TWI476933B - 薄膜電晶體 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種薄膜電晶體。
目前，薄膜電晶體因為具有低電壓、反應快速、開口率高等優點，已被大量應用在液晶顯示器之中。薄膜電晶體一般包括閘極、汲極、源極以及通道層等組成部分，其藉由控制閘極之電壓來改變通道層之導電性，使源極和汲極之間形成導通或者截止之狀態。
汲極、源極以及通道層共同組成一活性層，該活性層通常採用氧化銦鎵鋅(IGZO)等氧化物半導體材料構成，其載流子濃度一般在1x1015~1x1018cm-3，由於活性層之載流子濃度低，因此在形成源極電極和汲極電極時，源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間之接觸電阻會較高，因此會提高薄膜電晶體之驅動電壓，降低薄膜電晶體對信號之反應速度。
有鑒於此，有必要提供一種能夠降低源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間之接觸電阻之薄膜電晶體。
一種薄膜電晶體，包括基板、活性層、閘極、源極電極以及汲極電極。所述活性層設置在基板上，其包括通道層及分別位於該通道層相對兩側之源極及汲極。所述閘極位於通道層之上方或者下
方，閘極與通道層之間設置有柵絕緣層。所述源極電極和汲極電極分別對應設置在源極及汲極上。源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間還設有載流子濃度高於活性層之N型III族氮化物導電層。
上述之薄膜電晶體藉由在源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間設有一高載流子濃度之N型III族氮化物導電層，可以有效降低源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間之接觸電阻，使薄膜電晶體之驅動電壓降低，提高對信號之反應速度。
100、200‧‧‧薄膜電晶體
110、210‧‧‧基板
120、220‧‧‧活性層
130、230‧‧‧閘極
140、240‧‧‧N型III族氮化物導電層
150、250‧‧‧源極電極
160、260‧‧‧汲極電極
270‧‧‧蝕刻阻擋層
121、221‧‧‧通道層
122、222‧‧‧源極
123、223‧‧‧汲極
131、231‧‧‧閘極絕緣層
圖1為本發明第一實施方式中之薄膜電晶體結構示意圖。
圖2為本發明第二實施方式中之薄膜電晶體結構示意圖。
圖3為圖2所示之薄膜電晶體加入蝕刻阻擋層後之結構示意圖。
以下將結合附圖對本發明作進一步之詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施方式提供之一種薄膜電晶體100包括基板110、設置在所述基板110上之活性層120、閘極130、N型III族氮化物導電層140、源極電極150以及汲極電極160。
所述基板110之製作材料選自玻璃、石英、矽晶片、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或金屬箔。
所述活性層120設置在基板110之表面，其包括通道層121以及分別位於通道層121之相對兩側之源極122和汲極123。所述活性層120採用氧化物半導體材料製成。所述氧化物半導體材料包括氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化
鎵鋅(GZO)、氧化銦錫(ITO)、氧化鎵錫(GTO)、氧化鋁錫(ATO)、氧化鈦(TiOx)或者氧化錫(ZnO)。在本實施方式中，活性層120採用氧化銦鎵鋅(IGZO)材料製成。
所述閘極130設置在通道層121之上方，其與通道層121之間形成有閘極絕緣層131。薄膜電晶體100在工作時，藉由在閘極130上施加不同之電壓以控制是否在通道層121上形成導電通道，從而控制薄膜電晶體100之導通或者截止。一般來說，對於增強型之薄膜電晶體100來說，當閘極130上沒有施加電壓時，通道層121上沒有形成導電通道，薄膜電晶體100處於截止狀態；當在閘極130施加一定大小之電壓時，通道層121中將由於電場之作用形成導電通道以連接源極122和汲極123，此時薄膜電晶體100處於導通狀態。對耗盡型之薄膜電晶體100來說，當閘極130上沒有施加電壓時，通道層121上形成有導電通道，薄膜電晶體100處於導通狀態；當在閘極130施加一定大小之電壓時，通道層121上之導電通道將會由於電場之作用而消失，此時薄膜電晶體100處於截止狀態。在本實施例中，閘極130之製作材料包括金、銀、鋁、銅、鉻、鈦、鉬或者其合金。閘極絕緣層131之製作材料包括矽之氧化物SiOx，矽之氮化物SiNx或者是矽之氮氧化物SiONx，或是其他高介電常數之絕緣材料，如Ta2O5或HfO2。
所述N型III族氮化物導電層140分別覆蓋在源極122和汲極123之表面上並局部延伸覆蓋在閘極絕緣層131之上表面，其載流子濃度高於活性層120之載流子濃度。在本實施方式中，N型III族氮化物導電層140之載流子濃度高於1x1018cm-3。該N型III族氮化物導電層140可以是非晶型(amorphous)，多晶型(poly-crystal)
，單晶型(single crystal)。在本實施方式中，N型III族氮化物導電層140為一高摻雜之N型III族氮化物半導體層，其化學式為AlxInyGa(1-x-y)N，其中0≦x≦1，0≦y≦1，該N型III族氮化物半導體層摻雜有矽，其摻雜濃度大於5x1017cm-3。
所述源極電極150以及汲極電極160分別對應覆蓋在源極122和汲極123之N型III族氮化物導電層140之表面上，分別藉由N型III族氮化物導電層140與源極122和汲極123電連接。源極電極150和汲極電極160用於與外界電源相連接，為薄膜電晶體100正常工作提供相應之驅動電壓。源極電極150和汲極電極160之製作材料選自銅、鋁、鎳、鎂、鉻、鈦、鉬、鎢及其合金。
在本實施方式之薄膜電晶體100中，由於在源極122與源極電極150之間以及汲極123與汲極電極160之間具有一N型III族氮化物導電層140，而N型III族氮化物導電層140具有一高於活性層120之載流子濃度，因此可以有效降低源極122與源極電極150之間以及汲極123與汲極電極160之間之歐姆接觸電阻，使薄膜電晶體100之驅動電壓降低，提高對信號之反應速度。
另外，本實施方式中之活性層120採用氧化銦鎵鋅(IGZO)材料製成，而氧化銦鎵鋅對外部環境之影響較為敏感，本發明之N型III族氮化物導電層140則採用高摻雜之N型III族氮化物半導體層，其能階高，活性穩定，對惡劣環境之抵抗力高(例如高溫高濕)，因此將N型III族氮化物導電層140覆蓋在活性層120上，可以有效阻擋外部環境之影響。
請參閱圖2，本發明第二實施方式之薄膜電晶體200包括基板210、活性層220、閘極230、N型III族氮化物導電層240、源極電極
250以及汲極電極260。活性層220包括通道層221以及分別位於通道層221之相對兩側之源極222和汲極223，N型III族氮化物導電層240分別覆蓋在源極222和汲極223之表面並局部延伸覆蓋在通道層221之上表面。源極電極250以及汲極電極260分別覆蓋在N型III族氮化物導電層240之表面。與第一實施方式不同之是，所述閘極230是設置基板210上並位於通道層221之下方。所述薄膜電晶體200進一步包括閘極絕緣層231，該閘極絕緣層231設置在閘極230和通道層221之間且延伸至源極222和汲極223之底部。
請參閱圖3，所述薄膜電晶體200還可以進一步包括蝕刻阻擋層270，該蝕刻阻擋層270設置在通道層221之相對遠離閘極絕緣層231之上表面上。該蝕刻阻擋層270之兩側被N型III族氮化物導電層240局部覆蓋。該蝕刻阻擋層270採用絕緣材料製成，可選自矽之氧化物(SiOx)，矽之氮化物(SiNx)，矽之氮氧化物(SiONx)。在本實施例中，蝕刻阻擋層270採用SiO2材料製成，其可防止外界之灰塵或者水氣等進入通道層221中從而對通道層221之導電性能造成影響。
相較於先前技術，本發明之薄膜電晶體藉由在源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間設有一高載流子濃度之N型III族氮化物導電層，可以有效降低源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間之接觸電阻，使薄膜電晶體之驅動電壓降低，提高對信號之反應速度。
另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做之變化，都應包含在本發明所要求保護之範圍之內。
100‧‧‧薄膜電晶體
110‧‧‧基板
120‧‧‧活性層
130‧‧‧閘極
140‧‧‧N型III族氮化物導電層
150‧‧‧源極電極
160‧‧‧汲極電極
121‧‧‧通道層
122‧‧‧源極
123‧‧‧汲極
131‧‧‧閘極絕緣層
Claims (9)
- 一種薄膜電晶體，包括基板、活性層、閘極、源極電極以及汲極電極，所述活性層設置在基板上，其包括通道層及分別位於該通道層相對兩側之源極及汲極，所述閘極位於通道層之上方或者下方，閘極與通道層之間設置有柵絕緣層，所述源極電極和汲極電極分別對應設置在源極及汲極上，其特徵在於：源極與源極電極之間以及汲極與汲極電極之間還設有載流子濃度高於活性層之N型III族氮化物導電層，所述N型III族氮化物導電層由N型III族氮化物所組成，化學式為AlxInyGa(1-x-y)N，其中0≦x≦1，0≦y≦1。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中：所述N型III族氮化物導電層之載流子濃度高於1x1018cm-3。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中：所述N型III族氮化物半導體層摻雜有矽，摻雜濃度大於5x1017cm-3。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中：所述活性層採用IGZO、IZO、AZO、GZO、ITO、GTO、ATO、TiOx及ZnO其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中：所述閘極之製作材料選自金、銀、鋁、銅、鉻、鈦、鉬或者上述金屬合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中：源極電極和汲極電極之製作材料選自銅、鋁、鎳、鎂、鉻、鈦、鉬、鎢及上述金屬合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中：所述薄膜電晶體還包括一蝕刻阻擋層，該蝕刻阻擋層設置在通道層之表面上。
- 如申請專利範圍第7項所述之薄膜電晶體，其中：所述蝕刻阻擋層設置在通道層之相對遠離閘極絕緣層之上表面上，且所述蝕刻阻擋層之兩側被 導電層局部覆蓋。
- 如申請專利範圍第7項所述之薄膜電晶體，其中：所述蝕刻阻擋層採用SiO2材料製成，防止外界之灰塵或者水氣進入通道層中從而對通道層之導電性能造成影響。
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