JPH0583731U - Solid state device with nonlinear element - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非線形素子における電圧−電流特性の経時的
安定性を向上可能な非線形素子を備えた固体装置を実現
すること。
【構成】 ＭＩＭ型非線形素子２０は、一方の回路側に
導電接続するＴａ電極層２２と、このＴａ電極層２２を
クエン酸水溶液中で陽極酸化してなるＴａ2 Ｏ5膜２３
と、Ｃｒ電極層２５とによって独立して構成されてお
り、ＭＩＭ型非線形素子２０はＣｒ電極層２５を介して
他方の回路側に導電接続している。
(57) [Abstract] [Purpose] To realize a solid-state device including a non-linear element capable of improving the temporal stability of the voltage-current characteristics of the non-linear element. A MIM type non-linear element 20 comprises a Ta electrode layer 22 which is conductively connected to one circuit side, and a Ta 2 O 5 film 23 formed by anodizing the Ta electrode layer 22 in an aqueous citric acid solution.
And the Cr electrode layer 25, the MIM non-linear element 20 is conductively connected to the other circuit side via the Cr electrode layer 25.
Description
【０００１】[0001]
本考案は非線形素子を備える固体装置に関し、特に、その非線形素子のスイッ チング動作の安定化技術に関する。 The present invention relates to a solid-state device having a non-linear element, and more particularly to a technique for stabilizing the switching operation of the non-linear element.
【０００２】[0002]
非線形素子を備える代表的な固体装置であるアクティブマトリクス方式の液晶 表示パネルにおいては、画素領域毎に非線形素子を設けてマトリックスアレイを 形成した一方側の基板と、カラーフィルタが形成された他方側の基板との間に液 晶を充填しておき、各画素領域毎の液晶の配向状態を制御して、所定の情報を表 示する。ここで、非線形素子として、ＴＦＴなどの３端子素子、あるいは２端子 素子を用いるが、液晶表示パネルに対する画面の大型化および低コスト化などの 要求に対応するには、２端子素子を用いた方式が有利である。しかも、２端子素 子を用いた場合には、マトリックスアレイを形成した一方側の基板に走査線を設 け、他方側の基板に信号線を設けることができるので、走査線と信号線とのクロ スオーバー短絡が発生しないというメリットもある。 In an active-matrix liquid crystal display panel, which is a typical solid-state device equipped with a nonlinear element, one substrate on which a nonlinear element is provided in each pixel area to form a matrix array and the other side on which a color filter is formed are provided. Liquid crystal is filled between the substrate and the substrate, and the alignment state of the liquid crystal in each pixel region is controlled to display predetermined information. Here, a three-terminal element such as a TFT or a two-terminal element is used as the non-linear element, but a method using the two-terminal element is used in order to meet the demand for a larger screen and lower cost for the liquid crystal display panel. Is advantageous. Moreover, when the two-terminal element is used, the scanning line can be provided on the substrate on one side where the matrix array is formed and the signal line can be provided on the substrate on the other side. There is also the advantage that a crossover short circuit does not occur.
【０００３】 このような２端子素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルに おいては、図２に示すように、各画素領域１ａで各走査線１１と各信号線１２と の間に非線形素子２（図中、バリスタの符号で示す。）と液晶表示素子３（図中 、コンデンサの符号で示す。）が直列接続された構成として表され、走査線１１ および信号線１２に印加された信号に基づいて、液晶表示素子３を選択状態（表 示状態）および非選択状態（非表示状態）に切り換えて表示動作を制御する。す なわち、図３（ａ）に実線３１で示すように、非線形素子２において、印加電圧 ＶNLと電流ＩNLとは非線形性の関係を有しているため、非線形素子２のスレッシ ョルド電圧をＶth、液晶表示素子３が非表示状態となる電位をＶa 、表示状態と なる電位を（Ｖa ＋ΔＶ）として図３（ｂ）に示すように、所定の画素領域１ａ における走査線１１と信号線１２との間の電位差Ｖ（単位画素への印加電圧）を （Ｖa ＋Ｖth）とすることによって、非線形素子２を遮断状態として、液晶表示 素子３を非選択状態とする一方、走査線１１と信号線１２との間の電位差Ｖを（ Ｖa ＋Ｖth＋ΔＶ）とすることによって、非線形素子２を導通状態として、液晶 表示素子３を選択状態とする。In an active matrix type liquid crystal display panel using such a two-terminal element, as shown in FIG. 2, there is a non-linear relationship between each scanning line 11 and each signal line 12 in each pixel region 1a. An element 2 (indicated by a varistor symbol in the figure) and a liquid crystal display element 3 (indicated by a capacitor symbol in the figure) are shown as connected in series and applied to the scanning line 11 and the signal line 12. Based on the signal, the liquid crystal display element 3 is switched between the selected state (display state) and the non-selected state (non-display state) to control the display operation. That is, as indicated by the solid line 31 in FIG. 3A, in the non-linear element 2, the applied voltage V NL and the current I NL have a non-linear relationship, so that the threshold voltage of the non-linear element 2 is increased. Is V th , the potential at which the liquid crystal display element 3 is in the non-display state is V a , and the potential at which the liquid crystal display element 3 is in the display state is (V a + ΔV), as shown in FIG. 3B, the scanning line 11 in the predetermined pixel region 1 a By setting the potential difference V (voltage applied to the unit pixel) between the signal line 12 and the signal line 12 to (V a + V th ), the non-linear element 2 is turned off and the liquid crystal display element 3 is turned off. by the potential difference V between the scanning lines 11 and signal lines 12 and (V a + V th + ΔV ), as the conducting state a nonlinear element 2, the liquid crystal display device 3 in the selected state.
【０００４】 ここで、非線形素子２は、従来においては、図５に示すように、透明基板５１ の表面側に形成されて、走査線１１を介して走査回路（駆動回路）側に導電接続 するＴａ電極層５２と、その表面側のＴａ2 Ｏ5 膜５３と、その表面側に形成さ れたＩＴＯからなる画素電極５４とから構成されたダイーオード型の非線形素子 ５０である。ここで、Ｔａ2 Ｏ5 膜５３は、Ｔａ電極層２２の表面に膜厚さが均 一で、しかもピンホールがない状態で形成されるように、Ｔａ電極層２２に対す る陽極酸化によって形成され、その陽極酸化用の電解液としては、クエン酸の水 溶液が用いられている。Here, as shown in FIG. 5, the non-linear element 2 is conventionally formed on the front surface side of the transparent substrate 51 and electrically connected to the scanning circuit (driving circuit) side via the scanning line 11. The diode type nonlinear element 50 is composed of a Ta electrode layer 52, a Ta 2 O 5 film 53 on the front surface side thereof, and a pixel electrode 54 made of ITO formed on the front surface side thereof. Here, the Ta 2 O 5 film 53 is formed by anodic oxidation on the Ta electrode layer 22 so that the Ta 2 O 5 film 53 is formed on the surface of the Ta electrode layer 22 with a uniform film thickness and without pinholes. An aqueous solution of citric acid is used as the electrolytic solution for anodic oxidation.
【０００５】[0005]
しかしながら、非線形素子５０を用いた液晶表示パネルにおいては、従来より 、静止画像などを表示した後に残像が発生しやすく、表示性能が低いという問題 点があった。その原因はこれまで不明であったが、本願考案者は、マトリックス アレイの各構成要素と表示性能との関係を調査した結果、その原因が非線形素子 ５０の電流−電圧特性の経時的安定性に問題があることを確認した。 However, the liquid crystal display panel using the non-linear element 50 has a problem that the afterimage is more likely to occur after displaying a still image or the like and the display performance is lower than before. The cause has not been known so far, but as a result of investigating the relationship between each component of the matrix array and the display performance, the present inventor found that the cause was the stability of the current-voltage characteristics of the nonlinear element 50 with time. I confirmed there was a problem.
【０００６】 すなわち、非線形素子５０において、印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係が、初 期状態において図３（ａ）に実線３１で示す関係であったものが、経時的に、破 線３２または一点鎖線３３で示すようにシフトしてしまうためである。ここで、 印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係がシフトした場合には、たとえば、表示状態か ら非表示状態に切り換えるため、走査線１１と信号線１２との電位差Ｖを（Ｖa ＋Ｖth＋ΔＶ）から（Ｖa ＋Ｖth）に切り換えても、非線形素子５０を導通状態 から遮断状態に切換、制御することができなくなって、残像などを発生させてし まう。また、逆の表示動作の場合も同様である。That is, in the non-linear element 50, the relationship between the applied voltage V NL and the current I NL was the relationship shown by the solid line 31 in FIG. This is because the shift occurs as indicated by 32 or the alternate long and short dash line 33. Here, when the relationship between the applied voltage V NL and the current I NL shifts, for example, the potential difference V between the scanning line 11 and the signal line 12 is changed to (V a + V) in order to switch from the display state to the non-display state. Even if th + ΔV) is switched to (V a + V th ), the non-linear element 50 cannot be switched and controlled from the conductive state to the cut-off state, and an afterimage or the like is generated. The same applies to the case of the reverse display operation.
【０００７】 このような問題点を解消するために、本願考案者は、従来の陽極酸化条件のう ち、陽極酸化における電流密度や液温度を変えて、さらには他の有機酸を用いて Ｔａ2 Ｏ5 膜を形成し、各非線形素子における印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係 の経時的安定性を検討したが、いずれのＴａ2 Ｏ5 膜においても、その安定性を 向上させるには至らなかった。In order to solve such a problem, the inventor of the present application uses Ta under the conventional anodizing conditions by changing the current density and the liquid temperature in the anodizing and using another organic acid. A 2 O 5 film was formed, and the temporal stability of the relationship between the applied voltage V NL and the current I NL in each non-linear element was examined. To improve the stability of any Ta 2 O 5 film, Didn't arrive.
【０００８】 以上の問題点に鑑みて、本考案の課題は、非線形素子を用いたコストメリット を確保しながら、その印加電圧と電流特性との関係を経時的にも安定化可能な非 線形素子を備えた固体装置を実現することにある。In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a nonlinear element capable of stabilizing the relationship between the applied voltage and the current characteristic with time while ensuring the cost advantage of using the nonlinear element. It is to realize a solid state device equipped with.
【０００９】[0009]
上記課題を解決するために、本考案に係る固体装置において講じた手段は、基 板の表面側に形成された非線形素子が、その一方の回路側に導電接続する第１の 金属電極層と、この金属電極層表面に形成された陽極酸化膜と、この陽極酸化膜 の表面側に形成された第２の金属電極層とによって構成されており、この第２の 金属電極層を介して、非線形素子は他方の回路側に導電接続していることを特徴 とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the means taken in the solid state device according to the present invention comprises a first metal electrode layer in which a nonlinear element formed on the front surface side of a substrate is conductively connected to one circuit side thereof, It is composed of an anodic oxide film formed on the surface of this metal electrode layer and a second metal electrode layer formed on the surface side of this anodic oxide film. The element is characterized in that it is conductively connected to the other circuit side.
【００１０】[0010]
本考案において、非線形素子は、第２の金属電極層を介して他方の回路側に導 電接続しており、第１の金属電極層，陽極酸化膜および第２の金属電極層によっ て回路側から独立した構成になっている。従って、他方の回路側の配線層や画素 電極などが非線形素子の構成要素になっていないので、非線形素子の動作特性に 適するように第２の金属電極層の材質などを選択することができる。 In the present invention, the non-linear element is conductively connected to the other circuit side through the second metal electrode layer, and the circuit is formed by the first metal electrode layer, the anodic oxide film and the second metal electrode layer. It has become independent from the side. Therefore, since the wiring layer on the other circuit side and the pixel electrode are not constituent elements of the non-linear element, the material of the second metal electrode layer and the like can be selected so as to suit the operating characteristics of the non-linear element.
【００１１】[0011]
つぎに、添付図面に基づいて、本考案の実施例に係る非線形素子を備える固体 装置について説明する。 Next, a solid-state device including a nonlinear element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【００１２】 〔実施例１〕 図１は、本考案の実施例１に係る固体装置の非線形素子の構成を示す断面図で ある。なお、本例の非線形素子の動作は、従来の非線形素子の動作と同様である ため、その動作特性などについては図２および図３を参照して説明する。[First Embodiment] FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a non-linear element of a solid-state device according to a first embodiment of the present invention. The operation of the non-linear element of this example is similar to the operation of the conventional non-linear element, and the operation characteristics thereof will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
【００１３】 図１に示すように、本例のＭＩＭ型の非線形素子２（以下、ＭＩＭ型非線形素 子２０と称す。）は、走査線１１を介して走査回路（駆動回路）側に導電接続す るＴａ電極層２２（第１の金属電極層）と、このＴａ電極層２２の表面にクエン 酸水溶液中での陽極酸化により形成されたＴａ2 Ｏ5 膜２３（陽極酸化膜）と、 この陽極酸化膜２３の表面側に形成されたＣｒ電極層２５（第２の金属電極層） とによって構成されており、このＣｒ電極層２５を介して、ＭＩＭ型非線形素子 ２０は、その信号供給回路側たるＩＴＯからなる画素電極２４に導電接続してい る。すなわち、非線形素子２は、その構成要素として画素電極２４を含むのでは なく、Ｔａ電極層２２，Ｔａ2 Ｏ5 膜２３，およびＣｒ電極層２５によって独立 して構成されている。As shown in FIG. 1, the MIM type non-linear element 2 (hereinafter referred to as the MIM type non-linear element 20) of this example is conductively connected to the scanning circuit (driving circuit) side via the scanning line 11. A Ta electrode layer 22 (first metal electrode layer), a Ta 2 O 5 film 23 (anodized film) formed on the surface of the Ta electrode layer 22 by anodic oxidation in an aqueous citric acid solution, and The Cr electrode layer 25 (second metal electrode layer) formed on the surface side of the anodic oxide film 23, and the MIM type non-linear element 20 is connected to the signal supply circuit via the Cr electrode layer 25. It is conductively connected to the side pixel electrode 24 made of ITO. That is, the nonlinear element 2 does not include the pixel electrode 24 as its constituent element, but is independently configured by the Ta electrode layer 22, the Ta 2 O 5 film 23, and the Cr electrode layer 25.
【００１４】 このため、第２の金属電極層として、固体装置の構成上の制約を受けず、非線 形素子としての動作特性を優先してＣｒ層などを選択できるので、そのスイッチ ング特性なども良好である。たとえば、本例のＭＩＭ型非線形素子２０において は、印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係が、初期状態において図３（ａ）に実線３ １で示す関係であったものが、たとえば、長時間、電位が印加された後でも、実 線３１の関係を保持し、図３（ａ）に破線３２または一点鎖線３３で示す関係に シフトすることがない。それ故、たとえば、図２に示すような回路構成であって も、走査線１１および信号線１２に対してそれぞれ印加された信号に基づいて、 ＭＩＭ型非線形素子２０は、確実に導通状態または遮断状態に切換、制御される 。それ故、このＭＩＭ型非線形素子２０を用いた固体装置においては、その動作 の信頼性が高い。Therefore, the Cr layer or the like can be selected as the second metal electrode layer without being restricted by the configuration of the solid-state device and giving priority to the operation characteristics as the non-linear element. Is also good. For example, in the MIM type non-linear element 20 of the present example, the relationship between the applied voltage V NL and the current I NL in the initial state is that shown by the solid line 31 in FIG. Even after the time and the potential are applied, the relationship of the solid line 31 is maintained, and there is no shift to the relationship shown by the broken line 32 or the alternate long and short dash line 33 in FIG. Therefore, for example, even in the case of the circuit configuration shown in FIG. 2, the MIM type nonlinear element 20 is surely turned on or off based on the signals applied to the scanning line 11 and the signal line 12, respectively. It is switched to the state and controlled. Therefore, the solid-state device using the MIM type non-linear element 20 has high operation reliability.
【００１５】 〔実施例２〕 つぎに、本考案の実施例２に係る液晶表示パネル（固体装置）およびその製造 方法について説明する。ここで、そのマトリッスクスアレイの構造および動作は 、実施例１のＭＩＭ型非線形素子２０と同様であるため、同じく図１を用いて説 明するが、対応する部分には同符号を付してある。また、その動作などは、従来 の非線形素子と同様であるため、同じく図２および図３を参照して説明する。Second Embodiment Next, a liquid crystal display panel (solid-state device) according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described. Here, since the structure and operation of the matrix array are the same as those of the MIM type nonlinear element 20 of the first embodiment, the description will be made with reference to FIG. is there. Further, the operation thereof is the same as that of the conventional non-linear element, and therefore, it will be described with reference to FIGS. 2 and 3 as well.
【００１６】 本例に係るアクティブマトリックス方式の液晶表示パネル（固体装置）におい ては、図１および図２に示すように、マトリックスアレイの画素領域１ａ毎に、 走査線１１を介して走査回路（駆動回路）側に導電接続するＴａ電極層２２（第 １の金属電極層）と、このＴａ電極層２２の表面に陽極酸化により形成されたＴ ａ2 Ｏ5 膜２３（陽極酸化膜）と、この陽極酸化膜２３の表面側に形成されて、 ＩＴＯからなる画素電極２４に導電接続するＣｒ電極層２５（第２の金属電極層 ）とによってＭＩＭ型の非線形素子２（以下、ＭＩＭ型非線形素子２０と称す。 ）が構成されている。すなわち、ＭＩＭ型非線形素子２０は、その構成要素とし て画素電極２４を含むのではなく、Ｔａ電極層２２，Ｔａ2 Ｏ5 膜２３およびＣ ｒ電極層２５（第２の金属電極層）によって独立して構成されている。In the active matrix type liquid crystal display panel (solid-state device) according to this example, as shown in FIGS. 1 and 2, for each pixel region 1 a of the matrix array, a scanning circuit (via a scanning line 11 ( A Ta electrode layer 22 (first metal electrode layer) that is conductively connected to the drive circuit side; a Ta 2 O 5 film 23 (anodized film) formed on the surface of the Ta electrode layer 22 by anodic oxidation; The MIM type non-linear element 2 (hereinafter referred to as the MIM type non-linear element) is formed by the Cr electrode layer 25 (second metal electrode layer) formed on the surface side of the anodic oxide film 23 and conductively connected to the pixel electrode 24 made of ITO. 20) is configured. That is, the MIM type non-linear element 20 does not include the pixel electrode 24 as its constituent element, but is independent by the Ta electrode layer 22, the Ta 2 O 5 film 23 and the Cr electrode layer 25 (second metal electrode layer). Is configured.
【００１７】 ここで、Ｔａ2 Ｏ5 膜２３の内部には、Ｖ属元素を組成に含むドーピング材と してホウ酸アニオンがドーピングされている。このため、本例のＭＩＭ型非線形 素子２０においては、詳しくは実験結果に基づいて後述するが、印加電圧ＶNLと 電流ＩNLとの関係が、初期状態において図３（ａ）に実線３１で示す関係であっ たものが、たとえば、静止画を表示するために長時間、電位が印加された後でも 、実線３１の関係を保持し、図３（ａ）に破線３２または一点鎖線３３で示す関 係にシフトすることがない。そして、その安定性は、実施例１のＭＩＭ型非線形 素子と比較しても、極めて高い。それ故、走査線１１および信号線１２に対して それぞれ印加された信号に基づいて発生する走査線１１と信号線１２との間に生 じた電位差によって、液晶表示素子３を選択状態と非選択遮断状態との間で確実 に切り換えて表示動作を制御することができる。すなわち、図３（ｂ）に示すよ うに、走査線１１と信号線１２との間の電位差Ｖを（Ｖb ＋Ｖth）とすることに よって、ＭＩＭ型非線形素子２０を遮断状態として、液晶表示素子３を非表示状 態（非選択状態）とする一方、走査線１１と信号線１２との間の電位差Ｖを（Ｖ b ＋Ｖth＋ΔＶ）とすることによって、ＭＩＭ型非線形素子２０を導通状態とし て、液晶表示素子３を表示状態（選択状態）とするときに、ＭＩＭ型非線形素子 ２０の印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係が使用履歴によって極めてシフトしにく いので、走査線１１および信号線１２からの信号の変化に追従して、液晶表示パ ネルの液晶の配向状態が変化する。それ故、液晶表示パネルに残像などの発生が なく、その表示品質が高い。Here, Ta2OFiveThe inside of the film 23 is doped with borate anion as a doping material containing a Group V element in its composition. Therefore, in the MIM type non-linear element 20 of this example, the applied voltage VNLAnd current INL3 has a relationship shown by a solid line 31 in FIG. 3 (a) in the initial state. For example, even after a potential is applied for a long time to display a still image, the relationship of It holds and does not shift to the relationship indicated by the broken line 32 or the alternate long and short dash line 33 in FIG. And, the stability is extremely high as compared with the MIM type non-linear element of the first embodiment. Therefore, due to the potential difference generated between the scanning line 11 and the signal line 12 which is generated based on the signals applied to the scanning line 11 and the signal line 12, respectively, the liquid crystal display element 3 is in the selected state or the non-selected state. The display operation can be controlled by reliably switching between the cutoff state. That is, as shown in FIG. 3B, the potential difference V between the scanning line 11 and the signal line 12 is (Vb+ VthTherefore, the liquid crystal display element 3 is set in the non-display state (non-selected state) by setting the MIM type non-linear element 20 in the cutoff state, and the potential difference V between the scanning line 11 and the signal line 12 is set to ( V b + Vth+ ΔV), the applied voltage V of the MIM type non-linear element 20 when the MIM type non-linear element 20 is turned on and the liquid crystal display element 3 is set to the display state (selected state).NLAnd current INLSince the relationship with and is extremely unlikely to shift depending on the history of use, the alignment state of the liquid crystal of the liquid crystal display panel changes following the changes in the signals from the scanning line 11 and the signal line 12. Therefore, the liquid crystal display panel has no afterimage and the display quality is high.
【００１８】 このような構成の液晶表示パネルの製造方法を、以下に説明する。A method of manufacturing the liquid crystal display panel having such a configuration will be described below.
【００１９】 まず、予めＴａ酸化物層２１ａなどを形成した透明基板２１の表面側にＴａ層 をスパッタ形成した後、Ｔａ層をパターニングしてＴａ電極層２２を形成する。 このＴａ電極層２２は、走査回路まで延長されて走査線１１も構成している。First, a Ta layer is formed by sputtering on the surface side of the transparent substrate 21 on which the Ta oxide layer 21 a and the like are formed in advance, and then the Ta layer is patterned to form the Ta electrode layer 22. The Ta electrode layer 22 also extends to the scanning circuit to form the scanning line 11.
【００２０】 つぎに、Ｔａ電極層２２に陽極酸化を施して、その表面層をＴａ2 Ｏ5 膜２３ とする。ここで、陽極酸化用電解液として、ホウ酸の水溶液を用いる。まず、陽 極酸化用電解液の中に、Ｔａ電極層２２を形成した透明基板２１を浸漬し、定電 流定電圧電源の電流値を、初期電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 となるように設定 して、定電流条件下で陽極酸化を行う。このときの定電流定電圧電源の設定電圧 は、所定の膜厚さに対応した電圧値、通常は３０〜４０ｖに設定してある。ここ で、定電流条件下で約１５分間、陽極酸化を行うと、Ｔａ2 Ｏ5 膜の成長にとも なって電源電圧が上昇していき、電源電圧が設定電圧に達した後は、定電圧陽極 酸化過程となって、漏れ電流が減衰していく。この状態で、約２時間保持して、 Ｔａ電極層２２の表面上に厚さが５００ÅのＴａ2 Ｏ5 膜２３を形成する。なお 、陽極酸化用電解液の液温度は常温である。Next, the Ta electrode layer 22 is anodized to form a surface layer of the Ta 2 O 5 film 23. Here, an aqueous solution of boric acid is used as the anodizing electrolyte. First, the transparent substrate 21 on which the Ta electrode layer 22 is formed is dipped in an electrolytic solution for cation oxidation, and the current value of the constant current constant voltage power source is set to an initial current density of 0.1 mA / cm 2. And perform anodic oxidation under constant current conditions. The set voltage of the constant current / constant voltage power supply at this time is set to a voltage value corresponding to a predetermined film thickness, usually 30 to 40 v. Here, if anodization is performed for about 15 minutes under constant current conditions, the power supply voltage rises as the Ta 2 O 5 film grows, and after the power supply voltage reaches the set voltage, The anodizing process occurs, and the leakage current decays. In this state, the Ta 2 O 5 film 23 having a thickness of 500 Å is formed on the surface of the Ta electrode layer 22 by holding for about 2 hours. The liquid temperature of the anodizing electrolyte is room temperature.
【００２１】 しかる後に、Ｔａ2 Ｏ5 膜２３の表面上にＣｒをスパッタ形成、およびパター ニングしてＣｒ電極層２５を形成し、Ｔａ電極層２２，Ｔａ2 Ｏ5 膜２３および Ｃｒ電極層２５からなるＭＩＭ型非線形素子２０を構成する。ここで、画素電極 ２４については、図１に示すように、Ｃｒ電極層２５の下層側に形成する場合は 、Ｃｒ電極層２５の形成工程の前に形成しておくが、画素電極２４を形成する工 程の工程順序は、各電極材料と、それをエッチングするエッチャント種との関係 などによって任意に設定される。After that, Cr is sputtered on the surface of the Ta 2 O 5 film 23 and patterned to form a Cr electrode layer 25, and the Ta electrode layer 22, the Ta 2 O 5 film 23 and the Cr electrode layer 25 are formed. The MIM type non-linear element 20 is formed. Here, as shown in FIG. 1, when the pixel electrode 24 is formed on the lower layer side of the Cr electrode layer 25, it is formed before the step of forming the Cr electrode layer 25, but the pixel electrode 24 is formed. The process sequence of the steps to be performed is arbitrarily set depending on the relationship between each electrode material and the etchant species for etching it.
【００２２】 このような陽極酸化工程により形成されたＭＩＭ型非線形素子２０においては 、陽極酸化用電解液中にホウ酸がアニオン種として配合されているため、陽極酸 化過程において、Ｔａ2 Ｏ5 の成長と共に、ホウ酸アニオンはＴａ2 Ｏ5 膜２３ の内部に侵入していく。また、その侵入は、Ｔａ2 Ｏ5 膜２３の粒界の安定化、 または結晶性などに影響を及ぼしているものと推定できる。このため、Ｔａ2 Ｏ 5 膜２３を改質するために、イオン注入などのプロセスを用いなくとも、Ｔａ2 Ｏ5 膜２３の形成工程を援用して、ホウ酸アニオンのドープを行なえる。従って 、工程数が増えることがないので、液晶表示パネルのマトリックスアレイにＭＩ Ｍ型非線形素子２０を用いたコストメリットが犠牲になることがない。In the MIM type non-linear element 20 formed by such an anodizing process, since boric acid is mixed as an anion species in the anodizing electrolyte solution, Ta in the anodizing process2OFiveAs the borate anion grows2OFiveIt penetrates into the inside of the film 23. Moreover, the invasion is Ta2OFiveIt can be presumed that the grain boundaries of the film 23 are stabilized or the crystallinity is affected. Therefore, Ta2O Five Even if a process such as ion implantation is not used to modify the film 23, Ta2 OFiveThe borate anion can be doped with the aid of the step of forming the film 23. Therefore, since the number of steps is not increased, the cost merit of using the MIM type nonlinear element 20 in the matrix array of the liquid crystal display panel is not sacrificed.
【００２３】 ここで、陽極酸化条件のうち、陽極酸化用電解液の液組成（ホウ酸濃度）と、 ＭＩＭ型非線形素子２０のＶthとの関係を検討した結果を説明する。Here, of the anodizing conditions, the results of examining the relationship between the liquid composition (boric acid concentration) of the anodizing electrolyte and V th of the MIM type nonlinear element 20 will be described.
【００２４】 本例においては、（ＮＨ4）2Ｂ4０7・４Ｈ2０で表される８５ｗｔ％の四ホウ 酸アンモニウム四水和物に対して、所定量の水を添加して、種々の陽極酸化用電 解液を調製し、その四ホウ酸アンモニウム濃度と、ＭＩＭ型非線形素子２０のＶ th の安定性との関係を検討した。ここで、ＭＩＭ型非線形素子における印加電圧 と電流との関係は、一般に下式で表される。In this example, (NHFour)2BFour07・ 4H2A specific amount of water was added to 85 wt% ammonium tetraborate tetrahydrate represented by 0 to prepare various electrolytic solutions for anodic oxidation, and the ammonium tetraborate concentration and MIM Of non-linear element 20 th The relationship with the stability of. Here, the relationship between the applied voltage and the current in the MIM type nonlinear element is generally expressed by the following equation.
【００２５】 Ｉ＝αＶｅｘｐ（β・Ｖ1/2 ） 但し、式中、αは導電係数、βは非線形係数であり、下式で表される。I = αVexp (β · V 1/2 ) However, in the formula, α is a conductivity coefficient and β is a non-linear coefficient, which is expressed by the following formula.
【００２６】 α＝（ｎμｑ／ｄ）ｅｘｐ（−φ／ｋＴ） β＝（１／ｋＴ）（ｑ3 ／πε1 ε0 ｄ）1/2 但し、式中、ｎ：キャリア密度，μ：キャリヤの移動度，ｑ：電子の電荷量 ｄ：膜厚さ，φ：トラップ深さ，ｋ：ボルツマン定数，Ｔ：周囲温度 ε1 ，ε0 ：誘電率 従って、ｌｏｇ（Ｉ／Ｖ）をＶ1/2 に対してプロットすると、図４（ａ）に実 線４１で示すように略直線で表される。本例における検討においては、スレッシ ョルド電圧Ｖthとして、１０ｍＡ／ｃｍ2 の電流値が流れるときの印加電圧値を Ｖth1 、１０μＡ／ｃｍ2 の電流値が流れるときの印加電圧値をＶth2 とし、そ れらの値によって、ＭＩＭ型非線形素子２０のＶthの安定性を評価した。すなわ ち、所定の電流値に対応する印加電圧値Ｖth1 またはＶth2 は、従来のＭＩＭ型 非線形素子においては、電位を印加した時間と、Ｖth1 またはＶth2 がシフトす る電圧ΔＶthとの間に、図４（ｂ）に実線４２で示すような関係があり、表示の 安定性を低下させる原因となることが確認されているので、ここでは、実施例１ および本例のＭＩＭ型非線形素子に対して、同一の電位を印加し、所定時間が経 過した後のΔＶthを比較した。従って、ΔＶthの値が小さな方が好ましい。Α = (nμq / d) exp (−φ / kT) β = (1 / kT) (q 3 / πε 1 ε 0 d) 1/2 where n: carrier density, μ: carrier , Q: electron charge amount d: film thickness, φ: trap depth, k: Boltzmann constant, T: ambient temperature ε 1 , ε 0 : permittivity Therefore, log (I / V) is V 1 When plotted against / 2 , it is represented by a substantially straight line as shown by the solid line 41 in FIG. In the examination in this example, as the threshold voltage V th , the applied voltage value when a current value of 10 mA / cm 2 flows is V th1 , and the applied voltage value when a current value of 10 μA / cm 2 flows is V th2. The stability of V th of the MIM type non-linear element 20 was evaluated based on these values. That is, the applied voltage value V th1 or V th2 corresponding to the predetermined current value is the time when the potential is applied and the voltage ΔV th at which V th1 or V th2 shifts in the conventional MIM type non-linear element. It has been confirmed that there is a relationship as shown by the solid line 42 in FIG. 4 (b), which causes deterioration of display stability. Therefore, in this example, the MIM type of Example 1 and this example are used. The same potential was applied to the non-linear element, and ΔV th after a lapse of a predetermined time was compared. Therefore, it is preferable that the value of ΔV th is small.
【００２７】 （陽極酸化用電解液組成と初期のＶthとの関係） まず、陽極用電解液の組成として〔（ＮＨ4）2Ｂ4０7・４Ｈ2０〕／〔（ＮＨ4 ）2Ｂ4０7・４Ｈ2０＋Ｈ2０〕ｗｔ％の値を変えて、ＭＩＭ型非線形素子２０を 形成し、陽極酸化用電解液の組成と、各ＭＩＭ型非線形素子２０の初期における Ｖth1 またはＶth2 との関係を表１に示す。なお、表１には、Ｔａ電極層２２を Ｃｒ電極層２５に対して正の電位とした場合と、Ｔａ電極層２２をＴａ電極層２ ２に対して負の電位とした場合のそれぞれについて、陽極酸化用電解液の組成と 、Ｖth1 ，Ｖth2 との関係を示す。(Relationship Between Composition of Anodizing Electrolyte Solution and Initial Vth ) First, as the composition of the electrolyte solution for an anode, [(NH 4 ) 2 B 4 0 7 .4H 2 0] / [(NH 4 ) 2 B 4 0 7 · 4H 2 0 + H 2 0] wt% is changed to form the MIM type non-linear element 20, and the composition of the electrolytic solution for anodization and the initial V th1 or V th of each MIM type non-linear element 20. Table 1 shows the relationship with th2 . In Table 1, the Ta electrode layer 22 has a positive potential with respect to the Cr electrode layer 25 and the Ta electrode layer 22 has a negative potential with respect to the Ta electrode layer 22. The relationship between the composition of the anodizing electrolyte and V th1 and V th2 is shown.
【００２８】[0028]
【表１】 [Table 1]
【００２９】 表１に示すように、陽極用電解液中のホウ酸濃度を高めていくと、それにつれ て、Ｖth1 およびＶth2 はいずれも低下していく傾向を示す。この傾向は、電位 をいずれの方向から印加しても同様である。従って、本例のＭＩＭ型非線形素子 ２０においては、同じ電流を流すのに低電圧で充分であることを利用して、以下 のように表示動作を向上することもできる。たとえば、本例のＴａ2 Ｏ5 膜２３ においては、その膜厚さを従来のクエン酸水溶液中で形成したＴａ2 Ｏ5 膜の膜 厚さと同じにしても、Ｖth1 およびＶth2 の値が小さいので、駆動電圧の低電圧 化が図られることを示す。逆に、本例のＭＩＭ型非線形素子２０のＶth1 および Ｖth2 の値を、従来のＭＩＭ型非線形素子のＶth1 およびＶth2 の値と同じにし た場合には、Ｔａ2 Ｏ5 膜２３の膜厚さを例えば１０００Å位まで厚くできる。 従って、ミクロ的なピンホールの発生を防止できると共に、このＴａ2 Ｏ5 膜２ ３の容量成分を小さくすることができるので、表示の点欠陥やクロストークなど を防止でき、初期的な表示の品質を向上させることができる。As shown in Table 1, as the concentration of boric acid in the electrolytic solution for the anode is increased, both V th1 and V th2 tend to decrease. This tendency is the same regardless of the direction in which the potential is applied. Therefore, in the MIM type non-linear element 20 of the present example, it is possible to improve the display operation as follows by utilizing the fact that a low voltage is sufficient to flow the same current. For example, in the Ta 2 O 5 film 23 of this example, even if the film thickness is the same as the film thickness of the Ta 2 O 5 film formed in a conventional citric acid aqueous solution, the values of V th1 and V th2 are Since it is small, it shows that the drive voltage can be lowered. Conversely, when the value of V th1 and V th2 of the MIM nonlinear device 20 of the present example was the same west to the value of V th1 and V th2 of the conventional MIM nonlinear device is of the Ta 2 O 5 film 23 The film thickness can be increased to, for example, about 1000Å. Therefore, it is possible to prevent the generation of microscopic pinholes and reduce the capacitance component of the Ta 2 O 5 film 23, so that it is possible to prevent display point defects, crosstalk, etc. The quality can be improved.
【００３０】 （陽極酸化用電解液組成とＶthがシフトした値との関係） つぎに、上記の検討に用いたＭＩＭ型非線形素子２０について、Ｖth2 の経時 変化について調査した。この検討においては、まず、Ｖth2 を計測した後、６ｖ ＤＣを３００秒間印加し、印加後のＶth2 を計測して、そのシフトした値ΔＶth 2 を求め、その大小を比較する。本例の検討において得られた陽極用電解液にお けるホウ酸濃度としての〔（ＮＨ4）2Ｂ4０7・４Ｈ2０〕／〔（ＮＨ4）2Ｂ4０7 ・４Ｈ2０＋Ｈ2０〕ｗｔ％と、ΔＶth2 との関係を表２に示す。なお、表２にお いても、Ｔａ電極層２２をＣｒ電極層２５に対して正の電位とした場合、Ｔａ電 極層２２をＣｒ電極層２５に対して負の電位を印加した場合のそれぞれについて 示す。(Anodic Oxide Electrolyte Composition and VthOf the MIM non-linear element 20 used in the above studyth2Was investigated over time. In this examination, first, Vth2Is measured, 6V DC is applied for 300 seconds, and Vth2Is measured and the shifted value ΔVth 2 And compare the sizes. In the electrolyte solution for the anode obtained in the examination of this example, [(NHFour)2BFour07・ 4H20] / [(NHFour)2BFour07 ・ 4H20 + H20] wt% and ΔVth2Table 2 shows the relationship with. In Table 2, the Ta electrode layer 22 has a positive potential with respect to the Cr electrode layer 25, and the Ta electrode layer 22 has a negative potential with respect to the Cr electrode layer 25. About.
【００３１】[0031]
【表２】 [Table 2]
【００３２】 表２に示すように、陽極用電解液中のホウ酸濃度を高めていくと、それにつれ て、ΔＶth2 は低下していく。この傾向は、電位をいずれの方向から印加しても 同様である。As shown in Table 2, as the concentration of boric acid in the electrolytic solution for the anode is increased, ΔV th2 is reduced. This tendency is the same regardless of the direction in which the potential is applied.
【００３３】 このように、本例の液晶表示パネルにおいては、マトリクスアレイを構成する ＭＩＭ型非線形素子２０のＴａ2 Ｏ5 膜２３の形成にあたって、その陽極酸化用 電解液にホウ酸の水溶液を用いることによって、ＭＩＭ型非線形素子２０のＶth の経時的なシフトを抑制して、そのスイッチング動作の安定化を図っている。従 って、走査線１１と信号線１２との間に生じる電位差Ｖの変化に対し、液晶表示 パネルに用いた液晶の配向状態の変化が追従する。その結果、液晶表示パネルに おいて、固定パターンを長期間表示させても、残像、フリッカーなどの発生がな く、品質の高い表示が可能である。As described above, in the liquid crystal display panel of this example, when forming the Ta 2 O 5 film 23 of the MIM type non-linear element 20 constituting the matrix array, an aqueous solution of boric acid is used as the anodizing electrolyte. As a result, the Vth of the MIM type non-linear element 20 is suppressed from shifting with time, and the switching operation thereof is stabilized. Therefore, the change in the alignment state of the liquid crystal used in the liquid crystal display panel follows the change in the potential difference V between the scanning line 11 and the signal line 12. As a result, even if the fixed pattern is displayed on the liquid crystal display panel for a long period of time, a high quality display is possible without causing an afterimage or flicker.
【００３４】 侵入したボロンまたはホウ酸アニオンの効果については、繰り返し行った実験 の結果から導き出されたものであるため、そのメカニズムは解明されるに至って いないが、たとえばＴａ2 Ｏ5 膜２３の粒界の安定化との関係、またはＴａ2 Ｏ 5 膜２３の結晶化との関係に影響しているものとも考えられる。従って、ドーピ ング材、すなわち陽極酸化用電解液に配合して効果を得られるアニオンとしては 、ホウ酸アニオンに限らず、III族のオキシアニオンなどであってもよいと想定 できる。また、これらのアニオン種を単独で用いてもよいが、複数のアニオン種 を同時に用いてもよいし、アンモニウムなどの他の成分と共に陽極酸化用電解液 に配合しておいてもよい。The effect of the invaded boron or borate anion is derived from the results of repeated experiments, so the mechanism has not been elucidated.2OFiveRelationship with stabilization of grain boundary of film 23, or Ta2O Five It is also considered that it influences the relationship with the crystallization of the film 23. Therefore, it can be assumed that the doping material, that is, the anion which can be effectively mixed with the electrolytic solution for anodization is not limited to the borate anion and may be a group III oxyanion. Further, although these anion species may be used alone, a plurality of anion species may be used at the same time, or may be blended in the anodizing electrolytic solution together with other components such as ammonium.
【００３５】 なお、本例において、リン酸系陽極酸化用電解液の組成と、ＭＩＭ型非線形素 子２０のＶthの経時的なシフトを抑制する効果との関係は、表２に示した関係に 限らず、そのときの電流密度や液温度などによってシフトする。従って、表２で は、〔（ＮＨ4）2Ｂ4０7・４Ｈ2０〕／〔（ＮＨ4）2Ｂ4０7・４Ｈ2０＋Ｈ2０〕 ｗｔ％が約０．２１５ｗｔ％以上、とくに約１．０ｗｔ％以上で顕著な効果が得 られているが、さらに陽極酸化時の電流密度を高めた場合などにおいては、さら にその効果を発揮する領域が拡大される傾向がある。従って、組成の濃度的な条 件については、その電流密度や液温度などによって最適な条件に設定される。In this example, the relationship between the composition of the phosphoric acid-based anodizing electrolyte solution and the effect of suppressing the shift of V th of the MIM type nonlinear element 20 over time is shown in Table 2. However, the current density and the liquid temperature at that time will cause a shift. Therefore, in Table 2, [(NH 4 ) 2 B 4 0 7 · 4H 2 0] / [(NH 4 ) 2 B 4 0 7 · 4H 2 0 + H 2 0] wt% is about 0.215 wt% or more, In particular, a remarkable effect is obtained at about 1.0 wt% or more, but when the current density during anodic oxidation is further increased, the region where the effect is exerted tends to be further expanded. Therefore, the concentration condition of the composition is set to the optimum condition depending on the current density and the liquid temperature.
【００３６】 また、本例において、第２の金属電極層にはクロム層を利用したが、これに限 らず、チタン層やアルミニウム層なども利用でき、限定のないものである。Further, in this example, the chromium layer was used as the second metal electrode layer, but the present invention is not limited to this, and a titanium layer, an aluminum layer, or the like can also be used, and there is no limitation.
【００３７】 さらに、第１の金属電極層にはタンタル層を利用したが、これに限らず、陽極 酸化処理を利用して絶縁層を形成でき、しかも、非線型素子を形成可能な金属で あれば他の金属層であってもよい。Further, although the tantalum layer was used as the first metal electrode layer, the present invention is not limited to this, and any metal capable of forming an insulating layer by using anodizing treatment and forming a non-linear element can be used. It may be another metal layer.
【００３８】[0038]
以上のとおり、本考案においては、基板の表面側に形成された非線形素子が、 一方の回路側に導電接続する第１の金属電極層と、この金属電極層表面に形成さ れた陽極酸化膜と、この陽極酸化膜の表面側に形成された第２の金属電極層と、 によって構成されており、この第２の金属電極層を介して、非線形素子は他方の 回路側に導電接続していることに特徴を有する。従って、本考案によれば、非線 形素子は、固体装置の配線層などを構成要素とせず、独立して構成されているた め、非線形素子に適した金属層を第２金属電極層として用いることができる。そ れ故、その電流−電流特性の経時的安定性などを向上させることができるという 効果を奏する。 As described above, in the present invention, the non-linear element formed on the surface side of the substrate includes the first metal electrode layer conductively connected to one circuit side and the anodic oxide film formed on the surface of the metal electrode layer. And a second metal electrode layer formed on the surface side of the anodic oxide film, and the non-linear element is conductively connected to the other circuit side via the second metal electrode layer. It is characterized by being Therefore, according to the present invention, since the non-linear element is independently configured without using the wiring layer of the solid-state device as a component, a metal layer suitable for the non-linear element is used as the second metal electrode layer. Can be used. Therefore, it is possible to improve the temporal stability of the current-current characteristics.
【図１】本考案の実施例１ないし実施例２に係るＭＩＭ
型非線形素子の構造を示す断面図である。FIG. 1 is an MIM according to a first embodiment or a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of a non-linear element.
【図２】アクティブマトリックス方式の液晶表示パネル
の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of an active matrix type liquid crystal display panel.
【図３】（ａ）は液晶表示パネルのマトリックスアレイ
を構成する非線形素子の印加電圧と電流との関係を示す
グラフ図、（ｂ）は単位画素への印加電圧と表示の明る
さとの関係を示すグラフ図である。FIG. 3A is a graph showing the relationship between the applied voltage and the current of the non-linear element forming the matrix array of the liquid crystal display panel, and FIG. 3B is the relationship between the applied voltage to the unit pixel and the display brightness. It is a graph figure which shows.
【図４】（ａ）は液晶表示パネルのマトリックスアレイ
を構成するＭＩＭ型非線形素子の印加電圧と電流との関
係として、Ｖ1/2 に対してｌｏｇ（Ｉ／Ｖ）をプロット
したグラフ図、（ｂ）はＭＩＭ型非線形素子に対して電
位を印加した時間と、そのＶthがシフトした値との関係
を示すグラフ図である。FIG. 4A is a graph diagram in which log (I / V) is plotted with respect to V 1/2 as a relationship between an applied voltage and a current of a MIM type non-linear element forming a matrix array of a liquid crystal display panel; (B) is a graph showing the relationship between the time when a potential is applied to the MIM type non-linear element and the shifted value of V th thereof.
【図５】従来のダイオード型の非線形素子の断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional diode type non-linear element.
１・・・液晶表示パネル １ａ・・・画素領域 ２・・・非線形素子 ３・・・液晶表示素子 １１・・・走査線 １２・・・信号線 ２０・・・ＭＩＭ型非線形素子 ２１，５１・・・透明基板 ２２，５２・・・Ｔａ電極層（第１の金属電極層） ２３，５３・・・Ｔａ2 Ｏ5 膜（陽極酸化膜） ２４，５４・・・画素電極 ２５・・・Ｃｒ電極層（第２の金属電極層） ５０・・・ダイオード型の非線形素子1 ... Liquid crystal display panel 1a ... Pixel area 2 ... Non-linear element 3 ... Liquid crystal display element 11 ... Scan line 12 ... Signal line 20 ... MIM type non-linear element 21, 51 ... ..Transparent substrate 22, 52 ... Ta electrode layer (first metal electrode layer) 23, 53 ... Ta 2 O 5 film (anodized film) 24, 54 ... Pixel electrode 25 ... Cr Electrode layer (second metal electrode layer) 50 ... Non-linear element of diode type
Claims (1)
が、一方の回路側に導電接続する第１の金属電極層と、
この金属電極層表面に形成された陽極酸化膜と、この陽
極酸化膜の表面側に形成された第２の金属電極層と、に
よって構成されており、この第２の金属電極層を介し
て、前記非線形素子は他方の回路側に導電接続している
ことを特徴とする非線形素子を備えた固体装置。1. A non-linear element formed on the front surface side of a substrate, and a first metal electrode layer conductively connected to one circuit side,
The anodic oxide film formed on the surface of the metal electrode layer and the second metal electrode layer formed on the surface side of the anodic oxide film are formed, and via the second metal electrode layer, A solid-state device having a non-linear element, wherein the non-linear element is conductively connected to the other circuit side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP021136U JPH0583731U (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Solid state device with nonlinear element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP021136U JPH0583731U (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Solid state device with nonlinear element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0583731U true JPH0583731U (en) | 1993-11-12 |
Family
ID=12046486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP021136U Pending JPH0583731U (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Solid state device with nonlinear element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0583731U (en) |
-
1992
- 1992-04-07 JP JP021136U patent/JPH0583731U/en active Pending
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