CN104300008A - 一种电极结构、薄膜晶体管、阵列基板及显示面板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电极结构、薄膜晶体管、阵列基板及显示面板，电极结构中至少包括层叠设置的第一金属层和第一石墨烯层，第一金属层的材料为铜或铜合金。由于石墨烯是由碳原子构成的单层六边形结构，结构稳定，具有较高的电荷迁移率，并且与铜原子之间的结合力强，对铜原子有很好的吸附作用。因此，利用第一石墨烯层对第一金属层中的铜原子的吸附和阻挡作用，可以有效防止电极结构中铜原子的扩散，同时由于石墨烯具有极高的电导率，与金属层形成的复合结构，可以进一步提高电极结构的导电性能。
Description
技术领域
本发明涉半导体技术领域，尤指一种电极结构、薄膜晶体管、阵列基板及显示面板。
背景技术
随着半导体显示技术的不断发展，显示面板对薄膜晶体管阵列基板上的电极线以及薄膜晶体管的电极的导电性能的要求越来越高。特别是在高分辨率产品中，为了增加开口率，需要在保证导电性能的基础上减小电极线的线宽；在大尺寸产品中，为了保证画面的刷新频率，需要降低电极线的电阻。
铜作为低电阻和价格便宜的金属，相比目前采用常用的铝、钼等金属制作薄膜晶体管阵列基板中的电极线和薄膜晶体管的电极，更容易做到低线宽、低功耗和高的电导率，从而可以提升显示面板的显示效果。但是，由于铜原子很容易在膜层间发生扩散，因此采用铜制作电极线和电极，电极中的铜原子会扩散到薄膜晶体管的有源层，从而影响薄膜晶体管的性能。
因此，如何在保证高的电导率的基础上防止电极中的铜原子在膜层间的扩散，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电极结构、薄膜晶体管、阵列基板及显示面板，用以防止电极中的铜原子在膜层间的扩散，从而保证薄膜晶体管的性能。
本发明实施例提供的一种电极结构，包括：衬底基板、以及依次位于所述衬底基板上方的第一金属层和第一石墨烯层；其中，所述第一金属层的材料为铜或者铜合金。
较佳地，为了进一步防止铜原子在膜层间的扩散，以及增强金属层与衬底基板之间的粘附性，在本发明实施例提供的上述电极结构中，还包括：位于所述衬底基板与所述第一金属层之间的第二金属层；以及
位于所述第二金属层与所述第一金属层之间的第二石墨烯层；
所述第二金属层的材料为铜合金。
较佳地，为了更好的防止铜原子的扩散，在本发明实施例提供的上述电极结构中，所述第一石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯；和/或
所述第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。
相应地，本发明实施例还提供了一种薄膜晶体管，包括衬底基板，以及位于所述衬底基板上的栅电极、有源层、源电极和漏电极，其中，所述栅电极与所述有源层之间相互绝缘，所述源电极和所述漏电极分别与所述有源层电连接；
所述栅电极、所述源电极和所述漏电极至少其中之一包括层叠设置的第一金属层和第一石墨烯层；其中，所述第一金属层的材料为铜或者铜合金。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述有源层位于所述栅电极的上方；
所述栅电极包括依次位于所述衬底基板上方的所述第一金属层和所述第一石墨烯层；或
所述栅电极包括依次位于所述衬底基板上方的第二金属层、第二石墨烯层、所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述栅电极位于所述有源层的上方；
所述栅电极包括依次位于所述有源层上方的第二金属层、第二石墨烯层、所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述源电极与所述漏电极同层设置，所述有源层位于所述源电极和所述漏电极的上方；
所述源电极和所述漏电极均包括依次位于所述衬底基板上方的第一金属层和第一石墨烯层；或
所述源电极和所述漏电极均包括依次位于所述衬底基板上方的第二金属层、第二石墨烯层、所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述源电极与所述漏电极同层设置，所述源电极和所述漏电极位于所述有源层的上方；
所述源电极和所述漏电极均包括依次位于所述衬底基板上方的第二金属层、第二石墨烯层、所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
较佳地，为了更好的防止电极中的铜原子的扩散，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述第一石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯；和/或
所述第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯；
相应地，本发明实施还提供了一种阵列基板，包括本发明实施例提供的上述任一种薄膜晶体管。
相应地，本发明实施还提供了一种显示面板，包括本发明实施例提供的上述阵列基板。
本发明实施例提供的一种电极结构、薄膜晶体管、阵列基板及显示面板，电极结构中至少包括层叠设置的第一金属层和第一石墨烯层，第一金属层的材料为铜或铜合金。由于石墨烯是由碳原子构成的单层六边形结构，结构稳定，具有较高的电荷迁移率，并且与铜原子之间的结合力强，对铜原子有很好的吸附作用。因此，利用第一石墨烯层对第一金属层中的铜原子的吸附和阻挡作用，可以有效防止电极结构中铜原子的扩散，同时由于石墨烯具有极高的电导率，与金属层形成的复合结构，可以进一步提高电极结构的导电性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电极结构的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的电极结构的结构示意图之二；
图3a至图3b分别为本发明图1所示的电极结构的制作方法执行各步骤后的结构示意图；
图4a至图4e分别为本发明图2所示的电极结构的制作方法执行各步骤后的结构示意图；
图5a为本发明实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之一；
图5b为本发明实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之二；
图5c为本发明实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之三；
图5d为本发明实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之四。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的电极结构、薄膜晶体管、阵列基板及显示面板的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各膜层的形状和大小不反映电极结构和薄膜晶体管的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供的一种电极结构，如图1所示，包括：衬底基板10、以及依次位于衬底基板10上方的第一金属层11和第一石墨烯层12；其中，第一金属层11的材料为铜或者铜合金。
本发明实施例提供的上述电极结构，在第一金属层上设置有第一石墨烯层，由于石墨烯是由碳原子构成的单层六边形结构，结构稳定，具有较高的电荷迁移率，并且与铜原子之间的结合力强，对铜原子有很好的吸附作用。因此，利用第一石墨烯层对第一金属层中的铜原子的吸附和阻挡作用，可以有效防止电极结构中铜原子的扩散，同时由于石墨烯具有极高的电导率，与金属层形成的复合结构，可以进一步提高电极结构的导电性能。
较佳地，为了进一步防止铜原子在膜层间的扩散，以及增强金属层与衬底基板之间的粘附性，在本发明实施例提供的上述电极结构中，如图2所示，还包括：位于衬底基板10与第一金属层11之间的第二金属层13；以及
位于第二金属层13与第一金属层11之间的第二石墨烯层14；
第二金属层13的材料为铜合金。
将铜合金材料的第二金属层置于衬底基板与第二石墨烯层之间，这样一方面由于铜合金对衬底基板的粘附性较强，可以增强对其对衬底基板的粘附性，另一方，铜合金薄膜自身具有防止铜原子的扩散功能，并且可以利用设置于第二金属层与第一金属层之间的第二石墨烯层对铜原子的吸附作用，进一步防止铜原子的扩散。
具体地，在本发明实施例提供的上述电极结构中，铜合金可以为铜钼、铜钙、铜镁、铜锰、铜镁铝等二元或多元合金，在此不作限定。
较佳地，为了更好的防止铜原子的扩散，在本发明实施例提供的上述电极结构中，第一石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯；和/或
第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。
较佳地，在本发明实施例提供的上述电极结构中，第一石墨烯层为单层石墨烯，第二石墨烯层也为单层石墨烯。这只因为单层的石墨烯对铜原子的吸附作用最强。
具体地，在本发明实施例提供的上述电极结构中，可以采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)在金属层上制备石墨烯层，形成机理为：在高温环境下，烃类等碳源在金属层表面(即金属催化剂基底)上吸附与分解，以及碳源中的表面碳原子在金属层体相内溶解以及扩散；在降温过程中碳原子从金属层体相向表面析出，在金属层的表面成核以及二维重构,从而形成石墨烯。
进一步地，在本发明实施例中，采用CVD法制备石墨烯层时，碳源可以为气态碳源、液态碳源或固态碳源，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，气态碳源可以为甲烷、乙烯和乙炔中的一种或多种；液态碳源可以为苯、甲苯和乙醇中的一种或多种；固态碳源可以为聚甲基丙烯酸甲酯和对三联苯中的一种或多种，在此不作限定。
进一步地，在本发明实施例中，高温环境的温度一般控制在400摄氏度至1100摄氏度之间，生长时间一般控制在1分钟至600分钟之间。
具体地，在本发明实施例提供的上述电极结构中，还可以采用旋涂法或现有的其它方法在金属层上制备石墨烯层，在此不作限定。
下面以采用CVD法制备石墨烯层为例，对图1和图2所示的电极结构的制备方法进行说明。
实例一：
制备图1所示的电极结构，具体可以包括以下步骤：
(1)采用溅射的方法在衬底基板10上形成第一金属薄膜15，如图3a所示；
具体地，第一金属薄膜的材料可以是铜(Cu)也可以是铜合金，在此不作限定。
(2)对第一金属薄膜15进行构图，形成第一金属层11的图形，如图3b所示；
(3)以第一金属层11为制备石墨烯的金属催化剂基底和生长衬底，采用CVD法在第一金属层11上形成第一石墨烯层12，如图1所示。
具体地，在具体实施时，形成的第一石墨烯层为单层石墨烯效果较佳。
实例二：
制备图2所示的电极结构，具体可以包括以下步骤：
(1)采用溅射的方法在衬底基板10上形成第二金属薄膜16，如图4a所示；
具体地，第二金属薄膜的材料为铜合金。进一步地，铜合金可以为铜钼、铜钙、铜镁、铜锰、铜镁铝等二元或多元合金，在此不作限定。
(2)对第二金属薄膜16进行构图，形成第二金属层13的图形，如图4b所示；
(3)以第二金属层13为制备石墨烯的金属催化剂基底和生长衬底，采用CVD法在第二金属层13上形成第二石墨烯层14，如图4c所示；
具体地，形成的第二石墨烯层为单层石墨烯效果较佳。
(4)采用溅射的方法形成覆盖第二石墨烯层14以及衬底基板10的第一金属薄膜15，如图4d所示；
(5)对第一金属薄膜15进行构图，形成第一金属层11的图形，如图4e所示；
(6)以第一金属层11为制备石墨烯的金属催化剂基底和生长衬底，采用CVD法在第一金属层11上形成第一石墨烯层12，如图2所示。
具体地，形成的第二石墨烯层为单层石墨烯效果较佳。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种薄膜晶体管，如图5a和图5b所示，包括衬底基板100，以及位于衬底基板100上的栅电极110、有源层120、源电极130和漏电极140，其中，栅电极110与有源层120之间相互绝缘，源电极130和漏电极140分别与有源层120电连接；
栅电极110、源电极130和漏电极140至少其中之一包括层叠设置的第一金属层11和第一石墨烯层12；其中，第一金属层11的材料为铜或者铜合金。
本发明实施例提供的上述薄膜晶体管，栅电极，源电极，和漏电极中至少有一个电极至少包括层叠设置的第一金属层和第一石墨烯层；其中，第一金属层的材料为铜或者铜合金。由于石墨烯是由碳原子构成的单层六边形结构，结构稳定，具有较高的电荷迁移率，并且与铜原子之间的结合力强，对铜原子有很好的吸附作用。因此，利用第一石墨烯层对第一金属层中的铜原子的吸附和阻挡作用，可以有效防止电极结构中铜原子的扩散，从而保证薄膜晶体管的性能；同时由于石墨烯具有极高的电导率，与金属层形成的复合结构，可以进一步提高电极的导电性能，从而进一步提高薄膜晶体管的性能。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图5a和图5b所示，当有源层120位于栅电极110的上方时；
如图5a所示，栅电极110可以包括依次位于衬底基板100上方的第一金属层11和第一石墨烯层12。这样第一石墨烯层12位于第一金属层11与有源层120之间，从而可以防止栅电极110中的铜原子向有源层120扩散，保证了薄膜晶体管的性能，并且第一石墨烯层12还可以提高栅电极110的导电率，进一步提高薄膜晶体管的性能。
或者，如图5b所示，栅电极110包括依次位于衬底基板100上方的第二金属层13、第二石墨烯层14、第一金属层11和第一石墨烯层12；其中，第二金属层13的材料为铜合金。这样第一石墨烯层12位于第一金属层11与有源层120之间，从而可以防止栅电极110中的铜原子向有源层120扩散，保证了薄膜晶体管的性能；同时，由于铜合金对位于其下方的膜层的粘附性将强，因此铜合金材料的第二金属层13可以增强栅电极110对衬底基板100的粘附性；另外，第一石墨烯层12和第二石墨烯层14还可以提高栅电极110的导电率，从而进一步提高薄膜晶体管的性能。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图5c和图5d所示，当栅电极110位于有源层120的上方时；
栅电极110包括依次位于有源层120上方的第二金属层13、第二石墨烯层14、第一金属层11和第一石墨烯层12；其中，第二金属层13的材料为铜合金。这样第一石墨烯层12位于第一金属层11上方，从而可以防止栅电极110中的铜原子向上扩散，同时第二石墨烯层14位于第二金属层13之上，利用石墨烯层对铜原子的吸附作用，可以防止第一金属11和第二金属层13中的铜原子向有源层120扩散，并且铜合金材料的第二金属层13本身也具有阻挡铜原子扩散的功能，保证了薄膜晶体管的性能；另外，由于铜合金对位于其下方的膜层的粘附性将强，因此铜合金材料的第二金属层13可以增强栅电极110对其下方的膜层的粘附性；还有第一石墨烯层12和第二石墨烯层14还可以提高栅电极110的导电率，从而进一步提高薄膜晶体管的性能。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图5c和图5d所示，源电极130与漏电极140同层设置，当有源层120位于源电极130和漏电极140的上方时；
如图5c所示，源电极130和漏电极140均包括依次位于衬底基板100上方的第一金属层11和第一石墨烯层12，这样第一石墨烯层12位于第一金属层11与有源层120之间，从而可以防止源电极130和漏电极140中的铜原子向有源层120扩散，保证了薄膜晶体管的性能，并且第一石墨烯层12还可以提高源电极130和漏电极140的导电率，进一步提高薄膜晶体管的性能。
或者，如图5d所示，源电极130和漏电极140均包括依次位于衬底基板100上方的第二金属层13、第二石墨烯层14、第一金属层11和第一石墨烯层12；其中，第二金属层13的材料为铜合金。这样第一石墨烯层12位于第一金属层11与有源层120之间，从而可以防止源电极130和漏电极140中的铜原子向有源层120扩散，保证了薄膜晶体管的性能；同时，由于铜合金对位于其下方的膜层的粘附性将强，因此铜合金材料的第二金属层13可以增强源电极130和漏电极140对衬底基板100的粘附性；另外，第一石墨烯层12和第二石墨烯层14还可以提高源电极130和漏电极140的导电率，从而进一步提高薄膜晶体管的性能。
较佳地，为了防止电极中的铜原子扩散到薄膜晶体管中的有源层，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图5a和图5b所示，源电极130与漏电极140同层设置，当源电极130和漏电极140位于有源层120的上方时；
源电极130和漏电极140均包括依次位于衬底基板100上方的第二金属层13、第二石墨烯层14、第一金属层11和第一石墨烯层12；其中，第二金属层13的材料为铜合金。这样第一石墨烯层12位于第一金属层11上方，从而可以防止源电极130和漏电极140中的铜原子向上扩散，同时第二石墨烯层14位于第二金属层13之上，利用石墨烯层对铜原子的吸附作用，可以防止第一金属11和第二金属层13中的铜原子向有源层120扩散，并且铜合金材料的第二金属层13本身也具有阻挡铜原子扩散的功能，保证了薄膜晶体管的性能；另外，由于铜合金对位于其下方的膜层的粘附性将强，因此铜合金材料的第二金属层13可以增强源电极130和漏电极140对其下方的膜层的粘附性；还有第一石墨烯层12和第二石墨烯层14还可以提高源电极130和漏电极140的导电率，从而进一步提高薄膜晶体管的性能。
较佳地，为了更好的防止电极中的铜原子的扩散，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，第一石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯；或者
第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。
较佳地，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，第一石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯，同时第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。
需要说明的是，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，有源层的材料可以为氧化物材料、非晶硅材料或低温多晶硅材料，也可以为现有技术中的其它材料，在此不作限定。
另外，对于薄膜晶体管的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种阵列基板，包括本发明实施例提供的上述薄膜晶体管，该阵列基板的实施可以参见上述薄膜晶体管的实施例，重复之处不再赘述。
具体地，本发明实施提供的上述阵列基板可以应用于液晶显示(LiquidCrystal Display，LCD)面板，当然也可以应用于有机发光二极管(Organic LightEmitting Diode，OLED)显示面板，在此不做限定。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示面板，包括本发明实施例提供的上述阵列基板，该显示面板可以是液晶显示面板，也可以是OLED显示面板，对于显示面板的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。该显示面板的实施可以参见上述阵列基板的实施例，重复之处不再赘述
本发明实施例提供的一种电极结构、薄膜晶体管、阵列基板及显示面板，电极结构中至少包括层叠设置的第一金属层和第一石墨烯层，第一金属层的材料为铜或铜合金。由于石墨烯是由碳原子构成的单层六边形结构，结构稳定，具有较高的电荷迁移率，并且与铜原子之间的结合力强，对铜原子有很好的吸附作用。因此，利用第一石墨烯层对第一金属层中的铜原子的吸附和阻挡作用，可以有效防止电极结构中铜原子的扩散，同时由于石墨烯具有极高的电导率，与金属层形成的复合结构，可以进一步提高电极结构的导电性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种电极结构，其特征在于，包括：衬底基板、以及依次位于所述衬底基板上方的第一金属层和第一石墨烯层；其中，所述第一金属层的材料为铜或者铜合金。
2.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，还包括：位于所述衬底基板与所述第一金属层之间的第二金属层；以及
位于所述第二金属层与所述第一金属层之间的第二石墨烯层；
所述第二金属层的材料为铜合金。
3.如权利要求1或2所述的电极结构，其特征在于：
所述第一石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯；和/或
所述第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。
4.一种薄膜晶体管，包括衬底基板，以及位于所述衬底基板上的栅电极、有源层、源电极和漏电极，其中，所述栅电极与所述有源层之间相互绝缘，所述源电极和所述漏电极分别与所述有源层电连接；其特征在于：
所述栅电极、所述源电极和所述漏电极至少其中之一包括层叠设置的第一金属层和第一石墨烯层；其中，所述第一金属层的材料为铜或者铜合金。
5.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层位于所述栅电极的上方；
所述栅电极包括依次位于所述衬底基板上方的所述第一金属层和所述第一石墨烯层；或
所述栅电极包括依次位于所述衬底基板上方的第二金属层、第二石墨烯层、所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
6.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅电极位于所述有源层的上方；
所述栅电极包括依次位于所述有源层上方的第二金属层、第二石墨烯层、 所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
7.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源电极与所述漏电极同层设置，所述有源层位于所述源电极和所述漏电极的上方；
所述源电极和所述漏电极均包括依次位于所述衬底基板上方的第一金属层和第一石墨烯层；或
所述源电极和所述漏电极均包括依次位于所述衬底基板上方的第二金属层、第二石墨烯层、所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
8.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源电极与所述漏电极同层设置，所述源电极和所述漏电极位于所述有源层的上方；
所述源电极和所述漏电极均包括依次位于所述衬底基板上方的第二金属层、第二石墨烯层、所述第一金属层和所述第一石墨烯层；其中，所述第二金属层的材料为铜合金。
9.如权利要求4-8任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于：
所述第一石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯；和/或
所述第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。
10.一种阵列基板，其特征在于，包括如权利要求4-9任一项所述的薄膜晶体管。
11.一种显示面板，其特征在于，包括如权利要求10所述的阵列基板。
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