[发明专利]P‑型氧化物、用于制造P‑型氧化物的组合物、用于制造P‑型氧化物的方法、半导体元件、显示元件、图像显示装置、和系统

说明书

技术领域

本发明涉及p-型氧化物、用于制造其的组合物、用于制造其的方法、半导体元件、显示元件、图像显示装置、和系统。

背景技术

自发布在非晶状态下呈现出a-Si以上的迁移率的InGaZnO₄(a-IGZO)薄膜晶体管(TFT)以来，全世界已经在积极地进行用于实际使用的氧化物半导体的研究和开发。然而，这些氧化物半导体材料的大多数是使用电子作为载流子的n-型氧化物半导体。

如果比得上n-型氧化物半导体的p-型氧化物半导体可在实际中使用，则将这些p-型氧化物半导体和n-型氧化物半导体组合以形成p-n结，从而实现二极管、光学传感器、太阳能电池、LED、或者双极晶体管。由于可将氧化物半导体设计成具有宽的带隙，因此可将这些器件制成透明的。

此外，有源矩阵显示器使用如图7中所示的2T1C电路作为基本驱动电路。在这样的显示器中，如果驱动晶体管(场效应晶体管20)为n-型，则驱动电路为所谓的源跟随电路。因此，驱动晶体管的工作点(operating point)由于有机EL元件性质的老化(尤其是电压的升高)而偏移至不同栅电压的工作点，从而缩短显示器的半衰期。由于该原因，尚未实现使用高迁移率的a-IGZOTFT作为底板的有源矩阵有机EL显示器(AM-OLED)，一直专门采用p-型低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)。因此，需要高性能的p-型氧化物半导体。

自二十世纪50年代已经知晓，作为一价铜氧化物的Cu₂O晶体呈现出p-型导电性(参见例如NPL 1)。该晶体具有O-Cu-O的哑铃结构作为基础，并且Cu的3d轨道和氧的2p轨道的杂化轨道构成价带顶。空穴通过氧过量化学计量而被引入价带中，从而呈现出p-型导电性。

具有哑铃结构作为基础单元的晶体的实例包括由CuMO₂(M＝Al、Ga、In)和SrCu₂O₂晶体表示的铜铁矿晶体。为了使这些氧化物呈现出p-型导电性，它们需要具有高的结晶性，并且已经报道了p-型导电性的仅有的晶体是CuAlO₂、CuInO₂和SrCu₂O₂(参见例如NPL 2-NPL 4)。

难以呈现出p-型导电性的原因之一是Cu的化合价和氧含量难以控制。当尝试形成包含高度结晶性Cu⁺的氧化物的单相膜时，所得膜在大多数情况下为其中混合包含Cu²⁺的晶体相例如CuO、SrCuO₂和SrCu₂O₃的膜。使用这样的膜，无法获得优异的p-型导电性，并且难以控制其性质。因此，当使用这些p-型氧化物材料作为半导体元件的活性(有源，active)层时，无法优化例如载流子密度和载流子迁移率的性质。

除了以上以外，还公开了包含一价Cu或Ag的铜铁矿氧化物(例如，参见PTL 1)。然而，在所公开的技术中，500℃或更高的高温热处理是必要的并且因此其不适合于实际使用。

此外，公开了结晶性SrCu₂O₂的p-型导电薄膜(例如，参见PTL 2)。在所公开的技术中，薄膜形成温度相对低，即300℃，但是一直未获得足够的导电性，并且所获得的最佳导电性为4.8×10^-2Scm^-1。此外，其控制也不足。

如上所述，这些被公开的技术具有如下问题：无法通过实用的方法制造p-型氧化物材料，并且无法提供具有适当控制的并且足够的导电性的p-型氧化物。

此外，公开了使用包含一价Cu或Ag的铜铁矿晶体的p-型氧化物材料作为活性层的TFT(例如，参见PTL 3)。

然而，该文献未公开足够的信息，例如活性层材料的性质、其形成方法以及晶体管的性质。

此外，公开了使用Cu₂O晶体作为活性层的TFT(参见例如NPL 5和NPL 6)。然而，根据这些技术，无法充分地控制活性层的性质，并且因此TFT的电子场效应迁移率和开-关比尚未达到适合实际使用的水平。

如上所述，这些公开的技术具有如下问题：难以控制p-型氧化物材料的性质例如载流子密度，并且无法获得适合于在器件中使用的性质。

迄今为止，尚未发现在实际使用中有效的p-型氧化物。

因此，当前对于具有比得上n-型氧化物的特性的特性的p-型氧化物存在需要。

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