CN109449210A - 驱动薄膜晶体管及制备方法、阵列基板及显示器件 - Google Patents

驱动薄膜晶体管及制备方法、阵列基板及显示器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种驱动薄膜晶体管及制备方法、阵列基板及显示器件，其中，驱动薄膜晶体管包括：有源层、栅极绝缘层和栅极，其中，有源层中沟道长度L处于35μm至50μm区间范围内。本发明通过制备增加沟道长度，弱化器件本身的沟道长度调制效应，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，器件经过长时间点亮后，驱动薄膜晶体管源漏两端的电压变化幅度减小，减缓了OLED显示器件的电流速率，使得OLED显示器件更长时间的处于较高的亮度状态，改善OLED器件寿命。

Description

驱动薄膜晶体管及制备方法、阵列基板及显示器件
技术领域
本发明涉及发光显示领域，具体涉及一种驱动薄膜晶体管及制备方法、阵列基板及显示器件。
背景技术
液晶显示和OLED显示是两种完全不同的显示技术，目前均在智能手机等领域被广泛应用。其中OLED是固体显示，这区别于液晶显示的液体属性，因此OLED显示器件对温度和压力更为不敏感，可以适应更宽广的温度和压力环境的需求。此外OLED产品可以采用多种基底制作——这源于OLED是固体显示的特性，因此OLED可以制造成柔性显示设备、透明显示设备等特种显示产品。但是OLED显示器件在长时间点亮后，器件的性能会发生退化，亮度降低，寿命减小。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种驱动薄膜晶体管及电子设备，以解决现有技术中OLED显示器件长期点亮后亮度降低，寿命减小的技术问题。
本发明提出的技术方案如下：
本发明第一方面提出了一种驱动薄膜晶体管，至少包括：
有源层、栅极绝缘层和栅极，其特征在于，
所述有源层的沟道长度L处于35μm至50μm区间范围内。
本发明所提供的驱动薄膜晶体管通过增加沟道长度，弱化器件本身的沟道长度调制效应，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，改善了OLED显示器件的寿命。
优选地，所述栅极绝缘层包括双层结构，包括靠近所述沟道区设置的第一栅极绝缘层，以及靠近栅极设置的第二栅极绝缘层，所述第一栅极绝缘层包括氧化硅，所述第二栅极绝缘层包括氮化硅。栅极绝缘层使用双层结构，相比于现有的栅极绝缘层使用单层结构，能够增加栅极对沟道的控制能力。
优选地，所述栅极绝缘层的总厚度大于或等于80nm，小于或等于120nm。
优选地，所述驱动薄膜晶体管为PMOS，所述有源层包括源区/漏区，所述源区/漏区采用硼离子进行注入，注入剂量大于5×1014个/cm2，小于1×1015个/cm2。相对现有的源区/漏区的注入剂量减小了75％-90％，源区/漏区的注入剂量的减小，使得耗尽区电荷的数量和分布减小，减小了寄生电容。
本发明第二方面提出了一种阵列基板，包括：所述阵列基板上分散有若干个驱动薄膜晶体管，其中对应于蓝色像素和绿色像素的驱动薄膜晶体管中的至少一种采用以上任意一种驱动薄膜晶体管。
本发明所提供的这种阵列基板，通过采用本发明上述驱动薄膜晶体管作为蓝色像素和绿色像素的驱动薄膜晶体管，有利于改善蓝色像素和绿色像素的使用寿命，进而优化相应OLED的使用寿命。
可选地，对应于蓝色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L1，对应于绿色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L2，对应于红色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L3，其中L1和L2大于L3；优选L1与L3的差值大于等于10μm，优选L2与L3的差值大于等于10μm。
在OLED器件中，红色像素、绿色像素和蓝色像素的寿命通常不同，而绿色像素和蓝色像素的寿命低于红色相同，通过调整不同颜色的像素的沟道长度，进而使得三者寿命接近，有利于优化OLED器件的整体寿命。
可选地，L3为18-35μm。
本发明第三方面提出了一种显示器件，包括：所述显示装置中包括第二方面中任一种阵列基板。
本发明第四方面提出了一种驱动薄膜晶体管的制备方法，包括：在基板上形成有源层；在所述有源层上制作源极和漏极；并在所述有源层上依次形成栅极绝缘层和栅极；；其中，有源层中沟道长度处于35μm至50μm区间范围内。
可选地，所述制备方法中，在所述基板上沉积所述有源层后还包括：对所述有源层进行大于或等于45分钟小于或等于90分钟的氢化处理。
可选地，所述制备方法还包括：制作源区/漏区时，注入能量大于或等于25KeV，小于或等于35KeV。
可选地，所述制备方法还包括：对所述驱动薄膜晶体管进行大于或等于45分钟小于或等于90分钟的退火处理。
本发明通过上述方法，可以增加栅极对沟道的控制能力，降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，改善沟道及界面质量，进一步降低驱动薄膜晶体管饱和区的斜率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中一种驱动薄膜晶体管的结构原理图
图2为本发明实施例中驱动薄膜晶体管Ids相对变化率的示意图；
图3为本发明示出了驱动薄膜晶体管饱和区斜率的示意图。
附图标记：
1-基板；2-有源层；3-栅极绝缘层；4-源区；5-漏区；6-栅极。
具体实施方式
正如背景技术中所述，OLED显示器件在长时间点亮后，器件的性能会发生退化，OLED显示器件的开启电压降上升，即OLED显示器件两端的电压上升，导致驱动薄膜晶体管源漏两端的电压减小，经过OLED显示器件的电流随之减小，OLED显示器件的亮度降低，寿命减小。发明人研究发现，出现这种问题的原因在于OLED显示器件在点亮阶段，驱动薄膜晶体管工作在饱和区，此时，驱动薄膜晶体管存在一定饱和区斜率，在OLED显示器件在长时间点亮后，器件的性能会发生退化，驱动薄膜晶体管的饱和区斜率增大，而驱动薄膜晶体管的饱和区斜率增大会进一步导致经过OLED显示器件的电流减小，OLED显示器件的亮度降低，寿命减小。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本发明实施例提供一种驱动薄膜晶体管，如图1所示，至少包括：基板1、有源层2、栅极绝缘层3，所述有源层包括源区、漏区及沟道；其中沟道长度处于35μm至50μm区间范围内，优选地，沟道长度L为37μm、40μm、42和45.8μm中任一点或选自任意两点组成的区域范围；沟道宽度w为3μm至3.5μm。优选沟道宽度W与长度L的比值为0.06-0.1。
本发明实施例中驱动薄膜晶体管具有沟道长度调制效应，如公式(1)所示，
其中，Ids表示源漏电流，即流经OLED显示器件的电流，μ表示载流子的迁移率，Cox表示单位面积的栅氧化电容，表示沟道的宽长比，Vgs-Vth表示过驱动电压，其中，Vgs表示源极和漏极两端的电压，Vth表示阈值电压，ΔL为沟道长度的变化量。
由公式(1)可以看出，当增加沟道长度时，源漏电流增大，即流经OLED显示器件的电流增大，弱化了器件本身的沟道长度调制效应，有助于改善饱和区斜率，使驱动薄膜晶体管保持稳定的驱动能力，器件经过长时间点亮后，驱动薄膜晶体管源漏两端的电压变化幅度减小，减缓了OLED显示器件的电流速率，使得OLED显示器件更长时间的处于较高的亮度状态，改善OLED器件寿命。
本发明实施例中，制备35μm至50μm区间范围内的沟道长度时，可以按照以下的工艺进行，按阵列的正常工艺使非晶硅经过晶化形成多晶硅，然后在后续黄光、多晶硅刻蚀工艺段新增一张Mask，使刻蚀沟道长度增加ΔL，然后继续栅极绝缘层3成膜、栅极6工艺。这仅仅给出了实现制备35μm至50μm区间范围内的沟道长度的一种方式，在实际应用中，还可以通过其他的方式制备，本发明并不以此为限。
由于OLED显示器件在长时间点亮后，器件的性能会发生退化，OLED显示器件的开启电压降上升，即OLED显示器件两端的电压上升，导致驱动薄膜晶体管源漏两端的电压减小，经过OLED显示器件的电流随之减小，OLED显示器件的亮度降低，寿命减小，现有的OLED显示器件长时间使用后，源漏电流变化率为0.29％左右。
本发明实施例中，当沟道长度处于35μm至50μm区间范围内时，饱和区的电流Ids的相对变化率由现有的0.29％可以降低至0.15％，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，，器件经过长时间点亮后，驱动薄膜晶体管源漏两端的电压变化幅度减小，减缓了OLED显示器件的电流速率，使得OLED显示器件更长时间的处于较高的亮度状态，改善了OLED显示器件的寿命。
为了进一步降低驱动薄膜晶体管饱和区的电流的斜率，还可以通过改变制作驱动薄膜晶体管的工艺条件实现具体的可以从以下几点进行改变，该改变栅极绝缘层的厚度、改变栅极绝缘层的结构、改变有源层区厚度、改变源区/漏区的注入计量和能量、改变源区和漏区退火时间，改变有源层的氢化时间，上述多个条件并非是严格意义上的工艺条件的改变，其中前三种改变实际是通过工艺条件的改变对驱动薄膜晶体管的结构进行的改变，为方便描述，在本实施例中将上述六种改变统称为工艺条件改变。
具体的，驱动薄膜晶体管中的栅极绝缘层的厚度设置为大于或等于80nm，小于或等于120nm，优选地厚度为90nm，100nm，110nm。
本发明实施例中，栅极绝缘层的厚度大于或等于80nm，小于或等于120nm，这一厚度相对现有的驱动薄膜晶体管中栅极绝缘层的厚度相对减薄，而当栅极绝缘层减薄之后，栅极和沟道的距离减小，能够增加栅极对沟道的控制能力，降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，改善沟道及界面质量，可以在沟道长度相较现有技术中沟道长度增加的前提下，使得驱动薄膜晶体管饱和区的电流斜率进一步降低，进一步增强驱动薄膜晶体管的驱动能力，使得OLED显示器件更长时间的处于较高的亮度状态，改善OLED显示器件的寿命。当然，单独采用本实施例描述的将栅极绝缘层的厚度大于或等于80nm，小于或等于120nm的范围内也是可以使得驱动薄膜晶体管饱和区的电流斜率降低，增强驱动薄膜晶体管的驱动能力，增加OLED器件的使用寿命的。
为了进一步降低驱动薄膜晶体管饱和区的电流的斜率，可以改变栅极绝缘层的结构，在本实施例中沉积栅极绝缘层时可以将栅极绝缘层设置为双层结构，其中，先沉积一层氧化硅，在氧化硅上再沉积一层氮化硅。
本发明实施例中，栅极绝缘层使用双层结构，相比于现有的栅极绝缘层使用单层结构，能够增加栅极对沟道的控制能力，具体的，该双层结构的栅极绝缘层可以包括层叠的氧化硅和氮化硅同时相对现有的单层结构的栅极绝缘层的总厚度不变，能够增加栅极对沟道的控制能力，有利于降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，器件经过长时间点亮后，驱动薄膜晶体管源漏两端的电压变化幅度减小，减缓了OLED显示器件的电流速率，使得OLED显示器件更长时间的处于较高的亮度状态，改善了OLED显示器件的寿命。
如图1所示，驱动薄膜晶体管包括源区4、漏区5，栅极绝缘层3，栅极6，具体的，以PMOS为例进行说明，当VDS增大时，耗尽区内电场强度随之增强，沟道中电子数增多，这一过程相当于漏区与沟道存在耦合电容，减弱了栅极对沟道的控制能力，因此，为进一步降低驱动薄膜晶体管饱和区的电流的斜率，在可选的实施例中，采用硼离子进行注入，可以改变源区4/漏区5的注入计量和能量，源区4/漏区5的注入剂量大于或等于5×1014个/cm2小于或等于1×1015个/cm2，源区/漏区的注入能量大于或等于25KeV小于或等于35KeV。该实施例相对现有的源区/漏区的注入剂量和注入能量减小了75％-90％，源区/漏区的注入剂量和注入能量的减小，使得耗尽区电荷的数量和分布减小，减小了寄生电容，可以增加栅极对沟道的控制能力，降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，改善沟道及界面质量，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，改善了OLED显示器件的寿命。
在本实施例中，减小漏区与沟道的寄生电容还可以通过减薄有源层的厚度实现，具体的在本实施例中可以通过将有源层的厚度控制在大于60nm小于80nm范围内，优选地，厚度为70nm。有源层厚度减薄相当于减小了漏极与沟道的寄生电容，可以增加栅极对有源层沟道的控制能力，降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，改善沟道及界面质量，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，改善了OLED显示器件的寿命。
为进一步降低驱动薄膜晶体管饱和区的电流的斜率，在另一可选的实施例中，驱动薄膜晶体管的退火时间可以控制在大于或等于45分钟小于或等于90分钟，优选地，退火时间为60分钟，70分钟。
本发明实施例中，驱动薄膜晶体管的退火时间控制在大于或等于45分钟小于或等于90分钟，相对现有的驱动薄膜晶体管的退火时间小于45分钟有所增加，可以降低源区和漏区中杂质的浓度，增加栅极对沟道的控制能力，降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，改善沟道及界面质量，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，增强驱动薄膜晶体管的驱动能力，改善OLED显示器件的寿命。
为进一步降低驱动薄膜晶体管饱和区的电流的斜率，可以通过减小有源层的缺陷实现，具体的，在可选的实施例中，有源层氢化时间大于或等于45分钟小于或等于90分钟，优选地，氢化时间为60分钟，70分钟。
在本发明实施例中，有源层氢化时间大于或等于45分钟小于或等于90分钟相对现有技术中的氢化时间小于45分钟有所增加，而氢化时间的增加减小了有源层的缺陷，可以改善有源层中沟道和栅极绝缘层的界面质量，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，增强驱动薄膜晶体管的驱动能力，改善OLED显示器件的寿命。
本发明实施例中提出的增加沟道的长度或者变更驱动薄膜晶体管的制备条件，可以将采用上述实施例中至少之一的条件制备驱动薄膜晶体管。
本发明实施例中提出的增加沟道的长度或者变更驱动薄膜晶体管的制备条件等对于源漏电流的增大或者驱动薄膜晶体管饱和区斜率的减小都具有积极的影响，对源漏电流影响如表1所示，对驱动薄膜晶体管饱和区斜率的影响如表2所示。
表1
现有技术 改变沟道长度 改变工艺条件
I<sub>ds</sub>的相对变化率 0.29％ 小于或等于0.15％ 小于或等于0.20％
对应的图2示出了通过沟道长度改变和工艺条件与现有技术(Baseline)的改变对应的Ids的相对变化率对比的示意图。
表2
对应的图3示出了通过工艺条件的改变，即上述表2中任意至少之一项改变后与现有技术(Baseline)饱和区斜率的对比示意图。
由于OLED显示器件在长时间点亮后，器件的性能会发生退化，OLED显示器件的开启电压降上升，即OLED显示器件两端的电压上升，导致驱动薄膜晶体管源漏两端的电压减小，经过OLED显示器件的电流随之减小，源漏电流减小，驱动薄膜晶体管的饱和区斜率增大，因此减小源漏电流的相对变化率或者减小驱动薄膜晶体管的饱和区斜率的相对变化率都可以延长OLED显示器件的寿命。
如表1所示，当有源层中沟道长度处于35μm至50μm区间范围内时Ids的相对变化率小于或等于0.15％；当栅极绝缘层的厚度大于或等于80nm，小于或等于120nm，且源极/漏极的注入剂量大于5×1014个/cm2小于1×1015个/cm2，源极/漏极的注入能量大于25KeV小于35KeV且驱动薄膜晶体管在离子注入后的退火时间大于45分钟小于90分钟时Ids的相对变化率小于或等于0.20％，这两个相对变化率与现有驱动薄膜晶体管的0.29％相比都减小，改善了OLED显示器件的寿命。
如表2所示，当驱动薄膜晶体管栅极绝缘层的厚度大于或等于80nm，小于或等于120nm，且源极/漏极的注入剂量大于或等于5×1014个/cm2小于或等于1×1015个/cm2，源极/漏极的注入能量大于或等于25KeV小于或等于35KeV时饱和区斜率相对变化率为不大于0.132％；当驱动薄膜晶体管源极/漏极的注入剂量大于5×1014个/cm2小于1×1015个/cm2，源极/漏极的注入能量大于或等于25KeV小于或等于35KeV时饱和区斜率相对变化率为小于或等于0.137％；当栅极绝缘层包括双层结构氧化硅和氮化硅时饱和区斜率相对变化率为小于或等于0.128％,；当有源层氢化时间大于45分钟小于90分钟时饱和区斜率相对变化率小于或等于0.143％；当有源层的厚度大于60nm小于80nm时饱和区斜率相对变化率小于或等于0.146％，这几个相对变化率与现有驱动薄膜晶体管的0.148％相比都减小，改善了OLED显示器件的寿命。
本发明施例提供一种阵列基板，阵列基板上分散有若干个驱动薄膜晶体管，其中对应于蓝色像素和绿色像素的驱动薄膜晶体管采用上述驱动薄膜晶体管。
对应于蓝色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L1，对应于绿色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L2，对应于红色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L3，其中L1和L2大于L3；优选L1与L3的差值大于等于10μm，优选L2与L3的差值大于等于10μm，L3为18-35μm。
本发明实施例中的阵列基板，使用上述驱动薄膜晶体管，通过增加沟道长度，弱化器件本身的沟道长度调制效应，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，改善了OLED显示器件的寿命；或者通过增加栅极的控制能力，降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，改善沟道及界面质量，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，改善了OLED显示器件的寿命。
本发明实施例提供一种显示器件，包括上述阵列基板。
本发明实施例中的显示器件使用上述阵列基板，通过增加沟道长度，弱化器件本身的沟道长度调制效应，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，改善了OLED显示器件的寿命；或者通过增加栅极的控制能力，降低曲线的亚阈值摆幅(S.S)，改善沟道及界面质量，使得驱动薄膜晶体管饱和区的斜率降低，驱动薄膜晶体管的驱动能力增强，改善了OLED显示器件的寿命。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种驱动薄膜晶体管，包括：有源层、栅极绝缘层和栅极，其特征在于，所述有源层中的沟道长度L处于35μm至50μm区间范围内。
2.根据权利要求1所述的驱动薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极绝缘层包括双层结构，包括靠近所述沟道区设置的第一栅极绝缘层，以及靠近栅极设置的第二栅极绝缘层，所述第一栅极绝缘层包括氧化硅，所述第二栅极绝缘层包括氮化硅。
3.根据权利要求1或2所述的驱动薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极绝缘层的总厚度大于或等于80nm，小于或等于120nm。
4.根据权利要求1所述的驱动薄膜晶体管，其特征在于，所述驱动薄膜晶体管为PMOS，所述有源层包括源区/漏区，所述源区/漏区采用硼离子进行注入，注入剂量大于或等于5×1014个/cm2，小于或等于1×1015个/cm2。
5.一种阵列基板，其特征在于，所述阵列基板上分散有若干个驱动薄膜晶体管，其中对应于蓝色像素和绿色像素的驱动薄膜晶体管中的至少一种采用权利要求1至4中任意一项所述的驱动薄膜晶体管。
6.根据权利要求5所述的阵列基板，其特征在于，对应于蓝色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L1，对应于绿色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L2，对应于红色像素的驱动薄膜晶体管中沟道的长度L3，其中L1和L2大于L3；优选L1与L3的差值大于等于10μm，优选L2与L3的差值大于等于10μm。
7.根据权利要求6所述的阵列基板，其特征在于，L3为18-35μm。
8.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置中包括权利要求5-7任一项所述的阵列基板。
9.一种驱动薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
在基板上形成有源层；在所述有源层上制作源极和漏极；
并在所述有源层上依次形成栅极绝缘层和栅极；
其中，有源层中的沟道长度处于35μm至50μm区间范围内。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，
所述制备方法中，在所述基板上沉积所述有源层后还包括：对所述有源层进行大于或等于45分钟小于或等于90分钟的氢化处理；和/或，
所述制备方法还包括：制作源区/漏区时，注入能量大于或等于25KeV，小于或等于35KeV；和/或，
所述制备方法还包括：对所述驱动薄膜晶体管进行大于或等于45分钟小于或等于90分钟的退火处理。
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