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世界最高レベルの駆動信頼性を有する酸化物半導体TFTの開発について

軽量・薄型の「シートディスプレイ」の基礎技術を確立
2010年12月01日

 当社は、次世代フラットパネルディスプレイの駆動素子として注目されている酸化物半導体薄膜トランジスタ(TFT)において、バイアス温度ストレス(BTS)に対する信頼性が世界最高レベルのTFTを開発しました。本成果は、本日から福岡国際会議場で行われる第17回ディスプレイ国際ワークショップ(IDW’10)において、3日に発表を行います。

 モバイル機器の軽量化、薄型化に伴い、モバイル機器向けディスプレイも、さらなる軽量化・薄型化が求められています。当社はディスプレイの基板を現在のガラスからプラスチックに変えることで、軽量で紙のように薄い次世代ディスプレイ「シートディスプレイ」を開発しています。
  基板をプラスチックにするためには、薄膜トランジスタ(TFT)の形成温度を下げる必要がありますが、一般的に温度を下げるほど、結晶性が下がり、電子の移動度が低くなり、高精細な映像が実現できなくなるという課題があります。高精細な画像が実現できる、電子の移動度が高い多結晶シリコンでは、TFTの形成温度が高いという問題があり、低温形成が可能なアモルファスシリコンでは、電子の移動度が低いという問題があります。
 そこで当社は、酸化物半導体TFTをシートディスプレイの駆動素子として注目しています。酸化物半導体は、TFTの形成を比較的低温で行うことができ、素子の伝導路が球状の電子軌道から構成されているため、アモルファス状態ではシリコン半導体に比べて、移動度が約10倍高いという特長があります。
 一方で、酸化物半導体TFTは、アモルファスシリコンと同様に駆動により閾値電圧が変動するため、駆動信頼性を高めることが実用化に向けた課題となっていました。

 今回当社は、酸化物半導体TFTの駆動信頼性と膜中の水素の動きに相関関係があることを見出し、酸化物半導体の成膜条件およびアニール温度を最適化するとともに、絶縁膜中の水素濃度を制御してガラス基板上に320℃で酸化物半導体TFTを形成しました。このように作製したTFTの駆動信頼性を評価した結果、BTS試験(ゲート電圧±20V、70℃、2000秒)前後での閾値電圧変動量を50mV未満とし、アモルファスシリコンの100倍で、高性能な多結晶シリコンとほぼ同等の信頼性を実現しました。なお、チャネル材料にアモルファスIGZO(酸化インジウム・ガリウム・亜鉛)を用い、キャリア移動度は13.5cm2/Vを確保しました。
 さらに、この信頼性の高い酸化物半導体TFTを用いて、ゲートドライバ回路を内蔵した3型の有機ELパネルを試作し、駆動することを確認しました。

 今後当社は、酸化物半導体TFTの形成プロセスの低温化および更なる信頼性確保を進め、プラスチックを基板とした軽量・薄型の「シートディスプレイ」の早期の実用化を目指します。

BTS:Bias Temperature Stressの略。トランジスタの駆動信頼性を評価するための試験。ある温度条件でゲート電圧を印加し続けるストレス試験により、トランジスタの閾値電圧が変動する。閾値電圧の変動量が信頼性の指標であり、変動量が小さいほど信頼性が高い。
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