CN102629577B - 一种tft阵列基板及其制造方法和显示装置 - Google Patents

一种tft阵列基板及其制造方法和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种TFT阵列基板及其制造方法和显示装置，涉及显示技术领域，改进了ADS模式的TFT阵列基板结构，使基板厚度变薄，并简化了工艺流程。TFT阵列基板制造方法包括：在玻璃基板上通过第一次构图工艺处理得到栅线和栅极；在栅线和栅极上形成栅绝缘层；在栅绝缘层上形成石墨烯层，通过第二次构图工艺处理及氢化处理，在栅极的上方得到半导体有源层；再通过第三次构图工艺处理得到位于同一层的数据线、源极、漏极和像素电极；在数据线、源极、半导体有源层、漏极、像素电极之上形成保护层；在保护层上，在像素电极上方，形成公共电极。本发明实施例用于制造ADS模式TFT阵列基板。

Description

一种TFT阵列基板及其制造方法和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种TFT阵列基板及其制造方法和显示装置。
背景技术
TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜场效应晶体管液晶显示器)是利用设置在液晶层上电场强度的变化，改变液晶分子的旋转的程度，从而控制透光的强弱来显示图像的。一般来讲，一块完整的液晶显示面板必须具有由背光模块组、偏光片、上基板(通常是彩膜基板)和下基板(通常是阵列基板)以及由它们两块基板组成的盒中填充的液晶分子层构成。阵列基板上形成有横纵交叉的数据线和栅线，数据线和栅线围设形成矩阵形式排列的像素单元。每个像素单元包括TFT开关和像素电极；其中，TFT开关包括栅电极、源电极、漏电极和有源层；栅电极连接栅线，源电极连接数据线，漏电极连接像素电极，有源层形成在源、漏电极与栅电极之间。基板上一般还形成有公共电极，用于和像素电极形成电场，公共电极与像素电极之间的电场强度变化控制着液晶分子的旋转的程度。TFT阵列基板上与栅线平行并处于同一层的存储底电容线和像素电极之间可以形成的存储电容用来维持下一个信号来临前液晶分子的状态。
ADSDS(ADvanced Super Dimension Switch)，简称ADS，即高级超维场转换技术，通过同一平面内狭缝电极边缘所产生的电场以及狭缝电极层与板状电极层间产生的电场形成多维电场，使液晶盒内狭缝电极间、电极正上方所有取向液晶分子都能够产生旋转，从而提高了液晶工作效率并增大了透光效率。高级超维场转换技术可以提高TFT-LCD产品的画面品质，具有高分辨率、高透过率、低功耗、宽视角、高开口率、低色差、无挤压水波纹(push Mura)等优点。
在ADS模式的TFT阵列基板的制备过程中，像素电极层、源极、漏极以及有源层的制备通常分层制备，不仅基板厚度增加，且工艺流程繁琐。
发明内容
本发明实施例提供一种TFT阵列基板及其制造方法和显示设备，改进了ADS模式的TFT阵列基板结构，使基板厚度变薄，并简化了工艺流程。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种TFT阵列基板制造方法，包括：
在玻璃基板上通过第一次构图工艺处理得到栅线和栅极；
在所述栅线和栅极上形成栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成石墨烯层，在所述栅极的上方，通过第二次构图工艺处理及氢化处理得到由石墨烯构成的半导体有源层；
在所述石墨烯层上，通过第三次构图工艺处理得到由石墨烯构成的数据线、源极、漏极和像素电极；其中，所述源极与所述半导体有源层相接触，所述漏极与所述半导体有源层相接触，形成TFT沟道，所述像素电极与所述漏极相接触；
在所述数据线、源极、半导体有源层、漏极、像素电极之上形成保护层；
在所述保护层上，在所述像素电极上方，形成公共电极。
另一方面，提供一种TFT阵列基板，包括：
基板；
所述基板上形成有栅线和栅极；
所述栅线和栅极上形成有栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成有由石墨烯构成的数据线、源极、半导体有源层、漏极和像素电极；其中，所述源极与所述半导体有源层相接触，所述漏极与所述半导体有源层相接触，形成TFT沟道，所述像素电极与所述漏极相接触；
在所述数据线、源极、半导体有源层、漏极和像素电极上形成有保护层；
在所述保护层上，在所述像素电极上方，形成有公共电极层。
再一方面，提供一种显示装置，包括：上述的TFT阵列基板。
本发明实施例提供的TFT阵列基板及其制造方法和显示装置，采用石墨烯材料在栅绝缘层上同层制备了TFT基板的数据线、源极、漏极、有源层和像素电极层，相比现有技术的在不同层制备的方法而言，使TFT阵列基板的厚度变薄，并简化了工艺流程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图二；
图4为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图三；
图5为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图四；
图6为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图五；
图7为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图六；
图8为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图七；
图9为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图八；
图10为本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法过程中的基板结构示意图九。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的TFT阵列基板制造方法，如图1所示，其步骤包括：
S101、在基板上沉积金属层，通过第一次构图工艺处理得到栅线和栅极。
如图2所示，可以使用磁控溅射方法，在基板201上制备一层厚度在
Figure BDA0000095227750000041
至
Figure BDA0000095227750000042
的金属薄膜层。金属材料通常可以采用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属，也可以使用上述几种材料薄膜的组合结构。然后，用掩模版通过曝光、显影、刻蚀、剥离等第一次构图工艺处理，在玻璃基板201的一定区域上形成多条横向的栅线(图2中未表示)和与栅线相连的栅极202。
S102、在栅线和栅极上形成栅绝缘层。
如图3所示，可以利用化学汽相沉积法(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)在栅线、栅极202上沉积厚度为
Figure BDA0000095227750000043
至的栅绝缘层203，栅绝缘层203的材料通常是氮化硅，也可以使用氧化硅和氮氧化硅等。
S103、在栅绝缘层上形成石墨烯层，通过第二次构图工艺处理及氢化处理，在栅极的上方得到由石墨烯构成的半导体有源层。
首先，如图4所示，在栅绝缘层203上利用PECVD沉积一层石墨烯材料，或者旋涂一层水溶性单层或多层石墨烯材料，形成石墨烯层204。
接着，如图5所示，在石墨烯层204上涂覆一层光刻胶211。
之后，经过曝光、显影后露出沟道区石墨烯207，如图6所示。再通过H2，或H2和Ar2的混合气体对沟道区石墨烯207进行氢化处理，在栅极202的上方得到半导体有源层207。
在这里需要说明的是，石墨烯具有零禁带特性，即使在室温下载流子在石墨烯中的平均自由程和相干长度也可以达到微米级，同时，石墨烯还具有远比硅高的载流子迁移率，因此它是一种性能优异的半导体材料。
最后，剥离掉其余的光刻胶，如图7所示。
S104、在石墨烯层上通过第三次构图工艺处理得到由石墨烯构成的数据线、源极、漏极和像素电极；其中，源极与半导体有源层相接触，漏极与半导体有源层相接触，形成TFT沟道，像素电极与漏极相接触。
如图8所示，再在石墨烯层204上涂覆光刻胶，经过曝光、显影、刻蚀、剥离之后，得到由石墨烯构成的数据线(图8中未表示)、源极208、漏极206和像素电极205。其中，源极208与半导体有源层207相接触，漏极206与半导体有源层207相接触，形成TFT沟道，像素电极205与漏极206相接触。在此，要求半导体有源层207的宽度小于栅极202的宽度，使得形成TFT沟道的源极208与半导体有源层207相接触的区域，以及漏极206与半导体有源层207相接触的区域均位于栅极202的上方。
至此，本发明实施例中的数据线、源极、半导体有源层、漏极、像素电极位于同一层上，使得基板厚度变薄，与现有分层制备而言减少了工艺。
由于石墨烯是一种二维材料，其特性介于半导体与导体之间，本征态时，由于能带交叠，其导电性具有金属特性，电导率能达到20000cm2/V.S，可以作为TFT的源漏极材料，当用氢气或氩气，或者两者混合气体处理之后，产生氢化石墨烯，带隙增加，可以作为半导体材料。且相对于一般的半导体材料而言，其具有更高的载流子迁移率。
S105、在数据线、源极、半导体有源层、漏极、像素电极之上形成保护层。
如图9所示，在数据线、源极208、半导体有源层207、漏极206、像素电极205之上涂覆一层厚度在到
Figure BDA0000095227750000052
的保护层209，其材料通常是二氧化硅或透明的有机树脂材料等氧化物。
S106、在保护层上，在像素电极的上方，形成公共电极。
如图10所示，在保护层209沉积一层ITO(Indium Tin Oxides，铟锡氧化物)或石墨烯，厚度在
Figure BDA0000095227750000061
至
Figure BDA0000095227750000062
之间。然后在沉积的ITO或石墨烯上涂覆一层光刻胶，然后进过曝光、显影、刻蚀、剥离等构图工艺得到位于像素电极205之上的公共电极210。
本发明实施例提供的TFT阵列基板及其制造方法，采用石墨烯材料在栅绝缘层上同层制备了TFT基板的数据线、源极、漏极、有源层和像素电极层，相比现有技术的在不同层制备的方法而言，使TFT阵列基板的厚度变薄，并简化了工艺流程。
本发明实施例提供的TFT阵列基板，如图10所示，包括：基板201；在基板201上形成有栅线(图中未表示)和栅极202；在栅线和栅极202上形成有栅绝缘层203；在栅绝缘层203上形成有由石墨烯构成的数据线(图中未表示)、源极208、半导体有源层207、漏极206和像素电极205；其中，源极208与半导体有源层207相接触，漏极206与半导体有源层207相接触，形成TFT沟道，像素电极205与漏极206相接触；在数据线、源极208、半导体有源层207、漏极206和像素电极205上形成有保护层209；在保护层209上，在像素电极205上方，形成有公共电极210。
其中，半导体有源层207的石墨烯为经过氢化处理后的石墨烯层。由于石墨烯是一种二维材料，其特性介于半导体与导体之间，本征态时，由于能带交叠，其导电性具有金属特性，电导率能达到20000cm2/V.S，可以作为TFT的源漏极材料，当用氢气或氩气，或者两者混合气体处理之后，产生氢化石墨烯，带隙增加，可以作为半导体材料。且相对于一般的半导体材料而言，其具有更高的载流子迁移率。
在本实施例中，要求半导体有源层207的宽度小于栅极202的宽度，使得形成TFT沟道的源极208与半导体有源层207相接触的区域，以及漏极206与半导体有源层207相接触的区域均位于栅极202的上方。
另外，本实施例中的公共电极210可以由氧化铟锡或石墨烯构成。
在本实施例中，可以明显看出，数据线、源极、半导体有源层、漏极、像素电极位于同一层上，使得TFT阵列基板的厚度变薄，与现有的分层制备相比，简化了制备工艺。
本发明实施例还提供一种显示装置，使用了上述的TFT阵列基板。所述显示装置，包括液晶面板、液晶电视、手机、平板电脑、导航仪等。本实施例中的显示装置，由于其使用的TFT阵列基板中的数据线、源极、半导体有源层、漏极、像素电极位于同一层上，使得TFT阵列基板的厚度变薄，导致显示装置也相应变薄，与现有的分层制备相比，简化了制备工艺。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种TFT阵列基板制造方法，其特征在于，包括：
在基板上形成金属层，通过第一次构图工艺处理得到栅线和栅极；
在所述栅线和栅极上形成栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成石墨烯层，通过第二次构图工艺处理及氢化处理，在所述栅极的上方得到由石墨烯构成的半导体有源层；
在所述石墨烯层上通过第三次构图工艺处理得到由石墨烯构成的数据线、源极、漏极和像素电极；其中，所述源极与所述半导体有源层相接触，所述漏极与所述半导体有源层相接触，形成TFT沟道，所述像素电极与所述漏极相接触；
在所述数据线、源极、半导体有源层、漏极、像素电极之上形成保护层；
在所述保护层上，在所述像素电极上方，形成公共电极。
2.根据权利要求1所述的TFT阵列基板制造方法，其特征在于，在所述栅绝缘层上形成石墨烯层，通过第二次构图工艺处理及氢化处理，在所述栅极的上方得到由石墨烯构成的半导体有源层包括：
在所述栅绝缘层上，利用等离子体增强化学气相沉积法沉积一层石墨烯材料，或者旋涂一层水溶性单层或多层石墨烯材料，形成石墨烯层；
在所述石墨烯层上涂覆光刻胶，经过曝光、显影后露出沟道区的石墨烯；
利用H2，或H2和Ar2的混合气体对所述沟道区的石墨烯进行氢化处理；
剥离掉剩余的光刻胶，在所述栅极的上方得到由石墨烯构成的半导体有源层。
3.根据权利要求1所述的TFT阵列基板制造方法，其特征在于，所述公共电极由氧化铟锡或石墨烯构成。
4.根据权利要求1所述的TFT阵列基板制造方法，其特征在于，所述半导体有源层的宽度小于所述栅极的宽度，使得形成TFT沟道的所述源极与所述半导体有源层相接触的区域，以及所述漏极与所述半导体有源层相接触的区域均位于所述栅极的上方。
5.一种TFT阵列基板，其特征在于，包括：
基板；
在所述基板上形成有栅线和栅极；
在所述栅线和栅极上形成有栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成有由石墨烯构成的数据线、源极、漏极、像素电极及由氢化处理后的石墨烯构成的半导体有源层；其中，所述源极与所述半导体有源层相接触，所述漏极与所述半导体有源层相接触，形成TFT沟道，所述像素电极与所述漏极相接触；
在所述数据线、源极、半导体有源层、漏极和像素电极上形成有保护层；
在所述保护层上，在所述像素电极上方，形成有公共电极。
6.根据权利要求5所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述公共电极层由氧化铟锡或石墨烯构成。
7.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求5或6任一项所述的TFT阵列基板。
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