TWI451575B - 薄膜電晶體 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種薄膜電晶體，且特別是關於一種包括電流抑制層的薄膜電晶體。
有機發光二極體(Organic light emitting diode,OLED)因其自發光、無視角依存、省電、製程簡易、低成本、低溫度操作範圍、高應答速度以及全彩化等優點而具有極大的應用潛力，可望成為新世代平面顯示器的照明光源主流。
目前，在科技業者針對有機發光二極體材料進行改良與最佳化的結果，有機發光二極體可操作在較低的驅動電流。然而，由於有機發光二極體內的半導體層具有優異的電子遷移率，導致業者需藉由增加半導體層的通道長度以換得低電流，使得有機發光二極體元件之開口率被犧牲。
此外，在其他類型的顯示面板與光偵測面板中，當操作電壓或電流因材料或製程的改良而下降時，同樣會有開口率被犧牲的問題。
本發明提供一種薄膜電晶體，其可在低電流下操作，且其所佔面積可被有效縮小。
本發明之一實施例提供一種薄膜電晶體，其包括閘極、半導體層、絕緣層、源極、汲極以及電流抑制層。絕緣層配置於閘極與半導體層之間。源極連接至半導體層。汲極連接至半導體層，其中源極與汲極彼此分離配置。電流抑制層具有第一部分與第二部分，其中第一部分配置於半導體層與至少部分源極之間，且第二部分配置於半導體層與至少部分汲極之間。
基於上述，在本發明之實施例之薄膜電晶體中，半導體層與至少部分源極之間及半導體層與至少部分汲極之間配置有電流抑制層，以降低薄膜電晶在操作時的電流。如此一來，薄膜電晶體便能夠在低電流下操作，且可在不增加薄膜電晶體所佔面積的情況下降低操作電流。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明之一實施例之薄膜電晶體的剖面示意圖。請先參照圖1，本實施例之薄膜電晶體100包括閘極112、半導體層120、絕緣層130、源極140a、汲極140b以及電流抑制層150。在本實施例中，閘極112、源極140a以及汲極140b的材料例如是鉬(Mo)、鋁(Al)、鈦(Ti)等金屬材料或其合金或是其金屬疊層。源極140a連接至半導體層120。汲極140b連接至半導體層120，其中源極140a與汲極140b彼此分離配置。
半導體層120的材料例如是金屬氧化物半導體。具體而言，半導體層120的材料例如是氧化銦鋅、氧化鋅、摻鋁氧化鋅、氧化銦鎵鋅或其組合。值得一提的是，習知技術之有機發光二極體在長時間施加正電壓下，臨界電壓(threshold voltage)會有偏移的現象。然而，在本實施例中，藉由金屬氧化物半導體，利用其優異的正偏壓應力(positive bias stress,PBS)特性，本實施例之薄膜電晶體100可具有較低之臨界電壓偏移的現象。
絕緣層130的材料例如是高介電係數之氧化矽或氮化矽等。此外，絕緣層130配置於閘極112與半導體層120之間。
電流抑制層150例如是用以減縮流經源極140a、汲極140b及源極140a與汲極140b之間的半導體層120中的通道的電流。在本實施例中，電流抑制層150的材料例如是矽氧化物、鋁氧化物或其組合等具有較高介電係數的材料。值得注意的是，電流抑制層150是用以減縮電流量而非完全阻絕電流的生成。因此，為使源極140a、汲極140b及半導體層120的導通狀態良好，在本實施例中，電流抑制層150的厚度H例如為2奈米至100奈米。在一實施例中，電流抑制層150的厚度H例如為5奈米至50奈米。
另外，本實施例之薄膜電晶體100更包括基板110、保護層160以及導電材料170。閘極112配置於絕緣層130與基板110之間。保護層160覆蓋源極140a、半導體層120及至少部分汲極140b，其中保護層160具有貫孔W，以暴露出至少部分汲極140b。此外，導電材料170填充於貫孔W中，且覆蓋部分保護層160。在本實施例中，導電材料170與汲極140b連接，以達到彼此間的電性連接。
在本實施例中，電流抑制層150具有第一部分150a與第二部分150b，其中第一部分150a配置於半導體層120與至少部分源極140a之間，配置於源極140a與絕緣層130之間，且配置於絕緣層130與保護層160之間，且第二部分150b配置於半導體層120與至少部分汲極140b之間，配置於汲極140b與絕緣層130之間，且配置於絕緣層130與保護層160之間。
具體而言，在本實施例中，第一部分150a與第二部分150b例如是分離配置，但本發明不以此為限。其他電流抑制層的配置情況將搭配圖2至圖4加以說明。圖2至圖4分別繪示電流抑制層在上述之實施例之薄膜電晶體的不同配置情況。
值得一提的是，藉由配置此電流抑制層150於半導體層120與至少部分源極140a、汲極140b之間，增加半導體層120與源極140a、汲極140b之間的接觸阻值，本實施例之薄膜電晶體100，可在不增加半導體通道長度下，有效地減縮電流量，其中不增加半導體通道的長度即可不增加薄膜電晶體100所佔的面積。相較於習知技術之薄膜電晶體藉由增加半導體通道長度來減縮電流量，本實施例之薄膜電晶體100可在減縮電流量的同時，達成元件面積縮小。當薄膜電晶體100應用於顯示面板、發光元件陣列面板(例如有機發光二極體陣列面板)或感光元件陣列面板時，由於薄膜電晶體100所佔的面積較小，故可使這些面板的開口率得以提升。
請參照圖2，本實施例之薄膜電晶體200具有與圖1中之薄膜電晶體100相似的膜層，相同元件符號代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似之材料與作用，故不再贅述。惟二者差異處在於：電流抑制層150’的第一部分150a’與第二部分150b’為彼此相接。在本實施例中，第一部分150a’與第二部分150b’為一體成型。
此外，請參照圖3，本實施例之薄膜電晶體300具有與圖1中之薄膜電晶體100相似的膜層，相同元件符號代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似之材料與作用，故不再贅述。惟二者差異處在於：電流抑制層150”亦可不完全覆蓋絕緣層130，亦即電流抑制層150”可覆蓋部分絕緣層，其中電流抑制層150”包括彼此分離的第一部分150a”與第二部分150b”。
另外，請參照圖4，本實施例之薄膜電晶體400具有與圖1中之薄膜電晶體100相似的膜層，相同元件符號代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似之材料與作用，故不再贅述。惟二者差異處在於：源極140a’與汲極140b’分別覆蓋住電流抑制層150的第一部分150a與第二部分150b的一端，並直接與半導體層120相接。
當然，除了上述底閘極(bottom gate)結構之薄膜電晶體100至400外，本發明之薄膜電晶體亦可為頂閘極(top gate)的結構。圖5為本發明之另一實施例之薄膜電晶體的剖面示意圖。
請參照圖5，本實施例之薄膜電晶體500具有與圖1中之薄膜電晶體100相似的膜層，相同元件符號代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似之材料與作用，故不再贅述。惟二者差異處在於膜層堆疊的順序。在本實施例中，電流抑制層150的第一部分150a配置於源極140a與基板110之間，且配置於絕緣層130’與基板110之間，且第二部分150b配置於汲極140b與基板110之間，且配置於絕緣層130’與基板110之間。半導體層120配置於絕緣層130’與基板110之間。
此外，本實施例之薄膜電晶體500亦包括保護層160與導電材料170。保護層160覆蓋閘極112及絕緣層130’，且保護層160具有第一貫孔W1，而絕緣層130’具有第二貫孔W2。第一貫孔W1與第二貫孔W2連通並暴露出至少部分汲極140b。導電材料170填充於第一貫孔W1與第二貫孔W2中，且導電材料170覆蓋部分保護層160。在本實施例中，導電材料170與汲極140b接觸而達成兩者間的電性連接。
在本實施例中，第一部分150a與第二部分150b例如是分離配置，但本發明不以此為限。圖6至圖8分別繪示電流抑制層在另一實施例之薄膜電晶體中之不同配置情況。
請參照圖6，本實施例之薄膜電晶體600具有與圖5中之薄膜電晶體500相似的膜層，相同元件符號代表相同或相似的元件，且相同或相似的元件具有相同或相似之材料與作用，故不再贅述。惟二者差異處在於：電流抑制層150’的第一部分150a’與第二部分150b’為彼此相接。在本實施例中，第一部分150a’與第二部分150b’為一體成型。
此外，請參照圖7，本實施例之薄膜電晶體700具有與圖5中之薄膜電晶體500相似的膜層，相同元件符號代表相同或相似的元件，且相似的元件具有相似之材料與作用，故不再贅述。惟二者差異處在於：電流抑制層150”亦可不完全覆蓋基板110，亦即電流抑制層150”可覆蓋部分基板110，且可位於部分絕緣層130’下方，其中電流抑制層150”包括彼此分離的第一部分150a”與第二部分150b”。
另外，請參照圖8，本實施例之薄膜電晶體800具有與圖5中之薄膜電晶體500相似的膜層，相同元件符號代表相同或相似的元件，且相似的元件具有相似之材料與作用，故不再贅述。惟二者差異處在於：源極140a’與汲極140b’分別覆蓋住電流抑制層150的第一部分150a與第二部分150b的一端，並直接與半導體層120相接。
綜上所述，在本發明之實施例之薄膜電晶體中，半導體層與源極之間及半導體層與汲極之間配置有電流抑制層，用以減縮電流量。因此，相較於習知技術藉由增加通道長度來減縮電流量，本發明之實施例所提出的薄膜電晶體可在減縮電流量的同時，達到元件面積縮小的特性。此外，利用由金屬氧化物半導體所形成之半導體層，本發明之實施例所提出的薄膜電晶體可具有優異的正偏壓應力(positive bias stress,PBS)特性，意即具有較低之臨界電壓偏移的現象。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500、600、700、800．．．薄膜電晶體
110．．．基板
112．．．閘極
120．．．半導體層
130、130’．．．絕緣層
140a、140a’．．．源極
140b、140b’．．．汲極
150、150、150”．．．電流抑制層
150a、150a’、150a”．．．第一部分
150b、150b’、150b”．．．第二部分
160．．．保護層
170．．．電材料
H．．．厚度
W．．．貫孔
W1．．．第一貫孔
W2．．．第二貫孔
圖1為本發明之一實施例之薄膜電晶體的剖面示意圖。
圖2至圖4分別繪示電流抑制層在上述之實施例之薄膜電晶體的不同配置情況。
圖5為本發明之另一實施例之薄膜電晶體的剖面示意圖。
圖6至圖8分別繪示電流抑制層在另一實施例之薄膜電晶體中之不同配置情況。
100．．．薄膜電晶體
110．．．基板
112．．．閘極
120．．．半導體層
130．．．絕緣層
140a．．．源極
140b．．．汲極
150．．．電流抑制層
150a．．．第一部分
150b．．．第二部分
160．．．保護層
170．．．電材料
H．．．厚度
W．．．貫孔
Claims (17)
- 一種薄膜電晶體，包括：一閘極；一半導體層；一絕緣層，配置於該閘極與該半導體層之間；一源極，連接至該半導體層；一汲極，連接至該半導體層，其中該源極與該汲極彼此分離配置；以及一電流抑制層，具有一第一部分與一第二部分，其中該第一部分配置於該半導體層與至少部分該源極之間，且該第二部分配置於該半導體層與至少部分該汲極之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該第一部分與該第二部分彼此分離配置。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該第一部分與該第二部分相接。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該第一部分亦配置於該源極與該絕緣層之間，且該第二部分亦配置於該汲極與該絕緣層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，更包括一基板，其中該閘極配置於該絕緣層與該基板之間；一保護層，覆蓋該源極、該半導體層及至少部分該汲極，其中該保護層具有一貫孔，以暴露出該至少部分汲極；以及一導電材料，填充於該貫孔中，且覆蓋部分該保護層。
- 如申請專利範圍第5項所述之薄膜電晶體，其中該第一部分亦配置於該絕緣層與該保護層之間，且該第二部分亦配置於該絕緣層與該保護層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，更包括一基板，其中該半導體層配置於該絕緣層與該基板之間。
- 如申請專利範圍第7項所述之薄膜電晶體，其中該第一部分亦配置於該源極與該基板之間，且該第二部分亦配置於該汲極與該基板之間。
- 如申請專利範圍第7項所述之薄膜電晶體，其中該第一部分亦配置於該絕緣層與該基板之間，且該第二部分亦配置於該絕緣層與該基板之間。
- 如申請專利範圍第7項所述之薄膜電晶體，更包括：一保護層，覆蓋該閘極及該絕緣層，其中該保護層具有一第一貫孔，該絕緣層具有一第二貫孔，該第一貫孔與該第二貫孔連通並暴露出至少部分該汲極；以及一導電材料，填充於該第一貫孔與該第二貫孔中，並覆蓋部分該保護層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該第一部分配置於該半導體層與該源極的一部分之間，且該源極的另一部分直接接觸該半導體層，該第二部分配置於該半導體層與該汲極的一部分之間，且該汲極的另一部分直接接觸該半導體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該電流抑制層的材料為金屬氧化物。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該電流抑制層的材料為矽氧化物、鋁氧化物或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該電流抑制層的厚度為2奈米至100奈米。
- 如申請專利範圍第14項所述之薄膜電晶體，其中該電流抑制層的厚度為5奈米至50奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該半導體層的材料為金屬氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第16項所述之薄膜電晶體，其中該金屬氧化物半導體包括氧化銦鋅、氧化鋅、摻鋁氧化鋅、氧化銦鎵鋅或其組合。
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