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

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23560408
• 研究機関: 高知工科大学
• 研究代表者: 古田 守 高知工科大学, 工学部, 教授 (20412439)
• 研究分担者: 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)
• キーワード: 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

研究概要

最終年度は、1)酸化物半導体薄膜トランジスタにおいて最大課題となっている光照射下で負ゲート電圧ストレス印加時の信頼性劣化メカニズムの解明と対策、2)前記要因となっている価電子帯近傍の欠陥準位の不活性化処理、に重点的に取り組んだ。
劣化メカニズム解析では、これまでのゲート電圧ストレスに加え、ドレイン電圧によりトランジスタチャネル内に横方向電界を印加する新たな評価方法を考案・実施した結果、正帯電した欠陥が横方向電界に反応して移動すること、この正帯電した欠陥が劣化の主要因であること、劣化は正帯電した欠陥のチャネル内での寿命（ライフタイム）に依存するため電子との再結合で劣化を抑制できること、を始めて明らかにし論文化した。また、この正帯電した深い欠陥準位のフッ素終端（不活性化処理）を検討し、フッ素を多く含む窒化シリコン(SiN:F)からの熱処理によるフッ素拡散を用い、チャネルとの間にフッ素濃度制御を目的とした緩衝層（絶縁膜）を挿入することで良好な結果が得られることを実証した。
期間全体を通じ、メカニズム解析や対策といった学術的意義のある研究成果に加えて当初目標［可視光(λ≧400nm, 0.2 mW/cm2)照射におけるリーク電流値1 pA/μm以下の透明トランジスタ］を達成した。
機能モデル実証に関しても、NHK放送技術研究所のご協力を得て、当初目標である解像度5万画素に対応可能な設計にて積層式色分離型撮像素子の画像表示に成功した。加えて、低温(150℃)プロセスによる透明回路を有機光電膜に直接積層した二層撮像素子の実証を行い、当初想定を超える成果も得た。
以上のように、科研費の支援により、当初目標を全て達成すると同時に、積層式色分離型撮像素子のモデル実証にも成功した。また、成果公表にも注力した結果、査読論文数、国際・国内会議発表件数、とも当初計画を大幅に上回る実績を残した。

研究成果

• [雑誌論文] Suppression of degradation induced by negative gate bias and illumination stress in amorphous InGaZnO thin-film transistor by applying negative drain bias (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Wang, M. Furuta, 他計5名(5番)
  • 雑誌名: ACS applied Materials and Interfaces 巻: 6 ページ: 5713-5718
  • DOI: 10.1021/am500300g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative bias illumination stress induced electron trapping at back-channel interface of InGaZnO thin-film transistor (2014)
  • 著者名/発表者名: M. P. Hung, M. Furuta, 他計4名(4番)
  • 雑誌名: Electrochemical and Solid-State Letters 巻: 3(3) ページ: Q13-Q16
  • DOI: 10.1149/2.010403ssl
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrasonic-assisted mist chemical vapor deposition of II-oxide and related oxide compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Shizuo Fujita, Kentaro Kaneko, Takumi Ikenoue, Toshiyuki Kawaharamura and Mamoru Furuta
  • 雑誌名: Physica status solidi (c) 巻: 未定 ページ: 未定
  • DOI: DOI: 10.1002/pssc.201300655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of drain bias on negative gate bias and illumination stress induced degradation in amorphous InGaZnO thin-film transistors (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Wang, M.-P. Hung, J. Jiang, T. Toda, C. Li, and M. Furuta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 03CC01-1~4
  • DOI: doi:10.7567/JJAP.53.03CC01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature deposition of SiOx insulator film with newly developed facing electrodes chemical vapor deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, M. Furuta, T. Hiramatsu, H. Furuta, T. Kawaharamura, and T. Hirao
  • 雑誌名: Vacuum 巻: 101 ページ: 189-192
  • DOI: 10.1016/j.vacuum.2013.08.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Substrates on Formation of Zinc Oxide Nanostructures by a Novel Reducing Annealing Method (2014)
  • 著者名/発表者名: X. Li, C. Li, T. Kawaharamura, D. Wang, N. Nitta, M. Furuta, H. Furuta, and A. Hatta
  • 雑誌名: Nanoscience and Nanotechnology Letters 巻: 6 ページ: 174-180
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.1166/nnl.2014.1708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal analysis of amorphous oxide thin-film transistor degraded by combination of joule heating and hot carrier effect (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Urakawa, M. Furuta, Y. Uraoka, 他計11名(8番)
  • 雑誌名: Applie Physics letters 巻: 102 ページ: 53506-1~3
  • DOI: 10.1063/1.4790619
  • 査読あり
• [雑誌論文] The deterioration phenomenon of amorphous InSnZnO transistors derivered from the process of annealing (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tomai, M. Furuta, 他計10名(10番)
  • 雑誌名: Electrochemical and Solid-State Letters 巻: 2(12) ページ: P107-P109
  • DOI: 10.1149/2.003312ssl
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal distribution in amorphous InSnZnO thin-film transistor (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Urakawa, S. Tomai, Y. Ueoka, H. Yamazaki, M. Kasami, K. Yano, D. Wang, M. Furuta, M. Horita, Y. Ishikawa, and Y. Uraoka
  • 雑誌名: Physica status solidi (c) 巻: 10 ページ: 1561-1564
  • DOI: DOI: 10.1002/pssc.201300253
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancing carrier mobility of IGZO TFT fabricated by non-vacuum mist CVD with O3 assistance (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kawaharamura, T. Uchida, M. Sanada, and M. Furuta
  • 雑誌名: Physica status solidi (c) 巻: 10 ページ: 1565-1568
  • DOI: DOI: 10.1002/pssc.201300247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thin-Film Transistors Using Uniform and Well-Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes Channels by Dielectrophoretic Assembly (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Toda, H. Furusawa, and M. Furuta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 03BB09-1~5
  • DOI: DOI: 10.7567/JJAP.52.03BB09
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trap Densities in ZnO TFTs with SiNx/SiOx Stacked Gate Insulators Fabricated Using Several N2O Flow Rate during SiOx Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Tokiyoshi Matsuda, Mamoru Furuta, Takahiro Hiramatsu, Hiroshi Furuta, Chaoyang Li, Takashi Hirao, Yudai Kamada, and Shizuo Fujita
  • 雑誌名: ECS Transaction 巻: 54 (1) ページ: 121-126
  • DOI: doi: 10.1149/05401.0121ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) Negative-Bias with Illumination Stress Induced State Creation in Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistor (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furuta, M. P. Hung, J. Jiang, D. Wang, S. Tomai, H. Hayasaka, amd K. Yano
  • 雑誌名: ECS Transaction 巻: 54 (1) ページ: 127-134
  • DOI: doi: 10.1149/05401.0127ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thin-Film Transistors Using Dielectrophoretic Assembly of Single-Walled Carbon Nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Toda, T. Kawaharamura, H. Furusawa, and M. Furuta
  • 雑誌名: ECS Transaction 巻: 50 (8) ページ: 223-228
  • DOI: doi: 10.1149/05008.0223ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] A-InGaZnO Thin-Film Transistor with Non-Vacuum Processed InGaZnO/AlOx Gate Dielectric Stack (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furuta, T. Kawaharamura, T. Toda, and D. Wang
  • 雑誌名: ECS Transaction 巻: 50 (8) ページ: 95-100
  • DOI: doi: 10.1149/05008.0095ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stoichiometry Control of ZnO Thin Film by Adjusting Working Gas Ratio during Radio Frequency Magnetron Sputtering (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Li, D. Wang, Z. Li, X. Li, T. Kawaharamura, and M. Furuta
  • 雑誌名: Journal of Materials 巻: 2013 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] ミストCVD法によるAlOx薄膜作製に対するO3支援の効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 内田貴之, 川原村敏幸, 古田守, 眞田克
  • 雑誌名: 日本材料学会誌 巻: 62 ページ: 663-667
• [雑誌論文] High performance solution-processed InGaZnO thin-film Transistor fabricated by ozone-assisted atmospheric pressure mist deposition
  • 著者名/発表者名: M. Furuta, 他計5名(1番)
  • 雑誌名: Journal of Display Technology (IEEE) 巻: (in-press)
  • DOI: 10.1109/JDT.2013.2294967
  • 査読あり
• [学会発表] High Mobility Atmospheric-Pressure-Processed IGZO TFT with AlOx/IGZO Stack Fabricated by Mist Chemical Vapor Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furuta, T. Kawaharamura, T. Kaida, and D. Wang
  • 学会等名: The 20th International Display Workshops (IDW’13)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20131204-20131206
• [学会発表] Single Crystalline ZnO Nanorods Fabricated by Mist Chemical Vapor Deposition for Optical Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Li, X. Li, D. Wang, T. Kawaharamura, M. Furuta, and A. Hatta
  • 学会等名: The 20th International Display Workshops (IDW’13)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20131204-20131206
• [学会発表] Influence of Charge Trapping on Hysteresis of InGaZnO Thin-Film Transistors under Negative Bias and Illumination Stress (2013)
  • 著者名/発表者名: M. P. Hung, D. Wang, J. Jiang, and M. Furuta
  • 学会等名: The 20th International Display Workshops (IDW’13)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20131204-20131206
• [学会発表] Reaction Mechanism for Fabrication of High Quality IGZO Thin Films Grown by Non-Vacuum Mist CVD with O3 Assistance (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kawaharamura, T. Kaida, and M. Furuta
  • 学会等名: 2013 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, MA, USA
  • 年月日: 20131201-20131206
• [学会発表] ZnSnO薄膜トランジスタにおけるMgOドーピング効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 竹之内良太, 王大鵬, 石井林太郎, 高橋広己, 久保田高史, 古田守
  • 学会等名: 第9回薄膜材料デバイス研究集会
  • 発表場所: 龍谷大学アバンティ響都ホール(京都)
  • 年月日: 20131101-20131103
• [学会発表] オゾン支援ミストCVD法による高移動度(>10cme/Vs)IGZO TFT～TFT特性のチャネル組成依存性～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 介田忠宏, 川原村敏幸, 古田守
  • 学会等名: 第9回薄膜材料デバイス研究集会
  • 発表場所: 龍谷大学アバンティ響都ホール(京都)
  • 年月日: 20131101-20131103
• [学会発表] High-performance oxide thin-film transistors fabricated using atmospheric pressure deposition method (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furuta, T. Kawaharamura
  • 学会等名: International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM2013)
  • 発表場所: Qingdao, China.
  • 年月日: 20130922-20130928
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of Active Layer Thickness on Negative Bias and Illumination Stress Induced Degradation in Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Wang, J. Jiang, M. P. Hung, T. Toda, C. Li, and M. Furuta
  • 学会等名: International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM2013)
  • 発表場所: Qingdao, China.
  • 年月日: 20130922-20130928
• [学会発表] Developing a Novel Hybrid Method for Fabricating Well-aligned Zinc Oxide Nanorod (2013)
  • 著者名/発表者名: X. Li, E. Pradeep, T. Kawaharamura, D. Wang, A. Hatta, M. Furuta, and C. Li
  • 学会等名: International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM2013)
  • 発表場所: Qingdao, China.
  • 年月日: 20130922-20130928
• [学会発表] バックチャネル欠陥準位がa-InGaZnO薄膜トランジスタ特性及び信頼性に与える影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 戸田達也，Dapeng Wang，Jingxin Jiang，Phi Hung Mai，古田守
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学（京都）
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] 酸化物薄膜トランジスタにおける発熱効果および劣化現象のサイズ依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 浦川哲，笘井重和，笠見雅司，矢野公規，Wang Dapeng，古田守，堀田昌宏，石河泰明，浦岡行治
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学（京都）
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] Investigation of Degradation Mechanism in Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistors under Negative Bias and Illumination Stress by Simulation (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Wang, J. Jiang, M. P. Hung, T. Toda, C. Li, and M. Furuta
  • 学会等名: The 13th International Meeting on Information Display (IMID 2013)
  • 発表場所: Daegu, Republic of Korea
  • 年月日: 20130826-20130829
• [学会発表] High Mobility IGZO TFT fabricated by Solution-Based Non-Vacuum Mist Chemical Vapor Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kawaharamura and M. Furuta
  • 学会等名: 4th International Conference on Semiconductor Technology for Ultra Large Scale Integrated Circuits and Thin Film Transistors
  • 発表場所: Villard-de-Lans (Grenoble area), France
  • 年月日: 20130708-20130711
• [学会発表] Negative-Bias with Illumination Stress Induced State Creation in a-InGaZnO TFT (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furuta, M. P. Hung, J. Jiang, D. Wang, S. Tomai, H. Hayasaka, K. Yano
  • 学会等名: 4th International Conference on Semiconductor Technology for Ultra Large Scale Integrated Circuits and Thin Film Transistors
  • 発表場所: Villard-de-Lans (Grenoble area), France
  • 年月日: 20130708-20130711
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of Drain Bias on Negative Gate Bias and Illumination Stress Induced Degradation in Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Wang, M. P. Hung, J. Jiang, C. Li, and M. Furuta
  • 学会等名: The Twentieth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD 13)
  • 発表場所: Kyoto, Japan.
  • 年月日: 20130702-20130705
• [学会発表] Fabrication of High Conductive ITO Thin Film for Photovoltaic Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: X. Li, C. Li, D. Wang, C. Pradeep, M. Furuta, and A. Hatta
  • 学会等名: The Twentieth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD 13)
  • 発表場所: Kyoto, Japan.
  • 年月日: 20130702-20130705
• [学会発表] Thermal Degradation and Theoretical Analysisof Amorphous Oxide Thin-Film Transistor (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Urakawa, S. Tomai, M. Kasami, K. Yano, D. Wang, M. Furuta, M. Kimura, M. Horita, Y. Ishikawa, and Y. Uraoka
  • 学会等名: The Twentieth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD 13)
  • 発表場所: Kyoto, Japan.
  • 年月日: 20130702-20130705
• [学会発表] Atmospheric Pressure Processed InGaZnO Thin-Film Transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furuta, T. Kawaharamura
  • 学会等名: International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai (IMFEDK)
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 20130606-20130607
  • 招待講演
• [学会発表] Morphology Controlled Single-crystal ZnO Nanostructures Fabricated by a Novel Mist Chemical Vapor Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Li, X. Li, D. Wang, T. Kawaharamura, N. Nitta, M. Furuta, and A. Hatta
  • 学会等名: Society for Information Display (SID2013)
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] Trap States in Amorphous In-Sn-Zn-O Thin-Film Transistors Analyzed Using Dependence on Channel Thickness (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, M. Kimura, J. Jiang, D. Wang, M. Furuta, M. Kasami, S. Tomai, and K. Yano
  • 学会等名: Society for Information Display (SID2013)
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] Enhancing carrier mobility of IGZO TFT fabricated by Mist CVD with O3 assistance (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kawaharamura, T. Uchida, D. Wang, M. Sanada, and M. Furuta
  • 学会等名: The 40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2013)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20130519-20130523
• [学会発表] Thermal Distribution in Amorphous InSnZnO Thin-Film Transistor (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Urakawa, S. Tomai, Y. Ueoka, H. Yamazaki, M. Kasami, K. Yano, D. Wang, M. Furuta, M. Horita, Y. Ishikawa, and Y. Uraoka
  • 学会等名: The 40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2013)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20130519-20130523
• [図書] 月刊ディスプレイ 2013年10月号 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古田 守、川原村 敏幸
  • 総ページ数: p.17～22
  • 出版者: (株)テクノタイムズ社
• [備考] 高知工科大学 古田研究室ホームページ
  • URL: http://www.env.kochi-tech.ac.jp/m-furuta/
• [備考] 研究紹介（積層式色分離型イメージセンサ）
  • URL: http://www.env.kochi-tech.ac.jp/m-furuta/research01.html