一种阵列基板及其制备方法与流程

文档序号:24824573 发布日期:2021-04-27 15:37
一种阵列基板及其制备方法与流程

1.本申请涉及显示技术领域,尤其涉及一种阵列基板及其制备方法。


背景技术:

2.近年来,随着显示面板产业的发展进步,用户对显示面板提出了更高的要求。丰富显示面板的功能,增强人机互动,提高显示面板的竞争力,是目前显示面板的重点发展方向。红外探测元件在手机、电脑和可穿戴电子设备中有着广泛的应用。现有的红外探测元件中的吸光层通常采用单晶硅和铟镓砷材料。但是,单晶硅的生长温度(900℃)远高于显示面板生产工艺中的温度上限(600℃);铟镓砷的生长工艺——分子束外延工艺(molecularbeamepitaxy,mbe)无法与显示面板的生产线兼容。因此,开发一种与红外探测元件相兼容的阵列基板成为显示面板产业发展的重点。


技术实现要素:

3.为了解决以上问题,本申请提供一种集成了红外探测元件的阵列基板及其制备方法。
4.本申请提供一种阵列基板,包括:
5.薄膜晶体管层,所述薄膜晶体管层包括第一薄膜晶体管;
6.红外探测元件,设置在所述薄膜晶体管层的第一侧,所述红外探测元件包括依次层叠设置在所述第一侧的第一电极、吸光层和第二电极,所述红外探测元件与所述第一薄膜晶体管电性连接;
7.其中,所述吸光层的材料为微晶硅。
8.在一些实施例中,所述吸光层的厚度为60纳米至3000纳米;所述吸光层的带隙为1.1ev至1.5ev。
9.在一些实施例中,所述吸光层的厚度为300纳米至3000纳米。
10.在一些实施例中,所述红外探测元件在所述薄膜晶体管层上的正投影位于所述第一薄膜晶体管的范围内。
11.在一些实施例中,所述第一电极与所述第一薄膜晶体管的源漏极电性连接。
12.在一些实施例中,所述红外探测元件还包括第一半导体层,所述第一半导体层位于所述第一电极和所述吸光层之间。
13.在一些实施例中,所述红外探测元件还包括第二半导体层,所述第二半导体层位于所述吸光层和所述第二电极之间。
14.在一些实施例中,所述红外探测元件还包括第一半导体层和第二半导体层,所述第一半导体层位于所述第一电极和所述吸光层之间,所述第二半导体层位于所述吸光层和所述第二电极之间。
15.在一些实施例中,所述第一半导体层的材料为n型非晶硅,所述第二半导体层的材料为p型非晶硅。
16.在一些实施例中,所述第一半导体的材料为n型微晶硅,所述第二半导体层的材料为p型微晶硅。
17.在一些实施例中,所述阵列基板还包括第二薄膜晶体管和与所述第二薄膜晶体管电性连接的像素电极,所述像素电极与所述第二电极同层设置。
18.在一些实施例中,所述第一薄膜晶体管的源漏极和所述第二薄膜晶体管的源漏极在所述阵列基板中位于同一层,所述第一薄膜晶体管的栅极和所述第二薄膜晶体管的栅极在所述阵列基板中位于同一层,所述第一薄膜晶体管的有源层和所述第二薄膜晶体管的有源层在所述阵列基板中位于同一层。
19.本申请还提供一种阵列基板的制备方法,
20.包括以下步骤:
21.形成一薄膜晶体管层,所述薄膜晶体管层包括第一薄膜晶体管;
22.在所述薄膜晶体管层的第一侧依次制备第一电极、吸光层和第二电极,以形成红外探测元件,并使所述红外探测元件电性连接所述第一薄膜晶体管,其中,所述吸光层的材料为微晶硅。
23.在一些实施例中,所述微晶硅是通过等离子体增强化学气相沉积工艺制备的。
24.和现有技术相比,本申请具有以下有益效果:
25.本申请提供了一种阵列基板,在所述阵列基板中,其红外探测元件包括依次层叠设置在薄膜晶体管层第一侧的第一电极、吸光层和第二电极,所述红外探测元件与第一薄膜晶体管电性连接。所述吸光层的材料为微晶硅。所述微晶硅能满足显示面板红外探测的需求,提高了红外检测的准确性。所述吸光层的制造工艺可以被集成到显示面板的生产线中,所述显示面板的生产线完全可以兼容所述吸光层的制造工艺,有利于实现大规模工业生产和应用。
附图说明
26.下面结合附图,通过对本申请的具体实施例详细描述,将使本申请的技术方案及其它有益效果清楚可见。
27.图1为本申请实施例提供的一种阵列基板的截面结构示意图。
28.图2为本申请实施例提供的一种阵列基板的制备方法的流程图。
具体实施方式
29.下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
30.图1为本申请实施例提供的一种阵列基板100截面结构示意图。如图1所示,阵列基板100包括薄膜晶体管层110,薄膜晶体管层110包括第一薄膜晶体管111。
31.红外探测元件120,设置在薄膜晶体管层110的第一侧110s,第一侧110s为薄膜晶体管层110的上侧。红外探测元件120包括依次层叠设置在第一侧110s的第一电极124、吸光层122和第二电极125,红外探测元件120与第一薄膜晶体管111电性连接。第一薄膜晶体管111用于为红外探测元件120提供一个反向偏置电压。
32.本实施例的红外探测元件120由第一电极124、吸光层122和第二电极125构成,省略了中间层的设置,在满足红外探测目的的基础上,可以简化制备工艺制程,降低面板厚度,节省生产成本。
33.吸光层122的材料为微晶硅。现有技术中吸光层的材料通常是多晶硅和非晶硅。但由于多晶硅的生长工艺的限制,所述多晶硅的厚度过薄(小于45纳米),无法吸收足够的光线,影响红外探测的准确性能。现有工艺虽然可以制备出具有足够厚度的非晶硅,但是厚度满足需求的非晶硅带隙无法满足红外探测的需求。本实施例的吸光层使用微晶硅在厚度(大于45纳米)和带隙方面能够同时满足显示面板红外探测的需求,提高红外探测的准确性能。
34.所述微晶硅的制造工艺可以被集成到显示面板的生产线中,比如低温多晶硅(low temperature poly silicon,ltps)工艺可以兼容吸光层122的制造工艺,兼容度较高,有利于实现大规模工业生产和应用。
35.在一些实施例中,吸光层122的厚度在60纳米至3000纳米之间,例如厚度可以为100纳米、200纳米、500纳米、1000纳米、1500纳米以及2000纳米。同时其带隙在1.1ev至1.5ev之间,例如带隙可以为1.2ev、1.3ev、1.4ev。其厚度和带隙使红外探测元件120可以达到红外探测的目的。
36.在一些实施例中,吸光层122的厚度可以为300纳米至3000纳米,例如可以为400纳米、800纳米、1700纳米以及2500纳米。在此厚度范围内的微晶硅可以吸收更多的光,提高红外探测的准确性。
37.在一些实施例中,红外探测元件120在薄膜晶体管层110上的正投影位于第一薄膜晶体管111的范围内。
38.具体地,红外探测元件120位于第一薄膜晶体管111的正上方,可以避免由于红外探测元件120的引入而导致的显示面板开口率的降低。
39.在一些实施例中,红外探测元件120是通过第一电极124与第一薄膜晶体管111的源漏极连接的。
40.在一些实施例中,红外探测元件120还包括第一半导体层121,第一半导体层121位于第一电极124和吸光层122之间。本实施例中,在第一电极124和吸光层122之间设置一层第一半导体层121,第一半导体层121可以抑制第一电极124和吸光层122直接接触而导致的漏电流的产生,且还可以吸收部分可见光,进一步促进吸光层122对红外光的吸收,进而提升红外探测元件120的探测灵敏度。
41.在一些实施例中,红外探测元件120还包括第二半导体层123,第二半导体层123位于吸光层122和第二电极125之间。本实施例中,在吸光层122和第二电极125之间设置一层第二半导体层123,第二半导体层123可以抑制吸光层122和第二电极125直接接触而导致的漏电流的产生,且还可以吸收部分可见光,进一步促进吸光层122对红外光的吸收,进而提升红外探测元件120的探测灵敏度。
42.在一些实施例中,红外探测元件120还包括第一半导体层121和第二半导体层123,第一半导体层121位于第一电极124和吸光层122之间,第二半导体层123位于吸光层122和第二电极125之间。第一半导体121和第二半导体123作为电荷传输层与内建电场构建层用来抑制暗电流和分离光生电子和空穴抑制暗电流和分离光生电子和空穴。与仅在吸光层
122的一面形成第一半导体121或第二半导体123的情况相比,可以进一步抑制漏电流的产生。吸光层122用来吸收红外光。
43.在一些实施例中,第一半导体层121的材料为n型非晶硅或n型微晶硅。
44.在一些实施例中,第二半导体层123的材料为p型非晶硅或p型微晶硅。
45.具体地,在吸光层122的两个侧面相应形成n型非晶硅和p型非晶硅,或n型微晶硅和p型微晶硅,可以抑制泄漏电流的产生,能够探测到低光量的光,提高红外探测的灵敏性。在一个实施例中,第一半导体层121的材料为n型非晶硅,第二半导体层122的材料为p型非晶硅,可以降低调试成本,降低可见光的干扰。
46.在一些实施例中,阵列基板100还包括第二薄膜晶体管112和与第二薄膜晶体管112电性连接的像素电极180,像素电极180与第二电极125同层设置。
47.在一些实施例中,第一薄膜晶体管111的源漏极和所述第二薄膜晶体管112的源漏极在阵列基板100中位于同一层,第一薄膜晶体管111的栅极和第二薄膜晶体管112的栅极在阵列基板100中位于同一层,第一薄膜晶体管111的有源层和第二薄膜晶体管112的有源层在阵列基板100中位于同一层。位于同一层的功能层可以使用同一道光罩制备,可以节约制备成本和周期。
48.具体地,阵列基板100还包括基板130、位于基板130上的遮光层140、覆盖遮光层140的第一间隔层150以及第一间隔层150上的第二间隔层160。薄膜晶体管层110设置于第二间隔层160上。
49.在本实施例中,如图1所示,第一薄膜晶体管111和第二薄膜晶体管112可以为底栅结构。第一薄膜晶体管111包括第一有源层1111、第一栅极1112、第一源极1113和第一漏极1114。同样地,第二薄膜晶体管112包括第二有源层1121、第二栅极1122、第二源极1123和第二漏极1124。第一有源层1111和第二有源层1121、第一栅极1112和第二栅极1122、第一源极1113和第二源极1123、第一漏极1114和第二漏极1124在阵列基板100中位于同一层。第一薄膜晶体管111和第二薄膜晶体管112的同层设置能够节省光罩,简化了本申请涉及的阵列基板的整个制备工艺制程,同时降低阵列基板100的生产成本和周期。
50.像素电极180与第二薄膜晶体管112的第二漏极1124电性连接。
51.在一些实施例中,阵列基板100还包括触控电极170,触摸电极170包括电极线171和与电极线171电性连接的触控板(pad)172。在一些实施例中,触控电极170的电极线171与红外探测元件120的第一电极124同层设置。此种设置结构也能够节省光罩的制作工序。
52.在一些实施例中,阵列基板100还包括传感器电容190c1,如图1所示,第一底电极191设置于红外探测元件120的第一电极124上方,并电性连接第一电极124。对应的第一顶电极192和红外探测元件120的第二电极125电性连接并且同层设置。第一底电极191和第一顶电极192构成了如图1所示的传感器电容190c1。该传感器电容190c1可以使控制第一薄膜晶体管111的电压更加稳定。传感器电容190c1还连接至com电位,具体地,传感器电容190c1的第一顶电极192与公共电极197电性连接。公共电极197与红外探测元件120的第一电极124同层设置。在一些实施例中,为提高传感器电容190c1的稳定性,第一顶电极192可以通过一过渡层196与公共电极197电性连接,过渡层196可以与红外探测元件120的第一底电极191同层设置。
53.当然地,阵列基板100还包括像素电容190c2,第二底电极193和传感器电容190c1
的第一底电极191同层设置,第二顶电极194和传感器电容190c1的第一顶电极192同层设置,同层设置的结构层可以使用同一道光罩,节省阵列基板的制备工艺制程和制作周期。第二底电极193和第二顶电极194构成了如图1所示的像素电容190c2。
54.本实施例提供一种阵列基板,在所述阵列基板中,其红外探测元件包括依次层叠设置的第一电极、吸光层和第二电极,所述红外探测元件与第一薄膜晶体管电性连接。所述吸光层的材料为微晶硅。所述微晶硅在厚度和带隙两方面能同时满足显示面板红外探测的需求。所述吸光层的制造工艺被集成到所述显示面板的生产线中,所述显示面板的生产线完全可以兼容所述吸光层的制造工艺,有利于大规模地工业生产和应用。
55.图2为本申请实施例提供的一种阵列基板制备方法的流程图。结合图1,如图2所示,所述制备方法包括以下步骤:
56.步骤101:形成一薄膜晶体管层110,薄膜晶体管层110包括第一薄膜晶体管111。
57.在一些实施例中,薄膜晶体管层110还包括第二薄膜晶体管112和与第二薄膜晶体管112电性连接的像素电极180。
58.具体地,提供一基板130,在基板130上沉积遮光层140,然后采用曝光刻蚀等方式形成遮光层140图案。在基板130上依次沉积形成第一间隔层150和第二间隔层160。在第二间隔层160上沉积有源层,所述有源层采用的材料为非晶硅(α

si),对其进行激光退火(excimer laser annealing,ela)或固相结晶(solid phase crystallization,spc),将所述非晶硅转化为多晶硅(poly

si)。采用所述激光退火方法时,一般用的激光有xecl激光、arf激光、krf激光和xef激光等,这类激光束通过紫外波段的短脉冲激光束照射所述有源层中的非晶硅,非晶硅会快速吸收激光能量而融化和再结晶。然后利用掩模板对所述有源层进行曝光、显影、刻蚀以及剥离等处理后,形成第一有源层1111和第二有源层1121。对第一有源层1111和第二有源层1121进行离子注入,以形成源极区和漏极区。在一些实施例中,所述离子注入的方式可以采用p离子掺杂。在第二间隔层160上沉积栅极绝缘层113以及其上设置的栅极层,采用重复蚀刻(re

etch)工艺对所述栅极层进行图形化,形成第一栅极1112和第二栅极1122。在栅极绝缘层113上沉积层间介质层114,并对其进行图形化处理从而形成第一过孔v1和第二过孔v2,在层间介质层114上沉积源漏极层,并对所述源漏极层进行图形化处理,形成第一薄膜晶体管111的第一源极1113和第一漏极1114以及第二薄膜晶体管112的第二源极1123和第二漏极1124。在层间介质层114上覆盖一层平坦层115,并在平坦层115上沉积一层第一钝化层116,并对平坦层115和第一钝化层116进行图形化处理形成第三过孔v3。
59.步骤102:在薄膜晶体管层110的第一侧110s依次制备第一电极124、吸光层122和第二电极125,以形成红外探测元件120,并使红外探测元件120电性连接第一薄膜晶体管111,其中,形成吸光层122的材料为微晶硅。
60.具体地,在第一钝化层116上沉积一层ito材料层,并对其进行图案化处理以形成第一电极124,第一电极124通过第一钝化层116上的第三过孔v3与第一薄膜晶体管111的第一漏极1114电性连接。
61.在一些实施例中,对所述ito材料层进行图案化处理,使用同一道光罩可以同时形成第一电极124和形成触控电极170的电极线171。
62.在第一钝化层116上沉积第二钝化层126,并覆盖第一电极124。在一些实施例中,
第二钝化层126还覆盖触控电极170的电极线171。
63.然后对第二钝化层126处理形成开孔w,暴露出部分第一电极124,并在开孔w中沉积吸光层122。
64.在一些实施例中,在开孔w中依次沉积第一半导体层121和吸光层122,第一半导体层121位于第一电极124和吸光层122之间。
65.在一些实施例中,在开孔w中依次沉积吸光层122和第二半导体层123,第二半导体层123位于吸光层122和第二电极125之间。
66.在一些实施例中,在开孔w中依次沉积第一半导体层121、吸光层122和第二半导体层123。
67.在一些实施例中,第一半导体层121的材料采用n型非晶硅或n型微晶硅。
68.在一些实施例中,第二半导体的材料采用p型非晶硅或p型微晶硅。
69.具体地,在吸光层122的两个侧面相应形成n型非晶硅和p型非晶硅,或n型微晶硅和p型微晶硅,可以抑制泄漏电流的产生,能够探测到低光量的光,提高红外探测的灵敏性。在一个实施例中,第一半导体层121的材料为n型非晶硅,第二半导体层122的材料为p型非晶硅,可以降低调试成本,降低可见光的干扰。
70.在第二钝化层126上沉积第三钝化层127,在第三钝化层127上沉积一层ito材料层,对所述ito材料层进行图案化处理,以形成像素电容190c2的第二底电极193。在一些实施例中,对所述ito材料层进行图案化处理时,还可以同时形成传感器电容190c1的第一底电极191,在第三钝化层127中形成第四过孔v4,第一底电极191通过第四过孔v4与红外探测元件120的第一电极124电性连接。
71.在一些实施例中,对第二钝化层126和第三钝化层127进行图形化处理,形成第五过孔v5。第五过孔v5贯穿第二钝化层126和第三钝化层127,暴露部分电极线171。在第三钝化层127相应位置上形成触控电极170的触控板172,触控板172通过第五过孔v5与电极线171电性连接。
72.在第三钝化层127上沉积一层第四钝化层128,并对第四钝化层128进行图形化处理形成第六过孔v6,第六过孔v6贯穿平坦层115、第一钝化层116、第二钝化层126、第三钝化层127和第四钝化层128。在第四钝化层128上沉积一层ito材料层,并覆盖第二半导体层123。对所述ito材料层进行图形化处理,相应形成红外探测元件120的第二电极125、传感器电容190c1的第一顶电极192、像素电容190c2的第二顶电极194和像素电极180。像素电极180通过第六过孔v6与第二薄膜晶体管112的第二漏极1124电性连接。
73.在一些实施例中,使用同一道光罩形成第一电极124和公共电极197。在第二钝化层126和第三钝化层127上形成第七过孔v7,第七过孔v7贯穿第三钝化层127并暴露部分公共电极197。使用同一道光罩形成传感器电容190c1的第一底电极191和过渡层196,过渡层196填充在第七过孔v7中与公共电极197电性连接。在第四钝化层128上形成第八过孔v8,传感器电容190c1的第一顶电极192通过该第八过孔v8与过渡层196电性连接。在传感器电容190c1的第一顶电极192和公共电极197之间设置一过渡层196来实现传感器电容190c1和com电位的连接,避免直接在第二钝化层126、第三钝化层127和第四钝化层128形成一个贯穿孔,形成所述贯穿孔时容易过刻蚀,导致传感器电容190c1的稳定性降低。
74.在一些实施例中,利用等离子体增强化学气相沉积工艺制备吸光层122,采用的原
料为h2和sih4,其中h2的体积占h2和sih4总体积的2%至10%。其中在制备时的温度为200℃至450℃,压力为1000mtor至3000mtor。所述等离子体增强化学气相沉积工艺制备微晶硅材料时的工艺参数在显示面板的生产线可接受的范围内,显示面板的生产线完全可以兼容吸光层122的制造工艺,有利于实现大规模生产。
75.本实施例提供一种阵列基板的制备方法,在所述制备方法中,利用等离子体增强化学气相沉积工艺制备微晶硅,作为红外探测元件的吸光层,达到感光检测的目的。所述吸光层的制造工艺可以被集成到显示面板的生产线中,有利于实现集成了红外探测元件的显示产品的量产。此外,将第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管同层设置,能够节省光罩,简化所述阵列基板的工艺制程,缩短生产周期。
76.以上对本申请所提供的一种阵列基板、其制备方法进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施方式的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想;本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式的技术方案的范围。
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