CN208938974U - 薄膜晶体管和显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种薄膜晶体管和显示装置，其中，薄膜晶体管包括栅极；半导体层，半导体层与栅极间隔设置；源极和漏极，源极和漏极设于半导体层背离所述栅极的一侧，源极和漏极于半导体层间隔设置，并可通过半导体层导通；以及绝缘层，绝缘层位于栅极和半导体层之间，绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层临近栅极设置，第二绝缘层贴合于半导体层设置，第一绝缘层的材质为氮化硅，第二绝缘层的材质为氧化硅或者氧化铝。本实用新型技术方案能够使绝缘层与半导体层形成高质量的界面，使得接触界面的缺陷态密度低，降低了载流子在非晶硅层背表面的复合，从而提升薄膜晶体管的性能。

Description

薄膜晶体管和显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示器技术领域，特别涉及一种薄膜晶体管和显示装置。

背景技术

薄膜晶体管(英文全称Thin Film Transistor，简称TFT)作为一种开关元件广泛应用于各种平板显示器件，包括液晶显示器(Liquid crystaldisplays，简称LCD)、有机电致发光显示器(Organic light-emitting diodedisplays，简称OLED)等。现有的平板显示器件通常采用TFT组成TFT阵列，用以驱动显示器件的每个像素。为了获得高质量的显示图像，要求所述薄膜晶体管具有良好的电气特性。对所述薄膜晶体管的电气特性起到关键作用的是绝缘层与半导体层的界面，该界面起到电子传递的作用，界面性能的好坏直接决定TFT的电气特性。目前的栅绝缘层一般采用单层的氮化硅材质，如此设置的的绝缘层存在以下问题：栅绝缘层与半导体层之间的结合界面缺陷度较高，载流子容易在该接触的表面复合，TFT的电气特性较差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种薄膜晶体管，旨在使绝缘层与半导体层形成高质量的界面，使得接触界面的缺陷态密度低，降低了载流子在非晶硅层背表面的复合，从而提升薄膜晶体管的性能。

为实现上述目的，本实用新型提出的薄膜晶体管，包括：

栅极；

半导体层，所述半导体层与所述栅极间隔设置；

源极和漏极，所述源极和漏极设于所述半导体层背离所述栅极的一侧，所述源极和所述漏极于所述半导体层表面间隔设置，并可通过所述半导体层导通；以及

绝缘层，所述绝缘层位于所述栅极和所述半导体层之间，所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层临近所述栅极设置，所述第二绝缘层贴合于所述半导体层设置，所述第一绝缘层的材质为氮化硅，所述第二绝缘层的材质为氧化硅或者氧化铝。

可选地，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层贴合设置。

可选地，所述第一绝缘层的层厚H1的范围值为：

可选地，所述第一绝缘层的层厚H1的范围值为：

可选地，所述第二绝缘层的层厚H2的范围值为：

可选地，所述第二绝缘层的层厚H2的范围值为：

可选地，所述半导体层的材质包括无定形硅。

可选地，所述源极和所述漏极于所述半导体层表面上间隔设置而形成的间隙，所述间隙正对所述栅极设置；

和/或，所述栅极背离所述半导体层的一侧设有衬底基板。

本实用新型还提出一种显示装置，包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：

栅极；

半导体层，所述半导体层与所述栅极间隔设置；

源极和漏极，所述源极和漏极设于所述半导体层背离所述栅极的一侧，所述源极和所述漏极于所述半导体层间隔设置，并可通过所述半导体层导通；以及

绝缘层，所述绝缘层位于所述栅极和所述半导体层之间，所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层临近所述栅极设置，所述第二绝缘层贴合于所述半导体层设置，所述第一绝缘层的材质为氮化硅，所述第二绝缘层的材质为氧化硅或者氧化铝。

本实用新型还提出一种显示装置，包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：

栅极；

半导体层，所述半导体层与所述栅极间隔设置；

源极和漏极，所述源极和漏极设于所述半导体层背离所述栅极的一侧，所述源极和所述漏极于所述半导体层表面间隔设置，并可通过所述半导体层导通；以及

绝缘层，所述绝缘层位于所述栅极和所述半导体层之间，所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层临近所述栅极设置，所述第二绝缘层贴合于所述半导体层设置，所述第一绝缘层的材质为氮化硅，所述第二绝缘层的材质为氧化硅或者氧化铝；

所述第一绝缘层与所述第二绝缘层贴合设置；

所述第一绝缘层的层厚H1的范围值为：

本实用新型技术方案中，采用双层设置的绝缘层，可以减少漏电流。同时与半导体层贴合的第二绝缘层，该第二绝缘层采用氧化硅或氧化铝设置，从而使得该第二绝缘层与该半导体层能够形成高质量的界面，进而使得接触界面的缺陷态密度低，降低了载流子在半导体层的表面的复合，从而提升薄膜晶体管的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型薄膜晶体管一实施例的结构剖面示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	薄膜晶体管	71	源极
10	栅极	73	漏极
				30	绝缘层	80	衬底基板
31	第一绝缘层	90	保护层
				33	第二绝缘层	91	沟槽
50	半导体层

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种薄膜晶体管100，应用于显示装置，该显示装置包括显示面板。

显示面板可为液晶显示显示面板，以液晶显示面板为例，其包括两相对设置的基板，其中之一为数组基板，其中之另一为彩膜基板。

彩膜基板主要由红绿蓝三种色阻组成的矩阵以及作为共电极的ITO组成。数组基板为金属线路、以及晶体二极管组成的矩阵。本申请的基板的厚度可设置为0.4mm至0.7mm，从而使得基板的厚度更薄，进而使得显示面板的整体厚度变薄。基板采用玻璃基板，可分为碱玻璃及无碱玻璃两大类。碱玻璃包括钠玻璃及中性硅酸硼玻璃两种，多应用于TN及STNLCD上，以浮式法制程生产为主。无碱玻璃则以无碱硅酸铝玻璃(Alumino Silicate Glass，主成分为SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃及BaO等)为主，其碱金属总含量在1％以下，主要用于TFT-LCD上。

数组基板和彩膜基板对贴成盒时，其边缘的玻璃基板设有封框胶。封框胶是一种胶粘剂，将LCD液晶屏上下两片基板粘接起来，同时保持一定的间隙，然后将灌入的液晶密封起来，使其不能渗漏，同时防止外界污染物进入，这种胶粘剂即封框胶，也称作封边胶。LCD液晶屏用封框胶主要有两大类：热固化胶和紫外光(UV)固化胶。两种胶主要区别在于其固化方式的不同。热固化胶应用比较广泛。但制作高精度的液晶显示屏，UV固化胶在固化时间，接着力，耐湿力，耐热性等各方面均优于热固化胶。尤其固化时间短，缩短了生产周期，同时防止了在长时间固化过程中两片玻璃的错位。本申请可选UV固化胶，成分为变性丙烯酸脂类化合物，外观为微黄色粘稠液体。在工作时，使胶状的UV固化胶均匀涂布在上片玻璃表面边框位置，上下两片基板粘合后，用紫外光照射使胶由线型大分子结构相互交联为稳定的网状结构，具有很强的粘附能力，使两片基板粘合在一起。

显示面板一般包括有效显示区域(Active Area)和非显示区域。

有效显示区域指的是基板能够显示文字图像的区域，可设置在基板的中部区域。该有效显示区域额一般填充有液晶和配向膜(PI膜)。配向膜是具有直条状刮痕的薄膜，作用是引导液晶分子的排列方向。例如在已蒸上透明导电膜(ITO)的玻璃基板上，用PI涂液和转轮(roller)，在ITO膜上印出一条一条平行的沟槽，到时候液晶可依此沟槽的方向横躺于沟槽内，达到使液晶呈同一方向排列之目的。配向膜的材料需要具备良好的光穿透性；必须为离子化存在或部分离子化的；拥有共价或部分共价的链结；非晶形以及良好的晶格结构。本申请可选使用聚酰亚胺，聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。聚酰亚胺具有如下优点：开始分解温度一般都在500℃左右。由均苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。聚酰亚胺还可耐极低温，如在-269℃的液态氦中不会脆裂。聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜(Kapton)为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺(UpilexS)达到400Mpa。作为工程塑料，弹性模量通常为3-4Gpa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的纤维可达500Gpa，仅次于碳纤维。一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，既可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80％－90％。改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500小时水煮。聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×10⁹rad快电子辐照后强度保持率为90％。聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。介电损耗为10^-3，介电强度为100－300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm。这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。聚酰亚胺在极高的真空下放气量很少。聚酰亚胺无毒，有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性。

非显示区域，指的是不能够显示显示文字图像的区域，一般环绕有效显示区域设置。该处布置电路走线及其他驱动的电子元器件。本申请的面板连接区设置在显示面板的非显示区域。

本申请的薄膜晶体管100，主要设置在显示区域，并位于两块基板之间。

参照图1，在本实用新型实施例中，该薄膜晶体管100包括：栅极10；

半导体层50，半导体层50与栅极10间隔设置；

源极71和漏极73，源极71和漏极73设于半导体层50背离栅极10的一侧，源极71和漏极73于半导体层50表面间隔设置，并可通过半导体层50导通；以及

绝缘层30，绝缘层30位于栅极10和半导体层50之间，绝缘层30包括第一绝缘层31和第二绝缘层33，第一绝缘层31临近栅极10设置，第二绝缘层33贴合于半导体层50设置，第一绝缘层31的材质为氮化硅，第二绝缘层33的材质为氧化硅或者氧化铝。

薄膜晶体管100是一种绝缘栅场效应晶体管，当对栅极10施以正电压时，栅压在绝缘层30中产生电场，电力线由栅极10指向半导体层50的表面，并在半导体层50的表面处产生感应电荷，随着栅电压增加，半导体层50的表面将由耗尽层转变为电子积累层，形成反型层。当达到强反型时(即达到开启电压时)，源极71和漏极73之间加上电压就会有载流子通过沟道。当源漏之间电压很小时，导电沟道近似为一恒定电阻，漏极73电流随源漏之间的电压增加而线性增大。当源漏之间的电压很大时，它会对栅极10电压产生影响，使得绝缘层30中电场由源极71端到漏极73端逐渐减弱，半导体表面反型层中电子由源极71到漏极73逐渐减小，沟道电阻随着源漏电压增大而增加。漏极73电流增加变得缓慢，对应线性区向饱和区过渡。当源漏电压增到一定程度，漏极73反型层厚度减为零，电压在增加，器件进入饱和区。在实际LCD生产中，主要利用a-Si:H TFT的开态(大于开启电压)对像素电容快速充电，利用关态来保持像素电容的电压，从而实现快速响应和良好存储的统一。

本实用新型技术方案中，采用双层设置的绝缘层30，可以减少漏电流。同时与半导体层50贴合的第二绝缘层33，该第二绝缘层33采用氧化硅或氧化铝设置，从而使得该第二绝缘层33与该半导体层50能够形成高质量的界面，进而使得接触界面的缺陷态密度低，降低了载流子在半导体层50的表面的复合，从而提升薄膜晶体管100的性能。

第一绝缘层31采用氮化硅材质，氮化硅材质制成的薄膜层具有优良的光电性能，以及较强的阻拦杂质扩散和水汽扩散的性能。因此，在第一绝缘层31设置为氮化硅材质。

本申请中，相较于现有设置的单层绝缘层，或者设置双绝缘层时，将第二绝缘层33设置为有机材质。本申请的第二绝缘层33采用氧化硅或氧化铝设置具有使用寿命长的优点，同时还具有与半导体层50能够形成高质量的界面的优点。相较于有机材料形成的绝缘层，本申请的氧化硅或氧化铝形成的第二绝缘层33，与半导体层50形成的界面的缺陷密度更低，有效提升薄膜晶体管100的性能。

在本申请的一实施例中，第一绝缘层31与第二绝缘层33贴合设置。通过将第一绝缘层31和第二绝缘层33层叠贴合设置，可以减小第一绝缘层31和第二绝缘层33的安装空间，同时可以提高第一绝缘层31和第二绝缘层33的致密度。第一绝缘层31和第二绝缘层33均可通过化学气相沉积得到，当然，也可通过其他方法制得。

在本申请的一实施例中，第一绝缘层31的层厚H1的范围值为：

第一绝缘层31的氮化硅材质需要有足够的厚度形成较好的导电性能，因此，设置为大于2000埃，当然，第一绝缘层31的厚度不易设置的过厚，大于4000埃会影响整体的装配厚度。因此设置为例如进一步可选设置为：第一绝缘层31的层厚H1的范围值为：例如设置为：

在本申请的一实施例中，第二绝缘层33的层厚H2的范围值为：

第二绝缘层33的氧化硅或氧化铝的主要作用是与半导体层50形成较好的连接界面，因此厚度只要大于0即可。当然，第二绝缘层33的厚度不易设置的过厚，大于2000埃会影响整体的装配厚度。因此设置为例如进一步可选设置为：第二绝缘层33的层厚H2的范围值为：例如设置为：

在本申请的一实施例中，半导体层50的材质包括无定形硅。无定型硅，即为a-Si，无定型硅不同于单晶硅，单晶硅的正四面体晶格结构可以延展得非常庞大，从而形成稳定的晶格结构。而无定性硅不存在这种延展开的晶格结构，原子间的晶格网络呈无序排列。也即，无定形硅并非所有的原子都与其它原子严格地按照正四面体排列。由于这种不稳定性，无定形硅中的部分原子含有悬空键(dangling bond)。这些悬空键对硅作为导体的性质有很大的负面影响。然而，这些悬空键可以被氢所填充，经氢化之后，无定形硅的悬空键密度会显著减小，并足以达到半导体材料的标准。

参照图1，在本申请的一实施例中，源极71和漏极73于半导体层50表面上间隔设置而形成间隙，该间隙正对栅极10设置。

该漏极73和源极71之间的间隙正对栅极10设计，可以使得结构更加紧凑。

在源极71和漏极73的上侧还设有保护层90，该保护层90对应该间隙形成有沟槽91。保护层90可对源极71和漏极73进行保护。沟槽91深度可设计为0.3um至0.5um之间。若沟槽91的深度过深，超过0.5um，不但会影响器件的击穿电压，源极71电容和漏极73电容也会明显提高。而降沟槽91深度设计为大于0.3um，主要是为了降低对开关速度的影响。因此设置为0.3um至0.5um，例如可为0.3um、0.35um、0.4um、0.45um、0.5um。

在本申请的一实施例中，栅极10背离半导体层50的一侧设有衬底基板80。在制作该薄膜晶体管100时，现在衬底基板80上制作形成栅极10，然后在栅极10上制作形成第一绝缘层31，在第一绝缘层31背离栅极10的表面制作形成第二绝缘层33，在第二绝缘层33上形成半导体层50。然后在半导体层50上形成源极71和漏极73。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：

栅极；

半导体层，所述半导体层与所述栅极间隔设置；

源极和漏极，所述源极和漏极设于所述半导体层背离所述栅极的一侧，所述源极和所述漏极于所述半导体层表面间隔设置，并可通过所述半导体层导通；以及

绝缘层，所述绝缘层位于所述栅极和所述半导体层之间，所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层临近所述栅极设置，所述第二绝缘层贴合于所述半导体层设置，所述第一绝缘层的材质为氮化硅，所述第二绝缘层的材质为氧化硅或者氧化铝。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层贴合设置。

3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层的层厚H1的范围值为：

4.如权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层的层厚H1的范围值为：

5.如权利要求1至4中任一所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层的层厚H2的范围值为：

6.如权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层的层厚H2的范围值为：

7.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述半导体层的材质包括无定形硅。

8.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源极和所述漏极于所述半导体层表面上间隔设置形成间隙，所述间隙与所述栅极正对设置；

和/或，所述栅极背离所述半导体层的一侧设有衬底基板。

9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一所述的薄膜晶体管。

10.一种显示装置，其特征在于，包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：

栅极；

半导体层，所述半导体层与所述栅极间隔设置；

源极和漏极，所述源极和漏极设于所述半导体层背离所述栅极的一侧，所述源极和所述漏极于所述半导体层表面间隔设置，并可通过所述半导体层导通；以及

绝缘层，所述绝缘层位于所述栅极和所述半导体层之间，所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层临近所述栅极设置，所述第二绝缘层贴合于所述半导体层设置，所述第一绝缘层的材质为氮化硅，所述第二绝缘层的材质为氧化硅或者氧化铝；

所述第一绝缘层与所述第二绝缘层贴合设置；

所述第一绝缘层的层厚H1的范围值为：