜可以通過氣相工藝形成，并且在對形成薄膜的氣氛加入大約0.1Pa分壓下的濕度使得所形成的薄膜非晶化。
ZnO和SnO2分別不易形成為非晶薄膜狀態(tài)。為了在非晶狀態(tài)下形成ZnO薄膜，加入20原子％量的In2O3。為了在非晶狀態(tài)下形成SnO2薄膜，加入90原子％量的In2O3。在Sn-In-O型非晶薄膜的形成中，將大約0.1Pa分壓的氣態(tài)氮加入到形成薄膜的氣氛中。
對上述非晶薄膜而言，可以加入能夠形成復(fù)合氧化物的元素，該元素從具有低于Zn(Mg和Ca)的原子量的2族元素M2，具有低于In(B、Al、Ga和Y)的原子量的3族元素M3，具有低于Sn(Si、Ge和Zr)的原子量的4族元素M4，5族元素M5(V、Nb和Ta)以及Lu、W中選擇。上述元件的加入，使室溫下非晶薄膜變得穩(wěn)定，并擴(kuò)展了形成非晶薄膜的組成范圍。
尤其，傾向于形成共價鍵的B、Si或Ge的加入，對非晶相穩(wěn)定性是有效的。包括離子半徑差異較大的離子的復(fù)合氧化物的加入，對非晶相穩(wěn)定性是有效的。例如，在In-Zn-O系統(tǒng)中，為了在室溫下穩(wěn)定地形成薄膜，需要包含大于約20原子％的In。然而，與In等量的Mg的加入，在In大于等于約15原子％的組分范圍內(nèi)，能夠形成穩(wěn)定的非晶薄膜。
在氣相成膜過程中，通過控制形成薄膜的氣氛，能夠得到電子載流子濃度在1×1015/cm3～1×1018/cm3范圍內(nèi)的非晶氧化物膜。
非晶氧化物膜可以通過氣相工藝，如脈沖激光氣相淀積工藝(PLD工藝)、濺射工藝(SP工藝)、電子束氣相淀積工藝適當(dāng)?shù)匦纬?。關(guān)于氣相工藝，PLD工藝由于易于控制材料組成而適合使用，而SP工藝由于易于批量生產(chǎn)而適用。然而，薄膜形成工藝并不限于此。
(通過PLD工藝的In-Zn-Ga-O型非晶氧化物薄膜的形成)通過PLD工藝、利用KrF受激準(zhǔn)分子激光器，使用具有InGaO3(ZnO)或InGaO3(ZnO)4成分的多晶燒結(jié)塊作為靶，將In-Zn-Ga-O型非晶氧化物淀積在玻璃襯底(Corning Co.1737)上。
使用圖14所示的前述設(shè)備，而且對該設(shè)備的薄膜形成條件與上述的相同。
襯底溫度為25℃。
得到的兩個薄膜利用小角度X-射線散射法(SAXS)(薄膜法，入射角0.5°)測試沒有觀測到明顯的衍射峰值，這顯示了用兩種不同的靶所得到的In-Ga-Zn-O型薄膜均是非晶的。
根據(jù)玻璃襯底的In-Zn-Ga-O型非晶氧化物薄膜的X-射線反射率及其圖像分析，該薄膜的均方粗糙度(Rrms)約為0.5nm，該薄膜的厚度約為120nm。根據(jù)熒光X-射線光譜測定分析(XRF)，使用InGaO3(ZnO)多晶燒結(jié)塊的靶所得到的薄膜，包含組成比為In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9的金屬；而由InGaO3(ZnO)4多晶燒結(jié)塊的靶所得到的薄膜，包含組成比為In∶Ga∶Zn＝0.98∶1.02∶4的金屬。
使用InGaO3(ZnO)4成分的靶，在形成薄膜氣氛的各種氧分壓下形成非晶氧化物薄膜。對所形成的非晶氧化物薄膜的電子載流子濃度進(jìn)行測量。圖1示出其結(jié)果。如圖1所示，通過在具有高于4.2Pa的氧分壓的氣氛中形成薄膜，電子載流子濃度能夠小于1×1018/cm3。在該薄膜的形成中，將襯底保持在接近室溫，而不需有意進(jìn)行加熱。在低于6.5Pa的氧分壓下，所獲得的非晶氧化物薄膜的表面是平坦的。
在5Pa的氧分壓下，在使用InGaO3(ZnO)4的靶形成的非晶膜中，電子載流子濃度為1×1016/cm3，電導(dǎo)率為1×10-2S/cm，電子遷移率估計約為5cm2/V·sec。根據(jù)吸收光譜的分析，所形成的非晶氧化物薄膜的光學(xué)帶隙能量寬度估計約為3eV。
更高的氧分壓進(jìn)一步減小了電子載流子濃度。如圖1所示，在25℃的襯底溫度、6Pa的氧分壓下，形成的In-Zn-Ga-O型非晶氧化物薄膜的電子載流子濃度被減小為8×1015/cm3(電導(dǎo)率約為8×10-3S/cm)。薄膜中的電子遷移率估計約為大于等于1cm2/V·sec。然而，在大于等于6.5Pa的氧分壓下，利用PLD工藝所淀積的薄膜具有粗糙的表面，不適合作為TFT的溝道層使用。
在形成薄膜的氣氛的各種氧分壓下、使用由具有InGaO3(ZnO)4成分的多晶燒結(jié)塊構(gòu)成的靶而形成該In-Zn-Ga-O型非晶氧化物薄膜。對所得到的薄膜的電子載流子濃度與電子遷移率之間的關(guān)系進(jìn)行測試。圖2示出其結(jié)果。對應(yīng)于電子載流子濃度從1×1016/cm3增加到1×1020/cm3，電子遷移率從大約3cm2/V·sec增加到大約11cm2/V·sec。對使用多晶燒結(jié)的InGaO3(ZnO)作為靶而得到的非晶氧化物薄膜，能觀察到同樣的趨勢。
在代替玻璃襯底的200μm厚的聚乙烯對苯二酸酯(PET)膜上形成的In-Zn-Ga-O型非晶氧化物薄膜，具有相似的特性。
(利用PLD工藝的In-Zn-Ga-Mg-O型非晶氧化物薄膜的形成)
利用PLD工藝、使用InGaO3(Zn1-xMgxO)4(0≤x≤1)靶、在玻璃襯底上形成InGaO3(Zn1-xMgxO)4(0≤x≤1)薄膜。所使用的設(shè)備如圖14所示。
SiO2玻璃襯底(Coring Co.1737)被用作襯底。作為預(yù)處理，對襯底分別使用丙酮、乙醇和超純水進(jìn)行各5分鐘的超聲波清洗以脫脂，并在100℃的空氣中干燥。靶是InGaO3(Zn1-xMgxO)4(x＝1～0)的燒結(jié)塊(尺寸直徑20mm、厚度5mm)。
靶通過濕混合原材料In2O3、Ga2O3和ZnO(每個為4N試劑)(溶劑乙醇)、焙燒該混合物(1000℃，2小時)、然后干粉碎、最后燒結(jié)(1550℃，2小時)而制備。在生長室內(nèi)的最終壓力為2×10-6Pa。在生長中將氧分壓控制為0.8Pa。襯底溫度為室溫(25℃)。靶與為了形成薄膜的襯底之間的距離為30nm。KrF受激準(zhǔn)分子激光器照射功率為1.5mJ/cm2/脈沖，以20nsec的脈沖寬度、10Hz的重復(fù)頻率、1×1mm2的照射斑尺寸進(jìn)行照射。薄膜形成速率為7nm/min。在薄膜形成的氣氛中的氧分壓為0.8Pa。襯底溫度為25℃。
所得到的薄膜用小角度X-射線散射法(SAXS)(薄膜法，入射角0.5°)進(jìn)行測試沒有發(fā)現(xiàn)明顯的衍射峰值。因此，所得到的In-Ga-Zn-Mg-O型薄膜是非晶的。所得到的薄膜具有平坦的表面。
通過使用不同x值的靶(Mg含量不同)，在薄膜形成氣氛中的0.8Pa的氧分壓下形成In-Zn-Ga-Mg-O型非晶氧化物薄膜，用來研究電導(dǎo)率、電子載流子濃度和電子遷移率與x值的相關(guān)性。
圖4A、4B、4C示出其結(jié)果。在x值高于0.4時，在利用PLD工藝在0.8Pa氧分壓的氣氛中形成的非晶氧化物薄膜中，電子載流子濃度減小為小于1×1018/cm3。在x值高于0.4的非晶氧化物薄膜中，電子遷移率高于1cm2/V。
如圖4A、4B和4C所示，在利用脈沖激光淀積工藝使用以Mg代替80原子％的Zn的靶、并且氧分壓為0.8Pa(電阻約為1×10-2S·cm)下所制備的薄膜中，能夠獲得小于1×1016/cm3的電子載流子濃度。在該薄膜中，與無Mg薄膜相比，電子遷移率減小，但是這種減小是微量的。在該薄膜中的電子遷移率約為5cm2/V·sec，這比非晶硅的電子遷移率高一個數(shù)量級。在相同的薄膜形成條件下，薄膜的電導(dǎo)率和電子遷移率隨Mg含量的增加而減小。因此，薄膜中的Mg含量優(yōu)選地大于20原子％并小于85原子％(0.2＜x＜0.85)，更優(yōu)選地，為0.5＜x＜0.85。
在代替玻璃襯底的200μm厚的聚乙烯對苯二酸酯(PET)膜上形成的InGaO3(Zn1-xMgxO)4(0≤x≤1)非晶薄膜具有相似的特性。
(利用PLD工藝的In2O3非晶氧化物薄膜的形成)在200μm厚的PET薄膜上、通過使用由In2O3多晶燒結(jié)塊構(gòu)成的靶；以使用KrF受激準(zhǔn)分子激光器的PLD工藝形成In2O3膜。
所使用的設(shè)備在圖14中所示。用于薄膜形成的襯底為SiO2玻璃襯底(Corning Co.1737)。
作為淀積前的預(yù)處理，將襯底分別用丙醇、乙醇、超純水、進(jìn)行各5分鐘的超聲波清洗以脫脂，并在100℃空氣下進(jìn)行干燥。
靶是通過焙燒原材料In2O3(4N試劑)(1000℃，2小時)、然后干粉碎、并燒結(jié)(1550℃，2小時)而制備的In2O3燒結(jié)塊(尺寸直徑20mm，厚度5mm)。
生長室的最終的真空度為2×10-6Pa，生長中的氧分壓為5Pa，并且襯底溫度為25℃。
水蒸氣分壓為0.1Pa，氧基通過在200W下使用氧基發(fā)生組件而產(chǎn)生。
靶與薄膜支持襯底之間的距離為40mm，KrF受激準(zhǔn)分子激光器的功率為0.5mJ/cm2/脈沖，脈沖寬度為20nsec，重復(fù)頻率為10Hz，照射斑尺寸為1×1mm2。
薄膜形成速率為3nm/min。
得到的薄膜使用小角度X-射線散射法(SAXS)(薄膜法，入射角0.5°)測試沒有發(fā)現(xiàn)明顯的衍射峰值，這表示所得到的In-O型氧化物薄膜為非晶的。該薄膜的厚度為80nm。
在所得到的In-O型非晶氧化物薄膜中，電子載流子濃度為5×1017/cm3，電子遷移率約為7cm2/V·sec。
(利用PLD工藝的In-Sn-O型非晶氧化物薄膜的形成)在200μm厚的PEF薄膜上、通過使用由(In0.9Sn0.1)O3.1的多晶燒結(jié)塊構(gòu)成的靶，以使用KrF受激準(zhǔn)分子激光器的PLD工藝而形成In-Sn-O型氧化物膜。所使用的設(shè)備如圖14所示。
用于薄膜形成的襯底為SiO2玻璃襯底(Corning Co.1737)。
作為淀積前的預(yù)處理，將襯底分別用丙醇、乙醇、超純水進(jìn)行各5分鐘的超聲波清洗以脫脂，并在100℃的空氣中進(jìn)行干燥。
靶是由濕混合原材料In2O3-SnO2(4N試劑)(溶劑乙醇)、焙燒該混合物(1000℃，2小時)、然后干粉碎、燒結(jié)(1550℃，2小時)而制備的In2O3-SnO2燒結(jié)塊(尺寸直徑20mm，厚度5mm)。
襯底保持在室溫。氧分壓為5Pa。氮分壓為0.1Pa。氧基通過在200W下、利用氧基發(fā)生組件而產(chǎn)生。
靶與薄膜支持襯底之間的距離為30mm，KrF受激準(zhǔn)分子激光器的功率為1.5mJ/cm2/脈沖，脈沖寬度為20nsec，重復(fù)頻率為10Hz，照射斑尺寸為1×1mm2。
薄膜形成速率為6nm/min。
得到的薄膜用小角度X-射線散射法(SAXS)(薄膜法，入射角0.5°)測試沒有發(fā)現(xiàn)明顯的衍射峰值，這表示所得到的In-Sn-O型氧化物薄膜為非晶型。
在所得到的In-Sn-O型非晶薄膜中，電子載流子濃度為8×1017/cm3，電子遷移率約為5cm2/V·sec。膜厚為100nm。
(利用PLD工藝的In-Ga-O型非晶氧化物薄膜的形成)該薄膜的襯底為SiO2玻璃襯底(Corning Co.1737)。
作為淀積前的預(yù)處理，將襯底分別用丙醇、乙醇、超純水進(jìn)行各5分鐘的超聲波清洗以脫脂，并在100℃的空氣中進(jìn)行干燥。
靶是(In2O3)1-x-(Ga2O3)x(x＝0～1)(尺寸直徑20mm，厚度5mm)的燒結(jié)塊。例如，x＝0.1時，靶是(In0.9Ga0.1)2O3的多晶燒結(jié)塊。
靶是由濕混合原材料In2O3-Ga2O3(4N試劑)(溶劑乙醇)、焙燒該混合物(1000℃，2小時)、然后干粉碎、并燒結(jié)(1550℃，2小時)而制備的。
生長室的最終的真空度為2×10-6Pa。培養(yǎng)中的氧分壓為1Pa。
襯底為室溫。靶與薄膜支持襯底之間的距離為30mm。KrF受激準(zhǔn)分子激光器的功率為1.5mJ/cm2/脈沖，脈沖寬度為20nsec，重復(fù)頻率為10Hz，照射斑尺寸為1×1mm2。薄膜形成速率為6nm/min。
襯底溫度為25℃。氧分壓為1Pa。得到的薄膜用小角度X-射線散射法(SAXS)(薄膜法，入射角0.5°)測試沒有發(fā)現(xiàn)明顯的衍射峰值，這表示得到的In-Ga-O型氧化物薄膜為非晶型。該膜厚為120nm。
在所得到的In-Ga-O型的非晶氧化物薄膜中，電子載流子濃度為8×1016/cm3，電子遷移率約為1cm2/V·sec。
(具有In-Zn-Ga-O型非晶氧化物薄膜(玻璃襯底)的TFT元件的制備)制備如圖5所示的頂部柵極型TFT元件。
首先，在玻璃襯底1上，利用上述的PLS設(shè)備，使用由具有InGaO3(ZnO)4成分的多晶燒結(jié)塊靶，在5Pa的氧分壓下制備In-Ga-Zn-O型非晶氧化物膜。所形成的In-Ga-Zn-O型薄膜具有120nm的膜厚，并作為溝道層2。
然后在它的上面，通過利用PLD法，在室內(nèi)低于1Pa的氧分壓下，分別層疊厚度為30nm的另一個具有更高的電導(dǎo)率In-Ga-Zn-O型非晶薄膜和金層。然后利用光刻法和剝離法形成漏極端子5和源極端子6。
最后，利用電子束氣相淀積法形成Y2O3薄膜作為柵絕緣體3(厚度90nm，相對介電常數(shù)約為15，漏電流密度在0.5MV/cm下為1×10-3A/cm2)。另外，在其上形成金膜并利用光刻法和剝離法從中形成柵極端子4。溝道長度為50μm，溝道寬度為200μm。
(TFT元件特性的評價)圖6示出室溫下的TFT元件的電流-電壓特性。漏極電流IDS隨漏極電壓VDS的增加而增加，這表示該溝道為n型導(dǎo)電。
這與非晶In-Ga-Zn-O型半導(dǎo)體是n型的事實相符。IDS在VDS＝6V時變?yōu)轱柡?夾斷)，這是半導(dǎo)體晶體管的典型特性。根據(jù)增益特性的測試，柵電壓VGS的閾值在VDS＝4V時約為-0.5V。電流IDS在VG＝10V時為1.0×10-5A。這與由柵極偏置在作為絕緣體的In-Ga-Zn-O型非晶半導(dǎo)體薄膜中感應(yīng)的載流子相對應(yīng)。
晶體管的on-off率高于1×103。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率在飽和區(qū)計算出約為7cm2(Vs)-1。根據(jù)相同測試，可見光的照射不改變所制造的元件的晶體管特性。
電子載流子濃度小于1×1018/cm3的非晶氧化物可用作TFT的溝道層。優(yōu)選地，電子載流子濃度小于1×1017/cm3，更優(yōu)選地，小于1×1016/cm3。
(具有In-Zn-Ga-O型非晶氧化物薄膜(非晶襯底)的TFT元件的制備)制備圖5所示的頂部柵極型TFT元件。
首先，在聚乙烯對苯二酸酯(PET)薄膜1上、利用上述的PLS設(shè)備、使用由具有InGaO3(ZnO)成分的多晶燒結(jié)塊構(gòu)成的靶、在5Pa的氧分壓氣氛下制備In-Ga-Zn-O型非晶氧化物膜。所形成的薄膜具有120nm的膜厚，并作為溝道層2。
然后在它的上面，通過利用PLD法，在室內(nèi)低于1Pa的氧分壓下，分別層疊膜厚為30nm的另一個具有更高的電導(dǎo)率的In-Ga-Zn-O型非晶膜和金層。利用光刻法和剝離法形成漏極端子5和源極端子6。
最后，利用電子束氣相淀積法形成柵絕緣膜3。然后在其上，形成金膜并利用光刻法和剝離法從中形成柵極端子4。溝道長度為50μm，溝道寬度為200μm。三個上述結(jié)構(gòu)的TFT，通過分別使用三種類型的柵絕緣層Y2O3(140nm厚)、Al2O3(130μm厚)、HfO2(140μm厚)中的一種而制備。
(TFT元件特性的評價)在PET薄膜上形成的TFT元件，在室溫下，具有與圖6所示的相似的電流-電壓特性。漏極電流IDS隨漏電壓VDS的增加而增加，這表示該溝道為n型導(dǎo)電。這與非晶In-Ga-Zn-O型半導(dǎo)體為n型的事實相符。IDS在VDS＝6V時變?yōu)轱柡?夾斷)，這是半導(dǎo)體晶體管的典型特性。電流IDS在VG＝0V時為1.0×10-8A，電流IDS在VG＝10V時為2.0×10-5A。這與由柵極偏置而在作為絕緣體的In-Ga-Zn-O型非晶氧化物薄膜中感應(yīng)出的載流子相對應(yīng)。
晶體管的on-off率高于1×103。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率在飽和區(qū)計算出約為7cm2(Vs)-1。
將在PET薄膜上形成的元件在30mm的曲率半徑下彎曲，并在該狀態(tài)下，測試晶體管特性。然而，在晶體管特性上沒有觀察到變化?？梢姽獾恼丈洳桓淖兙w管的特性。
使用Al2O3薄膜作為柵絕緣體的TFT具有與圖6相似的晶體管特性。電流IDS在VG＝0V時為1.0×10-8A，電流IDS在VG＝10V時為5.0×10-6A。晶體管的on-off率高于1×102。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率在飽和區(qū)計算出約為2cm2(Vs)-1。
使用HfO2薄膜作為柵絕緣體的TFT，也具有與圖6所示的相似的晶體管特性。電流IDS在VG＝0V時為1.0×10-8A，電流IDS在VG＝10V時為1.0×10-6A。晶體管的on-off率高于1×102。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率在飽和區(qū)計算出約為10cm2(Vs)-1。
(利用PLD工藝的使用In2O3非晶氧化物薄膜的TFT元件的制備)
制備如圖5所示的頂部柵極型TFT。
首先，在聚乙烯對苯二酸酯(PET)薄膜1上，利用PLD法制備In2O3型非晶氧化物膜作為溝道層2，其厚度為80nm。
然后，在它的上面，通過利用PLD法、在氧分壓低于1Pa的室內(nèi)、并在氧基產(chǎn)生組件上施加0V電壓的狀態(tài)下，分別層疊膜厚為30nm的另一個具有更高的電導(dǎo)率的In2O3非晶膜和金層。利用光刻法和剝離法從中形成漏極端子5和源極端子6。
最后，利用電子束氣相淀積法，形成作為柵絕緣體3的Y2O3膜。然后在其上形成金膜并利用光刻法和剝離法從中形成柵極端子4。
(TFT元件特性的評價)在室溫下對在PET薄膜上形成的TFT元件的電流-電壓特性進(jìn)行測試。漏極電流IDS隨漏極電壓VDS的增加而增加，這表示示溝道為n型導(dǎo)體。這與In-O型非晶氧化物薄膜為n型導(dǎo)體的事實相符。IDS在VDS＝6V時飽和(夾斷)，這是晶體管的典型特性。電流IDS在VG＝0V時為2.0×10-8A，電流IDS在VG＝10V時為2.0×10-6A。這與由柵極偏置而在作為絕緣體的In-O型非晶氧化物膜中感應(yīng)的電子載流子相對應(yīng)。
晶體管的on-off率大約為1×102。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率在飽和區(qū)計算出約為1.0×10cm2(Vs)-1。在玻璃襯底上形成的TFT元件具有相似的特性。
在PET薄膜上形成的元件在30mm的曲率半徑下被彎曲，并在此狀態(tài)下，對晶體管特性進(jìn)行測試。沒有觀察到晶體管特性的改變。
(利用PLD工藝的使用In-Sn-O型非晶氧化物薄膜的TFT元件的制備)制備如圖5所示的頂部柵極型TFT。
首先，利用PLD法、在聚乙烯對苯二酸酯(PET)膜1上形成厚度為100nm、作為溝道層2的In-Sn-O型的非晶氧化物膜。
然后，在它的上面，通過利用PLD法、在氧分壓小于1Pa的室內(nèi)、并在氧基產(chǎn)生組件上施加0V電壓的狀態(tài)下，分別層疊膜厚為30nm的另一個具有更高的電導(dǎo)率的In-Sn-O非晶薄膜和金層。利用光刻法和剝離法，從中形成漏極端子5和源極端子6。
最后，利用電子束汽相淀積法，形成作為柵絕緣體3的Y2O3膜。并在其上形成金膜并利用光刻法和剝離法從中形成柵極端子4。
(TFT元件特性的評價)在室溫下測試在PET薄膜上形成的TFT元件的電流-電壓特性。漏極電流IDS隨漏極電壓VDS的增加而增加，這表示該溝道為n型導(dǎo)體。這與非晶In-Sn-O型氧化物薄膜為n型的事實相符。IDS在VDS＝6V時變?yōu)轱柡?夾斷)，這是半導(dǎo)體晶體管的典型特性。電流IDS在VG＝0V時為5.0×10-5A，電流IDS在VG＝10V時為5.0×10-5A。這與通過柵極偏置而在作為絕緣體的In-Sn-O型非晶氧化物薄膜中感應(yīng)的電子載流子相對應(yīng)。
晶體管的on-off率約為1×103。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率在飽和區(qū)計算出約為5cm2(Vs)-1。在玻璃襯底上形成的TFT元件具有相似的特性。
在PET薄膜上形成的元件在30mm的曲率半徑下彎曲，并在該狀態(tài)下測試晶體管特性。在該晶體管特性中沒有引起改變。
(利用PLD工藝的使用In-Ga-O型非晶氧化物膜的TFT元件的制備)制備圖5所示的頂部柵極型TFT元件。
首先，在聚乙烯對苯二酸酯(PET)薄膜1上、利用例6所示的PLD法制備In-Ga-O型非晶氧化物薄膜作為溝道層2，其厚度為120nm。
然后，在它的上面，通過利用PLD法、在氧分壓低于1Pa的室內(nèi)、并在氧基產(chǎn)生組件上施加0V電壓的狀態(tài)下，分別層疊膜厚為30nm的另一個具有更高的電導(dǎo)率的In-Ga-O非晶薄膜和金層。利用光刻法和剝離法，從中形成漏極端子5和源極端子6。
最后，利用電子束汽相淀積法，形成作為柵絕緣體3的Y2O3薄膜。并在其上形成金膜，并利用光刻法和剝離法從中形成柵極端子4。
(TFT元件特性的評價)在室溫下測試在PET薄膜上形成的TFT元件的電流-電壓特性。漏極電流IDS隨漏電壓VDS的增加而增加，這表示該溝道為n型導(dǎo)體。這與非晶In-Ga-O型非晶氧化物薄膜為n型的事實相符。IDS在VDS＝6V時變?yōu)轱柡?夾斷)，這是晶體管的典型特性。電流IDS在VG＝0V時為1.0×10-8A，電流IDS在VG＝10V時為1.0×10-6A。這與通過柵極偏置而在作為絕緣體的In-Ga-O型非晶氧化物膜中感應(yīng)的電子載流子相對應(yīng)。
晶體管的on-off率約為1×102。根據(jù)輸出特性，場效應(yīng)遷移率在飽和區(qū)計算出約為0.8cm2(Vs)-1。在玻璃襯底上形成的TFT元件具有相似的特性。
在PET薄膜上形成的元件在30mm的曲率半徑下彎曲，并在該狀態(tài)下測試晶體管特性。在晶體管特性中沒有引起改變。
電子載流子濃度低于1×1018/cm3的非晶氧化物用于TFT的溝道層。電子載流子濃度優(yōu)選小于等于1×1017/cm3，更優(yōu)選小于等于1×1016/cm3。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的實施方式將如下所示。
(例1)將參照一個實施方式對發(fā)光器件的一個例子進(jìn)行說明。
利用已敘述的PLD法、在襯底上形成非晶In-Ga-Zn-O薄膜，以得到In∶Ga∶Zn＝0.98∶1.02∶4的成分。
通過以下步驟，制備圖5所示的頂部柵極型MISFET元件首先，利用制備上述非晶In-Ga-Zn-O型薄膜的方法，在玻璃襯底(1)上，形成厚度為120nm的半絕緣非晶InGaO3(ZnO)4薄膜，作為溝道層(2)；然后，在它的上面，用脈沖激光淀積法、在一個具有小于1Pa的氧分壓的室內(nèi)，分別將高電導(dǎo)率的InGaO3(ZnO)4薄膜和金膜形成為30nm的層，并用光刻法和剝離法形成漏極端子(5)和源極端子(6)；最后，利用電子束真空淀積法，形成作為柵絕緣膜(3)的Y2O3膜(厚度90nm，相對介電常數(shù)約為15，漏電流密度當(dāng)施加0.5MV/cm時為1×10-3A/cm2)，在上面形成金膜，并利用光刻法和剝離技術(shù)形成柵極端子(4)。
(MISFET元件的特性的評價)圖6示出了在室溫下測試的MISFET元件的電流/電壓特性。當(dāng)漏極電壓VDS增加時，漏極電流IDS也增加，這表明該溝道是n型半導(dǎo)體。這個結(jié)果與非晶的基于In-Ga-Zn-O的半導(dǎo)體為n型的事實并不矛盾。MISFET元件顯示了在大約6V的VDS時IDS飽和(夾斷)的典型的半導(dǎo)體晶體管特性。作為增益特性的測試的結(jié)果，柵電壓VGS的閾值在VDS施加4V時約為-0.5V。此外，當(dāng)VG施加10V時，電流IDS為1.0×10-5安培。該結(jié)果意味著在絕緣材料的基于In-Ga-Zn-O的非晶氧化物薄膜中通過柵極偏置感應(yīng)出了載流子。
晶體管的on/off率超過1×103。此外，根據(jù)輸出特性計算的電子場效應(yīng)遷移率的結(jié)果，在飽和范圍下約為7cm2(Vs)-1。當(dāng)以可見光照射所制備的元件并在該元件上進(jìn)行相似的測量時，該元件并未顯示任何的晶體管的特性的改變。由此可知所制備的元件在底部發(fā)射型中也可用作開口，而不需要將晶體管區(qū)域與光中斷。
MISFET元件利用與上述方法相似的方法形成。但在MISFET元件制備之后，在它的上面利用脈沖激光淀積法、形成厚度為300nm的絕緣膜。同時，形成用于將漏極或源極端子與底部電極相連的接觸孔。
接下來，利用電阻加熱真空淀積法、形成厚度為300nm的Al膜；然后在它的上面，為底部電極形成厚度為50nm的Al和Ag的合金膜。底部電極通過接觸孔與漏極端子或源極端子相連。
接下來，通過利用電阻汽相淀積法、形成下述薄膜來制備有機(jī)EL發(fā)光層厚度為20nm的三(8-羥基喹啉)鋁膜作為電子傳輸層；在其上的厚度為40nm的4，4’-二(2，2-聯(lián)苯)乙烯基膜作為發(fā)光層；厚度為20nm的4，4’-二[1-萘基)-N-苯基苯胺]聯(lián)苯膜作為空穴傳輸層；和厚度為60nm的4，4’-二[N，N-二胺]4”-苯基-三苯基胺]膜作為空穴注入層。
最后，利用對置靶濺射技術(shù)，形成厚度為200nm的ITO薄膜用于對置電極。
當(dāng)上述元件通過接觸其上的探針而被驅(qū)動時，從襯底的頂部表面發(fā)射藍(lán)光，換句話說，得到頂部發(fā)射型的元件。
(例2底部發(fā)射型)接下來，參照圖9，對漏極和底部電極直接連接的底部發(fā)射型的發(fā)光器件制備過程的例子進(jìn)行說明。
以與上述實施方式1基本相同的方法形成MISFET元件。但是沒有形成漏極，而且有源層92具有與發(fā)光層相同的面積。接下來，在它的上面，利用脈沖激光淀積法、在具有小于1Pa氧分壓的室內(nèi)，形成厚度為200nm的、具有高電導(dǎo)率的InGaO3(ZnO)4薄膜，以作為充當(dāng)漏極(或源極)和底部電極的電極97。
接下來，通過以實施方式1相反的順序，利用電阻蒸汽法、形成有機(jī)層來形成有機(jī)EL發(fā)光層；將整個集成的層稱為有機(jī)EL發(fā)光層。
最后，形成厚度為50nm的、摻雜Li的Al膜，并利用電阻加熱法形成作為對置電極99的、厚度為200nm的Al膜。
當(dāng)通過接觸其上的探針來驅(qū)動上述元件時，從襯底的背面發(fā)射藍(lán)光，即、得到底部發(fā)射型元件。
(例3線性排列的光源)參照圖10，對根據(jù)本發(fā)明的線性排列的光源進(jìn)行說明。
將多個發(fā)光元件101和薄膜晶體管(TFT)102，以線性方式排列于襯底上，并進(jìn)行如圖10所示的電連接。通過將用于控制發(fā)光的控制電路103與發(fā)光元件和TFT相連接而制備線性排列的光源。TFT的一個輸出(源極或漏極)通過發(fā)光元件與電源Vd相連，另一個輸出與公共電位COM相連。此外，控制電路與TFT的柵極相連。
當(dāng)TFT利用從控制電路的輸出信號而導(dǎo)通時，發(fā)光元件發(fā)射光。具體地，當(dāng)適當(dāng)?shù)乜刂茝目刂齐娐钒l(fā)出的信號時，線性排列的光源能夠發(fā)射期望的線性發(fā)光圖案。
這里，發(fā)光元件可以使用任意的發(fā)光元件，如有機(jī)電致發(fā)光元件(有機(jī)EL)、無機(jī)電致發(fā)光元件(無機(jī)EL)和LED。此外，電路結(jié)構(gòu)不僅限于此，但是為一個發(fā)光元件可以配置多個TFT。
因此，能夠非常容易地制造利用非晶氧化物TFT驅(qū)動發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)，并廉價地提供線性排列的光源。
圖11示出了具有根據(jù)本發(fā)明的線性排列的光源的結(jié)構(gòu)的例子的剖面圖。
如圖11所示，通過在襯底上配置TFT部分和發(fā)光元件部分而制備線性排列的光源，并且每一元件在每一部分上。圖11示出使用有機(jī)EL元件作為發(fā)光元件，并且在TFT部分中使用上述非晶氧化物TFT的情況。
在圖中，符號2100表示襯底，符號2101表示溝道層，符號2102表示源極，符號2103表示柵絕緣膜，符號2104表示柵極，符號2105表示漏極，符號2106表示上部電極(第一電極)，符號2107表示電子傳輸層，符號2108表示發(fā)光層，符號2109表示空穴傳輸層，符號2110表示透明電極層，符號2111表示絕緣層，符號2150表示TFT部分，符號2160表示發(fā)光元件部分。
圖11示出漏極2105與發(fā)光元件部分的透明電極層2110相連的例子。然而，根據(jù)發(fā)光層的層結(jié)構(gòu)，也有將源極2102與透明電極層2110相連的情況。
對于制備方法，線性排列的光源通過以下步驟制備利用上述技術(shù)、在襯底的預(yù)定位置上形成非晶氧化物TFT，然后在其他位置上形成有機(jī)EL元件，并將它們布線連接起來。
此時，當(dāng)已經(jīng)形成非晶氧化物TFT的柵氧化物膜時，在將要配置有機(jī)EL元件的部分上形成相同絕緣層。通過在襯底上放置掩模，然后形成透明電極層，再形成空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和上部電極層而制備有機(jī)EL元件。在上述步驟中，透明電極層與漏極層相連。最后，利用Al膜等形成各種布線。
這里，能夠?qū)⑷鏘n2O3:Sn等的任意的透明導(dǎo)電薄膜用作透明電極層。通常的有機(jī)EL元件所用的材料能夠用于空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和上部電極層。例如，α-NPD能夠用作空穴傳輸層，以6％Ir(ppy)3摻雜的CBP能夠用作發(fā)光層，Alq3能夠作為電子傳輸層，AgMg能夠作為上部電極。
上述中，Alq3指Al-羥基喹啉絡(luò)合物；α-NPD；和Ir(ppy)3指銥-苯基嘧啶絡(luò)合物。
在上面的結(jié)構(gòu)中，從發(fā)光元件發(fā)射的光，如圖中箭頭2170所示，穿過透明電極，并從襯底側(cè)發(fā)射。
因此，所得到的線性排列的光源是小的、輕量的和便宜的。
作為線性排列光源的另一個構(gòu)型，如圖12所示，可以是將有機(jī)EL元件配置在設(shè)置于襯底的TFT的上部的結(jié)構(gòu)。通過使用以如In2O3:Sn的透明電極來制備電極將非晶氧化物TFT制成透明器件，上述線性排列的光源可以讓從發(fā)光元件發(fā)射的光穿過TFT部分并從襯底側(cè)發(fā)出。
在圖12中，符號2200表示襯底，符號2201表示溝道層，符號2202表示源極，符號2203表示柵絕緣膜，符號2204表示柵極，符號2205表示漏極，符號2206表示上部電極(第一電極)，符號2207表示電子傳輸層，符號2208表示發(fā)光層，符號2209表示空穴傳輸層，符號2210表示透明電極層，符號2211表示絕緣層，符號2250表示TFT部分，符號2260表示發(fā)光元件部分。
圖12示出將漏極2205連接到發(fā)光元件部件的透明電極層2210的例子。然而，根據(jù)發(fā)光層的層結(jié)構(gòu)，還可以有將源極2202與透明電極層2210相連的情況。
如此所形成的結(jié)構(gòu)使發(fā)光如箭頭2270所示，使得襯底表面有效地利用，并且能夠使線性排列的光源在它的上面高密度地配置有機(jī)EL元件，和/或獲得大的發(fā)光區(qū)域(開口面積比)。所獲得的線性排列光源是小的，輕量的、且便宜的。
(例4對于復(fù)印機(jī)和頁式打印機(jī)的應(yīng)用)下面，對將線性排列的光源應(yīng)用于復(fù)印機(jī)或頁式打印機(jī)的例子進(jìn)行說明。
大多數(shù)通常的復(fù)印機(jī)或頁式打印機(jī)，具有用于在制圖媒介上印刷數(shù)據(jù)、通過使用透鏡和多棱鏡在光導(dǎo)鼓(photoconductor drum)上掃描激光束以印刷在其上面的數(shù)據(jù)、在光導(dǎo)鼓上記錄數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。
另一方面，如果使用根據(jù)本發(fā)明的線性排列的光源，由于如圖13所示，從發(fā)光元件發(fā)射的光能夠直接照射到光導(dǎo)鼓上，而不需要通過透鏡系統(tǒng)傳送光；因此上述設(shè)備能夠是小的和便宜的。作為其結(jié)果，上述設(shè)備不需要大型的光學(xué)系統(tǒng)，因此能夠小型化并降低制造成本。如果需要，上述設(shè)備可以在發(fā)光元件與鼓之間配置一個簡單的光學(xué)系統(tǒng)，如SELFOC透鏡。
在圖13中，符號2300表示線性排列的光源，符號2350表示光導(dǎo)鼓。
當(dāng)制備上述復(fù)印機(jī)或頁式打印機(jī)時，優(yōu)選利用光導(dǎo)鼓盒(photoconductor drum cartridge)使上述線性排列的光源一體化，。
該線性排列的光源是便宜的、一次性的，其結(jié)果是在利用上述特性的同時，通過制備與光導(dǎo)電體鼓組合而成的單件結(jié)構(gòu)，能夠制造免維護(hù)的復(fù)印機(jī)或頁式打印機(jī)。如本發(fā)明實施方式所示，上述光源能夠配置于光導(dǎo)體(光導(dǎo)鼓)的外部；或也可以配置于其內(nèi)部。
當(dāng)電子照相裝置使用本發(fā)明的線性排列的光源時，該電子照相裝置，通過使用為感光器(光導(dǎo)鼓)供電的供電器，用于照射感光器以在感光器上形成潛像的曝光光源，和用于顯影上述潛像的顯影器而形成圖像；并對曝光光源使用根據(jù)本發(fā)明的線性排列的光源。
(工業(yè)可用性)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件，在包括塑料膜等的柔軟材料上形成半導(dǎo)體薄膜；并且能夠應(yīng)用于包括柔性顯示單元、IC卡和ID標(biāo)簽等的廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
該發(fā)光器件也能夠應(yīng)用于線性排列的光源、復(fù)印機(jī)、頁式打印機(jī)和一體化鼓盒(integrated drum cartridge)。
本申請要求申請日為2004年11月10日的日本專利申請第2004-326684號的優(yōu)先權(quán)并在此引用其內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，具有包括第1和第2電極和位于所述第1和第2電極之間的發(fā)光層的發(fā)光元件、以及用于驅(qū)動所述發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管的有源層包括具有電子載流子濃度小于1018/cm3的非晶氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述非晶氧化物至少包括In、Zn、Sn中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述非晶氧化物是從由包含In、Zn、Sn的氧化物，包含In、Zn的氧化物，包含In、Sn的氧化物，和包含In的氧化物所構(gòu)成的組中選出的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述非晶氧化物包括In、Zn、和Ga。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述發(fā)光元件和場效應(yīng)晶體管被設(shè)置于光學(xué)透明襯底上，從所述發(fā)光層發(fā)射的光通過所述襯底輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管設(shè)置在所述襯底與所述發(fā)光層之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述發(fā)光元件和所述場效應(yīng)晶體管設(shè)置在光學(xué)透明襯底上，從所述發(fā)光層發(fā)射的光通過所述襯底和所述非晶氧化物輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管設(shè)置在所述襯底和所述發(fā)光層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管的漏極和第二電極中的至少一個由光學(xué)透明導(dǎo)電氧化物構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述發(fā)光元件是電致發(fā)光元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于多個所述發(fā)光元件至少被配置在一行上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其特征在于配置所述發(fā)光元件，使其與所述場效應(yīng)晶體管相鄰。
13.一種電子照相裝置，具有感光器，為該感光器供電的供電器，曝光光源，用于曝光該感光器以在該感光器上形成潛像，用于顯影該潛像的顯影單元；其特征在于所述曝光光源具有如權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件。
14.一種發(fā)光器件，具有包括第一和第二電極和位于第一和第二電極之間的發(fā)光層的發(fā)光元件、和用于驅(qū)動該發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管的有源層的電子遷移率隨電子載流子濃度的增加而增加。
15.一種發(fā)光器件，具有包括第一和第二電極和位于第一和第二電極之間的發(fā)光層的發(fā)光元件、和用于驅(qū)動該發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管的有源層包括使得該場效應(yīng)晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)的透明非晶氧化物半導(dǎo)體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光器件，其特征在于所述透明非晶氧化物半導(dǎo)體具有對于實現(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)是充分小的、小于1018/cm3的電子載流子濃度。
17.一種有源矩陣顯示裝置，具有包括第一和第二電極和位于第一和第二電極之間的發(fā)光層的發(fā)光元件、用于驅(qū)動該發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管、以及配置為2維矩陣形式的圖像元件電路，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管的有源層包括使得該場效應(yīng)晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)的透明非晶氧化物半導(dǎo)體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的有源矩陣顯示裝置，其特征在于所述透明非晶氧化物半導(dǎo)體具有對于實現(xiàn)正常截止?fàn)顟B(tài)是充分小的、小于1018/cm3的電子載流子濃度。
19.一種顯示產(chǎn)品，包含包括第1和第2電極和位于第1和第2電極之間的發(fā)光層的發(fā)光元件，和用于驅(qū)動該發(fā)光元件的場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場效應(yīng)晶體管的有源層包含非晶氧化物半導(dǎo)體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示產(chǎn)品，其特征在于所述非晶氧化物是從由包含In、Zn、Sn的氧化物，包含In、Zn的氧化物，包含In、Sn的氧化物，包含In的氧化物構(gòu)成的組中選出的任意一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示產(chǎn)品，其特征在于所述晶體管是正常截止型晶體管。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種使用非晶氧化物的新的發(fā)光器件。該發(fā)光器件具有位于第1電極(77)和第2電極(79)之間的發(fā)光層(78)，和有源層(72)為非晶氧化物的場效應(yīng)晶體管。
文檔編號H01L51/50GK101057333SQ20058003830
公開日2007年10月17日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者田透, 巖崎達(dá)哉, 細(xì)野秀雄, 神谷利夫, 野村研二 申請人:佳能株式會社, 國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué)