電子デバイス／薄膜トランジスタ

２．初期のＴＦＴ

　薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）には明確なニーズがありましたが、実用的なＴＦＴの開発にはかなりの困難がありました。ガラス基板は結晶でなく非晶質ですから、その上にシリコンの膜を作っても、結晶にはならず、非晶質になってしまいます。このような膜にｐ型やｎ型の不純物を入れても、電流がよく流れるｐ型やｎ型のシリコン膜はできませんでした。そこでまず初めに作られたＴＦＴはシリコンではなく、硫化カドミウム（ＣｄＳ）などのⅡ－Ⅵ族半導体を使ったものでした。これを最初に提案したのはアメリカのＲＣＡ社のワイマー（P.K.Weimer）でした。1961年に発表されています(1)。

　時期的にはＩＧＦＥＴの発表と同時期かむしろ早いくらいで、ＴＦＴの発想はＩＧＦＥＴに触発されたものと言うより、結晶基板を使うＩＧＦＥＴとは違う考え方が独立、並行して考案されたと考えるのが正しいと思われます。つまり電界効果を使った固体素子の実現が模索されていた時代に一つの発想が提案されたわけです。

　提案されたＴＦＴの構造を図２－１により説明しましょう。ガラスなどの基板の上にまず２つの金属電極を付けます。その上にＣｄＳの薄膜を付けます。ＣｄＳは真空中で加熱すると比較的低温で簡単に蒸発し、基板の上に半導体薄膜ができます。しかも抵抗が低く電流が流れる膜ができます。特許にはゲルマニウムや珪素（シリコン）等々の半導体でもよいと書かれていますが、この時代にはうまく作れなかったはずです。さらにこの半導体を絶縁膜で覆います。特許ではフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）の例があがっていますが、この材料も比較的低温で膜を作れるので選ばれたと思います。最後にこの絶縁膜の上に金属電極を着けます。この金属電極は下にある２つの電極の間に来るように位置を合わせます。

　この構造をＩＧＦＥＴと比較すると、中央の金属電極がゲート電極で、両側の電極がソース、ドレイン電極に相当していることがわかります。ＩＧＦＥＴではソース、ドレインの半導体領域は不純物をドープして抵抗の低い領域を作りますが、このＴＦＴではそのようなことはしていません。半導体膜は付けたままで何も加工されていません。これはしようと思ってもできないので、やむなくそのまま使っているのです。特許のなかにも書いてある通りＣｄＳの膜はｎ型の半導体になります。ＣｄＳをｐ型にするのはむずかしいのです。

　このＴＦＴがトランジスタとして動作したデータが特許には載っています。しかし特性は結晶シリコンを使ったＩＧＦＥＴには遠く及ばなかったのです。その後、日本も含め研究開発は行われましたが、よい成果は出ませんでした。やはりシリコンを使った方がよいのではという考えで、なんとか薄膜の結晶シリコンを得ようという研究も行われました。シリコンの薄膜を作った後、熱処理などで結晶化しようとする試みなどが行われましたが、かなり多くの研究が行われたのは、サファイア基板を使ってその上に結晶シリコン膜を成長させようというものでした。ＳＯＳ（Silicon on sapphire）技術と呼ばれています。サファイア基板はその後、青色発光ダイオードのＧａＮを成長させる基板として使われましたが、大型基板を得るのは難しいので、ディスプレイ用基板として使うのは難しかったと思われます。

　そうこうしてＴＦＴの実用化は難航していましたが、最初のＴＦＴの提案から20年近く経った1970年代の終わりになってようやく実用化に向けて大きな転機を迎えることになります。

(1)特公平40-16459号