TW202303990A - 用於顯示裝置之電路之薄膜電晶體 - Google Patents

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Abstract

本文揭示了一種包括驅動薄膜電晶體的裝置。該驅動薄膜電晶體包括金屬氧化物通道、與驅動金屬氧化物通道接觸的源電極、以及設置在該金屬氧化物通道上方並實體連接至該驅動源電極的頂部閘電極。

Description

用於顯示裝置之電路之薄膜電晶體
本揭示案大體而言係關於具有用於陣列上閘極（掃描）驅動器(gate driver on array, GOA)電路和/或像素電路的驅動薄膜電晶體(thin film transistor, TFT)和/或開關TFT的裝置。該等裝置可以用於顯示螢幕，諸如有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)顯示螢幕中。
薄膜電晶體(TFT)係藉由在支撐基板（諸如玻璃）上方沉積主動式半導體層的薄膜以及介電層和金屬觸點而製成。特別地，TFT可以是金氧半導體場效應電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET)。
對於液晶顯示器(liquid crystal display, LCD)和有機發光二極體(OLED)顯示器而言，TFT已經由於其高解析度、低功耗和高速操作而在顯示器應用中獲得了極大的關注。TFT嵌入在顯示器面板內。來自顯示模組中的源極驅動器IC的資料線電壓信號和來自顯示面板中的週邊顯示面板區域中的閘極驅動器電路的掃描線電壓信號被輸送至像素電路中的TFT，以藉由打開和關閉主動式顯示面板區域中的TFT來控制顯示影像。藉由改進具有較高遷移率的TFT的回應和/或藉由減少像素之間的串擾來減少影像畸變。包括LCD或OLED電視(television, TV)和監測器在內的大多數顯示產品包括面板中的TFT。許多現代高解析度和高品質的電子視覺顯示裝置使用基於主動式矩陣的OLED顯示器，該等顯示器具有大量TFT作為像素電路的部件。TFT技術的一個有利態樣是其為顯示器上的各像素使用單獨的TFT。藉由控制穿過資料和閘極信號線的電壓和電流，每個TFT在像素電路或閘極驅動器電路中作為開關或電流源工作，以增強對顯示影像的控制。來自高遷移率TFT的較高導通電流藉由最小化資料和閘極信號電壓的畸變，允許顯示影像的快速刷新和更好的影像品質。
用於OLED顯示面板的習知TFT的一個缺陷是，它們可能在穩定性、用於顏色和/或灰度的電壓控制、對來自作為用於控制OLED電流控制的像素電路的部件的驅動TFT的汲極電壓的高靈敏度（由於在顯示操作期間驅動TFT中的導通電流變化導致的OLED均勻性變化）以及作為像素電路的部件的開關TFT的慢回應速度，尤其是對於高解析度和/或大螢幕顯示器的慢回應速度。
因此，需要用於像素電路的改進的開關和驅動TFT以及用於具有低關斷洩漏電流的閘極驅動器電路的改進的開關TFT。
本文揭示了一種裝置，該裝置具有驅動薄膜電晶體(TFT)，該驅動TFT包括驅動通道。驅動源電極與驅動通道電連接，並且驅動頂部閘電極設置在該驅動通道上方並電連接至該驅動源電極。
在一些實施例中，裝置被提供為具有包括第一TFT的驅動薄膜電晶體(TFT)。第一TFT包括第一通道和設置在該第一通道下方的第一底部閘電極。提供第二TFT，該第二TFT具有第二通道和設置在該第二通道下方並電連接至該第一TFT的該第一底部閘電極的第二底部閘電極。
在一些實施例中，提供了一種裝置，該裝置具有驅動薄膜電晶體(TFT)。該驅動TFT包括第一TFT。該第一TFT包括第一通道和設置在該第一通道上方的第一頂部閘電極。驅動TFT包括第二TFT，該第二TFT包括第二通道和第二頂部閘電極，該第二頂部閘電極設置在第二通道上方並電連接至該第一TFT的第一頂部閘電極。
在一些實施例中，提供了一種裝置，該裝置具有驅動薄膜電晶體(TFT)。驅動TFT包括第一TFT，該第一TFT具有第一通道和設置在該第一通道上方的第一頂部閘電極。驅動TFT包括第二TFT，該第二TFT具有第二通道和第二頂部閘電極，該第二頂部閘電極設置在第二通道上方並電連接至該第一TFT的第一頂部閘電極。
以下詳細描述本質上僅是示例性的，並非意欲限制本揭示案或本揭示案的應用和用途。此外，不意欲受在前述背景技術、發明內容或以下實施方式中提出的任何明示或暗示的理論的束縛。
本文的實施例包括在用於裝置（諸如顯示裝置）的電路中使用的薄膜電晶體(TFT)。由於TFT中較高的導通電流、用於施加偏壓的電極的選擇、以及結合用於連接各電路的電極的選擇，本文所揭示的TFT傳送具有高穩定性、良好控制和對TFT的快速回應的高電流。本文所述的TFT可以用作像素電路的驅動TFT，以及用於陣列上閘極驅動器(GOA)電路和像素電路的開關TFT。TFT中的一或多個TFT包括設置在高載流子密度金屬氧化物通道上方的閘極結構。該閘極結構包括一或多個閘電極，並因此TFT是頂部閘極(top-gate, TG)、雙閘極(double-gate, DG)或底部閘極(bottom-gate, BG) TFT。本文所述的TFT對於雙閘極結構特別有用。通道可包括一或多個具有不同電子遷移率的層，該等不同電子遷移率對每個TFT有不同的益處。特別地，通道的高遷移率層提高了TFT的回應速度，並且在相同的TFT中，低遷移率層比高遷移率層允許更正的閾值電壓（導通電壓）和更低的洩漏電流。如本文所述，低遷移率層和高遷移率層的組合導致TFT具有改進的品質，諸如改進的遷移率、較低的截止洩漏電流和正閾值電壓（導通電壓）。
為了操作顯示器的OLED像素的子像素，使用至少一個開關電晶體、一個驅動電晶體和一個電容器。開關TFT將資料電壓傳遞至電容器（儲存設備）。儲存電容器連接至驅動TFT的閘極。連接至儲存電容器的驅動TFT的閘極電壓確定了驅動TFT有多少電流流動至OLED以控制亮度。儲存電容器的所需電容由連接至儲存電容器和用於顯示器的驅動TFT的閘極兩者的開關TFT的幀速率(frame rate)和洩漏電流確定。
第1圖是簡化的有機發光二極體顯示器(OLED)面板100的示意圖。OLED面板100包括用於陣列上閘極驅動器(GOA)電路的開關TFT的非顯示區域102、用於像素電路的開關和驅動TFT的顯示區域104、以及源極（資料）驅動器積體電路的區域106。在一些態樣中，非顯示區域102設置在設置於一或多個側面處的邊緣區域中，或者圍繞顯示區域104。
第2圖是OLED面板100的顯示區域104中的主動式矩陣像素陣列的示意圖。顯示區域104具有像素290的陣列，亦即以列260和行280佈置的第一像素290 1、第二像素290 2、第三像素290 3等。每個像素290具有複數個子像素250，該複數個子像素用於確定像素290的值。例如，第一像素290 1具有第一子像素250 1A、第二子像素250 1B和第三子像素250 1C。每個子像素250是相應像素290的單一顏色元件。然而，第一像素290 1可以具有多於三個子像素250，例如，子像素250 1N，其中「1N」可以代表第一像素290 1的任何數量的子像素250。可以使用掃描線210獨立地存取OLED面板100中的每個列260。可以使用資料線220存取OLED面板100中的每個行280。定址第一掃描線212和第一資料線222存取OLED面板100的第一像素290 1中的第一子像素250 1A。可以類似地在OLED面板100中定址每個子像素250。在各種實施例中，雖然每個子像素250被圖示為耦合至單根掃描線210，但是每個子像素可以耦合至複數根掃描線210，該複數根掃描線210可用於控制更新每個子像素250。在此類實施例中，掃描線210可以在不同的時間用不同的選擇信號驅動，以控制子像素250的更新時序。
在一或多個實施例中，OLED面板100可為有機發光二極體(OLED)顯示裝置。在此類實施例中，子像素250中的每個子像素可包括經由一或多個電晶體耦合至對應的掃描線（或多條線）和資料線的電極。當開關TFT被導通時，子像素資料信號（或多個信號）被施加到開關TFT，以將資料信號輸送至具有指定電壓位準的驅動TFT。驅動TFT連接至OLED，並且來自驅動TFT的電流控制OLED顯示面板中的OLED的亮度。電源電壓ELVDD或VSS被施加到每個子像素，以藉由控制每個像素中的驅動TFT中的電流來控制OLED的灰度顏色和亮度。在一個實施例中，正電源電壓可以稱為ELVDD，並且負電源電壓可以稱為VSS或ELVSS。
第3A圖圖示了底部發射OLED顯示器的示意圖。OLED位於子像素電路320的頂部上。由於光發射方向向下，所以來自OLED的光無法穿過子像素電路區域320。單個子像素250可以是第一子像素250 1A。然而，第3A圖所示的單個子像素250對於子像素250中的每個子像素，諸如第一子像素250 1A是通用的，並且進一步的論述將針對通用子像素250。子像素250具有子像素區域350。子像素區域350的一部分被OLED區域310佔據。OLED區域310是子像素250的發光元件。OLED區域310是電流驅動的發光裝置。子像素區域350的剩餘部分被子像素電路320佔據，該子像素電路具有一或多個電晶體、電容器和連接電晶體和電容器以形成子像素電路320的金屬佈線。在形成子像素電路320時，一或多個電晶體、電容器和金屬佈線可以設置在基板（裝置）的與電晶體、電容器和金屬佈線中的另一者不同的金屬層內。子像素電路320控制OLED區域310，從而提供驅動子像素250，亦即發光或不發光所需的功率。
第3B圖圖示了頂部發射OLED顯示器的示意圖。對於頂部發射OLED顯示器，OLED位於子像素電路320的頂部上。來自OLED的光的方向是向上的，所以子像素電路320不會阻擋光。因此，來自頂部發射OLED顯示器的子像素電路320的面積可以與OLED區域310相當，此允許比底部發射OLED顯示器更高的密度。
第4圖是根據一或多個實施例的OLED顯示面板100中的像素電路404和GOA電路402的簡化集合的示意圖。像素404和GOA電路402的每個集合具有複數個薄膜電晶體(TFT)和儲存電容器，諸如多於兩個電晶體和/或多於一個電容器。通常，像素電路404，諸如子像素電路320，包括開關電晶體T1、電流調節器或驅動電晶體T2、以及儲存電容器C1。GOA電路402包括開關電晶體，諸如上拉緩衝開關電晶體T 上拉和下拉緩衝開關電晶體T 下拉。用於GOA電路和像素電路的電晶體可以是氧化物電晶體或低溫多晶矽(low-temperature polycrystalline silicon, LTPS)電晶體。
開關電晶體閘極(G1)連接至掃描線(V掃描)，並且源極-汲極連接在V資料線與驅動電晶體T2的閘極(G2)之間。設置在全色顯示器中的子像素250的OLED區域310中的OLED 406電連接至驅動電晶體T2。OLED 406的電路進一步繼續到低位準電源電壓(VSS)或接地(GND)。OLED 406由像素電路320控制，並且具有連接到共用端子或導體的陰極和經由驅動電晶體T2的源極-汲極連接到高位準電源(ELVDD)的陽極。儲存電容器C1保持驅動電晶體T2的閘極電壓。亦可設想儲存電容器C1的其他位置。
當選擇信號出現在V掃描線上且資料信號出現在V資料線上時，OLED被定址或選擇。可以藉由經由所選擇的線向電晶體的閘極施加選擇信號來導通和關斷電晶體。V掃描線上的信號被施加到開關電晶體T1的閘極(G1)，從而「導通」該電晶體。將V資料線上的資料信號經由開關電晶體T1的源極-汲極施加到驅動電晶體T2的閘極(G2)，從而根據資料信號的幅度和/或持續時間「導通」驅動電晶體T2。驅動電晶體T2然後通常以驅動電流的形式向OLED 406供應電力，由OLED 406產生的光的亮度或強度可以取決於所供應的電流的量和/或持續時間。在「關斷」開關電晶體T1之後，儲存電容器C1記憶化V資料線上的電壓。
第5A圖、第5B圖和第6圖描繪了根據本揭示案的一些態樣的用於像素電路的各種驅動電晶體的示意性剖視圖。在一些態樣中，驅動電晶體中的每個驅動電晶體可以用作像素電路404中的驅動電晶體(T2)，如第4圖所示。
第5A圖和第5B圖的驅動TFT 500A、500B是具有頂部閘電極514和底部閘電極506的雙閘極TFT。TFT 500A、500B包括基板502，諸如基於矽的基板、基於絕緣的基板、基於鍺的基板或其他合適的可撓性基板。該基板502可包括一或多個通用層，該一或多個通用層應存在於互補金氧半導體(CMOS)裝置結構中。基板502可包含透明材料，諸如剛性玻璃或可撓性聚醯亞胺(PI)，若TFT用於LCD或OLED顯示器應用，諸如TV、平板電腦、膝上型電腦、行動電話或其他顯示器，則此可為有用的。
在一些實施例中，緩衝層504設置在基板502上方，諸如與基板502直接接觸。緩衝層504可包含絕緣材料，諸如單二氧化矽(SiO x)、氮化矽(SiN x)、多層氮化矽/氧化矽(SiN x/SiO y)、氧氮化矽(SiON)、其他絕緣材料或其組合。底部閘電極506設置在緩衝層504上方。在一些態樣中，底部閘電極506對應於第4圖的G2。在一些實施例中，在OLED應用中使用期間，將閘極偏壓施加至底部閘電極506。在一些態樣中，使用行業中已知的任何合適的製程來沉積和圖案化底部閘電極。底部閘極絕緣(gate insulating, GI)層508設置在底部閘電極506上方並圍繞該底部閘電極。用於底部閘極絕緣體和/或用於本文所述的任何閘極絕緣體的GI材料可包括絕緣材料，諸如矽、SiN x、其他絕緣材料或其組合，諸如二氧化矽(SiO 2)、聚甲基矽倍半氧烷(polymethylsilsesquioxane, PMSQ)或其他合適的材料。
通道結構510設置在底部GI層508上方。通道結構510可以是單層通道結構、每層具有不同電子遷移率的雙層通道堆疊、或者三個或更多個層，每層具有與設置在該層的正上方或正下方的層不同的電子遷移率。通道結構510由金屬氧化物材料或低溫多晶矽(low temperature poly silicon, LTPS)構成。本文所述的通道結構中的任何通道結構可以由金屬氧化物(metal oxide, MO)材料，例如單層或多層MO通道構成。或者，本文所述的通道結構中的任何通道結構可以由LTPS構成，例如單層LTPS通道。金屬氧化物可包含氧(O)、銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鋁(Al)及其組合，諸如In-Zn-O、In-Ga-O、In-Sn-O、In-Ga-Zn-O、In-Zn-Sn-O、In-Ga-Sn-O、In-Ga-Zn-Sn-O或其任意組合。可以基於為通道結構510的一或多個層選擇的預定電子遷移率來選擇金屬氧化物材料或LTPS。頂部閘極絕緣(GI)層512設置在通道結構510上方。在一些實施例中，頂部GI層512被圖案化以接近設置在頂部GI層512上方的頂部閘電極514的寬度。替代地，頂部GI層512'設置在通道結構510上方並圍繞該通道結構，並且設置在底部GI層508上方，如第5B圖所示。儘管圖中描繪的所有TFT都圖示了類似於第5A圖的頂部GI層512，但是第5B圖所示的頂部GI層512'，或者包括寬度大於頂部閘電極的頂部GI層的任何其他圖案，可以用於其他圖中的任一者中描述的TFT中的一或多個TFT中。
層間介電質(inter layer dielectric, ILD)層516設置在頂部閘電極514和通道結構510的一部分上方。本文所述的任何ILD層可以由諸如氧化矽、氮化物、氧氮化物和碳化物（諸如基於矽的介電膜）的材料構成。
驅動TFT 500A包括設置在ILD層516上方的源極518和汲極519。源極518和汲極519耦合到ILD層516中通向通道結構510的通孔。本文所述的每個電極（例如，頂部閘電極514、底部閘電極506、源/汲電極518、519）包含導電材料，諸如鉬(Mo)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、合金金屬（包括MoW）、導電材料的組合（包括MoW、TiCu、MoCu、MoCuMo、TiCuTi、MoWCu、MoWCuMoW）、任何導電材料（諸如包括導電金屬氧化物，諸如氧化銦錫(InSnO) [ITO]和氧化鋅銦(InZnO) [IZO]），或其任何組合。
在附圖中的每個附圖中，TFT的每個電極包括電極路徑，在該電極路徑中描繪了每個電極的電流路徑。例如，TFT 500A包括耦合到汲極電壓的汲極電極路徑520、耦合到源極電壓的源極電極路徑522、耦合到源電極和源極電壓的頂部閘電極路徑524、以及耦合到閘極電壓的底部閘電極路徑526。驅動TFT 500A包括藉由電極路徑522和524在源電極518與頂部閘電極514之間的實體和電氣連接。在一些實施例中，連接係藉由電佈線和/或其他連接橋來連接。可以使用主動式像素區域（例如，顯示區域104）中的接觸孔進行連接。經由底部閘電極路徑526將閘極偏壓施加至底部閘電極506。
與參考第5A圖描述的連接相對比，源電極518（例如，源電極路徑522）與底部閘電極506（例如，底部電極路徑526）之間的連接可用於在第6圖所描繪的驅動TFT 600中使用。源電極路徑522和底部電極路徑526連接並耦合至源電壓。經由耦合到閘極電壓的路徑524將閘極偏壓施加至頂部閘電極514。相對於TFT 600，已經發現，當用作OLED裝置中的像素電路的驅動TFT時，將源電極518與頂部閘電極514連接，使得能夠改進穩定性，改進對顏色和/或灰度的電壓控制，以及改進輸出飽和曲線和降低對用於OLED電流控制的汲極電壓的靈敏度。特別地，頂部閘電極514與源電極518的電壓實質上相同，此提供了改進的穩定性。
第7圖圖示了示例性驅動TFT 700，該TFT具有來自設置在基板上的顯示區域中的兩個相鄰子像素電路的兩個TFT結構（TFT 701A和TFT 701B）。一個驅動TFT來自一個子像素電路，並且另一個驅動TFT來自相鄰的子像素電路。每個子像素電路具有一個連接到OLED的驅動TFT。每個TFT包括參考第5A圖和第5B圖描述的層。特別地，每個TFT是雙閘極TFT，該雙閘極TFT具有設置在基板702上方的緩衝層704。每個TFT包括底部閘電極706A、706B、底部GI層708、通道結構710、頂部閘極絕緣層712、頂部閘極714A、714B，和ILD層716。每個TFT包括源電極719A、719B和汲電極718A、718B。
每個TFT 701A、701B的底部電極706A、706B如圖所示藉由路徑726A和726B連接，並耦合至直流(DC)電壓或接地(GND)。其他路徑被圖示為類似於在第5A圖中所描繪的彼等路徑（例如，耦合到汲極電壓的汲電極路徑720A、720B，耦合到源極電壓的源電極路徑722A、722B，以及耦合到閘極電壓的頂部閘電極路徑724A、724B）。在一些態樣中，頂部閘電極對應於第4圖中所描繪的G2。已經發現，連接底部電極使得能夠藉由用正或負DC電壓改變底部閘電極的電壓來調諧閾值電壓(Vth)。在整合製程期間實體地連接底部閘極金屬，並且可以製作接觸孔來將頂層金屬連接在面板末端處以施加電壓信號。在主動式像素區域中不需要接觸孔來連接底部閘電極和源電極。因此，藉由移除對用於TFT 600的接觸孔的需要，可以獲得少一個遮罩和更多的空間。相對於TFT 600，使用驅動TFT 700作為像素電路的驅動電晶體使得能夠藉由用正或負DC電壓改變底部閘電極的電壓來調諧閾值電壓(Vth)，並且亦允許對用於顏色和/或灰度的電壓的更好控制、更好的輸出飽和度以及對用於OLED電流控制的汲極電壓的更低靈敏度。
第8圖描繪了具有設置在基板上的兩個TFT結構（TFT 801A和TFT 801B）的示例性驅動TFT 800。TFT 800與TFT 700相同，不同之處在於頂部閘電極714A、714B經由路徑724A和724B連接並耦合到直流(DC)電壓，並且底部閘電極706A、706B不連接。在一些態樣中，底部閘電極706A、706B對應於第4圖中所描繪的G2。其他路徑被圖示為類似於在第7圖中描繪的彼等路徑。特別地，汲電極路徑720A、720B耦合到汲極電壓，源電極路徑722A、722B耦合到源極電壓，並且底部閘電極路徑726A、726B耦合到閘極電壓。藉由改變頂部閘電極714A、714B的電壓，可以容易地調諧閾值電壓(Vth)。在整合製程期間實體地連接頂部閘極金屬，並且可以製作接觸孔來將頂層金屬連接在面板的邊緣處以施加電壓信號。因此，相對於TFT 500A或TFT 600，需要少一個遮罩來進行連接。在主動式像素區域中不需要接觸孔來連接頂部閘電極和源電極。相對於TFT 500A，使用驅動TFT 800作為像素電路的驅動電晶體使得能夠藉由用正或負DC電壓改變頂部閘極的電壓來調諧閾值電壓(Vth)，並且亦允許在正偏置溫度應力(positive bias temperature stress, PBTS)或負偏置溫度應力(negative bias temperature stress, NBTS)下更好的電穩定性，對用於顏色和/或灰度的電壓的更好控制、以及更好的輸出飽和度、和對用於OLED電流控制的汲極電壓的更低靈敏度。
參考第5A圖、第5B圖和第6圖至第8圖描述的驅動電晶體中的每個驅動電晶體可以與一或多個用於GOA電路或像素電路的開關電晶體組合使用，此將參考第9圖和第10圖進行描述。在一些態樣中，開關電晶體中的每個開關電晶體可以用作像素電路404中的開關電晶體(T1)和/或GOA電路402中的開關電晶體（T 上拉、T 下拉），如第4圖所示。參見第9圖，開關TFT 900是沒有底部閘電極的頂部閘極TFT。開關TFT 900包括參考第5A圖和第5B圖描述的層，不同之處為底部閘電極。特別地，開關TFT是具有設置在基板902上方的緩衝層904的頂部閘極TFT。底部絕緣層908設置在緩衝層904上方，之後是通道結構910、頂部閘極絕緣層912、頂部閘電極914和ILD層916。開關TFT 900包括源電極918和汲電極919，該源電極具有耦合到源極電壓的對應源電極路徑920，且該汲電極919具有耦合到汲極電壓的對應汲電極路徑922。頂部閘電極914包括耦合到閘極電壓的頂部閘電極路徑924。
參見第10圖，開關TFT 1000是具有頂部閘電極914和底部閘電極1006的雙閘極電晶體。參考TFT 900描述了開關TFT 1000，不同之處在於底部閘電極1006設置在緩衝層904上方，並且底部絕緣層908設置在底部閘電極1006上方並圍繞該底部閘電極。與TFT 900相比，TFT 1000包括在頂部閘電極914與底部閘電極1006之間經由路徑924和1026進行的連接，該等路徑耦合到閘極電壓。相對於開關TFT 900，對於高頻和高速操作，開關TFT 1000在具有更好的Vth均勻性、更好的穩定性和更高的導通電流的GOA電路中表現更好。相對於開關TFT 900，在正偏置溫度應力(positive bias temperature stress, PBTS)或負偏置溫度應力(negative bias temperature stress, NBTS)下，開關TFT 1000在具有更好的Vth均勻性和更好的電穩定性的像素電路中表現更好。
第11圖描繪了電晶體1100的實例，該電晶體包括設置在同一基板1102上的驅動電晶體1122和開關電晶體1124。每個TFT包括緩衝層1104、閘極絕緣層（或絕緣層）1108、通道結構1110、頂部閘極絕緣層1112和ILD層1116。每個TFT包括源電極1119A、1119B和汲電極1118A、1118B。儘管描繪了單個TFT驅動TFT，但是驅動電晶體1122可以是第圖、第5B圖、第6圖至第8圖中描繪的驅動電晶體中的任一者，諸如TFT 500A、TFT 500B、TFT 600、TFT 700或TFT 800。在一些態樣中，驅動電晶體1122是具有底部閘電極1106A和頂部閘電極1114A的雙閘極TFT。雖然描繪了雙閘極TFT，如底部閘電極1106B和頂部閘電極1114B所示，但是開關電晶體1124可以是頂部閘極電晶體（諸如TFT 900）或者雙閘極電晶體（諸如TFT 1000）。 實例
使用由底層上的In-Zn-O和上部層上的In-Ga-Zn-O構成的雙層通道結構形成電晶體，諸如本文所述的電晶體。通道結構的寬度為40 μm並且長度為10 μm。
第12圖描繪了電晶體的汲極至源極電流( I DS )相對於閘極至源極電壓行為比較的圖示1200，並且某些特性亦匯總在下表1中。特別地，該圖描繪了參考第10圖(TFT 1000)、第6圖(TFT 600)、第5A圖(TFT 500A)和第9圖(TFT 900)描述的每個TFT的對數標度的汲極至源極電流log( I DS )相對於閘極至源極電壓(Vgs)。第12圖圖示了在1V汲極電壓(Vds)和-1V至+5V的小範圍閘極電壓下的轉移曲線，以比較每個TFT的每個轉移曲線的子閾值斜率(SS)。儘管圖中未描繪，但是表1中亦收集了10V汲極電壓資料。在此，TFT以具有1V汲極至源極電壓(Vds)的線性狀態操作，並以10V汲極至源極電壓(Vds)的飽和狀態操作。子閾值電壓的值隨著汲極至源極電壓(Vds)的值而變化。通常，從高汲極電壓值獲得大的子閾值。例如，相對於較低的汲極至源極電壓諸如Vds=1 V的子閾值，Vds=10 V產生了較高的子閾值。已經發現，開關電晶體以具有低汲極電壓值（Vgs-Vth＞Vds，Vgs＞Vth）的線性狀態操作，而驅動電晶體以具有高汲極電壓值（Vgs-Vth＜Vds，Vgs＞Vth）的飽和狀態操作。在此，Vgs是閘極至源極電壓，Vds是汲極至源極電壓，Vth是閾值電壓。
對於每條曲線，比較了由低位準電流1E-11至高位準電流1E-7安培(A)之間的範圍限定的每條曲線的區域，並獲得了子閾值斜率(SS)值。已經發現，具有小的子閾值(SS)的電晶體可用作開關電晶體，以快速達到用於快速開關操作的高位準的汲極電流值(Ids)。相比之下，具有大的子閾值斜率值(SS)的電晶體可用作驅動電晶體以緩慢達到高位準的汲極電流值(Ids)，以便在低位準(1E-11)與高位準(1E-7)汲極電流值之間以更寬的閘極電壓範圍更好地控制灰度級閘極電壓。
在第12圖中，電流範圍是出於說明目的而選擇的並且可對應於來自驅動電晶體的電流，該電流可穿過OLED顯示器，以用於控制驅動電晶體的灰度閘極電壓以及OLED顯示器亮度。大子閾值斜率(SS)值可用於更好地控制灰度。在第12圖中用水平虛線標識的1E-11 A的汲極至源極電流係用於關斷TFT以在OLED顯示器中獲得黑色影像的電流的實例，並且1E-7 A係用於在OLED顯示器中允許最大亮度的最大電流的實例。取決於應用和顯示器，可以使用其他電流值。可以選擇1E-11與1E-7之間的中間電流範圍，以使用驅動TFT中在1E-11的閘極電壓與1E-7的閘極電壓之間的特定位準的閘極電壓來控制OLED顯示器中的特定位準的亮度。例如，閘極電壓可以分為用於控制諸如亮度的屬性的256個「位準」。
第12圖中標識的區域1202對應於TFT 1000，區域1204對應於TFT 600，區域1206對應於TFT 500A，並且區域1208對應於TFT 900。區域的寬度(ΔV)指示在期望的電流範圍內控制電壓的能力。如可從第12圖中的區域比較和表1中的ΔV看出，與TFT 500A對應的區域1206是最寬的，並且因此展示出對用於驅動電晶體的灰度閘極電壓的良好控制。此亦可以在如下所示的區域中量測曲線的反斜率（例如，具有V/十進制單位的子閾值斜率）時定量表示。針對等於1V的汲極電壓的每個TFT的值匯總如下，並且括號中的值針對等於10V的Vd。TFT 500A對於每個電壓顯示出最高的SS值，此表明在驅動TFT中控制電壓和電流的能力增強並且因此顯示影像的控制增強。因此，具有高SS值的電晶體，諸如TFT 500A，之後是TFT 600，作為像素電路中的驅動電晶體表現良好。已經發現，可以最佳化通道層的電子遷移率以及在某些電極之間形成連接，以形成具有預定SS值的TFT。特別地，表1中匯總的電晶體中的每個電晶體具有相同的通道層組成和尺寸，然而，TFT 500A具有最低的電子遷移率M (cm2/Vs)。來自TFT 500A的低電子遷移率表現良好，並且使得能夠很好地控制相對於TFT 600、TFT 1000和TFT 900具有高子閾值斜率(SS)值的驅動電晶體。
相比之下，對於開關電晶體，低SS值是諸如TFT 1000，之後是TFT 900，對於GOA電路和像素電路中的開關電晶體表現良好。對於開關TFT，具有低SS值的高電子遷移率是較佳的。已經發現，可以使用相同的通道層組成來提供具有高電子遷移率和低SS值的開關電晶體（例如TFT 1000）和設置在同一基板上的具有較低電子遷移率和高SS值的相鄰驅動電晶體（例如 TFT 500A）。
表1：參考藉由將作為上部層的In-Ga-Zn-O通道層定位在作為底部層的In-Zn-O通道層的頂部上而具有相同的雙通道結構In-Zn-O/In-Ga-Zn-O的第10圖(TFT 1000)、第6圖(TFT 600)、第5A圖(TFT 500A)和第9圖(TFT 900)描述的每個TFT的電氣特性。
TFT特性 TFT 1000 TFT 600 TFT 500A TFT 900
子閾值 0.10 0.30 0.32 0.13
斜率(SS) (0.16) (0.30) (0.49) (0.17)
Vd=1V (10V)            
μ (cm2/Vs) 40.3 35.9 27.1 38.5
用於灰度的ΔV ~1.3 ~2.2 ~3.0 ~1.7
(V)            
(1E-11 →1E-7)            
在具有其他通道組成的TFT（諸如藉由將作為上部層的In-Ga-Zn-Sn-O定位在作為底部通道層的In-Zn-O的頂部上的雙層通道結構(IZO/IGZTO)和單層通道結構(IZO)）的比較中發現了如表2和表3所示的類似結果。因此，TFT（TFT 500A、TFT 600、TFT 900、TFT 1000）可以顯示出類似的結果，而不管顯示來自TFT 500A的用於較好灰度的最高子閾值和ΔV以及來自TFT 1000的用於快速切換的最低子閾值和ΔV的通道結構如何。 表2：參考藉由將作為上部層的In-Ga-Zn-O通道層定位在作為底部層的In-Zn-O通道層的頂部上而具有相同的雙通道結構In-Zn-O/In-Ga-Zn-Sn-O的第10圖(TFT 1000)、第6圖(TFT 600)、第5A圖(TFT 500A)和第9圖(TFT 900)描述的每個TFT的電氣特性。
TFT特性 TFT 1000 TFT 600 TFT 500A TFT 900
子閾值 0.10 0.14 0.24 0.14
斜率(SS) (0.14) (0.18) (0.26) (0.20)
Vd=1V (10V)            
μ (cm2/Vs) 44.2 41.5 28.6 40.7
用於灰度的ΔV ~0.8 ~1.25 ~2.3 ~1.0
(V)            
(1E-11→1E-7)            
表3：參考具有相同的單通道結構In-Zn-O的第10圖(TFT 1000)、第6圖(TFT 600)、第5A圖(TFT 500A)和第9圖(TFT 900)描述的每個TFT的電氣特性。
TFT特性 TFT 1000 TFT 600 TFT 500A TFT 900
子閾值 0.12 0.19 0.18 0.14
斜率(SS) (0.16) (0.22) (0.32) (0.19)
Vd=1V (10V)            
μ (cm2/Vs) 47.1 40.0 31.9 45.0
用於灰度的ΔV ~0.8 ~1.2 ~2.5 ~0.9
(V)            
(1E-11→1E-7)            
第13A圖、第13B圖、第14A圖和第14B圖描繪了根據一些實施例的電晶體的輸出特性的圖示。第13A圖描繪了TFT 900的曲線，第13B圖描繪了TFT 1000的曲線，第14A圖描繪了TFT 600的曲線，並且第14B圖描繪了TFT 500A的曲線。為了比較TFT作為開關電晶體或驅動電晶體的效能，在電壓步長為2.5 V的0 V至15 V的閘極至源極電壓(Vgs)和電壓步長為0.5 V的0 V至20 V的汲極至源極電壓(Vgs)下監測來自TFT的汲極至源極電流(Ids)。汲極至源極電壓(Vds)在橫軸中表示，並且汲極至源極電流(Ids)在縱軸中表示。由於相對於如第13A圖、第14A圖和第14B圖所示的TFT 900、TFT 600和TFT 500A，更高的汲極至源極電流(Ids)和更低的子閾值斜率(SS)值，所以如第13B圖所示的TFT 1000作為用於快速開關操作的開關電晶體表現良好。然而，如第14A圖和第14B圖所示的TFT 600和TFT 500A，作為用於更好控制灰度的驅動電晶體表現良好，此是因為與第13A圖和第13B圖所示的TFT 900和TFT 1000相比，汲極至源極電流(Ids)在飽和狀態下沒有隨著汲極至源極電壓(Vds)的變化而表現出顯著變化，並且汲極至源極電流在低汲極至源極電壓(Ids)下快速飽和到指定的目標電流。因此，來自TFT 500A和TFT 600的飽和區域比提供良好輸出飽和的TFT 900和TFT 1000更寬。此外，藉由在飽和狀態下改變汲極至源極電壓，對汲極至源極電流的靈敏度降低，此允許作為驅動TFT進行對汲極至源極電流(Ids)的精確控制，以獲得更好的OLED均勻性。此外，如第14B圖所示的TFT 500A允許作為驅動電晶體更好地控制灰度，此是由於相對於第14B圖所示的TFT 600更高的子閾值斜率(SS)值。
儘管第12圖至第14B圖和表1至表3沒有顯示來自第7圖所描繪的TFT 700的資料，但是已經發現TFT 700顯示出與TFT 600相似的結果，只不過在TFT 700中沒有利用DC電壓進行Vth調諧。此外，第12圖至第14B圖和表1至表3沒有顯示來自第8圖所描繪的TFT 800的資料，然而，TFT 800顯示出與TFT 500A相似的結果，除了在TFT 800中沒有使用DC電壓進行Vth調諧外。此外，儘管第12圖至第14B圖和表1至表3描繪了具有金屬氧化物通道的電晶體，但是亦可以設想其他通道，諸如LTPS單層通道。已經發現LTPS電晶體具有與MO通道結構相似的相對結果。
總之，本文提供的電晶體提供接近0 V的正閾值電壓（例如，導通電壓）、較高的導通電流（諸如用於開關TFT），以及良好的電壓/灰色控制，以及低子閾值斜率值和良好的輸出飽和曲線，其中閘極至源極電壓較少依賴於汲極至源極電壓變化，諸如在用於OLED顯示器的驅動TFT中。
可根據所述特定實施例及其他變型實現該等及其他優勢。應當理解的是，以上描述意欲為說明性的，而非限制性的。在閱讀以上描述後，在申請專利範圍的精神和範疇內的許多其他實施例和修改對於本領域技藝人士而言將是顯而易見的。因此，本發明的範疇應當參照所附請求項以及該等請求項的等同物的全部範疇來確定。在下面的請求項中，術語「第一」、「第二」和「第三」等僅僅用作標籤，並不意欲對它們的對象強加數字要求。
如本文所用，術語「約」係指相對於標稱值+/-10%的變化。應當理解的是，此種變化可以包括在本文提供的任何值中。
100:有機發光二極體顯示器(OLED)面板 102:非顯示區域 104:顯示區域 106:區域 210:掃描線 212:第一掃描線 220:資料線 222:第一資料線 250:子像素 250 1A:第一子像素 250 1B:第二子像素 250 1C:第三子像素 260:列 280:行 290:像素 290 1:第一像素 290 2:第二像素 290 3:第三像素 310:OLED區域 320:子像素電路 350:子像素區域 402:GOA電路 404:像素電路 406:OLED 500A:驅動TFT 500B:驅動TFT 502:基板 504:緩衝層 506:底部閘電極 508:底部閘極絕緣(GI)層 510:通道結構 512:頂部閘極絕緣(GI)層 512’:頂部GI層 514:頂部閘電極 516:層間介電質(ILD)層 518:源極 519:汲極 520:汲極電極路徑 522:源極電極路徑 524:頂部閘電極路徑 526:底部閘電極路徑 600:驅動TFT 700:驅動TFT 701A:TFT 701B:TFT 702:基板 704:緩衝層 706A:底部閘電極 706B:底部閘電極 708:底部GI層 710:通道結構 712:頂部閘極絕緣層 714A:頂部閘極 714B:頂部閘極 716:ILD層 718A:汲電極 718B:汲電極 719A:源電極 719B:源電極 720A:汲電極路徑 720B:汲電極路徑 722A:源電極路徑 722B:源電極路徑 724A:頂部閘電極路徑 724B:頂部閘電極路徑 726A:底部閘電極路徑 726B:底部閘電極路徑 800:驅動TFT 801A:TFT 801B:TFT 900:開關TFT/參考TFT 902:基板 904:緩衝層 908:底部絕緣層 910:通道結構 912:頂部閘極絕緣層 914:頂部閘電極 916:ILD層 918:源電極 919:汲電極 920:源電極路徑 922:汲電極路徑 924:頂部閘電極路徑 1000:開關TFT 1006:底部閘電極 1026:路徑 1100:電晶體 1102:基板 1104:緩衝層 1106A:底部閘電極 1106B:底部閘電極 1108:閘極絕緣層 1110:通道結構 1112:頂部閘極絕緣層 1114A:頂部閘電極 1114B:頂部閘電極 1116:ILD層 1118A:汲電極 1118B:汲電極 1119A:源電極 1119B:源電極 1122:驅動電晶體 1124:開關電晶體 1200:圖示 1202:區域 1204:區域 1206:區域 1208:區域 C1:儲存電容器 ELVDD:高位準電源 G1:開關電晶體閘極 G2:閘極 T1:開關電晶體 T2:電流調節器/驅動電晶體
為了能夠詳細理解本揭示案的上述特徵，可以參考實施例對以上簡要概述的本揭示案進行更特別的描述，實施例中的一些實施例在附圖中圖示。然而，應當注意的是，附圖僅圖示了示例性實施例，並且因此不應被視為是對其發明範疇的限制，因為本揭示案可以允許其他同等有效的實施例。
第1圖是根據一些實施例的簡化的有機發光二極體顯示器(OLED)面板的示意圖。
第2圖是根據一些實施例的OLED面板的顯示區域中的主動式矩陣像素陣列的示意圖。
第3A圖描繪了根據一些實施例的底部發射OLED顯示器的示意圖。
第3B圖描繪了根據一些實施例的頂部發射OLED顯示器的示意圖。
第4圖是根據一些實施例的OLED顯示面板中像素電路和GOA電路的簡化集合的示意圖。
第5圖描繪了根據一些實施例的用於像素電路的驅動電晶體。
第6圖描繪了根據一些實施例的用於像素電路的驅動電晶體。
第7圖描繪了根據一些實施例的用於像素電路的驅動電晶體。
第8圖描繪了根據一些實施例的用於像素電路的驅動電晶體。
第9圖描繪了根據一些實施例的用於像素和/或GOA電路的開關電晶體。
第10圖描繪了根據一些實施例的用於像素和/或GOA電路的開關電晶體。
第11圖描繪了根據一些實施例的設置在同一基板上的驅動電晶體和開關電晶體。
第12圖描繪了根據一些實施例的電晶體的汲極源極電流與閘極電壓行為比較的圖示。
第13A圖描繪了根據一些實施例的開關電晶體的輸出曲線的圖示。
第13B圖描繪了根據一些實施例的開關電晶體的輸出曲線的圖示。
第14A圖描繪了根據一些實施例的用於驅動電晶體的輸出曲線的圖示。
第14B圖描繪了根據一些實施例的用於驅動電晶體的輸出曲線的圖示。
為了促進理解，在可能的情況下，使用相同的附圖標記來表示附圖中共用的元件。設想在一個實施例中揭示的元件可以有益地用於其他實施例，而無需特定敘述。除非特別指出，否則本文提到的附圖不應理解為按比例繪製。此外，為了表述和解釋的清楚，附圖經常被簡化，並且細節或部件被省略。附圖和論述用於解釋下面論述的原理，其中相同的標號表示相同的元件。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
500A:驅動TFT
500B:驅動TFT
502:基板
504:緩衝層
506:底部閘電極
508:底部閘極絕緣(GI)層
510:通道結構
512:頂部閘極絕緣(GI)層
512’:頂部GI層
514:頂部閘電極
516:層間介電質(ILD)層
518:源極
519:汲極
520:汲極電極路徑
522:源極電極路徑
524:頂部閘電極路徑
526:底部閘電極路徑

Claims (20)

  1. 一種裝置，包括一驅動薄膜電晶體(TFT)，該驅動TFT包括： 一驅動通道； 一驅動源電極，與該驅動通道電連接；以及 一驅動頂部閘電極，設置在該驅動通道上方並電連接至該驅動源電極。
  2. 如請求項1所述之裝置，進一步包括一或多個開關TFT，每個開關TFT包括： 一開關金屬氧化物(MO)通道；以及 一開關頂部閘電極，設置在該開關MO通道上方。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中至少一個開關TFT包括一開關底部閘電極，該開關底部閘電極電連接到該開關頂部閘電極。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該一或多個開關TFT中的每個開關TFT可操作用於一像素電路或一陣列上閘極驅動器(GOA)電路中。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中該驅動TFT進一步包括一驅動底部閘電極，其中將一閘極偏置施加至該驅動底部閘電極。
  6. 一種裝置，包括一驅動薄膜電晶體(TFT)，該驅動TFT包括： 一第一TFT，包括： 一第一通道，以及 一第一底部閘電極，設置在該第一通道下方；以及 一第二TFT，包括： 一第二通道，以及 一第二底部閘電極，設置在該第二通道下方，並電連接至該第一TFT的該第一底部閘電極。
  7. 如請求項6所述之裝置，其中該第一TFT包括一第一頂部閘電極，該第一頂部閘電極設置在該第一通道上方。
  8. 如請求項6所述之裝置，進一步包括一或多個開關TFT，每個開關TFT是一頂部閘電極TFT，其中該頂部閘電極TFT沒有底部閘電極。
  9. 如請求項6所述之裝置，進一步包括一或多個開關TFT，每個開關TFT包括： 一開關底部閘電極； 一開關金屬氧化物(MO)通道，設置在該開關底部閘電極上方；以及 一開關頂部閘電極，設置在該開關MO通道上方，其中該開關頂部閘電極電連接至該開關底部閘電極。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該裝置包括一陣列上閘極驅動器(GOA)電路。
  11. 如請求項9所述之裝置，其中該裝置包括一像素電路。
  12. 如請求項6所述之裝置，進一步包括一頂部閘極絕緣層，該頂部閘極絕緣層設置在該第一通道上方並在該第二通道上方延伸。
  13. 如請求項6所述之裝置，進一步包括第一頂部閘極絕緣層和第二頂部閘極絕緣層，該第一頂部閘極絕緣層設置在該第一通道上方，且該第二頂部閘極絕緣層設置在該第二通道上方。
  14. 一種裝置，包括一驅動薄膜電晶體(TFT)，該驅動TFT包括： 一第一TFT，包括： 一第一通道，以及 一第一頂部閘電極，設置在該第一通道上方；以及 一第二TFT，包括： 一第二通道，以及 一第二頂部閘電極，設置在該第二通道上方，並電連接到該第一TFT的該第一頂部閘電極。
  15. 如請求項14所述之裝置，進一步包括一或多個開關TFT，每個開關TFT包括： 一開關通道；以及 一開關頂部閘電極，設置在該開關通道上方。
  16. 如請求項15所述之裝置，進一步包括一或多個開關TFT，每個開關TFT包括一開關底部閘電極，該一開關底部閘電極設置在該開關通道下方，其中該開關頂部閘電極電連接到該開關底部閘電極。
  17. 如請求項14所述之裝置，其中該第一通道和該第二通道中的至少一者是一含金屬氧化物的層，該含金屬氧化物的層包含銦、鋅、鎵、氧、鋁、錫、In-Zn-O、In-Sn-O、In-Zn-Sn-O、In-Ga-O、In-Ga-Zn-O、In-Ga-Sn-O、In-Ga-Zn-Sn-O或其組合中的至少一者。
  18. 如請求項14所述之裝置，其中該第一通道和該第二通道中的至少一者是一低溫多晶矽(LTPS)單層。
  19. 如請求項14所述之裝置，其中該第一通道或該第二通道中的至少一者，或者該第一通道或該第二通道兩者各自由一單層組成。
  20. 如請求項14所述之裝置，其中該第一通道或該第二通道中的至少一者包括兩個或更多個層，每個層具有不同的電子遷移率。
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