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Diese Erfindung betrifft Nicht-Einkristall-Halbleiteranordnungen.
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Amorphe Halbleiternaterialien, von denen Si und Ge die am besten
bekannten Beispiele sind, werden typischerweise durch Bedampfung,
Sputtern oder Plasmazersetzung abgelagert. Die allgemeine Ansicht eines
solchen Ablagerungsprozesses ist, daß die Struktur des sich ergebenden
Materials einzig durch die Art und Weise bestimmt wird, in der die
wachsende Oberfläche die auftreffenden Atome aufnimmt und ein
gebundenes Netz bildet. Es ist ebenfalls bekannt, daß das sich ergebende
Material fern vom thernischen Gleichgewicht sein wird, weil der
Gleichgewichtszustand von jedem Material seine kristalline Form ist. Daher
befindet sich keine amorphe oder nicht-kristalline Form in einem
vollständigen Gleichgewicht. Um der Klarheit willen wird die folgende
Beschreibung hauptsächlich den Fall des amorphen Siliziums als Beispiel
darlegen. Es sollte berücksichtigt werden, daß sich die Anwendung der
vorliegenden Erfindung auf andere Materialien mit ähnlichen
Gleichgewichtsmechanismen ausdehnt.
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Proben von verdampftem amorphem Silizium, das bei niedriger Temperatur
(z.B. 100ºC) abgelagert wird, weisen eine hohe Defektdichte auf, die
durch Glühen bei 250ºC wesentlich vermindert werden kann. Ein solches
abgelagertes amorphes Silizium enthält etwa 10¹&sup9;cm&supmin;³ freie
Bindungsdefekte. Es ist bekannt, daß die Defektdichte durch den Zusatz von
Wasserstoff vermindert werden kann, so daß in dem besten hydrierten
durch Glühentladung erzeugten amorphen Silizium die Defektdichte etwa
10¹&sup5;cm&supmin;³ betragen kann. Das Glühen verändert die Struktur in einer
Weise, die sich dem Gleichgewichtszustand nähert, ihn aber nicht
erreicht. Wenn stattdessen das abgelagerte Material bei Raumtemperatur
abgeschreckt wird, wird es einer Zwischentemperatur vergleichbar in
einem Defektzustand erstarren, und bei Raumtemperatur wird über eine
ausgedehnte Zeitdauer (in der Größenordnung von einem Jahr oder mehr)
ein Selbstausglühen stattfinden.
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Die elektronischen Eigenschaften von amorphem Silizium werden jedoch
nicht nur durch den Depositionsprozeß bestimmt. Auch nachdem das
Material abgelagert worden ist und eine metastabile Struktur erreicht
hat, ist sein Gleichgewicht gestört, und durch die Anlegung äußerer
Störungen oder Spannungen, z.B. einer elektrischen Vorspannung während
des Betriebes, einer thermischen Beanspruchung und ausgedehnter oder
starker Beleuchtung, werden neue Defekte erzeugt. Die erzeugten
Defekte können durch Glühen entfernt werden, wobei die Ausgleichungszeit in
umgekehrter Beziehung zu der Glühtemperatur steht. Ausgleichung ist
ein Begriff, der benutzt wird, um die spontane Aenderung in den
Bandlückenzuständen und damit den elektronischen Eigenschaften zu
beschreiben. Die Defekte, oder Bandlückenzustände, sind freie Bindungen, deren
Dichte sich verändert oder als Reaktion auf die äußeren Spannungen
abgewandelt wird, weil sich das Material selbst modifizieren wird, um
einen eher thermodynamisch stabilsten Zustand anzunehmen.
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Wann immer eine elektrische Vorspannung an solche Materialien angelegt
wird, reagieren sie durch Erzeugen von Defekten, um der Änderung, der
sie ausgesetzt sind, entgegenzutreten. Wenn z.B. ein bekannter N-Kanal-
Anrelcherungs-Niederspannungs-Dünnschichttransistor 10, wie in Fig. 1
gezeigt, durch Anlegen einer positiven Vorspannung an die
Gate-Elektrode 12 eingeschaltet wird, gelangen freie Elektronen von der Source-
Elektrode 14 in die Ladungstransportschicht 16, um an der Grenzfläche
zu dem Gate-Dielektrikum 20 einen Anreicherungskanal 18 zu bilden.
Während der Anreicherung befindet sich der Kanal 18 in keinem stabilen
Zustand, weil sich darin mehr freie und eingefangene Elektronen
befinden. Sowie er leitender wird, steigt sein Fermi-Niveau auf das
Leitungsband an. Das amorphe Halbleitermaterial reagiert immer auf den
Zustand der Bandkrümmung, indem es tief in der Bandlücke Defekte
erzeugt, um sich der Aenderung zu widersetzen und zu versuchen, das Fermi-
Niveau durch Einfangen freier Elektronen in den zusätzlichen Defekten
auf die Bandlückenmitte zurückzubringen. Dann wird bei Entfernen der
Gate-Vorspannung, im Aus-Zustand des Transistors, der
Anreicherungskanal gelöscht und es wird kein überschuß von Elektronen mehr vorhanden
sein, aber die Ladungstransportschicht besitzt nun einen überschuß von
Defekten. Das Material wird wiederum versuchen auszugleichen, indem es
Defekte entfernt, aber dies wird bei Raumtemperatur ein äußerst
langsamer Vorgang sein.
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Die oben beschriebenen Änderungen im Ansprechen auf die
elektrostatische Beanspruchung des bekannten
Niederspannungs-Amorph-Silizium-Dünnschlchttransistors während seines normalen beabsichtigten Gebrauchs
sind in der Verschiebung der in Fig. 2 gezeigten Kurven IDS über VG
zu sehen. Der Transistor folgt ursprünglich der Kurve A. Während
seines Ein-Zustandes kann sich&sub1; sowie Defekte erzeugt werden, um sich
der Anreicherung zu widersetzen, die Kurve nach B verschieben, weil
freie Elektronen, die in die Fallen gefallen sind, nicht mehr zu dem
Strom beitragen. Durch eine höhere Gate-Vorspannung muß weitere Ladung
in den Kanal eingebracht werden, damit der gleiche Strom fließen kann.
Dann, wenn das Bautell in seinen Aus-Zustand zurückgebracht wird,
korrigiert sich die Ladungstransportschicht wieder selbst, indem sie
einige der Defekte wegglüht, und kann zu den Merkmalen der Kurve C
zurückkehren. Diese kleine Verschiebung der Schwellenspannung (Vτ) des
Bautells wird bei jedem Zyklus auftreten. Während die Verschiebung für
einen einzelnen Ein-Aus-Zyklus nicht groß sein mag, ist über die
Lebensdauer des Bauteils eine Nettodrift vorhanden, die das Bautell
veranlassen kann, eine Schwellenverschiebung von mehreren Volt
aufzuweisen. Um diese Verschiebung auszugleichen, kann bei einigen Anwendungen
das Gate um einen Betrag von mehreren Volt übersteuert werden.
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'Patent Abstracts of Japan' Band 10, Nr. 209 (E-421)[2265], 22. Juli
1986, beschreibt, wie die Schwel lenspannung eines
Dünnschichttransistors durch Einbringen von Donator- und Akzeptor-Fremdatomen in etwa
gleichen Mengen in eine polykristalline Halbleiterschlcht, die den
Kanalbereich bildet, verringert werden kann.
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Im Gegensatz dazu beschreibt Matsumoto et al. in "Threshold voltage
shift of amorphous silicon thin-film transistors by step doping",
Seiten 606 bis 607, Appl. Phys. Lett. 54(7), 13. Februar 1989, wie die
Schwellenspannung durch Verwendung einer stufendotlerten Struktur, die
eine undotierte Schicht und eine bordotierte Schicht umfaßt, erhöht
werden kann, wobei die undotierte Schicht zwischen dem Gate-Isolator
und der dotlerten Schicht gelegen ist. Das Dotlerungsverhältnis
(Gasphasenverhältnis) für die dotlerte Schicht liegt im Bereich von 20
- 200 ppm.
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Verschiedene andere ähnliche Transistor-Strukturen sind ebenfalls
bekannt. Zum Beispiel beschreibt 'Patent Abstracts of Japan' Band 9, Nr.
204 (E-337)[1927], 21. August 1985, eine Struktur, die der von
Matsumoto et al. (siehe oben) beschriebenen Struktur ähnlich ist, bei der
die dotierte Schicht eine N-Typ amorphe Sillziumschlcht Ist und ein
höheres Fermi-Niveau besitzt als die undotierte Schicht. EP-A-0 166261
beschreibt einen Feldeffekt-Transistor mit einem aus amorphem
Halbleitermaterial
gebildeten Kanalbereich und mit einer feldinduzierenden
Schicht, die sich auf einer Seite oder auf beiden Seiten des
Kanalbereichs befindet und das Fermi-Niveau des Kanalbereichs verschiebt.
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EP-A-0 145403 beschreibt verschiedene Halbleiter-Bauteile, von denen
jedes eine Mehrschicht-Halbleiterstruktur umfaßt. Durch Verändern der
Zusammensetzung der Schichten können die Eigenschaften der Mehrschicht-
Struktur an einzelne Anwendungen angepaßt werden.
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Ein in Fig. 3 gezeigter bekannter
Hochspannungs-Amorph-Silizlum-Dünnschichttransistor 22 umfaßt eine Gate-Elektrode 23, eine dielektrische
Gate-Schicht 24, eine Ladungstransportschicht 25, eine
Source-Elektrode 26 und eine Drain-Elektrode 27. infolge der Wirkung der an die Gate-
Elektrode 23 angelegten Vorspannung wird das Bauteil eine Verschiebung
der Schwellenspannung zeigen, die der des Niederspannungs-Transistors
von Fig. 1 ähnlich ist. Wegen der Wirkung des hohen Drain-Potentials
auf seinen toten (nicht-torgesteuerten) Bereich während des
Aus-Zustandes des Bautells wird es ebenfalls eine Vx-Verschiebung
aufweisen. Die Vx-Verschiebung wird so genannt, weil sie die Differenz
zwischen X-Achsen-Kreuzungen von Tangenten am Wendepunkt der In Fig. 4
gezeigten verschobenen IDS über VDS Kurven darstellt. Diese
Erscheinung wird ausführlich in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 90 308
286.5, eingereicht am 27. Juli 1990, beschrieben. Kurz gesagt, im Aus-
Zustand des Bauteils werden Elektronen aus dem toten Bereich
weggeräumt, wobei die größte Verarmung in dem Teil des toten Bereichs
auftritt, der an das Ende des Gates angrenzt. Diese Elektronenverarmung
bewirkt, daß Fallen erzeugt werden, die, wenn geladen, dem
Drain-Potential entgegenwirken, und es muß ein höheres Drain-Potential
angelegt werden, damit die gleiche Menge von Strom fließen kann. Fig. 4
zeigt diese Kurven. Diese stellen den ursprünglichen Zustand des
Bauteils (Kurve E), den defekterzeugten um Vx verschobenen Zustand
(Kurve F) und den selbstausgeglühten, etwas korrigierten Zustand (Kurve G)
dar. Obwohl es oft möglich ist, diese Verschiebungsmerkmale ohne
nachteilige Auswirkungen zu umgehen oder korrektive Modifikationen an
der Struktur des Bauteils vorzunehmen, wäre es wünschenswert, sie
insgesamt zu verhindern oder zu beseitigen.
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Für die Stabilität ist es erwünscht, das Gate-Steuerpotential und das
Drain-Potential so niedrig wie möglich zu halten. Die vorliegende
Erfindung befaßt sich mit der Bereitstellung eines elektronischen
Bauteils,
das als Reaktion auf äußere Störungen, wenn überhaupt, sehr
kleine Verschiebungen in seinen Eigenschaften zeigen wird. Die
Erfindung befaßt sich auch mit der Beschleunigung der Wiederherstellung
des ursprünglichen Zustandes der aktiven Schicht eines elektronischen
Bauteils, wenn als Reaktion auf äußere Störungen Veränderungen darin
auftreten.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Dünnschicht-Transistor mit
einer Gate-Elektrode, einer Gate-Isolierschicht, einer
Ladungstransportschicht und einer Korrekturschlcht zur Verfügung, die in dieser
Reihenfolge und aneinander angrenzend gebildet sind, wobei die
Ladungstransportschicht eine Nicht-Einkristall-Halbleiterschicht (34)
umfaßt, deren elektronische Struktur sich als Reaktion auf eine äußere
Störung verändert, die Korrekturschicht eine Halbleiterschicht umfaßt,
die im wesentlichen gleiche Mengen von aktiven Dotierstoffen des N-Typs
und P-Typs enthält, und die Korrekturschicht die Beseitigung dieser
Veränderungen durch Bereitstellen von Trägern des geeigneten
Vorzeichens beschleunigt.
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Die dielektrische Gate-Schicht, die angrenzend an die Korrekturschicht
gelegen ist, ist vorzugsweise adaptiert, um Ladungen darin zu fangen,
und die Korrekturschicht neutralisiert die Ladungen durch
Bereitstellen der Träger des geeigneten Vorzeichens, wenn die Zahl von aktiven
Dotierstoffen in der Korrekturschicht verändert wird.
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Nur als Beispiel werden jetzt Ausführungen der Erfindung mit Verweis
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Inhalt der Zeichnungen:
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Fig. 1 (darauf wurde bereits verwiesen) zeigt einen bekannten
Niederspannungs-Dünnschichttransistor.
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Fig. 2 (darauf wurde bereits verwiesen) veranschaulicht
Ausgangskennlinien, die die Verschiebung der Schwellenspannung (Vτ) und die
Erholung des Transistors von Fig. 1 zeigen.
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Fig. 3 (darauf wurde bereits verwiesen) zeigt einen bekannten
Hochspannungs-Dünnschichttransistor.
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Fig. 4 (darauf wurde bereits verwiesen) veranschaulicht
Ausgangskennlinien, die die Verschiebung (Vx) und die Erholung des Translstors
von Fig. 3 zeigen.
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Fig. 5 bis 7 zeigen erfindungsgemäß aufgebaute
Niederspannungs-Dünnschicht-Transistoren.
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Fig. 8 zeigt einen erfindungsgemäß aufgebauten
Hochspannungs-Dünnschicht-Transistor.
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Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäß aufgebaute Diode.
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Fig. 10 zeigt einen erfindungsgemäß aufgebauten Varaktor.
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Auf Fig. 5 bis 10 der Zeichnungen verweisend zelgt Fig. 5 eine Form
einer erfindungsgemäß aufgebauten Dünnschicht-Transistorstruktur 28.
Sie umfaßt ein Substrat (nicht gezeigt), das eine Glasplatte oder ein
anderes Material sein kann, das leicht in einem großflächlgen Format
erhältlich und mit den Herstellungstemperaturen des Bauteils in der
Größenordnung von 250ºC verträglich ist, auf dem eine leitende Gate-
Elektrode 30 aufgebracht ist, die aus Chrom bestehen kann. Auf der
Gate-Elektrode liegt eine dielektrische Silizium-Nitridschicht 32, und
darauf ist eine im wesentlichen intrinsische oder leicht dotierte
amorphe Silizium-Ladungstransportschicht 34 aufgebracht. Eine angrenzend
an die Ladungstransportschicht aufgebrachte Korrekturschicht 36 umfaßt
ein kompensiertes amorphes Silizium-Material. Wie hierin benutz
bedeutet der Begriff "angrenzend" nahe genug, um einen Trägeraustausch
zwischen dem Korrekturelement und der aktiven Ladungstransportschicht zu
erlauben, und bedeutet nicht unbedingt eine gegenseitige Berührung.
Wenn die Ladungstransportschicht eine Dicke von etwa 30nm (300Å) aus
intrinsischem amorphem Halbleiter und die Korrekturschicht eine Dicke
von etwa 30nm (300Å) aus kompensiertem Material aufweist, wird die
Gesamtdicke dieser zwei Schichten etwa 60nm (600Å) betragen
(vergleichbar mit der Dicke der Ladungstransportschicht 16 in Fig. 1), so daß
durch sie hindurch eine Selbstjustierung der Source- und
Drain-Elektroden in bezug auf die Gate-Elektrode noch möglich sein wird.
Außerdem ist der zum Bilden des Niederspannungs-Dünnschichttransitors 10
verwendete normale Herstellungsprozeß abgewandelt, indem einfach eine
geringere Menge von intrinsischem oder leicht dotiertem amorphem
Silizium-Material aufgebracht wird, gefolgt von dem zusätzlichen
gleichzeitigen Einbringen eines borhaltigen Gases und eines phosphorhaltigen
Gases. Wie bei dem Bauteil in Fig. 1 wird eine obere Nitridschicht 38
über der Korrekturschicht 36 aufgebracht und dann mit Mustern versehen
und geätzt, um Wege für eine aufgebrachte Schicht aus
phosphordotiertem
(n+) amorphem Silizium zu bilden, die wiederum geätzt wird, um die
seitlich beabstandete Source-Elektrode (40) und die Drain-Elektrode
(42) zu bilden. Chromkontakte, die über den n+ Elektroden liegen, sind
nicht dargestellt. Die oben beschriebenen Materialien sind nur als
Beispiel aufgeführt. Wir glauben, daß die Ladungstransportschicht auch
aus GaAs und mikrokristallinen oder polykristallinen Formen von
Halbleitermaterialien bestehen kann.
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Der Begriff "kompensiertes Material" ist bekannt und bedeutet, daß das
Material gleichzeitig sowohl mit Dotierstoffen des N-Typs als auch des
P-Typs, z.B. Phosphor bzw. Bor, dotiert ist. Aber während bei
Einkristall-Silizium-Anwendungen ein derartiges Material gleiche Mengen von
Dotierstoffen des N-Typs und des P-Typs enthält, können bei
Amorph-Silizium-Anwendungen, wo die Dotierstoffe in der Gasphase eingebracht
werden, die Mengen von aktiven Dotierstoffen in dem aufgebrachten
kompensierten Material von den Gasphasen-Bestandteilen allein nicht leicht
bestimmt werden. In amorphem Silizium besteht eine Neigung zur
Selbstkompensation, so daß, während das Verhältnis der
Gasphasen-Dotierstoffe nicht 1:1 sein mag, die sich ergebende Menge von aktiven
Dotierstoffen in der Schicht im wesentlichen gleich sein kann. Das
Kompensationsspektrum in der Korrekturschicht ist breit und kann angepaßt werden,
um den meisten Anforderungen zu genügen. Es kann von einer vollkommenen
Kompensation, d.h. mit im wesentlichen gleichen Mengen von
Dotierstoffen des N- und P-Typs, bis zur teilweisen Kompensation reichen, d.h.
bis zu einem Verhältnis, das vielleicht bis zu 1:10 oder mehr betragen
kann.
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Fig. 6 zeigt einen alternativen Aufbau des Niederspannungs-Dünnschicht-
Transistors 44. Die gleichen Elemente sind durch die gleichen
Bezugszeichen mit einem angefügten Apostroph (') gekennzeichnet. Der
Transistor 44 unterscheidet sich von dem in Fig. 5 gezeigten Transistor 28
dadurch, daß das Korrekturelement ein übergitter aus nacheinander
aufgebrachten abwechselnden N-Typ Schichten (46) und P-Typ Schichten (48)
(NPNP) umfaßt, die dazwischengelegte intrinsische Schichten 50
besitzen können oder nicht (NIPI, wie gezeigt). Anstatt, wie in der
kompensierten Schicht, eine Mischung aus Dotierstoffen zu sein, sind die
Dotierstoffe räumlich getrennt. Jede Schicht eines solchen Übergitters
kann eine Dicke von etwa 1 bis 5nm (10 bis 50Å) aufweisen. Es ist
möglich, die übergitterstruktur passend zu machen, um auf vielfache
Weise
die gewünschten Eigenschaften hervorzubringen. Zum Beispiel können
die N- oder P-Schichten mit unterschiedlicher Dicke aufgebracht
werden, es kann mehr von einer Schicht als von der anderen aufgebracht
werden oder der Dotierungsgrad von einem Satz der Schichten kann höher
als der des anderen sein. Während es im allgemeinen eher wünschenswert
ist, daß diese Schichten in gleicher Zahl mit der gleichen Dicke und
Dotierungsdichte vorhanden sind, so daß die Struktur elektrisch
neutral ist, sind diese vorgeschlagenen Anderungen möglich und können
einer einzelnen Anwendung zuträglich sein. Mit anderen Worten, die
Kontrolle über die Eigenschaften der zusammengesetzten Struktur kann
leicht erreicht werden, indem die Ablagerung der nacheinander
aufgebrachten Schichten gesteuert wird. Dieses Maß an Steuerung ist bei
einer kompensierten Schicht nicht erreichbar, weil, wenn die den
Dotierstoff enthaltenden Gase gleichzeitig in die Reaktionskammer eingeführt
werden, die Atome des Dotierstoffes dazu neigen, sich paarweise
anzuordnen, und es ist sehr schwierig, die Zahl von freien
Dotierstoffatomen in der endgültigen Schicht zu steuern. Ein anderer Vorteil des
NIPI-Übergitters ist das Vermögen, Dotierstoffmaterlalien zu
verwenden, die dazu neigen können, vielleicht nachteilig, chemisch
miteinander zu reagieren. Das übergitter erlaubt, daß das Korrekturelement
die gewünschten Eigenschaften aufweist, während die
Dotierstoffmaterialien getrennt gehalten werden.
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Es ist auch möglich, den Niederspannungs-Dünnschicht-Transistor 56 in
der in Fig. 7 gezeigten Form zu konstruieren. Die Deposition des Gate-
Metalls 30', des Gate-Dielektrikums 32' und der Ladungstransportschicht
34' folgen dem gleichen Prozeß wie bei der Herstellung der Bauteile
von Fig. 1, 5 und 6. Dann werden eine N+ Halbleiterschicht und eine
Metallschicht (nicht gezeigt) aufgebracht, mit Muster versehen und
geätzt, um die Source- und Drain-Elektroden 40' und 42' mit einem
Kanalbereich dazwischen zu bilden. Als nächstes wird die Korrekturschicht
58, z.B. eine kompensierte Schicht, über dem gesamten Bauteil
aufgebracht und würde weggeätzt werden, um die Source- und Drain-Kontakte
(nicht gezeigt) freizulegen. Das Korrekturelement grenzt an die
Ladungstransportschicht in dem gestreßten Anreicherungs-Kanalbereich an,
ist aber nicht zwischen die Source- und Drain-Elektroden und die
Ladungstransportschicht gelegt, wie in der Ausführung von Fig. 5, wo sie
einen schädlichen Serienwiderstand einbringen kann.
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Fig. 8 zeigt einen Hochspannungs-Dünnschicht-Transistor 60, der die
vorliegende Erfindung einschließt. Er ist mit dem in Fig. 3 gezeigten
Transistor 22 vergleichbar mit der Ergänzung einer Korrekturschicht
62, die angrenzend an die im wesentlichen intrinsische oder leicht
dotierte Ladungstransportschicht 64 aufgebracht ist. Die verschiedenen
Formen des Korrekturelements, die in bezug auf den Niederspannungs-
Dünnschicht-Transistor gezeigt und beschrieben wurden, sind auf den
Hochspannungs-Transistor gleichermaßen anwendbar.
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In der Tat kann jedes amorphe elektronische Halbleiterbauteil, das sich
als Reaktion auf äußere Störungen ausgleicht, durch Hinzufügen eines
Korrekturelements, das eine Quelle geeigenter Ladung liefert,
verbessert werden. Die Diode 66 von Fig. 9 umfaßt z.B. einen ohmischen
Rückkontakt, der eine Metallelektrode 68 und eine N+ amorphe
Halbleiterschicht 70 einschließt, ein Korrekturelement 72, eine im wesentlichen
intrinsische amorphe Halbleiterschicht 74 und eine Kollektorelektrode
76, die zusammen mit der Halbleiterschicht 74 eine Schottky-Barriere
bildet. Mit dem Zusatz einer dielektrischen Schicht 77 (wie in Fig. 10
gezeigt), die den Durchgang von Strom verhindert, wird ein Varaktor 78
gebildet. In jedem dieser Bauteile ist die Korrekturschicht 72 eine
kompensierte Schicht, die nach einer elektrostatischen Beanspruchung
die Ausgleichung auf die ursprünglichen Bauteileigenschaften
beschleunigt.
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Bei Verwendung in einem Dünnschicht-Transistor laden die in dem
amorphen Halbleiter gebildeten Defekte die Ladungstransportschicht (34)
(Fig. 5) als Reaktion auf die äußeren Störungen auf, d.h. das positive
Gate-Potential wird schneller entfernt werden, wenn eine Zufuhr von
Löchern nahe gelegen zur Verfügung gestellt wird. Die Korrekturschicht,
die in der Form der Kompensatlonsschicht 36 sein kann, oder ein
NIPI- oder NPNP-übergitter werden diese notwendigen Löcher bereitstel len,
weil das Gate-Feld, das Elektronen in den Anreicherungskanal der
aktiven Schicht induziert, ebenfalls weitere P-Typ Dotierstoffe in diesen
Materialien aktivieren wird. Als Reaktion auf das Gate-Feld, das
Elektronen in der Korrekturschicht induziert, und indem sie N-Typ gemacht
wird, gleicht dieses Element auch durch die Aktivierung von mehr Bor-
Dopantatomen aus. Nach dem Entfernen der äußeren Beanspruchung wird im
Aus-Zustand des Bauteils die Korrekturschicht einen überschuß von
Löchern haben, die wirken, um die Ausgleichung der
Ladungstransportschicht
zu beschleunigen, indem sie von Elektronen geräumt wird. Die
Kurve D in Fig. 2 stellt den endgültigen Zustand der
Schwellenspannungsverschiebung mit dem Korrekturelement am richtigen Platz dar. Man
kann sehen, daß wir in der Lage waren, die Verschiebung der
Schwellenspannung (Vτ) im wesentlichen zu beseitigen.
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In einer ähnlichen Weise wird die Korrekturschlcht 62 (Fig. 8) die
Ausgleichung des "toten" (nicht-torgesteuerten) Bereiches des
Hochsoannungs-Dünnschicht-Transistors 48 beschleunigen, wenn sich das
Bauteil im Ruhezustand befindet. Im normalen Betrieb, im Aus-Zustand des
Bauteils (VG tief, VDS hoch), wird der tote Bereich in der
Ladungstransportschicht durch das hohe Drain-Potential von Elektronen geräumt
und wird sich durch die Erzeugung von Defekten, die die Vx
Verschiebung verursachen, ausgleichen. Diese gleiche äußere Störung wird
die Korrekturschicht veranlassen, P-Typ zu werden, worauf sie durch
Aktivieren von mehr Phosphor-Dopantatomen reagiert. Wenn das
Bauteil eingeschaltet wird (VG hoch, VDS angelegt), wird es sich voll
selbst korrigieren und die Vx Verschiebung entfernen. Wenn aber das
Bauteil von seiner Stromquelle getrennt wird und sich nach dem Aus-
Zustand in einem RUHE-Zustand befindet, wird die Korrekturschicht
eine reichliche Zufuhr von Elektronen bereitstellen und wird die Vx
Verschiebung im wesentlichen beseitigen, indem die Kennlinie zur
Position H in Fig. 4 zurückgeführt wird.
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Es sollte beachtet werden, daß, weil die Korrekturschicht sowohl
Materialien des P-Typs als auch des N-Typs enthält, sie sowohl die Vτ
als auch die Vx Verschiebung korrigiert, indem sie, wenn nötig, die
geeigneten Dotierstoffe überaktlviert.
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Die folgende Erklärung stellt unser augenblickliches Verständnis der
in der Ausgleichung von amorphen Silizium-Dünnschicht-Transistoren
einbegriffenen Mechanismen dar und ist typisch für die Effekte, die in
anderen aktiven Bauteilen stattfinden, auch wenn die verwendeten
amorphen Materialien abweichend sind. Man sollte sich erinnern, daß in der
im wesentlichen intrinsischen amorphen Silizium-Ladungstransportschicht
im allgemeinen Wasserstoff benutzt wird, um durch Verringern ihrer
Defektdichte das Material zu verbessern. Im Ein-Zustand reichert das
Gate-Potential die Ladungstransportschicht an, was veranlaßt, daß sich
die Bänder krümmen und Elektronen im System auf dem Fermi-Niveau sich
in das Leitungsband bewegen. Wenn dies geschieht, können diese freien
Elektronen leicht den Wasserstoff von dem Silizium verdrängen und
einen Defekt (freie Bindung) erzeugen, der ein freies Elektron leicht
aufnehmen und halten und es von dem Leitungsband entfernen wird. Die
eingefangene Ladung, die ein Volumen oder ein Grenzflächenzustand sein
kann, widersetzt sich dem Gate-Feld und erschwert die Bandkrümmung,
was die Ladungstransportschicht weniger leitfähig macht und ein
höheres Gate-Potential erfordert, um den gleichen Stromausgang zu
erzeugen, wie durch die verschobene IDS über VG Kurve (s. Fig. 2)
dargestellt. Ohne die Korrekturschicht wird die Ladungstransportschicht
ihren ursprünglichen Zustand durch Selbstausglühen teilweise selbst
wiederherstellen. Mit der Korrekturschicht beschleunigt die
Transportschicht ihre Erholung und wird kraft der Inneren Veränderungen in der
Korrekturschicht, die den für die Ladungstransportschicht
nachteiligen Veränderungen entgegenwirken, fast vollständig zu ihrem
ursprünglichen Zustand zurückgebracht. Das Gate-Potential induziert außerdem
Elektronen in die Korrekturschicht, was das Bor darin veranlaßt, durch
Erhöhen der Zahl der Löcher aktiver zu werden, sowie sich diese Schicht
ausgleicht. Im Aus-Zustand des Transistors verfügt die
Ladungstransportschicht über einen überschuß von Elektronen, und die
Korrekturschicht besitzt einen überschuß von Löchern. Die Löcher können an dem
freien Wasserstoff haften, was ihm erlaubt, positiv geladen zu werden
und sich mit einer freien Bindung zu vereinigen, um ein gefangenes
Elektron freizusetzen. Auf diese Weise besitzt die
Ladungstransportschicht noch einmal eine verminderte Zahl von Defekten.
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Ein andere Quelle der Bauteil-Instabilität ensteht aus dem Einfangen
von elektrischer Ladung innerhalb des Gate-Dlelektrikums. Die zur
Beschleunigung der Ausgleichung der amorphen
Halbleiter-Ladungstransportschicht bereitgestellte Korrekturschicht wird auch der Zufuhr
von Trägern des geeigneten (umgekehrten) Vorzeichens dienen, um die
eingefangene Ladung zu neutralisieren. Wenn nicht unterstützt, wird
die Geschwindigkeit, mit der sich das Gate-Dielektrikum selbst
ausglüht, um die eingefangenen Ladungen zu entfernen, recht langsam sein.
Die Korrekturschicht erhöht die Geschwindigkeit des Entfernens von
eingefangenen Ladungen wesentlich.
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Man sollte erkennen, daß die Bereitstellung einer Korrekturschicht wie
oben beschrieben die Herstellung von stabileren Bauteilen ermöglicht,
die eine längere Lebensdauer aufweisen sollten.