WO2016201864A1 - 薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置 - Google Patents

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  • the present invention relates to the field of display technologies, and in particular, to an organic thin film transistor, a method for fabricating the same, an array substrate, and a display device.
  • the material of the source/drain electrode layer is copper, aluminum, zinc or silver
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Abstract

一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置，该薄膜晶体管包括：有机半导体层（4）和源漏电极层，还包括金属氧化物绝缘层（3），金属氧化物绝缘层（3）设置在有机半导体层（4）和源漏电极层之间，功函高于源漏电极层的功函。提供的薄膜晶体管中，功函较高的金属氧化物绝缘层（3）能够产生界面偶极势垒以降低源漏电极中的载流子进入到有机半导体层（4）中的难度，从而能够减小源漏电极层与有机半导体层（4）之间的接触电阻，提高薄膜晶体管的电学性能。

Description

薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置 技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种有机薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置。
背景技术
随着显示器制造技术的发展，液晶显示器技术发展迅速，己经取代了传统的显像管显示器而成为未来平板显示器的主流。在液晶显示器技术领域中，薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)以其大尺寸、高度集成、功能强大、工艺灵活、低成本等优势而广泛应用于电视机、电脑等领域。
相比于传统的薄膜晶体管，有机薄膜晶体管的制作成本更低，具有更广泛的应用价值。但是有机薄膜晶体管中由于采用有机材料作为半导体层，源漏电极的载流子进入到半导体层的难度较大，造成源漏电极与半导体层之间的接触电阻过大，降低了薄膜晶体管的电学性能。
发明内容
本发明的一个目的在于克服上述问题。
第一方面，本发明提供了一种薄膜晶体管，包括：有机半导体层和源漏电极层，其特征在于，还包括金属氧化物绝缘层，所述金属氧化物绝缘层设置在所述有机半导体层和所述源漏电极层之间，且所述金属氧化物绝缘层的功函高于所述源漏电极层的功函。
进一步的，所述金属氧化物绝缘层的厚度在0.1nm-10nm之间。
进一步的，所述源漏电极层的材质为铜、铝、锌或银，所述金属氧化物绝缘层的材质为氧化钼、氧化镍、氧化钨或五氧化二钒。
进一步的，所述有机半导体层的材质为并五苯、6，13-双(三异丙硅基乙炔基)并五苯、富勒烯衍生物、聚3-己基噻吩、聚噻吩类衍生物或和小分子噻吩衍生物。
进一步的，还包括：过渡金属层，所述过渡金属层设置在所述源漏电极 层和所述金属氧化物绝缘层之间，并且所述过渡金属层的功函高于所述源漏电极层的功函。
进一步的，所述过渡金属层的材质为金或铂。
进一步的，所述过渡金属层的厚度为所述源漏电极层的厚度的1/2-1/10。
进一步的，所述过渡金属层的厚度为所述源漏电极层的厚度的1/4。
进一步的，所述薄膜晶体管为顶栅型薄膜晶体管。
第二方面，本发明还提供了一种制作上述任一项所述的薄膜晶体管的制作方法，包括形成有机半导体层和源漏电极层的步骤，其特征在于，还包括：在所述有机半导体层和所述源漏电极层之间形成金属氧化物绝缘层，所述金属氧化物绝缘层的功函高于所述源漏电极层的功函。
进一步的，还包括：
在所述源漏电极层和所述金属氧化物绝缘层之间形成过渡金属层，所述过渡金属层的功函高于所述源漏电极层的功函。
进一步的，所述在所述源漏电极层和所述金属氧化物绝缘层之间形成过渡金属层包括：
采用真空热蒸镀沉积工艺形成金属氧化物绝缘层；
在所述金属氧化物绝缘层上形成过渡金属材料层；和
对所述金属氧化物绝缘层和所述过渡金属材料层进行图案化工艺，以同时形成源极和漏极以及位于源极和漏极之上的过渡金属层。
第三方面，本发明还提供了一种阵列基板，包括上述任一项所述的薄膜晶体管。
第四方面，本发明还提供了一种显示装置，包括上述的阵列基板。
本发明提供的薄膜晶体管中，在有机半导体层和源漏电极之间设置有功函高于源漏电极的金属氧化物绝缘层。功函较高的金属氧化物绝缘层能够产生界面偶极势垒以降低源漏电极中的载流子进入到有机半导体层中的难度，从而能够减小源漏电极层与半导体层之间的接触电阻，提高薄膜晶体管的电学性能。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种薄膜晶体管的结构示意图；
图2-图5为本发明实施例一提供的薄膜晶体管的制作流程图；
图6为发明实施例二提供的一种薄膜晶体管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，所述源漏电极层包括源电极和漏电极。
第一方面，本发明提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括：有机半导体层和源漏电极层，还包括：金属氧化物绝缘层，所述金属氧化物绝缘层设置在所述有机半导体层和所述源漏电极层之间，所述金属氧化物绝缘层的功函高于所述源漏电极层的功函。
本发明提供的薄膜晶体管中，在有机半导体层和源漏电极之间设置有功函高于源漏电极的金属氧化物绝缘层。功函较高的金属氧化物绝缘层能够产生界面偶极势垒以降低源漏电极中的载流子进入到有机半导体层中的难度，从而减小源漏电极与半导体层之间的接触电阻，提高薄膜晶体管的电学性能。
第二方面，本发明还提供了一种薄膜晶体管的制作方法，可用于制作上述的薄膜晶体管，该方法包括：形成有机半导体层和源漏电极层的步骤以及在所述有机半导体层和所述源漏电极层之间形成金属氧化物绝缘层的步骤，所述金属氧化物绝缘层的功函高于所述源漏电极层的功函。
在具体实施时，本发明所提供的薄膜晶体管的具体结构可能有多种，比如可以为底栅型薄膜晶体管或者为顶栅型薄膜晶体管，另外除了上述的有机半导体层之外，还一般包括栅极、栅绝缘层、像素电极等基本结构，下面结合附图对本发明提供的薄膜晶体管的结构以及相应的制作方法进行详细说明。
实施例一
如图1所示，为本发明实施例一提供的薄膜晶体管的结构示意图，该薄膜晶体管为顶栅型结构。具体来说，包括：基底1、形成在基底1上的源电极2a和漏电极2b、形成在源电极2a和漏电极2b之上的金属氧化物绝缘层3、形成在金属氧化物绝缘层3之上的有机半导体层4、形成在有机半导体层4之上的栅绝缘层5、形成在栅绝缘层5之上的栅极6。
其中，这里的金属氧化物绝缘层3的功函高于这里的源电极2a和漏电极2b的功函。这样，功函较高的金属氧化物绝缘层3能够产生界面偶极势垒以降低源漏电极中的载流子进入到有机半导体层中的难度，从而减小造成源漏电极与半导体层之间的接触电阻，提高薄膜晶体管的电学性能。
在具体实施时，这里的金属氧化物绝缘层3的厚度可以在0.1nm到10nm之间，此时能够使源漏电极与半导体层之间的接触电阻得到较大幅度的降低。当然这里的金属氧化物绝缘层3的厚度为其他数值也能够一定程度上降低源漏电极与半导体层之间的接触电阻，相应的技术方案也应该落入本发明的保护范围。
进一步的，这里的源漏电极的材质可以具体为铜、铝、锌或银等成本较低的金属(一般为低功耗的金属)，而金属氧化物绝缘层的材质则可以为氧化钼、氧化镍、氧化钨或五氧化二钒等功函较高的材料。这样，由于铜、铝、锌或银以及氧化钼、氧化镍、氧化钨和五氧化二钒均较为便宜，能够降低薄膜晶体管的制作成本。
在具体实施时，这里的有机半导体层4的材质可以为并五苯(pentacene)、6，13-双(三异丙硅基乙炔基)并五苯(Tips-pentacene)、富勒烯衍生物比如[6，6]v-苯基C61-丁酸甲酯([6，6]v-phenyl C61-butyric acid methyl ester，PCBM)、聚3-己基噻吩(P3HT)、聚噻吩类衍生物比如聚(2，5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)噻吩并[3，2-B]噻吩)(poly(2，5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3，2-b]thiophene，pBTTT)和小分子噻吩衍生物比如2，7-烷基[1]苯噻吩[3，2-b][1]苯并噻吩(2，7-alkyl[1]benzothieno[3，2-b][1]benzothiophene，C8BTBT)中的一种。
假设源漏电极的材质为Ag，而有机半导体层4的材质为pentacene，金属氧化物绝缘层为氧化钼，则通过在Ag和Pentacene之间插入金属氧化物绝缘层，可以通过产生界面偶极势垒以提高金属的功函(～0.35eV)，从而减小空穴注入势垒、减小接触电阻。而对于铜金属来说，氧化钼修饰前其功函为4.65，氧化钼修饰后功函为5.3，功函的提升较为明显。
对上述的薄膜晶体管的制作方法可以包括：
步骤S1，在基底1上形成源漏电极材料层(比如，可以在基底1上沉积一层Cu金属，厚度优选为50nm以下)，并对沉积的源漏电极材料进行图案化处理得到源极2a和漏极2b；经步骤S1之后得到的结构可以参考图2， 包括基底1以及形成在基底1上表面上的源极2a和漏极2b；
沉积源漏电极材料以及对源漏电极材料进行图案化工艺得到源极2a和漏极2b的过程可以参考现有技术，在此不再详细说明。
步骤S2，在步骤S1得到的结构之上形成金属氧化物绝缘层3。具体来说可以通过真空热蒸镀发工艺沉积相应的材料比如氧化钼作为金属氧化物绝缘层3，所形成的金属氧化物绝缘层3厚度可以为0.1～10nm，优选在1-3nm之间。这个过程无需对金属氧化物绝缘层3进行图案化工艺，形成的金属氧化物绝缘层3覆盖在整个基底1的上方。经步骤S2之后得到的结构可以参考图3，与图2不同的是，还包括形成在源极2a和漏极2b以及基底1上的金属氧化物绝缘层3。
沉积金属氧化物绝缘层3的步骤同样可以参考现有技术本发明中不再详细说明。
步骤S3，在步骤S2的得到的结构之上形成有机半导体层4，厚度可以为50-100nm，优选为60-80nm。有机半导体层4可以通过沉积/旋涂/打印工艺形成在步骤S2的得到的结构之上。经步骤S3之后得到的结构可以参考图4，与图3不同的是，还包括形成在金属氧化物绝缘层3之上的有机半导体层4。
步骤S4，在步骤S3的得到的结构之上形成栅绝缘层5，厚度可以100-1000nm。栅绝缘层5同样也可以通过沉积/旋涂/打印工艺形成在步骤S3的得到的结构之上。经步骤S4之后得到的结构可以参考图5，与图4不同的是，还包括形成在有机半导体层4之上的栅绝缘层5。
步骤S5，在步骤S4得到的结构之上形成栅金属层，并对该栅金属层进行刻蚀形成栅极6。所沉积的栅金属可以为Cu，厚度可以在50nm以下。经步骤S5之后得到的结构可以参考图1，与图5不同的是，还包括形成栅绝缘层5之上的栅极6。
至此，完成了实施例一中的有机薄膜晶体管的制作过程。
实施例二
如图6所示，为本发明实施例二提供的薄膜晶体管的结构示意图，与图1中的结构不同的是，本发明实施例二提供的薄膜晶体管中还包括形成在源极2a以及漏极2b与金属氧化物绝缘层3之间的过渡金属层7，过渡金属层7也可以包括与源极2a和漏极2b形状一致的两个部分，该过渡金属层7功 函高于源极2a和漏极2b的功函。
具体来说，这里的过渡金属层7的材质可以为金或者铂。进一步的，这里的过渡金属层7的厚度可以为源极2a和漏极2b厚度的1∶2～1∶10，优选为1∶4～1∶6。这样由于过渡金属层7的厚度较小，能够减少制作该过渡金属层7的所使用的贵重金属，从而降低成本。
不难理解的是，在具体实施时，上述的过渡金属层7也可以整个的覆盖在源极2a和漏极2b，即在源极2a和漏极2b的各个侧面上也形成有过渡金属层7，这样能够仅一步减小接触电阻。
本发明实施例二提供的薄膜晶体管的制作方法可以参考实施例一提供的薄膜晶体管的制作方法，不同的是，在上述的步骤S1中，在对源漏电极材料层图案化形成源极2a和漏极2b之前，还沉积厚度为源漏电极材料层1∶4～1∶6的过渡金属材料层，比如如果沉积40nm的Cu作为源漏电极材料层，则可以沉积10nm的过渡金属材料层，后续经过图案化工艺同时形成源极2a和漏极2b以及位于源极2a和漏极2b之上的过渡金属层7。
根据实验测试，当在有机半导体层和源漏电极层之间存在功函高于所述源漏电极层的功函的金属氧化物绝缘层时，能够显著减小源漏电极层与半导体层之间的接触电阻，从而提高薄膜晶体管的电学性能。
第三方面，本发明还提供了一种阵列基板，该阵列基板包括上述薄膜晶体管。
第四方面，本发明还提供了一种显示装置，该显示装置包括上述任一项所述的阵列基板。具体的，该显示装置可以为手机、电脑、电视机、平板电脑等任何具有显示功能的装置。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但是，本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

  1. 一种薄膜晶体管，包括：有机半导体层和源漏电极层，其特征在于，还包括金属氧化物绝缘层，所述金属氧化物绝缘层设置在所述有机半导体层和所述源漏电极层之间，且所述金属氧化物绝缘层的功函高于所述源漏电极层的功函。
  2. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述金属氧化物绝缘层的厚度在0.1nm-10nm之间。
  3. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源漏电极层的材质为铜、铝、锌或银，所述金属氧化物绝缘层的材质为氧化钼、氧化镍、氧化钨或五氧化二钒。
  4. 如权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有机半导体层的材质为并五苯、6，13-双(三异丙硅基乙炔基)并五苯、富勒烯衍生物、聚3-己基噻吩、聚噻吩类衍生物和小分子噻吩衍生物。
  5. 如权利要求1-4任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括：过渡金属层，所述过渡金属层设置在所述源漏电极层和所述金属氧化物绝缘层之间，并且所述过渡金属层的功函高于所述源漏电极层的功函。
  6. 如权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述过渡金属层的材质为金或铂。
  7. 如权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述过渡金属层的厚度为所述源漏电极层的厚度的1/2-1/10。
  8. 如权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述过渡金属层的厚度为所述源漏电极层的厚度的1/4。
  9. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管为顶栅型薄膜晶体管。
  10. 一种制作如权利要求1-9任一项所述的薄膜晶体管的制作方法，包括形成有机半导体层和源漏电极层的步骤，其特征在于，还包括：在所述有机半导体层和所述源漏电极层之间形成金属氧化物绝缘层，所述金属氧化物绝缘层的功函高于所述源漏电极层的功函。
  11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：在所述源漏电 极层和所述金属氧化物绝缘层之间形成过渡金属层，所述过渡金属层的功函高于所述源漏电极层的功函。
  12. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在所述源漏电极层和所述金属氧化物绝缘层之间形成过渡金属层包括：
    采用真空热蒸镀沉积工艺形成金属氧化物绝缘层；
    在所述金属氧化物绝缘层上形成过渡金属材料层；和
    对所述金属氧化物绝缘层和所述过渡金属材料层进行图案化工艺，以同时形成源极和漏极以及位于源极和漏极之上的过渡金属层。
  13. 一种阵列基板，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的薄膜晶体管。
  14. 一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求13所述的阵列基板。
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