JPH0519295A - 非線形抵抗素子 - Google Patents

非線形抵抗素子

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JPH0519295A
JPH0519295A JP3172499A JP17249991A JPH0519295A JP H0519295 A JPH0519295 A JP H0519295A JP 3172499 A JP3172499 A JP 3172499A JP 17249991 A JP17249991 A JP 17249991A JP H0519295 A JPH0519295 A JP H0519295A
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JP
Japan
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electrode layer
layer
linear resistance
phosphorus
silicon
Prior art date
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JP3172499A
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English (en)
Inventor
Koichi Kodera
宏一 小寺
Yuji Mukai
裕二 向井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電圧駆動に適した閾値電圧を持ち、高いON
/OFF比の非線形性を示す非線形抵抗素子を提供する。 【構成】 絶縁性基板11上に第一電極層12、非線形抵抗
層13、第二電極層14を順次積層して成り、非線形抵抗層
13はシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物
のうち少なくとも1種にリンPをド−プして構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はLCD等の表示デバイス
のアクティブマトリクス駆動に使用できる非線形抵抗素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイ等の表示デバイスにお
いて、高精細度な画面を得るためには走査線数を増やし
た高密度なマトリクス構成が必要である。このようなマ
トリクスを有効に駆動させるため、各画素にスイッチン
グ素子を取り付けたアクティブマトリクス駆動方式が注
目されている。
【0003】このアクティブマトリクス駆動に使用され
るスイッチング素子として、通常、薄膜トランジスタ
(TFT)を代表とした3端子型素子と、MIM(Me
tal−Insulator−Metal)を代表とし
た2端子型素子が一般的である。2端子型素子は3端子
型素子に比べて構造が簡単で、製造しやすいため、大画
面用、そして低コスト化を実現するスイッチング素子と
して注目されている。
【0004】図7は従来のMIM素子を液晶ディスプレ
イのスイッチング素子に適用した場合の断面構成の一例
を示す。第一電極層−非線形抵抗層(ここでは絶縁体
層)−第二電極層なる構成であり、具体的には特開昭61
-260219号公報に示されるように絶縁性基板71上にCr
より成る第一電極層72の上にシリコン窒化物より成る絶
縁体層73を形成し、その上に例えばCrより成る第二電
極層74を形成してスイッチング素子を構成し、第二電極
層74をITOより成る透明画素電極層78に接続する。第
一電極層72と第二電極層74の間に電界を印加することに
より、絶縁体層73の中のトラップを介して電子がトンネ
ル現象により伝導する。その結果、V−I特性に非線形
性が現れ、アクティブマトリクス駆動に用いることがで
きる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】非線形抵抗素子の性能
として、低電圧駆動を実現するため閾値電圧が余り高く
なく、表示品質の点でON/OFF比が大きいことが要
求される。しかし、従来のMIMでは閾値電圧が16V
と比較的高く、HDTV等の高精細ディスプレイに適用
するためにはさらに大きなON/OFF比が要求され
る。
【0006】本発明は、上記従来の問題点に鑑み成され
たものであり、V−I特性において閾値電圧を低減させ
るとともに、ON/OFF比の高い非線形性を実現する
非線形抵抗素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の非線形抵抗素子は、絶縁性基板の上に第一
電極層、非線形抵抗層、第二電極層を順次積層して成る
非線形抵抗素子であって、前記非線形抵抗層はシリコン
酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物のうち少なく
とも1種にリンPをド−プして非線形抵抗素子を構成す
るものである。
【0008】あるいは、絶縁性基板上に形成した第一電
極層の上にリンPをド−プしたシリコンより成る第一半
導体層、さらにシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリ
コン炭化物のうち少なくとも1種にリンPをド−プした
非線形抵抗層、リンPをド−プしたシリコンより成る第
二半導体層、第二電極層を順次積層して非線形抵抗素子
を構成するものである。
【0009】あるいは、絶縁性基板の上に間隙部を有し
て第一電極層と第二電極層を形成し、前記第一電極層と
前記間隙部と前記第二電極層を覆う形でリンPをド−プ
したシリコンより成る半導体層を形成し、前記半導体層
を覆う形でシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン
炭化物のうち少なくとも1種にリンPをド−プした非線
形抵抗層を形成し、さらに前記非線形抵抗層の上に導電
体層を形成して非線形抵抗素子を構成するものである。
【0010】
【作用】非線形抵抗層としてシリコン酸化物、シリコン
窒化物、シリコン炭化物のうち少なくとも1種にリンP
をド−プすることにより、Pが電子のトンネル伝導を助
け、閾値電圧を低減するとともに、閾値電圧以上で電子
なだれ現象を促進し、高い電流駆動能力を示す。その結
果、ON/OFF比の向上を可能にする。
【0011】
【実施例】以下に本発明の非線形抵抗素子を液晶ディス
プレイのアレイに適用した実施例を示す。
【0012】図1は第一の発明に基づく非線形抵抗素子
の断面構成図である。ガラスより成る絶縁性基板11上に
スパッタ法によりCr膜を100nm の膜厚で形成し、第一
電極層12とする。この第一電極層は走査信号ラインある
いはデ−タ信号ラインに接続するか、あるいはそれを兼
ねるものである。この第一電極層12上にPH3 を1%含有
させたSiH4にO2を混合した反応ガスを用いたプラズマC
VD法でSiO2にPをド−プした非線形抵抗層13を50nmの
膜厚で形成する。さらにこの上にスパッタ法によりCr
膜を100nm の膜厚で形成して第二電極層14として非線形
抵抗素子を構成する。第二電極層14にはITOより成る
透明画素電極層18に接続させる。
【0013】図2は本実施例に基づく素子のV−I特性
を示している。破線はPをド−プしていない従来の場合
であり、閾値電圧が16Vと高く、ON/OFF比は6
x105である。これに対し、実線はPをド−プした本
発明の場合であり、閾値電圧は11Vと低減され、ON
/OFF比も2x106 と向上している。
【0014】本実施例における非線形抵抗層をICP法
により組成分析した結果、SiO2にPが1%ドープされて
いることが確認された。発明者らの実験により非線形性
が向上するPのドープ比率は0.05%から5%までの範囲
であり、5%を越えることにより閾値電圧以下のOFF
時でも電流がわずかながら流れてしまい、ON/OFF比の低
下を招くことを確認している。
【0015】図3は第二の発明に基づく非線形抵抗素子
の断面構成図である。ガラスより成る絶縁性基板31上に
スパッタ法によりCr膜を100nm の膜厚で形成し、第一
電極層32とする。この第一電極層32は走査信号ラインあ
るいはデ−タ信号ラインに接続するか、あるいはそれを
兼ねるものである。この第一電極層32上にPH3 を1%含
有させたSiH4を反応ガスとしたプラズマCVD法でアモ
ルファスSi(以下、a-Siと記す)にPをド−プした第
一半導体層35を100nm の膜厚で形成する。
【0016】さらに、この第一半導体層35上にPH3を1
%含有させたSiH4にO2 を混合した反応ガスを用いたプ
ラズマCVD法でSiO2にPをド−プした非線形抵抗層33
を50nmの膜厚で形成する。さらにこの上に第一半導体層
35と同様にPH3 を1%含有させたSiH4を反応ガスとした
プラズマCVD法でPをド−プしたa-Siをド−プした第
二半導体層36を100nm の膜厚で形成する。さらにスパッ
タ法によりSiO2より成る保護絶縁層39を積層し、コンタ
クトホール部30を形成した後、スパッタ法によりCr膜
を150nm の膜厚で形成して第二電極層34とし、コンタク
トホール部30で第二半導体層36と接触させ、素子を構成
する。なお、第二電極層34は透明画素電極層38に接続さ
せる。
【0017】図4は第二の実施例に基づく素子のV−I
特性を示している。破線はPをド−プしていない従来の
場合であり、閾値電圧が18Vと高く、ON/OFF比
は106 である。これに対し、実線はPをド−プした本
発明の場合であり、閾値電圧は13Vと低減され、ON
/OFF比も5x106 と向上している。図3に示す第
二の素子構成では図1に示す第一の構成に対して第一半
導体層35と第二半導体層36が付加されているが、以下の
点においてこの効果を発揮する。
【0018】非線形抵抗素子を液晶ディスプレイに適用
する場合、クロストーク発生の防止のため、非線形抵抗
素子の容量Cnlを液晶層の容量Clcに対して十分小さくす
ることが必要である。ところが図1に示す第一の構成で
は薄い非線形抵抗層13のためCnlが大きくなってしま
い、Cnl/Clcは1/8を示し、若干、クロストークの発生が
見られる。ところが、第二の構成では非線形抵抗層33だ
けでなく、第一半導体層35、第二半導体層36もCnlを分
担するため、Cnlを小さくすることができ、Cnl/Clcは1/
15となり、クロストークの発生は極めて少ない。
【0019】図5は第三の発明に基づく非線形抵抗素子
の断面構成図である。絶縁性基板51の上にスパッタ法で
Cr膜を100nm の膜厚で形成した後、間隙部50を有して
Cr膜を第一電極層52と第二電極層54に分割する。この
第一電極層52は走査信号ラインあるいはデ−タ信号ライ
ンに接続するか、あるいはそれを兼ねるものである。ま
た、第二電極層54はITOより成る透明画素電極層58に
接続させる。
【0020】次にPH3 を1%含有させたSiH4を反応ガス
としたプラズマCVD法でPをド−プしたa-Siより成る
半導体層55を第一電極層52と間隙部50と第二電極層54を
覆う形で100nm の膜厚で形成する。さらに、この半導体
層55上にPH3を1%含有させたSiH4にO2 を混合した反応
ガスを用いたプラズマCVD法でSiO2にPをド−プした
非線形抵抗層53を30nmの膜厚で形成する。さらに非線形
抵抗層53の上に導電体層57としてスパッタ法でCr膜を
100nm の膜厚で形成を形成して非線形抵抗素子を構成す
る。
【0021】この第三の構成では、電流の流れは第一電
極層52−半導体層55−非線形抵抗層53−導電体層57−非
線形抵抗層53−半導体層55−第二電極層54となり、正と
負の両極性の電圧に対して各層の界面は同一の薄膜群に
基づく構成のため、対称なV−I特性が得られる特長を
持つ。
【0022】図6は第三の実施例に基づく素子のV−I
特性(第一電極層52と第二電極層54の間に電圧Vを印
加)を示している。破線はPをド−プしていない従来の
場合であり、閾値電圧が20Vと高く、ON/OFF比
は106 である。これに対し、実線はPをド−プした本
発明の場合であり、閾値電圧は15Vと低減され、ON
/OFF比も5x106 と向上している。
【0023】なお、本実施例では非線形抵抗層としてシ
リコン酸化物にリンPをド−プしているが、シリコン窒
化物あるいはシリコン炭化物にリンPをドープしても同
様の効果を得ることができる。また、本実施例ではシリ
コン酸化物を化学当量物質であるSiO2として説明してい
るが、非化学当量物質であるのSiOx(0<x<2),SiNy(0<
y<3/4),SiCz(0<z<1)を適用しても、リンPをドープ
することにより、ON/OFF比の向上が認められ、有効であ
る。
【0024】本実施例において、電極層の材料をCrと
して説明しているが、これに限定されるものでなく、A
l等でもよい。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、V−I特
性において閾値電圧を低減させるとともに、ON/OF
F比の高い非線形性を実現する非線形抵抗素子を提供す
ることができ、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非線形抵抗素子の第1の実施例の構成
を示す断面図
【図2】同実施例素子のV−I特性図
【図3】本発明の非線形抵抗素子の第2の実施例の構成
を示す断面構成図
【図4】同実施例素子のV−I特性図
【図5】本発明の非線形抵抗素子の第3の実施例の構成
を示す断面構成図
【図6】同実施例素子のV−I特性図
【図7】従来の非線形抵抗素子の構成を示す断面図
【符号の説明】
11,31,51 絶縁性基板 12,32,52 第一電極層 13,33,53 非線形抵抗層 14,34,54 第二電極層 34 第一半導体層 35 第二半導体層 54 半導体層 57 導電体層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板の上に第一電極層、非線形抵抗
    層、第二電極層を順次積層して成る非線形抵抗素子であ
    って、前記非線形抵抗層はシリコン酸化物、シリコン窒
    化物、シリコン炭化物のうち少なくとも1種にリンPを
    ド−プして構成した非線形抵抗素子。
  2. 【請求項2】絶縁性基板上に形成した第一電極層の上に
    リンPをド−プしたシリコンより成る第一半導体層、さ
    らにシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物
    のうち少なくとも1種にリンPをド−プした非線形抵抗
    層、リンPをド−プしたシリコンより成る第二半導体
    層、第二電極層を順次積層して構成した非線形抵抗素
    子。
  3. 【請求項3】絶縁性基板の上に間隙部を有して第一電極
    層と第二電極層を形成し、前記第一電極層と前記間隙部
    と前記第二電極層を覆う形でリンPをド−プしたシリコ
    ンより成る半導体層を形成し、前記半導体層を覆う形で
    シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物のう
    ち少なくとも1種にリンPをド−プした非線形抵抗層を
    形成し、さらに前記非線形抵抗層の上に導電体層を形成
    して構成した非線形抵抗素子。
  4. 【請求項4】非線形抵抗層におけるリンPのドープ比率
    は0.05%から5%までの範囲にある請求項1乃至3の何
    れかに記載の非線形抵抗素子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100282983B1 (ko) * 1993-06-28 2001-03-02 박영구 액정표시소자용 저반사 매트릭스 블랭크 및 그 제조방법
KR100288768B1 (ko) * 1998-04-10 2001-05-02 윤종용 박막트랜지스터액정표시장치
WO2009150751A1 (ja) * 2008-06-13 2009-12-17 株式会社船井電機新応用技術研究所 スイッチング素子

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