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TWI458150B - 薄膜電晶體 - Google Patents

薄膜電晶體 Download PDF

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TWI458150B
TWI458150B TW101101061A TW101101061A TWI458150B TW I458150 B TWI458150 B TW I458150B TW 101101061 A TW101101061 A TW 101101061A TW 101101061 A TW101101061 A TW 101101061A TW I458150 B TWI458150 B TW I458150B
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Ted Hong Shinn
Henry Wang
Chia Chun Yeh
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Description

薄膜電晶體
本發明是有關於一種半導體結構，且特別是有關於一種薄膜電晶體。
隨著製程技術的進步，各類型的顯示器應用不斷推陳出新。因應顯示器應用的輕、薄、短、小以及可攜式等需求，下一世代的顯示器應用朝向可捲曲與易攜帶的趨勢發展。目前較為常見者，如可撓式顯示器(flexible display)以及電子紙(electronic paper)等，其發展已受到業界的重視並投入研究。特別是，在顯示器中被大量使用到的薄膜電晶體，其結構設計或是材料的選擇更是會直接影響到產品的性能。
一般來說，薄膜電晶體至少具有閘極、源極、汲極以及通道層等構件，其中可透過控制閘極的電壓來改變通道層的導電性，以使源極與汲極之間形成導通(開)或絕緣(關)的狀態。而在習知的薄膜電晶體中，所使用的通道層材質大多為非晶矽(amorphous silicon,a-Si)或多晶矽(poly-silicon,p-Si)。
然而，不論是以非晶矽或是以多晶矽作為通道層的材料，其製作的薄膜電晶體均需要較高的製程溫度。因此，當非晶矽薄膜電晶體應用於可撓式顯示器應用時，可撓式顯示器所使用的可撓式基板，如塑膠基板，將會受到高溫影響而產生劣化或變形。換言之，習知的薄膜電晶體並不適於使用在可撓式的顯示器應用上。
有鑑於此，本發明提供一種薄膜電晶體，其無須以高溫製成，因而具有廣泛地應用性。
本發明提出一種薄膜電晶體，適於配置在基板上，且此薄膜電晶體包括閘極、有機閘絕緣層、金屬氧化物半導體層、源極與汲極。閘極配置於基板上。有機閘絕緣層配置於基板上以覆蓋閘極。源極、汲極與金屬氧化物半導體層配置於有機閘絕緣層上方。金屬氧化物半導體層接觸源極與汲極。
本發明還提出一種薄膜電晶體，適於配置在基板上，且此薄膜電晶體包括源極與汲極、金屬氧化物半導體層、有機閘絕緣層及閘極。源極、汲極與金屬氧化物半導體層均配置於基板上，且金屬氧化物半導體層覆蓋源極與汲極上。有機閘絕緣層配置於金屬氧化物半導體層上並覆蓋源極與汲極，閘極則是配置於有機閘絕緣層上。
在本發明之一實施例中，上述之金屬氧化物半導體層的材質包括氧化銦鎵鋅(InGaZnO)或氧化銦鋅(InZnO)其中之一或其結合。
在本發明之一實施例中，上述之有機閘絕緣層的材質包括可撓式有機材料，例如有機聚合物。
在本發明之一實施例中，上述之薄膜電晶體更包括阻隔層，配置於金屬氧化物半導體層與有機閘絕緣層之間。
在本發明之一實施例中，上述之阻隔層的材質包括氧化矽。
本發明實施例之薄膜電晶體是以金屬氧化物半導體層做為通道層，並以有機材料製成閘絕緣層，因此不但可具有高載子遷移率，更可具有可撓性，進而使其應用性更為廣泛。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之薄膜電晶體示意圖。請參照圖1，本實施例之薄膜電晶體100適於配置在基板101上，此薄膜電晶體100包括閘極110、有機閘絕緣層120、金屬氧化物半導體層140、源極132與汲極134。在本發明之一實施例中，基板101可以是硬質基板(rigid substrate)，如玻璃基板，或是可撓式基板(flexible substrate)，如塑膠基板等。
值得一提的是，若基板101為可撓式基板，則在薄膜電晶體100的製程中，可先將基板101配置於硬質載板(圖未示)上，後續在基板101上形成薄膜電晶體100之後，再將硬質載板與基板101分離。
請繼續參照圖1，閘極110配置於基板101上，而有機閘絕緣層120配置於基板101上以覆蓋閘極110，源極132、汲極134與金屬氧化物半導體層140則配置於有機閘絕緣層120上方，且金屬氧化物半導體層140接觸源極132與汲極134，其中金屬氧化物半導體層140之材料選自於由氧化銦鎵鋅(InGaZnO)及氧化銦鋅(InZnO)所組成之族群。在本實施例中，源極132與汲極134先分別配置於有機閘絕緣層120上，接著，金屬氧化物半導體層140再配置於有機閘絕緣層120上並覆蓋源極132與汲極134(如第1圖所示)。在其他實施例中，亦可先將金屬氧化物半導體層140再配置於有機閘絕緣層120上，接著，源極132與汲極134再配置於有機閘絕緣層120上並覆蓋部分的金屬氧化物半導體層140(圖未示)，但本案皆不以此為限。此外，在本實施例中，薄膜電晶體100還具有配置於基板101上的保護層150，以覆蓋金屬氧化物半導體層140、源極132與汲極134。
詳言之，閘極110之材質例如為鉬。有機閘絕緣層120及保護層150的材質例如為可撓式有機材料，如有機聚合物，具體而言，如樹脂等高分子聚合物。源極132與汲極134之材質例如是鈦/鋁/鈦複合金屬層。
特別的是，本發明在其他實施例中，如圖2所示，薄膜電晶體200還可以包括配置在有機閘絕緣層120與金屬氧化物半導體層140之間的阻隔層160，其材質例如是氧化矽，用以阻隔有機閘絕緣層120與金屬氧化物半導體層140，避免有機閘絕緣層120對金屬氧化物半導體層140的電性表現造成不良的影響。
此外，圖1所示之源極132與汲極134是配置於有機閘絕緣層120的部分區域上，而金屬氧化物半導體層140配置於源極132、汲極134以及部分未被源極132與汲極134覆蓋之有機閘絕緣層120上。然而，本發明並不限制薄膜電晶體100為圖1所示的膜層結構，在部分實施例中，薄膜電晶體100也可是如圖3所示的膜層結構，即有機閘絕緣層120僅包覆閘極110，以使部分源極132、汲極134與金屬氧化物半導體層140位於有機閘絕緣層120上。
相較於習知的薄膜電晶體，利用金屬氧化物半導體層140做為通道層可使薄膜電晶體100及200具有較高的載子遷移率。因此，薄膜電晶體100及200亦可應用在有機發光二極體的背板，或是其他的應用上。而且，由於薄膜電晶體100可於低溫環境下形成，因此當薄膜電晶體100及200的基板101為可撓式基板，如塑膠基板時，基板101便不會發生在高溫下產生劣化或變形的情況。也就是說，薄膜電晶體100及200可使用在可撓式顯示應用上，如電子紙或可撓式顯示器等。
上述的薄膜電晶體100及200為底閘極(bottom gate)式的薄膜電晶體，然，本發明非限於此，以下將以其他實施例對此加以說明。
圖4為本發明另一實施例之薄膜電晶體示意圖。請參照圖4，薄膜電晶體400適於配置於基板401上，此薄膜電晶體400包括源極412與汲極414、金屬氧化物半導體層420、有機閘絕緣層430以及閘極440。基板401可以是硬質基板，如玻璃基板，或是可撓式基板，如塑膠基板等。
如同前述實施例之說明，若基板401為可撓式基板，則在薄膜電晶體400的製程中，可先將基板401配置於硬質載板(圖未示)上，後續在基板401上形成薄膜電晶體400之後，再將硬質載板與基板401分離。
請繼續參照圖4，源極412與汲極414配置於基板401上。金屬氧化物半導體層420配置於基板401上方以覆蓋源極412與汲極414，其中金屬氧化物半導體層420之材料選自於由氧化銦鎵鋅(InGaZnO)及氧化銦鋅(InZnO)所組成之族群。有機閘絕緣層430配置於金屬氧化物半導體層420上並覆蓋源極412與汲極414。閘極440配置於有機閘絕緣層430上。此外，在本實施例中，薄膜電晶體400還具有配置於有機閘絕緣層430上的保護層450，以覆蓋閘極440。簡言之，薄膜電晶體400是一種頂閘極(top gate)式的薄膜電晶體。
閘極440之材質例如為鉬。有機閘絕緣層430及保護層450的材質例如為可撓式有機材料，如有機聚合物，具體而言，如樹脂等高分子聚合物。源極412與汲極414之材質例如是鈦/鋁/鈦複合金屬層。
為避免有機閘絕緣層430對金屬氧化物半導體層420的電性表現造成不良的影響，本發明在另一實施例中，如圖5所示，薄膜電晶體500還包括有阻隔層460，配置於有機閘絕緣層430與金屬氧化物半導體層420之間。
基於與薄膜電晶體100、200相同的理由，薄膜電晶體400、500與習知技術之薄膜電晶體相較之下亦可具有較高的載子遷移率。
綜上所述，本發明實施例之薄膜電晶體是以金屬氧化物半導體層做為通道層，因此不但可提高載子遷移率，更由於金屬氧化物半導體層無須以高溫製成，且其有機閘絕緣層可以具有可撓性的有機材料來製成，因而可應用於具有塑膠基板的可撓式顯示裝置中，進而提高薄膜電晶體的應用靈活度。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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，因此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、400、500‧‧‧薄膜電晶體
101、401‧‧‧基板
110、440‧‧‧閘極
120、430‧‧‧有機閘絕緣層
132、412‧‧‧源極
134、414‧‧‧汲極
140、420‧‧‧金屬氧化物半導體層
150、450‧‧‧保護層
160、460‧‧‧阻隔層
圖1為本發明一實施例之薄膜電晶體示意圖。
圖2為本發明另一實施例之薄膜電晶體示意圖。
圖3為本發明另一實施例之薄膜電晶體示意圖。
圖4為本發明另一實施例之薄膜電晶體示意圖。
圖5為本發明另一實施例之薄膜電晶體示意圖。
400．．．薄膜電晶體
401．．．基板
440．．．閘極
430．．．有機閘絕緣層
412．．．源極
414．．．汲極
420．．．金屬氧化物半導體層
450．．．保護層

Claims (10)

  1. 一種薄膜電晶體，適於配置於一基板上，該薄膜電晶體包括：一閘極，配置於該基板上；一有機閘絕緣層，配置於該基板上以覆蓋該閘極；一源極與一汲極，配置於該有機閘絕緣層上方；一金屬氧化物半導體層，配置於該有機閘絕緣層上方並接觸該源極與該汲極；以及一阻隔層，配置於該金屬氧化物半導體層與該有機閘絕緣層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該金屬氧化物半導體層的材質包括氧化銦鎵鋅(InGaZnO)或氧化銦鋅(InZnO)其中之一或其結合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該有機閘絕緣層的材質包括可撓式有機材料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該有機閘絕緣層的材質包括有機聚合物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該阻隔層的材質包括氧化矽。
  6. 一種薄膜電晶體，適於配置於一基板上，該薄膜電晶體 包括：一源極與一汲極，配置於該基板上；一金屬氧化物半導體層，配置於該基板上方並覆蓋該源極與該汲極；一有機閘絕緣層，配置於該金屬氧化物半導體層上；一閘極，配置於該有機閘絕緣層上；以及一阻隔層，配置於該金屬氧化物半導體層與該有機閘絕緣層之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體，其中該金屬氧化物半導體層的材質包括氧化銦鎵鋅(InGaZnO)或氧化銦鋅(InZnO)其中之一或其結合。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體，其中該有機閘絕緣層的材質包括可撓式有機材料。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體，其中該有機閘絕緣層的材質包括有機聚合物。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體，其中該阻隔層的材質包括氧化矽。
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