CN102651400A - 一种tft阵列基板及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种TFT阵列基板及显示装置，涉及显示技术领域，用以提高薄膜晶体管的开关特性。所述TFT阵列基板包括：数据线和栅线，以及在所述数据线和栅线限定的像素单元中形成的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层以及源极、漏极；其特征在于，所述有源层为超晶格结构，该超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，所述层组包括半导体单层和非半导体单层。本发明实施例适用于阵列基板及显示装置的生产。

Description

一种TFT阵列基板及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种TFT阵列基板及显示装置。
背景技术
TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示器)和AMOLED(Active Matrix/Organic Light EmittingDiode，有源矩阵有机发光二极体)显示器，都需要TFT阵列基板进行显示驱动。
其中，TFT阵列基板包括：数据线、栅线，并且在数据线和栅线限定的像素单元中形成有薄膜晶体管和像素电极；其中薄膜晶体管的源极与数据线相连，栅极与栅线相连，漏极与像素电极相连。如图1所示，现有技术中TFT阵列基板10中的薄膜晶体管包括：栅极11、栅绝缘层12、有源层13、欧姆接触层14以及源极15、漏极16。其中，该薄膜晶体管的漏极通过钝化层17上的过孔与像素电极18相连。
TFT阵列基板中的薄膜晶体管作为开关元件，载流子迁移率是薄膜晶体管特性的重要技术指标之一，用以评判薄膜晶体管的性能。而薄膜晶体管的有源层13作为载流子的通道，能够影响载流子的迁移率大小。但现有技术中，薄膜晶体管的有源层13由a-Si(amorphoussilicon，非晶硅)制成，由于a-Si的表面缺陷和非晶体排列使得a-Si具有较低的载流子迁移率，目前a-Si的载流子迁移率一直在1cm2/Vs以下，造成TFT的导通电流较低，这样就降低了薄膜晶体管的开关特性。
发明内容
本发明的实施例提供一种TFT阵列基板及显示装置，用以提高薄膜晶体管的开关特性。
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，包括：数据线和栅线，以及在所述数据线和栅线限定的像素单元中形成的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层以及源极、漏极；所述有源层为超晶格结构，该超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，所述层组包括半导体单层和非半导体单层。
另一方面提供一种显示装置，包括：上述TFT阵列基板。
本发明实施例提供一种TFT阵列基板及显示装置，有源层为超晶格结构，该超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，所述层组包括半导体单层和非半导体单层，在这种结构下，载流子于层间发生耦合，使得半导体单层内的载流子迁移率提高，TFT的导通电流得以增加，从而提高了薄膜晶体管的开关特性。
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为现有技术中TFT阵列基板的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种TFT阵列基板的示意图；
图3为图2所示的TFT阵列基板上有源层的超晶格结构的放大截面图。
附图标记：
11-栅极；12-栅绝缘层；13-有源层；14-欧姆接触层；15-源极；16-漏极；17-钝化层；18-像素电极。
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。
如图2所示，本发明实施例提供一种TFT阵列基板20，包括：数据线和栅线，以及在所述数据线和栅线限定的像素单元中形成的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极11、栅绝缘层12、有源层13、欧姆接触层14以及源极15、漏极16；所述有源层13为超晶格结构，该超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，参考图3，所述层组包括半导体单层31和非半导体单层32。
该超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，参考图3可以更好地理解层组间的层叠关系，其中，半导体单层31与非半导体单层32基本上相互平行。
进一步的，所述预定数目至少为10。进一步的，所述预定数目的范围为10～50。所述预定数目可以是综合考虑薄膜晶体管的开关特性以及生产成本等因素而预先设定的合理数目。当所述预定数目的范围为10～50时，可以在生产成本合适的情况下，获得较优的薄膜晶体管开关特性。
在超晶格的结构中，半导体单层与非半导体单层形成量子阱，相邻量子阱之间发生耦合，在半导体单层中分立的能级扩展为能带，载流子波函数随位置发生改变，载流子于层间发生耦合，提高了半导体单层内横向载流子迁移率，并且对于电子和空穴两种载流子的迁移率都增加，使得薄膜晶体管的导通电流增加。
优选的，所述半导体单层31与所述非半导体单层32的晶格常数匹配。所述晶格常数是指晶体物质的基本结构参数，晶格常数匹配是指两种晶体物质具有相同或相近的晶格常数，由于两个相邻单层的晶格常数匹配，使得半导体单层与非半导体单层之间的层间位错小，缺陷态密度小，使得电子不容易被缺陷态捕获，提高了载流子迁移率。在源极15加电后，由于具有晶格结构的有源层中的载流子迁移率增大，故进一步提高了薄膜晶体管的导通电流。
另外，在本发明实施例提供的TFT阵列基板中的薄膜晶体管的有源层厚度与现有技术中薄膜晶体管的有源层厚度基本一致的情况下，本发明实施例中半导体单层与非半导体单层交替生长，而现有技术中有源层采用单层的半导体层，所以本发明实施例中预定数目的半导体单层的总厚度比现有技术中半导体层的厚度小，由于半导体层的厚度对漏电流大小有很大影响，所以在薄膜晶体管关断时，本发明实施例中的漏电流明显降低，从而使得薄膜晶体管的开关特性得到进一步提高。
进一步的，如图3所示，所述超晶格结构的最上层为半导体单层31，或者非半导体单层32。
在图3(a)中，超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，该层组包括半导体单层31和非半导体单层32，在层组中半导体单层31生长在非半导体单层32上，在超晶格结构中，半导体单层31在超晶格结构的最上层。在这样的情况下，最上层的半导体单层31与欧姆接触层14接触，欧姆接触层14能够减少半导体单层与源极15、漏极16之间的接触电阻，从而有助于电流导通。
在图3(b)中，超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，该层组包括半导体单层31和非半导体单层32，在层组中非半导体单层32生长在半导体单层31上，在超晶格结构中，非半导体单层32在超晶格结构的最上层。在这样的情况下，最上层的非半导体单层32与欧姆接触层14接触，最上层的非半导体单层32为超晶格结构的一单层，不会使有源层与源极15、漏极16之间的接触电阻有明显增加，欧姆接触层14能够减少半导体单层与源漏电极之间的接触电阻，有助于电流导通。本发明所有实施例中欧姆接触层14优选为n+非晶硅层。
进一步的，所述半导体单层31的厚度与所述非半导体单层32的厚度均小于等于10nm。当然，在本发明所有实施例中，半导体单层、非半导体单层的厚度可以相同，也可以不同。在本发明实施例的超晶格结构中，半导体单层与非半导体单层形成量子阱，相邻量子阱之间发生耦合，在半导体单层中分立的能级扩展为能带，当半导体单层的厚度与非半导体单层的厚度均小于等于10nm的情况下，载流子波函数发生明显改变，相邻量子阱之间的载流子波函数耦合较大，有助于载流子于层间发生耦合。
进一步的，所述半导体单层为第IV族半导体或第III-V族半导体或II-VI族半导体构成的半导体单层，但不限定于这几族内，比如还可包含氧化物半导体，如IGZO等；所述非半导体单层为氧或氮或氟或碳-氧构成的非半导体单层，如氧化铝，氮化铝，氧化硅，氮化硅或者他们的组合如氮氧化物，但不限定于这几种材料。如本领域技术人员理解的那样，术语第IV族半导体还包括第IV-IV族半导体。
优选的，所述半导体单层31为非晶硅单层，所述非半导体单层32为氮化硅单层。在超晶格结构中，非晶硅单层与氮化硅单层的晶格常数匹配，且氮化硅与非晶硅工艺兼容，因为非晶硅单层与氮化硅单层具有相近的晶格常数，这样层间位错小，缺陷态密度小，电子不容易被缺陷态捕获，提高了载流子迁移率，从而进一步提高了薄膜晶体管的导通电流。
本发明实施例提供了一种显示装置，该显示装置可以包括上述任一TFT阵列基板。所述显示装置可以为电子纸、OLED面板、平板电脑、液晶电视、手机等。
本发明实施例提供一种显示装置，该显示装置包括上述任一TFT阵列基板；由于上述任一TFT阵列基板上的具有超晶格结构的薄膜晶体管与现有技术相比提高了开关特性，故将具有超晶格结构的薄膜晶体设置在显示器中也可以达到提高薄膜晶体管开关特性的目的，进一步可以增强显示器的性能。
下面将举具体实例分情况阐述具有超晶格结构的薄膜晶体管的开关特性。
具体的，现有技术中，TFT阵列基板上的薄膜晶体管有源层为半导体层，该半导体层厚度一般为180nm～230nm，该有源层中载流子发生迁移多集中在半导体层的下部区域，载流子发生迁移的厚度约为30nm～50nm。本发明提供的TFT阵列基板上的薄膜晶体管有源层的厚度若与现有技术中有源层的厚度基本一致，例如为200nm，且层组的预定数目例如为10，半导体单层、非半导体单层的厚度分别例如为10nm的情况下，超晶格结构中所有半导体单层的总厚度为100nm，每一半导体单层中的绝大多数载流子都能够迁移，故超晶格结构中的载流子发生迁移的总厚度接近100nm。可见，在这种情况下，本发明实施例中的载流子发生迁移的总厚度(约100nm)远远大于现有技术中载流子发生迁移的厚度(约30nm～50nm)，另外，由于载流子迁移率的增大，使得提高了导通电流；进一步的，在这种情况下，本发明实施例中有源层为交替生长的半导体单层和非半导体单层，所有半导体单层总厚度(100nm)远远小于现有技术中采用的半导体层的厚度(180nm～230nm)，由于半导体层的厚度对漏电流大小有很大影响，所以本发明实施例中的漏电流明显降低；从而可以提高薄膜晶体管的开关特性。
在上一例子中，已经分析得到：具有超晶格结构的薄膜晶体管有源层的厚度与现有技术中有源层的厚度基本一致的情况下，可以提高该薄膜晶体管的开关特性。但是，本发明实施例提供的TFT阵列基板并不局限于此，在TFT阵列基板上的具有超晶格结构的薄膜晶体管有源层的厚度比现有技术中有源层的厚度不一致的情况下，也同样可以达到提高薄膜晶体管的开关特性的作用。
例如，在超晶格结构的层组的预定数目例如为10，半导体单层、非半导体单层的厚度分别例如为7nm的情况下，该具有超晶格结构的薄膜晶体管的有源层的厚度(140nm)比现有技术中有源层(180nm～230nm)的厚度小，超晶格结构中所有半导体单层的总厚度为70nm，超晶格结构中的载流子发生迁移的总厚度接近70nm，该载流子发生迁移的总厚度(约70nm)比现有技术中载流子发生迁移的厚度(约30nm～50nm)大，可见这种情况下，同样能够提高导通电流；进一步的，在这种情况下，所有半导体单层总厚度(70nm)远远小于现有技术中薄膜晶体管的半导体层的厚度(180nm～230nm)，由于半导体层的厚度对漏电流大小有很大影响，所以在这种情况下漏电流明显降低，从而可以达到提高TFT阵列基板上薄膜晶体管的开关特性的作用。
又如，在具有超晶格结构的薄膜晶体管的有源层厚度在一定范围内大于现有技术中有源层厚度(180nm～230nm)的情况下，例如本发明中TFT阵列基板上具有超晶格结构的层组的预定数目例如为12，半导体单层、非半导体单层的厚度分别例如为10nm，这种具有超晶格结构的薄膜晶体管的有源层的厚度为240nm的情况下，超晶格结构中所有半导体单层的总厚度为120nm，超晶格结构中的载流子发生迁移的总厚度接近120nm，该载流子发生迁移的总厚度(约120nm)比现有技术中载流子发生迁移的厚度(约30nm～50nm)大，可见这种情况下，同样能够提高导通电流；进一步的，在这种情况下，所有半导体单层总厚度(120nm)远远小于现有技术中薄膜晶体管的半导体层的厚度(180nm～230nm)，由于半导体层的厚度对漏电流大小有很大影响，所以在这种情况下漏电流明显降低，从而可以达到提高TFT阵列基板上薄膜晶体管的开关特性的作用。
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 (9)

1.一种TFT阵列基板，包括：数据线和栅线，以及在所述数据线和栅线限定的像素单元中形成的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层以及源极、漏极；其特征在于，所述有源层为超晶格结构，该超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，所述层组包括半导体单层和非半导体单层。
2.根据权利要求1所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体单层与所述非半导体单层的晶格常数匹配。
3.根据权利要求1所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述超晶格结构的最上层为半导体单层，或者非半导体单层。
4.根据权利要求1所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述预定数目至少为10。
5.根据权利要求1所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述预定数目的范围为10～50。
6.根据权利要求1～5任一项权利要求所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体单层的厚度与所述非半导体单层的厚度均小于等于10nm。
7.根据权利要求1～5任一项权利要求所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体单层为第IV族半导体或第III-V族半导体或II-VI族半导体构成的半导体单层，所述非半导体单层为氧或氮或氟或碳-氧构成的非半导体单层。
8.根据权利要求7所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体单层为非晶硅单层或者IGZO单层，所述非半导体单层为氧化铝单层、氮化铝单层、氧化硅单层或者氮化硅单层。
9.一种显示装置，其特征在于，包括：权利要求1～8任一项权利要求所述的TFT阵列基板。
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