JP2012151485A

JP2012151485A - 画像表示装置

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Publication number: JP2012151485A
Application number: JP2012053401A
Authority: JP
Inventors: Hideya Kumomi; 日出也雲見; Hideo Hosono; 秀雄細野; Toshio Kamiya; 利夫神谷; Kenji Nomura; 研二野村
Original assignee: Canon Inc; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Canon Inc; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: US7791072B2; US20060113536A1; US8237166B2; US20100295041A1; JP5401570B2

Abstract

【課題】非晶質酸化物を利用した新規な画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】アクティブマトリックス型の画像表示装置において、光制御素子を駆動するための電界効果型トランジスタの活性層１２として、非晶質酸化物を用いる。アクティブマトリックス型の画像表示装置であって、光制御素子と、光制御素子を駆動するための電界効果型トランジスタと、を備え、電界効果型トランジスタの活性層は、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満の非晶質酸化物である。
【選択図】図８

Description

本発明は、非晶質酸化物をトランジスタの活性層に利用した画像表示装置に関する。

近年、液晶やエレクトロルミネッセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）技術等の進歩により、平面薄型画像表示装置（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）が実用化されている。

これらＦＰＤは、ガラス基板上に設けた非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜を活性層に用いる電界効果型薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）のアクティブマトリックス回路により駆動されている。

一方、これらＦＰＤのより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。

しかし、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。

そこで、低温での成膜が可能な、たとえばＺｎＯを材料とした酸化物半導体薄膜を用いるＴＦＴの開発が活発に行われている（特許文献１）。

一方、従来の酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴは、シリコンを用いたＴＦＴに並ぶだけの充分な特性が得られていなかったためか、その応用技術を開発する技術水準には至っていない。

特開２００３−２９８０６２号公報

本発明の目的は、酸化物を活性層に用いたトランジスタを利用した、新規な画像表示装置を提供することにある。

本発明の第１の骨子は、アクティブマトリックス型の画像表示装置であって、
電気泳動粒子を含み構成されている光制御素子と、
該光制御素子を駆動するための電界効果型トランジスタと、を備え、
該電界効果型トランジスタの活性層はＩｎ―Ｚｎ―Ｇａ―Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｇａ―Ｍｇ−Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｓｎ―Ｏ系酸化物、Ｉｎ−Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｇａ―Ｏ系酸化物、及びＳｎ−Ｉｎ−Ｚｎ―Ｏ系酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を有し、該非晶質酸化物の電子キャリア濃度が１０ ^１８／ｃｍ ^３未満であり、
該電界効果型トランジスタは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が１０マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が１ｃｍ ^２／（Ｖ・秒）超であることを特徴とする。

また、前記電界効果型トランジスタのゲート電極と該液晶との間には、該液晶側から配向膜および絶縁膜をこの順に有するのがよい。

本発明者が酸化物半導体を検討したところ、ＺｎＯは、一般に安定なアモルファス相を形成することができないことが判った。そして、殆どのＺｎＯは多結晶相を呈するために、多結晶粒子間の界面でキャリアは散乱され、結果として電子移動度を大きくすることができないようである。

また、ＺｎＯには、酸素欠陥が入りやすく、キャリア電子が多数発生してしまうため、電気伝導度を小さくすることが難しい。このために、トランジスタのゲート電圧が無印加時でも、ソース端子とドレイン端子間に大きな電流が流れてしまい、ＴＦＴのノーマリーオフ動作を実現できないことが判った。また、トランジスタのオン・オフ比を大きくすることも難しいようである。

また、本発明者は、特開２０００−０４４２３６号公報に記載されている非晶質酸化物膜Ｚｎ_ｘＭ_ｙＩｎ_ｚＯ_{（ｘ＋３ｙ／２＋３ｚ／２）}（式中、ＭはＡｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素である。）について検討した。この材料は、電子キャリア濃度が、１０^１８／ｃｍ^３以上であり、単なる透明電極としては好適な材料である。

しかし、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３以上の酸化物をＴＦＴのチャネル層に用いた場合、オン・オフ比が十分にとれず、ノーマリーオフ型のＴＦＴにはふさわしくないことが分かった。

つまり、従来の非晶質酸化物膜では、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満の膜を得ることはできていなかった。

そこで、本発明者は、電界効果型トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満の非晶質酸化物を用いているＴＦＴを作製したところ、所望の特性のＴＦＴが得られ、画像表示装置に適用できることを発見したのである。

本発明者らは、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ、及びこの材料の成膜条件に関する研究開発を精力的に進めた結果、成膜時の酸素雰囲気の条件を制御することで、電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満にできることを見出した。

本発明は、所望の電子キャリア濃度を実現した膜を用いた画像表示装置に関するものである。

以下、具体的に本発明について説明する。

本発明に用いられる前記光制御素子は、例えば液晶素子あるいは電気泳動粒子を含む素子のような非自発光の電気光学素子である。

前記光制御素子を、液晶を利用して構成し、且つ
前記活性層と該液晶との間に、該液晶側から配向膜および絶縁膜をこの順に設けておくこともできる。

前記光制御素子を、液晶を利用して構成し、且つ
前記電界効果型トランジスタのゲート電極と該液晶との間に、該液晶側から配向膜および絶縁膜をこの順に設けておくこともできる。

前記絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜である。

本発明は、電界効果型トランジスタの出力により光透過率、もしくは光反射率が制御される光制御素子に関する。

そして、光透過率制御素子、もしくは光反射率制御素子の電極に、Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｏを含む電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満である非晶質半導体を活性層として備えている電界効果型トランジスタの出力端子が接続されていることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態は上記発光素子がエレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする。

あるいは、本発明の一実施形態は上記光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子が液晶セルであることを特徴とする。

あるいは、本発明の一実施形態は上記光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子が電気泳動型粒子セルであることを特徴とする。

さらに本発明の一実施形態は、上記電気泳動型粒子セルが、流体と粒子を封止したカプセルを対向電極間に挟んだセルであることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態は、上記光制御素子が、可撓性樹脂基体上に設けられていることを特徴とする。

あるいは、本発明の一実施形態は上記光制御素子が、光透過性基体上に設けられていることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、アクティブマトリックス型に配線された複数の上記電界効果型トランジスタとともに、上記光制御素子が二次元的に複数配されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、テレビ受像機等の放送動画表示機器に関し、上記画像表示装置を具えることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、コンピュータ等のデジタル情報処理機器に関し、上記画像表示装置を具えることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、携帯電話、携帯型音楽再生機や携帯型動画再生機等の携帯型情報機器に関し、上記画像表示装置を具えることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、スチルカメラやムービーカメラ等の撮像機器に関し、それら撮像機器のビューファインダー用、撮影済画像の確認用、あるいは撮影情報の表示用等に、上記画像表示装置を具えることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、窓、扉、天井、床、内壁、外壁、仕切り等の建築構造物に関し、それら表面に画像を表示するための、上記画像表示装置を具えることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、車両、航空機、船舶等の移動体の、窓、扉、天井、床、内壁、外壁、仕切り等の構成物に関し、それら表面に画像を表示するための、上記画像表示装置を具えることを特徴とする。

本発明の一実施形態はまた、公共交通機関車両内の広告手段や街中の広告板、広告塔等の広告機器に関し、それらに画像を表示するための、上記画像表示装置を具えることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態は、光透過率制御素子、もしくは光反射率制御素子の電極に、室温での電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満である非晶質酸化物を活性層としている電界効果型トランジスタの出力端子が、接続されている光制御素子である。

また、本発明の一実施形態は、光透過率制御素子、もしくは光反射率制御素子の電極に、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加する非晶質酸化物を活性層としている電界効果型トランジスタの出力端子が接続されている光制御素子である。

本発明によれば、新規な画像表示装置の提供が可能となる。

パルスレーザー蒸着法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物の電子キャリア濃度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。パルスレーザー蒸着法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電子キャリアの濃度と電子移動度の関係を示すグラフである。アルゴンガスを用いた高周波スパッタ法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電気伝導度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気中で、パルスレーザー蒸着法により成膜したＩｎＧａＯ_３（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_４のｘの値に対する電気伝導度、電子キャリア濃度、電子移動度の変化を示すグラフである。トップゲート型ＴＦＴ素子構造を示す模式図である。Ｙ_２Ｏ_３をゲート絶縁膜として用いたトップゲート型ＴＦＴ素子の電流−電圧特性を示すグラフである。光制御素子の模式的断面図である。光制御素子の模式的断面図である。パルスレーザー蒸着装置を示す模式図である。スパッタ成膜装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明に係るアクティブマトリックス型の画像表示装置に関して、図８を用いて説明する。

同図において、１１は基体あるいは基板、１２は非晶質酸化物、１３はソース電極、１４はドレイン電極、１８は電極（画素電極）、１５はゲート絶縁膜、１６はゲート電極、２１と２２は高抵抗膜、２３は液晶又は電気泳動型粒子を含む部分である。この２３が、本発明における光制御素子の一部を構成する。なお、２０は電極（あるいは電極を備えている基板）である。電極には、例えば、ＩＴＯなどの透明電極が好適に用いられる。
本発明においては、液晶などにより構成される光制御素子を駆動するための電界効果型トランジスタの出力端子（ドレイン電極１４に相当）が、光制御素子を構成する電極１８に接続されている。

なお、本発明でいう光制御素子とは、光変調素子ということもできる。

そして、該電界効果型トランジスタの活性層１２としては、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満の非晶質酸化物を利用するのである。

また、本発明に用いる非晶質酸化物としては、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加する傾向を示す非晶質酸化物を用いることもできる。

なお、光制御素子として、液晶を用いる場合は、前記高抵抗膜２１あるいは２２は液晶を配向させるための配向膜（例えばポリイミド）となる。

図８において、１７は層間絶縁膜であるが、この絶縁膜１７と前記高抵抗膜２１とを同じ材料で構成することもできる。

但し、絶縁性を高めるという点からは、前記高抵抗膜（配向膜）２１と絶縁膜１７とを異なる材料で形成するのがよい。例えば、前記絶縁膜１７として、酸化シリコンや窒化シリコンなどを用いる。

特に、窒化シリコンなどで構成される絶縁膜１７を用いて、非晶質酸化物あるいはゲート絶縁膜１５と、液晶との間を分離しておくのが好ましい。これは、電界効果型トランジスタを構成するゲート絶縁膜や非晶質酸化物に液晶などからの予期しない原子やイオン種などの進入を抑制するためである。ゲート絶縁膜１５と絶縁膜１７の材料とを異ならせることもできる。

なお、液晶と前記絶縁膜１７の間に、前記配向膜以外に他の層が介在していてもよい。
（非晶質酸化物）
本発明に係る非晶質酸化物の電子キャリア濃度は、室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば２５℃であり、具体的には０℃から４０℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係るアモルファス酸化物の電子キャリア濃度は、０℃から４０℃の範囲全てにおいて、１０^１８／ｃｍ^３未満を充足する必要はない。例えば、２５℃において、キャリア電子密度１０^１８／ｃｍ^３未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度を更に下げ、１０^１７／ｃｍ^３以下、より好ましくは１０^１６／ｃｍ^３以下にするとノーマリオフのＴＦＴが歩留まり良く得られる。

なお、１０^１８／ｃｍ^３未満とは、好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３未満であり、より好適には、１．０×１０^１８／ｃｍ^３未満である。

電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることが出来る。

なお、本発明において、アモルファス酸化物とは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、ハローパターンが観測され、特定の回折線を示さない酸化物をいう。

本発明のアモルファス酸化物における、電子キャリア濃度の下限値は、ＴＦＴのチャネル層として適用できれば特に限定されるものではない。下限値は、例えば、１０^１２／ｃｍ^３である。

従って、本発明においては、後述する各実施例のようにアモルファス酸化物の材料、組成比、製造条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、１０^１２／ｃｍ^３以上１０^１８／ｃｍ^３未満とする。より好ましくは１０^１３／ｃｍ^３以上１０^１７／ｃｍ^３以下、更には１０^１５／ｃｍ^３以上１０^１６／ｃｍ^３以下の範囲にすることが好ましいものである。

前記非晶質酸化物としては、ＩｎＺｎＧａ酸化物のほかにも、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ_ｘＺｎ_１−ｘ酸化物（０．２≦ｘ≦１）、Ｉｎ_ｘＳｎ_１−ｘ酸化物（０．８≦ｘ≦１）、あるいはＩｎ_ｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）_１−ｘ酸化物（０．１５≦ｘ≦１）から適宜選択できる。

なお、Ｉｎ_ｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）_１−ｘ酸化物は、Ｉｎ_ｘ（Ｚｎ_ｙＳｎ_１−ｙ）_１−ｘ酸化物と記載することができ、ｙの範囲は１から０である。

なお、ＺｎとＳｎを含まないＩｎ酸化物の場合は、Ｉｎの一部をＧａに置換することもできる。即ち、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘ酸化物（０≦ｘ≦１）の場合である。

以下に、本発明者らが作製することに成功した電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満の非晶質酸化物について詳述する。

上記酸化物とは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏを含み構成され、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは６未満の自然数）で表され、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満であることを特徴とする。

また上記酸化物は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏを含み構成され、結晶状態の組成がＩｎＧａＯ_３（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_ｍ（ｍは６未満の自然数、０＜ｘ≦１）で表され、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満であることを特徴とする。

なお、これらの酸化物で構成される膜において、電子移動度が１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超になるように設計することも好ましい。

上記膜をチャネル層に用いれば、トランジスターオフ時のゲート電流が０．１マイクロアンペヤ未満のノーマリーオフで、オン・オフ比が１０^３超のトランジスタ特性を実現できる。そして、可視光に対して、透明あるいは透光性を有し、フレキシブルなＴＦＴが実現される。

なお、上記膜は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなることを特徴とする。透明膜を形成する基板としては、ガラス基板、樹脂製プラスチック基板又はプラスチックフィルムなどを用いることができる。

上記非晶質酸化物膜をチャネル層に利用する際には、Ａｌ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３、又はＨｆＯ_２の１種、又はそれらの化合物を少なくとも二種以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜に利用できる。

また、非晶質酸化物中に、電気抵抗を高めるための不純物イオンを意図的に添加せず、酸素ガスを含む雰囲気中で、成膜することも好ましい形態である。

本発明者らは、この半絶縁性酸化物アモルファス薄膜は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなるという特異な特性を見出した。そして、その膜を用いてＴＦＴを作成し、オン・オフ比、ピンチオフ状態での飽和電流、スイッチ速度などのトランジスタ特性が更に向上することを見出した。即ち、非晶質酸化物を利用して、ノーマリーオフ型のＴＦＴを実現できることを見出した。

非晶質酸化物薄膜を膜トランジスタのチャネル層として用いると、電子移動度が１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超、好ましくは５ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超にすることができる。

電子キャリア濃度が、１０^１８／ｃｍ^３未満、好ましくは、１０^１６／ｃｍ^３未満のときは、オフ時（ゲート電圧無印加時）のドレイン・ソース端子間の電流を、１０マイクロアンペヤ未満、好ましくは０．１マイクロアンペア未満にすることができる。

また、該膜を用いれば、電子移動度が１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超、好ましくは５ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超の時は、ピンチオフ後の飽和電流を１０マイクロアンペア超にでき、オン・オフ比を１０^３超とすることができる。

ＴＦＴでは、ピンチオフ状態では、ゲート端子に高電圧が印加され、チャネル中には高密度の電子が存在している。

したがって、本発明によれば、電子移動度が増加した分だけ、より飽和電流値を大きくすることができる。この結果、オン・オフ比の増大、飽和電流の増大、スイッチング速度の増大など、トランジスタ特性の向上が期待できる。

なお、通常の化合物中では、電子数が増大すると、電子間の衝突により、電子移動度は減少する。

なお、上記ＴＦＴの構造としては、半導体チャネル層の上にゲート絶縁膜とゲート端子を順に形成するスタガ（トップゲート）構造や、ゲート端子の上にゲート絶縁膜と半導体チャネル層を順に形成する逆スタガ（ボトムゲート）構造を用いることができる。
（第１の成膜法：ＰＬＤ法）
結晶状態における組成がＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは６未満の自然数）で表される非晶質酸化物薄膜は、ｍの値が６未満の場合は、８００℃以上の高温まで、非晶質状態が安定に保たれる。しかし、ｍの値が大きくなるにつれ、すなわち、ＩｎＧａＯ_３に対するＺｎＯの比が増大して、ＺｎＯ組成に近づくにつれ、結晶化しやすくなる。

したがって、非晶質ＴＦＴのチャネル層としては、ｍの値が６未満であることが好ましい。

成膜方法は、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが良い。気相成膜法の中でも、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタ法が最も適している。

しかしながら、通常の条件で該非晶質膜を作成すると、主として酸素欠損が生じ、これまで、電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満、電気伝導度にして、１０Ｓ／ｃｍ以下にすることができなかった。そうした膜を用いた場合、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができない。

本発明者らは、図９で示される装置により、パルスレーザー蒸着法で作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏを作製した。

図９に示すようなＰＬＤ成膜装置を用いて、成膜を行った。
同図において、７０１はＲＰ（ロータリーポンプ）、７０２はＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）、７０３は準備室、７０４はＲＨＥＥＤ用電子銃、７０５は基板を回転、上下移動するための基板保持手段、７０６はレーザー入射窓である。また、７０７は基板、７０８はターゲット、７０９はラジカル源、７１０はガス導入口、７１１はターゲットを回転、上下移動するためのターゲット保持手段、７１２はバイパスライン、７１３はメインライン、７１４はＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）である。また、７１５はＲＰ（ロータリーポンプ）、７１６はチタンゲッターポンプ、７１７はシャッターである。また、図中７１８はＩＧ（イオン真空計）、７１９はＰＧ（ピラニ真空計）、７２０はＢＧ（バラトロン真空計）、７２１は成長室（チャンバー）である。

ＫｒＦエキシマレーザーを用いたパルスレーザー蒸着法により、ＳｉＯ_２ガラス基板（コーニング社製１７３７）上にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物半導体薄膜を堆積させた。堆積前の処理として、基板の超音波による脱脂洗浄を、アセトン，エタノール，超純水を用いて、各５分間行った後、空気中１００℃で乾燥させた。

前記多結晶ターゲットには、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４焼結体ターゲット（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍｔ）を用いた。これは、出発原料として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ（各４Ｎ試薬）を湿式混合した後（溶媒：エタノール）、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て得られるものである。こうして作製したターゲットの電気伝導度は、９０（Ｓ／ｃｍ）であった。

成長室の到達真空を２×１０^−６（Ｐａ）にして、成長中の酸素分圧を６．５（Ｐａ）に制御して成膜を行った。

チャンバー７２１内酸素分圧は６．５Ｐａ、基板温度は２５℃である。

なお、ターゲット７０８と被成膜基板７０７間の距離は、３０（ｍｍ）であり、入射窓７１６から入射されるＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１．５−３（ｍＪ／ｃｍ^２／ｐｕｌｓｅ）の範囲である。また、パルス幅は、２０（ｎｓｅｃ）、繰り返し周波数は１０（Ｈｚ）、そして照射スポット径は、１×１（ｍｍ角）とした。

こうして、成膜レート７（ｎｍ／ｍｉｎ）で成膜を行った。
得られた薄膜について、薄膜のすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは認めらなかったことから、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系薄膜はアモルファスであるといえる。

さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．５ｎｍであり、膜厚は約１２０ｎｍであることが分かった。蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析の結果、薄膜の金属組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝０．９８：１．０２：４であった。

電気伝導度は、約１０^−２Ｓ／ｃｍ未満であった。電子キャリア濃度は約１０^１６／ｃｍ^３以下、電子移動度は約５ｃｍ^２／（Ｖ・秒）と推定される。

光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス薄膜の禁制帯エネルギー幅は、約３ｅＶと求まった。以上のことから、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系薄膜は、結晶のＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４の組成に近いアモルファス相を呈しており、酸素欠損が少なく、電気伝導度が小さな透明な平坦薄膜であることが分かった。

具体的に図１を用いて説明する。同図は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏから構成され、結晶状態を仮定した時の組成がＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは６未満の数）で表される透明アモルファス酸化物薄膜を本実施例と同じ条件下で作成する場合の特性図である。この特性図は、酸素分圧を変化させた場合に、成膜された酸化物の電子キャリア濃度の変化を示したものである。

本実施例と同じ条件下で酸素分圧を４．５Ｐａ超の高い雰囲気中で、成膜することにより、図１に示すように、電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満に低下させることができた。この場合、基板の温度は意図的に加温しない状態で、ほぼ室温に維持されている。フレキシブルなプラスチックフィルムを基板として使用するには、基板温度は１００℃未満に保つことが好ましい。

酸素分圧をさらに大きくすると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができる。例えば、図１に示す様に、基板温度２５℃、酸素分圧５Ｐａで成膜したＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４薄膜では、さらに、電子キャリア数を１０^１６／ｃｍ^３に低下させることができた。

得られた薄膜は、図２に示す様に、電子移動度が１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超であった。しかし、本実施例のパルスレーザー蒸着法では、酸素分圧を６．５Ｐａ以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、ＴＦＴのチャネル層として用いることが困難となる。

従って、酸素分圧４．５Ｐａ超、望ましくは５Ｐａ超、６．５Ｐａ未満の雰囲気で、パルスレーザー蒸着法を用いる。この方法で、結晶状態における組成ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは６未満の数）で表される透明アモルファス酸化物薄膜を作製すれば、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができる。

また、該薄膜の電子移動度は、１ｃｍ^２／Ｖ・秒超が得られ、オン・オフ比を１０^３超に大きくすることができた。

以上、説明したように、本実施例に示した条件下でＰＬＤ法によりＩｎＧａＺｎ酸化物の成膜を行う場合は、酸素分圧を４．５Ｐａ以上６．５Ｐａ未満になるように制御することが望ましい。

なお、電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満を実現するためには、酸素分圧の条件、成膜装置の構成や、成膜する材料や組成などに依存する。

次に、上記装置における酸素分圧６．５Ｐａの条件で、アモルファス酸化物を作製し、図５に示すトップゲート型ＭＩＳＦＥＴ素子を作製した。具体的には、まず、ガラス基板（１）上に上記のアモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ薄膜の作製法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０ｎｍの半絶縁性アモルファスＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４膜を形成した。

さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、パルスレーザー堆積法により電気伝導度の大きなＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層する。そして、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ_２Ｏ_３膜を電子ビーム蒸着法により成膜した（厚み：９０ｎｍ、比誘電率：約１５、リーク電流密度：０．５ＭＶ／ｃｍ印加時に１０^−３Ａ／ｃｍ^２）。その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。

ＭＩＳＦＥＴ素子の特性評価
図６に、室温下で測定したＭＩＳＦＥＴ素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧Ｖ_ＤＳの増加に伴い、ドレイン電流Ｉ_ＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体がｎ型であるという事実と矛盾しない。Ｉ_ＤＳはＶ_ＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、Ｖ_ＤＳ＝４Ｖ印加時におけるゲート電圧Ｖ_ＧＳの閾値は約−０．５Ｖであった。また、Ｖ_Ｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝１．０×１０^−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス半導体薄膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。

トランジスタのオン・オフ比は、１０^３超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約７ｃｍ^２（Ｖｓ）^−１の電界効果移動度が得られた。作製した素子に可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。

本実施例によれば、電子キャリア濃度が小さく、したがって、電気抵抗が高く、かつ電子移動度が大きいチャネル層を有する薄膜トランジスタを実現できる。

なお、上記したアモルファス酸化物は、電子キャリア濃度の増加と共に、電子移動度が増加し、さらに縮退伝導を示すという優れた特性を備えていた。

本実施例では、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製したが、成膜自体が室温で行えるので、プラスチック板やフィルムなどの基板が使用可能である。

また、本実施例で得られたアモルファス酸化物は、可視光の光吸収が殆どなく、透明なフレキシブルＴＦＴを実現できる。

（第２の成膜法：スパッタ法（ＳＰ法））
雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた高周波ＳＰ法により、成膜する場合について説明する。
ＳＰ法は、図１０に示す装置を用いて行った。同図において、８０７は被成膜基板、８０８はターゲット、８０５は冷却機構付き基板保持手段、８１４は、ターボ分子ポンプ、８１５はロータリーポンプ、８１７はシャッターである。また、８１８はイオン真空計、８１９はピラニ真空計、８２１は成長室（チャンバー）、８３０はゲートバルブである。

被成膜基板８０７としては、ＳｉＯ_２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。成膜前処理として、この基板の超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各５分ずつ行った後、空気中１００℃で乾燥させた。

ターゲット材料としては、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体（サイズ２０ｍｍφ５ｍｍｔ）を用いた。

この焼結体は、出発原料として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ（各４Ｎ試薬）を湿式混合（溶媒：エタノール）し、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て作製した。このターゲット８０８の電気伝導度は９０（Ｓ／ｃｍ）であり、半絶縁体状態であった。

成長室８２１内の到達真空は、１×１０^−４（Ｐａ）であり、成長中の酸素ガスとアルゴンガスの全圧は、４〜０．１×１０^−１（Ｐａ）の範囲での一定の値とした。そして、アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素分圧を１０^−３〜２×１０^−１（Ｐａ）の範囲で変化させた。

また、基板温度は、室温とし、ターゲット８０８と被成膜基板８０７間の距離は、３０（ｍｍ）であった。

投入電力は、ＲＦ１８０Ｗであり、成膜レートは、１０（ｎｍ／ｍｉｎ）で行った。

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。

成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させ、得られたアモルファス酸化物膜の電気伝導度を測定した。その結果を図３に示す。

図３に示すように、酸素分圧を３×１０^−２Ｐａ超の高い雰囲気中で、成膜することにより、電気伝導度を１０Ｓ／ｃｍ未満に低下させることができた。

酸素分圧をさらに大きくすることにより、電子キャリア数を低下させることができた。

例えば、図３に示す様に、基板温度２５℃、酸素分圧１０^−１Ｐａで成膜したＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４薄膜では、さらに、電気伝導度を約１０^−１０Ｓ／ｃｍに低下させることができた。また、酸素分圧１０^−１Ｐａ超で成膜したＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４薄膜は、電気抵抗が高すぎて電気伝導度は測定できなかった。この場合、電子移動度は測定できなかったが、電子キャリア濃度が大きな膜での値から外挿して、電子移動度は、約１ｃｍ^２／Ｖ・秒と推定された。

すなわち、酸素分圧３×１０^−２Ｐａ超、望ましくは５×１０^−１Ｐａ超のアルゴンガス雰囲気で、スパッタ蒸着法で作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏから構成され、結晶状態における組成ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは６未満の自然数）で表される透明アモルファス酸化物薄膜を作製した。この透明アモルファス酸化物薄膜を用いて、ノーマリーオフで、かつオン・オフ比を１０^３超のトランジスタを構成することができた。

本実施例で示した装置、材料を用いる場合は、スパッタによる成膜の際の酸素分圧としては、例えば、３×１０^−２Ｐａ以上、５×１０^−１Ｐａ以下の範囲である。なお、パルスレーザー蒸着法およびスパッタ法で作成された薄膜では、図２に示す様に、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が増加する。

上記のとおり、酸素分圧を制御することにより、酸素欠陥を低減でき、その結果、電子キャリア濃度を減少できる。また、アモルファス状態では、多結晶状態とは異なり、本質的に粒子界面が存在しないために、高電子移動度のアモルファス薄膜を得ることができる。

なお、ガラス基板の代わりに厚さ２００μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合にも、得られたＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。

なお、ターゲットとして、多結晶ＩｎＧａＯ_３（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_ｍ（ｍは６未満の自然数、０＜ｘ≦１）を用いれば、１Ｐａ未満の酸素分圧下でも、高抵抗非晶質ＩｎＧａＯ_３（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_ｍ膜を得ることができる。

例えば、Ｚｎを８０ａｔ％のＭｇで置換したターゲットを使用した場合、酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気で、パルスレーザー堆積法で得られた膜の電子キャリア濃度を１０^１６／ｃｍ^３未満とすることができる（電気抵抗値は、約１０^−２Ｓ／ｃｍである。）。

こうした膜の電子移動度は、Ｍｇ無添加膜に比べて低下するが、その程度は少なく、室温での電子移動度は約５ｃｍ^２／（Ｖ・秒）で、アモルファスシリコンに比べて、１桁程度大きな値を示す。同じ条件で成膜した場合、Ｍｇ含有量の増加に対して、電気伝導度と電子移動度は、共に低下するので、Ｍｇの含有量は、好ましくは、２０％超、８５％未満（ｘにして、０．２＜ｘ＜０．８５）である。

上記した非晶質酸化物膜を用いた薄膜トランジスタにおいて、Ａｌ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜とすることが好ましい。

ゲート絶縁薄膜とチャネル層薄膜との界面に欠陥が存在すると、電子移動度の低下及びトランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、チャネル層に適合したゲート絶縁膜を選定する必要がある。Ａｌ_２Ｏ_３膜を用いれば、リーク電流を低減できる。また、Ｙ_２Ｏ_３膜を用いればヒステリシスを小さくできる。さらに、高誘電率のＨｆＯ_２膜を用いれば、電子移動度を大きくすることができる。また、これらの膜の混晶を用いて、リーク電流、ヒステリシスが小さく、電子移動度の大きなＴＦＴを形成できる。また、ゲート絶縁膜形成プロセス及びチャネル層形成プロセスは、室温で行うことができるので、ＴＦＴ構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。

このように形成したＴＦＴは、ゲート端子、ソース端子、及び、ドレイン端子を備えた３端子素子で、セラミックス、ガラス、又はプラスチックなどの絶縁基板上に成膜した半導体薄膜を、電子又はホールが移動するチャネル層として用いたものである。また、このＴＦＴはゲート端子に電圧を印加して、チャンネル層に流れる電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。

なお、酸素欠損量を制御して所望の電子キャリア濃度を達成できていることが本発明においては重要である。

上記記載においては、非晶質酸化物膜の酸素量（酸素欠損量）の制御を、成膜時に酸素を所定濃度含む雰囲気中で行うことで制御している。しかし、成膜後、当該酸化物膜を酸素を含む雰囲気中で後処理して酸素欠損量を制御（低減あるいは増加）することも好ましいものである。

効果的に酸素欠損量を制御するには、酸素を含む雰囲気中の温度を０℃以上３００℃以下、好ましくは、２５℃以上、２５０℃以下、更に好ましくは１００℃以上２００℃以下で行うのがよい。

勿論、成膜時にも酸素を含む雰囲気中で行い、且つ成膜後の後処理でも酸素を含む雰囲気中で後処理してもよい。また、所定の電子キャリア濃度（１０^１８／ｃｍ^３未満）を得られるのであれば、成膜時には、酸素分圧制御は行わないで、成膜後の後処理を酸素を含む雰囲気中で行ってもよい。

なお、本発明における電子キャリア濃度の下限としては、得られる酸化物膜をどのような素子や回路あるいは装置に用いるかにもよるが、例えば１０^１４／ｃｍ^３以上である。

（材料系の拡大）
さらに、組成系を拡大して研究を進めた結果、Ｚｎ，Ｉｎ及びＳｎのうち、少なくとも１種類の元素の酸化物からなるアモルファス酸化物で、電子キャリア濃度が小さく、かつ電子移動度が大きいアモルファス酸化物膜を作製できることを見出した。

また、このアモルファス酸化物膜は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなるという特異な特性を有することを見出した。

その膜を用いてＴＦＴを作成し、オン・オフ比、ピンチオフ状態での飽和電流、スイッチ速度などのトランジスタ特性に優れたノーマリーオフ型のＴＦＴを作成できる。

本発明には、以下（ａ）から（ｈ）の特徴を有する酸化物を用いることができる。
（ａ）室温での電子キャリア濃度が、１０^１８／ｃｍ^３未満のアモルファス酸化物。
（ｂ）電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物。
なおここで、室温とは０℃から４０℃程度の温度をいう。アモルファスとは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、ハローパターンのみが観測され、特定の回折線を示さない化合物をいう。また、ここでの電子移動度は、ホール効果測定で得られる電子移動度をいう。
（ｃ）室温での電子移動度が、０．１ｃｍ^２／Ｖ・秒超であることを特徴とする上記（ａ）又は（ｂ）に記載されるアモルファス酸化物。
（ｄ）縮退伝導を示す上記（ｂ）から（ｃ）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。なお、ここでの縮退伝導とは、電気抵抗の温度依存性における熱活性化エネルギーが、３０ｍｅＶ以下の状態をいう。
（ｅ）Ｚｎ，Ｉｎ及びＳｎのうち、少なくとも１種類の元素を構成成分として含む上記（ａ）から（ｄ）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物。
（ｆ）上記（ｅ）に記載のアモルファス酸化物に、Ｚｎより原子番号の小さい２族元素Ｍ２（Ｍ２は、Ｍｇ，Ｃａ）、Ｉｎより原子番号の小さい３属元素Ｍ３（Ｍ３は、Ｂ，Ａｌ、Ｇａ、Ｙ），Ｓｎより小さい原子番号の小さい４属元素Ｍ４（Ｍ４は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）、５属元素Ｍ５（Ｍ５は、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）およびＬｕ、Ｗのうち、少なくとも１種類の元素を含むアモルファス酸化物膜。
（ｇ）結晶状態における組成がＩｎ_１−ｘＭ３_ｘＯ_３（Ｚｎ_１−ｙＭ２_ｙＯ）_ｍ（０≦ｘ、ｙ≦１、ｍは０又は６未満の自然数）である化合物単体又はｍの異なる化合物の混合体である（ａ）から（ｆ）のいずれかに記載のアモルファス酸化物膜。Ｍ３たとえば、Ｇａであり、Ｍ２は例えば、Ｍｇである。

（ｈ）ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチックフィルム上に設けた上記（ａ）から（ｇ）記載のアモルファス酸化物膜。

また、本発明は、（１０）上記記載のアモルファス酸化物、又はアモルファス酸化物膜をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタである。

なお、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満、１０^１５／ｃｍ^３超のアモルファス酸化物膜をチャネル層に用い、ソース端子、ドレイン端子及びゲート絶縁膜を介してゲート端子を配した電界効果型トランジスタを構成する。ソース・ドレイン端子間に５Ｖ程度の電圧を印加したとき、ゲート電圧を印加しないときのソース・ドレイン端子間の電流を約１０^−７アンペヤにすることができる。

酸化物結晶の電子移動度は、金属イオンのｓ軌道の重なりが大きくなるほど、大きくなり、原子番号の大きなＺｎ，Ｉｎ，Ｓｎの酸化物結晶は、０．１から２００ｃｍ^２／（Ｖ・秒）の大きな電子移動度を持つ。

さらに、酸化物では、酸素と金属イオンとがイオン結合している。

そのため、化学結合の方向性がなく、構造がランダムで、結合の方向が不均一なアモルファス状態でも、電子移動度は、結晶状態の電子移動度に比較して、同程度の大きさを有することが可能となる。

一方で、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎを原子番号の小さな元素で置換することにより、電子移動度は小さくなる、こうした結果により、本発明のよるアモルファス酸化物の電子移動度は、約０．０１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）から２０ｃｍ^２／（Ｖ・秒）である。

上記酸化物を用いてトランジスタのチャネル層を作製する場合、トランジスタにおいて、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜とすることが好ましい。

ゲート絶縁薄膜とチャネル層薄膜との界面に欠陥が存在すると、電子移動度の低下及びトランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、チャネル層に適合したゲート絶縁膜を選定する必要がある。Ａｌ_２Ｏ_３膜を用いれば、リーク電流を低減できる。また、Ｙ_２Ｏ_３膜を用いればヒステリシスを小さくできる。さらに、高誘電率のＨｆＯ_２膜を用いれば、電界効果移動度を大きくすることができる。また、これらの化合物の混晶からなる膜を用いて、リーク電流、ヒステリシスが小さく、電界効果移動度の大きなＴＦＴを形成できる。また、ゲート絶縁膜形成プロセス及びチャネル層形成プロセスは、室温で行うことができるので、ＴＦＴ構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。

Ｉｎ_２Ｏ_３酸化物膜は、気相法により成膜でき、成膜中の雰囲気に水分を、０．１Ｐａ程度添加することにより、アモルファス膜が得られる。

また、ＺｎＯ及びＳｎＯ_２は、アモルファス膜を得ることは難しいが、Ｉｎ_２Ｏ_３を、ＺｎＯの場合には２０原子量％程度、ＳｎＯ_２の場合には、９０原子量％程度添加することによりアモルファス膜を得ることができる。特に、Ｓｎ−Ｉｎ―Ｏ系アモルファス膜を得るためには、雰囲気中に窒素ガスを０．１Ｐａ程度導入すればよい。

上記のアモルファス膜に、Ｚｎより原子番号の小さい２族元素Ｍ２（Ｍ２は、Ｍｇ，Ｃａ）、Ｉｎより原子番号の小さい３属元素Ｍ３（Ｍ３は、Ｂ，Ａｌ、Ｇａ、Ｙ），Ｓｎより小さい原子番号の小さい４属元素Ｍ４（Ｍ４は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）、５属元素Ｍ５（Ｍ５は、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）およびＬｕ、Ｗのうち、少なくとも１種類の複合酸化物を構成する元素を添加できる。

それにより、室温での、アモルファス膜をより安定化させることができる。また、アモルファス膜が得られる組成範囲を広げることができる。

特に、共有結合性の強い、Ｂ，Ｓｉ，Ｇｅの添加は、アモルファス相安定化に有効であるし、イオン半径の差の大きいイオンから構成される複合酸化物は、アモルファス相が安定化する。

たとえば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系では、Ｉｎが約２０原子％超の組成範囲でないと、室温で安定なアモルファス膜は得難いが、ＭｇをＩｎと当量添加することにより、Ｉｎが約１５原子量％超の組成範囲で、安定なアモルファス膜を得ることができる。

気相法による成膜において、雰囲気を制御することにより、電子キャリア濃度が、１０^１８／ｃｍ^３未満、１０^１５／ｃｍ^３超のアモルファス酸化膜を得ることができる。

アモルファス酸化物の成膜方法としては、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）、スパッタ法（ＳＰ法）及び電子ビーム蒸着法などの気相法を用いるのがよい。気相法の中でも、材料系の組成を制御しやすい点では、ＰＬＤ法が、量産性の点からは、ＳＰ法が適している。しかし、成膜法は、これらの方法に限られるのものではない。
（ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化膜の成膜）
ＫｒＦエキシマレーザーを用いたＰＬＤ法により、ガラス基板（コーニング社製１７３７）上にＩｎ−Ｚｎ―Ｇａ―Ｏ系アモルファス酸化物膜を堆積させた。このとき、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）及びＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体をそれぞれターゲットとした。

成膜装置は、既述の図９に記載されている装置を用い、成膜条件は、当該装置を用いた場合と同様とした。

基板温度は２５℃である。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、２種類のターゲットから作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系膜は、いずれもアモルファス膜であることが示された。

さらに、ガラス基板上のＩｎ−Ｚｎ―Ｇａ―Ｏ系アモルファス酸化物膜のＸ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．５ｎｍであり、膜厚は約１２０ｎｍであることが分かった。

蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析の結果、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．１：１．１：０．９であった。また、ＩｎＧａＯ（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属組成比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝０．９８：１．０２：４であった。

成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させ、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度を測定した。その結果を図１に示す。酸素分圧が４．２Ｐａ超の雰囲気中で成膜することにより、電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満に低下させることができた。この場合、基板の温度は意図的に加温しない状態でほぼ室温に維持されている。また、酸素分圧が６．５Ｐａ未満の時は、得られたアモルファス酸化物膜の表面は平坦であった。

酸素分圧が５Ｐａの時、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度は１０^１６／ｃｍ^３、電気伝導度は、１０^−２Ｓ／ｃｍであった。また、電子移動度は、約５ｃｍ^２／Ｖ・秒と推測された。光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス酸化物膜の禁制帯エネルギー幅は、約３ｅＶと求まった。

酸素分圧をさらに大きくすると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができた。図１に示す様に、基板温度２５℃、酸素分圧６Ｐａで成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を８×１０^１５／ｃｍ^３（電気伝導：約８×１０^−３Ｓ／ｃｍ）に低下させることができた。得られた膜は、電子移動度が１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超と推測された。しかし、ＰＬＤ法では、酸素分圧を６．５Ｐａ以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、ＴＦＴのチャネル層として用いることが困難となった。

ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、異なる酸素分圧で成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜に関して、電子キャリア濃度と電子移動度の関係を調べた。その結果を図２に示す。電子キャリア濃度が、１０^１６／ｃｍ^３から１０^２０／ｃｍ^３に増加すると、電子移動度は、約３ｃｍ^２／（Ｖ・秒）から約１１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）に増加することが示された。また、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜に関しても、同様の傾向が見られた。

ガラス基板の代わりに厚さ２００μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合にも、得られたＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。

（ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）
ターゲットとして多結晶ＩｎＧａＯ_３（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_４（０＜ｘ≦１）を用い、ＰＬＤ法により、ガラス基板上にＩｎＧａＯ_３（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_４（０＜ｘ≦１）膜を成膜した。

成膜装置は、図９に記載の装置を用いた。

被成膜基板としては、ＳｉＯ_２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。その基板に前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各５分間ずつ行った後、空気中１００℃で．乾燥させた。ターゲットとしては、ＩｎＧａ（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_４（ｘ＝１−０）焼結体（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍｔ）を用いた。

ターゲットは、出発原料Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ：ＭｇＯ（各４Ｎ試薬）を、湿式混合（溶媒：エタノール）、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て作製した。

成長室到達真空は、２×１０^−６（Ｐａ）であり、成長中の酸素分圧は、０．８（Ｐａ）とした。基板温度は、室温（２５℃）で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、３０（ｍｍ）であった。

なお、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１．５（ｍＪ／ｃｍ^２／ｐｕｌｓｅ）、パルス幅は、２０（ｎｓｅｃ）、繰り返し周波数は、１０（Ｈｚ）、照射スポット径は、１×１（ｍｍ角）とした。

成膜レートは、７（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。

雰囲気は酸素分圧０．８Ｐａで、基板温度は２５℃である。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。得られた膜の表面は平坦であった。

異なるｘ値のターゲットを用いて、酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気中で成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電気伝導度、電子キャリア濃度及び電子移動度のｘ値依存性を調べた。

その結果を、図４に示す。ｘ値が０．４超のとき、酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気中で、ＰＬＤ法により成膜したアモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満にできることが示された。また、ｘ値が０．４超のアモルファス酸化物膜では、電子移動度は、１ｃｍ^２／Ｖ・秒超であった。

図４に示すように、Ｚｎを８０原子％のＭｇで置換したターゲットを使用した場合、酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気で、パルスレーザー堆積法で得られた膜の電子キャリア濃度を１０^１６／ｃｍ^３未満とすることができる（電気抵抗値は、約１０^−２Ｓ／ｃｍである。）。こうした膜の電子移動度は、Ｍｇ無添加膜に比べて低下するが、その程度は少なく、室温での電子移動度は約５ｃｍ^２／（Ｖ・秒）で、アモルファスシリコンに比べて、１桁程度大きな値を示す。同じ条件で成膜した場合、Ｍｇ含有量の増加に対して、電気伝導度と電子移動度は、共に低下するので、Ｍｇの含有量は、好ましくは、２０原子％超、８５原子％未満（ｘにして、０．２＜ｘ＜０．８５）、より好適には０．５＜ｘ＜０．８５である。

ガラス基板の代わりに厚さ２００μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合にも、得られたＩｎＧａＯ_３（Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ）_４（０＜ｘ≦１）アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。
（ＰＬＤ法によるＩｎ_２Ｏ_３アモルファス酸化物膜の成膜）
ＫｒＦエキシマレーザーを用いたＰＬＤ法により、Ｉｎ_２Ｏ_３多結晶焼結体をターゲットとして、厚さ２００μｍのＰＥＴフィルム上にＩｎ_２Ｏ_３膜を成膜した。

装置は、図９に示した装置を用いた。被成膜基板として、ＳｉＯ_２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。

この基板の前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水で各５分間ずつ行った後、空気中１００℃で乾燥させた。

ターゲットとしては、Ｉｎ_２Ｏ_３焼結体（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍｔ）を用いた。これは、出発原料Ｉｎ_２Ｏ_３（４Ｎ試薬）を仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て準備した。

成長室到達真空は、２×１０^−６（Ｐａ）、成長中の酸素分圧は、５（Ｐａ）、基板温度は室温とした。

酸素分圧は５Ｐａ、水蒸気分圧は０．１Ｐａとし、さらに、酸素ラジカル発生装置に２００Ｗを印加して、酸素ラジカルを発生させた。

ターゲットと被成膜基板間の距離は、４０（ｍｍ）、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは０．５（ｍＪ／ｃｍ^２／ｐｕｌｓｅ）、パルス幅は、２０（ｎｓｅｃ）、繰り返し周波数は、１０（Ｈｚ）、照射スポット径は１×１（ｍｍ角）であった。

成膜レートは、３（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。膜厚は、８０ｎｍであった。

得られたＩｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は５×１０^１７／ｃｍ^３で、電子移動度は、約７ｃｍ^２／Ｖ・秒であった。

（ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）
ＫｒＦエキシマレーザーを用いたＰＬＤ法により、（Ｉｎ_０．９Ｓｎ_０．１）Ｏ_３．１多結晶焼結体をターゲットとして、厚さ２００μｍのＰＥＴフィルム上にＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系酸化物膜を成膜した。

具体的には、被成膜基板として、ＳｉＯ_２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。基板前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて各５分間ずつ行った。その後、空気中１００℃で乾燥させた。

ターゲットは、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２焼結体（サイズ２０ｍｍφ５ｍｍｔ）を準備した。これは、出発原料として、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２（４Ｎ試薬）を湿式混合（溶媒：エタノール）、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て得られる。

基板温度は室温である。酸素分圧は５（Ｐａ）、窒素分圧は、０．１（Ｐａ）とし、さらに、酸素ラジカル発生装置に２００Ｗを印加して、酸素ラジカルを発生させた。

ターゲットと被成膜基板間の距離は、３０（ｍｍ）とし、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１．５（ｍＪ／ｃｍ^２／ｐｕｌｓｅ）、パルス幅は、２０（ｎｓｅｃ）とした。また、繰り返し周波数は、１０（Ｈｚ）、照射スポット径は、１×１（ｍｍ角）であった。成膜レートは、６（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。

得られたＩｎ−Ｓｎ−Ｏアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、８×１０^１７／ｃｍ^３で、電子移動度は、約５ｃｍ２／Ｖ・秒であった。膜厚は、１００ｎｍであった。
（ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）
被成膜基板として、ＳｉＯ_２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。

基板の前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて、各５分間行った後、空気中１００℃で乾燥させた。

ターゲットとして、（Ｉｎ_２Ｏ_３）_１−ｘ−（Ｇａ_２Ｏ_３）_ｘ（Ｘ＝０−１）焼結体（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍｔ）を用意した。なお、例えばｘ＝０．１の場合は、ターゲットは、（Ｉｎ_０．９Ｇａ_０．１）_２Ｏ_３多結晶焼結体ということになる。

これは、出発原料：Ｉｎ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_２（４Ｎ試薬）を、湿式混合（溶媒：エタノール）、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て得られる。

成長室到達真空は、２×１０^−６（Ｐａ）であり、成長中の酸素分圧は、１（Ｐａ）とした。

基板温度は、室温で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、３０（ｍｍ）、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１．５（ｍＪ／ｃｍ^２／ｐｕｌｓｅ）、パルス幅は、２０（ｎｓｅｃ）であった。そして、繰り返し周波数は、１０（Ｈｚ）、照射スポット径は、１×１（ｍｍ角）であった。成膜レートは、６（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。

基板温度は２５℃である。酸素分圧は１Ｐａであった。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。膜厚は、１２０ｎｍであった。

得られたＩｎ−Ｇａ−Ｏアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、８×１０^１６／ｃｍ^３で、電子移動度は、約１ｃｍ^２／Ｖ・秒であった。
（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作製（ガラス基板））
ＴＦＴ素子の作製
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。

まず、ガラス基板（１）上に、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧５Ｐａの条件で、前述したＰＬＤ装置を用いて、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を作製した。チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜を形成した。

さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を１Ｐａ未満にして、ＰＬＤ法により電気伝導度の大きなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。

最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ_２Ｏ_３膜を電子ビーム蒸着法により成膜した（厚み：９０ｎｍ、比誘電率：約１５、リーク電流密度：０．５ＭＶ／ｃｍ印加時に１０^−３Ａ／ｃｍ^２）。そして、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。チャネル長は、５０μｍで、チャネル幅は、２００μｍであった。

ＴＦＴ素子の特性評価
図６に、室温下で測定したＴＦＴ素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧Ｖ_ＤＳの増加に伴い、ドレイン電流Ｉ_ＤＳが増加したことからチャネルがｎ型伝導であることが分かる。

これは、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。Ｉ_ＤＳはＶ_ＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、Ｖ_ＤＳ＝４Ｖ印加時におけるゲート電圧Ｖ_ＧＳの閾値は約−０．５Ｖであった。

また、Ｖ_Ｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝１．０×１０^−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。

なお、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満にすることでＴＦＴのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、１０^１７／ｃｍ^３以下がより好ましく、１０^１６／ｃｍ^３以下にすると更に好ましかった。
（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作製（アモルファス基板））
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、ＰＬＤ法により、酸素分圧５Ｐａの雰囲気で、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０ｎｍのＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。このとき、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとした。

さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、ＰＬＤ法により電気伝導度の大きなＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。最後にゲート絶縁膜（３）を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。チャネル長は、５０μｍで、チャネル幅は、２００μｍであった。ゲート絶縁膜として、Ｙ_２Ｏ_３（厚さ：１４０ｎｍ），Ａｌ_２Ｏ_３（厚さ：１３０μｍ）及びＨｆＯ_２（厚さ：１４０μｍ）を用いた３種類の上記の構造を有するＴＦＴを作成した。

ＴＦＴ素子の特性評価
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性は、図６と同様であった。すなわち、ドレイン電圧Ｖ_ＤＳの増加に伴い、ドレイン電流Ｉ_ＤＳが増加したことから、チャネルがｎ型伝導であることが分かる。これは、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。Ｉ_ＤＳはＶ_ＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖ_ｇ＝０のときには、Ｉ_ｄｓ＝１０^−８Ａ，Ｖｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝２．０×１０^−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。

トランジスタのオン・オフ比は、１０^３超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約７ｃｍ^２（Ｖｓ）^−１の電界効果移動度が得られた。

ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで屈曲させ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。また、可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。

ゲート絶縁膜としてＡｌ_２Ｏ_３膜を用いたＴＦＴでも、図６に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、Ｖ_ｇ＝０のときには、Ｉ_ｄｓ＝１０^−８Ａ，Ｖｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝５．０×１０^−６Ａの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、１０^２超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約２ｃｍ^２（Ｖｓ）^−１の電界効果移動度が得られた。

ゲート絶縁膜としてＨｆＯ_２膜を用いたＴＦＴでも、図６に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、Ｖ_ｇ＝０のときには、Ｉ_ｄｓ＝１０^−８Ａ，Ｖｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝１．０×１０^−６Ａの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、１０^２超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約１０ｃｍ^２（Ｖｓ）^−１の電界効果移動度が得られた。
（ＰＬＤ法によるＩｎ_２Ｏ_３アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、ＰＬＤ法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ８０ｎｍのＩｎ_２Ｏ_３アモルファス酸化物膜を形成した。

さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ_２Ｏ_３アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層した。そして、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ_２Ｏ_３膜を電子ビーム蒸着法により成膜した。そして、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。

ＴＦＴ素子の特性評価
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧Ｖ_ＤＳの増加に伴い、ドレイン電流Ｉ_ＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。Ｉ_ＤＳはＶ_ＤＳ＝５Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖ_ｇ＝０Ｖ時には、２×１０^−８Ａ、Ｖ_Ｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝２．０×１０^−６Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。

トランジスタのオン・オフ比は、約１０^２であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約１０ｃｍ^２（Ｖｓ）^−１の電界効果移動度が得られた。ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。

ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。
（ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、ＰＬＤ法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層した。そして、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ_２Ｏ_３膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。

ＴＦＴ素子の特性評価
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧Ｖ_ＤＳの増加に伴い、ドレイン電流Ｉ_ＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。Ｉ_ＤＳはＶ_ＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖ_ｇ＝０Ｖ時には、５×１０^−８Ａ、Ｖ_Ｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝５．０×１０^−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。

トランジスタのオン・オフ比は、約１０^３であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約５ｃｍ^２（Ｖｓ）^−１の電界効果移動度が得られた。ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。
ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。
（ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例６に示した成膜法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層した。そして、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ_２Ｏ_３膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。

ＴＦＴ素子の特性評価
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧Ｖ_ＤＳの増加に伴い、ドレイン電流Ｉ_ＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。Ｉ_ＤＳはＶ_ＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖ_ｇ＝０Ｖ時には、１×１０^−８Ａ、Ｖ_Ｇ＝１０Ｖ時には、Ｉ_ＤＳ＝１．０×１０^−６Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。

トランジスタのオン・オフ比は、約１０^２であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約０．８ｃｍ^２（Ｖｓ）^−１の電界効果移動度が得られた。ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。

ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。

なお、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満にすることでＴＦＴのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、１０^１７／ｃｍ^３以下がより好ましく、１０^１６／ｃｍ^３以下にすると更に好ましかった。
（第２の実施形態）
また、本発明は、電界効果型ＴＦＴの出力端子であるドレインに、エレクトロルミネッセンス素子などの発光素子、液晶セルや電気泳動型粒子セルの光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子の入力電極が接続された光制御素子に関する。

図７を用いて説明する。

基体１１上に堆積しパターニングした非晶質酸化物半導体膜１２と、ソース電極１３と、ドレイン電極１４とゲート絶縁膜１５と、ゲート電極１６からＴＦＴが構成されている。
ドレイン電極１４に、層間絶縁膜１７を介して電極１８が接続されており、電極１８は発光層１９と接し、さらに発光層１９が電極２０と接している。

発光層１９に注入する電流を、ソース電極１３からドレイン電極１４に非晶質酸化物半導体膜１２に形成されるチャネルを介して流れる電流値によって制御する。即ち、ゲート電極１６により印加される電圧によって制御することができる。

ここで、発光層１９は無機もしくは有機のエレクトロルミネッセンス素子であることが好ましい。

また、図８に示すように、ドレイン電極１４が延長されて電極１８を兼ねており、これを高抵抗膜２１、２２に挟まれた液晶セルや電気泳動型粒子セル２３からなる光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子へ電圧を印加する電極１８とすることもできる。

この構成により、これら光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子に印加する電圧を、ソース電極１３からドレイン電極１４に非晶質酸化物半導体膜１２に形成されるチャネルを介して流れる電流値によって制御することが可能となる。

即ち、ＴＦＴのゲート６の電圧によって制御することができる。ここで光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子が流体と粒子を絶縁性皮膜中に封止したカプセルである場合、高抵抗膜２１、２２は、不要である。

上述の２例においてＴＦＴとしては、トップゲートのコプレナー型の構成で代表させたが、本発明は必ずしも本構成に限定されるものではない。ＴＦＴの出力端子であるドレイン電極と発光素子の接続が位相幾何的に同一であれば、スタッガ型等、他の構成も可能である。

また、上述の２例においては、発光素子、光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子を駆動する一対の電極が、基体と平行に設けられた例を図示したが、本発明は必ずしも本構成に限定されるものではない。

ＴＦＴの出力端子であるドレイン電極と発光素子の接続が位相幾何的に同一であれば、いずれかの電極もしくは両電極が基体と垂直に設けられていてもよい。

さらに、上述の２例においては、発光素子、光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子に接続されるＴＦＴをひとつだけ図示したが、本発明は必ずしも本構成に限定されるものではない。

図中に示したＴＦＴが、さらに本発明による別のＴＦＴに接続されていてもよく、図中のＴＦＴはそれらＴＦＴによる回路の最終段であればよい。

ここで、発光素子、光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子を駆動する一対の電極が、基体と平行に設けられた場合、発光素子もしくは光反射率制御素子ならば、いずれかの電極が発光波長もしくは反射光の波長に対して透明である必要がある。あるいは光透過率制御素子ならば、両電極とも透過光に対して透明である必要がある。なお、本発明における、透明とは、実質的に透明である場合は勿論、光透過性があるものを含む概念である。

さらに、本発明のＴＦＴでは、全ての構成体を透明にすることも可能であり、これにより、透明な光制御素子を形成することもできる。また、軽量可撓で透明な樹脂製プラスチック基板など低耐熱性基体の上にも、かかる光制御素子を設けることができる。

アクティブマトリックス型に配線された複数の上記ＴＦＴとともに、第１あるいは第２の実施形態で述べた前記光制御素子を、二次元的に複数配列させることもできる。

たとえば、光制御素子を駆動するひとつのＴＦＴのゲート電極５が、アクティブマトリックスのゲート線に接続され、同ＴＦＴのソース電極が信号先に配線されたアクティブマトリックス回路を構成する。こうすることで、各光制御素子を画素とした画像表示装置を提供することができる。

さらに、互いに発光波長、透過光波長あるいは反射光波長の異なる隣接する複数の光制御素子で、一画素を構成すれば、カラー画像表示装置を提供することも可能である。勿論、この場合に、カラーフィルタを用いることもできる。
（その他の実施形態）
また、本発明は、上記画像表示装置を具えたテレビ受像機等の放送動画表示機器である。本発明の画像表示装置は、とくに携帯型の放送動画表示機器に軽量化と可撓性と破損時の安全性を与える効果を有する。

また、本発明は、上記画像表示装置を具えたコンピュータ等のデジタル情報処理機器である。

本発明の画像表示装置は、軽量可撓ゆえに据え置き型コンピュータディスプレイの設置の自由度と可搬性を与える。さらに、たとえばノート型コンピュータや個人用デジタル支援機器など携帯型のデジタル情報処理機器に軽量化と可撓性と破損時の安全性を与える効果を有する。

また、本発明は、上記画像表示装置を具えた携帯電話、携帯型音楽再生機、携帯型動画再生機、ヘッドマウントディスプレイ等の携帯型情報機器である。本発明の画像表示装置は、これら携帯型情報機器に軽量化と可撓性と破損時の安全性を与える効果を有する。とくに透明化された本発明の画像表示装置をヘッドマウントディスプレイに用いる場合、シースルーの機器を提供することができる。

また、本発明は、上記画像表示装置を具えたスチルカメラやムービーカメラ等の撮像機器である。本発明の画像表示装置は、これら撮像機器に軽量化と可撓性と破損時の安全性を与える効果を有する。

また、本発明は、上記画像表示装置を具えた、窓、扉、天井、床、内壁、外壁、仕切り等の建築構造物である。本発明の画像表示装置は軽量可撓で透明化も可能であるゆえに、それら建築構造物に容易に付加することが可能であるばかりでなく、画像を表示しないときには建築構造物としての外観を損なうことがない効果を有する。

また、本発明は、上記画像表示装置を具えた、車両、航空機、船舶等の移動体の、窓、扉、天井、床、内壁、外壁、仕切り等の構成物である。

本発明の画像表示装置は軽量可撓で透明化も可能であるゆえに、それら建築構造物に容易に付加することが可能である。さらに、画像を表示しないときには建築構造物としての外観を損なうことがない効果を有する。移動体の外界を監視、観察するための透明な窓に本発明の透明化した画像表示装置を用いる場合、必要なときのみに情報画像を表示し、不要なときには外界の監視、観察を損なわない効果を有する。

また、本発明は、上記画像表示装置を具えた、公共交通機関車両内の広告手段や街中の広告板、広告塔等の広告機器である。本発明の画像表示装置は、従来、主として印刷物など可変性のない媒体によって担われて来たそれらに広告機器に、随時変更可能であるばかりか、動画による表現も可能である。
（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。

まず、本発明に適用できる非晶質酸化物を利用したＴＦＴの形成方法について説明する。

（非晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−ＯＴＦＴの形成）
スパッタ法により、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、表面処理を施したポリエーテルサルフィン系の透明プラスチック基板上に５０ｎｍの膜厚のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非晶質酸化物半導体膜を堆積する。

チャンバー内酸素分圧は５×１０^−２Ｐａ、基板温度は２５℃である。この非晶質酸化物半導体膜をフォトリソグラフィー法で３０μｍ×１５μｍの島にパターニングする。

次に、同じ成膜法とパターニング法により、この島の長辺方向と平行に、５０ｎｍ厚のＩＴＯ膜からなる３５μｍ×１０μｍと３０μｍ×１０μｍの二種類の島を互いに非晶質酸化物半導体膜の島の中央で５μｍの間隔を空けて形成する。

ただし、これらＩＴＯ膜の島はそれぞれ長辺方向の端を３０μｍ×１０μｍの非晶質酸化物半導体膜の島と位置を合わせる。

すなわち、３０μｍ×１０μｍの非晶質酸化物半導体膜の島は、短辺方向両端の３０μｍ×５μｍの領域でＩＴＯ膜と接している。

３５μｍ×１０μｍのＩＴＯ膜の島は、短辺方向に５μｍ、長辺方向片側に５μｍほど非晶質酸化物半導体膜の島からはみ出し、３０μｍ×１０μｍのＩＴＯ膜の島は短辺方向にのみ５μｍほど非晶質酸化物半導体膜の島からはみ出している。

次に同様の方法で、１００ｎｍ厚のＹ_２Ｏ_３膜を４０μｍ×１５μｍの島として、３０μｍ×１５μｍの非晶質酸化物半導体膜の島と、重心と長辺を合わせて設ける。

最後に、同じく５０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を３０μｍ×５μｍの島として、３０μｍ×１５μｍの非晶質酸化物半導体膜の島の中央に長辺を平行にして形成する。

以上の工程により、３５μｍ×１０μｍと３０μｍ×１０μｍのＩＴＯ膜の島がそれぞれソース電極およびドレイン電極となる。これら両島の間隙に位置する非晶質酸化物半導体膜がチャネル領域となり、Ｙ_２Ｏ_３膜がゲート絶縁層となる。そして、最上部にある３０μｍ×５μｍのＩＴＯ膜の島がゲート電極となる。このように、電界効果型のｎ−チャネルＴＦＴが構成されている。

このようなＴＦＴは、電界効果移動度が５ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、閾値電圧が１Ｖ、オン／オフ比が３桁以上程度の特性を示す。

なお、本発明の一実施形態のように、光透過性の基体に用いる場合、たとえば、眼鏡型の情報機器や、建築構造物、移動体の窓などのような光透過性の部材として用いる場合、いわゆるシースルーの画像表示機器が提供可能となる。

本発明に係る電界効果型トランジスタは、活性層を含めて、可視光に対して透明、あるいは透光性を有するために、上記窓を透過した外光と本発明の装置、機器の表示画像を同一の光軸上に見ることができるからである。
（実施例１：上記ＴＦＴを用いた光制御素子の作製）
上記ＴＦＴにおいて、ドレイン電極をなすＩＴＯ膜の島の短辺を１００μｍまで延長し、延長された９０μｍの部分を残し、ソース電極およびゲート電極への配線を確保した上で、ＴＦＴを絶縁層で被覆する。

この上にポリイミド膜（配向膜）を塗布し、ラビング工程を施す。

一方で、同じくプラスチック基板上にＩＴＯ膜とポリイミド膜を形成し、ラビング工程を施したものを用意する。上記ＴＦＴを形成した基板と別途用意した基板とを、５μｍの空隙を空けて対向して配置し、ここにネマチック液晶を注入する。

さらにこの構造体の両側に一対の偏光板を設ける。

ここで、ＴＦＴのソース電極に電圧を印加し、ゲート電極の印加電圧を変化させると、ドレイン電極から延長されたＩＴＯ膜の島の一部である３０μｍ×９０μｍの領域のみ、光透過率が変化する。

またその透過率は、ＴＦＴがオン状態となるゲート電圧の下ではソース−ドレイン間電圧によっても連続的に変化させることができる。

本実施例において、ＴＦＴを形成する基板として白色のプラスチック基板を用い、ＴＦＴの各電極を金に置き換える。そして、ポリイミド膜と偏光板を用いずに、白色と透明のプラスチック基板の空隙に、粒子と流体を絶縁性皮膜にて被覆したカプセルを充填させる。粒子としては電気泳動粒子を用いる。

上述したＴＦＴによって、延長されたドレイン電極と上部のＩＴＯ膜間の電圧が制御される。カプセル内の粒子が上下に移動することによって、透明基板側から見た延長されたドレイン電極領域の反射率を制御することができる。

また、本実施例において、ＴＦＴを複数隣接して形成して、たとえば、通常の４トランジスタ１キャパシタ構成の電流制御回路を構成する。そして、その最終段トランジスタのひとつに、図７で示したＴＦＴを用いて、発光素子を駆動することもできる。

たとえば、上述のＩＴＯ膜をドレイン電極とするＴＦＴを用い、ドレイン電極から延長されたＩＴＯ膜の島の一部である３０μｍ×９０μｍの領域に電荷注入層と発光層からなる有機エレクトロルミネッセンス素子を形成する。
（実施例２：上記光制御素子を用いる画像表示装置）
上述の光制御素子を二次元に配列させる。たとえば、実施例１の光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子を用いる。

ＴＦＴを含めて約３０μｍ×１１５μｍの面積を占める光制御素子を、短辺方向に４０μｍピッチ、長辺方向に１２０μｍピッチでそれぞれ７４２５×１７９０個方形配列する。長辺方向に７４２５個のＴＦＴのゲート電極を貫くゲート配線を１７９０本設ける。そして、１７９０個のＴＦＴのソース電極が、非晶質酸化物半導体膜の島から５μｍはみ出した部分を短辺方向に貫く信号配線を７４２５本設ける。

それぞれを、ゲートドライバ回路、ソースドライバ回路に接続する。さらに各光制御素子と同サイズで位置を合わせＲＧＢが長辺方向に反復するカラーフィルタを表面に設ける。こうして、約２１１ｐｐｉでＡ４サイズのアクティブマトリックス型カラー画像表示装置を構成することができる。

また、実施例１の発光素子を用いる光制御素子においても、ひとつの光制御素子に含まれる４つのＴＦＴの内、第一ＴＦＴのゲート電極をゲート線に配線し、第二ＴＦＴのソース電極を信号線に配線する。さらに、発光素子の発光波長を、長辺方向にＲＧＢで反復させれば、同じ解像度の発光型カラー画像表示装置を構成することができる。

ここで、アクティブマトリックスを駆動するドライバ回路は、画素のＴＦＴと同じ本発明のＴＦＴを用いて構成しても良いし、既存のＩＣチップを用いても良い。
（実施例３：上記画像表示装置を具える機器）
上述の画像表示装置に放送受信装置、音声画像処理装置など放送動画表示機器置に必須の装置を付加し、電源やインタフェイスとともに薄型の筐体に収める。これにより軽量薄型で落下や衝撃に対して安全性の高い放送動画表示機器を提供する。

また、上述の画像表示装置に中央プロセッサ、記憶装置、ネットワーク装置などデジタル情報処理機器に必須の装置を接続し、電源やインタフェイスとともに薄型の筐体に収める。これにより軽量薄型で可搬性の高い一体型デジタル情報処理機器を提供する。

また、上述の画像表示装置の面積と光制御素子数を減じて、対角で２−５インチ程度に制限し、これにプロセッサ、記憶装置、ネットワーク装置など携帯型情報機器に必須の装置を接続し、電源やインタフェイスとともに小型で薄型の筐体に収める。これにより軽量小型薄型で落下や衝撃に対して安全性の高い携帯型情報機器を提供する。

また、同様の小型画像表示装置に撮像装置、記憶装置、信号処理装置など撮像機器に必須の装置を接続し、電源やインタフェイスとともに小型で軽量の筐体に収める。これにより軽量小型で落下や衝撃に対して安全性の高い撮像機器を提供する。

また、逆にひとつの光制御素子のサイズを拡大すると共に、表示面積を拡大した画像表示装置を、上述の建築構造物に添付するか、組み込むことにより、任意の画像を表示することが可能なそれら建築構造物を提供する。

また、上述の画像表示装置を移動体の構成物として組み込むことにより、任意の画像を表示することが可能なそれら移動体の構成物を提供する。

また、上述の画像表示装置を広告機器の一部として組み込むことにより、任意の画像を表示することが可能なそれら広告機器を提供する。

本発明に係る光制御素子および画像表示装置は、軽量薄型で破損に対する安全性の高い放送動画表示機器、デジタル情報処理機器、携帯情報機器、撮像機器、建築構造物、移動体の構成物、広告機器等に広く利用することができる。

１１基体
１２非晶質酸化物半導体膜
１３ソース電極
１４ドレイン電極
１５ゲート絶縁膜
１６ゲート電極
１７層間絶縁膜
１８電極
１９発光層
２０電極
２１，２２高抵抗膜
２３液晶セル又は電気泳動型粒子セル

Claims

電気泳動粒子を含み構成されている光制御素子と、
該光制御素子を駆動するための電界効果型トランジスタと、を備え、
該電界効果型トランジスタの活性層は、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｇａ―Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｇａ―Ｍｇ−Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｓｎ―Ｏ系酸化物、Ｉｎ−Ｏ系酸化物、Ｉｎ―Ｇａ―Ｏ系酸化物、及びＳｎ−Ｉｎ−Ｚｎ―Ｏ系酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を有し、該非晶質酸化物の電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満であり、
該電界効果型トランジスタは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が１０マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が１ｃｍ^２／（Ｖ・秒）超であることを特徴とする画像表示装置。
前記光制御素子が、可撓性樹脂基体上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記光制御素子が、光透過性基体上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置、放送受信装置、及び音声処理装置を有する放送動画表示機器。
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置、中央プロセッサ、及び記憶装置を有する一体型デジタル情報処理機器。
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置、プロセッサ、及び記憶装置を有する携帯型情報処理機器。