TWI895755B

TWI895755B - 電子裝置

Info

Publication number: TWI895755B
Application number: TW112125359A
Authority: TW
Inventors: 鍾旺成
Original assignee: 群創光電股份有限公司
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2023-07-07
Publication date: 2025-09-01
Also published as: TW202418601A; CN117913096A

Abstract

本公開提供一種電子裝置，包含：一基板；以及一電晶體，設置於該基板上，該電晶體包含：一閘極；一半導體層，與該閘極至少部分重疊，該半導體層包含一第一子半導體層和一第二子半導體層，該第二子半導體層設置於該第一子半導體層上，且該第二子半導體層包含銦、鎵和鋅；一汲極，與該半導體層電性連接；以及一源極，與該半導體層電性連接；其中，於該第二子半導體層中，銦的原子百分比小於鎵的原子百分比，且鎵的原子百分比小於鋅的原子百分比。

Description

電子裝置

本公開係關於一種電子裝置，尤指一種需要高電壓操作的電子裝置。

現今薄膜電晶體(Thin-Film Transistor,TFT)已應用於各種電子裝置，例如顯示器、手機、筆記型電腦、攝影機、照相機、音樂播放機、行動導航裝置、電視、拼接電視牆或電子紙等。然而，一般電子裝置中的薄膜電晶體多適用於低電壓操作無法承受高電壓，當使用高電壓操作時，容易導致薄膜電晶體被燒壞，從而損壞電子裝置。

因此，目前亟需提供一種可應用於高電壓操作的電子裝置。

本公開另提供一種電子裝置，包含：一基板；以及一電晶體，設置於該基板上，該電晶體包含：一閘極；一半導體層，與該閘極至少部分重疊，該半導體層包含一第一子半導體層和一第二子半導體層，該第二子半導體層設置於該第一子半導體層上，且該第二子半導體層包含銦、鎵和鋅；一汲極，與該半導體層電性連接；以及一源極，與該半導體層電性連接；其中，該汲極的厚度小於該半導體層的厚度，且該源極的厚度小於該半導體層的厚度。

1:基板

2:電晶體

21:閘極

22:閘極絕緣層

23:半導體層

231:第一子半導體層

231a:下表面

232:第二子半導體層

232a:上表面

24:汲極

24a:上表面

24b:下表面

25:源極

25a:上表面

25b:下表面

3:絕緣層

31:第一絕緣層

32:第二絕緣層

33:第三絕緣層

4:金屬層

5:導體層

COM1:電極

COM2:另一電極

Cw:工作電容

Cst:儲存電容

DL:資料線

P:像素單元

SL:掃描線

V:通孔

V1:第一通孔

V2:第二通孔

V3:第三通孔

TFT:電晶體

T1、T2、T3:厚度

Z:法線方向

圖1為本公開之一實施例之電子裝置之剖面示意圖。

圖2為本公開之一實施例與比較例之電子裝置之閘極電壓對汲極電流之關係圖。

圖3為本公開之一實施例之電子裝置在不同電壓下之閘極電壓對汲極電流之關係圖。

圖4為本公開之一實施例之電子裝置之像素之等效電路圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本公開之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本公開之其他優點與功效。本公開亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

應注意的是，在本文中，除了特別指明者之外，具備“一”元件不限於具備單一的該元件，而可具備一或更多的該元件。再者，說明書與申請專利範圍中所使用的序數例如“第一”及“第二”等之用詞，以修飾申請專利範圍之元件，其本身並不意含或代表該請求元件有任何之前的序數，也不代表某一請求元件與另一請求元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一請求元件得以和另一具有相同命名的請求元件能作出清楚區分。

本公開通篇說明書與後附的申請專利範圍中會使用某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應理解，電子設備製造商可能會以不同的名稱來指稱相同的元件。本文並不意在區分那些功能相同但名稱不同的元件。在下文說明書與申請專利範圍中，“包含”、“含有”、“具有”等詞為開放式詞語，因此其應被解釋為“含有但不限定為...”之意。因此，當本公開的描述中使用術語“包含”、“含有”及/或“具有”時，其指定了相應的特徵、區域、步驟、操作及/或構件的存在，但不排除一個或多個相應的特徵、區域、步驟、操作及/或構件的存在。

於文中，“約”、“大約”、“實質上”、“大致上”的用語通常表示在一給定值或範圍的10%內、5%內、3%之內、2%之內、1%之內或0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明“約”、“大約”、“實質上”、“大致上”的情況下，仍可隱含“約”、“大約”、“實質上”、“大致上”的含義。此外，用語“範圍為第一數值至第二數值”、“範圍介於第一數值至第二數值之間”表示所述範圍包含第一數值、第二數值以及它們之間的其它數值。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包含技術及科學用語)具有與此篇公開所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本公開的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

此外，實施例中可能使用相對性的用語，例如“下方”或“底部”及“上方”或“頂部”，以描述圖式的一個元件對於另一元件的相對關係。能理解的是，如果將圖式的裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在“下方”側的元件將會成為在“上方”側的元件。當相應的構件(例如膜層或區域)被稱為“在另一個構件上”時，它可以直接在另一個構件上，或者兩者之間可存在有其他構件。另一方面，當構件被稱為“直接在另一個構件上”時，則兩者之間不存在任何構件。另外，當一構件被稱為“在另一個構件上”時，兩者在俯視方向上有上下關係，而此構件可在另一個構件的上方或下方，而此上下關係取決於裝置的取向(orientation)。

在本公開中，距離和厚度的量測方式可以是採用光學顯微鏡量測而得，距離和厚度可以由電子顯微鏡中的剖面影像量測而得，但本公開不限於此。另外，任兩個用來比較的數值或方向，可存在著一定的誤差。若第一值等於第二值，其隱含著第一值與第二值之間可存在著約10%的誤差；若第一方向垂直於第二方向，則第一方向與第二方向之間的角度可介於80度至100度之間；若第一方向平行於第二方向，則第一方向與第二方向之間的角度可介於0度至10度之間。

電子裝置可包括顯示裝置、背光裝置、天線裝置、感測裝置或拼接裝置，但不以此為限。電子裝置可為可彎折或可撓式電子裝置。顯示裝置可為非自發光型顯示裝置或自發光型顯示裝置。天線裝置可為液晶型態的天線裝置或非液晶型態的天線裝置，感測裝置可為感測電容、光線、熱能或超聲波的感測裝置，但不以此為限。拼接裝置可例如是顯示器拼接裝置或天線拼接裝置，但不以此為限。需注意的是，電子裝置可為前述之任意排列組合，但不以此為限。

須說明的是，下文中不同實施例所提供的技術方案可相互替換、組合或混合使用，以在未違反本公開精神的情況下構成另一實施例。

圖1為本公開之一實施例之電子裝置之剖面示意圖。

於本公開之一實施例中，如圖1所示，電子裝置可包含：一基板1；以及一電晶體2，設置於基板1上。電晶體2可包含：一閘極21；一半導體層23，與閘極21至少部分重疊，半導體層23包含一第一子半導體層231和一第二子半導體層232，第二子半導體層232設置於第一子半導體層231上，且第二子半導體層232包含銦、鎵和鋅；一汲極24，與半導體層23電性連接；以及一源極25，與半導體層23電性連接。本公開之電子裝置可透過將半導體層23設計成多層，以提高電晶體2的耐高壓性，使電子裝置可應用於高電壓操作，降低電子裝置被燒壞的風險。

於本公開中，基板1可為硬性基板或軟性基板。基板1的材料可包含石英、玻璃、晶圓、藍寶石、樹脂、環氧樹脂、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚醯亞胺(polyimide,PI)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、其他塑膠材料或其組合，但本公開不限於此。於本公開中，閘極21、汲極24和源極25的材料可為相同或不相同，其中，閘極21、汲極24和源極25的材料可各自包含金、銀、銅、鈀、鉑(Pt)、釕(Ru)、鋁、鈷、鎳、鈦、鉬(Mo)、錳、鋅、其合金或其組合，但本公開不限於此。

於本公開之一實施例中，第一子半導體層231可包含銦、鎵、鋅和氧，其中，於第一子半導體層231中，銦、鎵、鋅和氧的原子比為1：1：1：4。如此一來，銦的原子百分比為14%，鎵的原子百分比為14%，鋅的原子百分比為14%，氧的原子百分比為58%。若將氧忽略不計，則銦的原子百分比為33%，鎵的原子百分比為33%，鋅的原子百分比為33%。於本公開之一實施例中，第一子半導體層231的材料為氧化銦鎵鋅(IGZO)。於本公開中，第一子半導體層231的厚度可介於800Å至2000Å之間，例如介於800Å至1800Å之間、800Å至1500Å之間、800Å至1200Å之間、1000Å至2000Å之間、1000Å至1500Å之間或1000Å至1200Å之間，但本公開不限於此。透過將第一子半導體層231的厚度設計在特定範圍，可提高電晶體2的耐高壓程度，降低電子元件燒壞的風險。

於本公開中，於第二子半導體層232中，銦、鎵和鋅的原子比可為1：3：2-8，例如可為1：3：6-8，但本公開不限於此。於本公開之一實施例中，於第二子半導體層232中，銦、鎵和鋅的原子比可為1：3：2。於本公開之一實施例中，於第二子半導體層232中，若將氧忽略不計，銦、鎵和鋅的原子比可為1：3：6，如此一來，銦的原子百分比可小於鎵的原子百分比，且鎵的原子百分比可小於鋅的原子百分比，例如銦的原子百分比為10%，鎵的原子百分比為30%，鋅的原子百分比為60%，但本公開不限於此。透過第二子半導體層232的銦、鎵和鋅的原子比設計，可提高電晶體2的耐高壓程度，降低電子元件燒壞的風險。於本公開之一實施例中，第二子半導體層232的材料為氧化銦鎵鋅(IGZO)。於本公開中，第二子半導體層232的厚度可介於800Å至2000Å之間，例如介於800Å至1800Å之間、800Å至1500Å之間、800Å至1200Å之間、1000Å至2000Å之間、1000Å至1500Å之間或1000Å至1200Å之間，但本公開不限於此。透過將第二子半導體層232的厚度設計在特定範圍，可提高電晶體2的耐高壓程度，降低電子元件燒壞的風險。於本公開中，若將氧忽略不計，第二子半導體層232中的銦的原子百分比(10%)可小於第一子半導體層231中的銦的原子百分比(33%)。

於本公開中，半導體層23與閘極21至少部分重疊是指在基板1的法線方向Z上，半導體層23於基板1上的投影與閘極21於基板1上的投影至少部分重疊。於本公開之一實施例中，於基板1的法線方向Z上，半導體層23於基板1上的投影面積小於閘極21於基板1上的投影面積。

於本公開中，如圖1所示，電晶體2可更包含：一閘極絕緣層22，設置於閘極21上。於本公開中，閘極絕緣層22可材料可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、碳氮化矽或其組合，但本公開不限於此。

於本公開中，如圖1所示，電子裝置可更包含：一絕緣層3，設置於電晶體2上；以及一金屬層4，設置於絕緣層3上。其中，金屬層4可穿過絕緣層3與汲極24電性連接，更具體地，金屬層4可通過絕緣層3的通孔V與汲極24電性連接。於本公開之一實施例中，絕緣層3可為多層設計，例如圖1所示，絕緣層3可更包含：一第一絕緣層31；一第二絕緣層32，設置於第一絕緣層31上；以及一第三絕緣層33，設置於第二絕緣層32上。金屬層4可通過第一絕緣層31的第一通孔V1、第二絕緣層32的第二通孔V2以及第三絕緣層33的第三通孔V3與汲極 24電性連接。於本公開中，如圖1所示，電子裝置可更包含一導體層5，設置於金屬層4上，導體層5可透過金屬層4與汲極24電性連接。

於本公開中，絕緣層3可為有機材料、無機材料或其組合。合適的無機材料例如可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、碳氮化矽、或其組合，但本公開不限於此。合適的有機材料例如可包含聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚醯亞胺(polyimide,PI)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚苯並噁唑(polybenzoxazole,PBO)、苯並環丁烯(Benzocyclobutene,ECB)、過氟烷基化物(polyfluoroalkoxy,PFA)、環氧樹脂、光阻、聚合物、或其組合，但本公開不限於此。於本公開之一實施例中，第一絕緣層31、第二絕緣層32和第三絕緣層33的材料可各自相同或不相同，例如第一絕緣層31和第三絕緣層33的材料可為無機材料，且第二絕緣層32的材料可為有機材料，但本公開不限於此。

於本公開中，金屬層4的材料可包含金、銀、銅、鈀、鉑(Pt)、釕(Ru)、鋁、鈷、鎳、鈦、鉬(Mo)、錳、鋅、其合金或其組合，但本公開不限於此。於本公開中，導體層5的材料可為透明導電材料，例如可包含氧化銦鋅(IZO)、氧化銦錫(ITO)、氧化銦錫鋅(ITZO)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化鋁鋅(AZO)、或其組合，但本公開不限於此。

於本公開之一實施例中，汲極24的厚度T1小於半導體層23的厚度T3，且源極25的厚度T2小於半導體層23的厚度T3。更具體地，如圖1所示，於基板1的法線方向Z上，汲極24具有一厚度T1，源極25具有一厚度T2，半導體層23具有一厚度T3，其中，厚度T1小於厚度T3(T1<T3)，且厚度T2小於厚度T3(T2<T3)。於本公開之一實施例中，汲極24的厚度T1是指在基板1的法線方向Z上，汲極24的上表面24a至下表面24b之間的距離(例如可為最大距離)，源極25的厚度T2是指在基板1的法線方向Z上，源極25的上表面25a至下表面25b之間的距離(例如可為最大距離)，半導體層23的厚度T3是指在基板1的法線方向Z上，第一子半導體層231與第二子半導體層232的總厚度，更具體地，半導體層23的厚度T3為第二子半導體層232的上表面232a至第一子半導體層231的下表面231a之間的距離(例如可為最大距離)。需知悉的是，任何一層別的厚度量測位置，應該盡量避開層別的末端區域或是與其他層別的重疊區域，因為該些區域的厚度通常都非均勻。

於本公開中，可分別使用合適的方法來製備閘極21、閘極絕緣層22、半導體層23、汲極24、源極25、絕緣層3、金屬層4和導體層5。所述合適的方法包含電鍍、化學鍍(chemical plating)、化學氣相沉積、濺鍍、塗佈法、黃光製程或前述之組合，但本公開不限於此。其中，所述塗佈法例如可為浸塗法、旋塗法、滾筒塗佈法、刮刀塗佈法、噴塗法、或前述之組合，但本公開不限於此。

於本公開中，雖然圖未示出，電子裝置可更包含對側基板、彩色濾光層、覆蓋基板、觸控層、顯示介質層、偏光片、共電極、其他適合的電子元件、其他適合的元件或其組合。電子元件可包括被動元件與主動元件，例如電容、電阻、電感、二極體、電晶體等。二極體可包括發光二極體或光電二極體。發光二極體可例如包括有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)、次毫米發光二極體(mini LED)、微發光二極體(micro LED)或量子點發光二極體(quantum dot LED)，但本公開不限於此。本公開之電子裝置為可應用於高電壓操作的電子裝置，所述電子裝置例如可為背光裝置、拼接裝置、天線裝置、感測裝置、液晶顯示器、有機發光二極體顯示器、次毫米發光二極體顯示器、微發光二極體顯示器、膽固醇液晶顯示器、或電泳顯示器，但本公開不限於此。

使用如圖1所示之電子裝置作為本實驗之實施例，其中，第一子半導體層231為IGZO，銦、鎵和鋅的原子比為1：1：1；第二子半導體層232為IGZO，銦、鎵和鋅的原子比可為1：3：6。此外，第一子半導體層231和第二子半導體層232的厚度分別為1000Å。依照與上述相似的設計製備本實驗之比較例的電子裝置，其中，比較例的半導體層23為單層設計，其他元件則與實施例相同，換句話說，在比較例的電子裝置中，半導體層23僅包含第一子半導體層231而不包含第二子半導體層232，其中，第一子半導體層231為IGZO，銦、鎵和鋅的原子比為1：1：1，第一子半導體層231的厚度為1000Å。

在環境溫度為25℃下，將實施例和比較例的電子裝置分別施加56V的電壓，以觀察各電子裝置之閘極21電壓對汲極24電流之關係，結果如圖2所示。由圖2可發現，當電子裝置的半導體層23為單層設計(即比較例)時，電晶體容2易因為高壓而導致燒毀，影響電子裝置的可靠性。反觀，當電子裝置的半導體層23為雙層設計(即實施例)時，電晶體2能夠承受高電壓，從而可改善電子裝置的可靠性問題。

使用如圖1所示之電子裝置作為本實驗之電子裝置，其中，第一子半導體層231為IGZO，銦、鎵和鋅的原子比為1：1：1；第二子半導體層232為 IGZO，銦、鎵和鋅的原子比可為1：3：6。此外，第一子半導體層231和第二子半導體層232的厚度分別為1000Å。

在環境溫度為25。℃下，將電子裝置分別施加不同電壓(例如0.1V、28V和56V)，以觀察電子裝置在不同電壓下之閘極21電壓對汲極24電流之關係，結果如圖3所示。由圖3可發現，當電子裝置的半導體層23為雙層設計時，對電晶體2施加0.1V至56V的電壓，電子裝置皆可正常運作，沒有觀察到電晶體2被燒毀等劣化情形產生。

圖4為本公開之一實施例之電子裝置之像素之等效電路圖。

於本公開之一實施例中，電子裝置可包含複數像素單元P，設置於基板1(如圖1所示)上，這些像素單元P之一可以設計為例如圖4所示之等效電路圖。如圖4所示，像素單元P可包含：一電晶體TFT；一工作電容Cw；以及一儲存電容Cst，其中，電晶體TFT的結構可如圖1的電晶體2所示，電晶體TFT分別與工作電容Cw和儲存電容Cst電性連接，工作電容Cw的第一端與儲存電容Cst的第一端電性連接，工作電容Cw的第二端與一電極COM1電性連接，且儲存電容Cst的第二端與另一電極COM2電性連接。於本公開之一實施例中，電極COM1與另一電極COM2可接收相同的共同電壓，亦可接收不同的電壓。

於本公開之一實施例中，電子裝置可包含複數條掃描線SL和複數條資料線DL設置於基板(如圖1所示)上，其中，複數條掃描線SL與複數條資料線DL彼此正交設置，並形成一像素單元P，如圖4所示，掃描線訊號和資料線訊號可分別透過掃描線SL和資料線DL傳輸至電晶體TFT，從而驅動像素單元P顯示圖像。更詳細地，掃描線SL與電晶體TFT的閘極電性連接，以將掃描線訊號傳輸至電晶體TFT，資料線DL與電晶體TFT的源極電性連接，以將資料線訊號傳輸至電晶體TFT。在此，本實施例是將電子裝置例示為一顯示裝置，但本公開不限於此，本公開之電子裝置可承受高電壓操作，但不限於顯示裝置。

以上的具體實施例應被解釋為僅僅是說明性的，而不以任何方式限制本公開的其餘部分，且不同實施例間的特徵，只要不互相衝突均可混合搭配使用。

1:基板2:電晶體21:閘極22:閘極絕緣層23:半導體層231:第一子半導體層231a:下表面232:第二子半導體層232a:上表面24:汲極24a:上表面24b:下表面25:源極25a:上表面25b:下表面3:絕緣層31:第一絕緣層32:第二絕緣層33:第三絕緣層4:金屬層5:導體層V:通孔V1:第一通孔V2:第二通孔V3:第三通孔T1、T2、T3:厚度Z:法線方向

Claims

一種電子裝置，包含：一基板；以及一電晶體，設置於該基板上，該電晶體包含：一閘極；一半導體層，與該閘極至少部分重疊，該半導體層包含一第一子半導體層和一第二子半導體層，該第二子半導體層設置於該第一子半導體層上，且該第二子半導體層包含銦、鎵和鋅；一汲極，與該半導體層電性連接；以及一源極，與該半導體層電性連接；其中，於該第二子半導體層中，銦的原子百分比小於鎵的原子百分比，且鎵的原子百分比小於鋅的原子百分比。
如請求項1所述之電子裝置，其中，該第二子半導體層的厚度介於800Å至2000Å之間。
如請求項1所述之電子裝置，其中，於該第二子半導體層中，銦、鎵和鋅的原子比為1:3:6-8。
如請求項1所述之電子裝置，其中，該第一子半導體層包含銦，其中，該第二子半導體層中的銦的原子百分比小於該第一子半導體層中的銦的原子百分比。
如請求項1所述之電子裝置，其中，該第一子半導體層包含銦、鎵和鋅，其中，於該第一子半導體層中，銦、鎵和鋅的原子比為1:1:1。
如請求項1所述之電子裝置，其中，該第一子半導體層的厚度介於800Å至2000Å之間。
如請求項1所述之電子裝置，更包含：一絕緣層，設置於該電晶體上；以及一金屬層，設置於該絕緣層上，其中，該金屬層穿過該絕緣層與該汲極電性連接。
一種電子裝置，包含：一基板；以及一電晶體，設置於該基板上，該電晶體包含：一閘極；一半導體層，與該閘極至少部分重疊，該半導體層包含一第一子半導體層和一第二子半導體層，該第二子半導體層設置於該第一子半導體層上，且該第二子半導體層包含銦、鎵和鋅；一汲極，與該半導體層電性連接；以及一源極，與該半導體層電性連接；其中，該汲極的厚度小於該半導體層的厚度，且該源極的厚度小於該半導體層的厚度。
如請求項8所述之電子裝置，其中，該第二子半導體層的厚度介於800Å至2000Å之間。
如請求項8所述之電子裝置，其中，於該第二子半導體層中，銦、鎵和鋅的原子比為1:3:6-8。
如請求項8所述之電子裝置，其中，該第一子半導體層包含銦，其中，該第二子半導體層中的銦的原子百分比小於該第一子半導體層中的銦的原子百分比。
如請求項8所述之電子裝置，其中，該第一子半導體層包含銦、鎵和鋅，其中，於該第一子半導體層中，銦、鎵和鋅的原子比為1:1:1。
如請求項8所述之電子裝置，其中，該第一子半導體層的厚度介於800Å至2000Å之間。
如請求項8所述之電子裝置，更包含：一絕緣層，設置於該電晶體上；以及一金屬層，設置於該絕緣層上，其中，該金屬層穿過該絕緣層與該汲極電性連接。