CN101071845A - 具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构及其应用。本发明是覆盖一保护层于一具底闸极的有机薄膜晶体管结构上，以做为另一闸极绝缘层，再局部形成一金属层于该保护层上，以做为另一闸极，进而完成一双闸极结构，并将其应用于电子电路设计上。通过本发明双闸极结构，可调整闸极对应的有机薄膜晶体管的启始电压，并利于改变该有机薄膜晶体管的特性，以提高信号传递的正确性。

Description

具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构及其应用

技术领域

本发明是有关于一种具有机薄膜晶体管的电路结构；特别是有关于一种具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构。

背景技术

目前的有机薄膜晶体管因无掺杂制程，晶体管组件的启始电压(threshold voltage)无法控制，往往取决于组件的表面条件、有机半导体的纯度，与门极与闸极绝缘层的材料特性。该启始电压值V_th往往过大，达到10伏特以上，在电子电路应用上，不仅耗电而且造成一定的压降损失，造成信号传递的失真。图1A及图1B是现有使用有机薄膜晶体管的两种反相器电路结构示意图，其中图1A的现有反相器包含一第一加强型N通道晶体管(enhanced type NMOS)10及一第二加强型N通道晶体管12，该第二加强型N通道晶体管12是一有机薄膜晶体管。由于该反相器中具有该第二加强型N通道晶体管12，会于该反相器的输出端14与该第二加强型晶体管12的汲极端16之间产生一V_th压降，而使得该输出端14的输出信号值偏移，造成信号传递的失真，且因有机薄膜晶体管启始电压大，此失真更形严重。因此，为了降低启始电压及提高信号传递的正确性，已往多采用图1B的反相器电路设计，该反相器是包含一加强型N通道晶体管10a及一空乏型N通道晶体管(depletion type NMOS)12a，该空乏型N通道晶体管12a是一有机薄膜晶体管。该空乏型N通道晶体管12a是通过由于其金属闸极与其N信道区之间的接口进行表面处理，以实现该空乏型N通道晶体管12a。当应用图1B的反相器电路设计于一液晶显示面板的驱动电路设计时，由于现有的液晶显示面板制程中，是同时形成驱动电路区的薄膜晶体管组件及像素区做为开关组件的薄膜晶体管组件，故当对于驱动电路区的有机薄膜晶体管的金属闸极与信道区之间的接口进行表面处理，使该等有机薄晶体管成为空乏型时，该像素区的薄膜晶体管也会同时成为空乏型，如此一来将造成像素区开关组件的误动作。

据此，亟待提供一种改良的有机薄膜晶体管电路结构，以解决有机薄膜晶体管启始电压过高，造成电子电路应用上信号传递失真的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，通过该双闸极结构可利于改变该有机薄膜晶体管的特性，进而提高信号传递的正确性。

本发明的另一目的是提供一种具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，通过该双闸极结构可调变该有机薄膜晶体管的启始电压，通过此调整应用该电路结构的运算单元的输出特性，以符合电子电路的需求。

根据以上所述的目的，本发明提供一种双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其包括一基底、一第一闸极、一第一闸极绝缘层、一对源极及汲极、一有机半导体主动层、一第二闸极绝缘层及一第二闸极。该第一闸极是形成于该基底上，该第一闸极绝缘层是形成于该第一闸极上，该对源极及汲极，是形成于该第一闸极绝缘层上，该有机半导体主动层是形成于该对源极及汲极上方并且于该对源极及汲极之间形成一有机半导体通道区，该第二闸极绝缘层是形成于该有机半导体主动层上，及该第二闸极是形成于该第二闸极绝缘层上，该第二闸极是与该第一闸极共享该对源极及汲极以及该有机半导体通道区。

上述第一闸极与第二闸极组成的双闸极结构中，该双闸极有机薄膜晶体管的启始电压是由该第一闸极与该第二闸极个别电压综合作用的结果，因此可通过由调控一闸极电压，达到降低另一闸极启始电压的目的。

再者，本发明亦可通过由调整该第二闸极的启始电压，以改变该有机薄膜晶体管的特性为一加强型晶体管或一空乏型晶体管。

另一方面，本发明提供一种具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其包括一薄膜晶体管组件及一双闸极薄膜晶体管组件；该薄膜晶体管组件是具有一闸极端、一第一源极端、一第一汲极端及一第一N通道区，该闸极端是耦合至一输入端及该第一汲极端是耦合至一输出端；该双闸极薄膜晶体管组件是具有一第一闸极端、一第二源极端、一第二汲极端、一第二N通道区及一第二闸极端，其中该第一闸极端与该第二闸极端共享该第二源极端、该第二汲极端及该第二N通道区，该第一闸极端是耦合至该第二汲极端，该第二闸极端是耦合至一偏压，及该第二源极端是耦合至该输出端。

通过上述电路结构，可调整该第二闸极端的偏压大小，以使该双闸极薄膜晶体管组件成为一空乏型(depletion type)N信道晶体管组件，如此一来，该电路结构即可设计成具有一加强型N信道晶体管组件及一空乏型N信道双闸极晶体管组件的一种反相器。

此外，本发明提供另一种反相器电路设计，其包括一薄膜晶体管组件，是具有一闸极端、一第一源极端、一第一汲极端及一第一P通道区，该闸极端是耦合至一输入端及该第一源极端是耦合至一输出端；及一双闸极薄膜晶体管组件，是具有一第一闸极端、一第二源极端、一第二汲极端、一第二P通道区及一第二闸极端，其中该第一闸极端与该第二闸极端共享该第二源极端、该第二汲极端及该第二P通道区，该第一闸极端是耦合至该第二源极端，该第二闸极端是耦合至一可调偏压，及该第二汲极端是耦合至该输出端。通过调整该第二闸极端的偏压大小，以使该双闸极薄膜晶体管组件成为一空乏型(depletion type)P信道晶体管组件，如此一来，该反相器电路设计即具有一加强型P信道晶体管组件及一空乏型P信道双闸极晶体管组件。

本发明的双闸极有机薄膜晶体管具有简单结构及可调变的特性，其制程步骤简单易于达成，极具经济价值。

附图说明

图1A是一现有反相器电路结构示意图；

图1B是另一现有反相器电路结构示意图；

图2A是本发明双闸极薄膜晶体管的一具体实施例的结构截面示意图；

图2B是具有图2A双闸极薄膜晶体管的一种反相器电路结构示意图；

图2C是具有图2A双闸极薄膜晶体管的另一种反相器电路结构示意图；及

图3是本发明一显示器面板电路结构方块示意图。

主要部分的代表符号：

10----第一加强型N通道晶体管

10a----加强型N通道晶体管

12----第二加强型N通道晶体管

12a----空乏型P通道晶体管

14----输出端                 16----汲极端

20----基底                   21----第一闸极

22----第一闸极绝缘层         23----源极/汲极

24----有机半导体主动层

24a----N型有机半导体通道区

25----第二闸极绝缘层         26----第二闸极

200----N信道加强型薄膜晶体管组件

201----闸极端                202----第一源极端

203----第一汲极端            204----第一N通道区

205----输入端                206----输出端

200c----P信道加强型薄膜晶体管组件

201c----闸极端               202c----第一汲极端

203c----第一源极端           204c----第一P通道区

205c----输入端               206c----输出端

30----显示区域               32----驱动电路区域

400----N信道双闸极薄膜晶体管组件

401----第一闸极端            402----第二源极端

403----第二汲极端            404----第二N通道区

405----第二闸极端

400c----P信道双闸极薄膜晶体管组件

401c----第一闸极端           402c----第二汲极端

403c----第二源极端           404c----第二P通道区

405c----第二闸极端

具体实施方式

本发明是于具底闸极的有机薄膜晶体管结构上，覆盖上一层保护层，以该保护层做为另一闸极绝缘层，再局部形成另一金属层于该保护层上，以做为另一闸极，以完成一具双闸极的有机薄膜晶体管结构。在该具双闸极的有机薄膜晶体管结构中，前述双闸极是共享一对源极及汲极与一有机半导体通道区(organicsemiconductor channel)，该有机薄膜晶体管的启始电压是其第一闸极与第二闸极启始电压总合，故通过其双闸极结构，可调整降低该有机薄膜晶体管的启始电压。再者，可通过由控制第二闸极的偏压，进而控制该有机薄膜晶体管操作为空乏型(depletiontype)或加强型(enhanced type)。进一步言，本发明可利用前述双闸极结构于特殊电路部分，而调变有机薄膜晶体管的启始电压，通过以调整运算单元的输出特性，以符合电子电路的需求。

以下将通过由具体实施例配合所附图式对于本发明双闸极有机薄膜晶体管组件结构及其应用予以详细说明。

图2A是本发明双闸极有机薄膜晶体管组件的一具体实施例的结构截面示意图。在此一具体实施例中，该双闸极有机薄膜晶体管组件是包括一基底20、一第一闸极21、一第一闸极绝缘层22、一对源极及汲极23、一有机半导体主动层24、一第二闸极绝缘层25及一第二闸极26；该第一闸极21为一第一金属闸极，是形成于该基底20上，该第一闸极绝缘层可以是一层氮化硅(silicon nitride，SiN_x)绝缘层是形成于该第一闸极21上，该对源极及汲极23包含第二金属是形成于该第一闸极绝缘层22上，该有机半导体主动层(organic active semiconductorlayer)24是形成于该对源极及汲极23上方并且于该对源极及汲极23之间形成一有机半导体通道区24a，该第二闸极绝缘层25可以是一层氮化硅绝缘层，其是形成于该有机半导体主动层24上，并且该第二闸极绝缘层25亦可做为一保护层，以保护位于其下方的第一闸极21、源极及汲极23与有机半导体主动层24。该第二闸极26为一第三金属层是形成于该第二闸极绝缘层25上。该第二闸极26与该第一闸极21共享该对源极及汲极23以及该有机半导体通道区24a。

在此一具体实施例中，通过由控制该第二闸极26的偏压V_g，即可改变该双闸极有机薄膜晶体管的特性，使其成为空乏型或加强型N通道晶体管。再者，该双闸极有机薄膜晶体管的启始电压是第一闸极21与第二闸极26的个别启始电压总合，通过该双闸极结构即可将该有机薄膜晶体管的始启电压降低。

图2B是具有图2A的双闸极有机薄膜晶体管组件的一种反相器电路结构示意图。此一反相器电路结构是包含一N信道加强型薄膜晶体管组件200及一N信道空乏型双闸极薄膜晶体管组件400。该N信道加强型薄膜晶体管组件200是具有一闸极端201、一第一源极端(V_ss)202、一第一汲极端203及一第一N通道区204，该闸极端201是耦合至一输入端205及该第一汲极端203是耦合至一输出端206。该双闸极薄膜晶体管组件400是为一双闸极有机薄膜晶体管，其具有一第一闸极端401、一第二源极402、一第二汲极(V_dd)403、一第二N通道区404及一第二闸极端405，其中该第一闸极端401与该第二闸极端405共享该第二源极402、该第二汲极403及该第二N通道区404，该第一闸极端401是耦合至该第二汲极403，该第二闸极端405是耦合至一可调偏压V_g，及该第二源极402是耦合至该输出端206。

在此一反相器电路结构中，该第二闸极端405是耦合至一可调整的偏压V_g，因此可通过由调整该偏压V_g大小，调变该双闸极有机薄膜晶体管组件400成为一空乏型N通道晶体管。当该双闸极有机薄膜晶体管组件400是为一空乏型N通道双闸极晶体管时，图2B所示的反相器即具有一加强型N通道晶体管及一空乏型N通道双闸极晶体管。在此一反相器电路结构中，由于该第二汲极端(V_dd)403与该输出端206之间没有V_th的压降产生，故该输出端206的输出信号值会较为接近实际的信号值，进而可以解决信号传递失真的问题。进一步地，该双闸极有机薄膜晶体管组件400也会具有较低的启始电压。

图2C是具有图2A的双闸极有机薄膜晶体管组件的另一种反相器电路结构示意图。此一反相器电路结构是包含一P信道加强型薄膜晶体管组件200c及一P通道空乏型双闸极薄膜晶体管组件400c。该P信道加强型薄膜晶体管组件200c是具有一闸极端201c、一第一汲极端(V_dd)202c、一第一源极端203c及一第一P通道区204c，该闸极端201c是耦合至一输入端205c及该第一源极端203c是耦合至一输出端206c。该双闸极薄膜晶体管组件400c是为一双闸极有机薄膜晶体管，其具有一第一闸极端401c、一第二汲极端402c、一第二源极端(V_ss)403c、一第二P通道区404c及一第二闸极端405c，其中该第一闸极端401c与该第二闸极端405c共享该第二汲极端402c、该第二源极端403c及该第二P通道区404c，该第一闸极端401c是耦合至该第二源极端403c，该第二闸极端405c是耦合至一可调偏压V_g，及该第二汲极端402c是耦合至该输出端206c。

在此一反相器电路结构中，该第二闸极端405c是耦合至一可调整的偏压V_g，因此可通过由调整该偏压V_g大小，调变该双闸极有机薄膜晶体管组件400c成为一空乏型P通道晶体管。当该双闸极有机薄膜晶体管组件400c是为一空乏型P通道双闸极晶体管时，图2C所示的反相器即具有一加强型P通道晶体管及一空乏型P通道双闸极晶体管。在此一反相器电路结构中，由于该第二源极端(V_ss)403c与该输出端206c之间没有V_th的压降产生，故该输出端206c的输出信号值会较为接近实际的信号值，进而可以解决信号传递失真的问题。进一步地，该双闸极有机薄膜晶体管组件400c也会具有较低的启始电压。

图3是图2B的反相器电路结构的一个应用例示意图。图3是一显示器面板电路结构方块示意图，其包括一显示区域30及一驱动电路区域32。该显示区域30具有复数单闸极晶体管列(未示出)，每一该单闸极晶体管列是包含复数个单闸极晶体管以供做个别像素的开关组件。该驱动电路区域32是具有复数个如图2B所示的反相器组件，每一该反相器组件的输出端是耦合至一该单闸极晶体管列，以驱动该单闸极晶体管列中的晶体管开关组件。图3的显示器驱动电路是采用图2B的反相器电路设计，该驱动电路送出的驱动信号不容易失真，能够顺利驱动个别像素。再者，由于该反相器中的该双闸极薄膜晶体管400是利用控制该第二闸极405的偏压V_g大小，调变该双闸极薄膜晶体管400成为空乏型N通道晶体管，就制程角度而言，该驱动电路的薄膜晶体管制程并不会影响到像素区的单闸极薄膜晶体管的制程，进而影响该等单闸极薄膜晶体管的特性，故可提高显示器面板的制造良率。同样地，图3的显示器驱动电路亦可采用图2C的反相器电路设计。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的申请专利范围内。

Claims (15)

1.一种双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其特征在于包括：

一基底；

一第一闸极，是形成于该基底上；

一第一闸极绝缘层，是形成于该第一闸极上；

一对源极及汲极，是形成于该第一闸极绝缘层上；

一有机半导体主动层，是形成于该对源极及汲极上方并且于该对源极及汲极之间形成一有机半导体通道区；

一第二闸极绝缘层，是形成于该有机半导体主动层上；及

一第二闸极，是形成于该第二闸极绝缘层上，该第二闸极是与该第一闸极共享该对源极及汲极以及该有机半导体通道区。

2.如权利要求1所述的双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其特征在于，所述该双闸极有机薄膜晶体管组件是为N信道晶体管或P信道晶体管。

3.如权利要求2所述的双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其特征在于，所述该双闸极有机薄膜晶体管组件是一空乏型晶体管。

4.如权利要求1所述的双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其中该第一闸极包含一第一金属材质。

5.如权利要求4所述的双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其特征在于，所述该对源极及汲极包含一第二金属材质。

6.如权利要求5所述的双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其特征在于，所述该第二闸极包含一第三金属材质。

7.如权利要求1所述的双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其特征在于，所述该第一闸极绝缘层包含氮化硅。

8.如权利要求1所述的双闸极有机薄膜晶体管组件结构，其特征在于，所述该第二闸极绝缘层包含氮化硅。

9.一种具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其特征在于，包括：

一薄膜晶体管组件，是具有一闸极端、一第一源极端、一第一汲极端及一第一N通道区，该闸极端是耦合至一输入端及该第一汲极端是耦合至一输出端；及

一双闸极薄膜晶体管组件，是具有一第一闸极端、一第二源极端、一第二汲极端、一第二N通道区及一第二闸极端，其中该第一闸极端与该第二闸极端共享该第二源极端、该第二汲极端及该第二N通道区，该第一闸极端是耦合至该第二汲极端，该第二闸极端是耦合至一可调偏压，及该第二源极端是耦合至该输出端。

10.如权利要求9所述的具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其特征在于，所述该薄膜晶体管组件是一加强型晶体管。

11.如权利要求10所述的具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其特征在于，所述该双闸极薄膜晶体管组件是一空乏型晶体管。

12.如权利要求9所述的具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其特征在于，所述该双闸极薄膜晶体管组件是一具双闸极有机薄膜晶体管。

13.一种具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其特征在于，包括：

一薄膜晶体管组件，是具有一闸极端、一第一源极端、一第一汲极端及一第一P通道区，该闸极端是耦合至一输入端及该第一源极端是耦合至一输出端；及

一双闸极薄膜晶体管组件，是具有一第一闸极端、一第二源极端、一第二汲极端、一第二P通道区及一第二闸极端，其中该第一闸极端与该第二闸极端共享该第二源极端、该第二汲极端及该第二P通道区，该第一闸极端是耦合至该第二源极端，该第二闸极端是耦合至一可调偏压，及该第二汲极端是耦合至该输出端。

14.如权利要求13所述的具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其特征在于，所述该薄膜晶体管组件是一加强型晶体管。

15.如权利要求13所述的具双闸极有机薄膜晶体管的电路结构，其特征在于，所述该双闸极薄膜晶体管组件是一空乏型晶体管。

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