CN103258856A - 薄膜晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种薄膜晶体管，其包括栅极、半导体层、绝缘层、源极、漏极以及电流抑制层。绝缘层配置于栅极与半导体层之间。源极连接至半导体层。漏极连接至半导体层，其中源极与漏极彼此分离配置。电流抑制层具有第一部分与第二部分，其中第一部分配置于半导体层与至少部分源极之间，且第二部分配置于半导体层与至少部分漏极之间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种薄膜晶体管，且特别是关于一种包括电流抑制层的薄膜晶体管。
背景技术
有机发光二极管(Organic light emitting diode，OLED)因其自发光、无视角依存、省电、工艺简易、低成本、低温度操作范围、高应答速度以及全彩化等优点而具有极大的应用潜力，可望成为新时代平面显示器的照明光源主流。
目前，在科技业者针对有机发光二极管材料进行改良与最佳化的结果，有机发光二极管可操作在较低的驱动电流。然而，由于有机发光二极管内的半导体层具有优异的电子迁移率，导致业者需借由增加半导体层的通道长度以换得低电流，使得有机发光二极管元件的开口率被牺牲。
此外，在其它类型的显示面板与光侦测面板中，当操作电压或电流因材料或工艺的改良而下降时，同样会有开口率被牺牲的问题。
由此可见，上述现有的薄膜晶体管在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的薄膜晶体管，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的薄膜晶体管存在的缺陷，而提供一种新型结构的薄膜晶体管，所要解决的技术问题是在提供一种薄膜晶体管，其可在低电流下操作，且其所占面积可被有效缩小，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的其包括：一栅极；一半导体层；一绝缘层，配置于该栅极与该半导体层之间；一源极，连接至该半导体层；一漏极，连接至该半导体层，其中该源极与该漏极彼此分离配置；以及一电流抑制层，具有一第一部分与一第二部分，其中该第一部分配置于该半导体层与至少部分该源极之间，且该第二部分配置于该半导体层与至少部分该漏极之间。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该第一部分与该第二部分彼此分离配置。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该第一部分与该第二部分相接。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该第一部分也配置于该源极与该绝缘层之间，且该第二部分也配置于该漏极与该绝缘层之间。
前述的薄膜晶体管，其中所述的其更包括：一基板，其中该栅极配置于该绝缘层与该基板之间；一保护层，覆盖该源极、该半导体层及至少部分该漏极，其中该保护层具有一贯孔，以暴露出该至少部分漏极；以及一导电材料，填充于该贯孔中，且覆盖部分该保护层。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该第一部分也配置于该绝缘层与该保护层之间，且该第二部分也配置于该绝缘层与该保护层之间。
前述的薄膜晶体管，其中所述的其更包括一基板，其中该半导体层配置于该绝缘层与该基板之间。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该第一部分也配置于该源极与该基板之间，且该第二部分也配置于该漏极与该基板之间。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该第一部分也配置于该绝缘层与该基板之间，且该第二部分也配置于该绝缘层与该基板之间。
前述的薄膜晶体管，其中所述的其更包括：一保护层，覆盖该栅极及该绝缘层，其中该保护层具有一第一贯孔，该绝缘层具有一第二贯孔，该第一贯孔与该第二贯孔连通并暴露出至少部分该漏极；以及一导电材料，填充于该第一贯孔与该第二贯孔中，并覆盖部分该保护层。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该第一部分配置于该半导体层与该源极的一部分之间，且该源极的另一部分直接接触该半导体层，该第二部分配置于该半导体层与该漏极的一部分之间，且该漏极的另一部分直接接触该半导体层。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该电流抑制层的材料为金属氧化物。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该电流抑制层的材料为硅氧化物、铝氧化物或其组合。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该电流抑制层的厚度为2纳米至100纳米。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该电流抑制层的厚度为5纳米至50纳米。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该半导体层的材料为金属氧化物半导体。
前述的薄膜晶体管，其中所述的该金属氧化物半导体包括氧化铟锌、氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟镓锌或其组合。
借由上述技术方案，本发明薄膜晶体管至少具有下列优点及有益效果：在本发明的实施例的薄膜晶体管中，半导体层与至少部分源极之间及半导体层与至少部分漏极之间配置有电流抑制层，以降低薄膜电晶在操作时的电流。如此一来，薄膜晶体管便能够在低电流下操作，且可在不增加薄膜晶体管所占面积的情况下降低操作电流。
综上所述，本发明提供一种薄膜晶体管，其包括栅极、半导体层、绝缘层、源极、漏极以及电流抑制层。绝缘层配置于栅极与半导体层之间。源极连接至半导体层。漏极连接至半导体层，其中源极与漏极彼此分离配置。电流抑制层具有第一部分与第二部分，其中第一部分配置于半导体层与至少部分源极之间，且第二部分配置于半导体层与至少部分漏极之间。本发明在技术上有显着的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图。
图2至图4分别绘示电流抑制层在上述的实施例的薄膜晶体管的不同配置情况。
图5为本发明的另一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图。
图6至图8分别绘示电流抑制层在另一实施例的薄膜晶体管中的不同配置情况。
100、200、300、400、500、600、700、800：薄膜晶体管
110：基板 112：栅极
120：半导体层 130、130’：绝缘层
140a、140a’：源极 140b、140b’：漏极
150、150、150”：电流抑制层 150a、150a’、150a”：第一部分
150b、150b’、150b”：第二部分 160：保护层
170：电材料 H：厚度
W：贯孔 W1：第一贯孔
W2：第二贯孔
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的薄膜晶体管其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为本发明的一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图。请先参阅图1，本实施例的薄膜晶体管100包括栅极112、半导体层120、绝缘层130、源极140a、漏极140b以及电流抑制层150。在本实施例中，栅极112、源极140a以及漏极140b的材料例如是钼(Mo)、铝(Al)、钛(Ti)等金属材料或其合金或是其金属叠层。源极140a连接至半导体层120。漏极140b连接至半导体层120，其中源极140a与漏极140b彼此分离配置。
半导体层120的材料例如是金属氧化物半导体。具体而言，半导体层120的材料例如是氧化铟锌、氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟镓锌或其组合。值得一提的是，现有习知的技术的有机发光二极管在长时间施加正电压下，临界电压(threshold voltage)会有偏移的现象。然而，在本实施例中，借由金属氧化物半导体，利用其优异的正偏压应力(positive biasstress，PBS)特性，本实施例的薄膜晶体管100可具有较低的临界电压偏移的现象。
绝缘层130的材料例如是高介电系数的氧化硅或氮化硅等。此外，绝缘层130配置于栅极112与半导体层120之间。
电流抑制层150例如是用以减缩流经源极140a、漏极140b及源极140a与漏极140b之间的半导体层120中的通道的电流。在本实施例中，电流抑制层150的材料例如是硅氧化物、铝氧化物或其组合等具有较高介电系数的材料。值得注意的是，电流抑制层150是用以减缩电流量而非完全阻绝电流的生成。因此，为使源极140a、漏极140b及半导体层120的导通状态良好，在本实施例中，电流抑制层150的厚度H例如为2纳米至100纳米。在一实施例中，电流抑制层150的厚度H例如为5纳米至50纳米。
另外，本实施例的薄膜晶体管100更包括基板110、保护层160以及导电材料170。栅极112配置于绝缘层130与基板110之间。保护层160覆盖源极140a、半导体层120及至少部分漏极140b，其中保护层160具有贯孔W，以暴露出至少部分漏极140b。此外，导电材料170填充于贯孔W中，且覆盖部分保护层160。在本实施例中，导电材料170与漏极140b连接，以达到彼此间的电性连接。
在本实施例中，电流抑制层150具有第一部分150a与第二部分150b，其中第一部分150a配置于半导体层120与至少部分源极140a之间，配置于源极140a与绝缘层130之间，且配置于绝缘层130与保护层160之间，且第二部分150b配置于半导体层120与至少部分漏极140b之间，配置于漏极140b与绝缘层130之间，且配置于绝缘层130与保护层160之间。
具体而言，在本实施例中，第一部分150a与第二部分150b例如是分离配置，但本发明不以此为限。其它电流抑制层的配置情况将搭配图2至图4加以说明。图2至图4分别绘示电流抑制层在上述的实施例的薄膜晶体管的不同配置情况。
值得一提的是，借由配置此电流抑制层150在半导体层120与至少部分源极140a、漏极140b之间，增加半导体层120与源极140a、漏极140b之间的接触阻值，本实施例的薄膜晶体管100，可在不增加半导体通道长度下，有效地减缩电流量，其中不增加半导体通道的长度即可不增加薄膜晶体管100所占的面积。相较于现有习知的技术的薄膜晶体管借由增加半导体通道长度来减缩电流量，本实施例的薄膜晶体管100可在减缩电流量的同时，达成元件面积缩小。当薄膜晶体管100应用于显示面板、发光元件数组面板(例如有机发光二极管数组面板)或感光元件数组面板时，由于薄膜晶体管100所占的面积较小，故可使这些面板的开口率得以提升。
请参阅图2，本实施例的薄膜晶体管200具有与图1中的薄膜晶体管100相似的膜层，相同元件符号代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似的材料与作用，故不再赘述。只是二者差异处在于：电流抑制层150’的第一部分150a’与第二部分150b’为彼此相接。在本实施例中，第一部分150a’与第二部分150b’为一体成型。
此外，请参阅图3，本实施例的薄膜晶体管300具有与图1中的薄膜晶体管100相似的膜层，相同元件符号代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似的材料与作用，故不再赘述。只是二者差异处在于：电流抑制层150”也可不完全覆盖绝缘层130，亦即电流抑制层150”可覆盖部分绝缘层，其中电流抑制层150”包括彼此分离的第一部分150a”与第二部分150b”。
另外，请参阅图4，本实施例的薄膜晶体管400具有与图1中的薄膜晶体管100相似的膜层，相同元件符号代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似的材料与作用，故不再赘述。只是二者差异处在于：源极140a’与漏极140b’分别覆盖住电流抑制层150的第一部分150a与第二部分150b的一端，并直接与半导体层120相接。
当然，除了上述底栅极(bottom gate)结构的薄膜晶体管100至400外，本发明的薄膜晶体管也可为顶栅极(top gate)的结构。图5为本发明的另一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图。
请参阅图5，本实施例的薄膜晶体管500具有与图1中的薄膜晶体管100相似的膜层，相同元件符号代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似的材料与作用，故不再赘述。只是二者差异处在于膜层堆叠的顺序。在本实施例中，电流抑制层150的第一部分150a配置于源极140a与基板110之间，且配置于绝缘层130’与基板110之间，且第二部分150b配置于漏极140b与基板110之间，且配置于绝缘层130’与基板110之间。半导体层120配置于绝缘层130’与基板110之间。
此外，本实施例的薄膜晶体管500也包括保护层160与导电材料170。保护层160覆盖栅极112及绝缘层130’，且保护层160具有第一贯孔W1，而绝缘层130’具有第二贯孔W2。第一贯孔W1与第二贯孔W2连通并暴露出至少部分漏极140b。导电材料170填充于第一贯孔W1与第二贯孔W2中，且导电材料170覆盖部分保护层160。在本实施例中，导电材料170与漏极140b接触而达成两者间的电性连接。
在本实施例中，第一部分150a与第二部分150b例如是分离配置，但本发明不以此为限。图6至图8分别绘示电流抑制层在另一实施例的薄膜晶体管中的不同配置情况。
请参阅图6，本实施例的薄膜晶体管600具有与图5中的薄膜晶体管500相似的膜层，相同元件符号代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似的材料与作用，故不再赘述。只是二者差异处在于：电流抑制层150’的第一部分150a’与第二部分150b’为彼此相接。在本实施例中，第一部分150a’与第二部分150b’为一体成型。
此外，请参阅图7，本实施例的薄膜晶体管700具有与图5中的薄膜晶体管500相似的膜层，相同元件符号代表相同或相似的元件，且相似的元件具有相似的材料与作用，故不再赘述。只是二者差异处在于：电流抑制层150”也可不完全覆盖基板110，亦即电流抑制层150”可覆盖部分基板110，且可位于部分绝缘层130’下方，其中电流抑制层150”包括彼此分离的第一部分150a”与第二部分150b”。
另外，请参阅图8，本实施例的薄膜晶体管800具有与图5中的薄膜晶体管500相似的膜层，相同元件符号代表相同或相似的元件，且相似的元件具有相似的材料与作用，故不再赘述。只是二者差异处在于：源极140a’与漏极140b’分别覆盖住电流抑制层150的第一部分150a与第二部分150b的一端，并直接与半导体层120相接。
综上所述，在本发明的实施例的薄膜晶体管中，半导体层与源极之间及半导体层与漏极之间配置有电流抑制层，用以减缩电流量。因此，相较于现有习知的技术借由增加通道长度来减缩电流量，本发明的实施例所提出的薄膜晶体管可在减缩电流量的同时，达到元件面积缩小的特性。此外，利用由金属氧化物半导体所形成的半导体层，本发明的实施例所提出的薄膜晶体管可具有优异的正偏压应力(positive bias stress，PBS)特性，意即具有较低的临界电压偏移的现象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (17)
1.一种薄膜晶体管，其特征在于其包括：
栅极；
半导体层；
绝缘层，配置于该栅极与该半导体层之间；
源极，连接至该半导体层；
漏极，连接至该半导体层，其中该源极与该漏极彼此分离配置；以及
电流抑制层，具有第一部分与第二部分，其中该第一部分配置于该半导体层与至少部分该源极之间，且该第二部分配置于该半导体层与至少部分该漏极之间。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该第一部分与该第二部分彼此分离配置。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该第一部分与该第二部分相接。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该第一部分也配置于该源极与该绝缘层之间，且该第二部分也配置于该漏极与该绝缘层之间。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于其更包括：
基板，其中该栅极配置于该绝缘层与该基板之间；
保护层，覆盖该源极、该半导体层及至少部分该漏极，其中该保护层具有贯孔，以暴露出该至少部分漏极；以及
导电材料，填充于该贯孔中，且覆盖部分该保护层。
6.如权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于该第一部分也配置于该绝缘层与该保护层之间，且该第二部分也配置于该绝缘层与该保护层之间。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于其更包括基板，其中该半导体层配置于该绝缘层与该基板之间。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于该第一部分也配置于该源极与该基板之间，且该第二部分也配置于该漏极与该基板之间。
9.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于该第一部分也配置于该绝缘层与该基板之间，且该第二部分也配置于该绝缘层与该基板之间。
10.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于其更包括：
保护层，覆盖该栅极及该绝缘层，其中该保护层具有第一贯孔，该绝缘层具有第二贯孔，该第一贯孔与该第二贯孔连通并暴露出至少部分该漏极；以及
导电材料，填充于该第一贯孔与该第二贯孔中，并覆盖部分该保护层。
11.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该第一部分配置于该半导体层与该源极的一部分之间，且该源极的另一部分直接接触该半导体层，该第二部分配置于该半导体层与该漏极的一部分之间，且该漏极的另一部分直接接触该半导体层。
12.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该电流抑制层的材料为金属氧化物。
13.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该电流抑制层的材料为硅氧化物、铝氧化物或其组合。
14.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该电流抑制层的厚度为2纳米至100纳米。
15.如权利要求14所述的薄膜晶体管，其特征在于该电流抑制层的厚度为5纳米至50纳米。
16.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该半导体层的材料为金属氧化物半导体。
17.如权利要求16所述的薄膜晶体管，其特征在于该金属氧化物半导体包括氧化铟锌、氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟镓锌或其组合。
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