JPH0792502A - 非線形抵抗素子 - Google Patents
非線形抵抗素子Info
- Publication number
- JPH0792502A JPH0792502A JP23509793A JP23509793A JPH0792502A JP H0792502 A JPH0792502 A JP H0792502A JP 23509793 A JP23509793 A JP 23509793A JP 23509793 A JP23509793 A JP 23509793A JP H0792502 A JPH0792502 A JP H0792502A
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- Japan
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- resistance element
- layer
- metal oxide
- oxide layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属層−金属酸化物層−金属層型非線形抵抗
素子において、電流電圧特性の非線形性を向上させる。 【構成】 タンタルを用いた金属層−金属酸化物層−金
属層型非線形抵抗素子において、金属酸化物層内にジル
コニウムを添加する。
素子において、電流電圧特性の非線形性を向上させる。 【構成】 タンタルを用いた金属層−金属酸化物層−金
属層型非線形抵抗素子において、金属酸化物層内にジル
コニウムを添加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属層−金属酸化物層
−金属層型非線形抵抗素子に関係し、特にその材料及び
特性に関連する。
−金属層型非線形抵抗素子に関係し、特にその材料及び
特性に関連する。
【０００２】
（発明の背景） 金属層−金属酸化物層−金属層型非線
形抵抗素子が現在実用化されている分野のひとつに、ア
クティブマトリクス型液晶表示の分野がある。図４にそ
の等価概念図を示す。非線形抵抗素子４０１を用いたア
クティブマトリクス型液晶表示装置では、単位画素４０
２において走査線４０３とデータ線４０４との間に加え
られる電位差Ｖapに基づいて、液晶層が表示状態および
非表示状態あるいはその中間状態に制御される事にな
る。この方式での動作原理の基本は以下のとおりであ
る。図５に示すように、非線形抵抗素子においてはその
名称のとおり印加電圧Ｖnlと電流Ｉnlとの間に非線形な
関係がある。ここで非線形抵抗素子のしきい値電圧をＶ
th、液晶層の非表示上限電圧をＶl1、同じく表示下限電
圧を（Ｖl1+ｄＶl）とすると、選択期間では、Ｖap≦Ｖ
l1+Ｖthとする事によって液晶層を非表示状態に、Ｖap
≧Ｖl1+ｄＶl+Ｖthとする事によって液晶層を表示状態
にする事ができる。一方、非選択状態では、単位画素に
印加する電圧Ｖapを、選択期間で液晶層に充電され残留
している電位に接近させて設定し、その差をＶthよりも
小さくできれば、非線形抵抗素子は非選択期間内で遮断
状態となり、選択期間で定められた（充電された）状態
を維持する事が可能になる。（但し、以上の動作原理
は、理想的な特性を仮定してデータ振幅による表示変調
（振幅変調）を行う場合の基本動作を説明したものであ
り、実際には、表示変調の方式（パルス幅変調）、交流
反転の方法やバイアス電圧の操作などについて、非線形
抵抗素子や液晶層の特性に合わせていくつかの変更や改
良が施されている。あわせて動作原理にも、基本とは微
妙に異なるポイントがこれまでに出てきている。） （従来の例） 金属層−金属酸化物層−金属層型非線形
抵抗素子は、図６にその断面を示すが、基板表面に形成
された下層側電極（金属層）と、その表面に形成された
金属酸化物層、さらにその表面に形成された上層側電極
（金属層）とから構成されている。アクティブマトリク
ス型液晶表示装置用として最もポピュラーな材料は、下
層側電極としてはスパッタリングによるタンタル、金属
酸化物層としては下層側電極を陽極酸化により成長させ
た酸化タンタル、上層側電極としてはやはりスパッタリ
ングによるクロムなどである。
形抵抗素子が現在実用化されている分野のひとつに、ア
クティブマトリクス型液晶表示の分野がある。図４にそ
の等価概念図を示す。非線形抵抗素子４０１を用いたア
クティブマトリクス型液晶表示装置では、単位画素４０
２において走査線４０３とデータ線４０４との間に加え
られる電位差Ｖapに基づいて、液晶層が表示状態および
非表示状態あるいはその中間状態に制御される事にな
る。この方式での動作原理の基本は以下のとおりであ
る。図５に示すように、非線形抵抗素子においてはその
名称のとおり印加電圧Ｖnlと電流Ｉnlとの間に非線形な
関係がある。ここで非線形抵抗素子のしきい値電圧をＶ
th、液晶層の非表示上限電圧をＶl1、同じく表示下限電
圧を（Ｖl1+ｄＶl）とすると、選択期間では、Ｖap≦Ｖ
l1+Ｖthとする事によって液晶層を非表示状態に、Ｖap
≧Ｖl1+ｄＶl+Ｖthとする事によって液晶層を表示状態
にする事ができる。一方、非選択状態では、単位画素に
印加する電圧Ｖapを、選択期間で液晶層に充電され残留
している電位に接近させて設定し、その差をＶthよりも
小さくできれば、非線形抵抗素子は非選択期間内で遮断
状態となり、選択期間で定められた（充電された）状態
を維持する事が可能になる。（但し、以上の動作原理
は、理想的な特性を仮定してデータ振幅による表示変調
（振幅変調）を行う場合の基本動作を説明したものであ
り、実際には、表示変調の方式（パルス幅変調）、交流
反転の方法やバイアス電圧の操作などについて、非線形
抵抗素子や液晶層の特性に合わせていくつかの変更や改
良が施されている。あわせて動作原理にも、基本とは微
妙に異なるポイントがこれまでに出てきている。） （従来の例） 金属層−金属酸化物層−金属層型非線形
抵抗素子は、図６にその断面を示すが、基板表面に形成
された下層側電極（金属層）と、その表面に形成された
金属酸化物層、さらにその表面に形成された上層側電極
（金属層）とから構成されている。アクティブマトリク
ス型液晶表示装置用として最もポピュラーな材料は、下
層側電極としてはスパッタリングによるタンタル、金属
酸化物層としては下層側電極を陽極酸化により成長させ
た酸化タンタル、上層側電極としてはやはりスパッタリ
ングによるクロムなどである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この様な金属酸化物層
を用いた非線形抵抗素子は、例えば半導体の接合や界面
特性を応用したいわゆる「半導体ダイオ−ド」に比べ
て、素子形成プロセスが短く簡便である反面、電流電圧
特性の非線形性が小さいという欠点がある。酸化タンタ
ルを用いた非線形素子では、図５に示す様に印加電圧に
対する対数電流値の増加割合（非線形性）が低く、印加
電圧の変化（オン、オフ）に対して充分な電流値の差を
得る事ができない。
を用いた非線形抵抗素子は、例えば半導体の接合や界面
特性を応用したいわゆる「半導体ダイオ−ド」に比べ
て、素子形成プロセスが短く簡便である反面、電流電圧
特性の非線形性が小さいという欠点がある。酸化タンタ
ルを用いた非線形素子では、図５に示す様に印加電圧に
対する対数電流値の増加割合（非線形性）が低く、印加
電圧の変化（オン、オフ）に対して充分な電流値の差を
得る事ができない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】金属層ー金属酸化物層ー金
属層型非線形抵抗素子において、上述した問題点（電流
電圧特性の非線形性の低さ）を解決するために、本発明
では、タンタル原子および酸素原子を主成分とした金属
酸化物層内に、ジルコニウム原子が含まれているという
材料構成を提示する。
属層型非線形抵抗素子において、上述した問題点（電流
電圧特性の非線形性の低さ）を解決するために、本発明
では、タンタル原子および酸素原子を主成分とした金属
酸化物層内に、ジルコニウム原子が含まれているという
材料構成を提示する。
【０００５】
【実施例】本発明を、特にアクテイブマトリクス型液晶
表示装置に用いる非線形抵抗素子に対して適用した例を
以下に示す。先ず図１を用いて代表的な素子構造を説明
する。ガラス基板101上に、液晶表示装置のバスライン
を兼ねた下層側電極102が、ジルコニウムを添加したタ
ンタルによって形成されている。下層側電極102上には
下層側電極自身を陽極酸化する事によって形成された金
属酸化物層103、更にクロムによる上層側電極104が順次
積層され、金属層−金属酸化物層−金属層型非線形抵抗
素子が実現されている。この構造自体に従来のものとの
相違点はなく、金属酸化物層内におけるジルコニウム原
子の存在、およびジルコニウム原子と酸素原子との結合
状態が新しく提示される点である。すなわち、陽極酸化
によって形成された金属酸化物層は、その材料である下
部電極層の金属元素構成を反映し、タンタルとジルコニ
ウムを含む事になる。タンタルは主に５価、ジルコニウ
ムは主に４価を示す遷移金属である。図２は、金属酸化
物層において本発明が提示する結合状態の例を部分的に
二次元に展開した模式図である。ジルコニウム原子は酸
素原子と化学結合しておりその結合は共有結合とイオン
結合の中間状態にある。請求項２で特に提示したこの構
成では、ジルコニウム原子が格子タンタル原子と置換し
て存在する事によって、全体として供給される自由電子
が減少する事になる。ジルコニウム原子と酸素原子との
結合状態は、例えばESCA信号のケミカルシフトによって
観測する事ができる。
表示装置に用いる非線形抵抗素子に対して適用した例を
以下に示す。先ず図１を用いて代表的な素子構造を説明
する。ガラス基板101上に、液晶表示装置のバスライン
を兼ねた下層側電極102が、ジルコニウムを添加したタ
ンタルによって形成されている。下層側電極102上には
下層側電極自身を陽極酸化する事によって形成された金
属酸化物層103、更にクロムによる上層側電極104が順次
積層され、金属層−金属酸化物層−金属層型非線形抵抗
素子が実現されている。この構造自体に従来のものとの
相違点はなく、金属酸化物層内におけるジルコニウム原
子の存在、およびジルコニウム原子と酸素原子との結合
状態が新しく提示される点である。すなわち、陽極酸化
によって形成された金属酸化物層は、その材料である下
部電極層の金属元素構成を反映し、タンタルとジルコニ
ウムを含む事になる。タンタルは主に５価、ジルコニウ
ムは主に４価を示す遷移金属である。図２は、金属酸化
物層において本発明が提示する結合状態の例を部分的に
二次元に展開した模式図である。ジルコニウム原子は酸
素原子と化学結合しておりその結合は共有結合とイオン
結合の中間状態にある。請求項２で特に提示したこの構
成では、ジルコニウム原子が格子タンタル原子と置換し
て存在する事によって、全体として供給される自由電子
が減少する事になる。ジルコニウム原子と酸素原子との
結合状態は、例えばESCA信号のケミカルシフトによって
観測する事ができる。
【０００６】このように、ジルコニウムの添加によって
金属酸化物の電子制御を行った場合、金属酸化物が一般
に示す電導特性の係数が変化すると共に、接触する金属
層との界面でトンネル制限が増長する。これらの結果、
電流電圧特性の非線形性が増加する事になる。本発明を
適用した非線形抵抗素子の電流電圧特性の一例を図３に
示す。下層側電極と金属酸化物層に添加すべき金属元素
としては、例えばシリコン等、タンタルより価数の小さ
な金属元素に同様の効果を見いだす事ができる。しかし
添加元素がシリコンである場合は、陽極酸化に用いる事
ができる化成液のｐｈや種類が限られ、しかも酸化膜中
でのシリコンの偏析を防ぐ為に化成電流を高度に制御す
る必要がある。更に、マトリクス配線として用いる下層
側電極（タンタル）にシリコンを添加した場合、その抵
抗率が極端に増加してしまう。
金属酸化物の電子制御を行った場合、金属酸化物が一般
に示す電導特性の係数が変化すると共に、接触する金属
層との界面でトンネル制限が増長する。これらの結果、
電流電圧特性の非線形性が増加する事になる。本発明を
適用した非線形抵抗素子の電流電圧特性の一例を図３に
示す。下層側電極と金属酸化物層に添加すべき金属元素
としては、例えばシリコン等、タンタルより価数の小さ
な金属元素に同様の効果を見いだす事ができる。しかし
添加元素がシリコンである場合は、陽極酸化に用いる事
ができる化成液のｐｈや種類が限られ、しかも酸化膜中
でのシリコンの偏析を防ぐ為に化成電流を高度に制御す
る必要がある。更に、マトリクス配線として用いる下層
側電極（タンタル）にシリコンを添加した場合、その抵
抗率が極端に増加してしまう。
【０００７】
【発明の効果】本発明において提示した材料構成（結合
状態を含む）を非線形抵抗素子に適用する事によって、
電流電圧特性の非線形性を増加させることができる。
状態を含む）を非線形抵抗素子に適用する事によって、
電流電圧特性の非線形性を増加させることができる。
【図１】本発明における非線形抵抗素子の断面構造図。
【図２】本発明が提示する、金属酸化物中元素の結合模
式図。
式図。
【図３】本発明を適用した非線形抵抗素子の電流電圧特
性図。
性図。
【図４】アクテイブマトリクス型液晶表示装置の概念
図。
図。
【図５】一般的な非線形抵抗素子の電流電圧特性を表す
図。
図。
【図６】一般的な非線形抵抗素子の断面構造図。
１０１、６０１：ガラス基板 １０２、６０２：下層側電極 １０３、６０３：金属酸化物層 １０４、６０４：上層側電極 １０５、６０５：表示電極
Claims (2)
- 【請求項１】 タンタル原子と酸素原子とを主成分とし
た金属酸化物を金属または金属を含む導電物質で挾持し
て成る、金属層−金属酸化物層−金属層型非線形抵抗素
子において、金属酸化物層内にジルコニウム原子が含ま
れている事を特徴とした非線形抵抗素子。 - 【請求項２】 タンタル原子と酸素原子とを主成分とし
た金属酸化物を金属または金属を含む導電物質で挾持し
て成る、金属層−金属酸化物層−金属層型非線形抵抗素
子において、金属酸化物層内のジルコニウム原子は、共
有結合またはイオン結合によって酸素原子と結合してい
る事を特徴とした非線形抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23509793A JPH0792502A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 非線形抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23509793A JPH0792502A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 非線形抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0792502A true JPH0792502A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=16981020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23509793A Pending JPH0792502A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 非線形抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792502A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5949507A (en) * | 1995-11-28 | 1999-09-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate and liquid crystal display apparatus having electrical continuity across contact holes, and method for producing the same |
-
1993
- 1993-09-21 JP JP23509793A patent/JPH0792502A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5949507A (en) * | 1995-11-28 | 1999-09-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate and liquid crystal display apparatus having electrical continuity across contact holes, and method for producing the same |
| US6424399B1 (en) | 1995-11-28 | 2002-07-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate and liquid crystal display apparatus having electrical continuity across contact holes, and method for producing the same |
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