场效应晶体管、显示元件、图像显示设备和系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年2月15日、申请号为201180019311. 7、发明名称为"场 效应晶体管、显示元件、图像显示设备和系统"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明总体上涉及场效应晶体管、显示元件、图像显示设备和系统。更具体地，本 发明涉及具有由氧化物半导体形成的有源层的场效应晶体管、具有该场效应晶体管的显示 元件和具有该显示元件的图像显示设备、以及具有该图像显示设备的系统。
【背景技术】
[0003] 场效应晶体管（FET)是通过施加电压到栅极来控制源极和漏极之间的电流，以基 于沟道的电场提供用于电子或空穴的流动的栅的晶体管。
[0004]FET已经由于其特性被用作开关元件或放大元件。由于FET示出小的栅电流并具 有平坦曲线，因此相比于双极晶体管，其可以容易地制造或集成。因此，在目前的电子设备 中使用的集成电路里，FET是不可或缺的元件。
[0005]FET已经作为薄膜晶体管（TFT)应用在有源矩阵型显示器中。
[0006] 近些年，液晶显示器、有机EL(电致发光）显示器、电纸书等已经作为平板显示器 (FPD)投入实际使用。
[0007]FPD由包括TFT的驱动器电路驱动，该TFT具有由非晶娃（amorphoussilicon)或 多晶娃（polycrystallinesilicon)形成的有源层。存在FPD实现进一步放大、更高分辨 率和更高驱动速度的需求。依据这些要求，已经需求具有更高载流子迁移率、随时间更少特 性改变和面板中更少元件间特性变化的TFT。
[0008] 具有由非晶硅（a-Si)或多晶硅（尤其是低温多晶硅（LTPS))形成的有源层的TFT 具有优点和缺点。因此，已经难以同时满足全部需求。
[0009] 例如，a-SiTFT具有缺乏用于高速驱动大屏幕IXD(液晶显示器）的迁移率，以及 在持续驱动中阈值电压的大幅偏移的缺点。尽管LTPS-TFT具有高迁移率，但是它们具有如 下缺点：阈值电压由于通过使用准分子激光的退火来晶体化有源层的处理而大幅变化；因 此，不可以使用大尺寸母体玻璃用于大规模生产线。
[0010] 因此，存在对于具有a-SiTFT和LTPS-TFT的组合优势的新颖TFT技术的需求。 为了满足这些需求，积极开发通过使用氧化物半导体形成的TFT，在其中期待比非晶硅 (a-Si)更高的载流子迁移率。
[0011] 具体地，在Nomura等在NATURE上公开了通过使用非晶InGaZn04 (a-IGZ0)形 成的、能够以室温布置并示出比非晶硅（a-Si)更高的载流子迁移率的TFT(K.Nomura 等，2004 年 11 月，NATURE，第 432 卷，第 25 号，第 488-492 页，"Room-temperature fabricationoftransparentflexiblethin-filmtransistorsusingamorphousoxide semiconductors"；以下称为"非专利文件1"）之后，已经广泛地开展了具有高载流子迁移 率的非晶氧化物半导体的大量研究。
[0012] 但是，在这样的非晶氧化物半导体中，通过氧空位（oxygenvacancy)生成载流子 电子。因此，在沉积处理中需要的氧浓度需要被严格地控制。在试图实现高迁移率时，非晶 氧化物半导体的TFT特性可能轻易地导致耗尽模式。此外，处理窗口可能过于窄而难以实 现常断（normally-off)特性。另外，由于在有源层的沉积处理之后，膜中的氧化物浓度在 成型（patterning)处理或钝化处理中改变，因此，TFT特性可能由于氧化物半导体的特性 改变而恶化。
[0013] 在相关技术中，已经在两方面尝试这样的缺陷的应对措施。例如，日本专利申请 公开第2002-76356号（以下，也称为"专利文件1"）和日本专利申请公开第2006-165529 号（以下，也称为"专利文件2"）公开了这样的应对措施的示例。第一示例是通过引入p 型掺杂来补偿由于氧空位生成的载流子的方法。第二示例是由J.S.Park等在Advanced Materials中公开的方法（J.S.Park等，2009 年，第 21 卷，第 3 号，第 329-333 页，"Novel ZrlnZnOThin-filmTransistorwithExcellentStability"；以下也称为"非专利文件 2")。在第二示例中，通过引入一定量的对氧具有高亲和性的金属元素（例如，Al、Zr和Hf) 来控制载流子生成。但是，以上方法也具有诸如稳定性不足和载流子迁移率下降的缺陷。
【发明内容】
[0014] 因此，本发明的一般目标是提供一种新颖的和有用的场效应晶体管、显示元件、图 像显示设备和系统，该场效应晶体管能够通过在由氧化物半导体形成的有源层中引入n型 替代掺杂生成载流子，在形成处理中引入足够的氧而无严格的氧量控制，并且通过降低氧 空位来增强晶格中的稳定性以实现在稍后的处理中的高特性稳定性，。
[0015] 在一个实施例中，提供一种场效应晶体管，包括：栅极，该其施加栅电压；用于响 应栅电压获取电流的源极和漏极；相邻于源极和漏极提供的有源层，该有源层由n型氧化 物半导体形成；以及在栅极和有源层之间提供的栅绝缘层。在该场效应晶体管中，n型氧化 物半导体由n型掺杂化合物形成，该化合物具有通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳 离子和六价阳离子的至少一种获得的晶相的化学成分。
[0016] 在一个实施例中，提供一种显不兀件，包括：配置为基于驱动信号控制光输出的光 控元件；上述场效应晶体管；以及配置为驱动光控元件的驱动电路。
[0017] 在一个实施例中，提供一种用于基于图像数据显示图像的图像显示设备。该图像 显示设备包括：多个上述显示元件；配置为个别地施加栅电压到矩阵排列的显示元件中的 多个场效应晶体管的多条导线；以及配置为基于图像数据经由导线独立控制场效应晶体管 的栅电压的显示控制设备。
[0018] 在一个实施例中，提供一种系统，包括：上述图像显示设备；以及图像数据生成设 备，配置为基于要显示的图像信息生成图像数据并输出所生成的图像数据到图像显示设 备。
【附图说明】
[0019] 当结合附图阅读时，从下列详细描述中，实施例的其他目标和进一步特征将变得 明显，其中：
[0020] 图1是图示根据实施例的电视装置的配置的框图；
[0021] 图2是图示在图1中所示的图像显示设备的示图（部分1);
[0022] 图3是图示在图1中所示的图像显示设备的示图（部分2);
[0023] 图4是图示在图1中所示的图像显示设备的示图（部分3);
[0024] 图5是图示显示元件的示图；
[0025] 图6是图示有机EL元件的示图；
[0026] 图7是图不场效应晶体管的不图；
[0027] 图8是图不有机EL兀件和场效应晶体管的排列的不图；
[0028] 图9是图示显示控制设备的示图；
[0029] 图10是图示有机EL元件和场效应晶体管的排列的修改的示图；
[0030] 图11是图示"底接触/底栅型"场效应晶体管的示图；
[0031] 图12是图示"顶接触/顶栅型"场效应晶体管的示图；
[0032] 图13是图示"底接触/顶栅型"场效应晶体管的示图；
[0033] 图14是图示液晶显示器的示图；
[0034] 图15是图示图14中的液晶显示器的显示元件的示图；
[0035] 图16是图示示例1中和比较示例1中的场效应晶体管的特性的示图；
[0036] 图17是图示沉积时的氧浓度以及沉积时示例1中和比较示例1中的场效应晶体 管的特性中的场效应迁移率之间的关系的示图。
【具体实施方式】
[0037] 以下参考图1到图12描述优选实施例。图1是图示根据实施例的电视装置100 的示意性配置图。注意，图1中示出的连接线指示典型的信号或信息流，并且未示出块之间 的全部连接关系。
[0038] 电视装置100 (S卩，系统）包括主控制设备101、调谐器103、AD转换器（ADC) 104、 解调器电路105、传输流（TS)解码器106、音频解码器111、DA转换器（DAC) 112、音频输出 电路113、扬声器114、图像解码器121 (即，图像数据生成设备的部分）、图像-0SD合成电路 122 (S卩，图像数据生成设备的部分）、图像输出电路123 (即，图像数据生成设备的部分）、图 像显示设备124、0SD绘制电路125 (即，图像数据生成设备的部分）、存储器131、操作设备 132、驱动接口（驱动IF) 141、硬盘设备142、光盘设备143、IR光电检测器151和通信控制 设备152。
[0039] 主控设备101包括CPU、闪存ROM和RAM，并被配置为控制整个电视装置100。该闪 存ROM存储由CPU可读的合适的代码所写的计算机程序，以及CPU处理中使用的各种数据。 该RAM用作工作存储器。
[0040] 调谐器103配置为从经由天线210接收的广播电波中基于预定频道选择广播。
[0041] ADC104配置为将来自调谐器103的输出信号（模拟信号）转换为数字信息。
[0042] 解调器电路105配置为解调来自ADC104的数字信息。
[0043] TS解码器106配置为TS解码来自解调器电路105的输出信号（数字信息）以分 离包含在该输出信号中的音频信息和图像信息。
[0044] 音频解码器111配置为解码从TS解码器106中获取的音频信息。
[0045]DA转换器（DAC)112配置为转换来自音频解码器111的输出信号（数字信息）为 模拟信息。
[0046] 音频输出电路113配置为输出从DA转换器（DAC) 112获取的输出信号（模拟信 息）到扬声器114。
[0047] 图像解码器121配置为解码从TS解码器106中获取的图像信息。
[0048] 图像-0SD合成电路122配置为合成从图像解码器121获取的输出信号和从0SD 绘制电路125获取的输出信号。
[0049] 图像输出电路123配置为输出从图像-0SD合成电路122获取的合成输出信号到 图像显示设备124。
[0050] 0SD绘制电路125包括用于在图像显示设备124的屏幕上显示字符和图形的字符 生成器，并配置为基于来自操作设备132或IR光电检测器151的指令生成包含显示信息的 信号。
[0051] 存储器131临时累积音视频（AV)数据。
[0052] 操作设备132包括诸如控制面板的输入介质（未示出）以报告用户输入的各种信 息项给主控设备101。
[0053] 驱动IF141是双向通信接口，其依从ATAPI(AT附件包接口）等。
[0054] 硬盘设备142包括硬盘和用于驱动该硬盘的驱动设备。该驱动设备配置为记录数 据在硬盘中并从硬盘重现所记录的数据。
[0055] 光盘设备143配置为记录数据在光盘（例如，DVD)中并从光盘取回所记录的数据。
[0056]IR光电检测器151配置为从远程控制器传输设备220接收光信号，并向主控设备 101报告该接收。
[0057] 通信控制设备152配置为控制与因特网的通信。该通信控