奈良先端科学技術大学院大学(NAIST)は4月17日、液体プロセスを用いた300℃の低温熱処理で酸化物半導体を形成し、スイッチ動作を確認するとともに、従来の約2倍以上となる電子移動度19.5cm2/Vsを実現したと発表した。

成果は同大 物質創成科学研究科 情報機能素子科学研究室 浦岡行治教授、石河泰明准教授らによるもの。詳細は国際学会IEEE/AMFPDにて発表される予定。

液晶ディスプレイなどでは、TFT(薄膜トランジスタ)を駆動させることで各画素の光の強さを調整し、鮮明な映像の映し出しを実現している。次世代の情報端末では、高精細なディスプレイ駆動、ならびに低消費電力化を図るため、より高性能なTFTの実現が求められており、現在、従来のSiに比べ高い性能を実現できる酸化物半導体の一種であるアモルファスInGaZnO(IGZO)に注目が集まっている。IGZOは透明で、従来のa-Siの10倍以上の電気性能を持っているが、製造には多大なエネルギーや製造コストがかかることが課題となっている。特に酸化物半導体の形成には、ガスを使ったスパッタリングプロセスを用いるため、500℃以上の熱処理が必要であった。

今回研究グループは、この形成に液体プロセスを採用することで、300℃の低温熱処理でスイッチング動作が可能であることを確認するとともに、従来比で約2倍以上となる電子移動度19.5cm2/Vsの性能を実証したという。同液体プロセスには、液体材料に熱分解温度の低いものを用いたことで、低温で形成可能としたほか、原料を溶かす溶媒に水を用いることで、炭素などの不純物を低く抑えることに成功したという。

同液体プロセスの活用により、大規模な真空装置が不要になるため、製造にかかるエネルギーや製造コストの削減が可能となる。また、液体プロセスは、インクジェットなど印刷技術が利用可能なため、プラスチックなどフレキシブルな基板の上にディスプレイを形成することも可能となるため、研究グループでは今回の成果により、フレキシブルディスプレイの実現に向けた取り組みがさらに加速されることが期待されるとコメントしている。

図1 ディスプレイは拡大すると、細かな画素に分けられる。その画素の隅には、TFTと呼ばれるスイッチがある。このスイッチが、光の強さを調整している

図2 今回の酸化物半導体は、基板上に溶液を滴下して、スピナーを回転させ膜の厚みを調整し、乾燥・焼成して成膜された

図3 出力特性(左)と入力特性(右)。左図の縦軸はドレイン電流、横軸はドレイン電圧。図中には、ゲート電圧を示している。それぞれのゲート電圧において、ドレイン電圧が増えても、電流が一定値を示す飽和特性がきちんと見える。右図の縦軸はドレイン電流、横軸はゲート電圧を示す。ゲート電圧を変化させると、ドレイン電流も急峻に変化している。きれいな立ち上がり特性が見られる