專利名稱：薄膜晶體管及包括該薄膜晶體管的平板顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明各方面涉及薄膜晶體管及包括該薄膜晶體管的平板顯示裝置，更 具體地，涉及包括含有非晶12Ca0.7Ab03(C12A7)的溝道層的薄膜晶體管， 以及包括該薄膜晶體管的平板顯示裝置。
背景技術：
場效應晶體管是包括柵極、源極和漏極的有源器件，并通過對柵極加壓 以控制流經(jīng)源極和漏極之間的電流來工作。特別是在陶瓷、玻璃或塑料形成 的絕緣基板上將薄膜用作溝道層的場效應晶體管被稱為薄膜晶體管(TFT )。
因為TFT利用了薄膜技術，所以它們易于在表面積相對較大的基板上 形成，并廣泛用作諸如液晶顯示器(LCD)等平板顯示裝置的驅(qū)動單元。即， 利用在基板上形成的TFT能夠開通或關閉圖像像素。特別是預計在未來的 高性能有機發(fā)光裝置中，通過TFT能夠有效地控制像素電流。此外，驅(qū)動 和控制完整圖像的TFT電路可在圖像顯示區(qū)域周圍的基板上形成，從而提 供高性能的LCD裝置。
TFT的最廣泛使用形式是將多晶硅膜或非晶硅膜用作溝道層材料。韓國 專利公開1997-0013427公開了這種TFT。但是，在使用非晶硅或多晶硅時， 需要高溫工藝，且難以在塑料或膜基板上形成此材料的膜。
作為在低溫下能夠在塑料基板上成膜的材料，正在開發(fā)諸如并五苯等有 機半導體膜。該有機半導體具有芳環(huán)，而且在結晶時，由芳環(huán)的堆疊方向得
4到較高的載流子遷移率。然而，諸如并五苯等有機半導體在較高的溫度下通 常是不穩(wěn)定的。由于彼此間的功函不同，在常規(guī)薄膜晶體管的源極和漏極形 成材料和有機半導體層形成材料之間，幾乎不可能實現(xiàn)歐姆接觸。此外，源 極和漏極通常由無機材料組成，而有#幾半導體層由有#幾材料構成，因而源/ 漏極和有機半導體層之間的粘著力不盡人意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明各方面提供一種包括溝道層的薄膜晶體管，所述溝道層包含非晶
12CaO7Al203(C12A7)。本發(fā)明各方面還提供一種包括所述薄膜晶體管的平 板顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種薄膜晶體管，包括形成在基板上的柵 極、與柵極絕緣的源才及和漏極、與4冊才及絕緣并電連接源極和漏極的溝道層、 以及布置在溝道層和柵極之間的絕緣層，其中溝道層包括非晶 12Ca0.7Al203(C12A7),或者提供一種薄膜晶體管，包括形成在基板上的源 極和漏極、與源極和漏極絕緣的柵極、電連接源極和漏極并與柵極絕緣的溝 道層、以及布置在溝道層和柵極之間的絕緣層，其中溝道層包含非晶 12CaO'7Al203(C12A7)。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，溝道層的厚度可為5 - 200nm。根據(jù)本發(fā)明的各 方面，所述溝道層可通過在100~ 600。C的溫度下熱處理絕緣層上沉積的 12CaO7Al203膜來形成。根據(jù)本發(fā)明的各方面，基板可為SUS基板、玻璃 基板或塑料基板。根據(jù)本發(fā)明的各方面，溝道層的帶隙值可為3~3.5eV。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，提供一種包括前述薄膜晶體管和顯示裝置的平板 顯示裝置。根據(jù)本發(fā)明的各方面，所述顯示裝置可為有機發(fā)光裝置(OLED) 或液晶顯示(LCD)裝置。
在以下說明中將部分闡述本發(fā)明的其它方面和/或優(yōu)點，其部分內(nèi)容在 說明書中是顯而易見的，或者可通過本發(fā)明的實踐而理解。


從以下結合附圖對示例性實施方式的描述中，本發(fā)明的這些和/或其它 方面和優(yōu)點會變得顯而易見并更易于理解，其中
圖1是示例性說明根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的薄膜晶體管結構的截
面圖2是示例性說明根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施方式的薄膜晶體管結 構的截面圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，包括本發(fā)明薄膜晶體管的平板顯 示裝置的截面圖4是說明在根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的薄膜晶體管內(nèi)形成的溝道 層的XRD分析結果的圖譜；
圖5是說明將12CaO7Al203粉末用作形成溝道層的濺射靶的XRD分析 結果的圖譜；
圖6是說明根據(jù)波長測定的、在根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的薄膜晶體 管內(nèi)形成的溝道層的折射率和吸收系數(shù)的曲線圖；以及
圖7是說明根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的薄膜晶體管的電流-電壓特性 的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將詳細描述本發(fā)明的示例性實施方式，其實施例將結合附圖進行說 明，其中相同的附圖標記在全文中指代相同元件。為了說明本發(fā)明，以下參 考附圖對示例性實施方式進行描述。應理解的是，當某一元件被描述成"布 置在"或"形成在"另一元件之上時，它可以直接布置或形成在另一個元件 上，或者可存在插入元件。相反，當某一元件被描述成"直接布置在"或"直 接形成在"另一元件之上時，不存在插入元件。其它用于說明元件之間關系 的用語應照此方式理解(例如"在…之間"與"直接在…之間"、"與…相 鄰'，與"直接與…相鄰"等)。根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶體管包括由12CaO7Al203 ( C12A7 )形成的 非晶膜的溝道層。圖1是示例性說明根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的薄膜晶體 管(TFT)結構的截面圖。
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明當前的示例性實施方式的薄膜晶體管(TFT)包 括基板11、緩沖層ll'、柵極12、絕緣層13、源極14a和漏極14b、以及溝 道層15?；?1可以為諸如BaTi03、 LaA103和MgO等金屬氧化物、SUS 基板、玻璃基板、塑料基板等，但不限于此。緩沖層ll'形成在基板11上且 可由Si(X等形成，但不限于此。但緩沖層ll'可省略。柵極12形成在緩沖 層ll'上，且可包括選自由Au、 Ag、 Cu、 Ni、 Pt、 Pd、 Al、 Mo、 Nd、 W、 ITO和IZO構成的組中的至少一種金屬或者兩種或更多種金屬的合金，但不 限于此。形成絕緣層13以覆蓋4冊極12。源極14a和漏極14b各自形成在絕 緣層13上。如圖1所示，源極14a和漏極14b與柵極12部分重疊，但本發(fā) 明的各方面不限于此。例如，源極14a和漏坤及14b可包括選自由Au、 Pd、 Pt、 Ni、 Rh、 Ru、 Ir、 Os、 ITO、 Mo、 MoW、 IZO、 Al和Ti構成的組中選 擇的至少一種金屬或者兩種或更多種金屬的合金，但不限于此。電連接源極 14a和漏極14b的溝道層15形成在源極14a和漏極14b之間。同時，圖1 示出了形成在源極14a和漏才及14b下面的溝道層15， <旦溝道層15也可形成 在源才及14a和漏才及14b之上。
溝道層15可由非晶12CaO7Al203形成。溝道層15可通過熱處理在室 溫下利用諸如賊射等方法沉積的12CaO7Al203膜來形成。上述熱處理可在 100~ 600°C,優(yōu)選100-400。C，更優(yōu)選300 ~ 400°C的溫度下進行。因為在 溝道層形成工藝中無需熱處理工藝之后的其它工藝，根據(jù)本發(fā)明當前的示例 性實施方式的薄膜晶體管比常規(guī)薄膜晶體管制造更方便。
包括非晶12Ca0.7Al203的溝道層在相對^氐溫下形成，從而由諸如 BaTi03、 LaA103或MgO等金屬氧化物形成的基板，以及SUS基板、玻璃 基板或塑料基板可用于根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶體管。
此外，由于上述溝道層可在低溫下形成，該溝道層可形成200nm或更低，優(yōu)選5 ~ 200nm,更優(yōu)選5 ~ 100nm的厚度。如果溝道層厚度小于5nm， 則不能均勻地形成薄膜，而如果溝道層厚度大于200nm，該制造工藝會變難 且諸如導電率等電學性可能會降低。
當晶體12CaO7Al203的帶隙值為6.4 ~ 6.7eV時，在根據(jù)本發(fā)明各方面 的薄膜晶體管內(nèi)形成的非晶溝道層15具有3~4eV，優(yōu)選3~3.5eV的帶隙 值。包括具有此低帶隙范圍的溝道層的薄膜晶體管呈現(xiàn)優(yōu)異的電學特性。同 時，如果帶隙值小于3eV,由于不合乎需要的可見光吸收，該薄膜晶體管不 能用于可見光顯示裝置。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另 一 個示例性實施方式的薄膜晶體管的截面圖。參照 圖2,根據(jù)本發(fā)明當前的示例性實施方式的薄膜晶體管包括基板11、源極 14a和漏極14b、溝道層15、絕緣層13和柵極12?；?1可由上述的金屬、 玻璃或塑料等形成，但不限于此。源極14a和漏極14b形成在基板11上， 并電連接溝道層15。形成溝道層15的材料如前文所述。絕緣層13形成在 溝道層15上以使溝道層15與柵極12絕緣。
盡管圖2說明了溝道層15形成在源極14a和漏極14b上，但可對薄膜 晶體管進行各種變更，例如溝道層15形成在基板11上而源極14a和漏極14b 形成在溝道層15上。在這種情況下，絕緣層13沉積在源極14a和漏極14b 與柵極12之間。此外，本發(fā)明的各方面不限于此，使得圖2的薄膜晶體管
可包括布置在基板ii上的緩沖層ir。
以圖1的薄膜晶體管為例，制造根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶體管的方法
可包括形成絕緣層來覆蓋在基板上形成的柵極以與柵極絕緣；在絕緣層上 沉積形成溝道層的C12A7膜；在C12A7膜上形成源極和漏極；以及在100 ~ 600 。C下熱處理所得產(chǎn)品以形成溝道層。
若需要，源極14a和漏極14b可形成在絕緣層13上，然后可沉積形成 溝道層的C12A7膜來;f隻蓋源沖及14a和漏極14b。
諸如LCD或有機發(fā)光裝置等平板顯示裝置可包括具有上述結構的薄膜 晶體管。圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式，包括根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶體管的諸如平板顯示裝置等有機發(fā)光裝置的橫截面示意圖。圖3中所示結 構表示有機發(fā)光裝置的單個子像素。每一個上述子像素是包括有機發(fā)光裝置
(EL裝置)和至少一個根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶體管的自發(fā)光裝置。此 外，盡管圖3中未示出，但每一個子像素包括分離的電容器。這種有機發(fā)光 裝置根據(jù)EL裝置(OLED)發(fā)射的彩色光可顯示各種像素圖案，優(yōu)選包括 紅、綠和藍像素。
如圖3所示，這種紅(R)、綠(G)或藍(B)子像素可包括至少一個 以上的TFT和自發(fā)光EL裝置(OLED)。另外，各子像素可以是TFT，該 TFT可以是前述的根據(jù)當前的示例性實施方式的TFT。但是，各子像素不限 于此，且上述薄膜晶體管也可具有其它不同結構。
參照圖3，根據(jù)本發(fā)明當前的示例性實施方式的有機發(fā)光裝置包括形成 在基板21上的薄膜晶體管20。基板21可以是絕緣基板。此外，盡管未示 出，但在基板21上可形成緩沖層。薄膜晶體管20包括以預定圖案形成在基 板21上的棚-極22，以及形成在柵-極22上的絕鄉(xiāng)彖層23。然后，對應于柵-極 22，源極24a和漏極24b各自形成在絕緣層23上。源極24a和漏極24b布 置在溝道層25上。但本發(fā)明的各方面不限于此，因而源極24a和漏極24b 可形成在絕緣層23上，且溝道層25可布置在上述的源極24a和漏極24b上。 在形成溝道層25之后，形成具有單層或多層結構的鈍化膜27來覆蓋薄膜晶 體管20。鈍化膜27可包括有機材料、無機材料或有機/無機復合材料。EL 裝置30的有機發(fā)光膜32按照像素界定膜28形成在鈍化膜27上。EL裝置 30是一種根據(jù)電流發(fā)出紅、綠或藍彩色光來顯示預定圖像信息的裝置，包 括連接薄膜晶體管20的源極24a和漏極24b之一的像素電極31、布置用于 覆蓋整個像素的對電極33，以及布置在像素電極31和對電極33之間的有 機發(fā)光膜32。本發(fā)明的各方面不限于上述結構，但可應用于有機發(fā)光裝置 的各種結構。
像素電極31和對電極33通過有機發(fā)光膜32彼此絕緣，對像素電極31 和對電極33施加不同極性的電壓來促使有機發(fā)光膜32發(fā)光。有機發(fā)光膜32可以是低分子量或高分子量的有機膜。如果有機發(fā)光膜32由低分子量有 機膜形成，可以以單一或復合結構堆疊空穴注入層(HIL)、空穴傳輸層
(HTL)、發(fā)光層(EML)、電子傳輸層(ETL)和電子注入層(EIL )來 形成有機發(fā)光膜32，且上述有機材料還可包括各種材料，例如銅酞菁
(CuPc) 、 N，N'-二(萘-l-基)-N,N'-二苯基-聯(lián)苯胺(NPB)和三-8-羥基喹啉 鋁(Alq3)。這種低分子有機膜可用真空沉積法形成。上述高分子有機膜可 具有包括HTL和EML的結構，其中PEDOT可用于形成HTL，聚對苯乙炔
(PPV)類或聚芴類聚合物有機材料可用于形成EML。這種高分子有機膜可 用絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷法形成。有機發(fā)光膜32不限于以上示例性實施方式， 且可具有不同結構。
像素電極31可以是正極，且對電極33可以是負極。相比之下，為液晶 顯示裝置時，可在液晶顯示裝置上形成覆蓋像素電極31的底取向膜
(bottom-oriented film )(未示出)，從而完成了液晶顯示裝置底部基板的 制作。根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶體管可安裝在圖3中的各子像素上，或者 可安裝在不產(chǎn)生圖像的驅(qū)動電路(未示出)上。
圖4是說明在根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的薄膜晶體管內(nèi)形成的溝道 層的XRD分析結果的圖譜。參照圖4，可證實根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶 體管的溝道層是非晶的，與玻璃基板相似。薄膜1代表圖1的溝道層15， 薄膜2代表代表圖2的溝道層15。
現(xiàn)將參照以下實施例說明本發(fā)明的各方面。但是，這些實施例僅用于說 明目的，而不限制本發(fā)明范圍。
實施例
〈12CaO'7Al203薄膜性能的評價〉 在室溫、25%氧氣分壓(Ar: 40sccm, 02: 13sccm) 、 6.0><10-3托的工 藝壓力、700W功率RF模式下，將12Ca07Al203用作濺射靶濺射兩塊相 同的玻璃基板。為了得到29nm的薄膜(薄膜1 )和50nm的薄膜(薄膜2 ),將所得材料在350'C下加熱。
使用XRD分析以上薄膜，其結果與玻璃基板的XRD圖i普一起示于圖4 中。同時，將12Ca07Al2Cb粉末用作形成薄膜的濺射靶的XRD分析結杲示 于圖5中。雖然在圖5中用作濺射靶的12Ca07Al203粉末呈現(xiàn)結晶性，而 在玻璃基板上形成的整個薄膜被證實為如圖4所示的非晶。
此外，在不同波長下對薄膜1測定折射率(n)和吸收系數(shù)(k)，且結 果示于圖6中。參照圖6，證實了得到的非晶膜在波長360.42nm處具有最 大吸收系數(shù)。代入以下關系式得到非晶膜的帶隙值為3.45eV。
E二hc/入(h=4.14xl(T15eV, c=3xl08m/s)
〈薄膜晶體管的制作〉 實施例1
準備在其上形成硅氧化物(SiOx)的玻璃基板，并在硅氧化物上形成由 MoW組成的200rnn厚的柵才及。然后在柵極上沉積200nm厚的硅氮化物 (SiNx)形成絕緣層。在室溫、25%氧氣分壓(Ar: 40sccm, 02: 13sccm)、 6.0xl0J托的工藝壓力、700W功率下，將12CaO7Al203用作濺射靶濺射該 絕緣層。然后，在所得膜上沉積IZO形成厚度為150nm的源極和漏極，并 在35(TC的溫度下熱處理該結構以完成包括厚度為20nm的溝道層的薄膜晶 體管的制作。
使用HP4155 (惠普公司的探測臺)進行電壓-電流特性評價。評價所得 薄膜晶體管的電壓-電流特性，并得到了在VDS=0.1V處測定的線性遷移率以 及在VDS=5.1V和VDS=10.1V處測定的飽和遷移率。參照圖7,該線性遷移 率為9.54cm2/Vs，飽和遷移率為1.68 cm2/Vs,閾電壓為9.8V,以及開-關率 為9.67xl06，表明該薄膜晶體管具有優(yōu)異的電學特性。
對比例1
用PLD方法在MgO基板上沉積多晶12CaO7Al203薄膜，并在1000°C 的溫度下進行熱處理。使用H/在600。C的溫度下處理所得薄膜以形成厚度為1 OOOnm的溝道層，并在其上形成40nm厚的由Pt形成的漏極和源極。在 漏極和源極上沉積350nm厚的Y203形成絕緣層。然后，在絕緣層上沉積 300lim厚的Au形成柵極，從而完成薄膜晶體管的制作。
使用與實施例1相同的方法評價對比例1的薄膜晶體管的電壓-電流特 性。場效應遷移率保持為0.05cm2/Vs，且開-關率為10。
雖然已示出并說明了本發(fā)明的若干示例性實施方式，但本領域技術人員 應理解的是，可以在這些示例性實施方式上進行改變而不背離本發(fā)明的原則 和精神，本發(fā)明的范圍由權力要求書及其等價物限定。
權利要求
1、一種薄膜晶體管，包括形成在基板上的柵極；與所述柵極絕緣的源極和漏極；與所述柵極絕緣并電連接所述源極和漏極的溝道層；和布置在所述溝道層和所述柵極之間的絕緣層，其中所述溝道層包括非晶12CaO·7Al2O3。
2、 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述溝道層的厚度為5~200nm。
3、 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述溝道層通過在100~600°C 的溫度下熱處理沉積在絕緣層上的12Ca0.7Al203膜來形成。
4、 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述基板包括SUS基板、玻璃 基板和塑料基板之一。
5、 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述溝道層的帶隙值為3~3.5eV。
6、 如權利要求1所述的薄膜晶體管，進一步包括布置在所述基板上、位于 所述柵極和所述基板之間的緩沖層。
7、 一種薄膜晶體管，包括 形成在基板上的源極和漏極； 與所述源極和漏極絕緣的柵極；電連接所述源極和漏極并與所述柵極絕緣的溝道層；和 布置在所述溝道層和所述柵極之間的絕緣層， 其中所述溝道層包括非晶12Ca07Al203。
8、 如權利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述溝道層的厚度為5~200nm。
9、 如權利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述溝道層通過在100~600°C 的溫度下熱處理沉積在絕緣層上的12Ca07Al203膜來形成。
10、 如權利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述基板包括SUS基板、玻璃 基板和塑料基板之一。
11、 如權利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述溝道層的帶隙值為3~ 3.5eV。
12、 如權利要求7所述的薄膜晶體管，進一步包括布置在所述基板上、位 于所述基板與所述源極和漏極之間的緩沖層。
13、 一種薄膜晶體管，包括 形成在基板上的柵極；用于覆蓋所述柵極布置的絕緣層； 布置在所述絕緣層上與4冊極相對應的溝道層；和 電連接所述溝道層的源極和漏極， 其中所述溝道層包括非晶Ca07Al203。
14、 如權利要求13所述的薄膜晶體管，進一步包括布置在所述基板上、位 于所述柵極和所述基板之間的緩沖層。
15、 如權利要求13所述的薄膜晶體管，其中各源極和漏極的一部分布置在 所述溝道層和所述絕緣層上。
16、 一種薄膜晶體管，包括 布置在基板上的源纟及和漏才及；布置在所述基板上與所述源極和漏極電連接的溝道層； 用于覆蓋所述源極和漏極以及所述溝道層布置的絕緣層；和 布置在所述絕緣層上與所述溝道層相對應的4冊極， 其中所述溝道層包括非晶12Ca07Al203。
17、 如權利要求16所述的薄膜晶體管，進一步包括布置在所述基板上、位 于所述基板與所述源極和漏極之間的緩沖層。
18、 一種平板顯示裝置，包括根據(jù)權利要求1 ~ 17中任意一項所述的薄膜晶體管；和 顯示裝置。
19、 如權利要求18所述的平板顯示裝置，其中所述顯示裝置是有機發(fā)光裝 置和液晶顯示裝置之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括含有非晶12CaO·7Al₂O₃(C12A7)的溝道層的薄膜晶體管以及包括該薄膜晶體管的平板顯示裝置。根據(jù)本發(fā)明，所述非晶溝道層可用C12A7在低溫下形成。包括所述非晶溝道層的薄膜晶體管具有優(yōu)異的電子遷移率。
文檔編號G09F9/30GK101527321SQ20091000569
公開日2009年9月9日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權日2008年3月3日
發(fā)明者宋英宇, 李鍾赫, 河載興, 金容鐸 申請人:三星移動顯示器株式會社