（独）物質・材料研究機構は9月20日、次世代ディスプレー用の新しい半導体素子を開発したと発表した。酸化インジウムを基本とする新しい元素構成で画像制御用のスイッチ素子を実現することに成功した。ディスプレーの低消費電力化や画像の高精細化に有効なほか、資源枯渇が懸念される金属や高価な元素を必要とせず、激しい価格変動に影響されにくい安定生産に道が開けると期待している。
■ガリウム、亜鉛使わず
開発したのは同機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の相川慎也ポスドク研究員、塚越一仁主任研究者らのグループ。
画像制御用のスイッチ素子として現在広く使われているシリコンに代わる半導体材料を探索していたが、今回新たに酸化インジウムに酸化チタンや酸化シリコンなど金属酸化物を少量添加した材料が有効であることを見出した。
実験では、酸化シリコンを少量添加した酸化インジウムを用いて高性能で電気的にも熱的にも安定した薄膜トランジスタを作ることに成功、特性を調べたところ高いスイッチング特性を示した。酸化シリコン以外に酸化チタンや酸化タングステンを添加した材料でも薄膜トランジスタを作製・比較分析した結果、少量添加した酸化物がトランジスタ素子の動作安定性に密接に関与していることなどもわかった。
また、低消費電力や高速動作の指標となる電界効果移動度も、シリコンの後継材料として期待されている酸化インジウムと酸化ガリウム、酸化亜鉛の混合物（IGZO）薄膜を用いた素子に匹敵する性能が得られた。IGZOはスマートフォンの低消費電力化やテレビの高精細化に向けた高速化などの課題を解決する材料として注目されているが、原料に使う亜鉛やガリウムなどの資源枯渇や激しい価格変動が懸念されている。開発した新半導体はそうした心配はないという。
研究グループは今後、添加元素の量の最適化や電極金属の選択、素子構造などを調整することで、さらに素子の特性や製造効率の向上に取り組む。
試作した酸化膜トランジスタの外観（左）と素子構造の模式図（提供：物質・材料研究機構）
