TWI751765B - 薄膜電晶體、包含該薄膜電晶體的閘極驅動器及包含該薄膜電晶體的顯示裝置 - Google Patents

薄膜電晶體、包含該薄膜電晶體的閘極驅動器及包含該薄膜電晶體的顯示裝置 Download PDF

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朴志皓
任曙延
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南韓商樂金顯示科技股份有限公司
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Abstract

本發明所揭露的是一種具有氧化物半導體層的薄膜電晶體，該薄膜電晶體適用於由於超高解析度而需要高速驅動的平面顯示裝置、閘極驅動器以及顯示裝置。該薄膜電晶體包含由氧化鐵-銦-鋅（FIZO）形成的第一氧化物半導體層和由氧化銦-鎵-鋅（IGZO）形成的第二氧化物半導體層，因此能夠表現出高可靠性和高電子遷移率等效果。

Description

薄膜電晶體、包含該薄膜電晶體的閘極驅動器及包含該薄膜電晶體的顯示裝置
本發明涉及一種薄膜電晶體、包含該薄膜電晶體的閘極驅動器及包含該薄膜電晶體的顯示裝置。
隨著資訊社會的發展，對顯示圖像的顯示裝置的各種需求也在增加。因此，現在正在使用液晶顯示器（LCD）裝置、電漿顯示面板（PDP）裝置、發光顯示器（LED）裝置等各種顯示裝置。發光顯示裝置包含使用有機發光二極體作為發光元件的有機發光二極體顯示裝置以及使用微發光二極體作為發光元件的發光二極體顯示裝置。
最近，市場上出現了一種可能以超高清解析度（UHD）顯示圖像的平面顯示裝置。UHD平面顯示裝置需要高速驅動，因此，縮短了單線掃描時間，其中該單線掃描時間是指向一條閘極線提供閘極訊號的時間。單線掃描時間對應於一個像素的資料電壓供應週期。因此，當單線掃描時間縮短時，像素可能沒有被賦予足夠的資料電壓，從而能夠導致圖像品質的惡化。
為了防止這樣的問題，適用於需要高速驅動的UHD平面顯示裝置的薄膜電晶體的氧化物半導體層必須具有高電子遷移率，並且由於高每英寸像素（pixels per inch，PPI）而實現為短通道。
因此，需要一種包含氧化物半導體層的薄膜電晶體，該薄膜電晶體可以通過簡單的工藝製造，並應用於需要高速驅動的超高清平面顯示裝置。
因此，本發明是關於一種薄膜電晶體、包含該薄膜電晶體的閘極驅動器及包含該薄膜電晶體的顯示裝置，其大大地消除了由於相關技術的限制和缺點而產生的一個或多個問題。
本發明的目的是提供一種適用於需要高速驅動的超高清（UHD）平面顯示裝置的具有氧化物半導體層的薄膜電晶體、包含該薄膜電晶體的閘極驅動器和包含該薄膜電晶體的顯示裝置。
本發明的其他優點、目標和特徵將在下面的描述中部分地闡述，並且部分地對本技術領域的通常知識者來說，在研究下面的內容後將變得明顯，或者可以從本發明的實踐中瞭解到。本發明的目標和其他優點可以透過本發明的書寫說明和申請專利範圍以及圖式中特別指出的結構來實現和達到。
為了實現這些目標和其他優點，並根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，薄膜電晶體包含由鐵-銦-鋅氧化物（FIZO）形成的第一氧化物半導體層，以及由包含銦（In）、鎵（Ga）或鋅（Zn）中的至少一種氧化物形成的第二氧化物半導體層。
薄膜電晶體可以包含由鐵-銦-鋅氧化物（FIZO）形成的第一氧化物半導體層，以及由包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）的銦-鎵-鋅氧化物（IGZO）形成的第二氧化物半導體層。
第一氧化物半導體層中鐵（Fe）與銦（In）（Fe/In）的含量比可以小於第一氧化物半導體層中鋅（Zn）與銦（In）（Zn/In）的含量比。
第一氧化物半導體層中銦（In）的含量可以大於第一氧化物半導體層中鋅（Zn）的含量。
第一氧化物半導體層中鋅（Zn）的含量可以大於第一氧化物半導體層中鐵（Fe）的含量，且小於第一氧化物半導體層中銦（In）的含量。
薄膜電晶體的第二氧化物半導體層中的鋅（Zn）與銦（In）（Zn/In）的含量比可以大於第一氧化物半導體層中的鋅（Zn）與銦（In）的含量比。
第二氧化物半導體層的電阻和能隙能量可以大於第一氧化物半導體層的電阻和能隙能量，第二氧化物半導體層的能隙能量可以在第一氧化物半導體層的能隙能量的105%-130%範圍內。
第一氧化物半導體層的一側表面的傾斜可以形成為銳角，第二氧化物半導體層的一側表面的傾斜可以形成為直角或銳角。
源極電極和汲極電極可以覆蓋第一氧化物半導體層的側表面和第二氧化物半導體層的側表面。
在本發明的另一方面，閘極驅動器包含用於輸出閘極訊號的多個級（stages），其中每個級各包含薄膜電晶體。
在本發明的另一方面，顯示裝置包含顯示面板，該顯示面板包含資料線、閘極線以及配置在資料線和閘極線之間的多個交叉區域的多個像素，其中每個像素各包含薄膜電晶體。
可以理解的是，上述對本發明的一般說明和下面的詳細說明都是對本發明的示例性和解釋性說明，旨在對所要求的發明作進一步解釋。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
圖1為根據本發明的一實施例的顯示裝置的透視圖，圖2為圖1的第一基板、閘極驅動器、源極電極驅動器IC、柔性薄膜、電路板和時序控制器的平面圖。
參照圖1和圖2，根據本發明的一實施例的有機發光顯示裝置1000包含顯示面板1100、閘極驅動器1200、資料驅動器、柔性薄膜1400、電路板1500和時序控制器1600。
顯示面板1100包含第一基板1110和第二基板1120。第一基板1110和第二基板1120可以由玻璃或塑料形成。例如，如果第一基板1110由塑料形成，則第一基板1110可以由聚醯亞胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘酸乙二醇酯（PEN）或聚碳酸酯（PC）形成。如果第一基板1110由塑料形成，則有機發光顯示裝置1000可以實現為可彎曲或可折疊的柔性顯示裝置。第二基板1120可以是玻璃面板、塑料薄膜或封裝薄膜中的一種。
第一基板1110是薄膜電晶體基板，在該基板上形成薄膜電晶體。閘極線、資料線和像素P形成在與第二基板1120相對的第一基板1110的一個表面上。像素P提供在由閘極線和資料線之間的交叉結構定義的區域中。顯示面板1100可分為具有形成在其中的像素P以顯示圖像的顯示區域DA，以及用於不顯示圖像的非顯示區域NDA。閘極線、資料線和像素P可以形成在顯示區域DA中。閘極驅動器1200、用於將資料線連接到焊盤的焊盤和連接線可以形成在非顯示區域NDA中。
像素P可以包含至少一個作為開關元件的電晶體，該電晶體由相應閘極線的閘極訊號導通以接收資料線的資料電壓，該電晶體可以是薄膜電晶體。
例如，如圖3所示，每個像素P可包含有機發光二極體OLED、驅動電晶體DT、多個開關電晶體和電容Cst。開關電晶體可以包含第一和第二開關電晶體ST1和ST2。為描述方便，圖3僅示出了連接到第j條資料線Dj（j為2或更多的整數）、第q條參考電壓線Rq（q為2或更多的整數）、第k條閘極線Gk（k為2或更多的整數）和第k條初始化線SEk的像素P。
有機發光二極體OLED藉由通過驅動電晶體DT提供的電流發光。有機發光二極體OLED的陽極可以連接到驅動電晶體DT的源極電極，有機發光二極體OLED的陰極可以連接到向其提供第一功率電壓的第一電源電壓線VSSL。第一電源電壓線VSSL可以是向其提供低功率電壓的低壓線。
有機發光二極體OLED可以包含陽極、電洞傳輸層、有機發光層、電子傳輸層和陰極。當在陽極和陰極上施加電壓時，電洞和電子分別通過電洞傳輸層和電子傳輸層移動到有機發光層，然後在有機發光層中相互結合，從而使有機發光二極體OLED發光。
驅動電晶體DT佈置在向其提供第二電源電壓的第二電源電壓線VDDL和有機發光二極體OLED之間。驅動電晶體DT根據驅動電晶體DT的閘極電極和源極電極之間的電壓差調整從第二電源電壓線VDDL流向有機發光二極體OLED的電流。驅動電晶體DT的閘極電極可以連接到第一開關電晶體ST1的第一電極，驅動電晶體DT的汲極電極可以連接到第二電源電壓線VDDL，驅動電晶體DT的源極電極可以連接到有機發光二極體OLED的陽極。第二電源電壓線VDDL可以是向其提供大功率電壓的高壓線。
第一開關電晶體ST1由第k條閘極線Gk的第k條閘極訊號導通，並將第j條資料線Dj的電壓供給驅動電晶體DT的閘極電極。第一開關電晶體ST1的閘極可以與第k條閘極線Gk連接，第一開關電晶體ST1的源極電極可以與驅動電晶體DT的閘極連接，第一開關電晶體ST1的汲極電極可以與第j條資料線Dj連接。
第二開關電晶體ST2由第k個初始化線SEk的第k個初始化訊號導通，並將第q個參考電壓線Rq連接到驅動電晶體DT的源極電極。第二開關電晶體ST2的閘極電極可以連接到第k條初始化線SEk，第二開關電晶體ST2的源極電極可以連接到第q條參考電壓線Rq，第二開關電晶體ST2的汲極電極可以連接到驅動電晶體DT的源極電極。
電容器Cst形成於驅動電晶體DT的閘極電極和源極電極之間。電容器Cst儲存驅動電晶體DT的閘極電壓和源極電極電壓之間的電壓差。
電容器Cst的一個電極可以連接到驅動電晶體DT的閘極和第一開關電晶體ST1的源極電極，電容器Cst的另一電極可以連接到驅動電晶體DT的源極電極、第二開關電晶體ST2的汲極電極和有機發光二極體OLED的陽極。
在圖3中，驅動電晶體DT、各像素P的第一開關電晶體ST1和第二開關電晶體ST2可以形成為薄膜電晶體。此外，雖然圖3描述了驅動電晶體DT、各像素P的第一開關電晶體ST1和第二開關電晶體ST2形成為具有N型半導體特性的N型半導體電晶體，但本發明的實施例不限於此。意即，各像素P的驅動電晶體DT、第一開關電晶體ST1和第二開關電晶體ST2可以形成為具有P型半導體特性的P型半導體電晶體。
閘極驅動器1200響應來自時序控制器1600的閘極控制訊號輸入而向閘極線輸出閘極訊號。閘極驅動器1200可以使用面板中閘極驅動器(gate driver in panel，GIP)方法在顯示面板1100的顯示區域DA的一側或兩側外的非顯示區域NDA中形成。在這種情況下，閘極驅動器1200可以包含多個電晶體，以響應閘極控制訊號向閘極線輸出閘極訊號，且電晶體可以分別是薄膜電晶體。
例如，如圖4所示，閘極驅動器1200可以包含依序連接的級(stages)STT1，級STT1可以依序向閘極線輸出閘極訊號。
如圖4所示，每級STT1包含上拉節點NQ、下拉節點NQB、當上拉節點NQ對閘極高壓充電時導通的上拉電晶體TU、當下拉節點NQB對閘極高壓充電時導通的下拉電晶體TD，以及用於控制上拉節點NQ和下拉節點NQB的充電和放電的節點控制器NC。
節點控制器NC可以連接到輸入到啟動訊號線，其中啟動訊號或前一階段的攜帶訊號係輸入至該啟動訊號線，以及連接到閘極時脈訊號之一輸入至的時脈線。節點控制器NC控制上拉節點NQ和下拉節點NQB的充電和放電，以響應輸入到啟動訊號線的啟動訊號或前一階段的攜帶訊號，以及輸入到時脈線的閘極時脈訊號。節點控制器NC在上拉節點NQ以閘極高壓充電時，將下拉節點NQB放電至閘極低壓，在下拉節點NQB以閘極高壓充電時，將上拉節點NQ放電至閘極低壓，以穩定控制級STT1的輸出。為此，節點控制器NC可以包含多個電晶體。
當級STT1被上拉時，（即上拉節點NQ以閘極高壓充電），上拉電晶體TU導通，並將時脈端子CT的閘極時脈訊號輸出到輸出端子OT。當級STT1被下拉時（即下拉節點NQB以閘極高壓充電），下拉電晶體TD導通，並將輸出端子OT的閘極低壓放電到閘極低壓端子VGLT。
在圖4中，閘極驅動器1200的各級STT1的上拉電晶體TU、下拉電晶體TD和節點控制器NC的電晶體可以形成為薄膜電晶體。此外，雖然圖4描述了上拉電晶體TU、下拉電晶體TD和閘極驅動器1200的各級STT1的節點控制器NC的電晶體被形成為具有N型半導體特性的N型半導體電晶體，但本發明的實施例並不限於此。意即，上拉電晶體TU、下拉電晶體TD以及閘極驅動器1200的各級STT1的節點控制器NC的電晶體可以形成為具有P型半導體特性的P型半導體電晶體。
閘極驅動器1200可以形成為積體電路等驅動晶片，在這種情況下，閘極驅動器1200可以使用晶片上薄膜（chip on film，COF）方法安裝在閘極柔性薄膜上，並且閘極柔性薄膜可以粘附在顯示面板1100的第一基板1110上。
資料驅動器可以包含至少一個源極電極驅動器積體電路（以下稱為「IC」）1300。源極電極驅動器IC 1300從定時控制器1600接收數位影像資料和源極控制訊號。源極電極驅動器IC 1300響應於源極控制訊號將數位影像資料轉換為類比資料電壓，並將類比資料電壓供應到資料線。
若源極電極驅動器IC 1300形成為驅動晶片，例如積體電路，則可使用COF方法將源極電極驅動器IC 1300安裝在柔性薄膜1400上，如圖1和圖2所示1和2中所示。將焊盤連接到源極電極驅動器IC 1300的佈線和將焊盤連接到電路板1500的佈線的佈線形成在柔性薄膜1400上。柔性薄膜1400可以使用異方性導電膜(anisotropic conductive film)粘附到在顯示面板1100的非顯示區域NDA中形成的焊盤(例如資料焊盤)上，由此，焊盤可以連接到柔性薄膜1400的佈線上。可替代地，源極電極驅動器IC 1300可以使用玻璃上晶片(chip on glass，COG)方法或塑料上晶片(chip on plastic，COP)方法直接粘附在顯示面板1100的第一基板1110的焊盤上。
電路板1500可粘附在柔性薄膜1400上。實現為驅動晶片的多個電路可以安裝在電路板1500上。例如，時序控制器1600可以安裝在電路板1500上。電路板1500可以是印刷電路板或柔性印刷電路板。
時序控制器1600通過電路板1500的電纜從外部系統板接收數位影像資料和時序訊號。時序控制器1600產生閘極控制訊號以控制閘極驅動器1200的操作時序，並產生源極控制訊號以根據時序訊號控制源極電極驅動器IC 1300。時序控制器1600將閘極控制訊號供給閘極驅動器1200，並將源極控制訊號供給源極電極驅動器IC 1300。
如上所述，根據本發明的一實施例的顯示裝置包含至少一個薄膜電晶體作為每個像素P中的開關元件，並且閘極驅動器1200包含多個電晶體，以便在使用GIP方法形成閘極驅動器1200時依序向閘極線輸出閘極訊號。因此，為了使閘極驅動器1200在由於其超高解析度而需要高速驅動的顯示裝置中穩定地輸出閘極訊號，可以提高閘極驅動器1200的電晶體的電子遷移率。
以下根據本發明的一實施例，將詳細描述具有氧化物半導體層的薄膜電晶體，該薄膜電晶體可應用於由於其超高解析度而需要高速驅動的顯示裝置的像素P的電晶體和閘極驅動器1200的電晶體。
圖5為根據本發明的一實施例的薄膜電晶體的平面圖，圖6為沿圖5的線I-I’繪示的橫截面圖。
圖5和圖6說明根據根據本發明的一實施例的薄膜電晶體使用後道蝕刻（back channel etching，BCE）工藝形成為具有倒置交錯結構。倒置交錯結構可包含底部閘極結構，其中閘極電極形成在主動層之下。
參照圖5和圖6，根據本發明的一實施例的薄膜電晶體100可以包含閘極電極110、氧化物半導體層130、源極電極140和汲極電極150。
薄膜電晶體100形成在第一基板1110上。第一基板1110可以由塑料或玻璃形成。
為了保護薄膜電晶體100免受水分穿透第一基板1110，可以在第一基板1110上形成緩衝膜300。緩衝膜300可以包含多個交替堆疊的無機膜。例如，緩衝膜300可以是透過選自氧化矽（SiOx）薄膜、氮化矽（SiNx）薄膜和氧化氮化矽（SiON）薄膜中的一種或多種無機膜交替堆疊而形成的多層薄膜。緩衝膜300可以省略。
閘極電極110形成在緩衝膜300上。閘極電極110形成為具有比氧化物半導體層130更大的面積，以便阻擋從第一基板1110入射到氧化物半導體層130上的光，並且氧化物半導體層130可以由此被屏蔽。因此，氧化物半導體層130可以被保護以防止從第一基板1110入射的光。閘極電極110可形成為由鉬（Mo）、鋁（Al）、鉻（Cr）、金（Au）、鈦（Ti）、鎳（Ni）、釹（Nd）、銅（Cu）或其合金中的至少一種形成的單層或多層結構。
在閘極電極110上形成閘極絕緣膜120。閘極絕緣膜120可以形成為無機膜，例如，氧化矽（SiOx）膜、氮化矽（SiNx）膜、氧化矽（SiON）膜、氧化鋁（Al2O3）膜或其多層膜。
氧化物半導體層130形成在閘極絕緣膜120上。氧化物半導體層130被佈置成與閘極電極110重疊，閘極絕緣膜120夾在其中。
氧化物半導體層130包含第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132。第一氧化物半導體層131是電子在其中移動的主通道層，因此被佈置為靠近閘極電極110。因此，第一氧化物半導體層131可以被定義為比第二氧化物半導體層132更靠近閘極電極110佈置的層，而第二氧化物半導體層132可以被定義為比第一氧化物半導體層131更遠離閘極電極110佈置的層。例如，如果薄膜電晶體100以倒置交錯結構形成，如圖5和圖6所示，則閘極電極110佈置在氧化物半導體層130的下方，因此，第一氧化物半導體層131可以佈置在閘極絕緣膜120上，而第二氧化物半導體層132可以佈置在第一氧化物半導體層131上。
源極電極140可以直接接觸作為主通道層的第一氧化物半導體層131的一個側面和第二氧化 物半導體層132的一個側面。更詳細地，源極電極140可以直接接觸第一氧化物半導體層131的一個側表面和第二氧化物半導體層132的一個側表面和一部分上表面。此外，汲極電極150可以直接接觸第一氧化物半導體層131的另一側和第二氧化物半導體層132的另一側。更詳細地，汲極電極150可以直接接觸第一氧化物半導體層131的另一側表面和第二氧化物半導體層132的另一側表面和部分上表面。源極電極140和汲極電極150可以形成為由鉬（Mo）、鋁（Al）、鉻（Cr）、金（Au）、鈦（Ti）、鎳（Ni）、釹（Nd）、銅（Cu）或其合金中的至少一種形成的單層或多層結構。
在氧化物半導體層130、源極電極140和汲極電極150上形成保護膜160。保護膜160形成為無機膜，例如，氧化矽（SiOx）膜、氮化矽（SiNx）膜、氧化矽（SiON）膜、氧化鋁（Al2O3）膜或其多層膜。
第一氧化物半導體層131可以由包含鐵（Fe）、銦（In）和鋅（Zn）的氧化鐵-銦-鋅（FIZO）形成，以增加電子遷移率。
如圖7所示，為了將電子遷移率提高到約32 cm2/V∙s或更高，第一氧化物半導體層131中鐵（Fe）的含量可以在第一氧化物半導體層131中各元素的莫耳分率之和的0.2%至4%範圍內，第一氧化物半導體層131中銦（In）的含量可以高於第一氧化物半導體層131中鋅（Zn）的含量。各元素的含量可以用莫耳分率來定義。
若第一氧化物半導體層131由另外包含鎵（Ga）的鐵-銦-鎵-鋅氧化物（FIGZO）形成，則在實現高電子遷移率方面可能存在限制。鎵可以透過與氧化物半導體的氧的化學鍵來抑制由氧空位（oxygen vacancy）引起的載流子的生成，因此能夠減少驅動薄膜電晶體時的關斷電流，有助於形成結構穩定的薄膜。但是，由於鎵具有上述抑制氧化物半導體載流子生成的特性，因此在實現高電子遷移率方面可能會受到限制。
包含銦-鋅氧化物（IZO）半導體的第一氧化物半導體層131的結構，包含銦（In）和鋅（Zn），不含鎵（Ga），可以比包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）的銦-鎵-鋅氧化物（IGZO）半導體的第一氧化物半導體層131的結構具有更多的氧空位。
為此，包含銦（In）和鋅（Zn）在內的銦-鋅氧化物（IZO）半導體的薄膜電晶體的退化可能由於負偏壓溫度照明應力（negative bias temperature illumination stress，NBTIS）而變得嚴重。也就是說，這樣的薄膜電晶體可能具有以NBTIS表示的不佳的光可靠性。
因此，為了實現同時具有高穩定性和高電子遷移率的氧化物半導體，第一氧化物半導體層131由鐵-銦-鋅氧化物（FIZO）形成，包含鐵（Fe）代替鎵（Ga）、銦（In）和鋅（Zn）。
如圖8所示，與銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）相比，鐵（Fe）與氧的鍵結力很強，且因此，即使在第一氧化物半導體層131中加入少量的鐵（Fe），鐵（Fe）也可以起到與氧強烈結合的作用。因此，與包含鐵（Fe）、銦（In）和鋅（Zn）在內的銦鋅氧化物（IZO）形成的第一氧化物半導體層131相比，由鐵-銦-鋅氧化物（FIZO）形成的第一氧化物半導體層131可以具有高穩定性和調整適當數量的氧空位。
第一氧化物半導體層131中鐵（Fe）與銦（In）（Fe/In）的含量比可以小於第一氧化物半導體層131中鋅（Zn）與銦（In）（Zn/In）的含量比。
第一氧化物半導體層131中銦（In）的含量可以大於第一氧化物半導體層131中鋅（Zn）的含量。
第一氧化物半導體層131中鋅（Zn）的含量可以大於第一氧化物半導體層131中鐵（Fe）的含量，並小於第一氧化物半導體層131中銦（In）的含量。
氧化物半導體層130還可以包含第二氧化物半導體層132，以便在保持一閾值電壓值和NBTIS特性的同時實現短通道，以提高薄膜電晶體100的可靠性。
也就是說，如果氧化物半導體層130形成為短通道，為了防止閾值電壓的偏移，氧化物半導體層130還可以包含由包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）的銦-鎵-鋅氧化物（IGZO）或包含銦（In）、鎵（Ga）或鋅（Zn）中的至少一種的氧化物形成的第二氧化物半導體層132。
在圖9中，對氧化物半導體層130包含由包含鐵（Fe）、銦（In）和鋅（Zn）的氧化鐵-銦-鋅（FIZO）形成的第一氧化物半導體層131和由包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）的氧化銦-鎵-鋅（IGZO）形成的第二氧化物半導體層132的結構進行了試驗。
透過試驗，可以改善NBTIS的特性，且在一般情況下滿足產品規格的閾值電壓變化值ΔVth可以在5V以內。
該試驗是在第一氧化物半導體層131中鐵:銦:鋅的組成比例和第一氧化物半導體層131的厚度設置為0.3: 7: 2.7和100埃（Å），且第二氧化物半導體層132中銦:鎵:鋅的組成比例和第二氧化物半導體層132的厚度設置為5: 1: 4和300埃、1: 1: 1和300埃、1: 3: 6和300埃的條件下進行的。
圖10為第二氧化物半導體層132的能隙能量的圖，該能隙能量是根據銦:鎵:鋅的組成比例測量的。
圖11為圖9中測試的第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132之間的能帶圖。具體的，如圖11所示，當第二氧化物半導體層132中銦:鎵:鋅的組成比例和第二氧化物半導體層132的厚度設置為1:1:1和300埃時，測得氧化物半導體層130的能隙能量為3.2eV，氧化物半導體層130可能具有異質結（hetero-junction）結構。
在此，在第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132之間的交界處形成由於薄膜之間的費米能差而形成的內置電位所形成的耗盡區域，並且內置電位在交界處引起帶狀彎曲。氧化物半導體層130具有耗盡區域，因此可以控制總電荷密度，從而能夠防止閾值電壓根據通道長度的變化而偏移。
也就是說，在本發明的一實施例中，通過形成第二氧化物半導體層132，可以有效地控制作為具有高電子遷移率的薄膜形成的氧化物半導體層130中的電荷密度，因此，可以防止取決於氧化物半導體層130的通道長度變化的閾值電壓的偏移。因此，本發明的一實施例可以同時提高電子遷移率並確保薄膜電晶體的理想特性。
此外，如果氧化物半導體層130的通道具有4 μm的寬度和4 μm的長度，如圖7所示，則電子遷移率可以為約40 cm2/V∙s。與包含一般的基於IGZO的氧化物半導體層的薄膜電晶體相比，上述薄膜電晶體的電子遷移率相當高，該薄膜電晶體在相同的通道寬度和長度下的電子遷移率約為10 cm2/V∙s。雖然根據本發明的一實施例的薄膜電晶體是作為短通道來實現的，但閾值電壓並沒有改變，且電子遷移率可以得到顯著的改善。
此外，第二氧化物半導體層132可以根據以下條件進行配置，以便對第一氧化物半導體層131進行覆蓋和保護，從而使第一氧化物半導體層131可以穩定地作為通道發揮作用。
第二氧化物半導體層132可以具有比第一氧化物半導體層131更低的電導率和更寬的能隙。
薄膜電晶體100的第二氧化物半導體層132中鋅（Zn）與銦（In）（Zn/In）的含量比可以大於第一氧化物半導體層131中鋅（Zn）與銦（In）的含量比。
薄膜電晶體100的第二氧化物半導體層132的電阻和能隙能量可以大於第一氧化物半導體層131。
第二氧化物半導體層132的能隙能量可以在第一氧化物半導體層131的能隙能量的105%至130%的範圍內。
如上所述，第二氧化物半導體層132由包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）在內的銦-鎵-鋅氧化物（IGZO）形成，因此，即使將氧化物半導體層130形成為短通道，也可防止閾值電壓變化，並執行對第一氧化物半導體層131的封頂和保護功能，從而使第一氧化物半導體層131可穩定地作為通道發揮作用。
圖12和13為圖6中區域A的放大截面圖。
參照圖12和13，第一氧化物半導體層131的每個側表面的傾斜可以形成第一角度θ1，該角度為銳角。第二氧化物半導體層132的每個側表面的傾斜可以如圖12所示地形成為直角的第二角度θ2，或者如圖13所示地形成為銳角的第三角度θ3。
更詳細地，氧化物半導體層130可以包含由包含鐵（Fe）、銦（In）和鋅（Zn）的氧化鐵-銦-鋅（FIZO）形成的第一氧化物半導體層131，以及由包含銦（In）、鎵（Ga）或鋅（Zn）中的至少一種的氧化物或包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）的銦-鎵-鋅（IGZO）形成的第二氧化物半導體層132。
圖14所示的性質分析圖像顯示了第一氧化物半導體層131的透射電子顯微鏡（TEM）快速 傅立葉變換（FFT）圖案。
如圖14所示，包含銦（In）和鋅（Zn）在內的氧化銦鋅（IZO）在室溫下基本具有結晶特性，但由於添加了鐵（Fe），氧化鐵銦鋅（FIZO）可能表現出非晶態特性。在這種情況下，當在高溫下進行沉積時，鐵-銦-鋅氧化物（FIZO）可能再次表現出結晶特性。這裡，沉積溫度可以是100˚C或更高，特別是接近200˚C。
當第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132沉積時，如果第一氧化物半導體層131為非晶態，則第一氧化物半導體層131的蝕刻速率（Å/秒）可能高於第二氧化物半導體層132的蝕刻速率。
如圖6所示，若第一氧化物半導體層131佈置在第二氧化物半導體層132的下方，在第一氧化物半導體層131的蝕刻速率高於第二氧化物半導體層132的蝕刻速率時，第二氧化物半導體層132的 各個側表面的傾斜可形成鈍角。
圖15所示的性質分析圖像顯示了第一氧化物半導體層131的透射電子顯微鏡（TEM）快速 傅立葉變換（FFT）圖案和氧化物半導體層130的蝕刻速率。
也就是說，如圖15所示，當第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132沉積時，若第一氧化物半導體層131為非晶態，則第二氧化物半導體層132的各側表面可形成倒錐形結構。
在這種情況下，即使源極電極140和汲極電極150形成為覆蓋第一氧化物半導體層131的側表面和第二氧化物半導體層132的側表面，也可能在第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132的邊界處形成孔隙。從而，蝕刻源極電極140和汲極電極150的蝕刻溶液可以滲透到孔隙中，並且第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132可以由於蝕刻溶液滲透到孔隙中而被額外蝕刻。
因此，第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132可以具有與不同於所需的通道長度或通道寬度的通道長度或通道寬度。
然而，如圖15所示，當第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132沉積時，若第一氧化物半導體層131是結晶，則第一氧化物半導體層131的蝕刻速率（Å/秒）可以低於或基本等於第二氧化物半導體層132的蝕刻速率。第二氧化物半導體層132的各側表面的傾斜可以形成銳角或直角。
也就是說，第二氧化物半導體層132的各側表面可以形成為規則的錐形結構。在這種情況下，當源極電極140和汲極電極150形成為覆蓋第一氧化物半導體層131的側表面和第二氧化物半導體層132的側表面時，在第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132的邊界處不形成孔隙。從而，可以防止第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132由於蝕刻液滲入孔隙而產生的額外蝕刻。因此，第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132不具有與所需的通道長度或通道寬度係不同的通道長度或通道寬度。
考慮到其材料具有高電子遷移率的特性，第一氧化物半導體層131的厚度可以為50埃至300埃。第一氧化物半導體層131的厚度可以超過上述範圍，考慮到工藝時間和成本，可以選擇各種厚度。
考慮到高可靠性，第二氧化物半導體層132的厚度可以為100埃。考慮到工藝時間和成本，可以選擇各種厚度。
因此，考慮到閾值電壓的偏移和接觸第一氧化物半導體層131的上或下絕緣膜的氧或氫濃度，第一氧化物半導體層131的厚度可預先設定為50埃至300埃，在圖15中，作為示例，在第一氧化物半導體層131的厚度設定為100埃的條件下進行試驗。
圖16為根據本發明的一實施例的薄膜電晶體的製造方法的流程圖。17A至17E為根據本發明的一實施例的方法的截面圖。以下將參照圖16和圖17A至17E詳細描述根據本發明的一實施例的方法。
首先，如圖17A所示，在基板1110上形成閘極電極110，在閘極電極110上形成閘極絕緣膜120（圖16中的S101）。
具體而言，透過濺射在第一基板1110上形成第一金屬層。此後，透過在第一金屬層上形成光致抗蝕劑圖案並利用蝕刻第一金屬層的遮罩工藝對第一金屬層進行圖案化，形成閘極電極110。閘極電極110可以以鉬（Mo）、鋁（Al）、鉻（Cr）、金（Au）、鈦（Ti）、鎳（Ni）、釹（Nd）、銅（Cu）或其合金中的至少一種形成的單層或多層結構形成。
另外，為了保護薄膜電晶體100不被水分穿透第一基板1110，可以在第一基板1110上 形成緩衝膜300，並且閘極電極110可以形成在緩衝膜300上。在這種情況下，緩衝膜300可以包含多個交替堆疊的無機膜。例如，緩衝膜300可以是透過選自氧化矽（SiOx）薄膜、氮化矽（SiNx）薄膜和氧化氮化矽（SiON）薄膜中的一種或多種無機膜交替堆疊形成的多層薄膜。緩衝膜300可以使用電漿增強化學氣相沉積（plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD）形成。
此後，在閘極電極110上形成閘極絕緣膜120。閘極絕緣膜120可以形成為無機膜，例如，氧化矽（SiOx）膜、氮化矽（SiNx）膜、氧化矽（SiON）膜、氧化鋁（Al2O3）膜或其多層膜。閘極絕緣膜120可以使用PECVD形成。
其次第二地，如圖17B所示，在閘極絕緣膜120上形成第一半導體材料層131’和第二半導體 材料層132’，在第二半導體材料層132’上形成光刻膠圖案133（圖16中的S102）。
具體地，第一半導體材料層131’形成在閘極絕緣膜120上。第一半導體材料層131’可以由包含鐵（Fe）、銦（In）和鋅（Zn）在內的鐵-銦-氧化鋅（FIZO）形成，以提高電子遷移率。
此後，在第一半導體材料層131’上形成第二半導體材料層132’。第二半導體材料層132’可以包含銦-鎵-鋅氧化物（IGZO），以防止閾值電壓根據通道長度的變化而快速偏移。第二半導體材料層132’可以由包含銦（In）、鎵（Ga）或鋅（Zn）中的至少一種的氧化物形成。第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’可以使用相同的設備連續沉積。此外，第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’可以在基板1110的溫度保持在200˚C或更高的情況下進行沉積。
此後，在第二半導體材料層132’上形成光刻膠圖案133。
第三地，通過同時蝕刻第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’，形成第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132，並去除光刻膠圖案133，如圖17C所示（圖16中S103）。
具體而言，參考圖14和15，當第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’被沉積且第一基板1110的溫度低於100˚C時，如果第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’被蝕刻，第一半導體材料層131’不會因為第一基板1110的低溫而結晶。第一半導體材料層131’的蝕刻速率高於第二半導體材料層132’的蝕刻速率，因此，第二氧化物半導體層132的側表面的傾斜可能形成鈍角。在這種情況下，即使形成覆蓋第一氧化物半導體層131的側表面和第二氧化物半導體層132的側表面的源極電極140和汲極電極150，也可能在第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132的邊界處形成孔隙。
從而，蝕刻源極電極140和汲極電極150的蝕刻溶液可以穿透到孔隙中，並且第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132可以由於蝕刻溶液穿透到孔隙中而被額外蝕刻。因此，第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132可以具有與所需的通道長度或通道寬度係不同的通道長度或通道寬度。
然而，當第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’被沉積時，如果在第一基板1110的溫度保持在200˚C附近的情況下對第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’進行蝕刻，則第二半導體材料層132’的蝕刻速度高於第一半導體材料層131'的蝕刻速度，因此，第二氧化物半導體層132的側表面的傾斜可能形成銳角。在這種情況下，當源極電極140和汲極電極150形成為覆蓋第一氧化物半導體層131的側表面和第二氧化物半導體層132的側表面時，在第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132的邊界處不形成孔隙。從而，可以防止第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132由於蝕刻液滲入孔隙而產生的額外蝕刻。因此，第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132不具有與所需的通道長度或通道寬度係不同的通道長度或通道寬度。
第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132可透過使用可同時蝕刻第一半導體材料層131’和第二半導體材料層132’的蝕刻溶液（例如草酸）來形成。此後，可以通過剝離過程去除光刻膠圖案133。
第四地，如圖17D（圖16中的S104）所示，形成源極電極140和汲極電極150。
源極電極140可以直接接觸作為主通道層的第一氧化物半導體層131的一個側面和第二氧化物半導體層132的一個側面。更詳細地，源極電極140可以直接接觸第一氧化物半導體層131的一個側表面和第二氧化物半導體層132的一個側表面和部分上表面。此外，汲極電極150可以直接接觸第一氧化物半導體層131的另一側和第二氧化物半導體層132的另一側。更詳細地，汲極電極150可以直接接觸第一氧化物半導體層131的另一側表面和第二氧化物半導體層132的另一側表面和部分上表面。源極電極140和汲極電極150可以形成為由鉬（Mo）、鋁（Al）、鉻（Cr）、金（Au）、鈦（Ti）、鎳（Ni）、釹（Nd）、銅（Cu）或其合金中的至少一種形成的單層或多層結構。
第五地，如圖17E（圖16中的S105）所示，在氧化物半導體層130、源極電極140和汲極電極150上形成保護膜160。
保護膜160可以形成為無機膜，例如，氧化矽（SiOx）膜、氮化矽（SiNx）膜或其多層膜。
圖18是示出根據本發明的另一實施例的薄膜電晶體的平面圖。圖19是沿圖18的III-III’線繪示的剖視圖。
圖18和19示例性地說明根據本發明的另一實施例的薄膜電晶體以共面結構形成。共面結構是頂閘極結構，其中閘極電極形成在主動層上。
參照圖18和19，根據本發明的另一實施例的薄膜電晶體100包含閘極電極110、氧化物半導體層130、源極電極140和汲極電極150。
薄膜電晶體100形成在第一基板1110上。第一基板1110可以由塑料或玻璃形成。
可以在第一基板1110上形成緩衝膜，以保護薄膜電晶體100免受水分穿透第一基板1110。緩衝膜可以包含多個交替堆疊的無機膜。例如，緩衝膜可以是透過選自氧化矽（SiOx）薄膜、氮化矽（SiNx）薄膜和氧化氮化矽（SiON）薄膜中的一種或多種無機膜交替堆疊形成的多層薄膜。緩衝膜可以省略。
氧化物半導體層130可以形成在緩衝膜或第一基板1110上。該氧化物半導體層130包含第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132。第一氧化物半導體層131是電子在其中移動的主通道層，因此靠近閘極電極110佈置。因此，第一氧化物半導體層131可以被定義為比第二氧化物半導體層132更靠近閘極電極110佈置的層，而第二氧化物半導體層132可以被定義為比第一氧化物半導體層131更遠離閘極電極110佈置的層。例如，如果薄膜電晶體100以共面結構形成，如圖18和19所示，則閘極電極110佈置在氧化物半導體層130上，因此，第二氧化物半導體層132可以佈置在第一基板1110或第一基板1110的緩衝膜上，第一氧化物半導體層131可以佈置在第二氧化物半導體層132上。
此外，還可以在氧化物半導體層130下方形成光阻擋層，以阻擋從第一基板1110入射到氧化物半導體層130上的光。
在氧化物半導體層130上形成閘極絕緣膜120。閘極絕緣膜120可以形成為無機膜，例如，氧化矽（SiOx）膜、氮化矽（SiNx）膜或其多層膜。
閘極電極110形成在閘極絕緣膜120上。閘極電極110被佈置成與閘極絕緣膜120夾在其間的氧化物半導體層130重疊。閘極電極110可以形成為由鉬（Mo）、鋁（Al）、鉻（Cr）、金（Au）、鈦（Ti）、鎳（Ni）、釹（Nd）、銅（Cu）或其合金中的至少一種形成的單層或多層結構。
雖然圖19示例性地說明了閘極絕緣膜120僅佈置在閘極電極110和氧化物半導體層130之間，但本發明的實施例不限於此。意即，閘極絕緣膜120可以形成為覆蓋第一基板1110和氧化物半導體層130。
在閘極電極110和氧化物半導體層130上形成層間絕緣膜170。層間絕緣膜170可以形成為無機膜，例如，氧化矽（SiOx）膜、氮化矽（SiNx）膜或其多層膜。
在層間絕緣膜170中形成有穿過層間絕緣膜170以露出第一氧化物半導體層131的一側的第一接觸孔CT1，及穿過層間絕緣膜170以露出第一氧化物半導體層131的另一側的第二接觸孔CT2。
源極電極140和汲極電極150形成在層間絕緣膜170上。源極電極140可以通過第一接觸孔CT1與第一氧化物半導體層131的一側接觸。汲極電極150可以通過第二接觸孔CT2接觸第一氧化物半導體層131的另一側。或者源極電極140可以通過第一接觸孔CT1形成的進一步穿過第一氧化物半導體層131接觸第二氧化物半導體層132的一側，汲極電極150可以通過第二接觸孔CT2進一步穿過第一氧化物半導體層131接觸第二氧化物半導體層的另一側，而不是圖19的結構。
在源極電極140和汲極電極150上形成保護層180。該保護層可以形成為無機膜，例如，氧化矽（SiOx）薄膜、氮化矽（SiNx）薄膜或其多層薄膜。
第一氧化物半導體層131可以由包含鐵（Fe）、銦（In）和鋅（Zn）的鐵-銦-鋅氧化物（FIZO）而不是銦-鎵-鋅氧化物（IGZO）形成，以增加電子遷移率。
此外，第二氧化物半導體層132的電阻和能隙能量可以比第一氧化物半導體層131的電阻和能隙能量大，第二氧化物半導體層132的能隙能量可以在第一氧化物半導體層131的能隙能量的105%～130%的範圍內。具體地說，在第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132之間的交界處形成了由於薄膜之間的費米能差而形成的內置電位的耗盡區，內置電位在交界處引起帶狀彎曲。氧化物半導體層130具有耗盡區域，因此可以控制總電荷密度，從而能夠防止閾值電壓根據通道長度的變化而偏移。
也就是說，在本發明的一實施例中，通過形成第二氧化物半導體層132，可以有效地控制作為具有高電子遷移率的薄膜形成的氧化物半導體層130中的電荷密度，因此，可以防止取決於氧化物半導體層130的通道長度變化的閾值電壓的偏移。因此，本發明的一實施例可以提高電子遷移率並同時確保薄膜電晶體的理想特性。
形成第一氧化物半導體層131和第二氧化物半導體層132的方法與上述參照圖5至13所描述的方法相同，因此將省略對其的詳細描述。
如上所述，第二氧化物半導體層132由包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）在內的銦-鎵-鋅氧化物（IGZO）形成，因此，即使將氧化物半導體層130形成為短通道，也可防止閾值電壓變化，並執行對第一氧化物半導體層131的封頂和保護功能，從而使第一氧化物半導體層131可穩定地作為通道發揮作用。
參照圖12和圖13，第一氧化物半導體層131的每個側表面的傾斜可以形成第一角度θ1，該角度為銳角。第二氧化物半導體層132的每個側表面的傾斜可以如圖12所示地形成第二角度θ2，該角度是直角，或者如圖13所示地形成第三角度θ3，該角度是銳角。
更詳細地，氧化物半導體層130可以包含由包含鐵（Fe）、銦（In）和鋅（Zn）的氧化鐵-銦-鋅（FIZO）形成的第一氧化物半導體層131，以及由包含銦（In）、鎵（Ga）或鋅（Zn）中的至少一種的氧化物或包含銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）的銦-鎵-鋅（IGZO）形成的第二氧化物半導體層132。
從上面的描述中可以明顯看出，根據本發明的一實施例的包含薄膜電晶體的顯示裝置增加了電子遷移率並提高了光的可靠性，因此能夠作為需要超高解析度的高速驅動的平面顯示裝置應用。
此外，在第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層之間的邊界處不形成孔隙，因此，可以防止由於蝕刻溶液滲入孔隙而導致第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的額外蝕刻。
此外，還可以防止第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層具有與設計結構不同的通道長度或通道寬度。
此外，可以防止薄膜電晶體的負偏壓溫度照明應力（NBTIS）特性的惡化。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1000:有機發光顯示裝置
1100:顯示面板
1110:第一基板
1120:第二基板
1200:閘極驅動器
1300:源極電極驅動器IC
1400:柔性薄膜
1500:電路板
1600:時序控制器
DA:顯示區域
NDA:非顯示區域
P:像素
DT:驅動電晶體
VDDL:第二電源電壓線
VSSL:第一電源電壓線
Rq:第q條參考電壓線
Dj:第j條資料線
Gk:第k條閘極線
ST1:第一開關電晶體
ST2:第二開關電晶體
Cst:電容
OLED:有機發光二極體
SEk:第k條初始化線
CT:時脈端子
TU:上拉電晶體
TD:下拉電晶體
OT:輸出端子
VGLT:閘極低壓端子
STT1:級
NQ:上拉節點
NQB:下拉節點
NC:節點控制器
I~I’:線
100:薄膜電晶體
110:閘極電極
120:閘極絕緣膜
130、130’:氧化物半導體層
131、131’:第一氧化物半導體層
132、132’:第二氧化物半導體層
133:光刻膠圖案
140:源極電極
150:汲極電極
160:保護膜
170:層間絕緣膜
180:保護層
300:緩衝膜
A:區域
θ1:第一角度
θ2:第二角度
θ3:第三角度
III~III’:線
NBTIS:負偏壓溫度照明應力
CT1:第一接觸孔
CT2:第二接觸孔
圖1為根據本發明的一實施例的顯示裝置的透視圖。
圖2為圖1的第一基板、閘極驅動器、源極電極驅動器IC、柔性薄膜、電路板和時序控制器的平面圖。
圖3為圖2的像素的電路圖。
圖4為圖2的閘極驅動器的局部的電路圖。
圖5為根據本發明的一實施例的薄膜電晶體的平面圖。
圖6為沿圖5的線I-I’繪示的截面圖。
圖7為電子遷移率取決於第一氧化物半導體層中鐵（Fe）的含量的示意圖。
圖8為鐵（Fe）、銦（In）、鎵（Ga）和鋅（Zn）與氧的鍵結力的示意圖。
圖9為NBTIS特性的示意圖，該特性取決於第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層 的組成比例和厚度。
圖10為圖9的第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的能隙能量的示意圖。
圖11是圖9的氧化物半導體層的能帶圖。
圖12和圖13為圖6的區域A的實施例的放大截面圖。
圖14為由IZO和FIZO形成的第一氧化物半導體層在沉積第一氧化物半導體層時，根據第一基板的溫度而形成的第一氧化物半導體層的性質分析圖像。
圖15為根據沉積第一氧化物半導體層時第一基板的溫度，顯示FIZO形成的第一氧化物半導體層的結晶度和截面的圖像。
圖16為根據本發明的一實施例的薄膜電晶體的製造方法的流程圖。
圖17A至圖17E為根據本發明的一實施例的薄膜電晶體的製造方法的截面圖。
圖18為根據本發明的另一實施例的薄膜電晶體的平面圖；以及圖19為沿圖18的III-III’線繪示的截面圖。
100:薄膜電晶體
110:閘極電極
120:閘極絕緣膜
130:氧化物半導體層
131:第一氧化物半導體層
132:第二氧化物半導體層
140:源極電極
150:汲極電極
160:保護膜
300:緩衝膜
1110:第一基板
A:區域
I~I’:線

Claims (17)

  1. 一種薄膜電晶體，包含： 含有氧化鐵銦鋅（FIZO）的一第一氧化物半導體層；以及 含有氧化銦鎵鋅（IGZO）的一第二氧化物半導體層， 其中： 在該第一氧化物半導體層中，鐵對銦的一含量比小於鋅對銦的一含量比；以及 在該第一氧化物半導體層中，銦的含量大於鋅的含量。
  2. 根據請求項1所述的薄膜電晶體，其中： 該第一氧化物半導體層的一側表面的傾斜係形成一銳角；以及 該第二氧化物半導體層的一側表面的傾斜係形成一直角或一銳角。
  3. 根據請求項1所述的薄膜電晶體，其中： 該第二氧化物半導體層中鋅對銦的一含量比大於該第一氧化物半導體層中鋅對銦的一含量比。
  4. 根據請求項1所述的薄膜電晶體，其中該第二氧化物半導體層的電阻和能隙能量大於該第一氧化物半導體層的電阻和能隙能量，且該第二氧化物半導體層的該能隙能量在該第一氧化物半導體層的該能隙能量的105%至130%的範圍內。
  5. 根據請求項1所述的薄膜電晶體，更包含一閘極電極，比起靠近該第二氧化物半導體層，該閘極電極係更靠近該第一氧化物半導體層。
  6. 根據請求項1所述的薄膜電晶體，其中該第一氧化物半導體層的一厚度在50埃至300埃的範圍內。
  7. 根據請求項5所述的薄膜電晶體，其中該第一氧化物半導體層與該閘極電極重疊，且一閘極絕緣膜係介於該第一氧化物半導體層與該閘極電極之間。
  8. 根據請求項5所述的薄膜電晶體，其中： 該閘極電極設置於該第一氧化物半導體層下；以及 該第二氧化物半導體層設置於該第一氧化物半導體層上。
  9. 根據請求項8所述的薄膜電晶體，更包含： 一源極電極，用於接觸該第一氧化物半導體層的一側和該第二氧化物半導體層的一側；以及 一汲極電極，用於接觸該第一氧化物半導體層的另一側和該第二氧化物半導體層的另一側。
  10. 根據請求項5所述的薄膜電晶體，其中： 該閘極電極設置於該第一氧化物半導體層上；以及 該第二氧化物半導體層設置於該第一氧化物半導體層下。
  11. 根據請求項10所述的薄膜電晶體，更包含： 一源極電極，用於藉由通過用於覆蓋該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層的一層間絕緣膜而形成的一第一接觸孔接觸該第一氧化物半導體層的一側；以及 一汲極電極，用於藉由通過該層間絕緣膜而形成的一第二接觸孔接觸該第一氧化物半導體層的另一側。
  12. 根據請求項11所述的薄膜電晶體，其中： 該源極電極藉由通過該第一氧化物半導體層而形成的該第一接觸孔接觸該第二氧化物半導體層的一側；以及 該汲極電極藉由通過該第一氧化物半導體層而形成的該第二接觸孔接觸該第二氧化物半導體層的另一側。
  13. 一種閘極驅動器，包含： 多個級，用於輸出多個閘極訊號， 其中該些級各包含一薄膜電晶體，該薄膜電晶體包含鐵銦鋅氧化物的一第一氧化物半導體層以及銦鎵鋅氧化物的一第二氧化物半導體層， 其中在該第一氧化物半導體層中，鐵對銦的一含量比小於鋅對銦的一含量比，以及 該第一氧化物半導體層中銦的含量大於鋅的含量。
  14. 一種顯示裝置，包含： 一顯示面板，包含多條資料線、多條閘極線以及排列在該些資料線和該些閘極線之間的多個交叉區域的多個像素， 其中該些像素各包含一薄膜電晶體，該薄膜電晶體包含鐵銦鋅氧化物的一第一氧化物半導體層和銦鎵鋅氧化物的一第二氧化物半導體層， 其中在該第一氧化物半導體層中，鐵對銦的一含量比小於鋅對銦的一含量比，以及 該第一氧化物半導體層中銦的含量大於鋅的含量。
  15. 根據請求項14所述的顯示裝置，其中： 該顯示面板更包含一閘極驅動器，用於向該些閘極線輸出多個閘極訊號；以及 該閘極驅動器包含與該些像素中的薄膜電晶體的結構相同的至少一薄膜電晶體。
  16. 根據請求項14所述的顯示裝置，其中該些像素各包含一驅動電晶體及多個開關電晶體。
  17. 根據請求項15所述的顯示裝置，其中該閘極驅動器更包含一上拉電晶體、一下拉電晶體及一節點控制器的多個電晶體。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102113160B1 (ko) * 2012-06-15 2020-05-20 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
CN110010626B (zh) * 2019-04-11 2022-04-29 京东方科技集团股份有限公司 显示基板及其制作方法、显示装置
US11450257B2 (en) 2020-11-27 2022-09-20 Lg Display Co., Ltd. Gate driving circuit and electroluminescence display apparatus including the same
US20240250177A1 (en) * 2022-03-31 2024-07-25 Boe Technology Group Co., Ltd. Metal oxide thin film transistor and display panel

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201041139A (en) * 2009-02-27 2010-11-16 Ulvac Inc Transistor, method for manufacturing transistor, and apparatus for manufacturing transistor
US20170018577A1 (en) * 2014-03-14 2017-01-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009235438A (ja) 2008-03-26 2009-10-15 Toagosei Co Ltd エッチング液、該エッチング液を用いたエッチング方法および被エッチング基板
JP5616012B2 (ja) * 2008-10-24 2014-10-29 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
TWI613813B (zh) * 2012-11-16 2018-02-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置
KR20150034947A (ko) 2013-09-27 2015-04-06 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치의 금속 배선, 박막 트랜지스터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법
KR20150079331A (ko) 2013-12-31 2015-07-08 삼성정밀화학 주식회사 산화물 반도체 제조용 용액 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터
WO2016088394A1 (ja) * 2014-12-04 2016-06-09 株式会社Ｊｏｌｅｄ 表示装置および電子機器
JP6647846B2 (ja) * 2014-12-08 2020-02-14 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US9911861B2 (en) * 2015-08-03 2018-03-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, manufacturing method of the same, and electronic device
US10312373B2 (en) * 2015-11-17 2019-06-04 Ricoh Company, Ltd. Field-effect transistor (FET) having oxide insulating layer disposed on gate insulating film and between source and drain electrodes, and display element, display and system including said FET, and method of manufacturing said FET
CN108738364B (zh) * 2016-02-18 2022-06-28 株式会社半导体能源研究所 半导体装置、其制造方法、显示装置以及电子设备
US10236875B2 (en) * 2016-04-15 2019-03-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for operating the semiconductor device
US10461197B2 (en) * 2016-06-03 2019-10-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Sputtering target, oxide semiconductor, oxynitride semiconductor, and transistor
US20180122833A1 (en) * 2016-10-31 2018-05-03 LG Display Co. , Ltd. Thin film transistor substrate having bi-layer oxide semiconductor
TWI667796B (zh) * 2017-05-31 2019-08-01 南韓商Ｌｇ顯示器股份有限公司 薄膜電晶體、包含該薄膜電晶體的閘極驅動器、及包含該閘極驅動器的顯示裝置
KR102449467B1 (ko) * 2017-12-11 2022-09-29 엘지디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터, 그의 제조방법, 및 그를 포함한 표시장치
CN109285504B (zh) * 2017-07-20 2020-07-24 京东方科技集团股份有限公司 移位寄存器单元及其驱动方法、栅极驱动电路

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201041139A (en) * 2009-02-27 2010-11-16 Ulvac Inc Transistor, method for manufacturing transistor, and apparatus for manufacturing transistor
US20170018577A1 (en) * 2014-03-14 2017-01-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device

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