专利名称：非晶硅薄膜晶体管及具有该晶体管的有机发光显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)以及具有该非晶硅薄膜晶体管的有机发光显示器件。
背景技术：
在平板显示(FPD)器件领域中，重量轻且低功耗的液晶显示(LCD)器件已经引人注目。然而，由于液晶显示器件是无源显示器件，因此在亮度、对比度、视角和尺寸方面存在技术限制。为了克服这些缺点，正在积极开发新的平板显示器件。
新型平板显示器件是具有二维布置的有机发光二极管(OLED)的有机发光显示器件。由于有机发光显示器件是自发射型显示器件，因此与液晶显示器件相比，有机发光显示器件具有优良的视角和对比度。此外，由于有机发光显示器件不需要背光，因此可以比液晶显示器件更轻、更薄且功耗更低。由于有机发光显示器件的坚固性、宽温度范围和低制造成本，因此具有直接低压驱动能力、高响应速度、抗外部冲击等附加优点。
在依照有源矩阵驱动有机发光显示器件时，以低电流获得相同的亮度，所述有源矩阵在每个像素中利用晶体管作为开关器件。因此，可以实现低功耗、高清晰度且大尺寸的显示器件。
有源矩阵有机发光显示器件包括开关晶体管和用于驱动有机发光二极管的晶体管。
在这样的有机发光显示器件中，用于有机发光器件的主干(back-bone)的驱动晶体管在恒定的电流应力(current stress)下连续长时间工作。因此，当使用非晶硅薄膜晶体管作为驱动晶体管时，其阈值电压不断沿正方向增大。这使有机发光显示器件的亮度下降并最终不能满足寿命要求。
发明内容
本发明提供一种非晶硅薄膜晶体管以及具有该非晶硅薄膜晶体管的有机发光显示器件，由于非晶硅薄膜晶体管的阈值电压通过加热被恢复，因此其可以连续长时间工作。
根据本发明的一个方面，提供一种非晶硅薄膜晶体管，包括非晶硅薄膜晶体管部分，其包括栅电极、栅绝缘层、非晶硅层和源/漏电极，这些全部形成在衬底上；以及热生成部分，其产生热并将其施加到非晶硅层以恢复阈值电压。
该晶体管还可包括该衬底和该薄膜晶体管部分之间的绝缘层，其中该热生成部分可形成在至少与该衬底和该绝缘层之间的非晶硅层对应的区域中。
该薄膜晶体管部分可具有底栅结构，其中依次在绝缘层上形成该栅电极、该栅绝缘层、该非晶硅层和该源/漏电极。
该薄膜晶体管部分可具有顶栅结构，其中依次在该绝缘层上形成该非晶硅层、该源/漏电极、该栅绝缘层和该栅电极。
该非晶硅层可包括通过高浓度杂质注入形成的高浓度杂质区域，该源/漏电极形成在该非晶硅层的该高浓度杂质区域上。
该热生成部分可包括通过焦耳加热产生热的高电阻层。
该高电阻层可以整体形成或形成在局部构图结构中。
该高电阻层可以由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)之一构成。
根据本发明的另一方面，提供一种有机发光显示器件，包括衬底；以矩阵布置的多个像素形成在该衬底上，每个包括开关晶体管、驱动晶体管和有机发光二极管，其中该驱动晶体管是非晶硅薄膜晶体管，其包括栅电极、栅绝缘层、非晶硅层和源/漏电极，它们全部形成在该衬底上，且还包括热生成部分，用于产生热且将热施加到驱动晶体管的非晶硅层以恢复阈值电压。
该器件还可包括该衬底上的绝缘层，其中该热生成部分可以至少形成在该衬底和该绝缘层之间的区域中，对应于该驱动晶体管的该非晶硅层。
该驱动晶体管可具有底栅结构，其中在该绝缘层上依次形成该栅电极、该栅绝缘层、该非晶硅层和源/漏电极。
该热生成部分可包括通过焦耳加热产生热的高电阻层。
该开关晶体管可以是与该驱动晶体管相同的非晶硅薄膜晶体管。
该器件还可包括电连接到该开关晶体管的栅电极的选择线；通过该开关晶体管的源/漏电极电连接到该驱动晶体管的栅电极的数据线；通过该驱动晶体管的源/漏电极连接到该有机发光二极管的电源线；以及电连接到该热生成部分的焦耳加热线，其中在有机发光二极管关断或具有该有机发光显示器件的系统断开电源时，电流通过焦耳加热线施加到热生成部分，热通过热生成部分产生并被传输到该驱动晶体管的该非晶硅层，从而恢复阈值电压。
通过参考附图详细描述其实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更加明显，附图中图1和2是根据本发明实施例的每个都具有底栅结构的非晶硅薄膜晶体管的示意性剖视图；图3是曲线图，示出在根据本发明一实施例的非晶硅薄膜晶体管中，阈值电压随DC电流/电压应力(stress)的变化和阈值电压通过加热的恢复；图4是等效电路图，示出根据本发明的有机发光显示器件的示意结构；图5是示意性剖视图，示出根据本发明一实施例的有机发光显示器件的主要堆叠结构；图6示出根据本发明一实施例的有机发光显示器件中一个像素的主要结构的布局；图7是示意性剖视图，示出根据本发明另一实施例的有机发光显示器件的主要堆叠结构；图8示出根据本发明另一实施例的有机发光显示器件中一个像素的主要结构的布局。
具体实施例方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述根据本发明实施例的非晶硅薄膜晶体管和具有该非晶硅薄膜晶体管的有机发光显示器件。
图1和2是根据本发明实施例的每个都具有底栅结构的非晶硅薄膜晶体管10和20的示意性剖视图。
参考图1和2，根据本发明实施例的每个都具有底栅结构的非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)10和20包括非晶硅薄膜晶体管部分，其包括栅电极14、栅绝缘层13、栅绝缘层15、非晶硅层17、以及源/漏电极18和19，它们都形成在衬底11上；以及热生成部分12，其用于将热施加到非晶硅层17以恢复阈值电压。热生成部分12的一个例子是能容易地应用于制造工艺的高电阻层或低功率加热元件。非晶硅薄膜晶体管10和20还可包括衬底11和非晶硅薄膜晶体管结构之间的绝缘层13。高电阻层或加热元件可至少形成在衬底11与绝缘层13之间与非晶硅层17对应的区域中。
衬底11可以是玻璃衬底或塑料衬底。
高电阻层通过焦耳加热产生热。例如，高电阻层可以由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)构成。供选地，热生成部分12可以由能有效产生热的其他材料构成。
热生成部分12可以沉积在衬底11的整个表面上，如图1所示。供选地，热生成部分12可以被构图为局部地位于与非晶硅层17对应的区域中，如图2所示。
绝缘层13可形成为具有良好的热保存性(heat preservation)和热导率。例如，绝缘层13可以由AlN或DLC(类金刚石碳)构成。
非晶硅薄膜晶体管部分具有底栅结构，其中在绝缘层13上依次形成栅电极14、栅绝缘层15、非晶硅层17、以及源/漏电极18和19。
栅电极14形成在预定区域中，栅绝缘层15形成在栅电极14上以覆盖栅电极14。
非晶硅层17在栅绝缘层15上形成为位于包括栅电极14的区域。非晶硅层17包括通过高浓度杂质注入形成的高浓度杂质区域。例如，非晶硅层17可包括未掺杂非晶硅层17b和重掺杂非晶硅层17a，其中与栅电极14对应的非晶硅层17a的中心部分被开口。
源/漏电极18和19形成为位于重掺杂非晶硅层17a和栅绝缘层15上。例如，通过在衬底11的整个表面上形成源/漏电极材料且然后构图该源/漏电极材料来形成源/漏电极18和19。在形成源/漏电极18和19时，蚀刻重掺杂非晶硅层17a的一部分以定义沟道区和源/漏电极区。
在图1和2中，附图标记16表示用于保护非晶硅薄膜晶体管10和20的钝化层。钝化层16可以由绝缘材料构成。
当根据本发明当前实施例的非晶硅薄膜晶体管10和20用作有机发光显示器件的驱动晶体管时，钝化层16成为层间电介质层。部分蚀刻钝化层16以形成用于暴露源/漏电极18和19的接触孔，然后有机发光二极管的电极形成为电连接到源/漏电极18和19。
以此方式，根据本发明一实施例，在衬底11上形成热生成部分12，例如高电阻层，在热生成部分12上沉积绝缘层13，且在绝缘层13上制造非晶硅薄膜晶体管部分。
根据本发明的当前实施例，非晶硅薄膜晶体管10和20以底栅结构形成，但本发明的非晶硅薄膜晶体管10和20可以以顶栅结构形成，其中在绝缘层13上依次形成非晶硅层17、源/漏电极18和19、栅绝缘层15以及栅电极14。将在后面参考图7描述非晶硅薄膜晶体管的顶栅结构，图7示出根据本发明一实施例的有机发光显示器件。
在如上所述的根据本发明当前实施例的非晶硅薄膜晶体管10和20中，当对热生成部分12例如高电阻层施加电流时，热被产生并被传输到非晶硅层17。因此，可以恢复非晶硅薄膜晶体管10和20的阈值电压，如图3所示。
图3是曲线图，示出根据本发明一实施例非晶硅薄膜晶体管10和20中阈值电压根据DC电流/电压应力的变化和阈值电压的恢复。在图3中，指向右的箭头表示由DC电流/电压应力引起的阈值电压变化。指向左的箭头表示通过施加一定时间的热而阈值电压随着时间连续恢复。
参考图3，当非晶硅薄膜晶体管10或20持续驱动时，由于DC电流/电压应力，阈值电压沿正方向持续增大。通过向阈值电压增大的非晶硅薄膜晶体管10或20的非晶硅层17施加一定时间的热，阈值电压被恢复。
如上所述根据本发明一实施例的具有热生成部分12的非晶硅薄膜晶体管10或20可以用作需要长时间运行的有机发光显示器件的驱动晶体管，因为阈值电压可以恢复。因此，在具有根据本发明的非晶硅薄膜晶体管10或20作为驱动晶体管的有机发光显示器件中，可以防止有机发光显示器件的亮度由于驱动晶体管的阈值电压的增大而下降，且可以满足寿命要求。
现在将描述具有根据本发明的非晶硅薄膜晶体管10或20作为驱动晶体管的有机发光显示器件。
图4是等效电路图，示出根据本发明的有机发光显示器件100的示意结构，图5是示意性剖视图，示出根据本发明一实施例的有机发光显示器件的主要堆叠结构，图6示出根据本发明一实施例的有机发光显示器件中一个像素的主要结构的布局。
参考图4，根据本发明的有机发光显示器件100包括衬底101；以矩阵布置的多个像素P形成在衬底101上，每个包括开关晶体管、驱动晶体管Td和有机发光二极管(OLED)。每个像素包括在驱动晶体管Td下面的热生成部分120。为了便于说明，驱动晶体管Td和热生成部分120示出为分开的元件。然而，热生成部分120可以是驱动晶体管Td的一部分，如前述根据本发明一实施例的非晶硅薄膜晶体管10或20中那样。
参考图5，衬底101可以是玻璃衬底或塑料衬底。还可以在衬底101上设置绝缘层130。绝缘层130可以由AlN或DLC形成从而具有良好的热保存性和热导率。
热生成部分120形成在衬底101上在与形成驱动晶体管Td的位置对应的位置处，绝缘层130形成在热生成部分120上从而覆盖衬底101的整个表面。在绝缘层130上形成选择和驱动元件层。选择和驱动元件层包括每个像素P区域中的开关晶体管Ts和驱动晶体管Td，这是完成屏幕的最小需求。在选择和驱动元件层上形成有机发光二极管(OLED)。有机发光二极管具有这样的结构，其中依次堆叠第一电极、有机发光层和第二电极。结果，获得了多个像素P的矩阵，每个包括开关晶体管Ts、驱动晶体管Td和有机发光二极管(OLED)。
驱动晶体管Td是如图1和2所示的非晶硅薄膜晶体管。开关晶体管Ts可以是非晶硅薄膜晶体管。供选地，开关晶体管可以是其他类型的晶体管，例如多晶硅薄膜晶体管。
在图5和6中，驱动晶体管Td和开关晶体管Ts都是具有底栅结构的非晶硅薄膜晶体管。当驱动晶体管Td和开关晶体管Ts都由相同类型的非晶硅薄膜晶体管10或20形成时，它们可以通过相同的工艺形成，由此简化了制造工艺。
是非晶硅薄膜晶体管的驱动晶体管Td和开关晶体管Ts分别具有栅电极140和240、栅绝缘层150和250、非晶硅层170和270、以及源/漏电极180和190及280和290。栅电极140和240、栅绝缘层150和250、非晶硅层170和270、以及源/漏电极180和190及280和290分别对应于图1和2所示的非晶硅薄膜晶体管10和20的栅电极14、栅绝缘层15、非晶硅层17、以及源/漏电极18和19。因此，将省略其描述。
提供热生成部分120以将热传输到驱动晶体管Td的非晶硅层170从而恢复驱动晶体管Td的阈值电压。热生成部分120可以构图为仅位于衬底101和绝缘层130之间与驱动晶体管Td的非晶硅层170对应的区域中。供选地，热生成部分120可沉积在衬底101的整个表面上，在衬底101和绝缘层130之间。
热生成部分120可由易于应用到制造工艺的高电阻层或低功率加热元件形成。高电阻层通过焦耳加热产生热。例如，高电阻层可以由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)构成。供选地，热生成部分120可以由能有效产生热的其他材料构成。
在驱动晶体管Td和开关晶体管Ts上形成钝化层160，并在钝化层160上形成平坦化层195。钝化层160可以由绝缘材料构成并可以用作层间绝缘层。
在平坦化层195上形成有机发光二极管(OLED)。有机发光二极管可包括作为阳极的第一电极201、有机发光层203和作为阴极的第二电极205。
开关晶体管Ts的漏电极290和驱动晶体管Td的栅电极140彼此电连接，驱动晶体管Td的漏电极190和有机发光二极管(OLED)的第一电极201彼此电连接。为此，接触孔例如在钝化层160和平坦化层195中形成为到达开关晶体管Ts的漏电极290以及驱动晶体管Td的栅电极140和漏电极190。然后，在有机发光二极管(OLED)的第一电极201的形成期间，形成开关晶体管Ts的漏电极290与驱动晶体管Td的栅电极140之间的电连接以及驱动晶体管Td的漏电极190与有机发光二极管(OLED)的第一电极201之间的电连接。
参考图4和6，在根据本发明的有机发光显示器件100中，开关晶体管Ts的源电极280电连接到例如数据线DL，来自水平驱动电路的数据信号输入到数据线DL。数据线DL通过开关晶体管Ts的源/漏电极280和290电连接到驱动晶体管Td的栅电极140。开关晶体管Ts的栅电极240电连接到选择线SL，来自垂直扫描电路的选择信号输入到选择线SL。
驱动晶体管Td的源电极180电连接到电源线PL，来自电源电路的驱动功率被提供到电源线PL。电源线PL通过驱动晶体管Td的源/漏电极180和190连接到有机发光二极管(OLED)。热生成部分120例如高电阻层电连接到焦耳加热线HL，来自加热电路的电流施加到焦耳加热线HL从而产生焦耳热。
数据线DL和选择线SL布置为以直角彼此交叉从而定义每个像素P。
同时，从彼此连接的开关晶体管Ts的漏电极290和驱动晶体管Td的栅电极140延伸的部分以及电源线(PL)形成图4中的存储电容器Cs。
以此方式，热生成部分120例如高电阻层沉积在衬底101的整个表面上或者构图为局部地位于驱动晶体管Td下面，绝缘层130被沉积，然后在绝缘层130上形成具有驱动晶体管Td和开关晶体管Ts的选择和驱动元件层以及有机发光二极管(OLED)，由此获得有机发光显示器件100。
在根据本发明的具有上述结构的有机发光显示器件100中，是非晶硅晶体管的驱动晶体管Td在通过电源线PL施加的恒定电流应力下持续长时间运行。在有机发光二极管(OLED)关断或具有有机发光显示器件100的系统(例如电视机(TV)、监视器或移动装置)断开电源时，电流从加热电路通过焦耳加热线HL提供到热生成部分120。因此，热从热生成部分120产生并传输到驱动晶体管Td的非晶硅层170，从而恢复当驱动晶体管Td长时间运行时增大的阈值电压。
在根据本发明的有机发光显示器件100中，即使非晶硅薄膜晶体管用作驱动晶体管Td，有机发光二极管(OLED)的亮度不会下降且可以满足寿命需要。
图7是示意性剖视图，示出根据本发明另一实施例的有机发光显示器件的主要堆叠结构，图8示出根据本发明另一实施例的有机发光显示器件中一个像素的主要结构的布局。
这里，用相同的附图标记表示实施与图5和6中相同功能的元件，其描述将被省略。
参考图7和8，根据本发明的有机发光显示器件100可以包括具有顶栅结构的驱动晶体管Td′和开关晶体管Ts′，替代图5和6中具有底栅结构的驱动晶体管Td和开关晶体管Ts。根据本发明的当前实施例，驱动晶体管Td′和开关晶体管Ts′分别包括依次在绝缘层130上的非晶硅层170和270、源/漏电极180和190及280和290、栅绝缘层150和250、以及栅电极140和240。形成钝化层160从而覆盖栅电极140和240，并在钝化层160上形成平坦化层195。有机发光二极管(OLED)在平坦化层195上形成为电连接到驱动晶体管Td′的漏电极190。
虽然根据本发明的非晶硅薄膜晶体管10和20以及具有该薄膜晶体管的有机发光显示器件100已经被描述和示出为包括衬底101与绝缘层130之间的热生成部分120例如高电阻层，但是热生成部分120的位置可以改变，只要热生成部分120能向其阈值电压需要被恢复的非晶硅晶体管或包括该非晶硅晶体管的驱动晶体管的非晶硅层提供热。
如上所述，根据本发明，通过使用热生成部分施加热可以恢复非晶硅薄膜晶体管的阈值电压，因此，非晶硅薄膜晶体管可以用作长时间运行的有机发光显示器件的驱动晶体管。
在采用根据本发明的非晶硅薄膜晶体管作为驱动晶体管的有机发光显示器件中，可以防止有机发光显示器件的亮度由于驱动晶体管阈值电压的增大而下降，并且可以满足寿命需要。
虽然已经参考其附图特定显示和描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
权利要求
1.一种非晶硅薄膜晶体管，包括非晶硅薄膜晶体管部分，其包括栅电极、栅绝缘层、非晶硅层和源/漏电极，其全部形成在衬底上；以及热生成部分，其产生热并将所述热施加到该非晶硅层以恢复阈值电压。
2.根据权利要求1的晶体管，还包括该衬底与该薄膜晶体管部分之间的绝缘层，其中该热生成部分至少形成在该衬底与该绝缘层之间与该非晶硅层对应的区域中。
3.根据权利要求2的晶体管，其中该薄膜晶体管部分具有底栅结构，其中该栅电极、该栅绝缘层、该非晶硅层、以及该源/漏电极依次形成在该绝缘层上。
4.根据权利要求3的晶体管，其中该非晶硅层包括通过高浓度杂质注入形成的高浓度杂质区域，且该源/漏电极形成在该非晶硅层的该高浓度杂质区域上。
5.根据权利要求2的晶体管，其中该薄膜晶体管部分具有顶栅结构，其中该非晶硅层、该源/漏电极、该栅绝缘层、以及该栅电极依次形成在该绝缘层上。
6.根据权利要求5的晶体管，其中该非晶硅层包括通过高浓度杂质注入形成的高浓度杂质区域，且该源/漏电极形成在该非晶硅层的该高浓度杂质区域上。
7.根据权利要求1至6的任一项的晶体管，其中该热生成部分包括通过焦耳加热产生热的高电阻层。
8.根据权利要求7的晶体管，其中该高电阻层整体地形成或以局部图案化结构形成。
9.根据权利要求7的晶体管，其中该高电阻层由氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)之一形成。
10.一种有机发光显示器件，包括衬底；且以矩阵布置的多个像素形成在该衬底上，所述像素的每个包括开关晶体管、驱动晶体管、以及有机发光二极管，其中该驱动晶体管是非晶硅薄膜晶体管，包括栅电极、栅绝缘层、非晶硅层和源/漏电极，它们全部形成在该衬底上，并且还包括热生成部分，用于产生热并将所述热施加到该驱动晶体管的该非晶硅层以恢复阈值电压。
11.根据权利要求10的器件，还包括该衬底上的绝缘层，其中该热生成部分至少形成在该衬底与该绝缘层之间与该驱动晶体管的该非晶硅层对应的区域中。
12.根据权利要求11的器件，其中该驱动晶体管具有底栅结构，其中该栅电极、该栅绝缘层、该非晶硅层和该源/漏电极依次形成在该绝缘层上。
13.根据权利要求12的器件，其中该非晶硅层包括通过高浓度杂质注入形成的高浓度杂质区域，且该源/漏电极形成在该非晶硅层的该高浓度杂质区域上。
14.根据权利要求11的器件，其中该驱动晶体管具有顶栅结构，其中该非晶硅层、该源/漏电极、该栅绝缘层和该栅电极依次形成在该绝缘层上。
15.根据权利要求14的器件，其中该非晶硅层包括通过高浓度杂质注入形成的高浓度杂质区域，且该源/漏电极形成在该非晶硅层的该高浓度杂质区域上。
16.根据权利要求10至15的任一项的器件，其中该热生成部分包括通过焦耳加热产生热的高电阻层。
17.根据权利要求16的器件，其中该高电阻层由ITO和IZO之一形成。
18.根据权利要求10至15的任一项的器件，其中该开关晶体管是与该驱动晶体管相同的非晶硅薄膜晶体管。
19.根据权利要求16的器件，还包括电连接到该开关晶体管的栅电极的选择线；通过该开关晶体管的源/漏电极电连接到该驱动晶体管的该栅电极的数据线；通过该驱动晶体管的该源/漏电极连接到该有机发光二极管的电源线；以及电连接到该热生成部分的焦耳加热线，其中在该有机发光二极管关断或具有该有机发光显示器件的系统断开电源时，电流通过该焦耳加热线施加到该热生成部分，热通过该热生成部分被产生且被传输到该驱动晶体管的该非晶硅层，从而恢复所述阈值电压。
20.根据权利要求10至15的任一项的器件，还包括栅电极和源/漏电极，电连接到该开关晶体管的栅电极的选择线；通过该开关晶体管的源/漏电极电连接到该驱动晶体管的该栅电极的数据线；通过该驱动晶体管的该源/漏电极连接到该有机发光二极管的电源线；以及电连接到该热生成部分的焦耳加热线，其中在该有机发光二极管关断或具有该有机发光显示器件的系统断开电源时，电流通过该焦耳加热线施加到该热生成部分，热通过该热生成部分被产生且被传输到该驱动晶体管的该非晶硅层，从而恢复所述阈值电压。
全文摘要
本发明提供一种非晶硅薄膜晶体管和具有该非晶硅薄膜晶体管的有机发光显示器件。该晶体管包括非晶硅薄膜晶体管部分，其包括栅电极、栅绝缘层、非晶硅层和源/漏电极，这些全部形成在衬底上；以及热生成部分，用于产生热并将所述热施加到该非晶硅层以恢复阈值电压。
文档编号H01L27/32GK101060138SQ20061014336
公开日2007年10月24日 申请日期2006年11月6日 优先权日2006年4月17日
发明者朴宰彻, 朴永洙, 车映官 申请人:三星电子株式会社