场效应晶体管、显示元件、图像显示设备和系统技术领域
本发明总体上涉及场效应晶体管、显示元件、图像显示设备和系统。更
具体地，本发明涉及具有由氧化物半导体形成的有源层的场效应晶体管、具
有该场效应晶体管的显示元件和具有该显示元件的图像显示设备、以及具有
该图像显示设备的系统。
背景技术
场效应晶体管（FET）是通过施加电压到栅极来控制源极和漏极之间的
电流，以基于沟道的电场提供用于电子或空穴的流动的栅的晶体管。
FET已经由于其特性被用作开关元件或放大元件。由于FET示出小的
栅电流并具有平坦曲线，因此相比于双极晶体管，其可以容易地制造或集成。
因此，在目前的电子设备中使用的集成电路里，FET是不可或缺的元件。
FET已经作为薄膜晶体管（TFT）应用在有源矩阵型显示器中。
近些年，液晶显示器、有机EL（电致发光）显示器、电纸书等已经作
为平板显示器（FPD）投入实际使用。
FPD由包括TFT的驱动器电路驱动，该TFT具有由非晶硅（amorphous
silicon）或多晶硅（polycrystalline silicon）形成的有源层。存在FPD实现进
一步放大、更高分辨率和更高驱动速度的需求。依据这些要求，已经需求具
有更高载流子迁移率、随时间更少特性改变和面板中更少元件间特性变化的
TFT。
具有由非晶硅（a-Si）或多晶硅（尤其是低温多晶硅（LTPS））形成的
有源层的TFT具有优点和缺点。因此，已经难以同时满足全部需求。
例如，a-Si TFT具有缺乏用于高速驱动大屏幕LCD（液晶显示器）的迁
移率，以及在持续驱动中阈值电压的大幅偏移的缺点。尽管LTPS-TFT具有
高迁移率，但是它们具有如下缺点：阈值电压由于通过使用准分子激光的退
火来晶体化有源层的处理而大幅变化；因此，不可以使用大尺寸母体玻璃用
于大规模生产线。
因此，存在对于具有a-Si TFT和LTPS-TFT的组合优势的新颖TFT技术
的需求。为了满足这些需求，积极开发通过使用氧化物半导体形成的TFT，
在其中期待比非晶硅（a-Si）更高的载流子迁移率。
具体地，在Nomura等在NATURE上公开了通过使用非晶InGaZnO4
（a-IGZO）形成的、能够以室温布置并示出比非晶硅（a-Si）更高的载流子
迁移率的TFT（K.Nomura等，2004年11月，NATURE，第432卷，第25号，
第488-492页，“Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film
transistors using amorphous oxide semiconductors”；以下称为“非专利文件1”）
之后，已经广泛地开展了具有高载流子迁移率的非晶氧化物半导体的大量研
究。
但是，在这样的非晶氧化物半导体中，通过氧空位（oxygen vacancy）
生成载流子电子。因此，在沉积处理中需要的氧浓度需要被严格地控制。在
试图实现高迁移率时，非晶氧化物半导体的TFT特性可能轻易地导致耗尽模
式。此外，处理窗口可能过于窄而难以实现常断（normally-off）特性。另外，
由于在有源层的沉积处理之后，膜中的氧化物浓度在成型（patterning）处理
或钝化处理中改变，因此，TFT特性可能由于氧化物半导体的特性改变而恶
化。
在相关技术中，已经在两方面尝试这样的缺陷的应对措施。例如，日本
专利申请公开第2002-76356号（以下，也称为“专利文件1”）和日本专利申请
公开第2006-165529号（以下，也称为“专利文件2”）公开了这样的应对措施
的示例。第一示例是通过引入p型掺杂来补偿由于氧空位生成的载流子的方
法。第二示例是由J.S.Park等在Advanced Materials中公开的方法（J.S.Park等，
2009年，第21卷，第3号，第329-333页，“Novel ZrInZnO Thin-film Transistor
with Excellent Stability”；以下也称为“非专利文件2”）。在第二示例中，通过
引入一定量的对氧具有高亲和性的金属元素（例如，Al、Zr和Hf）来控制载
流子生成。但是，以上方法也具有诸如稳定性不足和载流子迁移率下降的缺
陷。
发明内容
因此，本发明的一般目标是提供一种新颖的和有用的场效应晶体管、显
示元件、图像显示设备和系统，该场效应晶体管能够通过在由氧化物半导体
形成的有源层中引入n型替代掺杂生成载流子，在形成处理中引入足够的氧
而无严格的氧量控制，并且通过降低氧空位来增强晶格中的稳定性以实现在
稍后的处理中的高特性稳定性，。
在一个实施例中，提供一种场效应晶体管，包括：栅极，该其施加栅电
压；用于响应栅电压获取电流的源极和漏极；相邻于源极和漏极提供的有源
层，该有源层由n型氧化物半导体形成；以及在栅极和有源层之间提供的栅
绝缘层。在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂化合物形成，
该化合物具有通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳离子和六价阳离子
的至少一种获得的晶相的化学成分。
在一个实施例中，提供一种显示元件，包括：配置为基于驱动信号控制
光输出的光控元件；上述场效应晶体管；以及配置为驱动光控元件的驱动电
路。
在一个实施例中，提供一种用于基于图像数据显示图像的图像显示设
备。该图像显示设备包括：多个上述显示元件；配置为个别地施加栅电压到
矩阵排列的显示元件中的多个场效应晶体管的多条导线；以及配置为基于图
像数据经由导线独立控制场效应晶体管的栅电压的显示控制设备。
在一个实施例中，提供一种系统，包括：上述图像显示设备；以及图像
数据生成设备，配置为基于要显示的图像信息生成图像数据并输出所生成的
图像数据到图像显示设备。
附图说明
当结合附图阅读时，从下列详细描述中，实施例的其他目标和进一步特
征将变得明显，其中：
图1是图示根据实施例的电视装置的配置的框图；
图2是图示在图1中所示的图像显示设备的示图（部分1）；
图3是图示在图1中所示的图像显示设备的示图（部分2）；
图4是图示在图1中所示的图像显示设备的示图（部分3）；
图5是图示显示元件的示图；
图6是图示有机EL元件的示图；
图7是图示场效应晶体管的示图；
图8是图示有机EL元件和场效应晶体管的排列的示图；
图9是图示显示控制设备的示图；
图10是图示有机EL元件和场效应晶体管的排列的修改的示图；
图11是图示“底接触/底栅型”场效应晶体管的示图；
图12是图示“顶接触/顶栅型”场效应晶体管的示图；
图13是图示“底接触/顶栅型”场效应晶体管的示图；
图14是图示液晶显示器的示图；
图15是图示图14中的液晶显示器的显示元件的示图；
图16是图示示例1中和比较示例1中的场效应晶体管的特性的示图；
图17是图示沉积时的氧浓度以及沉积时示例1中和比较示例1中的场
效应晶体管的特性中的场效应迁移率之间的关系的示图。
具体实施方式
以下参考图1到图12描述优选实施例。图1是图示根据实施例的电视
装置100的示意性配置图。注意，图1中示出的连接线指示典型的信号或信
息流，并且未示出块之间的全部连接关系。
电视装置100（即，系统）包括主控制设备101、调谐器103、AD转换
器（ADC）104、解调器电路105、传输流（TS）解码器106、音频解码器
111、DA转换器（DAC）112、音频输出电路113、扬声器114、图像解码器
121（即，图像数据生成设备的部分）、图像-OSD合成电路122（即，图像
数据生成设备的部分）、图像输出电路123（即，图像数据生成设备的部分）、
图像显示设备124、OSD绘制电路125（即，图像数据生成设备的部分）、存
储器131、操作设备132、驱动接口（驱动IF）141、硬盘设备142、光盘设
备143、IR光电检测器151和通信控制设备152。
主控设备101包括CPU、闪存ROM和RAM，并被配置为控制整个电
视装置100。该闪存ROM存储由CPU可读的合适的代码所写的计算机程序，
以及CPU处理中使用的各种数据。该RAM用作工作存储器。
调谐器103配置为从经由天线210接收的广播电波中基于预定频道选择
广播。
ADC 104配置为将来自调谐器103的输出信号（模拟信号）转换为数字
信息。
解调器电路105配置为解调来自ADC 104的数字信息。
TS解码器106配置为TS解码来自解调器电路105的输出信号（数字信
息）以分离包含在该输出信号中的音频信息和图像信息。
音频解码器111配置为解码从TS解码器106中获取的音频信息。
DA转换器（DAC）112配置为转换来自音频解码器111的输出信号（数
字信息）为模拟信息。
音频输出电路113配置为输出从DA转换器（DAC）112获取的输出信
号（模拟信息）到扬声器114。
图像解码器121配置为解码从TS解码器106中获取的图像信息。
图像-OSD合成电路122配置为合成从图像解码器121获取的输出信号
和从OSD绘制电路125获取的输出信号。
图像输出电路123配置为输出从图像-OSD合成电路122获取的合成输
出信号到图像显示设备124。
OSD绘制电路125包括用于在图像显示设备124的屏幕上显示字符和
图形的字符生成器，并配置为基于来自操作设备132或IR光电检测器151
的指令生成包含显示信息的信号。
存储器131临时累积音视频（AV）数据。
操作设备132包括诸如控制面板的输入介质（未示出）以报告用户输入
的各种信息项给主控设备101。
驱动IF 141是双向通信接口，其依从ATAPI（AT附件包接口）等。
硬盘设备142包括硬盘和用于驱动该硬盘的驱动设备。该驱动设备配置
为记录数据在硬盘中并从硬盘重现所记录的数据。
光盘设备143配置为记录数据在光盘（例如，DVD）中并从光盘取回
所记录的数据。
IR光电检测器151配置为从远程控制器传输设备220接收光信号，并
向主控设备101报告该接收。
通信控制设备152配置为控制与因特网的通信。该通信控制设备152配
置为经由因特网获取各种片段的信息。
如同在图2中作为示例图示的，图像显示设备124可以包括显示设备
300和显示控制设备400。
如同在图3中作为示例图示的，显示设备300可以包括显示器310，该
显示器310由以矩阵排列的多个（即，n*m个元件）显示元件302构成。
如同在图4中作为示例图示的，显示器310包括沿着X轴方向等间隔
排列的n条扫描线（X0、X1、X2、X3、.....、Xn-2、Xn-1），沿着Y轴方
向等间隔排列的m条数据线（Y0、Y1、Y2、Y3、.....、Ym-2、Ym-1），以
及沿着Y轴方向等间隔排列的m条电流供应线（Y0i、Y1i、Y2i、Y3i、.....、
Ym-1i）。通过扫描线和数据线指定显示元件。
如同在图5中作为示例图示的，每个显示元件包括有机EL（电致发光）
元件350（即，光控元件）和用于照明有机EL元件350的驱动电路320。即，
显示器310是有源阵列有机EL显示器。显示器310是32英寸彩色显示器。
注意，显示器310不限于32英寸彩色显示器。
如同在图6中作为示例图示的，有机EL元件350包括有机EL薄膜层
340、阴极312和阳极314。
阴极312包括铝（Al）。注意，阴极312包括镁（Mg）-银（Ag）合金，
铝（Al）-锂（Li）合金和ITO（铟锡氧化物）。
阳极314包括ITO（铟锡氧化物）。注意，该阳极314可以包括银（Ag）
-钕（Nd）合金和诸如IZO（铟锌氧化物）的导电氧化物。
有机EL薄膜层340包括电子传输层342、发射层344和空穴传输层346。
电子传输层342连接到阴极312并且空穴传输层346连接到阳极314。发射
层344通过在阳极314和阴极312之间施加预定电压来发光。
参考回图5，驱动电路320包括两个场效应晶体管10和20（以下也称
为“第一场效应晶体管10”和“第二场效应晶体管20”）和电容器30。
第一场效应晶体管10作为开关元件操作。第一场效应晶体管10的栅极
G连接到预定扫描线，并且第一场效应晶体管10的源极S连接到预定数据
线。第一场效应晶体管10的漏极D连接到电容器30的一端。
电容器30配置为存储数据，具体地存储第一场效应晶体管10的状态。
电容器30的另一端连接到预定电流供应线。
第二场效应晶体管20配置为供应大量电流到有机EL元件350。第二场
效应晶体管20的栅极G连接到第一场效应晶体管10的漏极D。第二场效应
晶体管20的漏极D连接到有机EL元件350的阳极314，并且第二场效应晶
体管20的源极S连接到预定电流供应线。
当第一场效应晶体管10是“导通”状态时，第二场效应晶体管20驱动有
机EL元件350。
如同在图7中作为示例图示的，第一和第二场效应晶体管每个包括衬底
21、有源层22、源极23、漏极24、栅绝缘层25和栅极26。
图7中的示例图示所谓的“顶接触/底栅型”场效应晶体管；但是，第一和
第二场效应晶体管可以包括其他配置，诸如“顶栅型”和“共面型”。
接着，描述以上场效应晶体管的制造方法的示例。
首先，准备衬底21。除了广泛地用在平板玻璃显示器中的无碱玻璃和
硅玻璃之外，用于该衬底21的材料的示例还包括聚碳酸酯、聚酰亚胺（PI）、
聚乙烯对苯二酸（PET）和聚萘二甲酸乙二酯（PEN）制成的塑料衬底。注
意，优选的是在衬底21上进行初步处理，诸如氧离子清洁、UV臭氧清洁或
UV照射清洁，用于清洁表面或改进衬底21的粘合特性。
接着，在衬底21上形成栅极26。该栅极26可以由各种材料制成，可
以以各种工艺形成并通过各种成型方法形成。用于栅极26的材料的示例包
括诸如Mo、Al和Cu的金属或这些金属的合金、诸如ITO和ATO的透
明导电氧化物、诸如聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺（PANI）的有
机导体。栅极26可以通过溅射或浸涂的沉积处理形成；或通过诸如喷墨
打印、纳米压印光刻术或凹版印刷的印刷工艺以预定形状直接沉积在衬
底上。
接着，栅绝缘膜25在栅极26上形成。该栅绝缘膜25可以由各种材
料制成，可以以各种工艺形成并且可以通过各种成型方法形成。用于栅
绝缘膜25的材料的示例包括广泛地用在大规模生产中的SiO2或SiNx、诸
如La2O3或HfO2的高介电常数材料或诸如聚酰亚胺（PI）的有机材料和含
氟树脂。该栅绝缘膜25可以通过溅射工艺、化学汽相沉积（CVD）和原
子层沉积（ALD）或者诸如旋涂、模压覆涂或喷墨工艺的解决工艺形成。
接着，有源层22在栅绝缘膜25上形成。该有源层22可以通过诸如
溅射工艺（sputtering process）、脉冲激光沉积（PLD）工艺、化学气相沉
积（CVD）和原子层沉积（ALD）的任何方法或诸如旋涂、喷墨工艺和
纳米压印光刻术形成。
有源层22可以由n型掺杂氧化物半导体形成，该半导体是由具有晶
相的化学成分的化合物（以下用“晶体化合物”表示）制成，通过引入三价
阳离子、四价阳离子、五价阳离子和六价阳离子的至少一种获得。
晶体化合物的示例包括但不限于，立方体化合物、正方晶化合物、正交
晶化合物和六方晶形化合物。
立方体化合物的示例包括但不限于，尖晶石化合物、红绿柱石（bixbite）
化合物、烧绿石化合物和萤石化合物。
用作用于有源层22的材料的第一候选示例是AB2O4代表的尖晶石化
合物，其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且B
是包括Al3+、Ga3+和In3+的一个或多个三价阳离子。在第一候选尖晶石化
合物中，n型掺杂可以通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、
Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离
子到A代表的一个或多个二价阳离子中来实现。母相中的尖晶石化合物的
示例包括MgGa2O4、MgIn2O4、ZnAl2O4、ZnGa2O4和CdGa2O4。这些化合
物可以在固溶体中。在尖晶石化合物中，成分用整数指示；但是，意料
之外的非化学计量性或少量杂质可以接受，只要在不妨碍掺杂的范围内。
具体地，轻易地生成氧空位从而在成分中氧的数量通常小于4。包括Al3+、
Ga3+和In3+的三价阳离子，包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+和Hf4+的四价阳离子，
包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+和W6+的六价阳离子
可以用作要在包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的二价阳离子上实现的n型掺杂。这
些掺杂物可以以两个或更多的组合使用以实现n型掺杂。可以基于离子半
径、配位数和轨道能量选择掺杂物。基于母相的材料、掺杂物的代入点、
掺杂物的类型、沉积工艺和期待的TFT特性可以恰当地选择掺杂浓度。例
如，当Al掺杂的MgIn2O4膜通过溅射形成时，准备以大约1%Al掺杂的靶
（沉积的原始材料）。该靶是导体从而可以DC溅射该靶。替位Mg晶格点
的Al形成供体。因此，可以通过在高于形成非掺杂MgIn2O4的氧浓度水平
上增加溅射气体的氧浓度来降低氧空位。此外，由于Al替位可能维持载
流子浓度在较高的氧浓度水平上，并保持源和漏极与有源层之间的低接
触电阻，可以抑制载流子迁移率的降低。此外，由于通过溅射工艺期间
高度兴奋的状态沉积有源层，因此可以生成载流子而不加热衬底。即使X
射线衍射测量没观察到衍射线并且长程有序（long range order）在氧化物
中不存在（此状态通常称为“非晶”）而氧化物具有诸如尖晶石结构的刚性
结构（rigid structure），也维持氧配位多面体（例如，ZnO4四面体或InO6
八面体）及其串联型（例如，称为“金红石链”的边缘共享链（edge sharing
chain）InO6八边形）。因此，可以高效地进行替位掺杂。借助此结构，由
于源自对于无定形态唯一的尾状态（tail state）的态密度很小，因此子间
隙吸收小，并且光降解特性优于具有高非晶特性的材料。如果有源层是
晶态，则掺杂相当有效，并且导带中的晶界效应很小，该导带由4条或5
条重金属离子带组成。注意，如果掺杂量过量并且掺杂物在晶界中分开，
则优选的是降低掺杂浓度。另外，尖晶石结构属于立方体族并在导带的
底部具有各向同性。因此，即使尖晶石化合物是多晶态，也可以在最小
特性变化的情况下制造大尺寸有源矩阵面板。即，非晶态和多晶态之间
不存在尖晶石成分的内在差别。另外，可以在200到300°的温度范围进行
后退火，以便于改进粘合性以及源和漏极与有源层之间的接口中的电接
触。此外，可以在更高的温度进行退火以增加结晶度。
用作用于有源层22的材料的第二候选示例是AB2O4代表的尖晶石化
合物，其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且B
是包括Al3+、Ga3+和In3+的一个或多个三价阳离子。在第二候选尖晶石化
合物中，n型掺杂可以通过引入一个或多个类型的包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、
Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的阳离子到B代表的一个
或多个三价阳离子中来实现。母相中的尖晶石化合物的成分示例可以与
第一候选示例相同。包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+和Hf4+的四价阳离子，包
括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+和W6+的六价阳离子可
以用作要在包括Al3+、Ga3+和In3+的三价阳离子上实现的n型掺杂。这些掺
杂物可以以两个或更多的组合使用以实现n型掺杂。可以基于离子半径、
配位数和轨道能量选择掺杂物。掺杂浓度、后退火等可以和第一候选示
例中的那些相同。例如，当Sn掺杂的MgIn2O4膜通过溅射形成时，可以准
备以大约1%Sn掺杂的靶。该靶是导体从而可以DC溅射该靶。替位In晶格
点的Sn形成供体。因此，可以通过在高于形成非掺杂的MgIn2O4的氧浓度
水平上增加溅射气体的氧浓度来降低氧空位。
用作用于有源层22的第三候选示例是A2DO4代表的尖晶石化合物，其
中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，并且D是包括
Sn4+和Ti4+的一个或多个四价阳离子。在第三候选示例尖晶石化合物中，n
型掺杂可以通过引入一个或多个类型的包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、
Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的阳离子到A代表
的一个或多个二价阳离子中来实现。母相中的尖晶石化合物的示例包括
Mg2SnO4、Zn2TiO4、Zn2SnO4和Cd2Sn2O4。这些化合物可以在固溶体中。
在尖晶石化合物中，成分用整数指示；但是，意料之外的非化学计量性
或少量杂质可以接受，只要在不妨碍掺杂的范围内。具体地，轻易地生
成氧空位从而在成分中氧的数量通常小于4。包括Al3+、Ga3+和In3+的三价
阳离子，包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+和Hf4+的四价阳离子，包括V5+、Nb5+、
Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+和W6+的六价阳离子可以用作要在包
括Mg2+、Zn2+和Cd2+的二价阳离子上实现的n型掺杂。这些掺杂物可以以
两个或更多的组合使用以实现n型掺杂。可以基于离子半径、配位数和轨
道能量选择掺杂物。掺杂浓度、后退火等可以与第一候选示例中的那些
相同。例如，当Al掺杂的Zn2SnO4膜通过溅射形成时，可以准备以大约1%
Al掺杂的靶。该靶是导体从而可以DC溅射该靶。如果掺杂浓度过高，则
非晶特性由于局部结构的改变而增加，该局部结构的改变禁止替位掺杂。
在此情况下，化合物具有对铝氧的增加的亲和性以改善稳定性；但是，
Al将不生成供体。由于载流子仅从氧空位生成，因此载流子浓度对于沉
积中的氧浓度敏感。
用作用于有源层22的第四候选示例是A2DO4代表的尖晶石化合物，其
中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，并且D是包括
Sn4+和Ti4+的一个或多个四价阳离子。n型掺杂可以通过引入一个或多个类
型的包括V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的阳离子到D代表的一个或
多个四价阳离子中来实现。母相中的尖晶石化合物的成分示例可以与第
三候选示例中的那些相同。包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包
括Mo6+和W6+的六价阳离子可以用作要在包括Sn4+和Ti4+的四价阳离子上
实现的n型掺杂。这些掺杂物可以以两个或更多的组合使用以实现n型掺
杂。可以基于离子半径、配位数和轨道能量选择掺杂物。掺杂浓度、后
退火等可以与第一候选示例中的那些相同。例如，当Nb掺杂的Zn2TiO4膜
通过溅射形成时，可以准备以大约1%Nb掺杂的靶。该靶是导体从而可以
DC溅射该靶。替位Ti晶格点的Nb形成供体。因此，可以通过在高于形成
非掺杂Zn2TiO4的氧浓度水平上增加溅射气体的氧浓度来降低氧空位。
用作用于有源层22的第五候选示例是红绿柱石化合物，其包括从
In3+、Sc3+、Y3+和Ln3+（Ln是稀土元素）中选择的至少一种元素。在第五
候选红绿柱石化合物中，n型掺杂可以通过引入从Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、
Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+中选择的一
个或多个元素来实现。母相中的红绿柱石化合物的示例包括In2O3、Y2O3
和La2O3，或者这些化合物的固溶体（solid solution）。另外，红绿柱石化
合物可以包括诸如通过用二价和四价阳离子替位部分三价阳离子的
In1.4Zn0.3Zr0.3O3的固溶体的示例。意料之外的非化学计量性或少量杂质可
以接受，只要在不妨碍掺杂的范围内。在红绿柱石化合物的固溶体中，n
型掺杂可以通过替位一个或多个类型的阳离子来实现；即，用于二价阳
离子的包括Al3+、Ga3+和In3+的三价阳离子，包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+
和Hf4+的四价阳离子，包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+
和W6+的六价阳离子。此外，n型掺杂可以通过替位一个或多个类型的阳
离子来实现；即，用于二价阳离子的包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+和Hf4+的
四价阳离子，包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+和W6+
的六价阳离子。在红绿柱石化合物的固溶体中，n型掺杂可以通过替位一
个或多个类型的阳离子来实现；即，用于二价阳离子的包括V5+、Nb5+、
Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+和W6+的六价阳离子。可以基于离子
半径、配位数和轨道能量选择掺杂物。掺杂浓度、后退火等可以与第一
候选示例中的那些相同。即，非晶态和多晶态之间不存在尖晶石成分的
内在差别。例如，当W掺杂的In1.6Y0.4O3膜通过喷涂形成，准备以大约0.5%
W掺杂的靶。该靶是导体从而可以DC溅射该靶。
正方晶化合物的示例包括，但不限于，三金红石（trirutile）化合物
和铝化合物。
用作用于有源层22的第六候选示例是AE2O6代表的三金红石化合物，
其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，而E是包括
Sb5+、Nb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子。在第六候选三金红石化合物
中，n型掺杂可以通过引入Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、
V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+中选择的一个或多个元素来实现。母
相中的三金红石化合物的示例包括ZnSb2O6、MgSb2O6和MgTaO6，或者这
些化合物的固溶体。意料之外的非化学计量性或少量杂质可以接受，只
要在不妨碍掺杂的范围内。在三金红石化合物中，n型掺杂可以通过替位
一个或多个类型的阳离子来实现；即，用于A代表的一个或多个二价阳离
子的包括Al3+、Ga3+和In3+的三价阳离子，包括Sn4+、Ti4+、Zr4+和Hf4+的四
价阳离子，包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+和W6+的
六价阳离子。此外，n型掺杂可以通过替位一个或多个类型的阳离子来实
现；即，用于E代表的一个或多个五价阳离子的包括Mo6+和W6+的六价阳
离子。可以基于离子半径、配位数和轨道能量选择掺杂物。另外，后退
火可以是有效的以便于改进粘合性以及源和漏极与有源层之间的接口中
的电接触。尽管更高温的退火增加结晶度以增加载流子生成效率，但是
三金红石化合物在c轴方向上具有高各向异性，而这可能引起特性变化。
因此，可以基于其应用的要求规范进行更高温的退火。例如，当W掺杂的
ZnSb2O6膜通过喷涂形成，准备以大约1%W掺杂的靶。该靶是导体从而
可以DC溅射该靶。
正交晶（Orthorhombic）化合物的示例包括但不限于橄榄石化合物和
铁酸钙化合物。
用作用于有源层22的材料的第七候选示例是A2GO4代表的橄榄石化
合物，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，而G是
包括Si4+、Ge4+和Sn4+的一个或多个四价阳离子。在第七候选橄榄石化合
物中，n型掺杂可以通过引入Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、
Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+中选择的一个或多个元素来实
现。母相中的橄榄石化合物的示例包括Cd2GeO4和MgGeO4，或者这些化
合物的固溶体。意料之外的非化学计量性或少量杂质可以接受，只要在
不妨碍掺杂的范围内。在橄榄石化合物中，n型掺杂可以通过替位一个或
多个类型的阳离子来实现；即，用于A代表的一个或多个二价阳离子的包
括Al3+、Ga3+和In3+的三价阳离子，包括Sn4+、Ti4+、Zr4+和Hf4+的四价阳离
子，包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子和包括Mo6+和W6+的六价阳
离子。此外，n型掺杂可以通过替位一个或多个类型的阳离子来实现；即，
用于G代表的一个或多个四价阳离子的包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价
阳离子和包括Mo6+和W6+的六价阳离子。可以基于离子半径、配位数和轨
道能量选择掺杂物。另外，后退火可以是有效的以便于改进粘合性以及
源和漏极与有源层之间的接口中的电接触。尽管更高温的退火增加结晶
度以增加载流子生成效率，但是橄榄石化合物具有各向异性，而这可能
引起特性变化。因此，可以基于其应用的要求规范进行更高温的退火。
例如，当Nb掺杂的Cd2GeO4膜通过喷涂形成，可以准备以大约1%Nb掺杂
的靶。该靶是导体从而可以DC溅射该靶。
六方晶形化合物的示例包括但不限于，PbSb2O6型化合物和同系化合
物。
用作用于有源层22的材料的第八候选示例是RE2O6代表的PbSb2O6型
化合物，其中，R是包括Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cd2+和Pb2+的一个或多个二价
阳离子，而E是Sb5+、Nb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子。在第八候选
PbSb2O6型化合物中，n型掺杂可以通过引入Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、
Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+中选择的一个或多
个元素来实现。母相中的PbSb2O6型化合物的示例包括CdSb2O6和
PbSb2O6，或者这些化合物的固溶体。意料之外的非化学计量性或少量杂
质可以接受，只要在不妨碍掺杂的范围内。在PbSb2O6型化合物中，n型
掺杂可以通过替位一个或多个类型的阳离子来实现；即，用于R代表的一
个或多个二价阳离子的、包括Al3+、Ga3+和In3+的三价阳离子，包括Sn4+、
Ti4+、Zr4+和Hf4+的四价阳离子，包括V5+、Nb5+、Ta5+和Sb5+的五价阳离子
和包括Mo6+和W6+的六价阳离子。此外，n型掺杂可以通过替位一个或多
个类型的阳离子来实现；即，用于E代表的一个或多个六价阳离子的、包
括Mo6+和W6+的六价阳离子。可以基于离子半径、配位数和轨道能量选择
掺杂物。另外，后退火可以是有效的以便于改进粘合性以及源和漏极与
有源层之间的接口中的电接触。尽管更高温度的退火增加结晶度以增加
载流子生成效率，但是PbSb2O6型化合物具有各向异性，这可能引起特性
变化。因此，可以基于其应用的要求规范进行更高温的退火。例如，当
Mo掺杂的CdSb2O6膜通过喷涂形成，准备以大约1%Mo掺杂的靶。该靶是
导体从而可以DC溅射该靶。
用作用于有源层22的材料的第九候选示例是In2O3（ZnO）m（m是2
到6的整数）代表的同系化合物。在第九候选同系化合物中，n型掺杂可
以通过引入V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+中选择的一个或多个元素
来实现。可以基于离子半径、配位数和轨道能量选择掺杂物。掺杂浓度
可以与第一候选示例中的相同。例如，当Sb掺杂的In2Zn2O5膜通过喷涂形
成，准备以大约1%Sb掺杂的靶。该靶是导体从而可以DC溅射该靶。如
果掺杂浓度过高，则非晶特性由于局部结构改变而增加，该局部结构改
变禁止载流子掺杂。在此情况下，化合物具有增加的非晶特性；但是，
Sb将不生成供体。由于载流子仅从氧空位中生成，因此载流子浓度对于
沉积中的氧浓度敏感。另外，后退火可以是有效的以便于改进粘合性以
及源和漏极与有源层之间的接口中的电接触。尽管更高温的退火增加结
晶度以增加载流子生成效率，但是同系化合物在c轴方向上具有各向异性，
而这可能引起特性变化。因此，可以基于其应用的要求规范进行更高温
的退火。
接着，在有源层22和栅绝缘层25的部分上形成的源极23和漏极24。
该源极23和该漏极24可以用各种材料制成、以各种工艺形成并通过各种
定型方法形成。用于源和漏极23和24的材料的示例包括诸如Mo、Al和Ag
的金属或这样的金属的合金，诸如ITO和ATO的透明导电氧化物、诸如聚
乙烯二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺（PANI）的有机导体。考虑在n型氧化
物半导体中高效地注入载流子，优选材料可以包括具有相对低的逸出功
的材料，诸如Mo、TiN和ITO。源极23和漏极24可以通过溅射或浸涂的沉
积处理形成并随后通过光刻法定型所沉积的膜，或通过诸如喷墨打印、
纳米压印光刻术或凹版印刷的印刷工艺以预定形状直接沉积在衬底上。
因此根据以上工艺制造场效应晶体管（即，第一和第二场效应晶体
管）。
图8图示显示元件302中的有机EL元件350和场效应晶体管20之间的
位置性关系。如图8所示，与场效应晶体管20相邻地排列有机EL元件350。
注意，场效应晶体管10和电容器30也在相同的衬底中形成。
尽管未在图8中图示，优选的是，可以在有源层22的上部提供保护膜。
保护膜的材料可以包括SiO2、SiNx、Al2O3和氟聚合物。如果将CVD和溅
射用于沉积保护膜，则有源层22暴露于等离子体或高真空条件。因此，
从氧化物半导体形成的有源层轻易地移除氧以使TFT特性劣化。但是，实
施例中使用的氧化物半导体在之后的处理中具有高稳定性以抑制特性劣
化。
可以使用与现有技术设备相同的设备以与现有技术制造工艺相同的
制造工艺制造显示元件302。
如同作为图9中的示例所图示的，显示控制设备400包括图像数据处
理电路402、扫描行驱动设备404和数据线驱动器电路406。
图像数据处理电路402基于来自输出电路123的输出信号确定显示器
310的显示元件302的亮度图像。
扫描行驱动器电路404基于来自图像数据处理电路402的指令独立地
施加电压到n条扫描行的每一条上。
数据线驱动器电路406基于来自图像数据处理电路402的指令独立地
施加电压到m条数据行的每一条上。
如同从以上图示中清楚，在根据实施例的电视装置100中，图像解码
器121、图像-OSD合成电路122和OSD绘制电路125形成图像数据生成设
备。
如上所述，根据实施例的场效应晶体管（包括第一和第二场效应晶
体管10和20）包括向其施加栅电压的栅极26；用于响应栅电压获取（传
递）电流的源极23和漏极24；相邻于源极23和漏极24提供的并由n型掺杂
氧化物半导体形成的有源层22；以及在栅极26和有源层22之间提供的栅
绝缘层25。
另外，根据实施例的显示元件302包括第一场效应晶体管10和第二场
效应晶体管20。借助于此配置，该显示元件302可以被高速地驱动并且可
以降低元件间特性变化。
此外，根据实施例的图像显示设备124包括显示元件302。借助于此
配置，可以以高图像质量在大尺寸屏幕上显示图像。
另外，根据实施例的电视装置100（即，系统）包括图像显示设备124。
借助于此配置，可以以高分辨率显示图像信息。
注意，在以上实施例中，有机EL薄膜层340由电子传输层342、发射
层344和空穴传输层346形成；但是，有机EL薄膜层340不限于这样的配置。
例如，在有机EL薄膜层340中，电子传输层342和发射层344形成层。另外，
可能在电子传输层342和阴极312之间提供电子注入层。此外，可能在空
穴传输层346和阳极314之间提供空穴注入层342。
在以上实施例中，描述从衬底侧发射发射光的所谓的“底部发射”示
例；但是，发射光可能不从衬底侧发射。例如，阳极314可以由诸如银（Ag）
-铷（Nd）合金的高反射比的电极形成，并且阴极312可以由诸如镁（Mg）
-银（Ag）合金的半透明电极或诸如ITO的透明电极形成，从而从与衬底
相对的侧发射发射光。
另外，在以上实施例中，描述相邻于场效应晶体管20排列有机EL元
件350的显示元件302；但是，该显示元件302的配置不限于这样的描述。
例如，如在图10中所示，有机EL元件350可以排列在场效应晶体管20上。
在这样的情况下，栅极26需要是透明的，并且因此可以由透明导电氧化
物形成，诸如包含ITO、In2O3、SnO2和Ga，和加入ZnO的Al，和加入SnO2
的Sb。以上实施例中的氧化物半导体具有宽带间隔、对可见光透明、以
及源自对于非晶半导体独特的尾状态（tail state）的小态密度。因此，以
上实施例中的氧化物半导体对Si半导体或有机半导体以及在此配置中具
有高非晶特性的氧化物半导体可以有效。注意，图10中的附图标记306指
示层间绝缘膜（即，平面化膜）。该层间绝缘膜360可以由聚酰亚胺或丙
烯酸树脂形成。由于根据以上实施例的氧化物半导体具有高工艺稳定性，
因此也可以抑制在此工艺中的特性劣化。
另外，在以上实施例中，描述所谓的“顶部接触/底栅型”场效应晶体管；
但是，场效应晶体管不限于该“顶部接触/底栅型”。例如，以上实施例中的
场效应晶体管可以是如图11中所示的“底部接触/底栅型”。另外，以上实施
例中的场效应晶体管可以是图12中所示的“顶部接触/顶栅型”。此外，以上
实施例中的场效应晶体管可以如是图13中所示的“底部接触/顶栅型”。
在以上实施例中，描述用作光控元件的有机EL元件；但是，该光控
元件不限于有机EL元件。例如，该光控元件可以是电致变色元件。在此
情况下，显示器310可以是电致变色显示器。
此外，光控元件可以是液晶元件。在此情况下，显示器310可以是液
晶显示器。如同作为图14中的示例图示的，在液晶显示器中不需要用于
显示元件302’的电流供应线。
如同作为图15中的示例图示的，驱动器电路320’包括一个具有类似于
前述第一和第二场效应晶体管10和20的配置的场效应晶体管40和电容
360。在场效应晶体管40中，栅极G连接到预定扫描线并且源极S连接到预
定线。另外，漏极D连接到液晶元件370的像素电极和电容360。注意，图
15中的附图标记362和372分别指示电容360和液晶元件370的相对电极。
另外，光控元件可以是电泳元件。
此外，该光控元件可以无机EL元件。
另外，在以上实施例中，色彩兼容显示器描述为显示器310；但是，
显示器不限于色彩兼容显示器。
另外，在以上实施例中，描述该系统为电视装置100；但是，该系统
不限于这样的电视装置。即，配置系统以简单地包括图像显示设备124为
用于显示图像和信息的设备。例如，该系统可以是计算机系统，其中，
连接包括个人计算机的计算机和图像显示设备124。
另外，图像显示设备124可以用作诸如移动电话、移动音乐播放器、
移动视频播放器、电子书和PDA（个人数字助理）的移动信息装置和诸
如数字照相机或摄录影机的成像装置中的显示单元。另外，该图像显示
设备124可以用作诸如车辆、飞机、电力火车和轮船的移动系统中的显示
单元。另外，该图像显示设备124可以用作测量设备、分析设备、医疗设
备和广告媒体中的显示单元。
注意，除了显示元件，根据以上实施例的场效应晶体管还可以用作
诸如IC卡或ID标签的元件。
根据一个实施例，提供包括栅极的场效应晶体管，向该栅极施加栅
电压；用于响应于该栅电压获取电流的源极和漏极；相邻于源极和漏极
提供的有源层，该有源层由n型氧化物半导体形成；以及在栅极和有源层
之间提供的栅绝缘体层。在场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺
杂化合物形成，该n型掺杂化合物具有通过引入三价阳离子、四价阳离子、
五价阳离子和六价阳离子中的至少一种获得的晶相的化学成分。
在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由通过引入三价阳离子、
四价阳离子、五价阳离子和六价阳离子中的至少一种获得的n型掺杂立方
体化合物形成。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由AB2O4代表的尖
晶石化合物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离
子，且B是包括Al3+、Ga3+和In3+的一个或多个三价阳离子；并且通过向A
代表的一个或多个二价阳离子引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、
Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离
子获得由尖晶石化合物形成的n型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由AB2O4代表的尖
晶石化合物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离
子，且B是包括Al3+、Ga3+和In3+的一个或多个三价阳离子；并且通过向B
代表的一个或多个三价阳离子引入包括AGe4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、
V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子获得由尖
晶石化合物形成的n型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由A2DO4代表的尖
晶石化合物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离
子，且D是包括Ti4+和Sn4+的一个或多个四价阳离子，并且通过向A代表的
一个或多个二价阳离子引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、
Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子获
得由尖晶石化合物形成的n型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由A2DO4代表的尖
晶石化合物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离
子，且D是包括Ti4+和Sn4+的一个或多个四价阳离子；并且通过向D代表的
一个或多个四价阳离子引入包括V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一
个或多个类型的阳离子获得由尖晶石化合物形成的n型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由红绿柱石化合物
形成，该红绿柱石化合物具有从In3+、Sc3+、Y3+和Ln3+中选择的一种或多
种三价阳离子，其中Ln是稀土元素；并且通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、
Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一
个或多个类型的阳离子获得由红绿柱石化合物形成的n型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂正方晶
化合物形成，通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳离子和六价阳
离子中的至少一个来获得该n型掺杂正方晶化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由AE2O6代表的三
金红石化合物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳
离子，且E是包括Sb5+、Nb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子，并且通过引
入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、
Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子获得由三金红石化合物形成
的n型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂正交晶
化合物形成，通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳离子和六价阳
离子中的至少一个来获得该n型掺杂正交晶化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由A2GO4代表的橄
榄石化合物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离
子，且G是包括Si4+、Ge4+和Sn4+的一个或多个四价阳离子；并且通过引入
包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、
Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子获得橄榄石化合物形成的n
型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂六方晶
形化合物形成，通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳离子和六价
阳离子中的至少一个来获得该n型掺杂六方晶形化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由RE2O6代表的
PbSb2O6型化合物形成，其中R是包括Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cd2+和Pb2+的一个
或多个二价阳离子，且E是包括Sb5+、Nb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子；
并且通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、
Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子获得由PbSb2O6
型化合物形成的n型掺杂化合物。
另外，在上述场效应晶体管中，n型氧化物半导体由In2O3（ZnO）m
代表的同系化合物形成，其中，m是二到六的整数；并且由同系化合物形
成的n型掺杂化合物通过引入包括V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一
个或多个类型的阳离子来获得。
注意，晶体化合物指具有晶相的化学成分的化合物，该化合物在相
图中是热力学稳定的。具有该化学成分的化合物的有源层可以是热力学
亚稳态的。
另外，立方体化合物指具有立方体族中的晶体的化学成分的化合物，
该化合物在相图中是热力学稳定的。具有该化学成分的化合物的有源层
可以是热力学亚稳态的。
相似地，红绿柱石化合物、烧绿石化合物、萤石化合物、三金红石
化合物、橄榄石化合物、PbSb2O6型化合物和同系化合物指分别具有在相
图中热力学稳定的红绿柱石晶体、烧绿石晶体、萤石晶体、三金红石晶
体、橄榄石晶体、PbSb2O6型晶体和同系晶体的化学成分的化合物，具有
这样的化学成分的化合物的有源层可以是热力学亚稳态的。
为了实现n型替位掺杂，在维持局部结构的同时，可能需要引入具有
更大的化合价的n型替位阳离子到所替位的阳离子晶格点。考虑这点，尖
晶石化合物或红绿柱石化合物可以是特别优选的。烧绿石化合物、萤石
化合物等也可以是优选的。如果化合物具有高度的非晶特性，则通过掺
杂可能出现局部结构改变。因此，掺杂物可以不生成用于形成稳定局部
结构的载流子。如果通过X射线衍射，化合物具有诸如尖晶石化合物或红
绿柱石化合物的刚性结构但是显示出非晶态（在长距离上没有周期结
构），则化合物维持晶相的短距离和中距离结构。因此，可以通过引入具
有恰当能级的掺杂物到替位的阳离子晶格点来生成载流子。考虑载流子
生成，可以晶体化化合物。即，不像诸如ZnO或IGZO的六方形晶体，立
方体晶体在迁移率上具有各向异性，使得大范围应用立方体化合物时不
存在问题。
尖晶石化合物用AB2O4代表并具有刚性结构，其中氧具有面心立方体
晶格。尖晶石化合物的优选示例包括AB2O4代表的化合物，其中，A是包
括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且B是包括Al3+、Ga3+和In3+
的一个或多个三价阳离子。即，可以给出MgGa2O4、MgIn2O4、ZnAl2O4、
ZnGa2O4和CdGa2O4。这些化合物可以是固溶体。在这些尖晶石化合物中，
可以通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、
Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子到A代表的一个
或多个二价阳离子来实现n型掺杂。类似地，可以通过对B代表的一个或
多个三价阳离子引入包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、
Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个阳离子来生成电子载流子。
尖晶石化合物进一步包括二价和四价阳离子形成的化合物。这样的
二价和四价阳离子构成的尖晶石化合物的优选示例包括A2DO4代表的化
合物，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且D是
包括Sn4+和Ti4+的一个或多个四价阳离子。即，可以给出Mg2TiO4、
Mg2SnO4、Zn2TiO4和Cd2SnO4。这些化合物可以是固溶体。在这些尖晶石
化合物，通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、
V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个阳离子到A代表的一个
或多个二价阳离子来实现n型掺杂。类似地，可以通过对D代表的一个或
多个四价阳离子引入包括V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多
个阳离子来生成电子载流子。
另外，能够实现n型掺杂的立方体化合物的另一示例包括具有从In3+、
Sc3+、Y3+和Ln3+（Ln是稀土元素）中选择的一个或多个三价阳离子的红
绿柱石化合物。具有一个或多个三价阳离子的红绿柱石化合物的示例可
以是In2O3、Y2O3和La2O3，或者这些化合物的固溶体。另外，红绿柱石化
合物可以包括诸如In1.4Zn0.3Zr0.3O3的固溶体的示例，该诸如In1.4Zn0.3Zr0.3O3
的固溶体通过用二价和四价阳离子替位部分三价阳离子获得。红绿柱石
化合物具有体心立方晶格结构，并可以能够通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、
Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一
个或多个阳离子到替位的阳离子晶格点生成电子载流子以实现n型掺杂。
能够实现n型掺杂的正方晶化合物的示例包括AE2O6代表的三金红石
化合物，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，而E
是包括Sb5+、Nb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子。三金红石化合物可以
能够通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、
Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个阳离子到替位的阳离子晶格
点以实现n型掺杂。
能够实现n型掺杂的正交晶化合物的示例包括A2GO4代表的橄榄石化
合物，其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，而G
是包括Si4+、Ge4+和Sn4+的一个或多个四价阳离子。该橄榄石化合物可以
能够通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、
Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个阳离子到替位的阳离子晶格
点生成电子载流子以实现n型掺杂。
能够实现n型掺杂的六方晶形化合物的示例包括RE2O6代表的
PbSb2O6化合物，其中，R是包括Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cd2+和Pb2+的一个或多
个二价阳离子，而E是包括Sb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子。该
PbSb2O6型化合物可以能够通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、
Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个阳离
子到替位的阳离子晶格点生成电子载流子以实现n型掺杂。
能够实现n型掺杂的六方晶形化合物的示例包括In2O3（ZnO）m（m
是二到六的整数）代表的同系化合物。该同系化合物具有系列六方形层
结构，Kimizuka等已经系统地研究了这个。同系化合物具有能够用各种m
值形成大量变化的灵活系统。在同系化合物中，即使当Zn2+的晶格点用诸
如Al3+或Ga3+的三价阳离子M替位时，也不用三价阳离子M替位Zn2+的晶
格点而是形成InMO3（ZnO）m’代表的同晶化合物。其结果是，不生成载
流子。IGZO是同晶化合物的示例。如果用四价Sn4+掺杂化合物，则在增
加非晶特性同时可能未获得有效的n型掺杂物。但是，本申请的发明人已
经发现，通过小心地引入包括V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个
或多个阳离子可以生成电子载流子。
根据实施例，提供一种显示元件，该显示元件包括配置为基于驱动
信号控制光输出的光控元件；上述的场效应晶体管；和配置为驱动光控
元件的驱动器电路。
借助于此配置，由于显示元件包括上述场效应晶体管，因此可以降
低元件间特性变化。
根据另一实施例，提供一种用于基于图像数据显示图像的图像显示
设备，其包括：多个矩阵排列的以上显示元件；配置为个别地施加栅电
压到矩阵排列的显示元件中的各自的场效应晶体管的多个导线；配置为
基于图像数据经由导线独立控制场效应晶体管的栅电压的显示控制设
备。
借助于此配置，由于图像显示设备包括以上显示元件，所以可以以
高图像质量在大尺寸屏幕上显示图像。
根据另一实施例，提供一种系统，该系统包括：以上图像显示设备；
和图像数据生成设备，该图像数据生成设备配置为基于要显示的图像信
息生成图像数据，并输出所生成的图像数据到图像显示设备。
借助于此配置，由于该系统包括以上图像显示设备，因此可以以高
图像分辨率显示图像信息。
如上所述，实施例可以提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管能
够通过在由n型氧化物半导体形成的有源层中引入n型替位掺杂生成电子
载流子，并在形成过程中充分地引入氧从而使不需要严格的氧浓度控制，
通过降低氧空位来增强晶格稳定性，扩大工艺余量并在稍后处理中实现
高特性稳定性；具有这样的场效应晶体管的显示元件；具有这样的显示
元件的图像显示设备和具有这样图像显示设备的系统。借助于此配置，
降低面板中元件间特性变化，并且因此，可以提供能够在大尺寸屏幕上
显示高分辨率和高质量的图像的场效应晶体管、具有该场效应晶体管的
显示元件、具有该显示元件的图像显示设备和具有该图像显示设备的系
统。
[示例]
下面描述具体示例1到23和对比示例1和2以及具体示例1到23和对比
示例1和2中制造的场效应晶体管的评估。
[示例1]
使用中性洗涤剂、消电离水和异丙醇超声波清洁无碱玻璃衬底。在
使无碱玻璃衬底干燥之后，在90°下使无碱玻璃衬底经历UV臭氧处理中10
分钟。Mo通过DC磁电溅射以100nm厚度沉积在无碱玻璃衬底上，并且所
沉积的膜随后通过光刻法定型以形成栅极。随后，SiO2通过RF电磁溅射
以200nm厚度沉积以形成栅绝缘膜。沉积Al掺杂的MgIn2O4以经由金属掩
膜通过DC电磁溅射形成100nm厚度的有源层膜，使用Mg0.99Al0.01In2O4烧
结体极。引入氩气和氧气作为溅射气体。总体压强固定在1.1Pa，并且氧
浓度作为参数在1.2%到10%的范围内变化。接着，经由金属掩膜通过真空
脱水沉积Al以形成100nm厚度的源极和漏极。沟道长度是50μm，且沟道
宽度是400μm。最终，在300°空气中进行一小时的退火，从而制造场效应
晶体管。
[示例2到9]
在示例2到9的场效应晶体管制造工艺中，场效应晶体管以和示例1相
同的方式制造，除了在有源层制造工艺中使用的烧结体极改为在表1中列
出的。
[对比示例1]
在对比示例1的场效应晶体管制造工艺中，场效应晶体管以和示例1
相同的方式制造，除了在有源层制造工艺中使用的烧结体靶改为在表1中
列出的。注意，表1也示出当在有源层沉积过程中的氧浓度是2%和6%时，
场效应晶体管的迁移率的评估结果。
[表1]
[示例10]
使用中性洗涤剂、消电离水和异丙醇超声波清洁无碱玻璃衬底。在
使无碱玻璃衬底干燥之后，在90°下使无碱玻璃衬底经历UV臭氧处理10
分钟。Mo通过DC磁电溅射以100nm厚度沉积在无碱玻璃衬底上，并且所
沉积的膜随后通过光刻法定型以形成栅极。随后，SiO2通过RF电磁溅射
以200nm厚度沉积以形成栅绝缘膜。沉积Nb掺杂的CdAl2O4以经由金属掩
膜通过DC电磁溅射形成50nm厚度的有源层膜，使用Cd0.99Nb0.01Al2O4烧
结体靶。引入氩气和氧气作为溅射气体。总体压强固定在1.1Pa，并且氧
浓度作为参数在60%到100%的范围内变化。接着，经由金属掩膜通过真
空脱水沉积Al以形成100nm厚度的源极和漏极。沟道长度是50μm，且沟
道宽度是400μm。最终，在200°在氧气中进行一小时的退火，从而制造场
效应晶体管。
[示例11到23]
在示例11到23的场效应晶体管制造工艺中，场效应晶体管以和示例
10相同的方式制造，除了在有源层制造工艺中使用的烧结体改为在表2中
列出的。
[对比示例2]
在对比示例2的场效应晶体管制造工艺中，场效应晶体管以和示例10
相同的方式制造，除了在有源层制造工艺中使用的烧结体改为在表2中列
出的。注意，表2也示出当在有源层沉积过程中的氧浓度是60%和100%时，
场效应晶体管的迁移率的评估结果。
[表2]
[评估结果]
图16示出在示例1和对比示例1中制造的场效应晶体管的转移特性
（Vds=20V）。在有源层掺杂Al的示例1中获得包括0V的上升导通电压
（Von）、6.4cm2/Vs的迁移率、8位的通断比。另一方面，在对比示例1中
获得1V的上升导通电压（Von）、3.1cm2/Vs的迁移率、8位的通断比，其
中，不在有源层中掺杂Al。相比于示例1，上升导通电压平移到正侧并且
迁移率在对比示例中变低。这可能源自对比示例1中的载流子浓度高于示
例1中的事实。
图17示出沉积条件的氧浓度和沉积时示例1和对比示例1中制造的场
效应晶体管的场效应迁移率之间的关系。如在图17中所示，在示例1中，
场效应迁移率大约是6.4cm2/Vs，而这在1.6到6.0%的氧浓度范围中是恒定
的；但是，在8%或更高的氧浓度下场效应迁移率轻微地降低。另一方面，
在对比示例1中，场效应迁移率与氧浓度1.6%的示例1大致相同；但是，
随着氧浓度的增加，场效应迁移率降低。在6%的氧浓度获得的场效应迁
移率降低到在1.6%的氧浓度获得的场效应的大约一半。在示例1中，由于
通过引入Al实现n型掺杂，所以从替位Mg的Al生成载流子。因此，即使氧
浓度增加，场效应迁移率也保持恒定。对比之下，在对比示例1中，由于
未进行掺杂，因此有源层中的氧空位随着氧浓度的增加而降低。因此，
降低载流子浓度以增加在源极和漏极与有源层之间接口的接触电阻，从
而降低场效应迁移率。
类似地，如表1所示，在示例2到9中，未观察到氧浓度2%到6%的场
效应迁移率的改变。即，替位的阳离子可能已经用作n型掺杂物生成电子
载流子，使得不论氧浓度的程度都观察到一定的特性。
另外，如表2所示，当对比示例2中的氧浓度从60%增加到100%，场
效应迁移率降低了大约40%；但是，当示例10到23中的氧浓度从60%增加
到100%，场效应迁移率未降低。即，替位的阳离子可能已经用作n型掺杂
物以生成电子载流子，从而不论氧浓度的程度都观察到一定的特性。
即，相比于具有氧化物半导体的场效应晶体管，具有作为有源层（在
其中，阳离子用作替位性掺杂以生成电子载流子）的氧化物半导体的场
效应晶体管示出高场效应迁移率和在更宽的处理范围中常断的优越特
性，其中仅控制氧浓度以生成电子载流子。
根据一个实施例，提供一种场效应晶体管，包括：向其施加栅电压
的栅极；用于响应栅电压获取电流的源极和漏极；相邻于源极和漏极提供的
有源层，该有源层由n型氧化物半导体形成；以及在栅极和有源层之间提供
的栅绝缘层。在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂化合物形
成，该n型掺杂化合物具有通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳离子
和六价阳离子的至少一种获得的晶相的化学成分。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂立方体化合物形
成，该n型掺杂立方体化合物通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳离
子和六价阳离子的至少一种获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由AB2O4代表的尖晶石化合物
形成，其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且B
是包括Al3+、Ga3+和In3+的一个或多个三价阳离子，并且由尖晶石化合物
形成的n型掺杂化合物通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、
Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离
子到A代表的一个或多个二价阳离子中来获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由AB2O4代表的尖晶石化合物
形成，其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且B
是包括Al3+、Ga3+和In3+的一个或多个三价阳离子，并且由尖晶石化合物
形成的n型掺杂化合物可以通过引入包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、
V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子到B代表
的一个或多个三价阳离子中来获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由A2DO4代表的尖晶石化合
物形成，其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，并
且D是包括Sn4+和Ti4+的一个或多个四价阳离子，并且由尖晶石化合物形
成的n型掺杂化合物可以通过引入一个或多个类型的包括Al3+、Ga3+、In3+、
Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的阳
离子到A代表的一个或多个二价阳离子中来实现。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由A2DO4代表的尖晶石化合
物形成，其中，A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，并
且D是包括Ti4+和Sn4+的一个或多个四价阳离子，并且由尖晶石化合物形
成的n型掺杂化合物可以通过引入一个或多个类型的包括V5+、Nb5+、Ta5+、
Sb5+、Mo6+和W6+的阳离子到D代表的一个或多个四价阳离子中来实现。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由具有从In3+、Sc3+、Y3+和
Ln3+（Ln是稀土元素）中选择的至少一个或多个三价阳离子的红绿柱石化
合物形成，并且由红绿柱石化合物形成的n型掺杂化合物通过引入包括
Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、
Mo6+和W6+的一个或多个类型的阳离子获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂正方晶化合物形
成，该n型掺杂正方晶化合物通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳
离子和六价阳离子中的至少一个来获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由AE2O6代表的三金红石化
合物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且
E是包括Sb5+、Nb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子，并且该由三金红石化
合物形成的n型掺杂化合物通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Y3+、Ge4+、Sn4+、
Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型
的阳离子获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂正交晶化合物形
成，该n型掺杂正交晶化合物通过引入三价阳离子、四价阳离子、五价阳
离子和六价阳离子中的至少一个来获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由A2GO4代表的橄榄石化合
物形成，其中A是包括Mg2+、Zn2+和Cd2+的一个或多个二价阳离子，且G
是包括Si4+、Ge4+和Sn4+的一个或多个四价阳离子，并且该橄榄石化合物
形成的n型掺杂化合物通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、Y3+、Ge4+、Sn4+、
Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个类型
的阳离子获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由n型掺杂六方晶形化合物
形成，该n型掺杂六方晶形化合物通过引入三价阳离子、四价阳离子、五
价阳离子和六价阳离子中的至少一个来获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由RE2O6代表的PbSb2O6型化
合物形成，其中R是包括Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cd2+和Pb2+的一个或多个二价
阳离子，且E是包括Sb5+、Nb5+和Ta5+的一个或多个五价阳离子，并且该
PbSb2O6型化合物形成的n型掺杂化合物通过引入包括Al3+、Ga3+、In3+、
Y3+、Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+
的一个或多个类型的阳离子获得。
在该场效应晶体管中，n型氧化物半导体由In2O3（ZnO）m代表的同
系化合物形成，其中，m是二到六的整数；并且同系化合物形成的n型掺
杂化合物通过引入包括V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+和W6+的一个或多个
类型的阳离子来获得。
根据一个实施例，提供一种显示元件，其包括：配置为基于驱动信
号控制光输出的光控元件；场效应晶体管；和配置为驱动该光控元件的
驱动电路。
在该显示元件中，光控元件包括有机电致发光元件、电致变色元件、
液晶元件和电泳元件之一。
根据一个实施例，提供一种用于基于图像数据显示图像的图像显示设
备，其包括矩阵排列的、多个如权利要求15所述的显示元件；配置为个别地
施加栅电压到矩阵排列的显示元件中的多个场效应晶体管的多条导线；和配
置为基于图像数据经由导线独立控制场效应晶体管的栅电压的显示控制设
备。
根据一个实施例，提供一种系统，其包括：图像显示设备；和图像数据
生成设备，配置为基于要显示的图像信息生成图像数据，并输出所生成的图
像数据到图像显示设备。
如上所述，根据实施例的场效应晶体管适于扩大工艺余量并在高级
别上稳定TFT特性。另外，根据实施例的显示元件适于高速驱动并降低面
板中的元件间变化，从而改进可靠性。此外，根据实施例的图像显示设
备适于以高图像质量在大尺寸屏幕上显示图像。此外，根据实施例的系
统适于以高图像分辨率显示图像信息。
至此，出于说明的目的已经描述本发明的实施例。本发明不限于这
些实施例，而各种变动和改进可以不违背本发明的范围地做出。本发明
不应当理解为受限于说明书中描述并在附图中示出的实施例。
本申请是基于向日本专利局在2010年2月16日提交的日本优先权申
请第2010-031610号和在2011年2月2号提交的日本优先权申请第
2011-021155号，其整体内容通过引用合并于此。