CN109935627A - 薄膜晶体管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种非晶硅薄膜晶体管及其制备方法，所述非晶硅薄膜晶体管包括形成与玻璃基板上的栅极、栅极绝缘层和在所述栅极绝缘层外面上形成的非晶硅半导体层以及在所述有半导体层上形成的源电极和漏电极，并在栅极绝缘层上设置一个包裹半导体层、源电极和漏电极的钝化层，其特征在于：所述非晶硅半导体层还包括与非晶硅价带能量相近但导带能量较高的半导体材料，所述半导体材料在所述半导体层两端间隔设置，本发明主要应用于传感器，特别是直接应用于光敏传感器，较高的能级差减少了产生噪音信号的电子的跃迁比例，提升了信噪比。

Description

薄膜晶体管
技术领域
本发明属于半导体领域，具体涉及一种薄膜晶体管。
背景技术
TFT是在基板(如是应用在液晶显示器，则基板大多使用玻璃)上沉积一层薄膜当做通道区。
大部份的TFT是使用氢化非晶硅(a-Si:H)当主要材料，因为它的能阶小于单晶硅(Eg＝1.12eV)，也因为使用a-Si:H当主要材料，所以TFT大多不是透明的。另外，TFT常在介电、电极及内部接线使用铟锡氧化物(ITO)，ITO则是透明的材料。
因为TFT基板不能忍受高的退火温度，所以全部的沉积制程必须在相对低温下进行。如化学气相沉积、物理气相沉积(大多使用溅镀技术)都是常使用的沉积制程。如要制作透明的TFT，第一个被研究出来的方法是使用氧化锌材料，此项技术由奥勒岗州立大学的研究员于2003年时发表。
很多人都知道薄膜晶体管主要的应用是TFT LCD，液晶显示器技术的一种。晶体管被制作在面板里，这样可以减少各pixel间的互相干扰并增画面稳定度。大略是从2004年开始，大部份便宜的彩色LCD屏幕都是使用TFT技术的。连在乳线和癌症X-ray检查的数位X-ray摄影技术上也常使用TFT面板。
非晶硅薄膜晶体管沟道采用非晶硅材料制成。由于非晶硅可以淀积在各种大面积的衬底上，所以生产成本低廉，得到了广泛的应用。
非晶硅器件与单晶硅和多晶硅器件一样也是半导体器件的一种，但是因为非晶硅的晶格结构相对于单晶硅有序的晶格结构和多晶硅短范围内有序的晶格不同，非晶硅在任何距离范围内都是杂乱无序的晶格结构导致非晶硅器件中的暗电流过大，所以当非晶硅器件被应用为传感器时输出信号和噪音的比值过小，导致非晶硅器件所感应的外界物理变化细节不足致使外界物理变化不能被真实反映。
因此开发出新的非晶硅薄膜晶体管，降低暗电流大小对应用于传感器的TFT十分关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非晶硅薄膜晶体管及其制备方法以解决现有的非晶硅薄膜晶体管用作传感器信噪比较小的技术问题。
为了达到所述目的，本发明一方面提供了一种非晶硅薄膜晶体管，包括：
基板；
栅极，结合于所述基板一表面上；
栅极绝缘层，结合于所述基板表面上，且覆盖于所述栅极；
半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；所述半导体层包括非晶硅半导体层；所述非晶硅半导体层结合于所述栅极绝缘层的背离所述栅极的表面上；
欧姆接触层，包括彼此间隔的两部分，分别结合在所述非晶硅半导体层的背离所述栅极绝缘层的表面两端部上；
源电极和漏电极，分别结合于所述欧姆接触层上。
优选地，所述半导体层还包括导带能量层，所述导带能量层结合于所述欧姆接触层与所述非晶硅半导体层之间。
所述导带能量层只结合在所述非晶硅半导体层的其中一端部的所述欧姆接触层与所述非晶硅半导体层之间；或
所述导带能量层结合在所述非晶硅半导体层的两端部的所述欧姆接触层与所述非晶硅半导体层之间。
优选地，所述导带能量层的厚度1700A-15000A。
优选地，所述导带能量层的材料包括ZnO、IGZO或SiO2中的任意一种或多种的组合物。
优选地，所述非晶硅半导体层的组成材料还包括锗。
本发明还提供了一种上述的薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板、栅极，栅极绝缘层和非晶硅半导体层；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层，且；
在结合于所述非晶硅半导体层两端部的所述导带能量层上分别形成欧姆接触层；或在分布于所述非晶硅半导体层的一端部的所述导带能量层上形成欧姆接触层，在所述非晶硅半导体层的另一端部上直接形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层的表面上形成源电极和漏电极。
优选地，所述导带能量层采用物理气相沉积法铺设。
本发明还提供了一种光敏传感器，包括所述非晶硅薄膜晶体管。
本发明又一方面提供了一种光敏传感器，包括所述非晶硅薄膜晶体管。
与现有技术相比，所述非晶硅薄膜晶体管将与非晶硅价带能量相近但导带能量较高的半导体材料叠加于所述薄膜晶体管中的非晶硅的N型掺杂中或是直接掺杂在欧姆电极层。扩大价带与导带的能极差使得因为晶格缺陷和热辐射而辐射的电子跃迁的比率减少，从而减少传感器的噪音，达到提高信噪比的目的。
所述非晶硅薄膜晶体管的制备方法，采用了能级较高的半导体材料对非晶硅半导体进行叠加，提升了带隙势垒，制备的产品相比现有产品信噪比更高。
所述光敏传感器由于采用了所述非晶硅薄膜晶体管，具有信噪比更高，外界物理变化更能被真实反映。
附图说明
图1为本发明实施例所述的非晶硅薄膜晶体管仅在一边加入导带能量层的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的非晶硅薄膜晶体管在两边都加入导带能量层的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非晶硅薄膜晶体管及其制备方法以解决现有的非晶硅薄膜晶体管用作传感器信噪比较小的技术问题。
为了达到所述目的，本发明一方面提供了一种非晶硅薄膜晶体管如图1图2所示，包括：
基板1；所述基板1为玻璃基板。
栅极2，结合于所述基板1一表面上；
栅极绝缘层3，结合于所述基板表面上，且覆盖于所述栅极2；
半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；所述半导体层包括非晶硅半导体层4；所述非晶硅半导体层4结合于所述栅极绝缘层3的背离所述栅极2的表面上；
欧姆接触层7，包括彼此间隔的两部分，分别结合在所述非晶硅半导体层的背离所述栅极绝缘层的表面两端部上；
源电极和漏电极，分别结合于所述欧姆接触层7上。
所述非晶硅薄膜晶体管还包括钝化层8，所述钝化层8覆盖并填补所述薄膜晶体管的不平整处，起到保护作用。
所述半导体层还包括导带能量层5，所述导带能量层5结合于所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间。
所述导带能量层5可以只结合在所述非晶硅半导体层4的其中一端部的所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间；或所述导带能量层5结合在所述非晶硅半导体层4的两端部的所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间。
所述导带能量层5的厚度1700A-15000A。此厚度范围可以容纳跃迁上来的电荷，又不至于太厚浪费材料。
所述导带能量层5的材料包括ZnO、IGZO或SiO2中的任意一种或多种的组合物。这几种材料都具有相近的价带能级，并具有较高的导带能级。ZnO和IGZO是氧化物半导体，而二氧化硅本身是绝缘体，但是在厚度很薄的情况下通过隧道击穿效应可以起到相同的目的。
所述非晶硅半导体层4的组成材料还包括锗。掺杂Ge延伸非晶硅器件对超过1000nm红外辐射的吸收，可根据具体应用场景和波长需求调整锗的掺杂比例。
在所述电极和非晶硅半导体层4外面还填充包裹一层钝化层用于保护所述薄膜晶体管。
本发明还提供了一种上述的薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板1、栅极2，栅极绝缘层3和非晶硅半导体层4；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层5，且；
在结合于所述非晶硅半导体层4两端部的所述导带能量层5上分别形成欧姆接触层7；或在分布于所述非晶硅半导体层4的一端部的所述导带能量层5上形成欧姆接触层7，在所述非晶硅半导体层4的另一端部上直接形成欧姆接触层7；
在所述欧姆接触层7的表面上形成源电极和漏电极。
所述导带能量层5采用物理气相沉积法铺设。
本发明还提供了一种光敏传感器，包括所述非晶硅薄膜晶体管。
本发明又一方面提供了一种光敏传感器，包括所述非晶硅薄膜晶体管。
所述非晶硅薄膜晶体管将与非晶硅价带能量相近但导带能量较高的半导体材料叠加于所述薄膜晶体管中的非晶硅的N型掺杂中或是直接掺杂在欧姆电极层。扩大价带与导带的能极差使得因为晶格缺陷和热辐射而辐射的电子跃迁的比率减少，外界感应之后产生的跃迁比例增加。晶格缺陷和热辐射由于是固有的缺陷导致的，是信号噪音，而感应外界产生的跃迁是信号。减少传感器的噪音就可以达到提高信噪比的目的。本发明还可以在非晶硅半导体层掺杂锗元素，改变光学性能。拓宽感光范围，也就扩大应用范围。
所述非晶硅薄膜晶体管的制备方法，采用了能级较高的半导体材料对非晶硅半导体进行叠加，提升了带隙势垒，制备的产品相比现有产品信噪比更低。
所述光敏传感器由于采用了所述非晶硅薄膜晶体管，具有信噪比更高，外界物理变化更能被真实反映，而且不同比例锗元素掺杂的也能拓展传感器在不同光照条件下的应用。如医疗用途领域，感应X光，紫外线灯、感应红外热辐；射。消费者领域，感应可见光、安防领域和娱乐领域等。
实施例1
本发明其中1实施例的非晶硅薄膜晶体管如图1所示包括：玻璃基板1；栅极2，结合于所述基板1一表面上；栅极绝缘层3，结合于基板表面上，且覆盖于栅极2；半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；半导体层包括非晶硅半导体层4；非晶硅半导体层4结合于栅极绝缘层3的背离所述栅极2的表面上；欧姆接触层7，包括彼此间隔的两部分，分别结合在非晶硅半导体层的背离栅极绝缘层的表面两端部上；源电极和漏电极，分别结合于欧姆接触层7上；钝化层8。半导体层还包括导带能量层5，导带能量层5结合于所述欧姆接触层7与非晶硅半导体层4之间。导带能量层5可以只结合在所述非晶硅半导体层4的其中一端部的所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间。导带能量半导体厚度为1700A，材料为ZnO。
本发明实施例的非晶硅薄膜晶体管制备方法如下：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板1、栅极2，栅极绝缘层3和非晶硅半导体层4；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层5，且；
在结合于所述非晶硅半导体层4两端部的所述导带能量层5上分别形成欧姆接触层7；或在分布于所述非晶硅半导体层4的一端部的所述导带能量层5上形成欧姆接触层7，在所述非晶硅半导体层4的另一端部上直接形成欧姆接触层7；
在所述欧姆接触层7的表面上形成源电极和漏电极。
所述导带能量层5采用物理气相沉积法铺设。
实施例2
本发明其中1实施例的非晶硅薄膜晶体管如图1所示包括：玻璃基板1；栅极2，结合于所述基板1一表面上；栅极绝缘层3，结合于基板表面上，且覆盖于栅极2；半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；半导体层包括非晶硅半导体层4；非晶硅半导体层4结合于栅极绝缘层3的背离所述栅极2的表面上；欧姆接触层7，包括彼此间隔的两部分，分别结合在非晶硅半导体层的背离栅极绝缘层的表面两端部上；源电极和漏电极，分别结合于欧姆接触层7上；钝化层8。半导体层还包括导带能量层5，导带能量层5结合于所述欧姆接触层7与非晶硅半导体层4之间。导带能量层5可以只结合在所述非晶硅半导体层4的其中一端部的所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间。导带能量半导体厚度为2000A，材料为ZnO。
本发明实施例的非晶硅薄膜晶体管制备方法如下：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板1、栅极2，栅极绝缘层3和非晶硅半导体层4；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层5，且；
在结合于所述非晶硅半导体层4两端部的所述导带能量层5上分别形成欧姆接触层7；或在分布于所述非晶硅半导体层4的一端部的所述导带能量层5上形成欧姆接触层7，在所述非晶硅半导体层4的另一端部上直接形成欧姆接触层7；
在所述欧姆接触层7的表面上形成源电极和漏电极。
所述导带能量层5采用物理气相沉积法铺设。
实施例3
如图2所示包括：玻璃基板1；栅极2，结合于所述基板1一表面上；栅极绝缘层3，结合于基板表面上，且覆盖于栅极2；半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；半导体层包括非晶硅半导体层4；非晶硅半导体层4结合于栅极绝缘层3的背离所述栅极2的表面上；欧姆接触层7，包括彼此间隔的两部分，分别结合在非晶硅半导体层的背离栅极绝缘层的表面两端部上；源电极和漏电极，分别结合于欧姆接触层7上；钝化层8。半导体层还包括导带能量层5，导带能量层5结合于所述欧姆接触层7与非晶硅半导体层4之间。导带能量层5可以只结合在所述非晶硅半导体层4的其中两端部的所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间。导带能量半导体厚度为10000A，材料为IGZO。
本发明实施例的非晶硅薄膜晶体管制备方法如下：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板1、栅极2，栅极绝缘层3和非晶硅半导体层4；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层5，且；
在结合于所述非晶硅半导体层4两端部的所述导带能量层5上分别形成欧姆接触层7；或在分布于所述非晶硅半导体层4的两端部的所述导带能量层5上形成欧姆接触层7；
在所述欧姆接触层7的表面上形成源电极和漏电极。
所述导带能量层5采用物理气相沉积法铺设。
实施例4
如图2所示包括：玻璃基板1；栅极2，结合于所述基板1一表面上；栅极绝缘层3，结合于基板表面上，且覆盖于栅极2；半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；半导体层包括非晶硅半导体层4；非晶硅半导体层4结合于栅极绝缘层3的背离所述栅极2的表面上；欧姆接触层7，包括彼此间隔的两部分，分别结合在非晶硅半导体层的背离栅极绝缘层的表面两端部上；源电极和漏电极，分别结合于欧姆接触层7上；钝化层8。半导体层还包括导带能量层5，导带能量层5结合于所述欧姆接触层7与非晶硅半导体层4之间。导带能量层5可以只结合在所述非晶硅半导体层4的其中两端部的所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间。导带能量半导体厚度为15000A，材料为IGZO和ZnO摩尔含量1:1的复合材料。
本发明实施例的非晶硅薄膜晶体管制备方法如下：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板1、栅极2，栅极绝缘层3和非晶硅半导体层4；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层5，且；
在结合于所述非晶硅半导体层4两端部的所述导带能量层5上分别形成欧姆接触层7；或在分布于所述非晶硅半导体层4的两端部的所述导带能量层5上形成欧姆接触层7；
在所述欧姆接触层7的表面上形成源电极和漏电极。
所述导带能量层5采用物理气相沉积法铺设。
实施例5
如图2所示包括：玻璃基板1；栅极2，结合于所述基板1一表面上；栅极绝缘层3，结合于基板表面上，且覆盖于栅极2；半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；半导体层包括非晶硅半导体层4；非晶硅半导体层4结合于栅极绝缘层3的背离所述栅极2的表面上；欧姆接触层7，包括彼此间隔的两部分，分别结合在非晶硅半导体层的背离栅极绝缘层的表面两端部上；源电极和漏电极，分别结合于欧姆接触层7上；钝化层8。半导体层还包括导带能量层5，导带能量层5结合于所述欧姆接触层7与非晶硅半导体层4之间。导带能量层5可以只结合在所述非晶硅半导体层4的其中两端部的所述欧姆接触层7与所述非晶硅半导体层4之间。导带能量半导体厚度为5000A，材料为SiO2。
本发明实施例的非晶硅薄膜晶体管制备方法如下：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板1、栅极2，栅极绝缘层3和非晶硅半导体层4；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层5，且；
在结合于所述非晶硅半导体层4两端部的所述导带能量层5上分别形成欧姆接触层7；或在分布于所述非晶硅半导体层4的两端部的所述导带能量层5上形成欧姆接触层7；
在所述欧姆接触层7的表面上形成源电极和漏电极。
所述导带能量层5采用物理气相沉积法铺设。

Claims (8)

1.一种非晶硅薄膜晶体管，其特征在于，包括：
基板；
栅极，结合于所述基板一表面上；
栅极绝缘层，结合于所述基板表面上，且覆盖于所述栅极；
半导体层，结合在栅极绝缘层的背离所述基板的表面上；所述半导体层包括非晶硅半导体层；所述非晶硅半导体层结合于所述栅极绝缘层的背离所述栅极的表面上；
欧姆接触层，包括彼此间隔的两部分，分别结合在所述非晶硅半导体层的背离所述栅极绝缘层的表面两端部上；
源电极和漏电极，分别结合于所述欧姆接触层上。
所述半导体层还包括导带能量层，所述导带能量层结合于所述欧姆接触层与所述非晶硅半导体层之间。
2.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜晶体管，其特征在于：所述导带能量层只结合在所述非晶硅半导体层的其中一端部的所述欧姆接触层与所述非晶硅半导体层之间；或所述导带能量层结合在所述非晶硅半导体层的两端部的所述欧姆接触层与所述非晶硅半导体层之间。
3.根据权利要求1或2所述的非晶硅薄膜晶体管，其特征在于：所述导带能量层的厚度1700A-15000A。
4.根据权利要求1或2所述的非晶硅薄膜晶体管，其特征在于：所述导带能量层的材料为ZnO、IGZO或SiO2中的任意一种或多种的组合物。
5.如权利要求1所述的非晶硅薄膜晶体管，其特征在于：所述非晶硅半导体层的组成材料还包括锗。
6.如权利要求1-5任一所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
沿衬底内向表面延伸的方向，在衬底表面上依次形成基板、栅极，栅极绝缘层和非晶硅半导体层；
在所述非晶硅半导体层的一个端部或两个端部表面上分别形成导带能量层，且；
在结合于所述非晶硅半导体层两端部的所述导带能量层上分别形成欧姆接触层；或在分布于所述非晶硅半导体层的一端部的所述导带能量层上形成欧姆接触层，在所述非晶硅半导体层的另一端部上直接形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层的表面上形成源电极和漏电极。
7.如权利要求6所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述导带能量层采用物理气相沉积法铺设。
8.一种光敏传感器，其特征在于：包括如权利要求1-5所述的非晶硅薄膜晶体管。
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