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に応用されている。半導体活性層として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年に液晶ディスプレイ(LCD)を駆動する例が発表された。半導体として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、前者は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液晶ディスプレイ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るに至っている。

[編集] 特徴による分類

ゲート端子の位置・層（レイヤー）の配置によって大別し、4種類の形が存在し、それぞれ、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）型と呼ばれる。

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事、スタガード型の特徴はチャネル層とずれた軸にドレイン、およびソース端子が追加されている事、コープレーナー型はチャネル層の横に直接付けられるような形でドレイン、およびソース端子が付けられている事が特徴。

通常の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点、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点であるのも特徴である。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）。

[編集] 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1）バンドギャップ内に存在する不安定ステート（metastable state）と2）絶縁層内、および3）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（れいき）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）の研究などが行われている。