薄膜トランジスタ
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薄膜トランジスタ（はくまくトランジスタ、thin film transistor、TFT） は、電界効果トランジスタ（field effect transistor、以下FET）の1種である。基本的に三端子素子（バックゲート端子（B）が存在しない）である。主に液晶ディスプレイ (LCD) に応用されている。半導体活性層としてセレン化カドミウム (CdSe) を使ったTFTは固体撮像素子用として1949年に発表され、1973年にLCDの駆動が発表された。半導体としてケイ素 (Si) を用いるものには、アモルファス膜と多結晶膜とがあり、アモルファス膜は1979年に英国ダンディ大学で開発され、その後日本を中心にLCD用に活発に研究開発が進んだ。アモルファスSiと多結晶SiのTFTは、カラーTFT LCDとして広く応用されている。
特徴と分類
ゲート端子の位置・層（レイヤー）の配置で、4種類に大別される。
- スタガード（staggered）型
- インバーテッド・スタガード（inverted staggered）型
- コープレーナー（coplanar）型
- インバーテッド・コープレーナー（inverted coplanar）型
スタガード型はドレインとソース端子がチャネル層とずれた軸に追加されている。コープレーナー型はドレインとソース端子がチャネル層の横に直接ついている。インバーテッド型はゲート端子がサブストレート側についている。
通常の金属酸化膜半導体 (MOS) と異なり、反転層（inversion layer）を形成せずに蓄積層（accumulation layer）を形成してコンダクタンスを上げる、すなわちn型のキャリアは電子、p型のキャリアはホールであることも特徴である。下の素子の構成を見れば一目瞭然だが、そのため通常のMOS構造には見られないチャネル層が加えられている。
薄膜トランジスタの薄膜と言う呼称は、トランジスタを構成する半導体層やゲート絶縁膜、電極、保護絶縁膜などが真空蒸着やスパッタリング、プラズマを用いた化学気相成長(プラズマCVD)などで薄膜状にガラスあるいは石英製の基板に形成されることに由来する。なお、基板にプラスチックを使う研究開発もなされている。
反転層を形成しないため、スレッショルド（しきい値）電圧の意味がMOSのものと異なる（MOSではスレッショルド電圧は強反転層を形成し始めるゲート-ソース電圧を指すが薄膜トランジスタでは反転層形成自体が存在しない）が、基本的な公式や考え方はMOSのそれと変わらず、そのままコンセプトを応用できる。ただしバックゲート端子が存在しないため、基板バイアス効果によるしきい値電圧の変動は行えない。
種類とその特徴
現在広く使われているものはチャネル層に水素化アモルファスシリコン（a-Si:H: hydrogenated amorphous silicon）が使われているが、スレッショルド電圧が経過時間・ゲート電圧・温度により変化する不安定さが問題とされている。
これは
- バンドギャップ内に存在する不安定ステート（metastable state）
- 絶縁層内
- 境界ステート（interface state）に堆積された電子による影響
の3種類に大別される。
基本的にゲート印加電圧が低い場合の主因は1、電圧が高い場合は2と考えられ、3は通常無視される。
一部のメーカーにおいては一定時間の電圧と加熱により、ゲート印加電圧によって励起され不安定となったvalence band connectionをdangling bond（defect）として安定させることによって対策している。
その他に有機・無機の素材を用いた薄膜トランジスタ、透明薄膜トランジスタ（transparent thin film transistor）などが研究されている。
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| 分類 | P型半導体 - N型半導体 - 真性半導体 - 不純物半導体 |
| 種類 | 窒化物半導体 - 酸化物半導体 - アモルファス半導体 - 磁性半導体 |
| 半導体素子 | 集積回路 - マイクロプロセッサ - 半導体メモリ - TTL論理素子 |
| バンド理論 | バンド構造 - バンド計算 - 第一原理バンド計算 - 伝導帯 - 価電子帯 - 禁制帯 - フェルミ準位 - 不純物準位 - 電子 - 正孔 - ドナー - アクセプタ - 物性物理学 |
| トランジスタ | サイリスタ - バイポーラトランジスタ(PNP, NPN) - 電界効果トランジスタ |
| 関連 | ダイオード - 太陽電池 |
| その他 | pn接合 - 空乏層 - ショットキー接合 - MOS接合 - 電子工学 - 電子回路 - 半導体工学 - 金属 - 絶縁体 |
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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』2008年4月8日 02:04 版 改訂履歴 Text is available under GNU Free Documentation License. |
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