光电薄膜晶体管、指纹识别电路及显示装置的制作方法

1.本公开涉及显示技术领域，具体涉及一种光电薄膜晶体管、指纹识别电路及显示装置。


背景技术：

2.目前，光电传感在人机交互领域发挥了越来越重要的作用，比如在移动端指纹识别、人脸识别、3d摄像头，数字x-ray探测器等领域，光电传感是目前主流的技术方案。在现有光电传感器件技术中，通常可分为两大类，即cmos(互补金属氧化物半导体)器件和pin二极管，pin二极管由于具有大面积传感、工艺简单等优点，因此得到广泛应用。
3.然而，pin二极管通常需要进行p型和n型掺杂工艺，工艺较为复杂，同时暗态电流大，容易带来较大的热噪声和散粒噪声，并且在低光照情况下存在灵敏度不足的缺陷，因此需要开发一种新型的光电传感器件来克服上述问题。


技术实现要素：

4.本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种光电薄膜晶体管、指纹识别电路及显示装置。
5.第一方面，本公开实施例提供一种光电薄膜晶体管，包括：设置在基底上的第一栅极、第一半导体层、源极和漏极；其中，
6.所述第一半导体层具有源极接触区、漏极接触区，以及位于所述源极接触区和所述漏极接触区之间沟道区；所述源极和所述漏极分别与所述第一半导体层的源极接触区和漏极接触区电连接；所述第一栅极与所述第一半导体层绝缘设置，且所述第一栅极与所述第一半导体层的沟道区在所述基底上的正投影至少部分重叠；
7.所述光电薄膜晶体管还包括：第二半导体层和偏置电极；其中，
8.所述第二半导体层设置在所述第一栅极背离所述基底的一侧，且覆盖所述第一栅极，所述偏置电极位于所述第二半导体层背离所述基底的一侧。
9.可选地，所述第一半导体层设置在所述基底上；所述源极和所述漏极均设置在所述第一半导体层背离所述基底的一侧；在所述源极和所述漏极所在层背离所述基底的一侧设置有第一栅绝缘层；所述第一栅极设置在所述第一栅极绝缘层背离所述基底的一侧。
10.可选地，所述光电薄膜晶体管还包括：
11.第二栅极，设置在所述基底上，且与所述第一半导体层绝缘设置，所述第二栅极与所述第一半导体层的沟道区在所述基底上的正投影至少部分重叠。
12.可选地，所述第二栅极设置在所述基底上，在所述第二栅极背离所述基底的一侧设置有第二栅绝缘层，所述第一半导体层设置在所述第二栅绝缘层背离所述基底的一侧，所述源极和所述漏极设置在所述第一半导体层背离所述基底的一侧，所述源极和所述漏极所在层背离所述基底的一侧设置有第一栅绝缘层，所述第一栅极设置在所述第一栅绝缘层背离所述基底的一侧。
13.可选地，所述第二半导体层在所述基底上的正投影面积大于所述第一半导体层在所述基底上的正投影面积。
14.可选地，在所述偏置电极背离所述基底的一侧设置有封装层。
15.可选地，所述光电薄膜晶体管的第一半导体层的材料包括金属氧化物材料、非晶硅、多晶硅中的任意一种。
16.可选地，所述光电薄膜晶体管的第二半导体层的材料包括非晶硅或者多晶硅。
17.第二方面，本公开实施例提供一种指纹识别电路，包括上述的光电薄膜晶体管，所述指纹识别电路还包括：开关薄膜晶体管；所述开关薄膜晶体管的漏极与所述光电薄膜晶体管的源极电连接，所述开关薄膜晶体管的源极连接信号输入线，所述开关薄膜晶体管的栅极连接第一扫描线，所述光电薄膜晶体管的栅极连接第二扫描线，所述光电薄膜晶体管的漏极连接信号读取线。
18.可选地，所述开关薄膜晶体管还包括遮光层，所述遮光层与所述光电薄膜晶体管的第一栅极同层设置，并且所述遮光层在所述基底上的正投影覆盖所述开关薄膜晶体管的有源层在所述基底上的正投影。
19.可选地，所述光电薄膜晶体管包括第二栅极，其中，所述开关薄膜晶体管的栅极与所述光电薄膜晶体管的第一栅极同层设置；所述开关薄膜晶体管的有源层与所述光电薄膜晶体管的第一半导体层同层设置；所述开关薄膜晶体管的源极和漏极与所述光电薄膜晶体管的源极和漏极同层设置。
20.第三方面，本公开实施例提供一种显示装置，其包括上述的指纹识别电路。
附图说明
21.图1为本公开实施例提供的一种光电薄膜晶体管的结构示意图；
22.图2为本公开实施例提供的另一种光电薄膜晶体管的结构示意图；
23.图3为光电薄膜晶体管的特性曲线图；
24.图4为本公开实施例提供的一种指纹识别电路的结构示意图；
25.图5为本公开实施例提供的指纹识别电路的等效电路图。
26.附图标记说明：
27.t1-光电薄膜晶体管；t2-开关薄膜晶体管；
28.1-基底；2-第一半导体层；
29.3-光电薄膜晶体管的漏极；4-光电薄膜晶体管的源极；
30.5-第一栅绝缘层；6-光电薄膜晶体管的第一栅极；
31.7-第二半导体层；8-偏置电极；
32.9-光电薄膜晶体管的第二栅极；10-第二栅绝缘层；
33.11-开关薄膜晶体管的栅极；12-开关薄膜晶体管的有源层；
34.13-开关薄膜晶体管的漏极；14-开关薄膜晶体管的源极；
35.15-遮光层；16-封装层。
具体实施方式
36.为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方
式对本公开作进一步详细描述。
37.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
38.本公开实施例中，“构图工艺”是指形成具有特定的图形的结构的步骤，其可为光刻工艺，光刻工艺包括形成材料层、涂布光刻胶、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等步骤中的一步或多步；当然，“构图工艺”也可为压印工艺、喷墨打印工艺等其它工艺。
39.在本公开实施例中，“同层”指的是采用同一成膜工艺形成用于形成特定图形的膜层，然后利用同一掩膜版通过一次构图工艺形成的层结构。根据特定图形的不同，依次构图工艺可能包括多次曝光、显影或刻蚀工艺，而形成的同层的特定图形是连续的也可以是不连续的，这些特定图形还可能处于不同的高度或者具有不同的厚度。
40.现有技术中，光电二极管包括阳极、pin半导体层和阴极，其中，pin半导体层包括p型半导体层、i型半导体层和n型半导体层。当光入射至光电二极管的pin半导体层，并在阳极和阴极所施加的电压的作用下，pin半导体层可将可见光转换为电信号，并通过阳极传输至接收电信号的薄膜晶体管的漏极。
41.发明人发现，pin二极管通常需要进行p型和n型掺杂工艺，工艺较为复杂，并且pin半导体层的阳极与接收电信号的薄膜晶体管的漏极相连，因此存在暗态电流大，容易带来较大的热噪声和散粒噪声，并且在低光照情况下存在灵敏度不足的缺陷。为了解决相关技术中的上述技术问题之一，本公开实施例提供了一种光电薄膜晶体管、指纹识别电路和显示装置。以下将结合附图对本公开实施例中的光电薄膜晶体管、指纹识别电路和显示装置进行说明，但本公开并不限于这些具体的实施例。
42.第一方面，本公开实施例提供一种光电薄膜晶体管，图1为本公开实施例提供的一种光电薄膜晶体管的结构示意图，如图1所示，光电薄膜晶体管包括设置在基底1上的第一栅极6、第一半导体层2、源极4、漏极3、第二半导体层7和偏置电极8。具体的，第一半导体层2设置在基底1上，源极4和漏极3均设置在第一半导体层2背离基底1的一侧，在源极4和漏极3所在层背离基底1的一侧设置有第一栅绝缘层5，第一栅极6设置在第一栅极绝缘层5背离基底1的一侧，第二半导体层7设置在第一栅极6背离基底1的一侧且覆盖第一栅极6，偏置电极8设置在第二半导体层7背离基底1的一侧，且偏置电极8与第二半导体层7在基底1上的正投影完全重叠。第一半导体层2具有源极接触区、漏极接触区，以及位于源极接触区和漏极接触区之间沟道区，源极4设置在源极接触区的上方并与源极接触区电相连，漏极3设置在漏极接触区的上方并与漏极接触区电相连，其中，第一栅极6与第一半导体层2的沟道区在基底1上的正投影至少部分重叠。由于第一栅极6与第一半导体层2的沟道区在基底1上的正投影至少部分重叠，因此可通过给第一栅极6加载电压以控制第一半导体层2的沟道区中载流
子的迁移，进而控制漏源电流。
43.在本实施例中，第二半导体层7设置在第一栅极6背离基底1的一侧且覆盖第一栅极6，由于第二半导体层7的逸出功比第一栅极6的小，因此电子从第二半导体层7流入第一栅极6，从而在第二半导体层7内形成一个由带正电不可移动的杂质离子组成的空间电荷区，在此电荷区中存在一个由第二半导体层7指向第一栅极6的内建电场，进而在第二半导体层7与第一栅极6之间形成肖特基势垒。在光电薄膜晶体管实际工作过程中，首先给偏置电极8加载偏置电压，当有光线穿过偏置电极8照射到第二半导体层7后，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴在内建电场下分离并在第一栅极6和偏置电极8上积累，使得第一栅极6上的栅压发生变化，从而使第一半导体层2的沟道区中的电流发生改变，进而可通过检测沟道区中的电流的变化实现光线的高灵敏度探测；在光电薄膜晶体管处于暗态环境时，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴较少，从而第一半导体层2的沟道区中的电流变化小，进而使得光电薄膜晶体管的暗态电流小，不容易带来较大的热噪声和散粒噪声。
44.在一些示例中，偏置电极8可由透明导电材料构成。例如：透明导电材料选自氧化铟镓锌(igzo)、氧化铟锌(izo)、氧化铟锡(ito)或氧化铟镓锡(ingasno)等透明导电材料中的至少一种，本实施中偏置电极8的材料优选为氧化铟锡(ito)。
45.在一些示例中，第一栅极6的材料可为采用钼、钼铌合金、铝、铝钕合金、钛和铜中的至少一种材料。
46.在一些示例中，第一半导体层2的材料包括金属氧化物材料、非晶硅、多晶硅等，第二半导体层7的材料包括非晶硅或者多晶硅等。在一些示例中，第一半导体层2与第二半导体层7的材料可以相同，也可以不同，在此不做具体限定。
47.在一些示例中，第一半导体层2与源极4之间、以及第一半导体层2与漏极3之间均设置有欧姆接触层。通过设置欧姆接触层，使得第一半导体层2通过欧姆接触层与源极4和漏极3连接，即第一半导体层2不与源极4和漏极3直接接触，从而降低第一半导体层2与源极4和漏极3之间的欧姆接触电阻，提高第一半导体层2与源极4和漏极3之间的欧姆接触效果，进而可以提高光电薄膜晶体管的工作稳定性。在本实施例中，优选地，第一半导体层2包括非晶硅(a-si)，欧姆接触层包括电子型掺杂非晶硅(n a-si)。
48.图2为本公开实施例提供的另一种光电薄膜晶体管的结构示意图，如图2所示，该光电薄膜晶体管为双栅结构，其不仅包括上述结构，而且还包括第二栅极9，第二栅极9设置在基底1上，且与第一半导体层2绝缘设置，第二栅极9与第一半导体层2的沟道区在基底1上的正投影至少部分重叠。
49.具体地，参照图2，第二栅极9设置在基底1上，在第二栅极9和第一半导体层2之间设置有第二栅绝缘层10，源极3和漏极4设置在第一半导体层2背离基底1的一侧，源极3和漏极4所在层背离基底1的一侧设置有第一栅绝缘层5，第一栅极6设置在第一栅绝缘层5背离基底1的一侧，第二半导体层7设置在第一栅极6背离基底1的一侧，偏置电极8设置在第二半导体层7背离基底1的一侧。
50.在本实施例中，光电薄膜晶体管采用双栅结构，故其阈值电压可以控制在一定范围内浮动。通过设置第一栅极6和第二栅极9可以更好地将光电薄膜晶体管稳定在亚阈值区域。当有光线穿过偏置电极8照射到第二半导体层7后，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴在内建电场下分离并在第一栅极6和偏置电极8上积累，使得第一栅极6上的栅压发
生变化，并且第一栅极6和第二栅极9共同提供栅压，使光电薄膜晶体管工作在陡峭的亚阈值区域。在陡峭的亚阈值区域中，第一栅极的电压与第一半导体层2的沟道区中的电流的变化关系如图3所示，第一栅极的电压的微小变化δv都会使第一半导体层2的沟道区中的电流id发生数量级的变化，进而实现了光线的高灵敏度探测。并且在光电薄膜晶体管处于暗态环境时，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴较少，从而第一半导体层2的沟道区中的电流变化小，进而使得光电薄膜晶体管的暗态电流小，不容易带来较大的热噪声和散粒噪声。
51.在一些实施例中，第二半导体层7在基底1上的正投影面积大于第一半导体层2在基底1上的正投影面积。
52.需要说明的是，为了准确获取光电薄膜晶体管中的电流，将第二半导体层7在基底1上的正投影面积设置为大于第一半导体层2在基底1上的正投影面积。由于第二半导体层在基底1上的正投影面积大于第一半导体层2在基底1上的正投影面积，可以接收更多的光线，进而在第二半导体层7中可以产生更多的光生电子和空穴，使第一栅极6可以积累更多的电荷，从而实现了光线的高灵敏度探测。进一步地，由于第二半导体层在基底1上的正投影面积大于第一半导体层2在基底1上的正投影面积，可防止光线照射到第一半导体层2，保证了光电薄膜晶体管的稳定性。
53.第二方面，本公开实施例提供一种指纹识别电路，图4为本公开实施例提供的一种指纹识别电路的结构示意图，图5为本公开实施例提供的指纹识别电路的等效电路图(本实施例是以光电薄膜晶体管为双栅结构进行说明的)，如图4和图5所示，指纹识别电路包括光电薄膜晶体管t1和开关薄膜晶体管t2，其中，光电薄膜晶体管t1与上述实施中描述的光电薄膜晶体管t1的结构和原理相同，在此不再赘述。开关薄膜晶体管t2包括栅极11、有源层12、源极14和漏极13，开关薄膜晶体管t2的漏极13与光电薄膜晶体管t1的源极4电连接，开关薄膜晶体管t2的源极4连接信号输入线51，开关薄膜晶体管t2的栅极11连接第一扫描线52，光电薄膜晶体管t1的第一栅极6和第二栅极9均连接第二扫描线53，光电薄膜晶体管t1的漏极3连接信号读取线54。其中，第一扫描线52用于控制开关薄膜晶体管t2的打开与关断，第二扫描线53用于控制光电薄膜晶体管t1工作在亚阈值区。
54.需要说明的是，上述指纹识别电路的工作原理如下：光电薄膜晶体管t1的第一栅极6和第二栅极9同步接收第二扫描线53输出的第一控制信号，使光电薄膜晶体管t1工作在亚阈值区域；开关薄膜晶体管t2的栅极接收第一扫描线52输出的第二控制信号，使开关薄膜晶体管t2处于打开状态，进而将信号输入线51输入的检测信号加载到光电薄膜晶体管t1的源极4；当指纹反射的光线穿过偏置电极8照射到第二半导体层7后，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴在内建电场下分离并在第一栅极6和偏置电极8上积累，使得第一栅极6上的栅压发生变化，从而使光电薄膜晶体管t1的源漏电流发生变化，光电薄膜晶体管t1通过漏极3将源漏电流变化值发送到信号读取线54，信号读取线54将源漏变化电流值发送到处理芯片(图中未示出)进行处理，进而实现指纹识别功能。
55.在本实施中，由于第二半导体层7设置在第一栅极6背离基底1的一侧且覆盖第一栅极6，因此，当有光线穿过偏置电极8照射到第二半导体层7后，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴在内建电场下分离并在第一栅极6和偏置电极8上积累，使得第一栅极6上的栅压发生变化，从而使第一半导体层2的沟道区中的电流发生变化，进而可通过检测沟道
区中的电流的变化实现光线的高灵敏度探测；在光电薄膜晶体管处于暗态环境时，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴较少，从而第一半导体层2的沟道区中的电流变化小，进而使得光电薄膜晶体管的暗态电流小，不容易带来较大的热噪声和散粒噪声。
56.在一些实施中，为了防止光线照射到开关薄膜晶体管t2的有源层12，保证开关薄膜晶体管t2的稳定性，在开关薄膜晶体管t2背离基底1的一侧设置有遮光层15，遮光层15在基底1上的正投影覆盖开关薄膜晶体管t2的有源层12在基底1上的正投影。优选地，遮光层15可与光电薄膜晶体管t1的第一栅极6同层设置，进而减少了制备的工艺步骤，节约了制造成本。
57.在一些实施例中，在偏置电极8背离基底1的一侧设置有封装层16，封装层16可用于阻隔水和氧气，实现对指纹识别电路内部器件的保护。
58.在一些实施例中，如图4所示，指纹识别电路包括光电薄膜晶体管t1和开关薄膜晶体管t2，其中，开关薄膜晶体管t2的栅极11与光电薄膜晶体管t1的第一栅极6同层设置，开关薄膜晶体管t2的有源层12与光电薄膜晶体管t1的第一半导体层2同层设置，开关薄膜晶体管t2的源极14和漏极13与光电薄膜晶体管t1的源极4和漏极3同层设置。本实施例中，将开关薄膜晶体管t2的栅极11与光电薄膜晶体管t1的第一栅极6设为同层设置，开关薄膜晶体管t2的有源层12与光电薄膜晶体管t1的第一半导体层2设为同层设置，开关薄膜晶体管t2的源极14和漏极13与光电薄膜晶体管t1的源极4和漏极3设为同层设置，减少了制备的工艺步骤，节约了制造成本。
59.指纹识别电路的具体制备方法如下：
60.步骤1：采用一次构图工艺在基底1上形成包括光电薄膜晶体管t1的第二栅极9、开关薄膜晶体管t2的栅极11的图形。
61.在该步骤中，初始清洗
→
栅极膜层沉积
→
光刻胶涂覆
→
栅极膜层图形曝光、显影、后烘
→
栅极膜层图形刻蚀
→
光刻胶剥离。
62.其中，栅极膜层的材料包括：钼(mo)、钼铌合金(monb)、铝(al)、铝钕合金(alnd)、钛(ti)和铜(cu)中的一种或它们中多种材料形成的单层或多层复合叠层，优选为mo、al或含mo、al的合金组成的单层或多层复合膜。
63.步骤2：采用一次构图工艺形成包括第二栅绝缘层10、第一半导体层2和开关薄膜晶体管t2有源层12的图形。
64.在该步骤中，成膜前清洗
→
第二栅绝缘层沉积
→
第一半导体膜层
→
光刻胶涂覆
→
第一半导体膜层图形曝光显影、后烘
→
第一半导体膜层干法刻蚀
→
光刻胶剥离。
65.其中，第二栅绝缘层10的材料可以为硅的氧化物(siox)、硅的氮化物(sinx)、铪的氧化物(hfox)、硅的氮氧化物(sion)、铝的氧化物(alox)等或由其中两种或三种组成的多层膜组成。第一半导体膜层包括ito(氧化铟锡)、izo(氧化铟锌)、igzo(氧化铟镓锌)或ingasno(氧化铟镓锡)中的任意一种。
66.步骤3：采用一次构图工艺形成包括第一栅绝缘层5、光电薄膜晶体管t1的源极4和漏极3、开关薄膜晶体管t2的源极14和漏极13的图形。
67.在该步骤中，第一栅绝缘层膜层沉积
→
源漏极膜层沉积
→
光刻胶涂覆
→
源漏极膜层图形曝光显影、后烘
→
源漏极膜层刻蚀
→
光刻胶剥离。
68.其中，第一栅绝缘层与第二栅绝缘层的膜层材料相同在此不再赘述。源漏极膜层
的材料可以采用钼(mo)、钼铌合金(monb)、铝(al)、铝钕合金(alnd)、钛(ti)和铜(cu)中的一种或它们中多种材料形成的单层或多层复合叠层；优选的源漏金属薄膜采用钼铌合金和铜的复合叠层。
69.步骤4：采用一次构图工艺形成包括光电薄膜晶体管t1的第一栅极6和遮光层15的图形。
70.在该步骤中，金属膜层沉积
→
光刻胶涂覆
→
曝光、显影、后烘
→
第一栅极图形和遮光层图形的刻蚀
→
光刻胶剥离。
71.其中，金属膜层包括：钼(mo)、钼铌合金(monb)、铝(al)、铝钕合金(alnd)、钛(ti)和铜(cu)中的一种或它们中多种材料形成的单层或多层复合叠层，优选为mo、al或含mo、al的合金组成的单层或多层复合膜。
72.步骤5：采用一次构图工艺形成光电薄膜晶体管t1的第二半导体层7和偏置电极8。
73.在该步骤中，第二半导体层沉积
→
金属膜层沉积
→
光刻胶涂覆
→
曝光、显影、后烘
→
第二半导体层图形和偏置电极图形的刻蚀
→
光刻胶剥离。
74.其中，第二半导体层的材料包括多晶硅或者非晶硅。金属膜层的材料(偏置电极的材料)为ito(氧化铟锡)/ag(银)/ito(氧化铟锡)或者ag(银)/ito(氧化铟锡)结构中的任意一种；或者，把上述结构中的ito换成izo(氧化铟锌)、igzo(氧化铟镓锌)或ingasno(氧化铟镓锡)中的任意一种。
75.步骤6：形成封装层16。
76.其中，封装层的材料可为无机封装层，如非晶氮化硅，非晶氧化硅或非晶氮氧化硅等，也可以是有机封装层，如树脂材料dl1000c，jem-608等。
77.至此完成本公开实施例中的指纹识别电路的制备方法的介绍。当然，应当理解的是，对于指纹识别电路的制备方法也不局限于以上步骤，在实际工艺中还会包括形成信号线等结构的步骤，在此不再一一描述。
78.第三方面，本公开实施例提供一种显示装置，该显示装置包括如上述实施例提供的指纹识别电路，该显示装置可以为手机、平板电脑、车载中控仪等终端设备，其实现原理与上述实施例提供的指纹识别电路的实现原理类似，在此不再赘述。
79.本发明实施例提供的显示装置的指纹识别电路中，由于第二半导体层7设置在第一栅极6背离基底1的一侧且覆盖第一栅极6，因此，当有光线穿过偏置电极8照射到第二半导体层7后，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴在内建电场下分离并在第一栅极6和偏置电极8上积累，使得第一栅极6上的栅压发生变化，从而使第一半导体层2的沟道区中的电流发生变化，进而可通过检测沟道区中的电流的变化实现光线的高灵敏度探测；在光电薄膜晶体管处于暗态环境时，在第二半导体层7中产生的光生电子和空穴较少，从而第一半导体层2的沟道区中的电流变化小，进而使得光电薄膜晶体管的暗态电流小，不容易带来较大的热噪声和散粒噪声。
80.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。