CN106129271A - 有源矩阵显示基板的退火方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有源矩阵显示基板的退火装置，包括：加热装置，用于在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；设置在加热装置外侧的螺旋状交频热阻器，用于在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场；供电装置，用于向螺旋状交频热阻器提供电源。本发明还提供了一种有源矩阵显示基板的退火方法，包括：通过加热装置在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；在加热装置外侧设置螺旋状交频热阻器，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场。实施本发明提供的技术方案，可以实现在无需增加工艺温度的基础上提高有源矩阵显示基板退火效率及氢化效率。
Description
技术领域
本发明涉及显示器制造技术领域，尤其涉及一种有源矩阵显示基板的退火方法及装置。
背景技术
随着消费者对智能终端产品要求的不断提高，智能显示产品的电子线路日益复杂，周边线路尺寸不断减小，其集成度越来越高，LTPS(Low Temperature Poly-Silicon，低温多晶硅)技术的采用使得TFT(Thin-Film Transistor，薄膜晶体管)面板允许的电子线路更为精细。而AMOLED(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode，有源矩阵有机发光二极管)的应用，由于其由电流驱动的特性，必然要求采用一种具有高迁移率的面板作为有源层材料，LTPS几乎成为目前唯一可以使用的相关技术。
为了克服被激光晶化后存在多晶硅含氢量低等缺陷较多的问题，LTPS采用高温制程来氢化多晶硅，同时，LTPS采用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补式金属氧化物半导体)和NMOS(Negative Metal-Oxide Semiconductor，N型金属氧化物半导体)架构；为调节阈值电压，形成MOS结构和有效降低接触电阻，甚至减少热载流子效应。其中，采用离子注入的方法引入杂质离子，需要高温制程来激活；而较大剂量的离子注入一方面使晶格损伤加重，快速热退火的修复作用逐渐不足，对大剂量注入的离子的激活效率也逐渐降低，导致离子注入需要增大剂量，降低节拍同时又导致晶格损伤进一步增大。
提高活化温度是现有的针对以上问题的比较好的解决办法，1000℃以上甚至可以使非晶硅转变为性能更为优良的多晶硅，但由于玻璃基板对高温的耐受能力较差，一般以不高于600℃为较好的工艺温度，而降低工艺温度是显示器件柔性化目前的主要需求。因此，急需一种不增加工艺温度情况下提高显示基板制程中的激活效率及晶格损伤修复效果的解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种有源矩阵显示基板的退火技术方案，在无需增加工艺温度的基础上大幅度提高活化效率及修复晶格损伤，从而提高有源矩阵显示基板退火效率及氢化效率。
为解决以上技术问题，一方面，本发明实施例提供一种有源矩阵显示基板的退火装置，包括：
加热装置，用于在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；
设置在所述加热装置外侧的螺旋状交频热阻器，用于在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场；
供电装置，用于向所述螺旋状交频热阻器提供电源。
优选地，所述螺旋状交频热阻器包括：分别设置在有源矩阵显示基板上表面和下表面的螺旋状交频电阻层；每层电阻层包括多个平行分布的螺旋状的电阻器。
进一步地，所述退火装置还包括：设置在所述螺旋状交频热阻器外侧的螺旋状直流热阻器，用于在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，提高或维持所述加热装置腔室所需的热量；所述供电装置，还用于向所述螺旋状直流热阻器提供电源。
优选地，所述螺旋状直流热阻器包括：围绕所述加热装置的依次排列分布的多个螺旋状的电阻器。
另一方面，本发明实施例还提供了一种有源矩阵显示基板的退火方法，包括：
通过加热装置在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；
在所述加热装置外侧设置螺旋状交频热阻器，并通过向所述螺旋状交频热阻器提供电源，使得在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场。
其中，优选地，在所述加热装置外侧设置螺旋状交频热阻器，具体包括：
分别在有源矩阵显示基板上表面和下表面设置螺旋状交频电阻层；每层电阻层包括多个平行分布的螺旋状的电阻器。
进一步地，所述的有源矩阵显示基板的退火方法，还包括：
在所述螺旋状交频热阻器外侧设置螺旋状直流热阻器，通过向所述螺旋状直流热阻器提供电源，在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，提高或维持所述加热装置腔室所需的热量。
优选地，所述螺旋状直流热阻器包括：围绕所述加热装置的依次排列分布的多条螺旋状的电阻器。
本发明实施例提供的有源矩阵显示基板的退火技术方案，通过在加热装置Muffle的外侧设置螺旋状交频热阻器，使得在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场，在热处理中，有源矩阵显示基板的膜层结构的热振荡受到外加交变磁场的影响，振荡模式(振荡矢量)不断发生改变，有效增加其振荡范围，从而改变退火及氢化过程中，分子或原子热运动的振荡模式，甚至增加其振荡频率，进而达到提高退火效率及氢化效率的效果；此外由于磁场使杂质离子的振荡路径发生扭曲，限制了杂质离子的线性移动，改善扩散效应带来的漏电流增大等不利影响。而晶格修复及杂质离子替位完成后，有效的化学键已经建立，原子的带电及电偶极性弱化甚至消失，此时磁场对杂质离子及缺陷原子不会再形成有效的干预，因此修复后的晶格和替位离子得以稳定下来；而未完成修复和替位的离子则在磁场的干预下继续振荡直至完成修复或替位。实施本发明提供的技术方案，开创性地利用了外加的交变磁场，使得在不改变工艺温度的基础上，大幅度提高有源矩阵显示基板退火效率和活化效率，给降低快速热退火的工艺温度提供一种极具可行性的启发性思路；并有效解决在大剂量离子注入时快速热退火工艺活化效率降低及晶格修复效果变差的问题，提高晶格损伤修复效果，有效限制其线性扩散的概率，避免由于扩散所发生的漏电流过大等问题。
附图说明
图1是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火装置的一个实施例的横截面剖视图。
图2是本发明图1实施例提供的有源矩阵显示基板的退火装置立体结构示意图。
图3是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火装置的又一个实施例的横截面剖视图。
图4是本发明提供的螺旋状交频热阻器在有源矩阵显示基板上产生磁场的一个示意图。
图5是本发明提供的逆时针缠绕的螺旋状交频热阻器在正向电流作用下产生的电磁场的方向示意图。
图6是本发明提供的逆时针缠绕的螺旋状交频热阻器在反向电流作用下产生的电磁场的方向示意图。
图7是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火装置对膜层振荡模式的作用原理示意图；其中，图7(a)加入磁场前的杂质离子在X方向上的分量的简谐振动曲线示意图；图7(b)加入磁场后的杂质离子在X方向上的分量的简谐振动曲线示意图；图7(c)加入磁场前的杂质离子在Y方向上的分量的简谐振动曲线示意图；图7(d)加入磁场后的杂质离子在Y方向上的分量的简谐振动曲线示意图。
图8是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火方法的一个实施例的步骤流程图。
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。
参见图1，是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火装置的一个实施例的横截面剖视图。参见图2，是本发明图1实施例提供的有源矩阵显示基板的退火装置立体结构示意图。
在本实施例中，所述的有源矩阵显示基板的退火装置，主要包括：
加热装置100，用于在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；
设置在所述加热装置外侧的螺旋状交频热阻器200，用于在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场；以及，供电装置300，用于向所述螺旋状交频热阻器200提供电源。
具体实施时，如图1所示，所述螺旋状交频热阻器200包括：分别设置在有源矩阵显示基板上表面和下表面的螺旋状交频电阻层；每层电阻层包括多个平行分布的螺旋状的电阻器。
参看图3，是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火装置的又一个实施例的横截面剖视图。
具体实施时，本实施例在图1实施例的基础上，进一步地，所述退火装置还包括：
设置在所述螺旋状交频热阻器200外侧的螺旋状直流热阻器400，用于在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，提高或维持所述加热装置100腔室所需的热量；所述供电装置300，还用于向所述螺旋状直流热阻器400提供电源。
与图1实施例提供的螺旋状交频热阻器200的作用有所不同，设置螺旋状直流热阻器400的主要目的是供给玻璃基板或马弗炉腔室增加热量，提高温度或维持热量及温度。
在本实施例中，所述螺旋状直流热阻器400包括：围绕所述加热装置100的依次排列分布的多个螺旋状的电阻器。
在本实施例中，加热装置100优选为具有石英陶瓷等材质的Muffle(马弗炉)快速退火装置类型；并在在Muffle加热装置100外增加一层螺旋形状的交频电阻丝作为上述的螺旋状交频热阻器200。该交频电阻丝有别于普通加热炉中的热阻丝，通过对螺旋状交频热阻器200输入具有交变频率的电流，可以给在进行退火过程中的有源矩阵显示(玻璃)基板及基板上所进行退火处理之膜层结构形成交变的磁场，从而改变退火处理中真正起作用的杂质及缺陷在热处理时的振荡模式，增加缺陷晶格的复位概率及杂质的替位概率。
参看图4，是本发明提供的螺旋状交频热阻器在有源矩阵显示基板上产生磁场的一个示意图。
需要说明的是，本发明实施例所提供的螺旋状交频热阻器200可以采用包括但不限于直流电源来产生交变频率；并且，该交变频率中的存在最优值，本领域技术人员可以通过具体实践场合根据需要对交变频率的最优值进行调整。
对于在有源矩阵显示基板附近增加的螺旋状交频热阻器200，以其方向逆时针缠绕为例，说明本实施例提供的有源矩阵显示基板的退火装置的基本工作原理为：
当螺旋状交频热阻器200的各个螺旋状的电阻丝的缠绕方向为逆时针时，并且通入电阻丝的电流为正向(即沿着电阻丝缠绕方向，逆时针)时，根据右手螺旋定则，在电阻丝圈内部形成电磁场方向向外，经电阻丝外围方向向内的磁场类型。如图5所示，是本发明提供的逆时针缠绕的螺旋状交频热阻器在正向电流作用下产生的电磁场的方向示意图。相反，当通入的电流逆向(与电阻丝缠绕方向逆向，顺时针)时，其形成了在电阻丝圈内部方向向内，经电阻丝外围方向向外的磁场类型。如图6所示，是本发明提供的逆时针缠绕的螺旋状交频热阻器在反向电流作用下产生的电磁场的方向示意图。需要说明的是，电阻丝的缠绕方向不作为本发明的限制范围，缠绕方向仅改变所形成电磁场的方向及分布。
在热退火处理的一种理论模型中，在高温情况下，分子/原子热能增加，在外观上表现为自由能的增加，即其自由振荡加剧，这种振荡使得原子有机会振荡到低能的势阱位置中去，并在冷却后遵循优先最稳定状态的原则在这些低能势阱中稳定下来，即完成杂质离子的替位及晶格的修复。膜层中的杂质离子由于未有效和周围原子形成稳定的化学键结构，其存在未形成配位键的电子，这种悬挂键的存在使得这种杂质离子和缺陷原子成为带电离子(原子)或电偶极子。因此在热处理中，其热振荡受到所加交变磁场的影响，振荡模式(振荡矢量)不断发生改变，有效增加其振荡范围，此外由于磁场使杂质离子的振荡路径发生扭曲，限制了杂质离子的线性移动，改善扩散效应带来的漏电流增大等不利影响；而晶格修复及杂质离子替位完成后，有源矩阵显示基板的膜层上有效的化学键已经建立，原子的带电及电偶极性弱化甚至消失，此时磁场对杂质离子及缺陷原子不会再形成有效的干预，因此修复后的晶格和替位离子得以稳定下来；而未完成修复和替位的离子则在磁场的干预下继续振荡直至完成修复或替位。
参看图7，是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火装置对膜层振荡模式的作用原理示意图。其中，图7(a)加入磁场前的杂质离子在X方向上的分量的简谐振动曲线示意图；图7(b)加入磁场后的杂质离子在X方向上的分量的简谐振动曲线示意图；图7(c)加入磁场前的杂质离子在Y方向上的分量的简谐振动曲线示意图；图7(d)加入磁场后的杂质离子在Y方向上的分量的简谐振动曲线示意图。
假设螺旋状交频热阻器200产生的磁场方向沿着图7中的时间轴，即T轴方向(即笛卡尔标准坐标系中的Z轴方向)，且垂直于某一时刻的震动平面(X-Y平面)；加入磁场前，假设如一杂质离子在某一时刻在X、Y方向上做简谐振动分别如图7中(a)和(c)的曲线所示，且其振幅分别为Ax＝αSinΦ，Ay＝0(即Y方向上的运动分量为零)；当加入沿Z轴的磁场后，其振动发生偏转，其中在向正向振动时，由于磁场的作用，产生Y方向的振动分量，但其总能量不变，其势能增加增强，振动过程动能损失增大，其沿X轴振幅减弱，其加入磁场后沿X、Y方向的振动情况分别如图7中(b)和(d)曲线所示；与此同时，Y轴振动分量振幅最大时亦不足以达到X轴原振幅最大值位置，因此其振动空间体积被缩小。对于三维情况的杂质离子振动，其振动的整体表现为离子振动的球形空间(概率云)体积减小；同时由于路径的改变，其离子运动路径多样化，使得其减少被晶体中原子阻挡的概率，更易进入替位位置。
此外，该技术方案在不改变其热运动自由程的基础上，有效限制其线性扩散的概率，为解决窄沟道情况下注入杂质离子时，因线性扩散所引发的漏电流过大的问题提供了良好的思路。
需要说明的是：尽管在本发明实施例中提到了添加交频热阻器所形成的交变磁场对退火作用的改善作用，但其使用的位置、先后、频率、缠绕方法等不作为本发明的限制范围，本发明所描述的实施方式仅为对本发明利用交变磁场改善退火效果甚至降低退火温度的实施例说明。
此外，与上述实施例提供的有源矩阵显示基板的退火装置相对应，本发明还提供了一种有源矩阵显示基板的退火方法。
参看图8，是本发明提供的有源矩阵显示基板的退火方法的一个实施例的步骤流程图。
具体地，本实施例提供的有源矩阵显示基板的退火方法主要包括：
步骤S1：通过加热装置100在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；
步骤S2：在所述加热装置100外侧设置螺旋状交频热阻器200，并通过向所述螺旋状交频热阻器200提供电源，使得在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场。
其中，在所述步骤S2中，在所述加热装置100外侧设置螺旋状交频热阻器200，具体包括：分别在有源矩阵显示基板上表面和下表面设置螺旋状交频电阻层；每层电阻层包括多个平行分布的螺旋状的电阻器。
此外，所述的有源矩阵显示基板的退火方法，还包括：
步骤S3：在所述螺旋状交频热阻器200外侧设置螺旋状直流热阻器400，通过向所述螺旋状直流热阻器提供电源，在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，提高或维持所述加热装置腔室所需的热量。具体实施时，所述螺旋状直流热阻器400包括：围绕所述加热装置100的依次排列分布的多条螺旋状的电阻器。
本实施例提供的有源矩阵显示基板的退火方法的工作原理与上述实施例提供的有源矩阵显示基板的退火装置的工作原理对应相同，在此不再赘述。
本发明实施例提供的有源矩阵显示基板的退火技术方案，通过在加热装置Muffle的外侧设置螺旋状交频热阻器，使得在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场，在热处理中，有源矩阵显示基板的膜层结构的热振荡受到外加交变磁场的影响，振荡模式(振荡矢量)不断发生改变，有效增加其振荡范围，从而改变退火及氢化过程中，分子或原子热运动的振荡模式，甚至增加其振荡频率，进而达到提高退火效率及氢化效率的效果；此外由于磁场使杂质离子的振荡路径发生扭曲，限制了杂质离子的线性移动，改善扩散效应带来的漏电流增大等不利影响。而晶格修复及杂质离子替位完成后，有效的化学键已经建立，原子的带电及电偶极性弱化甚至消失，此时磁场对杂质离子及缺陷原子不会再形成有效的干预，因此修复后的晶格和替位离子得以稳定下来；而未完成修复和替位的离子则在磁场的干预下继续振荡直至完成修复或替位。实施本发明提供的技术方案，开创性地利用了外加的交变磁场，使得在不改变工艺温度的基础上，大幅度提高有源矩阵显示基板退火效率和活化效率，给降低快速热退火的工艺温度提供一种极具可行性的启发性思路；并有效解决在大剂量离子注入时快速热退火工艺活化效率降低及晶格修复效果变差的问题，提高晶格损伤修复效果，有效限制其线性扩散的概率，避免由于扩散所发生的漏电流过大等问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种有源矩阵显示基板的退火装置，其特征在于，包括：
加热装置，用于在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；
设置在所述加热装置外侧的螺旋状交频热阻器，用于在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场；
供电装置，用于向所述螺旋状交频热阻器提供电源。
2.如权利要求1所述的有源矩阵显示基板的退火装置，其特征在于，所述螺旋状交频热阻器包括：分别设置在有源矩阵显示基板上表面和下表面的螺旋状交频电阻层；每层电阻层包括多个平行分布的螺旋状的电阻器。
3.如权利要求1所述的有源矩阵显示基板的退火装置，其特征在于，所述退火装置还包括：
设置在所述螺旋状交频热阻器外侧的螺旋状直流热阻器，用于在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，提高或维持所述加热装置腔室所需的热量；
所述供电装置，还用于向所述螺旋状直流热阻器提供电源。
4.如权利要求3所述的有源矩阵显示基板的退火装置，其特征在于，所述螺旋状直流热阻器包括：围绕所述加热装置的依次排列分布的多个螺旋状的电阻器。
5.一种有源矩阵显示基板的退火方法，其特征在于，包括：
通过加热装置在有源矩阵显示基板制程中提供合适的温度；
在所述加热装置外侧设置螺旋状交频热阻器，并通过向所述螺旋状交频热阻器提供电源，使得在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，在有源矩阵显示基板的膜层结构上形成交变的磁场。
6.如权利要求5所述的有源矩阵显示基板的退火方法，其特征在于，在所述加热装置外侧设置螺旋状交频热阻器，具体包括：
分别在有源矩阵显示基板上表面和下表面设置螺旋状交频电阻层；每层电阻层包括多个平行分布的螺旋状的电阻器。
7.如权利要求5所述的有源矩阵显示基板的退火方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述螺旋状交频热阻器外侧设置螺旋状直流热阻器，通过向所述螺旋状直流热阻器提供电源，在有源矩阵显示基板的退火处理过程中，提高或维持所述加热装置腔室所需的热量。
8.如权利要求3所述的有源矩阵显示基板的退火装置，其特征在于，所述螺旋状直流热阻器包括：围绕所述加热装置的依次排列分布的多条螺旋状的电阻器。
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