Tft基板结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种TFT基板结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]在有源矩阵显示技术中，每一个像素点都由集成在其后的薄膜晶体管(Thin FilmTransistor,TFT)进行驱动，从而可以实现高速度、高亮度、高对比度的屏幕显示效果。常见的TFT通常由栅极/源极/漏极(Gate/Source/Drain)三电极、绝缘层以及半导体层构成。Gate电极控制着半导体层的工作区域(耗尽区或积累区)，从而控制着TFT的开关。所述半导体层上设有沟道，对于背沟道刻蚀(Back Channel Ethced，BCE)结构的TFT来说，所述沟道包括紧贴Gate电极的前导电沟道以及暴露于外界的背沟道，对于N型掺杂半导体层来说，当Gate电极加正偏压，紧贴Gate电极的前导电沟道(前导电沟道和栅电极被绝缘层隔开)产生电子的积累，TFT处于打开状态，当Source/Drain电极增加偏压时，TFT中有电流通过。
[0003]虽然从空间位置上来说，TFT背沟道离前导电沟道的距离比较远，但是TFT背沟道界面的性质对TFT输出电性曲线也有至关重要的影响。对于背沟道刻蚀(Back ChannelEthced, BCE)结构的TFT来说，在将沟道刻开的过程中会对背沟道造成损伤，并且，损伤的背沟道暴露于空气中，更容易引起由于水/氧的吸附而在背沟道中产生缺陷，造成TFT特性曲线在稳定性测试过程中的退化以及漏电的提升，器件稳定性降低。一种解决方法是采用具有蚀刻阻挡层(Etch Stop Layer，ESL)型结构的TFT，使用S1x将背沟道保护起来，然而S1x类物质对水的阻挡作用有限，另外，在此种结构中，金属电极与半导体层的接触一般通过过孔完成，则在实际生产中需增加一道光罩制程来形成过孔，延长了生产周期，提高生产成本。
[0004]石墨烯，作为目前已知世界上最薄，最坚硬的纳米材料，因其具有良好的导电调控性，机械特性，导热特性，从而成为当前研宄热点之一。根据报道，使用卷对卷方式生产的石墨烯薄膜具有极低的方块电阻(〈100Ω/ □ -1)，然而经过掺杂之后，又可以形成宽带系的二维绝缘材料。其次，单层石墨烯对水/氧具有良好的阻绝作用，可以有效防止金属的氧化。最后，目前也有很多成功的例子证明可以将单层/多层石墨烯薄膜从一种基底转移到另一种基底而对薄膜的性能不造成明显损害。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种TFT基板结构，通过在半导体层的沟道区上方设置有具有绝缘特性的改性石墨烯层，利用石墨烯隔绝水/氧的特性，对沟道区进行保护，使得TFT器件具有良好的1-V (电流-电压)输出性能及稳定性。
[0006]本发明的目的还在于提供一种TFT基板结构的制作方法，通过在半导体层上方形成石墨烯层，在制作完第二金属层之后，以第二金属层为掩模，对所述石墨烯层进行氟离子注入，在所述石墨烯层上对应半导体层的沟道区上方形成改性区域，所述改性区域的石墨烯层具有绝缘特性以及隔绝水/氧的特性，可以对沟道区形成保护，使制备的TFT器件具有良好的1-V (电流-电压)输出性能及稳定性。
[0007]为实现上述目的，本发明一种TFT基板结构，包括:基板、设于所述基板上的栅极、设于所述基板上覆盖栅极的栅极绝缘层、设于所述栅极绝缘层上的半导体层、设于所述半导体层上的石墨烯层、及设于所述石墨烯层上的源、漏极；
[0008]其中，所述半导体层包括沟道区、及分别设于所述沟道区两侧的源极接触区与漏极接触区；
[0009]所述石墨烯层包括对应于所述沟道区上方的第一改性区域、对应于所述源、漏极外侧的第二改性区域、及分别对应于所述源、漏极下方的第一、第二非改性区域，所述第一、第二改性区域的石墨烯层为掺杂了氟离子的石墨烯层，具有绝缘特性，所述第一、第二非改性区域的石墨烯层未进行任何掺杂，具有导电特性；
[0010]所述源、漏极分别经由所述第一、第二非改性区域的石墨烯层与所述半导体层的源极接触区、漏极接触区电性连接，所述第一改性区域的石墨烯层覆盖所述半导体层的沟道区，对其形成保护。
[0011]所述基板是玻璃基板或塑料基板；所述栅极的材料是钼、钛、铝、铜中的一种或多种的组合；所述栅极绝缘层的材料是氧化硅、氮化硅、或二者的组合。
[0012]所述半导体层为以下3种结构中的任意一种:
[0013]( I )所述半导体层为一金属氧化物半导体层；
[0014]( II )所述半导体层为一非晶娃层；
[0015](III)所述半导体层包括一非晶硅层、及位于所述非晶硅层上且分别位于其两侧的第一、第二 N型重掺杂非晶硅层。
[0016]所述石墨烯保护层为单层石墨烯薄膜或多层石墨烯薄膜。
[0017]本发明还提供一种TFT基板结构的制作方法，包括以下步骤:
[0018]步骤1、提供一基板，在所述基板上沉积第一金属层，并对所述第一金属层进行图案化处理，得到栅极；
[0019]步骤2、在所述栅极及基板上沉积栅极绝缘层；
[0020]步骤3、在所述栅极绝缘层上沉积并图案化半导体层；
[0021]步骤4、在所述半导体层上形成石墨烯层；
[0022]步骤5、在所述石墨烯层上沉积第二金属层，并对所述第二金属层进行图案化处理，得到源、漏极；
[0023]步骤6、定义所述半导体层上对应所述源、漏极之间的区域为沟道区，位于所述沟道区两侧且分别对应于所述源、漏极下方的区域为源极接触区与漏极接触区；
[0024]以第二金属层作为掩模，采用SF6等离子体通过离子注入工艺将氟离子注入到所述石墨烯层中没有被所述第二金属层遮挡的区域，进行改性，在所述石墨烯层上形成对应于所述沟道区上方的第一改性区域、对应于所述源、漏极外侧的第二改性区域、及分别对应于所述源、漏极下方的第一、第二非改性区域，所述第一、第二改性区域的石墨烯层为掺杂了氟离子的石墨烯层，具有绝缘特性，所述第一、第二非改性区域的石墨烯层未进行任何掺杂，具有导电特性；
[0025]所述源、漏极分别经由所述第一、第二非改性区域的石墨烯层与所述半导体层的源极接触区、漏极接触区电性连接，所述第一改性区域的石墨烯层覆盖所述半导体层的沟道区，对其形成保护。
[0026]所述步骤3的具体操作过程为:采用物理气相沉积法在所述栅极绝缘层上沉积一金属氧化物半导体层，并采用光刻制程对其进行图案化处理，得到半导体层，从而制得的半导体层为一金属氧化物半导体层。
[0027]所述步骤3的具体操作过程为:采用化学气相沉积法在所述栅极绝缘层上沉积一非晶硅层，并采用光刻制程对其进行图案化处理，得到半导体层4，从而制得的半导体层为一非晶娃层。
[0028]所述步骤3的具体操作过程为:
[0029]步骤31、采用化学气相沉积法在所述栅极绝缘层上依次沉积非晶硅层、及N型重掺杂非晶娃层；
[0030]步骤32、采用光刻制程对所述非晶硅层、及N型重掺杂非晶硅层进行图案化处理，去除掉所述非晶硅层、及N型重掺杂非晶硅层位于TFT区域以外的部分，并在所述N型重掺杂非晶硅层上对应于所述栅极的中间位置形成一条形通道，将所述N型重掺杂非晶硅层分割为位于所述条形通道两侧的第一、第二 N型重掺杂非晶硅段，得到半导体层，从而制得的半导体层包括一非晶硅层、及位于所述非晶硅层上且分别位于其两侧的第一、第二 N型重掺杂非晶娃层。
[0031]所述步骤4采用转移法来制备所述石墨烯层，具体包括以下步骤:
[0032]步骤41、提供一 S12基底，在S1 2基底上通过化学气相沉积的方式沉积单层石墨稀薄膜；
[0033]步骤42、在所述S12基底及单层石墨稀薄膜上旋涂一层PMMA薄膜；
[0034]步骤43、使用IM NaOH碱性溶液对完成上述步骤42的S12S底进行湿蚀刻，使PMMA/单层石墨烯薄膜离开S12S底表面并浮于水面上；
[0035]步骤44、将所述PMMA/单层石墨烯薄膜转移到半导体层上，使用丙酮缓慢溶解去除PMMA，单层石墨烯薄膜完好的转移到半导体层上，从而制得的石墨烯层为单层石墨烯薄膜。
[0036]所述步骤4具体为:采用旋涂、喷涂、滚轴涂布或者狭缝涂布方法在所述半导体层上形成多层石墨烯薄膜，从而制得的石墨烯层为多层石墨烯薄膜。
[0037]本发明的有益效果:本发明提供的一种TFT基板结构，通过在半导体层的沟道区上方设置有具有绝缘特性的改性石墨烯层，利用石墨烯隔绝水/氧的特性，对沟道区进行保护，并利用石墨烯优良的导电性及经离子掺杂后可变为绝缘体的特性，改变现有TFT保护层需要设置过孔以电性连接源、漏极与半导体层的结构，从而使得TFT器件具有良好的1-V(电流-电压)输出性能及稳定性。本发明提供的一种TFT基板结构的制作方法，通过在半导体层上方形成石墨烯层，在制作完第二金属层之后，以第二金属层为掩模，对所述石墨烯层进行氟离子注入，在所述石墨烯层上对应半导体层的沟道区上方形成改性区域，所述改性区域的石墨烯层具有绝缘特性以及隔绝水/氧的特性，可以对沟道区形成保护，源漏极下方的石墨烯层未经离子掺杂，仍保持石墨烯优良的导电性，从而不需要对该石墨烯层设置过孔即可实现源、漏极与半导体层的电性连接，