2013/05/30
【概要】
スマートフォンやタブレット端末、さらには大型TVまで、ディスプレイの部分には、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor: TFT）と呼ばれる各画素の光の強さを調整するスイッチが搭載されており、素早い動きの画像にも鮮明に対応することにより、高精細な画面を作っている。次 世代の情報端末には、より高性能な薄膜トランジスタの実現が不可欠となっており、その材料として、高精細なディスプレイである有機ELを駆動するため、あ るいは、消費電力を下げるために、従来のシリコンから、近年、酸化物半導体の一種であるアモルファス（非晶質）InGaZnO（インジウム、ガリウム、亜 鉛の酸化物。通称：IGZO）に注目が集まっている。この材料は透明で、従来の非晶質（結晶化していない）シリコンの10倍以上の電気性能を持つことがよ く知られている。また、比較的低温で形成できることが大きな魅力となっており、奈良先端科学技術大学院大学（奈良先端大、学長：小笠原直毅） 物質創成科 学研究科 情報機能素子科学研究室の浦岡行治教授、石河泰明准教授らのグループは、液体を使う工程により安価に製造できる方法を開発し、今年4月に発表したところである。
し かし、TFTは、IGZOの薄膜のほかに金属と絶縁膜の3つの膜の積層構造となっており、電子はIGZOと絶縁膜の界面を流れるため、IGZOを使って TFTを作る際、スイッチの役目をするゲート絶縁膜については、通電時の電気的ストレスによる安定性に問題があり、絶縁膜の品質によって、絶縁膜に電子が トラップ（捕獲）されてしまい、電気特性（しきい値 ※スイッチのオン・オフの基準となる電圧の値）が変動して、電流が少なくなるなどの課題が残っていた。
浦岡教授らはこの現象の改善にフッ 素の効果があることを発見、日新電機株式会社と共同で、a-IGZOを使った薄膜トランジスタに用いるための高品質のゲート絶縁膜としてフッ素を含む窒化 ゲート絶縁膜の開発に成功した。フッ素の添加量を増やすことで、しきい値の変動が0.1V以下となり、従来の2.5Ｖに対し、ゲート絶縁膜に捕獲される電 子の量を1桁以上低く抑えることができ、電気的安定性すなわち信頼性が大きく向上することをつきとめた。この絶縁膜の形成は約150度ででき、柔軟なプラ スチックの基板にも使える方法だった。
また、この薄膜は、水分などの浸入を防ぐ性質があるため薄膜トランジスタの最上層の保護膜としても 有望で、きびしい信頼性が要求される有機ELを駆動するスイッチの絶縁膜としても期待が高まる。これにより、IGZOを使った有機ELの普及が加速するな ど、次世代の情報端末の開発が加速される。
この研究成果は、本年7月2日－5日に京都で開催される国際学会IEEE/ AMFPD（米国電気電子学会共催のディスプレイの国際学会）で発表する予定である。
【研究成果の特徴】
水素を含まないガスを使って、窒化膜を形成したこと。
フッ素を含ませることで、膜質を向上させたこと（界面準位（電子の捕獲密度）を低く抑えた）
150℃の低温で形成できたこと。
【用語の解説】
ゲー ト絶縁膜：スイッチの役割をする薄膜トランジスタは、金属と半導体膜（ここではIGZO）を電気的に絶縁するための絶縁膜が挿入されている。これがゲート 絶縁膜である。電子は、ゲート絶縁膜と半導体膜の界面を流れるために、絶縁膜の品質が重要である。これが、悪い場合は電子が捕獲されてスイッチの性能が低 下することになる。
しきい値：薄膜トランジスタはスイッチの役割をするが、ゲート電圧をかけたときに電気が流れ始めるときの電圧をしきい 値という。このしきい値が変動することで、電気性能の劣化となる。ゲート絶縁膜の品質はしきい値の変動と密接な関係があるため、信頼性の高いスイッチの開 発には、ゲート絶縁膜の品質向上が重要である。
