薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置与流程

本发明涉及显示技术领域，特别是指一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置。

背景技术：

随着全球信息社会的兴起增加了对各种显示装置的需求。因此，对各种平面显示装置的研究和开发投入了很大的努力，如液晶显示器(LCD)、等离子显示板(PDP)、场致发光显示器(ELD)以及真空荧光显示器(VFD)。

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是现代微电子技术中的一种关键性电子器件，目前已经被广泛的应用于平板显示器等领域。传统半导体产业和TFT-LCD显示行业中的薄膜晶体管都是以硅材料为基础的，而碳基半导体材料作为新一代的半导体材料，因为其更高的迁移率，以及不同于体材料的特殊电学性质等开始得到日益广泛的研究和开发使用，如石墨烯(Graphene)，碳纳米管(CNT)等都得到了极其深入的开发和尝试使用。

目前阵列化的CNT-TFT都是采用溶液涂布工艺制备，有源层区域形成随机网络分布的碳纳米管，对于短沟道TFT而言，其关态电流较大，约10^-11-10^-10A，在此性能基础上制备的TFT-LCD其关态的亮度较高，因而显示对比度也较差；而采用长沟道TFT，虽然能够降低关态电流，提升开关比，但整个显示装置的开口率会受到极大影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置，能够有效降低薄膜晶体管的关态电流，改善显示装置的显示效果。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括位于衬底基板上的栅极、栅绝缘层、源极、漏极和有源层，在所述有源层和所述漏极之间形成有单向导通器件，以使电信号经所述单向导通器件由所述有源层传递至所述漏极。

进一步地，所述单向导通器件为PN结，所述有源层的至少一部分为所述PN结的正极，所述有源层和所述漏极之间设置有N型半导体图形为所述PN结的负极。

进一步地，所述有源层采用碳纳米管半导体材料。

进一步地，所述薄膜晶体管具体包括：

位于衬底基板上的栅极；

覆盖所述栅极的栅绝缘层；

位于所述栅绝缘层上的有源层；

位于所述有源层上的所述N型半导体图形；

位于所述有源层上的源极和位于所述N型半导体图形上的漏极。

进一步地，所述薄膜晶体管具体包括：

位于所述衬底基板上的有源层；

位于所述有源层上的所述N型半导体图形；

覆盖所述有源层和所述N型半导体图形的栅绝缘层；

位于所述栅绝缘层上的栅极、源极和漏极，所述源极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述有源层连接，所述漏极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述N型半导体图形连接。

本发明实施例还提供了一种薄膜晶体管的制作方法，包括在衬底基板上形成栅极、栅绝缘层、源极、漏极和有源层，所述方法还包括：

在所述有源层和所述漏极之间形成有单向导通器件，以使电信号经所述单向导通器件由所述有源层传递至所述漏极。

进一步地，所述制作方法具体包括：

提供一衬底基板；

在所述衬底基板上形成缓冲层；

在所述缓冲层上沉积栅导电层，通过构图工艺形成所述栅极；

形成所述栅绝缘层；

在所述栅绝缘层上沉积碳纳米管半导体材料和N型半导体材料，在N型半导体材料上涂覆光刻胶，采用灰色调掩膜板对光刻胶进行曝光，形成光刻胶未保留区域、光刻胶部分保留区域和光刻胶完全保留区域，其中，光刻胶部分保留区域对应有源层的图形，光刻胶完全保留区域对应N型半导体图形，光刻胶未保留区域对应其他区域；

刻蚀掉光刻胶未保留区域的碳纳米管半导体材料和N型半导体材料，灰化掉光刻胶部分保留区域的光刻胶，刻蚀掉光刻胶部分保留区域的N型半导体材料，灰化掉光刻胶完全保留区域的光刻胶，形成有源层和所述N型半导体图形；

沉积源漏导电层，通过构图工艺形成源极和漏极。

进一步地，所述制作方法具体包括：

提供一衬底基板；

在所述衬底基板上形成缓冲层；

在所述缓冲层上沉积碳纳米管半导体材料，通过构图工艺形成有源层；

在所述有源层上沉积N型半导体材料，通过构图工艺形成所述N型半导体图形；

形成覆盖所述有源层和所述N型半导体图形的栅绝缘层；

在所述栅绝缘层上沉积导电层，通过构图工艺形成栅极、源极和漏极，所述源极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述有源层连接，所述漏极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述N型半导体图形连接。

本发明实施例还提供了一种阵列基板，包括如上所述的薄膜晶体管。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括如上所述的阵列基板。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，在薄膜晶体管的有源层和漏极之间形成有单向导通器件，在有源层的电位高于漏极的电位时，单向导通器件导通；在有源层的电位低于漏极的电位时，单向导通器件截止，从而能够有效降低薄膜晶体管的关态电流，在本发明的薄膜晶体管应用于显示装置时，能够提高显示装置的显示对比度，改善显示装置的显示效果。

附图说明

图1为CNT和ZnO所形成的PN结的能级示意图；

图2为本发明一实施例阵列基板的制作方法的流程示意图；

图3为本发明另一实施例阵列基板的制作方法的流程示意图。

附图标记

1 衬底基板 2 缓冲层 3 栅极 4 栅绝缘层

5 CNT材料 6 N型半导体材料 7 漏极 8 源极

9 钝化层 10 像素电极

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例针对现有技术中CNT-TFT关态电流较大的问题，提供一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置，能够有效降低薄膜晶体管的关态电流，改善显示装置的显示效果。

实施例一

本实施例提供一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括位于衬底基板上的栅极、栅绝缘层、源极、漏极和有源层，在所述有源层和所述漏极之间形成有单向导通器件，以使电信号经所述单向导通器件由所述有源层传递至所述漏极。

本实施例中，在薄膜晶体管的有源层和漏极之间形成有单向导通器件，在有源层的电位高于漏极的电位时，单向导通器件导通；在有源层的电位低于漏极的电位时，单向导通器件截止，从而能够有效降低薄膜晶体管的关态电流，在本发明的薄膜晶体管应用于显示装置时，能够提高显示装置的显示对比度，改善显示装置的显示效果。

具体地，所述单向导通器件为PN结，所述有源层的至少一部分为所述PN结的正极，所述有源层和所述漏极之间设置有N型半导体图形为所述PN结的负极。优选实施例中，N型半导体图形在所述衬底基板上的投影与所述漏极在所述衬底基板上的投影重合。

优选实施例中，由于碳纳米管材料具有较高的迁移率，因此，可以利用碳纳米管材料来制作有源层，同时利用碳纳米管材料的本征特性为P型，采用N型本征的半导体材料可与之形成PN结二极管，具体可以采用ZnO与CNT形成PN结，图1为CNT和ZnO所形成的PN结的能级示意图，形成的PN结具备整流特性，在碳纳米管材料的电位高于N型本征的半导体材料上的电位时，PN结导通；加反向电压时，PN结截止，从而能够有效降低CNT-TFT的关态电流，扩大CNT-TFT的适用范围。

进一步地，除ZnO之外，N型半导体图形还可以采用a-Si或LTPS。

具体实施例中，所述薄膜晶体管可以为底栅型薄膜晶体管，具体包括：

位于衬底基板上的栅极；

覆盖所述栅极的栅绝缘层；

位于所述栅绝缘层上的有源层；

位于所述有源层上的所述N型半导体图形；

位于所述有源层上的源极和位于所述N型半导体图形上的漏极。

具体实施例中，所述薄膜晶体管可以为顶栅型薄膜晶体管，具体包括：

位于所述衬底基板上的有源层；

位于所述有源层上的所述N型半导体图形；

覆盖所述有源层和所述N型半导体图形的栅绝缘层；

位于所述栅绝缘层上的栅极、源极和漏极，所述源极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述有源层连接，所述漏极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述N型半导体图形连接。

本实施例的薄膜晶体管可以作为阵列基板显示区域的开关薄膜晶体管，还可以作为显示区外围的功能薄膜晶体管，适用于LCD和AMOLED等多种显示器件中。

其中，有源层除可以采用CNT材料外，还可以采用半导体性碳纳米管材料、硅纳米线、III-V族纳米线等一维材料以及其他含有交叠结构即X,Y型结构的半导体材料。

本实施例的薄膜晶体管可以为底栅型结构，但不限于此，还可以为顶栅型结构、交叠型结构、反交叠型结构、共面型结构或反共面型结构等。

实施例二

本实施例提供了一种薄膜晶体管的制作方法，包括在衬底基板上形成栅极、栅绝缘层、源极、漏极和有源层，所述方法还包括：

在所述有源层和所述漏极之间形成有单向导通器件，以使电信号经所述单向导通器件由所述有源层传递至所述漏极。

本实施例中，在薄膜晶体管的有源层和漏极之间形成有单向导通器件，在有源层的电位高于漏极的电位时，单向导通器件导通；在有源层的电位低于漏极的电位时，单向导通器件截止，从而能够有效降低薄膜晶体管的关态电流，在本发明的薄膜晶体管应用于显示装置时，能够提高显示装置的显示对比度，改善显示装置的显示效果。

进一步地，在制作底栅型的薄膜晶体管时，所述制作方法具体包括：

提供一衬底基板；

在所述衬底基板上形成缓冲层；

在所述缓冲层上沉积栅导电层，通过构图工艺形成所述栅极；

形成所述栅绝缘层；

在所述栅绝缘层上沉积碳纳米管半导体材料和N型半导体材料，在N型半导体材料上涂覆光刻胶，采用灰色调掩膜板对光刻胶进行曝光，形成光刻胶未保留区域、光刻胶部分保留区域和光刻胶完全保留区域，其中，光刻胶部分保留区域对应有源层的图形，光刻胶完全保留区域对应N型半导体图形，光刻胶未保留区域对应其他区域；

刻蚀掉光刻胶未保留区域的碳纳米管半导体材料和N型半导体材料，灰化掉光刻胶部分保留区域的光刻胶，刻蚀掉光刻胶部分保留区域的N型半导体材料，灰化掉光刻胶完全保留区域的光刻胶，形成有源层和所述N型半导体图形；

沉积源漏导电层，通过构图工艺形成源极和漏极。

进一步地，在制作顶栅型的薄膜晶体管时，所述制作方法具体包括：

提供一衬底基板；

在所述衬底基板上形成缓冲层；

在所述缓冲层上沉积碳纳米管半导体材料，通过构图工艺形成有源层；

在所述有源层上沉积N型半导体材料，通过构图工艺形成所述N型半导体图形；

形成覆盖所述有源层和所述N型半导体图形的栅绝缘层；

在所述栅绝缘层上沉积导电层，通过构图工艺形成栅极、源极和漏极，所述源极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述有源层连接，所述漏极通过贯穿所述栅绝缘层的过孔与所述N型半导体图形连接。

实施例三

本实施例提供了一种阵列基板，包括如上所述的薄膜晶体管。

实施例四

本实施例提供了一种显示装置，包括如上所述的阵列基板。所述显示装置可以为：液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件，其中，所述显示装置还包括柔性电路板、印刷电路板和背板。

实施例五

如图2所示，本实施例的薄膜晶体管的制作方法具体包括以下步骤：

步骤1、如图2(a)所示，提供一衬底基板1，衬底基板1可以采用玻璃基板或石英基板；

步骤2、如图2(b)所示，在衬底基板1上形成缓冲层2；

具体地，可以采用CVD(化学气相沉积)方法沉积200nm厚的SiO₂薄膜作为缓冲层；

步骤3、如图2(c)所示，在缓冲层2上形成薄膜晶体管的栅极3；

具体地，可以采用溅射方法在缓冲层2上沉积栅导电层，通过构图工艺形成薄膜晶体管的栅极3，栅导电层可以采用Mo、Al、Cr等金属材料、合金材料或其他复合导电材料，其厚度为100-500nm，优选为200nm。

步骤4、如图2(d)所示，形成栅绝缘层4；

可以采用氧化硅、氮化硅等绝缘材料形成栅绝缘层4，具体地，可以采用CVD方法在370℃下沉积150nm的SiO₂作为栅绝缘层4。

步骤5、如图2(e)所示，采用旋涂法形成一层CNT材料5；

步骤6、如图2(f)所示，沉积一层N型半导体材料6；

具体地，可以采用溅射工艺沉积3nm的ZnO薄膜。

步骤7、如图2(g)所示，采用灰色调掩膜板进行构图形成有源层和有源层上的N型半导体图形；

具体地，在ZnO薄膜上涂覆光刻胶，采用灰色调掩膜板对光刻胶进行曝光，形成光刻胶未保留区域、光刻胶部分保留区域和光刻胶完全保留区域，其中，光刻胶部分保留区域对应有源层的图形，光刻胶完全保留区域对应N型半导体图形，光刻胶未保留区域对应其他区域；

刻蚀掉光刻胶未保留区域的CNT材料和ZnO薄膜，灰化掉光刻胶部分保留区域的光刻胶，刻蚀掉光刻胶部分保留区域的ZnO薄膜，灰化掉光刻胶完全保留区域的光刻胶，形成有源层和所述N型半导体图形。

步骤8、如图2(h)所示，形成薄膜晶体管的源极8和漏极7；

具体地，可以采用溅射方法沉积源漏导电层，通过构图工艺形成薄膜晶体管的源极8和漏极7，源漏导电层可以采用Mo、Al、Cr等金属材料、合金材料或其他复合导电材料，其厚度为100-500nm，优选为200nm。

经过上述步骤1-8即可制作出本实施例的底栅型薄膜晶体管。

进一步地，还可以制作基于上述薄膜晶体管的阵列基板，阵列基板的制作方法还包括：

步骤9、如图2(i)所示，形成钝化层9；

可以采用氧化硅、氮化硅等绝缘材料形成钝化层，具体地，可以采用CVD方法在370℃下沉积150nm的SiO₂作为钝化层9；钝化层9也可采用亚克力系材料或树脂等有机材料，厚度一般为0.1um-1um。

步骤10、如图2(j)所示，形成像素电极10。

具体地，可以在衬底基板上采用溅射方法沉积40nm的ITO、IZO或石墨烯，进行构图形成像素电极10。

进一步地，在阵列基板为AMOLED阵列基板时，后续制作流程还包括沉积亚克力系材料并光刻、固化出像素界定层；采用等离子体处理阵列基板表面；进而形成阳极层、有机发光层和阴极层等，在此不再赘述。阴极层可以采用LiF:Al层，整体厚度为100-300nm，制作出的AMOLED阵列基板的出光方式为底出光。

实施例六

如图3所示，本实施例的薄膜晶体管的制作方法具体包括以下步骤：

步骤1、如图3(a)所示，提供一衬底基板1，衬底基板1可以采用玻璃基板或石英基板；

步骤2、如图3(b)所示，在衬底基板1上形成缓冲层2；

具体地，可以采用CVD方法沉积200nm厚的SiO₂薄膜作为缓冲层；

步骤3、如图3(c)所示，在缓冲层2上采用旋涂法形成一层CNT材料5，通过构图工艺形成有源层的图形；

具体地，在构图工艺中，可以采用O₂对CNT材料5进行干法刻蚀。

步骤4、如图3(d)所示，在有源层上沉积N型半导体材料6，通过构图工艺形成N型半导体图形；

具体地，可以使用CVD工艺沉积3nm的N+-a-Si薄膜层，并进行光刻，仅保留漏极区域的N+-a-Si，形成N型半导体图形。

步骤5、如图3(e)所示，形成栅绝缘层4；

可以采用氧化硅、氮化硅等绝缘材料形成栅绝缘层4，具体地，可以采用CVD方法在370℃下沉积150nm的SiO₂作为栅绝缘层4。

步骤6、如图3(f)所示，形成薄膜晶体管的栅极3、源极8和漏极7；

具体地，可以采用溅射方法沉积导电层，通过构图工艺形成薄膜晶体管的栅极3、源极8和漏极7，导电层可以采用Mo、Al、Cr等金属材料、合金材料或其他复合导电材料，其厚度为100-500nm，优选为200nm。

经过上述步骤1-6即可制作出本实施例的顶栅型薄膜晶体管。

进一步地，还可以制作基于上述薄膜晶体管的阵列基板，阵列基板的制作方法还包括：

步骤7、如图3(g)所示，形成钝化层9；

可以采用氧化硅、氮化硅等绝缘材料形成钝化层，具体地，可以采用CVD方法在370℃下沉积150nm的SiO₂作为钝化层9；钝化层9也可采用亚克力系材料或树脂等有机材料，厚度一般为0.1um-1um。

步骤8、如图3(h)所示，形成像素电极10。

具体地，可以采用溅射方法沉积40nm的ITO、IZO或石墨烯，进行构图形成像素电极10。

进一步地，在阵列基板为AMLCD阵列基板时，后续制作流程还包括PI涂布、压印取向、Spacer(隔垫物)制备和对应彩膜基板的制备，并进行对盒、切割、灌晶和封胶等工艺，在此不再赘述。

其中，本实施例中根据需要，在沉积CNT材料后，还可以进行掺杂及活化工艺；在沉积导电层之前还可以制备刻蚀阻挡层来保护有源层。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，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，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。