Японские ученые предложили использовать для изготовления прозрачных тонкопленочных транзисторов новый аморфный полупроводник. Подобные транзисторы могут найти применение в создании прозрачных, гибких и легких электронных устройств.

Рис.1. a - схематическое изображение тонкопленочного транзистора на основе a-IGZO на полимерной пленке (PET = polyethylene terephthalate); b и c- фотографии изогнутой пленки с прозрачными транзисторами.

На заре компьютерной эры ЭВМ, при крайне низком, по нынешним представлениям, быстродействии, обладали гигантскими размерами, занимая целые залы и комнаты, поэтому никому просто не могла прийти в голову мысль взять с собой, скажем, за город подобное устройство. По мере миниатюризации и повышения быстродействия ЭВМ, с появлением персональных компьютеров, идея о создании переносных компьютеров перестала казаться фантастикой. И сейчас, когда ноутбуки уже прочно завоевали свое место на рынке, мысль ученых и разработчиков не стоит на месте - они работают над созданием легких, гибких и, в перспективе, недорогих переносных компьютеров и дисплеев. Владельцы таких компьютеров могли бы по окончании работы свернуть монитор и положить компьютер в сумку (подобные устройства уже представляются компаниями-разработчиками на выставках), а то и в карман. Основными материалами для подобной "гибкой электроники" являются аморфный гидрогенизированный кремний и органические полупроводники.

Японские ученые предложили новый материал, который может использоваться для создания гибких электронных устройств, - аморфный полупроводник IGZO (In-Ga-Zn-O), обладающий рядом преимуществ по сравнению с используемыми материалами [1]. Так, для аморфного гидрогенизированного кремния подвижность (эта величина говорит о том, как быстро движутся носители заряда под действием приложенного электрического поля) не превышает 1 см² B^{- 1} c^-1, а для используемых в электронике органических полупроводников полупроводников (таких, как пентацен) может быть в 2-3 раза выше. Для аморфного же IGZO подвижность может быть более чем на порядок выше, чем для аморфного гидрогенизированного кремния. Отличие это связано с различием механизма проводимости: в то время как для аморфного кремния характерна прыжковая проводимость (электроны "перепрыгивают" из одного локализованного состояния в другое), для аморфного IGZO происходит перенос носителей заряда по делокализованным состояниям (в этом отношении он скорее напоминает обычные кристаллические полупроводники). Другим немаловажным отличием аморфного IGZO от аморфного кремния является различие ширин запрещенных зон. В то время как кремний поглощает излучение видимого диапазона, IGZO имеет существенно бОльшую ширину запрещенной зоны и, поэтому, прозрачен в видимом диапазоне, что позволяет использовать его при изготовлении прозрачных электронных устройств. Примерами таких устройств могут стать прозрачные дисплеи разного размера, нанесенные, например, на ветровое стекло автомобиля или на стекла специальных очков солдата, охранника или пожарного.

Для того, чтобы завоевать рынок, гибкие электронные устройства должны быть надёжными и недорогими, последнее требует, в свою очередь, простоты технологии их изготовления. Японские ученые использовали новый полупроводник для создания массива гибких прозрачные тонкопленочных транзисторов на поверхности тонкой (толщиной 200 мкм) полимерной пленки (рис. 1). Нанесение слоя IGZO на поверхность пленки происходило посредством лазерного испарения кристаллической мишени InGaZnO₄ при комнатной температуре в атмосфере кислорода. Полученная пленка являлась аморфным полупроводником n-типа, а концентрацию носителей можно было варьировать в широких пределах (от 10¹⁴ см^-3 до 10²⁰ см^-3) за счет изменения давления кислорода.

Рис.2. a - зависимость тока исток-сток (IDS) от напряжения исток-сток (VDS), при различных напряжениях, приложенных к затвору (VGS), b - зависимость тока исток-сток от напряжения, приложенного к затвору, при определённом напряжении исток-сток (точками показан ток утечки); c и d - те же вольт-амперные характеристики после того, как пленка была изогнута.

Затем с помощью стандартной фотолитографии был сформирован массив полевых транзисторов с верхним затвором (a-IGZO играл роль канала полевого транзистора), причем электроды и диэлектрические слои также были изготовлены из прозрачных материалов (ITO и Y₂O₃). Ученые исследователи характеристики изготовленных транзисторов (рис.2), а также влияние деформации (изгиба пленки) и высокой температуры на работу прозрачных тонкопленочных транзисторов. Было установлено, что изгиб практически не влияет на характеристики транзисторов, и транзисторы способны функционировать при температурах до 120 ^oC. Результаты экспериментов дают японским ученым основания для вывода о том, что a-IGZO действительно может стать перспективным материалом для создания гибких электронных устройств.

1. Kenji Nomura, Hiromichi Ohta, Akihiro Takagi, Toshio Kamiya, Masahiro Hirano and Hideo Hosono. Nature, v.432, 488 (2004).

Е.Онищенко