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2012 Fiscal Year Research-status Report

酸化亜鉛透明トランジスタと積層式色分離型光電変換素子からなる光デバイスの創成

Research Project

Project/Area Number 23560408
Research InstitutionKochi University of Technology

Principal Investigator

古田 守  高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (20412439)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 浦岡 行治  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (20314536)
木村 睦  龍谷大学, 理工学部, 教授 (60368032)
Keywords先端機能デバイス / 電子・電気材料 / 半導体物性 / イメージセンサー / 酸化物半導体 / 薄膜トランジスタ / デバイスシミュレーション
Research Abstract

高知工科大学は、非晶質酸化物半導体薄膜トランジスタ(TFT)作製プロセスを確立した。これにより奈良先端大や龍谷大に評価用サンプルを提供し、各種評価の分担・加速化に寄与した。奈良先端大は発光解析を用いたドレイン電流ストレス劣化メカニズムの解明、龍谷大は酸化物TFTによる論理回路動作の検証を、開発した酸化物TFTを用いて行った。高知工科大は、特に光照射下でのバイアスストレス試験による劣化メカニズム解析を行った結果、光照射により伝導帯近傍にアクセプタ型欠陥が生成されON電流劣化やヒステリシスの増大が生じること、これら欠陥生成は酸化物半導体膜密度に依存しており膜密度増大により抑制可能であることを明らかにした。また最高プロセス温度150℃の酸化物TFTプロセスを開発し積層式色分離型光電変換素子へ適用し、画像表示が可能であることを一年前倒しで確認した。
奈良先端大は酸化亜鉛(ZnO)薄膜形成に原子層堆積(ALD)法の適用し,特性の評価を行ってきた。ALD法によるZnO薄膜の形成過程において,反応の活性化のためプラズマを印加する,プラズマALD法を提案・実証し、従来の熱ALD法で成膜したものに比べ膜質の向上、TFT特性の向上を確認した。またバイアスストレス信頼性試験の結果、TFTのしきい電圧(Vt)のシフトは,成膜温度の上昇とともに改善されることを確認した。
龍谷大は、酸化物TFTの欠陥密度抽出の新規技術開発を継続し、金属酸化物半導体の欠陥密度抽出に貢献した。また、光リーク電流のデバイスシミュレーションを行い、その発生メカニズムを明らかにした。また、本研究のデバイス開発に必要な、酸化物TFTを用いた論理回路の設計・開発試作と動作確認に成功した。さらに、本研究の進捗により、酸化物TFTがセンサー用途にも応用可能であることに気付き、照射光履歴センサーや最大印加電圧センサーの検討を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

平成24年度、高知工科大学はコア研究室として、非晶質酸化物半導体(InGaZnO)TFTの基本プロセス構築を行った。これにより奈良先端大や龍谷大の共同研究機関に評価用TFTを提供し、各種評価の分担体制の確立、研究加速に大いに寄与し成果を得ることができた。具体的には酸化物TFTの各種信頼性評価において、奈良先端大は発熱解析を用いたドレイン電流ストレスによる劣化メカニズムの解明、高知工科大は光照射下のバイアスストレス劣化メカニズムの解明、龍谷大はデバイスシミュレーションによる劣化メカニズムの裏付け、といったそれぞれの強みを活用した研究が推進でき研究計画を超える成果につながった。
また高知工科大学では積層式色分離型センサーに向け、有機光電変換膜上にTFTを作成可能な最高プロセス温度150℃にて移動度10 cm2/Vsを超える特性を有する酸化物TFTを開発した。このTFTを用い、単坂で撮像が可能であることを実際のセンサー試作を前倒しで行い、実証した。この成果は、本研究計画を超え、積層式イメージセンサー実現につながる結果である。
以上のように、本年度は研究計画を超える成果が得られた。

Strategy for Future Research Activity

平成25年度は最終年度であり、本研究の最終目標である、酸化物透明トランジスタによる有機光電変換膜と透明画像読み出し回路からなる積層式色分離型光電変換素子の画質改善効果を明らかにすると同時に、解像度を予備実験の4倍(~5万画素)に向上させ、実用化に向けた課題を明らかにする。この目標に向けた研究は計画以上に進捗しており、計画以上の結果が残せるよう共同研究者とともに研究を推進すると同時に、研究成果の公表である対外発表や論文化にもこれまで以上に取り組む計画である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

該当なし

  • Research Products

    (30 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (4 results)

  • [Journal Article] Photoleakage current of TFTs with ZnO channels formed at various oxygen partial pressure under visible light irradiation2012

    • Author(s)
      S. Shimakawa, M. Furuta, 他計8名(8番)
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 03CB04-1~4

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.03CB04

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photo Induced Negative Bias Instability of Zinc Oxide Thin-Film Transistors2012

    • Author(s)
      S. Shimakawa, D. Wang, and M. Furuta
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 108003-1~2

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.108003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrical Properties of the Thin-Film Transistor With an Indium–Gallium–Zinc Oxide Channel and an Aluminium Oxide Gate Dielectric Stack Formed by Solution-Based Atmospheric Pressure Deposition2012

    • Author(s)
      M. Furuta, T. Kawaharamura, D. Wang, T. Hirao, T. Toda, and G. T. Dang
    • Journal Title

      IEEE Electron Devices Letters

      Volume: 33 Pages: 851-853

    • DOI

      10.1109/LED.2012.2192902

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystallization Using Biomineralized Nickel Nanodots of Amorphous Silicon Thick Films Deposited by Chemical Vapor Deposition, Sputtering and Electron Beam Evaporation2012

    • Author(s)
      T. Nishida, K. Fuse, M. Furuta, Y. Ishikawa, and Y. Uraoka
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 03CA01-1~5

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.03CA01

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Successful Growth of Conductive Highly Crystalline Sn-Doped a-Ga2O3 Thin Films by Fine-Channel Mist Chemical Vapor Deposition2012

    • Author(s)
      T. Kawaharamura, G. T. Dang, and M. Furuta
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 040207-1~3

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.040207

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Well-arrayed ZnO nanostructure formed by multi-annealing processes at low temperature2012

    • Author(s)
      D. Wang, Z. Li, T. Kawaharamura, M. Furuta, T. Narusawa, and C. Li
    • Journal Title

      physica status solidi (c)

      Volume: 9 Pages: 194-197

    • DOI

      10.1002/pssc.201100271

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A 128×96 Pixel, 50 mm Pixel Pitch Transparent Readout Circuit using InGaZnO4 Thin Film Transistor Array with Indium-Tin-Oxide Electrodes for Organic Image Sensor2012

    • Author(s)
      T. Sakai, H. Seo, S. Aihara, M. Kubota, N. Egami, D. Wang, and M. Furuta
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 010202-1~3

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.010202

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Practical Guidance of Parameter Extraction for Device Simulation of Thin-Film Transistors2012

    • Author(s)
      M. Kimura
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 054302-1~5

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.054302

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low-Temperature-Processed Zinc Oxide Thin-Film Transistors Fabricated by Plasma-Assisted Atomic Layer Deposition2012

    • Author(s)
      Y. Kawaura, M. Tani, N. Hattori, N. Miyatake, M. Horita, Y. Ishikawa, and Y. Uraoka
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 02BF04-1~4

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.02BF04

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Degradation Phenomena in Amorphous Oxide Thin-Film Transistor by Self-Heating Effect2013

    • Author(s)
      Satoshi Urakawa, Shigekazu Tomai, Yoshihiro Ueoka, Haruka Yamazaki, Masashi Kasami, Koki Yano, Dapeng Wang, Mamoru Furuta, Masahiro Horita, Yasuaki Ishikawa, Yukiharu Uraoka
    • Organizer
      The 9th International Thin-Film Transistor Conference 2013 (ITC2013)
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan.
    • Year and Date
      20130301-20130302
  • [Presentation] Influence of Front- and Back-Channel Traps on Electrical Properties of Oxide TFTs with Various Channel Thicknesses2013

    • Author(s)
      Jingxin Jiang, Dapeng Wang, Mamoru Furuta
    • Organizer
      The 9th International Thin-Film Transistor Conference 2013 (ITC2013)
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan.
    • Year and Date
      20130301-20130302
  • [Presentation] High performance a-InGaZnOx Thin-Film Transistors fabricated by Solution-Based Atmospheric Pressure Deposition Method2013

    • Author(s)
      Mamoru Furuta, Toshiyuki Kawaharamura, T. Uchida, Dapeng Wang, M. Sanada
    • Organizer
      The 9th International Thin-Film Transistor Conference 2013 (ITC2013)
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan.
    • Year and Date
      20130301-20130302
  • [Presentation] Optical Properties of Nanostructured ZnO Films Influenced by Different Gas Ratio Deposition with Radio Frequency Magnetron Sputtering2012

    • Author(s)
      Chaoyang Li, Xin Li, Dapeng Wang, Toshiyuki Kawaharamura, Mamoru Furuta, Akimitsu Hatta
    • Organizer
      The 19th International Display Workshops in conjunction with Asia Display 2012 (IDW/AD’12)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      20121204-20121207
  • [Presentation] Solution-Based Atmospheric Pressure Deposition Method for Oxide TFTs2012

    • Author(s)
      Mamoru Furuta, Toshiyuki Kawaharamura, Dapeng Wang
    • Organizer
      The 19th International Display Workshops in conjunction with Asia Display 2012 (IDW/AD’12)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      20121204-20121207
    • Invited
  • [Presentation] a-InGaZnO Thin-Film Transistor with Non-Vacuum Processed InGaZnO/AlOx Gate Dielectric Stack2012

    • Author(s)
      Mamoru Furuta, Toshiyuki Kawaharamura, Tatsuya Toda, Dapeng Wang
    • Organizer
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science (PRiME2012)
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii
    • Year and Date
      20121007-20121012
  • [Presentation] Self-Organized Growth ZnO Based Nanorods for Photonic Device Application2012

    • Author(s)
      Chaoyang Li, Dapeng Wang, Xin Li, Toshiyuki Kawaharamura, Mamoru Furuta, Akimitsu Hatta
    • Organizer
      The 12th International Meeting on Information Display (IMID2012)
    • Place of Presentation
      Daegu, Korea
    • Year and Date
      20120828-20120831
    • Invited
  • [Presentation] Floating Body Effects in High-Mobility Oxide Thin-film Transistor2012

    • Author(s)
      Mamoru Furuta, Dapeng Wang, Jingxin Jiang, Toshiyuki Kawaharamura, Chaoyang Li
    • Organizer
      The 12th International Meeting on Information Display (IMID2012)
    • Place of Presentation
      Daegu, Korea
    • Year and Date
      20120828-20120831
  • [Presentation] Extraction of trap density on oxide thin-film transistors with various channel thickness2012

    • Author(s)
      Jingxin Jiang, Dapeng Wang, Chaoyang Li, Mamoru Furuta
    • Organizer
      20th Annual International Conference on Composites or Nano Engineering (ICCE-20)
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      20120722-20120728
  • [Presentation] Influence of substrate on zinc oxide nanostructrues grown by thermal annealing2012

    • Author(s)
      Xin Li, Chaoyang Li, Toshiyuki Kawaharamura, Dapeng Wang, Hiroshi Furuta, Mamoru Furuta, Akimitsu Hatta
    • Organizer
      The 20th Annual International Conference on Composites or Nano Engineering (ICCE-20)
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      20120722-20120728
  • [Presentation] Oxide Thin-film Transistors for Flat Panel Display and Transparent Electronics Applications2012

    • Author(s)
      Mamoru Furuta
    • Organizer
      The 20th Annual International Conference on Composites or Nano Engineering (ICCE-20)
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      20120722-20120728
    • Invited
  • [Presentation] Influence of Active Layer Thickness on Performance and Reliability of InSnZnO Thin-Film Transistors2012

    • Author(s)
      Dapeng Wang, Chaoyang Li, Mamoru Furuta, Shigekazu Tomai, Misa Sunagawa, Mami Nishimura, Emi Kawashima, Masashi Kasami, Koki Yano
    • Organizer
      The Nineteenth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD 12)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      20120704-20120706
  • [Presentation] Structural and Electrical Properties of Al2O3 Film Grown by Mist Chemical Vapour Deposition2012

    • Author(s)
      Toshiyuki Kawaharamura, Dapeng Wang, Tetsuya Toda, Chaoyang Li, Mamoru Furuta
    • Organizer
      The Nineteenth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD 12)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      20120704-20120706
  • [Presentation] Synthesis and photoluminescence properties of vertically well-aligned ZnO nanostructures2012

    • Author(s)
      Chaoyang Li, Dapeng Wang, Toshiyuki Kawaharamura, Zeming Li, Noriko Nitta, Mamoru Furuta, Akimitsu Hatta
    • Organizer
      Information Display's Display Week 2012 (SID 2012)
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      20120603-20120608
  • [Presentation] Electrical properties of oxide TFT with an IGZO/AlOx stack grown by solution-based non-vacuum mist chemical vapour deposition2012

    • Author(s)
      Toshiyuki Kawaharamura, Dapeng Wang, Mamoru Furuta
    • Organizer
      Information Display's Display Week 2012 (SID 2012)
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      20120603-20120608
  • [Presentation] Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistor with solution-based atmospheric pressure deposited IGZO/AlOx Gate Dielectric Stack2012

    • Author(s)
      Mamoru Furuta, Toshiyuki Kawaharamura, Dapeng Wang
    • Organizer
      8th International Thin-Film Transistor Conference (ITC 2012)
    • Place of Presentation
      Lisbon, Portugal
    • Year and Date
      20120130-20120131
  • [Presentation] Photo-induced Bias Instability of Zinc Oxide Thin-Film Transistors2012

    • Author(s)
      Shin-ichi Shimakawa, Dapeng Wang, Mamoru Furuta
    • Organizer
      8th International Thin-Film Transistor Conference (ITC 2012)
    • Place of Presentation
      Lisbon, Portugal
    • Year and Date
      20120130-20120131
  • [Remarks] 古田研究室HP 酸化物半導体による透明エレクトロニクスによる研究

    • URL

      http://www.env.kochi-tech.ac.jp/m-furuta/research01.html

  • [Remarks] 古田研究室HP 研究紹介

    • URL

      http://www.env.kochi-tech.ac.jp/m-furuta/research.html

  • [Remarks] 古田研究室HP 論文リスト

    • URL

      http://www.env.kochi-tech.ac.jp/m-furuta/result.html

  • [Remarks] 古田研究室HP 国際会議発表リスト

    • URL

      http://www.env.kochi-tech.ac.jp/m-furuta/result01.html

URL: 

Published: 2014-07-24  

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