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1、(10)申请公布号 CN 102651400 A (43)申请公布日 2012.08.29 C N 1 0 2 6 5 1 4 0 0 A *CN102651400A* (21)申请号 201110298250.4 (22)申请日 2011.09.29 H01L 29/786(2006.01) H01L 29/15(2006.01) H01L 27/02(2006.01) (71)申请人京东方科技集团股份有限公司 地址 100015 北京市朝阳区酒仙桥路10号 (72)发明人戴天明 姚琪 张锋 (74)专利代理机构北京中博世达专利商标代理 有限公司 11274 代理人申健 (54) 发明名称 。
2、一种TFT阵列基板及显示装置 (57) 摘要 本发明实施例提供一种TFT阵列基板及显示 装置，涉及显示技术领域，用以提高薄膜晶体管的 开关特性。所述TFT阵列基板包括：数据线和栅 线，以及在所述数据线和栅线限定的像素单元中 形成的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、 栅绝缘层、有源层、欧姆接触层以及源极、漏极； 其特征在于，所述有源层为超晶格结构，该超晶格 结构包括预定数目的层叠的层组，所述层组包括 半导体单层和非半导体单层。本发明实施例适用 于阵列基板及显示装置的生产。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请。
3、 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种TFT阵列基板，包括：数据线和栅线，以及在所述数据线和栅线限定的像素单 元中形成的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层以及源 极、漏极；其特征在于，所述有源层为超晶格结构，该超晶格结构包括预定数目的层叠的层 组，所述层组包括半导体单层和非半导体单层。 2.根据权利要求1所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体单层与所述非半导体 单层的晶格常数匹配。 3.根据权利要求1所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述超晶格结构的最上层为半导 体单层，或者非半导体单层。 4.根据权利要求1所述的TFT。
4、阵列基板，其特征在于，所述预定数目至少为10。 5.根据权利要求1所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述预定数目的范围为1050。 6.根据权利要求15任一项权利要求所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体 单层的厚度与所述非半导体单层的厚度均小于等于10nm。 7.根据权利要求15任一项权利要求所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体 单层为第IV族半导体或第III-V族半导体或II-VI族半导体构成的半导体单层，所述非半 导体单层为氧或氮或氟或碳-氧构成的非半导体单层。 8.根据权利要求7所述的TFT阵列基板，其特征在于，所述半导体单层为非晶硅单层或 者IGZO单层，所述非半导体单。
5、层为氧化铝单层、氮化铝单层、氧化硅单层或者氮化硅单层。 9.一种显示装置，其特征在于，包括：权利要求18任一项权利要求所述的TFT阵列 基板。 权 利 要 求 书CN 102651400 A 1/4页 3 一种 TFT 阵列基板及显示装置 技术领域 0001 本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种TFT阵列基板及显示装置。 背景技术 0002 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示 器)和AMOLED(Active Matrix/Organic Light Emitting Diode，有源矩阵有机发光二极 体)。
6、显示器，都需要TFT阵列基板进行显示驱动。 0003 其中，TFT阵列基板包括：数据线、栅线，并且在数据线和栅线限定的像素单元中 形成有薄膜晶体管和像素电极；其中薄膜晶体管的源极与数据线相连，栅极与栅线相连，漏 极与像素电极相连。如图1所示，现有技术中TFT阵列基板10中的薄膜晶体管包括：栅极 11、栅绝缘层12、有源层13、欧姆接触层14以及源极15、漏极16。其中，该薄膜晶体管的漏 极通过钝化层17上的过孔与像素电极18相连。 0004 TFT阵列基板中的薄膜晶体管作为开关元件，载流子迁移率是薄膜晶体管特性 的重要技术指标之一，用以评判薄膜晶体管的性能。而薄膜晶体管的有源层13作为载 流子。
7、的通道，能够影响载流子的迁移率大小。但现有技术中，薄膜晶体管的有源层13由 a-Si(amorphous silicon，非晶硅)制成，由于a-Si的表面缺陷和非晶体排列使得a-Si具 有较低的载流子迁移率，目前a-Si的载流子迁移率一直在1cm 2 /Vs以下，造成TFT的导通 电流较低，这样就降低了薄膜晶体管的开关特性。 发明内容 0005 本发明的实施例提供一种TFT阵列基板及显示装置，用以提高薄膜晶体管的开关 特性。 0006 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案： 0007 一方面提供一种TFT阵列基板，包括：数据线和栅线，以及在所述数据线和栅线限 定的像素单元中形成的薄膜。
8、晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接 触层以及源极、漏极；所述有源层为超晶格结构，该超晶格结构包括预定数目的层叠的层 组，所述层组包括半导体单层和非半导体单层。 0008 另一方面提供一种显示装置，包括：上述TFT阵列基板。 0009 本发明实施例提供一种TFT阵列基板及显示装置，有源层为超晶格结构，该超晶 格结构包括预定数目的层叠的层组，所述层组包括半导体单层和非半导体单层，在这种结 构下，载流子于层间发生耦合，使得半导体单层内的载流子迁移率提高，TFT的导通电流得 以增加，从而提高了薄膜晶体管的开关特性。 附图说明 0010 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的。
9、技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 说 明 书CN 102651400 A 2/4页 4 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0011 图1为现有技术中TFT阵列基板的示意图； 0012 图2为本发明实施例提供的一种TFT阵列基板的示意图； 0013 图3为图2所示的TFT阵列基板上有源层的超晶格结构的放大截面图。 0014 附图标记： 0015 11-栅极；12-栅绝缘层；13-有源层；14-欧姆接触层；15-源极；16-漏极；17-钝 化层；。
10、18-像素电极。 具体实施方式 0016 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 整地描述，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 本发明中的实施例，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 实施例，都属于本发明保护的范围。 0017 如图2所示，本发明实施例提供一种TFT阵列基板20，包括：数据线和栅线，以 及在所述数据线和栅线限定的像素单元中形成的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极 11、栅绝缘层12、有源层13、欧姆接触层14以及源极15、漏极16；所述有源层13为超晶格 结构，该超晶格结构包括预定数目。
11、的层叠的层组，参考图3，所述层组包括半导体单层31和 非半导体单层32。 0018 该超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，参考图3可以更好地理解层组间的层 叠关系，其中，半导体单层31与非半导体单层32基本上相互平行。 0019 进一步的，所述预定数目至少为10。进一步的，所述预定数目的范围为1050。 所述预定数目可以是综合考虑薄膜晶体管的开关特性以及生产成本等因素而预先设定的 合理数目。当所述预定数目的范围为1050时，可以在生产成本合适的情况下，获得较优 的薄膜晶体管开关特性。 0020 在超晶格的结构中，半导体单层与非半导体单层形成量子阱，相邻量子阱之间发 生耦合，在半导体单层中分立的。
12、能级扩展为能带，载流子波函数随位置发生改变，载流子于 层间发生耦合，提高了半导体单层内横向载流子迁移率，并且对于电子和空穴两种载流子 的迁移率都增加，使得薄膜晶体管的导通电流增加。 0021 优选的，所述半导体单层31与所述非半导体单层32的晶格常数匹配。所述晶格 常数是指晶体物质的基本结构参数，晶格常数匹配是指两种晶体物质具有相同或相近的晶 格常数，由于两个相邻单层的晶格常数匹配，使得半导体单层与非半导体单层之间的层间 位错小，缺陷态密度小，使得电子不容易被缺陷态捕获，提高了载流子迁移率。在源极15加 电后，由于具有晶格结构的有源层中的载流子迁移率增大，故进一步提高了薄膜晶体管的 导通电流。。
13、 0022 另外，在本发明实施例提供的TFT阵列基板中的薄膜晶体管的有源层厚度与现有 技术中薄膜晶体管的有源层厚度基本一致的情况下，本发明实施例中半导体单层与非半导 体单层交替生长，而现有技术中有源层采用单层的半导体层，所以本发明实施例中预定数 目的半导体单层的总厚度比现有技术中半导体层的厚度小，由于半导体层的厚度对漏电流 说 明 书CN 102651400 A 3/4页 5 大小有很大影响，所以在薄膜晶体管关断时，本发明实施例中的漏电流明显降低，从而使得 薄膜晶体管的开关特性得到进一步提高。 0023 进一步的，如图3所示，所述超晶格结构的最上层为半导体单层31，或者非半导体 单层32。 0。
14、024 在图3(a)中，超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，该层组包括半导体单层31 和非半导体单层32，在层组中半导体单层31生长在非半导体单层32上，在超晶格结构中， 半导体单层31在超晶格结构的最上层。在这样的情况下，最上层的半导体单层31与欧姆 接触层14接触，欧姆接触层14能够减少半导体单层与源极15、漏极16之间的接触电阻，从 而有助于电流导通。 0025 在图3(b)中，超晶格结构包括预定数目的层叠的层组，该层组包括半导体单层31 和非半导体单层32，在层组中非半导体单层32生长在半导体单层31上，在超晶格结构中， 非半导体单层32在超晶格结构的最上层。在这样的情况下，最上层的非。
15、半导体单层32与欧 姆接触层14接触，最上层的非半导体单层32为超晶格结构的一单层，不会使有源层与源极 15、漏极16之间的接触电阻有明显增加，欧姆接触层14能够减少半导体单层与源漏电极之 间的接触电阻，有助于电流导通。本发明所有实施例中欧姆接触层14优选为n + 非晶硅层。 0026 进一步的，所述半导体单层31的厚度与所述非半导体单层32的厚度均小于等于 10nm。当然，在本发明所有实施例中，半导体单层、非半导体单层的厚度可以相同，也可以不 同。在本发明实施例的超晶格结构中，半导体单层与非半导体单层形成量子阱，相邻量子阱 之间发生耦合，在半导体单层中分立的能级扩展为能带，当半导体单层的厚度。
16、与非半导体 单层的厚度均小于等于10nm的情况下，载流子波函数发生明显改变，相邻量子阱之间的载 流子波函数耦合较大，有助于载流子于层间发生耦合。 0027 进一步的，所述半导体单层为第IV族半导体或第III-V族半导体或II-VI族半导 体构成的半导体单层，但不限定于这几族内，比如还可包含氧化物半导体，如IGZO等；所述 非半导体单层为氧或氮或氟或碳-氧构成的非半导体单层，如氧化铝，氮化铝，氧化硅，氮 化硅或者他们的组合如氮氧化物，但不限定于这几种材料。如本领域技术人员理解的那样， 术语第IV族半导体还包括第IV-IV族半导体。 0028 优选的，所述半导体单层31为非晶硅单层，所述非半导体单。
17、层32为氮化硅单层。 在超晶格结构中，非晶硅单层与氮化硅单层的晶格常数匹配，且氮化硅与非晶硅工艺兼容， 因为非晶硅单层与氮化硅单层具有相近的晶格常数，这样层间位错小，缺陷态密度小，电子 不容易被缺陷态捕获，提高了载流子迁移率，从而进一步提高了薄膜晶体管的导通电流。 0029 本发明实施例提供了一种显示装置，该显示装置可以包括上述任一TFT阵列基 板。所述显示装置可以为电子纸、OLED面板、平板电脑、液晶电视、手机等。 0030 本发明实施例提供一种显示装置，该显示装置包括上述任一TFT阵列基板；由于 上述任一TFT阵列基板上的具有超晶格结构的薄膜晶体管与现有技术相比提高了开关特 性，故将具有超。
18、晶格结构的薄膜晶体设置在显示器中也可以达到提高薄膜晶体管开关特性 的目的，进一步可以增强显示器的性能。 0031 下面将举具体实例分情况阐述具有超晶格结构的薄膜晶体管的开关特性。 0032 具体的，现有技术中，TFT阵列基板上的薄膜晶体管有源层为半导体层，该半导体 层厚度一般为180nm230nm，该有源层中载流子发生迁移多集中在半导体层的下部区域， 说 明 书CN 102651400 A 4/4页 6 载流子发生迁移的厚度约为30nm50nm。本发明提供的TFT阵列基板上的薄膜晶体管有 源层的厚度若与现有技术中有源层的厚度基本一致，例如为200nm，且层组的预定数目例如 为10，半导体单层、。
19、非半导体单层的厚度分别例如为10nm的情况下，超晶格结构中所有半 导体单层的总厚度为100nm，每一半导体单层中的绝大多数载流子都能够迁移，故超晶格结 构中的载流子发生迁移的总厚度接近100nm。可见，在这种情况下，本发明实施例中的载流 子发生迁移的总厚度(约100nm)远远大于现有技术中载流子发生迁移的厚度(约30nm 50nm)，另外，由于载流子迁移率的增大，使得提高了导通电流；进一步的，在这种情况下， 本发明实施例中有源层为交替生长的半导体单层和非半导体单层，所有半导体单层总厚度 (100nm)远远小于现有技术中采用的半导体层的厚度(180nm230nm)，由于半导体层的厚 度对漏电流大。
20、小有很大影响，所以本发明实施例中的漏电流明显降低；从而可以提高薄膜 晶体管的开关特性。 0033 在上一例子中，已经分析得到：具有超晶格结构的薄膜晶体管有源层的厚度与现 有技术中有源层的厚度基本一致的情况下，可以提高该薄膜晶体管的开关特性。但是，本发 明实施例提供的TFT阵列基板并不局限于此，在TFT阵列基板上的具有超晶格结构的薄膜 晶体管有源层的厚度比现有技术中有源层的厚度不一致的情况下，也同样可以达到提高薄 膜晶体管的开关特性的作用。 0034 例如，在超晶格结构的层组的预定数目例如为10，半导体单层、非半导体单层的 厚度分别例如为7nm的情况下，该具有超晶格结构的薄膜晶体管的有源层的厚度。
21、(140nm) 比现有技术中有源层(180nm230nm)的厚度小，超晶格结构中所有半导体单层的总厚度 为70nm，超晶格结构中的载流子发生迁移的总厚度接近70nm，该载流子发生迁移的总厚度 (约70nm)比现有技术中载流子发生迁移的厚度(约30nm50nm)大，可见这种情况下，同 样能够提高导通电流；进一步的，在这种情况下，所有半导体单层总厚度(70nm)远远小于 现有技术中薄膜晶体管的半导体层的厚度(180nm230nm)，由于半导体层的厚度对漏电 流大小有很大影响，所以在这种情况下漏电流明显降低，从而可以达到提高TFT阵列基板 上薄膜晶体管的开关特性的作用。 0035 又如，在具有超晶格。
22、结构的薄膜晶体管的有源层厚度在一定范围内大于现有技术 中有源层厚度(180nm230nm)的情况下，例如本发明中TFT阵列基板上具有超晶格结构 的层组的预定数目例如为12，半导体单层、非半导体单层的厚度分别例如为10nm，这种具 有超晶格结构的薄膜晶体管的有源层的厚度为240nm的情况下，超晶格结构中所有半导体 单层的总厚度为120nm，超晶格结构中的载流子发生迁移的总厚度接近120nm，该载流子发 生迁移的总厚度(约120nm)比现有技术中载流子发生迁移的厚度(约30nm50nm)大， 可见这种情况下，同样能够提高导通电流；进一步的，在这种情况下，所有半导体单层总厚 度(120nm)远远小于现有技术中薄膜晶体管的半导体层的厚度(180nm230nm)，由于半导 体层的厚度对漏电流大小有很大影响，所以在这种情况下漏电流明显降低，从而可以达到 提高TFT阵列基板上薄膜晶体管的开关特性的作用。 0036 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，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。 说 明 书CN 102651400 A 1/1页 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102651400 A 。