CN101989618A - 一种柔性薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种柔性薄膜晶体管及其制备方法。涉及薄膜晶体管，尤其涉及柔性薄膜晶体管的基片。现有技术采用的薄玻璃、塑料、金属等基片在柔韧性、水氧阻隔性能或表面平整度等方面存在缺陷，本发明提供一种柔韧性好、表面平整度高并具有良好的水氧阻隔能力的新型基片。

Description

一种柔性薄膜晶体管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下简称TFT)，尤其涉及一种柔性TFT的基片。

背景技术

柔性显示技术使显示器件的设计不再局限于平面化。柔性显示器件柔软可变形，且不易损坏，可以制成人们梦寐以求的电子报刊、可穿戴的显示器等。开发柔性显示的另一重要因素在于，显示器件的制造工艺可以由Sheet-fed BatchProcessing(分批装片式制程)转换成Roll-to-Roll Manufacturing(滚动条式制程)，这样一来，显示器的制造成本可以大幅降低。因此，柔性显示技术日益成为国际显示行业的研究热点。

TFT的应用领域很广泛：TFT-LCD(液晶显示器)是指液晶显示器上的每一液晶像素点都是由集成在其后的TFT来驱动，利用扫描的方法任意控制一个显示点的ON/OFF，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度地显示信息。AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode，有源有机电致发光显示器件)同样可以用TFT驱动，每个像素配备具有开关功能的TFT，而且每个像素配备一个电荷存储电容，***驱动电路和显示阵列整个***集成在同一基板上。与TFT-LCD的TFT结构不同之处在于，LCD采用电压驱动，而AMOLED采用电流驱动，其亮度与电流成正比，因此除了进行ON/OFF切换动作的选址TFT之外，还需要能让足够电流通过的ON阻抗较低的小型驱动TFT。SRAM(静态随机存储器)同样可以用TFT进行驱动。

TFT的制造工艺有多种，包括低温多晶硅(LTPS，Low Temperature PolySilicon)、高温多晶硅(HTPS，High Temperature Poly Silicon)、非晶硅(a-Si，Amorphous Silicon)等。其基片材料一般为玻璃、石英、单晶硅，如果用柔性的基片来代替，则成为柔性TFT，实现柔性显示。

目前，柔性TFT基片的材料主要有薄玻璃、塑料、金属薄片三种。但是不管采用哪种基片，柔性TFT在性能方面和制备过程中还存在很多问题：(1)超薄玻璃具有加工温度高、水氧阻隔性强等优点，但其柔韧性不够，具有易碎、易弯折等缺点，加工的可操作性差。(2)聚合物(如：塑料)具有柔韧性好、可操作性强等优点，是目前被广泛采用的柔性基片材料。但其平整性差，表面凸起会给膜层结构带来缺陷，水氧透过率高，造成器件迅速老化。(3)金属加工温度高、水氧阻隔性强，为了避免生锈，通常采用不锈钢作为基片材料。但是不锈钢的表面粗糙度大，不平坦，经过复杂的研磨和电化学抛光工艺，表面平整度仍然不够好。

绝缘层通常采用聚合物或无机小分子材料，而这些材料在器件制备的后续工艺过程中会被化学物质破坏，如刻蚀网状绝缘基座或隔离柱过程中用到的碱性显影液、有机功能层中的发光材料的有机溶剂等，从而影响整个器件的寿命。

发明人经过潜心研究，采用了一种新型的柔性TFT基片，即通过电铸工艺制造的基片，这种基片无需经过研磨即能有比不锈钢更好的表面平整度。同时，在绝缘层上增加了保护层，进一步改善了表面平整度，提高了其上的有机功能层的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用了新型基片的柔性薄膜晶体管，这种基片的表面平整度好，不会对器件的膜层结构造成缺陷；无需经过研磨抛光，简化了工艺步骤。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

柔性薄膜晶体管包括基片、绝缘层、栅极、栅极绝缘层、有源层、源极和漏极，基片为电铸形成的金属箔片。

基片的材料选自镍、铁、铜、金、银、镍-铁合金、铂镍-钴合金、钴-钨合金，厚度为20μm至700μm，表面粗糙度的Rms(rout mean square)值小于10nm。绝缘层上还有保护层。绝缘层的材料为聚合物或无机小分子材料，优选为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚酰亚胺与聚四氟乙烯的混合物、SiOx或SiNx。保护层的材料为树脂，优选为环氧树脂或压克力树脂。保护层的厚度为500nm至10um，用涂布的方法制备。

本发明的另一目的在于提供一种制备柔性薄膜晶体管的方法，步骤包括：

(1)电铸形成金属箔片；

(2)形成绝缘层；

(3)依次形成栅极、栅极绝缘层、有源层、源极和漏极；

(4)形成封装层。

上述步骤还可以包括在形成绝缘层后，制备保护层。

从图2、图3可以看出，电铸镍板的表面平整度比不锈钢片好，不会对后续膜层结构造成缺陷。电铸工艺通常用到的金属如铜、铁等同样具有良好的表面平整度。而且，电铸金属箔片比塑料基片的水氧阻隔性能好。因此，电铸金属箔片做柔性TFT的基片能提高器件的性能和寿命。

在绝缘层上增加保护层，可以进一步改善平整度，同时保护绝缘层材料不被后续工艺过程中的酸、碱、有机溶剂所破坏。

附图说明

图1为TFT结构示意图；

图2为电铸镍板的原子力显微镜图片；

图3为不锈钢片的原子力显微镜图片。

其中，附图标记说明如下：

1-基片，2-栅极，3-栅极绝缘层，4-有源层，5-有源层，6-漏极，7-源极，8-绝缘层，9-保护层。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种采用的电铸形成的铜板作为基片的柔性TFT的工艺过程：

(1)电铸槽中的阳极放置金属铜，阴极放置需电铸的硅片，电镀液中含有NiSO₄，NiCl₂，H₃BO₃，电铸温度为45～65摄氏度。再用氢氧化钾将硅腐蚀掉，得到厚度为100μm的铜板作为基片1。

(2)用旋涂或喷射涂布的方法在基片上制备聚酰亚胺/聚四氟乙烯复合结构薄膜作为绝缘层8，厚度控制在0.2～2μm，烘烤固化。

(3)蒸Cr，光刻出栅极2。

(4)淀积SiN₄作为栅极绝缘层3，厚度为0.25μm。

(5)淀积a-Si:H层作为有源层4，厚度为0.2μm；淀积n⁺a-Si:H层作为有源层5；光刻a-Si:H层和n⁺a-Si:H层，将不需要的地方光刻除去。

(6)蒸铝层，并光刻成源极7和漏极6。

实施例2

本实施例同样提供一种采用的电铸形成的镍板作为基片的柔性TFT的工艺过程：

(1)电铸槽中的阳极放置金属镍，阴极放置需电铸的硅片，电镀液中含有NiSO₄，NiCl₂，H₃BO₃，电铸温度为45～65摄氏度。再用氢氧化钾将硅腐蚀掉，得到厚度为20μm的镍板作为基片1。

(2)用旋涂或喷射涂布的方法在基片上制备聚酰亚胺/聚四氟乙烯复合结构薄膜作为绝缘层8，厚度控制在0.2～2μm，烘烤固化。

(3)在绝缘层上涂布1μm的环氧树脂作为保护层9，烘烤固化。

(4)蒸Cr，光刻出栅极2。

(5)淀积栅极绝缘层SiN₄，厚度为0.25μm。

(6)淀积a-Si:H层作为有源层4，厚度为0.2μm；淀积n⁺a-Si:H层作为有源层5；光刻a-Si:H层和n⁺a-Si:H层，将不需要的地方光刻除去。

(7)蒸铝层，并光刻成源极7和漏极6。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此，本发明的保护范围当以申请的专利范围所界定为准。

Claims (13)

1.一种柔性薄膜晶体管，包括：基片、绝缘层、栅极、栅极绝缘层、有源层、源极和漏极，其特征在于，所述基片为电铸形成的金属箔片。

2.根据权利要求1所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述基片的材料选自镍、铁、铜、金、银、镍-铁合金、铂镍-钴合金、钴-钨合金。

3.根据权利要求2所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述基片的厚度为20μm～700μm。

4.根据权利要求2所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述基片的表面粗糙度的Rms值小于10nm。

5.根据权利要求1-4任一所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘层上还有保护层。

6.根据权利要求5所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘层的材料为聚合物或无机小分子材料。

7.根据权利要求6所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘层的材料为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚酰亚胺与聚四氟乙烯的混合物、SiOx或SiNx。

8.根据权利要求6或7所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述保护层为树脂。

9.根据权利要求8所述的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述保护层为环氧树脂或压克力树脂。

10.根据权利要求9的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述保护层的厚度为500nm-10μm。

11.根据权利要求5的柔性薄膜晶体管，其特征在于，所述保护层用涂布的方法制备。

12.一种制备如权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的方法，步骤包括：

(1)电铸形成金属箔片；

(2)形成绝缘层；

(3)依次形成栅极、栅极绝缘层、有源层、源极和漏极；

(4)形成封装层。

13.根据权利要求12所述的制备如权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的方法，其特征在于，所述步骤还包括形成绝缘层后制备保护层。

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