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JP2006234738A - Substrate for measuring carrier mobility of semiconductor thin film, measuring apparatus and measuring method - Google Patents

Substrate for measuring carrier mobility of semiconductor thin film, measuring apparatus and measuring method Download PDF

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JP2006234738A JP2005052968A JP2005052968A JP2006234738A JP 2006234738 A JP2006234738 A JP 2006234738A JP 2005052968 A JP2005052968 A JP 2005052968A JP 2005052968 A JP2005052968 A JP 2005052968A JP 2006234738 A JP2006234738 A JP 2006234738A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate, a device, and a method for measuring carrier mobility, which can measure a semiconductor thin film along in-plane directions in a state similar to an actual usage, easily and accurately at a low cost. <P>SOLUTION: The substrate 10 for measuring the carrier mobility comprises: a board 11 which transmits exciting light; a light blocking layer 12 which is formed on the board 11 and has an aperture 13 in its portion; a first electrode 14 which is disposed so as to be adjacent to the aperture 13 or to cover a portion of the aperture 13; and a second electrode 15 which is formed on the light blocking layer 12 and disposed at a prescribed spacing from the first electrode 14. In the case the light blocking layer 12 is conductive, it is preferable that an insulating layer 16 is disposed in order to prevent the light blocking layer 12 from coming into electric contact with the electrodes 14, 15. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体薄膜のキャリア移動度の測定用基板、キャリア移動度の測定装置、及びその測定方法に関する。   The present invention relates to a carrier mobility measuring substrate for a semiconductor thin film, a carrier mobility measuring device, and a measuring method thereof.

半導体のキャリア移動度(電荷移動度ともいう)は、半導体を用いた各種デバイスを作製し、動作させる上で極めて重要なパラメータであり、特に電子デバイスの設計においては、その測定は必要不可欠である。半導体、特に発光素子や薄膜トランジスタ等に使用される有機半導体のキャリア移動度の測定方法として、タイムオブフライト法(以下、TOF法という。)が報告されている(例えば非特許文献1を参照)。   Semiconductor carrier mobility (also referred to as charge mobility) is an extremely important parameter for fabricating and operating various devices using semiconductors, and measurement is indispensable especially in the design of electronic devices. . A time-of-flight method (hereinafter referred to as TOF method) has been reported as a method for measuring the carrier mobility of semiconductors, particularly organic semiconductors used in light-emitting elements, thin film transistors, and the like (see, for example, Non-Patent Document 1).

図11は、TOF法の原理を示した概略断面図である。TOF法は、半導体111を透明電極112と電極113とで挟んだ構造の測定用セル110を用い、キャリア移動度は、その測定用セル110に直流電源114、負荷抵抗115及びデジタルオシロスコープ116を接続した装置で測定される。こうしたTOF法は、半導体111に電圧を印加した状態で、透明電極112側からパルス状の励起光117を照射し、その励起光117により生成したキャリア(電子又は正孔)が電極113に向かってドリフトするときの電流の時間的変化をデジタルオシロスコープ116で測定する方法である。ここで、電流の時間的変化からキャリア移動度を精度よく測定するためには、観測される過渡光電流の由来となるキャリアが試料中で発生する際におけるキャリア発生分布が明確になっていることが望ましい。すなわち、励起光によって発生するキャリアの分布が、透明電極の近傍の厚さ方向で十分に薄いことが必要であり、励起光波長の浸透長の10倍程度の厚さを半導体111の厚さとして設ける必要がある。そうした半導体の厚さとしては、現実的には10μm程度が必要とされている。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the principle of the TOF method. In the TOF method, a measurement cell 110 having a structure in which a semiconductor 111 is sandwiched between a transparent electrode 112 and an electrode 113 is used. For carrier mobility, a DC power source 114, a load resistor 115, and a digital oscilloscope 116 are connected to the measurement cell 110. Measured with the device. In such a TOF method, pulsed excitation light 117 is irradiated from the transparent electrode 112 side while a voltage is applied to the semiconductor 111, and carriers (electrons or holes) generated by the excitation light 117 are directed toward the electrode 113. This is a method of measuring a temporal change in current when drifting with the digital oscilloscope 116. Here, in order to accurately measure the carrier mobility from the temporal change in current, the carrier generation distribution when the carrier that is the source of the observed transient photocurrent is generated in the sample must be clear. Is desirable. That is, the distribution of carriers generated by the excitation light needs to be sufficiently thin in the thickness direction near the transparent electrode, and the thickness of the semiconductor 111 is about 10 times the penetration length of the excitation light wavelength. It is necessary to provide it. As the thickness of such a semiconductor, about 10 μm is actually required.

以上は半導体の膜厚方向の電荷輸送を観察する例だが、膜面内の過渡光電流を観測する試みとして、図12のような手法が知られている(例えば非特許文献2を参照)。この場合、電圧が印加された半導体薄膜121の広い範囲が励起光127で照射されているため、過渡光電流として観測される光生成電荷が初期状態に膜中に広く分布する。そのため、両電極122,123の間を流れる過渡光電流の総量を観測することはできるが、キャリア移動度を定量的に観測することは難しい。なお、符号128は励起光を透過する基板である。   The above is an example of observing charge transport in the film thickness direction of a semiconductor. However, as an attempt to observe transient photocurrent in the film surface, a technique as shown in FIG. 12 is known (for example, see Non-Patent Document 2). In this case, since a wide range of the semiconductor thin film 121 to which a voltage is applied is irradiated with the excitation light 127, photogenerated charges observed as transient photocurrents are widely distributed in the film in the initial state. Therefore, although the total amount of transient photocurrent flowing between the electrodes 122 and 123 can be observed, it is difficult to quantitatively observe the carrier mobility. Reference numeral 128 denotes a substrate that transmits excitation light.

図13は、上記のTOF法を一部変更した従来の変形TOF法の原理を示した概略断面図である。この変形TOF法は、パルス状の励起光をレンズで集光し、集光された励起光137を第1電極132の端部近傍に位置する半導体薄膜131に照射し、その照射により半導体薄膜131中の集光箇所で発生したキャリアが第2電極133までドリフトする際の電流の時間変化を測定する方法である(例えば、非特許文献3及び特許文献1を参照)。この変形TOF法においては、発生した個々のキャリアが第2電極133までドリフトする距離を一定にして移動度の算出を容易にするために、キャリアの発生領域を第1電極132の端部近傍としている。なお、符号138は励起光を透過する基板である。
R.G.Kepler, Phys.Rev. Vol.119, p1226 (1960) Masatoshi Kitamura, Tadahiro Imada, Satoshi Kako and Yasuhiko Arakawa, Jpn. J. Appl. Phys. Vol.43, p2326 (2004) 日経産業新聞、2003年12月2日記事 特開2004−311541号公報
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the principle of a conventional modified TOF method in which the TOF method is partially changed. In this modified TOF method, pulsed excitation light is collected by a lens, and the condensed excitation light 137 is irradiated to the semiconductor thin film 131 located in the vicinity of the end of the first electrode 132, and the semiconductor thin film 131 is irradiated by the irradiation. This is a method of measuring a time change of current when carriers generated at a condensing point drift to the second electrode 133 (see, for example, Non-Patent Document 3 and Patent Document 1). In this modified TOF method, the carrier generation region is set near the end of the first electrode 132 in order to facilitate the calculation of mobility while keeping the distance at which each generated carrier drifts to the second electrode 133 constant. Yes. Reference numeral 138 denotes a substrate that transmits excitation light.
RGKepler, Phys. Rev. Vol. 119, p1226 (1960) Masatoshi Kitamura, Tadahiro Imada, Satoshi Kako and Yasuhiko Arakawa, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 43, p2326 (2004) Nikkei Business Daily, December 2, 2003 article JP 2004-315441 A

上記のTOF法では、最低でも10μm程度の厚さの半導体薄膜が必要とされているが、一般的な半導体材料においてはそのような厚い膜を得ることが困難な場合もあり、更に膜厚が厚いときと薄いときとで膜質や粒界の影響を受けて異なったキャリア移動度を示すこともある。そのため、上記TOF法で得られたキャリア移動度は、測定に供する半導体材料によっては、実際の使用形態における半導体薄膜のキャリア移動度とは必ずしも一致しない可能性がある。更に、実際のデバイス動作において、キャリアのドリフトは半導体薄膜の厚さ方向ではなく面内方向になる場合があるが、従来のTOF法では、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を測定できないという難点があり、この点でも、測定に供する半導体材料によっては、実際の使用形態における半導体薄膜のキャリア移動度とは必ずしも一致しない可能性がある。   In the above TOF method, a semiconductor thin film having a thickness of at least about 10 μm is required. However, in general semiconductor materials, it may be difficult to obtain such a thick film. Depending on the film quality and grain boundaries, the carrier mobility may be different depending on whether it is thick or thin. For this reason, the carrier mobility obtained by the TOF method may not necessarily match the carrier mobility of the semiconductor thin film in the actual usage pattern depending on the semiconductor material used for the measurement. Furthermore, in actual device operation, carrier drift may be in the in-plane direction rather than the thickness direction of the semiconductor thin film, but the conventional TOF method cannot measure the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film. Even in this respect, depending on the semiconductor material used for the measurement, there is a possibility that the carrier mobility of the semiconductor thin film in the actual usage pattern does not necessarily match.

一方、変形TOF法においては、キャリアの発生領域を第1電極の端部近傍としているので、電極の端部近傍の半導体薄膜にのみ、ビーム径の小さな励起光を正確に照射する必要がある。そのため、複数個のレンズ又は鏡を用いた複雑な集光光学系や、高精度で高価な基板位置制御装置が必要になるという難点がある。また、変形TOF法では、集光された励起光の照射により狭い範囲でキャリアの生成が起こるが、観測可能な光電流信号を得るためには励起光の強度を高める必要があえう。しかし、励起光の強度を高めると、照射領域で空間電荷が形成され、正確な移動度の測定が困難になるという問題も発生する。   On the other hand, in the modified TOF method, since the carrier generation region is in the vicinity of the end of the first electrode, it is necessary to accurately irradiate only the semiconductor thin film in the vicinity of the end of the electrode with excitation light having a small beam diameter. Therefore, there is a problem that a complicated condensing optical system using a plurality of lenses or mirrors and a highly accurate and expensive substrate position control device are required. In the modified TOF method, carriers are generated in a narrow range by irradiation of the condensed excitation light. However, in order to obtain an observable photocurrent signal, it is necessary to increase the intensity of the excitation light. However, when the intensity of the excitation light is increased, a space charge is formed in the irradiation region, which causes a problem that accurate mobility measurement becomes difficult.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、実際の使用形態に近い半導体薄膜を面内方向で測定できると共に、簡単且つ低コストで正確に測定することができる、キャリア移動度測定用基板、測定装置及び測定方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its object is to be able to measure a semiconductor thin film close to an actual usage pattern in the in-plane direction, and to measure easily and accurately at a low cost. An object of the present invention is to provide a carrier mobility measurement substrate, a measurement apparatus, and a measurement method.

上記課題を解決するため、第1の観点に係る本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板は、励起光を透過する基板と、当該基板上に形成されその一部に開口部を有する遮光層と、前記開口部に隣接して又は前記開口部の一部を覆う第1電極と、前記遮光層上に形成され前記第1電極から所定の間隔で設けられた第2電極とを有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to the first aspect of the present invention includes a substrate that transmits excitation light, and a light shield that is formed on the substrate and has an opening in a part thereof. A layer, a first electrode that is adjacent to the opening or covers a part of the opening, and a second electrode that is formed on the light-shielding layer and provided at a predetermined interval from the first electrode. It is characterized by.

この発明に係る測定用基板は、励起光が照射されることによりキャリアが発生し易い半導体薄膜のキャリア移動度の測定に好ましく用いられる。この発明によれば、開口部に隣接して又は前記開口部の一部を覆うように第1電極が形成されているので、この測定用基板に半導体薄膜を形成して前記の基板側から励起光を照射すれば、その開口部上の半導体薄膜でキャリアを発生させることができる。発生したキャリアは、形成された半導体薄膜内を第2電極に向かって移動するので、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を測定でき、実際に用いる素子に近い形態での面内方向のキャリア移動度を簡便且つ正確に測定することができる。   The measurement substrate according to the present invention is preferably used for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film in which carriers are likely to be generated when irradiated with excitation light. According to the present invention, the first electrode is formed so as to be adjacent to the opening or to cover a part of the opening. Therefore, the semiconductor thin film is formed on the measurement substrate and excited from the substrate side. When light is irradiated, carriers can be generated in the semiconductor thin film over the opening. Since the generated carriers move in the formed semiconductor thin film toward the second electrode, the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film can be measured, and in the in-plane direction in a form close to the element actually used. Carrier mobility can be measured easily and accurately.

本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板においては、前記第1電極及び第2電極と、前記遮光層及びその一部に有する開口部との間に、励起光を透過する絶縁層が形成されていることを特徴とする。   In the substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to the present invention, an insulating layer that transmits excitation light is formed between the first electrode and the second electrode, and the light shielding layer and an opening formed in a part thereof. It is characterized by being.

この発明によれば、各電極と遮光層との間に、励起光を透過する絶縁層を設けたので、遮光層として例えばクロム薄膜等の導電性の遮光層を形成した場合であっても、導電性の遮光層と両電極とが接触しない。その結果、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を簡便且つ正確に測定することができる。   According to this invention, since the insulating layer that transmits the excitation light is provided between each electrode and the light shielding layer, even when a conductive light shielding layer such as a chromium thin film is formed as the light shielding layer, The conductive light shielding layer and the two electrodes do not contact each other. As a result, the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film can be measured easily and accurately.

上記課題を解決するため、第2の観点に係る本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板は、励起光を透過する基板と、当該基板上に形成された第1電極と、前記基板と第1電極との間に又は前記第1電極の上に形成された電荷発生層と、前記基板上に形成され前記第1電極から所定の間隔で設けられた第2の電極とを有し、前記電荷発生層が、前記励起光が照射されることになる側に光学的に露出していることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to a second aspect of the present invention includes a substrate that transmits excitation light, a first electrode formed on the substrate, and the substrate. A charge generation layer formed between or on the first electrode and a second electrode formed on the substrate and provided at a predetermined interval from the first electrode; The charge generation layer is optically exposed to a side to be irradiated with the excitation light.

この発明に係る測定用基板は、励起光が照射されてもキャリアが発生し難い半導体薄膜のキャリア移動度の測定に好ましく用いられる。この発明によれば、基板と第1電極との間に又は前記第1電極の上に電荷発生層が形成されているので、この測定用基板に半導体薄膜を形成して励起光を照射すれば、その電荷発生層でキャリアを発生させることができる。発生したキャリアは、形成された半導体薄膜内を第2電極に向かって移動するので、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を測定でき、実際に近い形態での面内方向のキャリア移動度を簡便且つ正確に測定することができる。   The measurement substrate according to the present invention is preferably used for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film in which carriers are hardly generated even when irradiated with excitation light. According to this invention, since the charge generation layer is formed between the substrate and the first electrode or on the first electrode, if a semiconductor thin film is formed on the measurement substrate and irradiated with excitation light, The carriers can be generated in the charge generation layer. Since the generated carriers move in the formed semiconductor thin film toward the second electrode, the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film can be measured, and the carrier mobility in the in-plane direction in a form close to the actual one. Can be measured easily and accurately.

上記第1及び第2の観点に係る本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板において、前記第1電極と第2電極とが、対向配置されていることを特徴とする。   The substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to the first and second aspects of the present invention is characterized in that the first electrode and the second electrode are arranged to face each other.

上記第1及び第2の観点に係る本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板において、前記第1電極と第2電極とが対向配置された同一の単位構造が、前記基板上に複数形成されていることを特徴とする。   In the substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to the first and second aspects of the present invention, a plurality of the same unit structures in which the first electrode and the second electrode are arranged to face each other are formed on the substrate. It is characterized by being.

この発明によれば、キャリア移動度を測定する同一の単位構造が複数形成されているので、キャリア移動度測定用基板に半導体薄膜を形成した後に励起光を照射すれば、複数の箇所でキャリアを発生させてキャリア移動度を計測できる。その結果、測定される電流値を大きくできるので、より信頼性に優れたデータを得ることができる。   According to the present invention, a plurality of the same unit structures for measuring the carrier mobility are formed. Therefore, if the excitation light is irradiated after forming the semiconductor thin film on the carrier mobility measurement substrate, the carriers are emitted at a plurality of locations. It can be generated to measure carrier mobility. As a result, the measured current value can be increased, so that data with higher reliability can be obtained.

上記課題を解決するため、本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定装置は、上記第1又は第2の観点に係る本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板と、当該キャリア移動度測定用基板に励起光を照射する光照射部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第1電極に接続された電源部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第2電極に接続された電流測定部とを少なくとも備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a carrier mobility measuring device for a semiconductor thin film according to the present invention includes a substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to the first or second aspect, and the carrier mobility measuring substrate. A light irradiation unit for irradiating the substrate with excitation light, a power supply unit connected to a first electrode of the carrier mobility measurement substrate, and a current measurement connected to a second electrode of the carrier mobility measurement substrate And at least a portion.

上記課題を解決するため、本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定方法は、上記第1又は第2の観点に係る本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板と、当該キャリア移動度測定用基板に励起光を照射する光照射部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第1電極に接続された電源部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第2電極に接続された電流測定部とを少なくとも備えるキャリア移動度測定装置を用いた半導体薄膜のキャリア移動度測定方法であって、前記キャリア移動度測定用基板上に被測定材料である半導体薄膜を形成する工程と、半導体薄膜が形成されたキャリア移動度測定用基板に前記光照射部から励起光を照射する工程と、前記電流測定部で得られた電流の時間的変化を測定する工程とを含むことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to the present invention includes a substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to the first or second aspect, and the carrier mobility measuring method. A light irradiation unit for irradiating the substrate with excitation light, a power supply unit connected to a first electrode of the carrier mobility measurement substrate, and a current measurement connected to a second electrode of the carrier mobility measurement substrate A method for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film using a carrier mobility measuring device comprising at least a unit, the step of forming a semiconductor thin film as a material to be measured on the carrier mobility measuring substrate, Irradiating the formed carrier mobility measurement substrate with excitation light from the light irradiation unit, and measuring a temporal change in the current obtained by the current measurement unit. To.

以上のように、本発明のキャリア移動度測定用基板によれば、その測定用基板上に形成される半導体薄膜のキャリア発生位置と発生したキャリアの移動距離とが決定されるので、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を正確に測定でき、実際に近い形態での面内方向のキャリア移動度を簡便且つ正確に測定することができる。しかも、複雑な光学系や高価な基板位置制御装置が不要なので、簡便で低コストな測定系を構成できる。   As described above, according to the carrier mobility measurement substrate of the present invention, the carrier generation position of the semiconductor thin film formed on the measurement substrate and the movement distance of the generated carrier are determined. The carrier mobility in the in-plane direction can be accurately measured, and the carrier mobility in the in-plane direction in a form close to the actual can be measured easily and accurately. In addition, since a complicated optical system and an expensive substrate position control device are not required, a simple and low-cost measurement system can be configured.

本発明のキャリア移動度測定装置及び測定方法によれば、本発明のキャリア移動度測定用基板を用いるので、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を正確に測定することができると共に、複雑な光学系や高価な基板位置制御装置が不要なので、簡便で低コストな測定装置を構成できる。   According to the carrier mobility measuring apparatus and measuring method of the present invention, since the carrier mobility measuring substrate of the present invention is used, it is possible to accurately measure the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film and Since a simple optical system and an expensive substrate position control device are unnecessary, a simple and low-cost measuring device can be configured.

以下、本発明の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板、測定装置及び測定方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は本発明の説明のために挙げたものであり、本発明の技術的範囲が以下の説明及び図面に限定されるものではない。   Hereinafter, a substrate for measuring carrier mobility, a measuring apparatus, and a measuring method of a semiconductor thin film of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are given for the purpose of describing the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the following description and drawings.

(キャリア移動度測定用基板:第1実施形態)
図1は、本発明のキャリア移動度測定用基板の例を示す図である。図1において、(a)はその一形態の平面図であり、(b)はその断面図であり、(c)は他の形態の部分平面図であり、(d)はその断面図である。この形態に係るキャリア移動度測定用基板10は、励起光によりキャリアが発生し易い半導体薄膜のキャリア移動度測定に好ましく用いられるものであり、励起光を透過する基板11と、基板11上に形成されその一部に開口部13を有する遮光層12と、開口部13に隣接して又は開口部13の一部を覆う第1電極14と、遮光層12上に形成され前記第1電極14から所定の間隔で設けられた第2電極15とを有している。
(Carrier mobility measurement substrate: first embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a carrier mobility measurement substrate according to the present invention. In FIG. 1, (a) is a plan view of one embodiment, (b) is a sectional view thereof, (c) is a partial plan view of another embodiment, and (d) is a sectional view thereof. . The carrier mobility measurement substrate 10 according to this embodiment is preferably used for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film in which carriers are easily generated by excitation light, and is formed on the substrate 11 that transmits the excitation light. A light shielding layer 12 having an opening 13 in a part thereof, a first electrode 14 adjacent to or covering a part of the opening 13, and formed on the light shielding layer 12 from the first electrode 14. And a second electrode 15 provided at a predetermined interval.

基板11は、励起光を透過することができる基板であれば特に限定されず、その例としては、ガラス基板、石英基板、樹脂基板等を挙げることができる。なお、いずれの基板を選ぶかは、励起光の波長により任意に選択される。基板11の厚さも特に限定されないが、励起光の透過性や機械的強度等の観点から、通常0.7〜1.1mm程度のものが用いられる。   The substrate 11 is not particularly limited as long as it can transmit excitation light, and examples thereof include a glass substrate, a quartz substrate, and a resin substrate. Note that which substrate is selected is arbitrarily selected according to the wavelength of the excitation light. Although the thickness of the substrate 11 is not particularly limited, a thickness of about 0.7 to 1.1 mm is usually used from the viewpoints of excitation light transmittance, mechanical strength, and the like.

遮光層12は、基板11上に設けられ、その基板11側から照射された励起光を所定の部位に照射させるための開口部13を有する形態で設けられる。遮光層12の構成材料としては、クロム、タンタル等の遮光性を有する金属、アクリル系、ポリイミド系等の遮光層形成用樹脂材料、遮光層形成用材料となり得るフォトレジスト材料、又は無機材料等を挙げることができる。いずれの材料を選ぶかは、成膜のし易さや励起光の波長等により任意に選択される。遮光層12の厚さは、励起光を十分に遮光できる厚さであればよく、その厚さは各種の材料により異なるので一概には言えないが、通常0.5〜2μm程度である。   The light shielding layer 12 is provided on the substrate 11 and is provided in a form having an opening 13 for irradiating a predetermined portion with excitation light irradiated from the substrate 11 side. As a constituent material of the light shielding layer 12, a light-shielding metal such as chromium and tantalum, a resin material for forming a light shielding layer such as acrylic or polyimide, a photoresist material that can be a material for forming the light shielding layer, an inorganic material, or the like. Can be mentioned. Which material is selected is arbitrarily selected depending on the ease of film formation, the wavelength of excitation light, and the like. The thickness of the light shielding layer 12 may be a thickness that can sufficiently shield the excitation light, and the thickness varies depending on various materials and cannot be generally described, but is usually about 0.5 to 2 μm.

なお、遮光層12が導電性を有する場合、すなわち遮光層12がクロムやタンタル等の金属で形成されている場合には、遮光層12とその一部に形成された開口部13とを覆うように、絶縁層16が形成されていることが好ましい(後述する図2を参照。詳細は後述する)。図1に示すキャリア移動度測定用基板10は、遮光層12が導電性を有しない場合の構成を示している。   When the light shielding layer 12 is conductive, that is, when the light shielding layer 12 is formed of a metal such as chromium or tantalum, the light shielding layer 12 and the opening 13 formed in a part thereof are covered. In addition, an insulating layer 16 is preferably formed (see FIG. 2 described later, details will be described later). The carrier mobility measurement substrate 10 shown in FIG. 1 shows a configuration in the case where the light shielding layer 12 does not have conductivity.

開口部13は、キャリア移動度測定の際に基板11側から照射される励起光を透過することができる部位であり、遮光層12の一部に形成されている。開口部13の平面視形状は特に限定されないが、例えば図1に示すようなスリット形状等を例示できる。スリット形状からなる開口部13の寸法は、スリット長Aとして例えば0.5〜10mm、好ましくは1〜4mm程度とすることができ、また、スリット幅Bとして例えば0.5〜5μm、好ましくは1〜2μm程度とすることができる。これらのうち、スリット長Aについては、基板11上における励起光の照射領域の面積と同等又はそれ以下にすることが好ましく、光励起による過渡光電流成分が大きくなるように設定される。一方、スリット長Bについては、少なくとも後述の第1電極14の端部から、第2電極15までの距離の1/10以下の領域に光励起キャリアの発生位置が限定配置されるように設定される。   The opening 13 is a part capable of transmitting excitation light irradiated from the substrate 11 side when measuring carrier mobility, and is formed in a part of the light shielding layer 12. Although the planar view shape of the opening part 13 is not specifically limited, For example, the slit shape as shown in FIG. 1 etc. can be illustrated. The dimension of the opening 13 having a slit shape can be set to, for example, about 0.5 to 10 mm, preferably about 1 to 4 mm as the slit length A, and the slit width B can be set to about 0.5 to 5 μm, preferably 1 It can be set to about ˜2 μm. Among these, the slit length A is preferably equal to or less than the area of the excitation light irradiation region on the substrate 11 and is set so that the transient photocurrent component due to photoexcitation becomes large. On the other hand, the slit length B is set so that the generation positions of photoexcited carriers are limitedly arranged in an area that is at least 1/10 or less of the distance from the end of the first electrode 14 described later to the second electrode 15. .

本発明の測定用基板においては、長いスリット長Aと短いスリット幅Bとからなる開口部13を形成すると共に第1電極14の端部が開口部13を覆うことによって、輸送長に対して、スリット長Aよりも更に微細な幅のスリットを形成することができる。その結果、光励起によって生成したキャリアの発生位置が明確に規定されることになり、過渡光電流において該キャリアが第2電極に到達する時刻を高い信頼度で観測することができる。このことによって、キャリア移動度を精度よく測定することができる。   In the measurement substrate of the present invention, the opening 13 composed of the long slit length A and the short slit width B is formed and the end of the first electrode 14 covers the opening 13, so that the transport length is A slit having a finer width than the slit length A can be formed. As a result, the generation position of the carriers generated by photoexcitation is clearly defined, and the time at which the carriers reach the second electrode in the transient photocurrent can be observed with high reliability. Thus, the carrier mobility can be measured with high accuracy.

開口部13は、例えば、全面に形成された後の遮光層12を、フォトリソグラフィプロセス、プラズマを用いたドライエッチング、溶液を用いたウェットエッチング等を適宜用いて形成される。また、開口部13を、遮光層12を形成するのと同時に形成することもでき、例えば、リフトオフ法により、遮光層12の形成材料を選択的に成膜させ、遮光層12と開口部13とを同時に形成することができる。   For example, the opening 13 is formed by appropriately using the light shielding layer 12 formed on the entire surface by a photolithography process, dry etching using plasma, wet etching using a solution, or the like. Further, the opening 13 can be formed simultaneously with the formation of the light shielding layer 12. For example, a material for forming the light shielding layer 12 is selectively formed by a lift-off method, and the light shielding layer 12 and the opening 13 are formed. Can be formed simultaneously.

第1電極14は、キャリア移動度の測定における電圧印加用の電極であり、図1(a)(b)に示すように、開口部13の一部を覆うように形成される。例えば、第1電極14を、スリット状の開口部13の一部にその長手方向にわたって覆った形状とすることができる。また、第1電極14は、図1(c)(d)に示すように、開口部13を覆わないように、その開口部13に隣接して形成されたものであってもよい。例えば、第1電極14を、スリット状の開口部13の縁(第2電極側ではない側の縁)に沿った形状とすることができる。第1電極14の形成材料としては、金、アルミニウム、クロム、タンタル等の金属、アルミニウム−ネオジウム合金等の合金、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリスチレンスルフォネート等の導電性高分子等を使用することができる。なお、第1電極14は、暗電流成分の電荷注入によって電界の再分配による解析の困難化を避けるために、被測定材料である半導体薄膜と測定対象であるキャリア種についてはブロッキング接触であることが望ましい。   The first electrode 14 is an electrode for applying a voltage in the measurement of carrier mobility, and is formed so as to cover a part of the opening 13 as shown in FIGS. For example, the 1st electrode 14 can be made into the shape which covered a part of slit-like opening part 13 over the longitudinal direction. Moreover, the 1st electrode 14 may be formed adjacent to the opening part 13 so that the opening part 13 may not be covered as shown in FIG.1 (c) (d). For example, the 1st electrode 14 can be made into the shape along the edge (edge of the side which is not the 2nd electrode side) of the slit-shaped opening part 13. As shown in FIG. As a material for forming the first electrode 14, a metal such as gold, aluminum, chromium, and tantalum, an alloy such as an aluminum-neodymium alloy, a conductive polymer such as polyaniline, polyethylenedioxythiophene, and polystyrene sulfonate are used. be able to. The first electrode 14 is a blocking contact between the semiconductor thin film as the material to be measured and the carrier type to be measured in order to avoid difficulty in analysis due to electric field redistribution due to charge injection of the dark current component. Is desirable.

第2電極15は、キャリア移動度の測定における電流測定用の電極であり、第1電極14と電気的に独立するように、遮光層12上に第1電極から所定の間隔で形成されている。第2電極15の形成材料としては、上記の第1電極14と同じ材料を用いることができる。なお、この第2電極15は、第1電極と同じ材料で形成されることが便利であるが、独立に形成したものであってもよく、不透明であっても透明であっても構わない。   The second electrode 15 is an electrode for current measurement in the measurement of carrier mobility, and is formed on the light shielding layer 12 at a predetermined interval from the first electrode so as to be electrically independent of the first electrode 14. . As a material for forming the second electrode 15, the same material as that of the first electrode 14 can be used. The second electrode 15 is conveniently formed of the same material as the first electrode, but may be formed independently, and may be opaque or transparent.

第1電極14と第2電極15とは、所定の間隔を隔てて対向配置されていることが好ましく、具体的には図1に示すように、対向する側の電極縁部が平行になるように形成されていることが好ましい。両電極は同じ工程で形成されることが便利であり、例えば遮光層12(開口部13を含む)上の全面に電極用材料からなる層を形成した後、フォトリソグラフィプロセス、プラズマを用いたドライエッチング、溶液を用いたウェットエッチング等を適宜用い、それぞれの電極14,15が形成される。こうしたプロセスで形成された第1電極14と第2電極15は、その厚さが同じになり、通常0.1〜0.3μm程度の厚さで形成される。   The first electrode 14 and the second electrode 15 are preferably arranged to face each other at a predetermined interval. Specifically, as shown in FIG. 1, the electrode edges on the opposite sides are parallel to each other. It is preferable to be formed. It is convenient to form both electrodes in the same process. For example, after a layer made of an electrode material is formed on the entire surface of the light shielding layer 12 (including the opening 13), a photolithography process or a dry process using plasma is performed. The electrodes 14 and 15 are formed by appropriately using etching, wet etching using a solution, or the like. The first electrode 14 and the second electrode 15 formed by such a process have the same thickness, and are usually formed with a thickness of about 0.1 to 0.3 μm.

第1電極14と第2電極15との間隔は、対向する側の平行な電極縁部の距離で表され、その距離は特に限定されないが、例えば5〜50μmの範囲内となるように形成される。距離の設定は、使用する半導体薄膜の特性を考慮して行うことが望ましい。   The distance between the first electrode 14 and the second electrode 15 is represented by the distance between the parallel electrode edges on the opposite side, and the distance is not particularly limited, but is formed to be in the range of 5 to 50 μm, for example. The It is desirable to set the distance in consideration of the characteristics of the semiconductor thin film to be used.

例えば、キャリア移動度の大きな半導体薄膜ではドリフト時間が短くなって測定が困難になることがあり、その場合には、距離が長めに設定されたものであることが好ましい。なお、このような場合、従来のTOF法では電極間に形成する半導体を更に厚くする必要があり、測定試料の作製が困難であったが、本発明においては、電極間の距離を長くすればよく、様々な種類の半導体薄膜のキャリア移動度を測定することが可能である。一方で、電極間の距離を長くするに従い、半導体薄膜に特定の電界を印加するために必要とされる電源電圧は大きくなるが、実用的には容易に10V/μm程度の電界強度が得られる電極間距離に設定することが好ましい。   For example, in a semiconductor thin film having a high carrier mobility, the drift time may be shortened and measurement may be difficult. In that case, it is preferable that the distance is set longer. In such a case, in the conventional TOF method, it is necessary to further increase the thickness of the semiconductor formed between the electrodes, and it is difficult to produce a measurement sample. However, in the present invention, if the distance between the electrodes is increased. Well, it is possible to measure the carrier mobility of various types of semiconductor thin films. On the other hand, as the distance between the electrodes is increased, the power supply voltage required for applying a specific electric field to the semiconductor thin film is increased, but an electric field strength of about 10 V / μm can be easily obtained practically. It is preferable to set the distance between the electrodes.

形成される半導体薄膜としては、発光素子や薄膜トランジスタ等に使用される有機半導体材料からなる半導体薄膜であることが好ましく、例えばその有機半導体材料としては、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(TPD)、ポリ―N―ビニルカルバゾール(PVK)、ポリチオフェン、ペンタセン、オキサジアゾール(PBD)、トリアゾール誘導体(TAZ)等の、電子輸送材料や正孔輸送材料等を挙げることができる。こうした半導体薄膜は、その材料形態によっても異なるが、真空蒸着法やスピンコート法等によって形成される。半導体薄膜の厚さは特に限定されないが、励起光が照射されることにより十分な量のキャリアが発生できるだけの厚さであればよく、例えば10〜500nm程度の厚さであればよい。   The semiconductor thin film to be formed is preferably a semiconductor thin film made of an organic semiconductor material used for a light emitting element, a thin film transistor or the like. For example, as the organic semiconductor material, N, N′-bis (3-methylphenyl) is used. -N, N'-diphenylbenzidine (TPD), poly-N-vinylcarbazole (PVK), polythiophene, pentacene, oxadiazole (PBD), triazole derivative (TAZ), electron transport materials, hole transport materials, etc. Can be mentioned. Such a semiconductor thin film is formed by a vacuum deposition method, a spin coating method, or the like, although it varies depending on the material form. The thickness of the semiconductor thin film is not particularly limited, but may be a thickness that can generate a sufficient amount of carriers when irradiated with excitation light, for example, a thickness of about 10 to 500 nm.

(キャリア移動度測定用基板:第2実施形態)
図2は、本発明のキャリア移動度測定用基板の他の一例を示す図であり、(a)は平面図であり、(b)はその断面図である。この形態に係るキャリア移動度測定用基板20も上記同様、励起光が照射されることによりキャリアが発生し易い半導体薄膜のキャリア移動度の測定に好ましく用いられるものであり、励起光を透過する基板11と、基板11上に形成されその一部に開口部13を有する遮光層12と、開口部13に隣接して又は開口部13の一部を覆う第1電極14と、遮光層12上に形成され前記第1電極14から所定の間隔で設けられた第2電極15とを有している。特にこの形態の特徴は、第1電極及び第2電極と、遮光層12及びその一部に有する開口部13との間に、励起光を透過する絶縁層16が形成されていることにある。なお、基板11、遮光層12、開口部13、第1電極14及び第2電極15についての詳細は上述したので、ここでは省略する。
(Carrier mobility measurement substrate: second embodiment)
2A and 2B are diagrams showing another example of the carrier mobility measurement substrate of the present invention, in which FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view thereof. Similarly to the above, the carrier mobility measuring substrate 20 according to this embodiment is also preferably used for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film that easily generates carriers when irradiated with excitation light, and is a substrate that transmits excitation light. 11, a light shielding layer 12 formed on the substrate 11 and having an opening 13 in a part thereof, a first electrode 14 adjacent to or covering a part of the opening 13, and the light shielding layer 12 And a second electrode 15 formed at a predetermined interval from the first electrode 14. In particular, this embodiment is characterized in that an insulating layer 16 that transmits excitation light is formed between the first electrode and the second electrode, and the light shielding layer 12 and the opening 13 provided in a part thereof. The details of the substrate 11, the light shielding layer 12, the opening 13, the first electrode 14, and the second electrode 15 have been described above, and are omitted here.

絶縁層16は、遮光層13が導電性を有する場合に遮光層13と電極との電気的接触を防止するために好ましく設けられる層であるが、遮光層13が導電性を有していない場合に設けられていても構わない。この絶縁層16は、図2に示すように、遮光層12とその一部に形成された開口部13とを覆うように形成される。絶縁層16の形成材料としては、励起光を透過する材料であり、SiO、Ta等の無機酸化物、LiF、MgF等の無機フッ化物、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等の有機化合物、等が励起光の波長によって選択して使用可能である。 The insulating layer 16 is a layer preferably provided to prevent electrical contact between the light shielding layer 13 and the electrode when the light shielding layer 13 has conductivity, but the light shielding layer 13 does not have conductivity. May be provided. As shown in FIG. 2, the insulating layer 16 is formed so as to cover the light shielding layer 12 and the opening 13 formed in a part thereof. The insulating layer 16 is formed of a material that transmits excitation light, such as inorganic oxides such as SiO 2 and Ta 2 O 5 , inorganic fluorides such as LiF and MgF 2 , cycloolefin polymers, polycarbonate, and polymethyl methacrylate. Organic compounds such as can be selected and used depending on the wavelength of the excitation light.

以上、図1及び図2に示す構成からなる本発明のキャリア移動度測定用基板10,20は、励起光が照射されることによりキャリアが発生し易い半導体薄膜のキャリア移動度の測定に好ましく用いられる。そして、本発明によれば、開口部13に隣接して又は開口部13の一部を覆うように第1電極14が形成されているので、このキャリア移動度測定用基板10,20に半導体薄膜を形成して基板側から励起光を照射すれば、その開口部13上の半導体薄膜でキャリアを発生させることができる。発生したキャリアは、形成された半導体薄膜内を第1電極14から第2電極15に向かって移動するので、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を測定でき、実際に半導体薄膜を用いる素子に近い形態での面内方向のキャリア移動度を簡便且つ正確に測定することができる。   As described above, the carrier mobility measuring substrates 10 and 20 of the present invention having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 are preferably used for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film in which carriers are easily generated when irradiated with excitation light. It is done. According to the present invention, since the first electrode 14 is formed so as to be adjacent to the opening 13 or to cover a part of the opening 13, a semiconductor thin film is formed on the carrier mobility measuring substrates 10 and 20. When the substrate is formed and irradiated with excitation light from the substrate side, carriers can be generated in the semiconductor thin film on the opening 13. Since the generated carriers move in the formed semiconductor thin film from the first electrode 14 toward the second electrode 15, the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film can be measured, and an element that actually uses the semiconductor thin film The carrier mobility in the in-plane direction can be measured easily and accurately.

(キャリア移動度測定用基板:第3及び第4実施形態)
図3及び図4は、本発明のキャリア移動度測定用基板のさらに他の例を示す図であり、それぞれ、(a)は平面図であり、(b)はその断面図である。この形態に係るキャリア移動度測定用基板30,40は、励起光が照射されてもキャリアが発生し難い半導体薄膜のキャリア移動度の測定に好ましく用いられるものであり、励起光を透過する基板11と、基板11上に形成された第1電極14と、基板11と第1電極14との間に又は第1電極14の上に形成された電荷発生層17と、基板11上に形成され第1電極14から所定の間隔で設けられた第2の電極15とを有し、その電荷発生層17が、励起光が照射されることになる側に光学的に露出していることに特徴がある。
(Carrier mobility measurement substrate: third and fourth embodiments)
3 and 4 are diagrams showing still another example of the carrier mobility measurement substrate of the present invention, wherein (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view thereof. The carrier mobility measurement substrates 30 and 40 according to this embodiment are preferably used for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film that hardly generates carriers even when irradiated with excitation light, and the substrate 11 that transmits excitation light. A first electrode 14 formed on the substrate 11, a charge generation layer 17 formed between or on the substrate 11 and the first electrode 14, and a first electrode formed on the substrate 11. And a second electrode 15 provided at a predetermined interval from one electrode 14, and the charge generation layer 17 is optically exposed to the side to be irradiated with excitation light. is there.

この形態の測定用基板30,40は、遮光層12及び開口部13が形成されていない点で図1及び図2に示した測定用基板10,20と相違している。すなわち、図1及び図2に示した測定用基板10,20は、励起光の照射によるキャリア発生部18を遮光層12と開口部13とによって特定しているのに対し、図3及び図4に示した測定用基板30,40は、励起光の照射によるキャリア発生部18を第1電極14の上又は下に設けられた電荷発生層17によって特定している。なお、基板11、第1電極14及び第2電極15についての詳細は上述したので、ここでは省略する。   The measurement substrates 30 and 40 of this embodiment are different from the measurement substrates 10 and 20 shown in FIGS. 1 and 2 in that the light shielding layer 12 and the opening 13 are not formed. That is, the measurement substrates 10 and 20 shown in FIG. 1 and FIG. 2 specify the carrier generation part 18 by the irradiation of excitation light by the light shielding layer 12 and the opening part 13, whereas FIG. 3 and FIG. The measurement substrates 30 and 40 shown in FIG. 1 specify the carrier generation part 18 by irradiation with excitation light by the charge generation layer 17 provided above or below the first electrode 14. The details of the substrate 11, the first electrode 14, and the second electrode 15 have been described above, and are omitted here.

電荷発生層17は、励起光が照射されることにより検出可能な電流変化をもたらすだけのキャリア発生材料で形成された層である。電荷発生層17は、上記の基板11と第1電極14との間に形成してもよいし(図3を参照)、上記の第1電極14の上にその第1電極14を覆うようにして形成してもよい(図4を参照)。なお、より詳細には、電荷発生層17は、少なくともその一部が第1電極14と第2電極15との間に存在していればよく、図3及び図4に示すように、電荷発生層17は、第1電極14の上又は下に設けられていることが好ましい。   The charge generation layer 17 is a layer formed of a carrier generation material that only causes a detectable current change when irradiated with excitation light. The charge generation layer 17 may be formed between the substrate 11 and the first electrode 14 (see FIG. 3), or the first electrode 14 may be covered on the first electrode 14. (See FIG. 4). In more detail, it is sufficient that at least a part of the charge generation layer 17 exists between the first electrode 14 and the second electrode 15, and as shown in FIGS. The layer 17 is preferably provided on or below the first electrode 14.

電荷発生層17の形成材料としては、例えば、フタロシアニン系顔料、ペリレン系顔料等が用いられ、それらの材料をシャドウマスクを介した真空蒸着法により形成した後に、又はスピンコート法や電着法等で形成した後に、フォトリソグラフィプロセス等によって所望のパターンに形成できる。   As a material for forming the charge generation layer 17, for example, phthalocyanine pigments, perylene pigments, and the like are used. After these materials are formed by a vacuum vapor deposition method using a shadow mask, a spin coating method, an electrodeposition method, or the like. After forming, the desired pattern can be formed by a photolithography process or the like.

こうした電荷発生層17が形成されたキャリア移動度測定用基板30,40は、励起光の照射によって発生する電流が微弱であるために光電流の過渡応答の観測が困難な半導体薄膜に対して好ましく用いられる。そうした半導体薄膜を形成する材料としては、蛍光性の強い材料一般を挙げることができる。このような場合の励起光としては、対照とする半導体薄膜自体が吸収を有さない波長の光を用い、その波長で効率よく電荷を発生する電荷発生層17を形成すれば、良好に電荷輸送特性を観測することができる。電荷発生層17で生成した多くのキャリアは、半導体薄膜内を移動して十分な大きさの過渡応答信号として測定される。このように、励起光に対して吸収を持たない半導体薄膜(電荷輸送層)のキャリア移動度の測定を、遮光層を設けることなく行うことができる。   The carrier mobility measurement substrates 30 and 40 on which the charge generation layer 17 is formed are preferable for a semiconductor thin film in which it is difficult to observe a transient response of the photocurrent because the current generated by the irradiation of excitation light is weak. Used. Examples of the material for forming such a semiconductor thin film include general fluorescent materials. As the excitation light in such a case, if the charge generation layer 17 that efficiently generates charges at that wavelength is formed by using light having a wavelength that the semiconductor thin film itself as a reference does not absorb, charge transport can be carried out satisfactorily. The characteristics can be observed. Many carriers generated in the charge generation layer 17 move in the semiconductor thin film and are measured as a sufficiently large transient response signal. Thus, the measurement of the carrier mobility of a semiconductor thin film (charge transport layer) that does not absorb excitation light can be performed without providing a light shielding layer.

以上、図3及び図4に示す構成からなる本発明のキャリア移動度測定用基板30,40は、励起光が照射されることによりキャリアが発生し難い半導体薄膜のキャリア移動度の測定に好ましく用いられる。そして、本発明によれば、基板11と第1電極14との間に又は第1電極14の上に、電荷発生層17が形成されているので、この測定用基板30に半導体薄膜を形成して励起光を照射すれば、その電荷発生層17でキャリアを発生させることができる。発生したキャリアは、形成された半導体薄膜内を第2電極15に向かって移動するので、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を測定でき、実際に近い形態での面内方向のキャリア移動度を簡便且つ正確に測定することができる。   As described above, the carrier mobility measuring substrates 30 and 40 of the present invention having the configuration shown in FIGS. 3 and 4 are preferably used for measuring the carrier mobility of a semiconductor thin film in which carriers are not easily generated when irradiated with excitation light. It is done. According to the present invention, since the charge generation layer 17 is formed between the substrate 11 and the first electrode 14 or on the first electrode 14, a semiconductor thin film is formed on the measurement substrate 30. Then, when the excitation light is irradiated, carriers can be generated in the charge generation layer 17. Since the generated carriers move in the formed semiconductor thin film toward the second electrode 15, the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film can be measured, and the carrier movement in the in-plane direction in a form close to the actual one. The degree can be measured easily and accurately.

(キャリア移動度測定用基板:第5実施形態)
図5は、本発明のキャリア移動度測定用基板の他の形態の一例であり、図5(a)は開口部形成パターンの平面図であり、図5(b)は電極形成パターンの平面図であり、図5(c)は櫛形形状の電極を組み合わせて作製した測定用基板の平面図である。このキャリア移動度測定用基板50は、第1電極14と第2電極15とが対向配置された同一の単位構造が、基板11上に複数形成されていることに特徴を有している。
(Carrier mobility measurement substrate: fifth embodiment)
FIG. 5 is an example of another embodiment of the substrate for measuring carrier mobility of the present invention, FIG. 5 (a) is a plan view of an opening formation pattern, and FIG. 5 (b) is a plan view of an electrode formation pattern. FIG. 5C is a plan view of a measurement substrate produced by combining comb-shaped electrodes. The carrier mobility measurement substrate 50 is characterized in that a plurality of identical unit structures in which the first electrode 14 and the second electrode 15 are arranged to face each other are formed on the substrate 11.

図5に示す例では、基板11上の全面に遮光層12を形成した後、図5(a))に示す開口部形成パターン51を用いて開口部13を形成する。次いで、遮光層12及び開口部13を基板上の全面に電極材料からなる層を形成した後、図5(b)に示す電極形成パターン52で所定のパターンからなる層を除去して、いずれも櫛形形状の第1電極14と第2電極15とを形成する。このとき、第1電極14の櫛形の各々の歯部は、所定間隔で形成された各開口部13上に形成される。この形態のキャリア移動度測定用基板50において、励起光を透過する開口部14は、図5(b)を平面視したとき、第1電極14の歯部の上下に幅Cで形成されている。また、第1電極15と第2電極15とは、図5(b)を平面視したとき、上下方向に距離Lで形成されている。   In the example shown in FIG. 5, after the light shielding layer 12 is formed on the entire surface of the substrate 11, the opening 13 is formed using the opening forming pattern 51 shown in FIG. Next, after forming a layer made of an electrode material on the entire surface of the light shielding layer 12 and the opening 13 on the substrate, the layer made of a predetermined pattern is removed by the electrode formation pattern 52 shown in FIG. Comb-shaped first electrode 14 and second electrode 15 are formed. At this time, each comb-shaped tooth portion of the first electrode 14 is formed on each opening portion 13 formed at a predetermined interval. In the carrier mobility measurement substrate 50 of this embodiment, the opening 14 that transmits the excitation light is formed with a width C above and below the teeth of the first electrode 14 when viewed in plan in FIG. . Further, the first electrode 15 and the second electrode 15 are formed at a distance L in the vertical direction when the plan view of FIG.

この形態の測定用基板50によれば、キャリア移動度を測定する同一の単位構造が複数形成されているので、キャリア移動度測定用基板50に半導体薄膜を形成した後に励起光を照射すれば、複数の箇所でキャリアを発生させてキャリア移動度を計測できる。その結果、測定される電流値を大きくできるので、より信頼性に優れたデータを得ることができる。   According to the measurement substrate 50 of this embodiment, since the same unit structure for measuring the carrier mobility is formed in plural, if the excitation light is irradiated after forming the semiconductor thin film on the carrier mobility measurement substrate 50, Carrier mobility can be measured by generating carriers at a plurality of locations. As a result, the measured current value can be increased, so that data with higher reliability can be obtained.

(キャリア発生部)
ここで、以上説明した各形態に係るキャリア移動度測定用基板が有するキャリア発生部18について説明する。
(Carrier generation part)
Here, the carrier generation unit 18 included in the carrier mobility measurement substrate according to each embodiment described above will be described.

キャリア発生部18は、励起光が照射されることによりキャリアを発生する部位である。具体的には、図1及び図2に示す測定用基板10,20においては、半導体薄膜に励起光が照射する部分で、かつ第1電極14と第2電極15とに挟まれる部分がキャリア発生部18となる。第1電極14が励起光を透過しない場合においては、その第1電極14が覆っている部分以外の開口部13の寸法が、キャリア発生部18の寸法となる。   The carrier generation unit 18 is a part that generates carriers when irradiated with excitation light. Specifically, in the measurement substrates 10 and 20 shown in FIGS. 1 and 2, the portion where the semiconductor thin film is irradiated with excitation light and the portion sandwiched between the first electrode 14 and the second electrode 15 generates carriers. It becomes part 18. When the first electrode 14 does not transmit excitation light, the size of the opening 13 other than the portion covered by the first electrode 14 becomes the size of the carrier generating portion 18.

また、図3及び図4に示す測定用基板30,40においては、電荷発生層17に励起光が照射する部分で、かつ第1電極14と第2電極15とに挟まれる部分がキャリア発生部18となる。   Further, in the measurement substrates 30 and 40 shown in FIGS. 3 and 4, the portion where the charge generation layer 17 is irradiated with excitation light and the portion sandwiched between the first electrode 14 and the second electrode 15 is the carrier generation portion. 18

(キャリア移動度測定用基板の作製方法)
次に、図1〜図4の各キャリア移動度測定用基板の作製方法について説明する。
(Production method of carrier mobility measurement substrate)
Next, a method for manufacturing each carrier mobility measurement substrate of FIGS. 1 to 4 will be described.

図1に示すキャリア移動度測定用基板10の作製方法の一例としては、先ず、基板11を準備し、その基板11上の全面に遮光層12を塗布等により形成した後に開口部3をフォトリソグラフィプロセス等により形成する。その後、第1電極14及び第2電極15の材料からなる層(例えばアルミニウム層)を形成し、フォトリソグラフィプロセス等により、第1電極14と第2電極15とを形成する。こうして図1に示すキャリア移動度測定用基板10を作製できる。   As an example of a method for manufacturing the carrier mobility measurement substrate 10 shown in FIG. 1, first, a substrate 11 is prepared, and a light shielding layer 12 is formed on the entire surface of the substrate 11 by coating or the like, and then the opening 3 is formed by photolithography. It is formed by a process or the like. Thereafter, a layer (for example, an aluminum layer) made of the material of the first electrode 14 and the second electrode 15 is formed, and the first electrode 14 and the second electrode 15 are formed by a photolithography process or the like. In this way, the carrier mobility measuring substrate 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

図2に示すキャリア移動度測定用基板20の作製方法の一例としては、先ず、基板11を準備し、その基板11上の全面に遮光層12を塗布等により形成した後に開口部3をフォトリソグラフィプロセス等により形成する。次いで、遮光層12及び開口部13を覆うように絶縁層16を形成した後、第1電極14及び第2電極15の材料からなる層(例えばアルミニウム層)を形成し、フォトリソグラフィプロセス等により第1電極14と第2電極15とを形成する。こうして図2に示すキャリア移動度測定用基板20を作製できる。   As an example of a method for producing the carrier mobility measuring substrate 20 shown in FIG. 2, first, the substrate 11 is prepared, and the light shielding layer 12 is formed on the entire surface of the substrate 11 by coating or the like, and then the opening 3 is formed by photolithography. It is formed by a process or the like. Next, after forming the insulating layer 16 so as to cover the light shielding layer 12 and the opening 13, a layer (for example, an aluminum layer) made of the material of the first electrode 14 and the second electrode 15 is formed, and the first layer is formed by a photolithography process or the like. A first electrode 14 and a second electrode 15 are formed. In this way, the carrier mobility measuring substrate 20 shown in FIG. 2 can be produced.

図3に示すキャリア移動度測定用基板30の作製方法の一例としては、先ず、基板11を準備し、その基板11上に電荷発生層17をフォトリソグラフィプロセス等によって所望のパターンで形成する。次いで、電荷発生層17を含む基板全面を覆うように、第1電極14及び第2電極15の材料からなる層(例えばアルミニウム層)を形成し、フォトリソグラフィプロセス等により第1電極14を前記の電荷発生層17の上に形成し、第2電極15を基板11上に形成する。こうして図3に示すキャリア移動度測定用基板30を作製できる。   As an example of a method for manufacturing the carrier mobility measurement substrate 30 shown in FIG. 3, first, the substrate 11 is prepared, and the charge generation layer 17 is formed in a desired pattern on the substrate 11 by a photolithography process or the like. Next, a layer made of the material of the first electrode 14 and the second electrode 15 (for example, an aluminum layer) is formed so as to cover the entire surface of the substrate including the charge generation layer 17, and the first electrode 14 is formed by the photolithography process or the like. A second electrode 15 is formed on the substrate 11 and formed on the charge generation layer 17. In this way, the carrier mobility measurement substrate 30 shown in FIG. 3 can be produced.

図4に示すキャリア移動度測定用基板40の作製方法の一例としては、先ず、基板11を準備し、その基板11上に第1電極14及び第2電極15の材料からなる層(例えばアルミニウム層)を形成し、フォトリソグラフィプロセス等により第1電極14と第2電極15を形成する。次いで、両電極を含む基板全面上にレジスト膜を形成した後、電荷発生層17を形成する予定の第1電極14周辺のレジスト膜を露光・現像等により除去し、除去した部位に電荷発生層17をスピン塗布により充填する。その後、残りのレジスト膜を全て除去する。こうして図4に示すキャリア移動度測定用基板40を作製できる。   As an example of a method for producing the carrier mobility measurement substrate 40 shown in FIG. 4, first, the substrate 11 is prepared, and a layer (for example, an aluminum layer) made of the materials of the first electrode 14 and the second electrode 15 is prepared on the substrate 11. ) And the first electrode 14 and the second electrode 15 are formed by a photolithography process or the like. Next, after a resist film is formed on the entire surface of the substrate including both electrodes, the resist film around the first electrode 14 where the charge generation layer 17 is to be formed is removed by exposure / development and the like, and the charge generation layer is formed at the removed portion. 17 is filled by spin coating. Thereafter, all the remaining resist film is removed. In this way, the carrier mobility measurement substrate 40 shown in FIG. 4 can be produced.

(キャリア移動度測定装置)
図6は、本発明のキャリア移動度測定装置の一例を示す図である。本発明のキャリア移動度測定装置60は、図1〜図4に例示した本発明に係るキャリア移動度測定用基板61と、キャリア移動度測定用基板61に励起光66を照射する光照射部62と、キャリア移動度測定用基板61が有する第1電極14に接続された電源部63と、キャリア移動度測定用基板61が有する第2電極15に接続された電流測定部64と、を少なくとも備えることに特徴がある。図1〜図4に例示した本発明に係るキャリア移動度測定用基板10,20,30,40については、既に説明したのでここでは省略する。なお、図6は、図2に示したキャリア移動度測定用基板20を用いた例を示す図である。
(Carrier mobility measuring device)
FIG. 6 is a diagram showing an example of the carrier mobility measuring apparatus of the present invention. The carrier mobility measuring device 60 of the present invention includes a carrier mobility measuring substrate 61 according to the present invention illustrated in FIGS. 1 to 4 and a light irradiation unit 62 that irradiates the carrier mobility measuring substrate 61 with excitation light 66. And a power supply unit 63 connected to the first electrode 14 of the carrier mobility measurement substrate 61 and a current measurement unit 64 connected to the second electrode 15 of the carrier mobility measurement substrate 61. There is a special feature. Since the carrier mobility measurement substrates 10, 20, 30, and 40 according to the present invention illustrated in FIGS. 1 to 4 have already been described, they are omitted here. FIG. 6 is a diagram showing an example using the carrier mobility measurement substrate 20 shown in FIG.

光照射部62は、半導体薄膜65が形成された測定用基板61にパルス状の励起光66を照射するための装置であり、その光源としては、例えば窒素ガスレーザー、Nd:YAGレーザー、キセノンフラッシュランプ等が用いられる。パルス状の励起光66は、被測定材料である半導体材料のバンドギャップよりも大きいエネルギーを持ち、オンタイムの時間幅は0.1ns〜100ns、オフタイムはオンタイムと比べて無視できる程度に短いものが利用される。   The light irradiation unit 62 is a device for irradiating the measurement substrate 61 on which the semiconductor thin film 65 is formed with pulsed excitation light 66. As the light source, for example, a nitrogen gas laser, an Nd: YAG laser, or a xenon flash is used. A lamp or the like is used. The pulsed excitation light 66 has energy larger than the band gap of the semiconductor material that is the material to be measured, the on-time duration is 0.1 ns to 100 ns, and the off-time is negligibly short compared to the on-time. Things are used.

電源部63は、第1電極14に直流電圧を印加するための装置である。   The power supply unit 63 is a device for applying a DC voltage to the first electrode 14.

電流測定部64は、負荷抵抗67とデジタルオシロスコープ68を含み、第2電極15に接続される。この電流測定部64においては、測定精度をさらに上げるために、デジタルオシロスコープ68と第2電極15とがプリアンプ(図示しない)を介して接続されていてもよい。なお、励起光66のパルスとデジタルオシロスコープ68とは、例えばファンクションジェネレータ(図示しない)を用いて同期される。第1電極14と第2電極15との間に流れる電流変化は、第2電極15に接続された負荷抵抗67の両端の電圧降下の電圧変化としてデジタルオシロスコープ68で検出される。   The current measuring unit 64 includes a load resistor 67 and a digital oscilloscope 68 and is connected to the second electrode 15. In the current measuring unit 64, the digital oscilloscope 68 and the second electrode 15 may be connected via a preamplifier (not shown) in order to further increase the measurement accuracy. The pulse of the excitation light 66 and the digital oscilloscope 68 are synchronized using, for example, a function generator (not shown). A change in current flowing between the first electrode 14 and the second electrode 15 is detected by the digital oscilloscope 68 as a voltage change of a voltage drop across the load resistor 67 connected to the second electrode 15.

(キャリア移動度測定方法)
図7は、本発明のキャリア移動度測定方法の一例を示す図である。本発明のキャリア移動度測定方法は、図1〜図4に例示した本発明に係る半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板61と、キャリア移動度測定用基板61に励起光を照射する光照射部62と、キャリア移動度測定用基板61が有する第1電極14に接続された電源部63と、キャリア移動度測定用基板61が有する第2電極15に接続された電流測定部64とを少なくとも備えるキャリア移動度測定装置を用いた測定方法であり、キャリア移動度測定用基板61上に被測定材料である半導体薄膜65を形成する工程と、半導体薄膜65が形成されたキャリア移動度測定用基板61に光照射部62から励起光66を照射する工程と、電流測定部64で得られた電流の時間的変化を測定する工程と、を含んでいる。なお、図7は、図2に示したキャリア移動度測定用基板20を用いた例を示す図である。
(Carrier mobility measurement method)
FIG. 7 is a diagram showing an example of the carrier mobility measuring method of the present invention. The carrier mobility measurement method of the present invention includes a semiconductor thin film carrier mobility measurement substrate 61 according to the present invention illustrated in FIGS. 1 to 4 and a light irradiation unit that irradiates the carrier mobility measurement substrate 61 with excitation light. 62, a power supply unit 63 connected to the first electrode 14 included in the carrier mobility measurement substrate 61, and a current measurement unit 64 connected to the second electrode 15 included in the carrier mobility measurement substrate 61. This is a measurement method using a carrier mobility measuring device, a step of forming a semiconductor thin film 65 as a material to be measured on a carrier mobility measuring substrate 61, and a carrier mobility measuring substrate 61 on which the semiconductor thin film 65 is formed. And the step of irradiating the excitation light 66 from the light irradiation unit 62 and the step of measuring the temporal change of the current obtained by the current measurement unit 64. FIG. 7 is a diagram showing an example using the carrier mobility measurement substrate 20 shown in FIG.

先ず、キャリア移動度測定用基板61上に、被測定材料である半導体薄膜65を形成する。半導体薄膜65は、各種の手段で形成することができ、例えば塗布や真空蒸着等により形成することができる。半導体薄膜の形成材料その他については、半導体薄膜の説明箇所で説明したので省略する。   First, a semiconductor thin film 65 that is a material to be measured is formed on a carrier mobility measurement substrate 61. The semiconductor thin film 65 can be formed by various means, for example, can be formed by coating, vacuum deposition, or the like. Since the material for forming the semiconductor thin film has been described in the description of the semiconductor thin film, the description thereof will be omitted.

次に、半導体薄膜65が形成されたキャリア移動度測定用基板61に光照射部62から励起光66を照射する。励起光66の照射領域は、キャリア発生部18が含まれていればよい。すなわち、図1及び図2においては、少なくとも開口部13の形成領域が含まれていればよく、図3及び図4においては、電荷発生層17の形成領域が含まれていればよい。   Next, the excitation light 66 is irradiated from the light irradiation unit 62 to the carrier mobility measurement substrate 61 on which the semiconductor thin film 65 is formed. The irradiation region of the excitation light 66 only needs to include the carrier generation unit 18. That is, in FIG. 1 and FIG. 2, at least the formation region of the opening 13 may be included, and in FIG. 3 and FIG. 4, the formation region of the charge generation layer 17 may be included.

本発明の測定用基板のうち、図1及び図2に示す測定用基板10,20を用いた測定方法では、キャリア発生部18が遮光層12と開口部13とで特定されるので、励起光66を基板11側から照射することが必要である。一方、図3及び図4に示す測定用基板30,40を用いた測定方法では、キャリア発生部18が第1電極14の上又は下に設けられた電荷発生層17で特定されるので、励起光66を基板11側から照射してもよいし、上方の半導体薄膜側から照射してもよい。   In the measurement method using the measurement substrates 10 and 20 shown in FIG. 1 and FIG. 2 among the measurement substrates of the present invention, the carrier generator 18 is specified by the light shielding layer 12 and the opening 13, so that the excitation light It is necessary to irradiate 66 from the substrate 11 side. On the other hand, in the measurement method using the measurement substrates 30 and 40 shown in FIGS. 3 and 4, the carrier generation unit 18 is specified by the charge generation layer 17 provided above or below the first electrode 14. The light 66 may be irradiated from the substrate 11 side or may be irradiated from the upper semiconductor thin film side.

励起光66で照射された半導体薄膜66は、その励起光66を吸収してキャリアを発生する。半導体薄膜65内では第1電極14に印加された直流電圧により電界が発生しており、発生したキャリアは、その電界により第2電極15の側にドリフトする。第2電極15に達したキャリアは消滅するが、この間の半導体薄膜に流れる電流の時間的変化を電流測定部64で測定する。   The semiconductor thin film 66 irradiated with the excitation light 66 absorbs the excitation light 66 and generates carriers. In the semiconductor thin film 65, an electric field is generated by a DC voltage applied to the first electrode 14, and the generated carriers drift to the second electrode 15 side by the electric field. Although the carriers that have reached the second electrode 15 disappear, the current measurement section 64 measures the temporal change of the current flowing through the semiconductor thin film during this time.

図8は、励起光をオフした後において、第2電極15に流れた電流変化の典型的な例を示すグラフであり、その電流変化の形態により非分散型伝導と分散型伝導とに大別できる。図8(a)は非分散型伝導を示すグラフであり、図8(b)は分散型伝導を示すグラフであり、図8(c)は対数軸で表したときの分散型伝導を示すグラフである。   FIG. 8 is a graph showing a typical example of a current change flowing through the second electrode 15 after the excitation light is turned off. The current change is roughly classified into non-dispersion conduction and dispersion conduction. it can. FIG. 8A is a graph showing non-dispersed conduction, FIG. 8B is a graph showing dispersed conduction, and FIG. 8C is a graph showing dispersed conduction when represented by a logarithmic axis. It is.

図8(a)に示す非分散型伝導において、電流が減衰を始める時間を過渡時間tとして表すことができる。しかし、一般には、発生したキャリアは半導体薄膜中でガウス型の拡がりを持つため、電流の伝導型は、図8(b)に示すような分散型伝導のグラフになり、非分散型伝導のような明瞭な過渡時間tは現れない。こうした非分散型伝導の場合には、図8(c)に示すように、両軸を対数軸としたグラフとし、グラフの傾きが異なる屈曲点を過渡時間tとして求めることができる。 In non-distributed conduction shown in FIG. 8 (a), it may represent the time at which current starts to decay as transient time t T. However, since the generated carriers generally have a Gaussian spread in the semiconductor thin film, the current conduction type becomes a graph of distributed conduction as shown in FIG. A clear transition time t T does not appear. In the case of such non-distributed conduction, as shown in FIG. 8 (c), the graph both axes logarithmic axis, it is possible to obtain the inclination is different bending point of the graph as a transient time t T.

以上のようにして求めた過渡時間tは、キャリア発生部18で発生したキャリアが第2電極15に向かってドリフトし、その間に要した時間(以下、ドリフト時間という)を表している。従って、キャリア発生部18と第2電極15との距離をLとし、電極間に印加した電圧をVとすると、移動度μ(cm/Vs)は、μ=L/(V・t)の式で表され、移動度μを算出できる。 The transient time t T obtained as described above represents the time (hereinafter referred to as the drift time) required for the carriers generated in the carrier generation unit 18 to drift toward the second electrode 15. Accordingly, when the distance between the carrier generation unit 18 and the second electrode 15 is L and the voltage applied between the electrodes is V, the mobility μ (cm 2 / Vs) is μ = L 2 / (V · t T ) And the mobility μ can be calculated.

次に、半導体薄膜のキャリア移動度の温度依存性を測定する方法について説明する。測定対象である半導体薄膜の電荷輸送特性について詳細な情報を得るためには、電荷輸送能の温度依存性を測定することが有効である。   Next, a method for measuring the temperature dependence of the carrier mobility of the semiconductor thin film will be described. In order to obtain detailed information on the charge transport characteristics of the semiconductor thin film to be measured, it is effective to measure the temperature dependence of the charge transport ability.

キャリア移動度の温度依存性を測定する方法としては、測定対象になる半導体薄膜上に保護層を設けたものを使用することが好ましい。なお、この保護層は絶縁性であることが必要である。   As a method for measuring the temperature dependence of carrier mobility, it is preferable to use a method in which a protective layer is provided on a semiconductor thin film to be measured. This protective layer needs to be insulative.

保護層を半導体薄膜上に形成することにより、その保護層形成面を下にして(すなわち、基板11面を上にして)温調ステージに載せることができる。そして、上方から励起光を照射することにより、温度調節された半導体薄膜のキャリア移動度を測定することができる。その結果、キャリア移動度の温度依存性を測定することができる。なお、保護層を形成しない場合であっても、基板11面を下にして温調ステージに載せることにより、温度調節された半導体薄膜のキャリア移動度を測定することができる。この場合の温調ステージには貫通孔が設けられていることが望ましく、温調ステージの下方から励起光を照射することにより、キャリア移動度の温度依存性を測定することができる。   By forming the protective layer on the semiconductor thin film, the protective layer can be placed on the temperature control stage with the protective layer forming surface facing down (that is, with the substrate 11 surface facing up). By irradiating excitation light from above, the carrier mobility of the temperature-controlled semiconductor thin film can be measured. As a result, the temperature dependence of carrier mobility can be measured. Even when the protective layer is not formed, the carrier mobility of the temperature-adjusted semiconductor thin film can be measured by placing the substrate 11 face down on the temperature adjustment stage. The temperature adjustment stage in this case is desirably provided with a through hole, and the temperature dependence of the carrier mobility can be measured by irradiating excitation light from below the temperature adjustment stage.

以上説明したように、本発明のキャリア移動度測定方法によれば、半導体薄膜の面内方向でのキャリア移動度を測定することができる。なお、電源部から印加される直流電源の極性により、電子の移動度を測定したり正孔の移動度を測定したりすることができる。   As described above, according to the carrier mobility measuring method of the present invention, the carrier mobility in the in-plane direction of the semiconductor thin film can be measured. Note that the mobility of electrons or the mobility of holes can be measured based on the polarity of a DC power supply applied from the power supply unit.

基板11として厚さ0.7mmのガラス基板を用い、その基板11上にスリット長4mm×スリット幅1μmの開口部13を有する遮光層12を形成した。遮光層12は金属クロム層であり、真空蒸着により形成した後にフォトリソグラフィプロセスにより開口部13を形成した。次に、その遮光層12及び開口部13を含む基板全面に、絶縁層16として厚さ0.5μmのSiO層を形成した。次に、その上に真空蒸着で厚さ0.3μmのアルミニウムを形成した後、フォトリソグラフィプロセスにより第1電極14と第2電極15を形成した。 A glass substrate having a thickness of 0.7 mm was used as the substrate 11, and a light shielding layer 12 having an opening 13 having a slit length of 4 mm and a slit width of 1 μm was formed on the substrate 11. The light shielding layer 12 is a metal chromium layer, and after forming by vacuum deposition, the opening 13 was formed by a photolithography process. Next, an SiO 2 layer having a thickness of 0.5 μm was formed as an insulating layer 16 on the entire surface of the substrate including the light shielding layer 12 and the opening 13. Next, aluminum having a thickness of 0.3 μm was formed thereon by vacuum deposition, and then the first electrode 14 and the second electrode 15 were formed by a photolithography process.

なお、開口部形成パターンと電極形成パターンは、図5に示したものと同じであり、約4mm×4mmのパターン形成領域内に5000個のスリット状のキャリア発生部18を形成した。キャリア発生部18と第2電極15との間のドリフト距離Lが9μmとなるように形成した。   The opening formation pattern and the electrode formation pattern are the same as those shown in FIG. 5, and 5000 slit-shaped carrier generation portions 18 are formed in a pattern formation region of about 4 mm × 4 mm. The drift distance L between the carrier generation unit 18 and the second electrode 15 was 9 μm.

測定試料は、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(TPD)を真空蒸着法で200nm成膜したものを使用した。こうして測定用の試料を作製した。   As the measurement sample, N, N′-bis (3-methylphenyl) -N, N′-diphenylbenzidine (TPD) formed into a 200 nm film by vacuum deposition was used. Thus, a sample for measurement was produced.

キャリア移動度測定は、両電極間に2.2×10V/cmの電界を加えた状態で、光源が波長337nmで3ns幅の窒素ガスレーザーをパルス状の励起光として基板11側から照射して行った。 In the carrier mobility measurement, a nitrogen gas laser having a wavelength of 337 nm and a width of 3 ns is irradiated as pulsed excitation light from the substrate 11 side with an electric field of 2.2 × 10 5 V / cm applied between both electrodes. I went there.

図9は、測定により得られた過渡光電流波形である。図9より、典型的な非分散型伝導がみられ、その屈曲点より、過渡時間tは4.9μsであった。これから算出された正孔移動度は、8.3×10−4cm/Vsであった。同様にして、電界強度を種々変化させてキャリア移動度を測定した。図10は、種々の電界強度とキャリア移動度との関係を示すグラフである。図10には、得られた結果と、従来法(TOF法)により得られた結果とを併せて示してあるが、両者は良く一致している。 FIG. 9 is a transient photocurrent waveform obtained by measurement. From FIG. 9, typical non-dispersive conduction was observed, and the transition time t T was 4.9 μs from the inflection point. The hole mobility calculated from this was 8.3 × 10 −4 cm 2 / Vs. Similarly, the carrier mobility was measured by changing the electric field strength in various ways. FIG. 10 is a graph showing the relationship between various electric field strengths and carrier mobility. FIG. 10 shows the obtained results together with the results obtained by the conventional method (TOF method), which are in good agreement.

本発明のキャリア移動度測定用基板の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the board | substrate for carrier mobility measurement of this invention. 本発明のキャリア移動度測定用基板の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the board | substrate for carrier mobility measurement of this invention. 本発明のキャリア移動度測定用基板のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of the board | substrate for carrier mobility measurement of this invention. 本発明のキャリア移動度測定用基板のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of the board | substrate for carrier mobility measurement of this invention. 本発明のキャリア移動度測定用基板の他の形態の一例である。It is an example of the other form of the board | substrate for carrier mobility measurement of this invention. 本発明のキャリア移動度測定装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the carrier mobility measuring apparatus of this invention. 本発明のキャリア移動度測定方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the carrier mobility measuring method of this invention. 励起光をオフした後において、第2電極に流れた電流変化の典型的な例を示すグラフである。It is a graph which shows the typical example of the current change which flowed into the 2nd electrode, after turning off excitation light. 実施例1の測定により得られた過渡光電流波形である。2 is a transient photocurrent waveform obtained by measurement in Example 1. FIG. 種々の電界強度とキャリア移動度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between various electric field strengths and carrier mobility. TOF法の原理を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the principle of TOF method. 膜面内の過渡光電流を観測する従来の方法を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the conventional method of observing the transient photocurrent in a film surface. 従来の変形TOF法の原理を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the principle of the conventional deformation | transformation TOF method.

符号の説明Explanation of symbols

10,20,30,40,50,61 キャリア移動度測定用基板
11 基板
12 遮光層
13 開口部
14 第1電極
15 第2電極
16 絶縁層
17 電荷発生層
18 キャリア発生部
51 開口部形成パターン
52 電極形成パターン
60 キャリア移動度測定装置
62 光照射部
63 電源部
64 電流測定部
65 半導体薄膜
66 励起光
67 負荷抵抗
68 デジタルオシロスコープ
A 長いスリット長
B 短いスリット幅
C 対向する電極の電極縁部と平行な方向の長さ
D 対向する電極の電極縁部に直交する方向の長さ
10, 20, 30, 40, 50, 61 Carrier mobility measurement substrate 11 Substrate 12 Light shielding layer 13 Opening portion 14 First electrode 15 Second electrode 16 Insulating layer 17 Charge generation layer 18 Carrier generation portion 51 Opening formation pattern 52 Electrode formation pattern 60 Carrier mobility measuring device 62 Light irradiation unit 63 Power supply unit 64 Current measurement unit 65 Semiconductor thin film 66 Excitation light 67 Load resistance 68 Digital oscilloscope A Long slit length B Short slit width C Parallel to the electrode edge of the opposing electrode Length in the correct direction D Length in the direction perpendicular to the electrode edge of the opposing electrode

Claims (7)

励起光を透過する基板と、当該基板上に形成されその一部に開口部を有する遮光層と、前記開口部に隣接して又は前記開口部の一部を覆う第1電極と、前記遮光層上に形成され前記第1電極から所定の間隔で設けられた第2電極とを有することを特徴とする半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板。   A substrate that transmits excitation light; a light shielding layer that is formed on the substrate and has an opening in a part thereof; a first electrode that is adjacent to or covers a part of the opening; and the light shielding layer A substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film, comprising: a second electrode formed thereon and provided at a predetermined interval from the first electrode. 前記第1電極及び第2電極と、前記遮光層及びその一部に有する開口部との間に、励起光を透過する絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein an insulating layer that transmits excitation light is formed between the first electrode and the second electrode, and the light shielding layer and an opening provided in a part thereof. Substrate for measuring carrier mobility of thin film. 励起光を透過する基板と、当該基板上に形成された第1電極と、前記基板と第1電極との間に又は前記第1電極の上に形成された電荷発生層と、前記基板上に形成され前記第1電極から所定の間隔で設けられた第2の電極とを有し、前記電荷発生層が、前記励起光が照射されることになる側に光学的に露出していることを特徴とする半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板。   A substrate that transmits excitation light; a first electrode formed on the substrate; a charge generation layer formed between or on the substrate and the first electrode; and on the substrate And a second electrode provided at a predetermined interval from the first electrode, and the charge generation layer is optically exposed to the side to be irradiated with the excitation light. A substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film. 前記第1電極と第2電極とが、対向配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板。   The substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the first electrode and the second electrode are disposed to face each other. 前記第1電極と第2電極とが対向配置された同一の単位構造が、前記基板上に複数形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板。   4. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein a plurality of the same unit structures in which the first electrode and the second electrode are arranged to face each other are formed on the substrate. Carrier mobility measurement board. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板と、当該キャリア移動度測定用基板に励起光を照射する光照射部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第1電極に接続された電源部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第2電極に接続された電流測定部とを少なくとも備えることを特徴とする半導体薄膜のキャリア移動度測定装置。   A substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 5, a light irradiation unit for irradiating the carrier mobility measuring substrate with excitation light, and the substrate for measuring carrier mobility. An apparatus for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film, comprising at least a power supply unit connected to the first electrode and a current measurement unit connected to a second electrode of the carrier mobility measurement substrate. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体薄膜のキャリア移動度測定用基板と、当該キャリア移動度測定用基板に励起光を照射する光照射部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第1電極に接続された電源部と、前記キャリア移動度測定用基板が有する第2電極に接続された電流測定部とを少なくとも備えるキャリア移動度測定装置を用いた半導体薄膜のキャリア移動度測定方法であって、
前記キャリア移動度測定用基板上に被測定材料である半導体薄膜を形成する工程と、半導体薄膜が形成されたキャリア移動度測定用基板に前記光照射部から励起光を照射する工程と、前記電流測定部で得られた電流の時間的変化を測定する工程とを含むことを特徴とする半導体薄膜のキャリア移動度測定方法。
A substrate for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 5, a light irradiation unit for irradiating the carrier mobility measuring substrate with excitation light, and the substrate for measuring carrier mobility. Carrier mobility measurement of a semiconductor thin film using a carrier mobility measuring apparatus comprising at least a power source connected to the first electrode and a current measuring unit connected to the second electrode of the carrier mobility measuring substrate A method,
Forming a semiconductor thin film as a material to be measured on the carrier mobility measuring substrate; irradiating the carrier mobility measuring substrate on which the semiconductor thin film is formed with excitation light from the light irradiation unit; and the current A method for measuring carrier mobility of a semiconductor thin film, comprising: measuring a temporal change in current obtained by a measurement unit.
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