CN117280468A - 用于显示器件的电路的薄膜晶体管 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种包括驱动薄膜晶体管的器件。该驱动薄膜晶体管包括金属氧化物通道、与驱动金属氧化物通道接触的源电极、以及设置在该金属氧化物通道上方并物理连接至该驱动源电极的顶部栅电极。

Description

用于显示器件的电路的薄膜晶体管
技术领域
本公开内容大体而言涉及具有用于阵列上栅极(扫描)驱动器(gate driver onarray,GOA)电路和/或像素电路的驱动薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)和/或开关TFT的器件。这些器件可以用于显示屏幕，诸如有机发光二极管(organic lightemitting diode,OLED)显示屏幕中。
背景技术
薄膜晶体管(TFT)通过在支撑基板(诸如玻璃)上方沉积有源半导体层的薄膜以及介电层和金属触点而制成。特别地，TFT可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)。
对于液晶显示器(liquid crystal display,LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器而言，TFT已经由于其高分辨率、低功耗和高速操作而在显示器应用中获得了极大的关注。TFT嵌入在显示器面板内。来自显示模块中的源极驱动器IC的数据线电压信号和来自显示面板中的周边显示面板区域中的栅极驱动器电路的扫描线电压信号被输送至像素电路中的TFT，以通过打开和关闭有源显示面板区域中的TFT来控制显示图像。通过改进具有较高迁移率的TFT的响应和/或通过减少像素之间的串扰来减少图像失真。包括LCD或OLED电视(TV)和监视器在内的大多数显示产品在面板包括TFT。许多现代高分辨率和高品质的电子视觉显示器件使用基于有源矩阵的OLED显示器，这些显示器具有大量TFT作为像素电路的部件。TFT技术的一个有利方面是该技术为显示器上的各像素使用单独的TFT。通过控制流过数据和栅极信号线的电压和电流，每个TFT在像素电路或栅极驱动器电路中作为开关或电流源工作，以增强对显示图像的控制。来自高迁移率TFT的较高导通电流通过最小化数据和栅极信号电压的失真，从而允许显示图像的快速刷新和更好的图像品质。
用于OLED显示面板的传统TFT的一个缺陷是，它们可能在以下方面具有限制：稳定性、用于颜色和/或灰度的电压控制、对来自作为用于控制OLED电流控制的像素电路的部件的驱动TFT的漏极电压的高灵敏度(由于在显示操作期间驱动TFT中的导通电流变化导致的OLED均匀性变化)以及作为像素电路的部件的开关TFT的慢响应速度，尤其是对于高分辨率和/或大屏幕显示器的慢响应速度。
因此，所需要的是用于像素电路的改进的开关和驱动TFT以及用于具有低截止泄漏电流的栅极驱动器电路的改进的开关TFT。
发明内容
本文公开了一种器件，该器件具有驱动薄膜晶体管(TFT)，驱动TFT包括驱动通道。驱动源电极与驱动通道电连接，并且驱动顶部栅电极设置在驱动通道上方并电连接至驱动源电极。
在一些实施方式中，器件被提供为具有包括第一TFT的驱动薄膜晶体管(TFT)。第一TFT包括第一通道和设置在第一通道下方的第一底部栅电极。提供第二TFT，该第二TFT具有第二通道和设置在第二通道下方并电连接至第一TFT的第一底部栅电极的第二底部栅电极。
在一些实施方式中，提供了一种器件，该器件具有驱动薄膜晶体管(TFT)。驱动TFT包括第一TFT。第一TFT包括第一通道和设置在第一通道上方的第一顶部栅电极。驱动TFT包括第二TFT，第二TFT包括第二通道和设置在第二通道上方并电连接至第一TFT的第一顶部栅电极的第二顶部栅电极。
在一些实施方式中，提供了一种器件，该器件具有驱动薄膜晶体管(TFT)。驱动TFT包括第一TFT，第一TFT具有第一通道和设置在第一通道上方的第一顶部栅电极。驱动TFT包括第二TFT，第二TFT具有第二通道和设置在第二通道上方并电连接至第一TFT的第一顶部栅电极的第二顶部栅电极。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可以参考实施方式来获得以上简要概述的本公开内容的更具体的描述，实施方式中的一些实施方式在附图中图示。然而，应当注意的是，附图仅图示了示例性实施方式，并且因此不应被视为是对其发明范围的限制，因为本公开内容可以允许其他同等有效的实施方式。
图1是根据一些实施方式的简化的有机发光二极管显示器(OLED)面板的示意图。
图2是根据一些实施方式的OLED面板的显示区域中的有源矩阵像素阵列的示意图。
图3A描绘了根据一些实施方式的底部发射OLED显示器的示意图。
图3B描绘了根据一些实施方式的顶部发射OLED显示器的示意图。
图4是根据一些实施方式的OLED显示面板中的一组简化的像素电路和GOA电路的示意图。
图5描绘了根据一些实施方式的用于像素电路的驱动晶体管。
图6描绘了根据一些实施方式的用于像素电路的驱动晶体管。
图7描绘了根据一些实施方式的用于像素电路的驱动晶体管。
图8描绘了根据一些实施方式的用于像素电路的驱动晶体管。
图9描绘了根据一些实施方式的用于像素和/或GOA电路的开关晶体管。
图10描绘了根据一些实施方式的用于像素和/或GOA电路的开关晶体管。
图11描绘了根据一些实施方式的设置在同一基板上的驱动晶体管和开关晶体管。
图12描绘了根据一些实施方式的晶体管的漏极源极电流相对于栅极电压的行为比较的图示。
图13A描绘了根据一些实施方式的开关晶体管的输出曲线的图示。
图13B描绘了根据一些实施方式的开关晶体管的输出曲线的图示。
图14A描绘了根据一些实施方式的驱动晶体管的输出曲线的图示。
图14B描绘了根据一些实施方式的驱动晶体管的输出曲线的图示。
为了促进理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共用的元件。设想在一个实施方式中公开的元件可以有益地用于其他实施方式，而无需特定叙述。除非特别指出，否则本文提到的附图不应理解为按比例绘制。此外，为了表述和解释的清楚，附图经常被简化，并且细节或部件被省略。附图和论述用于解释下面论述的原理，其中相同的标号表示相同的元件。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并非意欲限制本公开内容或本公开内容的应用和用途。此外，无意受上文的背景技术、发明内容或下文的详细描述中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
本文的实施方式包括在用于器件(诸如显示器件)的电路中使用的薄膜晶体管(TFT)。由于TFT中较高的导通电流、用于施加偏压的电极的选择与用于连接各电路的电极的选择相结合，本文所公开的TFT以高稳定性、良好控制和对TFT的快速响应来传输高电流。本文所述的TFT可以用作像素电路的驱动TFT，以及用于阵列上栅极驱动器(GOA)电路和像素电路的开关TFT。TFT中的一者或多者包括设置在高载流子密度金属氧化物通道上方的栅极结构。该栅极结构包括一个或多个栅电极，并因此TFT是顶部栅极(top-gate,TG)、双栅极(double-gate,DG)或底部栅极(bottom-gate,BG)TFT。本文所述的TFT对于双栅极结构特别有用。通道可包括一个或多个具有不同电子迁移率的层，这些不同电子迁移率的层对每个TFT有不同的益处。特别地，通道的高迁移率层提高了TFT的响应速度，并且在相同的TFT中，低迁移率层比高迁移率层允许更正的阈值电压(导通电压)和更低的泄漏电流。如本文所述，低迁移率层和高迁移率层的组合致使TFT具有改进的品质，诸如改进的迁移率、较低的截止泄漏电流和正阈值电压(导通电压)。
为了操作显示器的OLED像素的子像素，使用至少一个开关晶体管、一个驱动晶体管和一个电容器。开关TFT将数据电压传递至电容器(储存器)。储存电容器连接至驱动TFT的栅极。连接至储存电容器的驱动TFT的栅极电压决定驱动TFT有多少电流流动至OLED以控制亮度。储存电容器的所需电容由帧速率(frame rate)和连接至储存电容器和用于显示器的驱动TFT的栅极两者的开关TFT的泄漏电流决定。
图1是简化的有机发光二极管显示器(OLED)面板100的示意图。OLED面板100包括用于阵列上栅极驱动器(GOA)电路的开关TFT的非显示区域102、用于像素电路的开关和驱动TFT的显示区域104、以及源极(数据)驱动器集成电路的区域106。在一些方面中，非显示区域102设置在设置于一个或多个侧边处的边缘区域中，或者围绕显示区域104。
图2是OLED面板100的显示区域104中的有源矩阵像素阵列的示意图。显示区域104具有像素290的阵列，即，以行260和列280布置的第一像素2901、第二像素2902、第三像素2903等。每个像素290具有用于确定像素290的值的多个子像素250。例如，第一像素2901具有第一子像素2501A、第二子像素2501B和第三子像素2501C。每个子像素250是相应像素290的单一颜色元件。然而，第一像素2901可以具有多于三个的子像素250，例如，子像素2501N，其中“1N”可以代表第一像素2901的任何数量的子像素250。可以使用扫描线210独立地访问OLED面板100中的每个行260。可以使用数据线220访问OLED面板100中的每个列280。对第一扫描线212和第一数据线222进行寻址访问OLED面板100的第一像素2901中的第一子像素2501A。可以类似地在OLED面板100中对每个子像素250进行寻址。在各种实施方式中，虽然每个子像素250被图示为耦合至单根扫描线210，但是每个子像素可以耦合至多根扫描线210，多根扫描线210可用于控制更新每个子像素250。在这种实施方式中，扫描线210可以在不同的时间用不同的选择信号进行驱动，以控制子像素250的更新时序。
在一个或多个实施方式中，OLED面板100可以是有机发光二极管(OLED)显示器件。在这种实施方式中，子像素250中的每个子像素可包括经由一个或多个晶体管耦合至对应的扫描线(或多条线)和数据线的电极。当开关TFT被导通时，子像素数据信号(或多个信号)被施加到开关TFT，以将具有指定电压电平的数据信号输送至驱动TFT。驱动TFT连接至OLED，并且来自驱动TFT的电流控制OLED显示面板中的OLED的亮度。电源电压，ELVDD或VSS，被施加到每个子像素，以通过控制每个像素中的驱动TFT中的电流来控制OLED的灰度颜色和亮度。在一个实施方式中，正电源电压可以称为ELVDD，并且负电源电压可以称为VSS或ELVSS。
图3A图示了底部发射OLED显示器的示意图。OLED位于子像素电路320的顶部上。由于光发射方向向下，所以来自OLED的光无法穿过子像素电路区域320。单个子像素250可以是第一子像素2501A。然而，图3A所示的单个子像素250对于子像素250中的每个子像素(诸如第一子像素2501A)来说是通用的，并且进一步的论述将针对通用子像素250。子像素250具有子像素区域350。子像素区域350的一部分被OLED区域310占据。OLED区域310是子像素250的发光元件。OLED区域310是电流驱动的发光器件。子像素区域350的剩余部分被子像素电路320占据，子像素电路320具有一个或多个晶体管、电容器和连接晶体管和电容器以形成子像素电路320的金属布线。在形成子像素电路320时，一个或多个晶体管、电容器和金属布线可以设置在基板(器件)的与晶体管、电容器和金属布线中的另一者不同的金属层内。子像素电路320控制OLED区域310，从而提供驱动子像素250(即，发光或不发光)所需的功率。
图3B图示了顶部发射OLED显示器的示意图。对于顶部发射OLED显示器，OLED位于子像素电路320的顶部上。来自OLED的光的方向是向上的，所以子像素电路320不会阻挡光。因此，来自顶部发射OLED显示器的子像素电路320的面积可以与OLED区域310相当，这允许比底部发射OLED显示器更高的密度。
图4是根据一个或多个实施方式的OLED显示面板100中的一组简化的像素电路404和GOA电路402的示意图。像素404和GOA电路402的每一组具有多个薄膜晶体管(TFT)和储存电容器，诸如多于两个的晶体管和/或多于一个的电容器。通常，像素电路404(诸如子像素电路320)包括开关晶体管T1、电流调节器或驱动晶体管T2、以及储存电容器C1。GOA电路402包括开关晶体管，诸如上缓冲开关晶体管T上和下缓冲开关晶体管T下。用于GOA电路和像素电路的晶体管可以是氧化物晶体管或低温多晶硅(low-temperature polycrystallinesilicon,LTPS)晶体管。
开关晶体管栅极(G1)连接至扫描线(Vscan)，并且源极-漏极连接在Vdata线与驱动晶体管T2的栅极(G2)之间。设置在全彩显示器中的子像素250的OLED区域310中的OLED406电连接至驱动晶体管T2。OLED 406的电路进一步继续连接到低电平电源电压(VSS)或接地(GND)。OLED 406由像素电路320控制，并且具有连接到公共端子或导体的阴极和经由驱动晶体管T2的源极-漏极连接到高电平电源(ELVDD)的阳极。储存电容器C1保持驱动晶体管T2的栅极电压。也可设想储存电容器C1的其他位置。
当选择信号出现在Vscan线上且数据信号出现在Vdata线上时，OLED被寻址或选择。可以通过经由所选择的线向晶体管的栅极施加选择信号来导通和关断晶体管。Vscan线上的信号被施加到开关晶体管T1的栅极(G1)，从而“导通”该晶体管。Vdata线上的数据信号经由开关晶体管T1的源极-漏极施加到驱动晶体管T2的栅极(G2)，从而根据数据信号的幅度和/或持续时间“导通”驱动晶体管T2。驱动晶体管T2然后通常以驱动电流的形式向OLED406供应电力，由OLED 406产生的光的亮度或强度可以取决于所供应的电流的量和/或持续时间。在“关断”开关晶体管T1之后，储存电容器C1记忆Vdata线上的电压。
图5A、图5B和图6描绘了根据本公开内容的一些方面的用于像素电路的各种驱动晶体管的示意性剖视图。在一些方面中，驱动晶体管中的每个驱动晶体管可以用作像素电路404中的驱动晶体管(T2)，如图4所示。
图5A和图5B的驱动TFT 500A、500B是具有顶部栅电极514和底部栅电极506的双栅极TFT。TFT 500A、500B包括基板502，诸如基于硅的基板、基于绝缘的基板、基于锗的基板或其他合适的柔性基板。基板502可包括一层或多层通用层，该一层或多层通用层应存在于互补金氧半导体(CMOS)器件结构中。基板502可包含透明材料，诸如刚性玻璃或柔性聚酰亚胺(PI)，若TFT用于LCD或OLED显示器应用(诸如TV、平板计算机、膝上型计算机、移动电话或其他显示器)，则透明材料可以是有用的。
在一些实施方式中，缓冲层504设置在基板502上方，诸如与基板502直接接触。缓冲层504可包含绝缘材料，诸如单二氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、多层氮化硅/氧化硅(SiNx/SiOy)、氧氮化硅(SiON)、其他绝缘材料或上述的组合。底部栅电极506设置在缓冲层504上方。在一些方面中，底部栅电极506对应于图4的G2。在一些实施方式中，在OLED应用中使用期间，栅极偏压被施加至底部栅电极506。在一些方面中，使用行业中已知的任何合适的工艺来沉积和图案化底部栅电极。底部栅极绝缘(gate insulating,GI)层508设置在底部栅电极506上方并围绕底部栅电极。用于底部栅极绝缘体和/或用于本文所述的任何栅极绝缘体的GI材料可包括绝缘材料，诸如硅、SiNx、其他绝缘材料或上述组合，诸如二氧化硅(SiO2)、聚甲基倍半硅氧烷(polymethylsilsesquioxane,PMSQ)或其他合适的材料。
通道结构510设置在底部GI层508上方。通道结构510可以是单层通道结构、每层具有不同电子迁移率的双层通道堆叠、或者每层具有与设置在该层的正上方或正下方的层不同的电子迁移率的三层或更多层。通道结构510由金属氧化物材料或低温多晶硅(lowtemperature poly silicon,LTPS)构成。本文所述的通道结构中的任何通道结构可以由金属氧化物(metal oxide,MO)材料，例如由单层或多层MO通道构成。或者，本文所述的通道结构中的任何通道结构可以由LTPS构成，例如由单层LTPS通道构成。金属氧化物可包含氧(O)、铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)、锡(Sn)、铝(Al)及上述的组合，诸如In-Zn-O、In-Ga-O、In-Sn-O、In-Ga-Zn-O、In-Zn-Sn-O、In-Ga-Sn-O、In-Ga-Zn-Sn-O或上述的任意组合。可以基于为通道结构510的一层或多层所选择的预定电子迁移率来选择金属氧化物材料或LTPS。顶部栅极绝缘(GI)层512设置在通道结构510上方。在一些实施方式中，顶部GI层512被图案化以接近设置在顶部GI层512上方的顶部栅电极514的宽度。替代地，顶部GI层512’设置在通道结构510上方并围绕通道结构，并且设置在底部GI层508上方，如图5B所示。尽管附图中描绘的所有TFT都图示了类似于图5A的顶部GI层512，但是，图5B所示的顶部GI层512’或者包括具有比顶部栅电极更大宽度的顶部GI层的任何其他图案可以用于其他附图中的任一者中描述的TFT中的一者或多者中。
层间电介质(inter layer dielectric,ILD)层516设置在顶部栅电极514和通道结构510的一部分上方。本文所述的任何ILD层可以由诸如氧化硅、氮化物、氧氮化物和碳化物(诸如基于硅的介电膜)的材料构成。
驱动TFT 500A包括设置在ILD层516上方的源极518和漏极519。源极518和漏极519耦合到ILD层516中通向通道结构510的通孔。本文所述的每个电极(例如，顶部栅电极514、底部栅电极506、源/漏电极518、519)包含导电材料，诸如钼(Mo)、铬(Cr)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、合金金属(包括MoW)、导电材料(包括MoW、TiCu、MoCu、MoCuMo、TiCuTi、MoWCu、MoWCuMoW)的组合、任何导电材料(诸如包括导电金属氧化物，诸如氧化铟锡(InSnO)[ITO]和氧化锌铟(InZnO)[IZO])，或上述的任何组合。
在附图的每一者中，TFT的每个电极包括电极路径，在该电极路径中描绘了每个电极的电流路径。例如，TFT 500A包括耦合到漏极电压的漏极电极路径520、耦合到源极电压的源极电极路径522、耦合到源电极和源极电压的顶部栅电极路径524、以及耦合到栅极电压的底部栅电极路径526。驱动TFT 500A包括通过电极路径522和524在源电极518与顶部栅电极514之间的物理和电连接。在一些实施方式中，连接是通过电布线和/或其他连接桥来连接的。可以使用有源像素区域(例如，显示区域104)中的接触孔来进行连接。栅极偏压经由底部栅电极路径526施加至底部栅电极506。
与参考图5A描述的连接相对比，源电极518(例如，源电极路径522)与底部栅电极506(例如，底部电极路径526)之间的连接可用于在图6所描绘的驱动TFT 600中使用。源电极路径522和底部电极路径526连接并耦合至源电压。栅极偏压经由耦合到栅极电压的路径524施加至顶部栅电极514。相对于TFT 600，已经发现，当用作OLED器件中的像素电路的驱动TFT时，将源电极518与顶部栅电极514连接使得能够改进稳定性，改进对颜色和/或灰度的电压控制，以及改进输出饱和曲线和降低对用于OLED电流控制的漏极电压的灵敏度。特别地，顶部栅电极514与源电极518的电压实质上相同，这提供了改进的稳定性。
图7图示了示例性驱动TFT 700，TFT 700具有来自设置在基板上的显示区域中的两个相邻子像素电路的两个TFT结构(TFT 701A和TFT 701B)。一个驱动TFT来自一个子像素电路，并且另一个驱动TFT来自相邻的子像素电路。每个子像素电路具有一个连接到OLED的驱动TFT。每个TFT包括参考图5A和图5B描述的层。特别地，每个TFT是双栅极TFT，该双栅极TFT具有设置在基板702上方的缓冲层704。每个TFT包括底部栅电极706A、706B、底部GI层708、通道结构710、顶部栅极绝缘层712、顶部栅极714A、714B、和ILD层716。每个TFT包括源电极719A、719B和漏电极718A、718B。
每个TFT 701A、701B的底部电极706A、706B如图所示通过路径726A和726B连接，并耦合至直流(DC)电压或接地(GND)。其他路径被图示为类似于在图5A中所描绘的那些路径(例如，耦合到漏极电压的漏电极路径720A、720B，耦合到源极电压的源电极路径722A、722B，以及耦合到栅极电压的顶部栅电极路径724A、724B)。在一些方面中，顶部栅电极对应于图4中所描绘的G2。已经发现，连接底部电极使得能够通过用正或负DC电压改变底部栅电极的电压来调谐阈值电压(Vth)。在集成处理期间物理地连接底部栅极金属，并且可以制作接触孔来连接面板末端处的顶层金属以施加电压信号。在有源像素区域中不需要接触孔来连接底部栅电极和源电极。因此，通过消除对用于TFT 600的接触孔的需要，可以少一个掩模并获得更多的空间。相对于TFT 600，使用驱动TFT 700作为像素电路的驱动晶体管使得能够通过用正或负DC电压改变底部栅电极的电压来调谐阈值电压(Vth)，并且也允许对用于颜色和/或灰度的电压的更好控制、更好的输出饱和度以及对用于OLED电流控制的漏极电压的更低灵敏度。
图8描绘了具有设置在基板上的两个TFT结构(TFT 801A和TFT 801B)的示例性驱动TFT 800。TFT 800与TFT 700相同，不同之处在于顶部栅电极714A、714B经由路径724A和724B连接并耦合到直流(DC)电压，并且底部栅电极706A、706B不连接。在一些方面中，底部栅电极706A、706B对应于图4中所描绘的G2。其他路径被图示为类似于在图7中描绘的那些路径。具体而言，漏电极路径720A、720B耦合到漏极电压，源电极路径722A、722B耦合到源极电压，并且底部栅电极路径726A、726B耦合到栅极电压。通过改变顶部栅电极714A、714B的电压，可以容易地调谐阈值电压(Vth)。顶部栅极金属在集成处理期间被物理地连接，并且可以制作接触孔来连接面板的边缘处的顶层金属以施加电压信号。因此，相对于TFT 500A或TFT 600，进行连接所需要的掩模少一个。在有源像素区域中不需要接触孔来连接顶部栅电极和源电极。相对于TFT 500A，使用驱动TFT 800作为像素电路的驱动晶体管使得能够通过用正或负DC电压改变顶部栅极的电压来调谐阈值电压(Vth)，并且也允许在正偏压温度应力(positive bias temperature stress,PBTS)或负偏压温度应力(negative biastemperature stress,NBTS)下更好的电稳定性、对用于颜色和/或灰度的电压的更好控制、以及更好的输出饱和度、和对用于OLED电流控制的漏极电压的更低灵敏度。
参考图5A、图5B和图6至图8描述的驱动晶体管中的每个驱动晶体管可以与一个或多个用于GOA电路或像素电路的开关晶体管组合使用，此将参考图9和图10进行描述。在一些方面中，开关晶体管中的每个开关晶体管可以用作像素电路404中的开关晶体管(T1)和/或GOA电路402中的开关晶体管(T上、T下)，如图4所示。参见图9，开关TFT 900是没有底部栅电极的顶部栅极TFT。开关TFT 900包括参考图5A和图5B描述的层，除了底部栅电极。具体而言，开关TFT是顶部栅极TFT，具有设置在基板902上方的缓冲层904。底部绝缘层908设置在缓冲层904上方，之后是通道结构910、顶部栅极绝缘层912、顶部栅电极914和ILD层916。开关TFT 900包括源电极918和漏电极919，源电极918具有耦合到源极电压的对应源电极路径920，且漏电极919具有耦合到漏极电压的对应漏电极路径922。顶部栅电极914包括耦合到栅极电压的顶部栅电极路径924。
参见图10，开关TFT 1000是具有顶部栅电极914和底部栅电极1006的双栅极晶体管。参考TFT 900描述开关TFT 1000，不同之处在于底部栅电极1006设置在缓冲层904上方，并且底部绝缘层908设置在底部栅电极1006上方并围绕底部栅电极1006。与TFT 900相比，TFT 1000包括在顶部栅电极914与底部栅电极1006之间经由路径924和1026进行的连接，这些路径耦合到栅极电压。相对于开关TFT 900，对于高频和高速操作，开关TFT 1000在GOA电路中表现更好，具有更好的Vth均匀性、更好的稳定性和更高的导通电流。相对于开关TFT900，开关TFT 1000在像素电路中表现更好，具有更好的Vth均匀性，和在正偏压温度应力(PBTS)或负偏压温度应力(NBTS)下更好的电稳定性。
图11描绘了晶体管1100的示例，晶体管1100包括设置在同一基板1102上的驱动晶体管1122和开关晶体管1124。每个TFT包括缓冲层1104、栅极绝缘层(或绝缘层)1108、通道结构1110、顶部栅极绝缘层1112和ILD层1116。每个TFT包括源电极1119A、1119B和漏电极1118A、1118B。尽管描绘了单个TFT驱动TFT，但是驱动晶体管1122可以是图5A、图5B、图6至图8中描绘的驱动晶体管中的任一者，诸如TFT 500A、TFT 500B、TFT 600、TFT 700或TFT800。在一些方面中，驱动晶体管1122是具有底部栅电极1106A和顶部栅电极1114A的双栅极TFT。虽然描绘了双栅极TFT，如底部栅电极1106B和顶部栅电极1114B所示，但是开关晶体管1124可以是顶部栅极晶体管(诸如TFT 900)或者双栅极晶体管(诸如TFT 1000)。
示例
晶体管(诸如本文所述的晶体管)是使用由底层上的In-Zn-O和上部层上的In-Ga-Zn-O构成的双层通道结构形成的。通道结构的宽度为40μm并且长度为10μm。
图12描绘了晶体管的漏极至源极电流(IDS)相对于栅极至源极电压的行为比较的图表1200，并且某些特性也汇总在下表1中。具体而言，该图表描绘了参考图10(TFT 1000)、图6(TFT 600)、图5A(TFT 500A)和图9(TFT 900)描述的每个TFT的相对于栅极至源极电压(Vgs)的对数标度的漏极至源极电流log(IDS)。图12图示了在1V漏极电压(Vds)和-1V至+5V的小范围栅极电压下的转移曲线，以比较来自每个TFT的每个转移曲线的子阈值斜率(SS)。尽管图中未描绘，但是表1中也收集了10V漏极电压数据。在此，TFT在1V漏极至源极电压(Vds)下以线性状态操作，并在10V漏极至源极电压(Vds)下以饱和状态操作。子阈值电压的值随着漏极至源极电压(Vds)的值而变化。通常，从高漏极电压值获得大的子阈值。例如，相对于较低的漏极至源极电压(诸如Vds＝1V)的子阈值，Vds＝10V产生了较高的子阈值。已经发现，开关晶体管在低漏极电压值(Vgs-Vth>Vds，Vgs>Vth)下以线性状态操作，而驱动晶体管在高漏极电压值(Vgs-Vth<Vds，Vgs>Vth)下以饱和状态操作。在此，Vgs是栅极至源极电压，Vds是漏极至源极电压，Vth是阈值电压。
对于每条曲线，比较了由低电平电流1E-11至高电平电流1E-7安培(A)之间的范围限定的每条曲线的区域，并获得了子阈值斜率(SS)值。已经发现，具有小的子阈值(SS)的晶体管可用作开关晶体管，以快速达到用于快速开关操作的高电平的漏极电流值(Ids)。相比之下，具有大的子阈值斜率值(SS)的晶体管可用作驱动晶体管以缓慢达到高电平的漏极电流值(Ids)，以便在低电平(1E-11)与高电平(1E-7)漏极电流值之间以更宽的栅极电压范围更好地控制灰度级栅极电压。
在图12中，电流范围是出于说明目的而选择的并且可对应于来自驱动晶体管的电流，该电流可流过OLED显示器，以用于控制驱动晶体管的灰度栅极电压以及OLED显示器亮度。大子阈值斜率(SS)值可用于更好地控制灰度。在图12中用水平虚线标识的1E-11A的漏极至源极电流是用于关断TFT以在OLED显示器中获得黑色图像的电流的示例，并且1E-7A是用于在OLED显示器中允许最大亮度的最大电流的示例。取决于应用和显示器，可以使用其他电流值。可以选择1E-11与1E-7之间的中间电流范围，以使用驱动TFT中在1E-11的栅极电压与1E-7的栅极电压之间的特定级别的栅极电压来控制OLED显示器中的特定水平的亮度。例如，栅极电压可以分为用于控制诸如亮度的属性的256个“级别”。
图12中标识的区域1202对应于TFT 1000，区域1204对应于TFT 600，区域1206对应于TFT 500A，并且区域1208对应于TFT 900。区域的宽度(ΔV)指示在期望的电流范围内控制电压的能力。如可从图12中的区域比较和表1中的ΔV看出，与TFT 500A对应的区域1206是最宽的，并且因此展示出对用于驱动晶体管的灰度栅极电压的良好控制。这也可以通过在如下所示的区域中测量曲线的反斜率(例如，具有V/十进位的单位的子阈值斜率)来定量表示。下文汇总了漏极电压等于1V的每个TFT的值，并且括号中的值是Vd等于10V的情况。TFT 500A对于每个电压显示出最高的SS值，这表明在驱动TFT中控制电压和电流的能力增强并且因此显示图像的控制增强。因此，具有高SS值的晶体管，诸如TFT 500A，之后是TFT600，作为像素电路中的驱动晶体管表现良好。已经发现，可以优化通道层的电子迁移率以及在某些电极之间形成连接，以形成具有预定SS值的TFT。特别地，表1中汇总的晶体管中的每一者具有相同的通道层组成和尺寸，然而，TFT 500A具有最低的电子迁移率M(cm2/Vs)。相对于TFT 600、TFT 1000和TFT 900，来自TFT 500A的低电子迁移率对驱动晶体管表现良好，并且使得能够利用高子阈值斜率(SS)值对驱动晶体管进行良好的控制。
相比之下，对于开关晶体管，低SS值是诸如TFT 1000，之后是TFT 900，对于GOA电路和像素电路中的开关晶体管表现良好。对于开关TFT，具有低SS值的高电子迁移率是较佳的。已经发现，可以使用相同的通道层组成来提供具有高电子迁移率和低SS值的开关晶体管(例如TFT 1000)和设置在同一基板上的具有较低电子迁移率和高SS值的相邻驱动晶体管(例如TFT 500A)。
表1：参考通过将作为上部层的In-Ga-Zn-O通道层定位在作为底部层的In-Zn-O通道层的顶部上而具有相同的双通道结构In-Zn-O/In-Ga-Zn-O的图10(TFT 1000)、图6(TFT600)、图5A(TFT 500A)和图9(TFT 900)描述的每个TFT的电气特性。
在具有其他通道组成的TFT(诸如通过将作为上部层的In-Ga-Zn-Sn-O定位在作为底部通道层的In-Zn-O的顶部上的双层通道结构(IZO/IGZTO)和单层通道结构(IZO))的比较中发现了如表2和表3所示的类似结果。因此，无论通道结构如何，TFT(TFT 500A、TFT600、TFT 900、TFT 1000)可以显示出类似的结果，显示出来自TFT 500A的用于较好灰度的最高子阈值和ΔV以及来自TFT 1000的用于快速切换的最低子阈值和ΔV。
表2：参考通过将作为上部层的In-Ga-Zn-O通道层定位在作为底部层的In-Zn-O通道层的顶部上而具有相同的双通道结构In-Zn-O/In-Ga-Zn-Sn-O的图10(TFT 1000)、图6(TFT 600)、图5A(TFT 500A)和图9(TFT 900)描述的每个TFT的电气特性。
表3：参考具有相同的单通道结构In-Zn-O的图10(TFT 1000)、图6(TFT 600)、图5A(TFT 500A)和图9(TFT 900)描述的每个TFT的电气特性。
图13A、图13B、图14A和图14B描绘了根据一些实施方式的晶体管的输出特性的图表。图13A描绘了TFT 900的曲线，图13B描绘了TFT 1000的曲线，图14A描绘了TFT 600的曲线，并且图14B描绘了TFT 500A的曲线。为了比较TFT作为开关晶体管或驱动晶体管的性能，在0V至15V的栅极至源极电压(Vgs)(电压步长为2.5V)以及0V至20V的漏极至源极电压(Vgs)(电压步长为0.5V)下监测来自TFT的漏极至源极电流(Ids)。漏极至源极电压(Vds)在横轴中表示，并且漏极至源极电流(Ids)在纵轴中表示。相对于如图13A、图14A和图14B所示的TFT 900、TFT 600和TFT 500A，如图13B所示的TFT 1000因其更高的漏极至源极电流(Ids)和更低的子阈值斜率(SS)值而作为用于快速开关操作的开关晶体管表现良好。然而，相较于图13A和图13B所示的TFT 900和TFT 1000，如图14A和图14B所示的TFT 600和TFT500A作为用于更好控制灰度的驱动晶体管表现良好，这是因为，在饱和状态下，漏极至源极电流(Ids)不会随着漏极至源极电压(Vds)的变化而表现出显著变化，并且漏极至源极电流在低漏极至源极电压(Ids)下快速饱和至指定的目标电流。因此，来自TFT 500A和TFT 600的饱和区域比TFT 900和TFT 1000更宽，这提供良好的输出饱和。此外，通过在饱和状态下改变漏极至源极电压，漏极至源极电流的灵敏度降低，作为驱动TFT，这允许对漏极至源极电流(Ids)进行精确控制，以获得更好的OLED均匀性。此外，相对于图14B所示的TFT 600，如图14B所示的TFT 500A允许作为驱动晶体管更好地控制灰度，这是由于更高的子阈值斜率(SS)值。
尽管图12至图14B和表1至表3没有显示来自图7所描绘的TFT 700的数据，但是已经发现TFT 700显示出与TFT 600相似的结果，除了在TFT 700中没有利用DC电压进行Vth调谐。此外，图12至图14B和表1至表3没有显示来自图8所描绘的TFT 800的数据，然而，TFT800显示出与TFT 500A相似的结果，除了在TFT 800中没有使用DC电压进行Vth调谐。此外，尽管图12至图14B和表1至表3描绘了具有金属氧化物通道的晶体管，但是也可以设想其他通道，诸如LTPS单层通道。已经发现LTPS晶体管具有与MO通道结构相似的相对结果。
总之，本文提供的晶体管提供接近0V的正阈值电压(例如，导通电压)、较高的导通电流(诸如用于开关TFT)，以及利用低子阈值斜率值的良好的电压/灰色控制和利用栅极至源极电压较少依赖于漏极至源极电压变化的良好的输出饱和曲线，诸如在用于OLED显示器的驱动TFT中。
可根据所描述的特定实施方式及其他变型实现这些及其他优势。应当理解的是，以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。在阅读以上描述后，在权利要求的精神和范围内的许多其他实施方式和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明的范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。在随附的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并不意欲对它们的对象强加数字要求。
如本文所用，术语“约”指相对于标称值+/-10％的变化。应当理解的是，此种变化可以包括在本文提供的任何值中。

Claims (20)

1.一种器件，包括驱动薄膜晶体管(TFT)，所述驱动TFT包括：
驱动通道；
驱动源电极，所述驱动源电极与所述驱动通道电连接；以及
驱动顶部栅电极，所述驱动顶部栅电极设置在所述驱动通道上方并电连接至所述驱动源电极。
2.根据权利要求1所述的器件，进一步包括一个或多个开关TFT，每个开关TFT包括：
开关金属氧化物(MO)通道；以及
开关顶部栅电极，所述开关顶部栅电极设置在所述开关MO通道上方。
3.根据权利要求2所述的器件，其中至少一个开关TFT包括开关底部栅电极，所述开关底部栅电极电连接到所述开关顶部栅电极。
4.根据权利要求3所述的器件，其中所述一个或多个开关TFT中的每一者是可操作的以用于像素电路中或用于阵列上栅极驱动器(GOA)电路中。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述驱动TFT进一步包括驱动底部栅电极，其中栅极偏压被施加至所述驱动底部栅电极。
6.一种器件，包括驱动薄膜晶体管(TFT)，所述驱动TFT包括：
第一TFT，包括：
第一通道，以及
第一底部栅电极，所述第一底部栅电极设置在所述第一通道下方；以及
第二TFT，包括：
第二通道，以及
第二底部栅电极，所述第二底部栅电极设置在所述第二通道下方并电连接至所述第一TFT的所述第一底部栅电极。
7.根据权利要求6所述的器件，其中所述第一TFT包括设置在所述第一通道上方的第一顶部栅电极。
8.根据权利要求6所述的器件，进一步包括一个或多个开关TFT，每个开关TFT是顶部栅电极TFT，其中所述顶部栅电极TFT没有底部栅电极。
9.根据权利要求6所述的器件，进一步包括一个或多个开关TFT，每个开关TFT包括：
开关底部栅电极；
开关金属氧化物(MO)通道，所述开关MO通道设置在所述开关底部栅电极上方；以及
开关顶部栅电极，所述开关顶部栅电极设置在所述开关MO通道上方，其中所述开关顶部栅电极电连接至所述开关底部栅电极。
10.根据权利要求9所述的器件，其中所述器件包括阵列上栅极驱动器(GOA)电路。
11.根据权利要求9所述的器件，其中所述器件包括像素电路。
12.根据权利要求6所述的器件，进一步包括顶部栅极绝缘层，所述顶部栅极绝缘层设置在所述第一通道上方并在所述第二通道上方延伸。
13.根据权利要求6所述的器件，进一步包括设置在所述第一通道上方的第一顶部栅极绝缘层和设置在所述第二通道上方的第二顶部栅极绝缘层。
14.一种器件，包括驱动薄膜晶体管(TFT)，所述驱动TFT包括：
第一TFT，包括：
第一通道，以及
第一顶部栅电极，所述第一顶部栅电极设置在所述第一通道上方；以及
第二TFT，包括：
第二通道，以及
第二顶部栅电极，所述第二顶部栅电极设置在所述第二通道上方并电连接到所述第一TFT的所述第一顶部栅电极。
15.根据权利要求14所述的器件，进一步包括一个或多个开关TFT，每个开关TFT包括：
开关通道；以及
开关顶部栅电极，所述开关顶部栅电极设置在所述开关通道上方。
16.根据权利要求15所述的器件，进一步包括一个或多个开关TFT，每个开关TFT包括设置在所述开关通道下方的开关底部栅电极，其中所述开关顶部栅电极电连接到所述开关底部栅电极。
17.根据权利要求14所述的器件，其中所述第一通道和所述第二通道中的至少一者是含有金属氧化物的层，所述含金属氧化物的层包含铟、锌、镓、氧、铝、锡、In-Zn-O、In-Sn-O、In-Zn-Sn-O、In-Ga-O、In-Ga-Zn-O、In-Ga-Sn-O、In-Ga-Zn-Sn-O或上述组合中的至少一者。
18.根据权利要求14所述的器件，其中所述第一通道和所述第二通道中的至少一者是低温多晶硅(LTPS)单层。
19.根据权利要求14所述的器件，其中所述第一通道或所述第二通道中的至少一者，或者所述第一通道或所述第二通道两者各自由单层组成。
20.根据权利要求14所述的器件，其中所述第一通道或所述第二通道中的至少一者包括两层或更多层，每层具有不同的电子迁移率。
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