CN103137641B - 一种阵列基板及其制作方法、x射线平板探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列基板及其制作方法、X射线平板探测器，涉及光电技术领域，为能够增强薄膜晶体管的稳定性而发明。所述阵列基板包括：基板；形成于所述基板上的栅线层，所述栅线层包括栅极以及与所述栅极连接的栅线；形成于所述栅线层上方的栅绝缘层；形成于所述绝缘层上方的有源层；形成于所述有源层上方的数据线层，所述数据线层包括源极、漏极以及与所述源极连接的数据线，所述数据线与所述栅线交叉，其中，所述有源层包括导体层和半导体层，所述导体层形成于所述栅绝缘层的上方，所述半导体层包裹所述导体层。本发明主要适用在X射线平板探测器中。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种阵列基板及其制作方法、X射线平板探测器。
背景技术
目前，常见的非晶硅X射线平板探测器是一种以非晶硅光电二极管阵列为核心的X射线探测器。X射线探测器包括阵列基板，该阵列基板中包括薄膜晶体管(TFT，Thin Flim Transistor)和光电二极管，在X射线的照射下，探测器的闪烁体层或荧光体层将X射线光子转换为可见光，然后在光电二极管的作用下将可见光转换为电信号，薄膜晶体管读取电信号并将电信号输出得到显示图像，其中，薄膜晶体管中沟道的关闭和导通可以控制薄膜晶体管对电信号的储存和读取，因此薄膜晶体管的性能在此时尤为重要。
通常，薄膜晶体管中的沟道位于半导体的有源层内，具体地，如图1所示，阵列基板中基板1＇上沉积有栅线层2＇，栅线层2＇包括栅极2a＇和栅线，且栅线层上沉积有栅绝缘层3＇，栅绝缘层3＇的上方沉积有源层4＇(如非晶硅层，也称a-si)，有源层4＇的上方沉积有欧姆接触层(如掺杂非晶硅层，也称n+a-si)，欧姆接触层5＇上方沉积有数据线层6＇，通过构图工艺，形成有数据线、源极6a＇、漏极6b＇以及沟道。但当有源层采用半导体材料时，载流子迁移速率低，不利于沟道的导通。另外，半导体有源层与栅绝缘层接触并形成界面，载流子会被由半导体有源层与栅绝缘层形成的界面捕获，且捕获效应比较大，这样就会降低载流子的数量以及密度，导致阀值电压相对较大，进而使得薄膜晶体管的稳定性相对较弱。
发明内容
本发明的实施例提供一种阵列基板及其制作方法、X射线平板探测器，可以利于沟道的导通以及增强薄膜晶体管的稳定性。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种阵列基板，包括：
基板；
形成于所述基板上的栅线层，所述栅线层包括栅极以及与所述栅极连接的栅线；
形成于所述栅线层上方的栅绝缘层；
形成于所述绝缘层上方的有源层；
形成于所述有源层上方的数据线层，所述数据线层包括源极、漏极以及与所述源极连接的数据线，所述数据线与所述栅线交叉，其中，所述有源层包括导体层和半导体层，所述导体层形成于所述栅绝缘层的上方，所述半导体层包裹所述导体层。
优选地，所述导体层材料为铟镓锌氧化物导体，所述半导体层材料为铟镓锌氧化物半导体。
进一步地，相邻的所述栅线和所述数据线交叉的区域内限定有像素区域，所述像素区域内设有光电二极管，所述光电二极管的下端与所述漏极电连接、上端电连接有偏置电极层。
进一步地，所述光电二极管的上端设有透明导电层，所述透明导电层的上方设有第一钝化层，所述第一钝化层设有过孔，且所述第一钝化层的上方设有偏置电极层，所述透明导电层通过所述过孔与偏置电极层电连接。
进一步地，所述偏置电极层的上方设有第二钝化层。
一种上述的阵列基板的制作方法，包括：
提供一基板；
在所述基板上形成栅极以及与所述栅极连接的栅线；
在形成有栅极、栅线的基板上形成栅绝缘层；
在形成有栅绝缘层的基板上沉积导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成导体层；
在形成有导体层的基板上沉积半导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成半导体层，所述半导体层包裹所述导体层。
一种X射线探测器，包括X射线源以及探测装置，所述探测装置包括上述的阵列基板。
本发明实施例提供的阵列基板及其制作方法、X射线平板探测器，其中，所述阵列基板的有源层包括导体层和半导体层，所述导体层形成于所述栅绝缘层的上方，所述半导体层包裹所述导体层，使得所述半导体层与所述导体层接触并形成界面，这样可以提高载流子迁移速率，有利于沟道的导通，而且该界面的接触层缺陷相对较少，使得其对载流子的捕获效应降低，从而提高薄膜晶体管中载流子的数量以及浓度，进而可以降低阀值电压，提高薄膜晶体管的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术X射线平板探测器中阵列基板的示意图；
图2为本发明实施例提供的阵列基板的示意图；
图3为本发明实施例提供的阵列基板的制作流程图；
图4为本发明实施例提供的X射线平板探测器中阵列基板的制作流程图；
图4a-图4g为本发明实施例中制作X射线平板探测器中阵列基板的流程示意图。
附图标记：
1、1＇-基板，2、2＇-栅线层，2a、2a＇-栅极，3、3＇-栅绝缘层，4-半导体层，4＇-有源层，5-导体层，5＇-欧姆接触层，6、6＇-数据线层，6a、6a＇-源极，6b、6b＇-漏极，7-光电二极管，70-N型非晶硅层膜，71-本征非晶型硅层膜，72-P型非晶硅层膜，8-透明导电层，9-第一钝化层，10-偏置电极层，11-第二钝化层，12-过孔
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所述，为本发明阵列基板的一个具体实施例，所述阵列基板包括：
基板1；
形成于所述基板1上的栅线层2，所述栅线层2包括栅极2a以及与所述栅极2a连接的栅线(未示出)；
形成于所述栅线层2上方的栅绝缘层3；
形成于所述绝缘层上方的有源层；
形成于所述有源层上方的数据线层6，所述数据线层6包括源极6a、漏极6b以及与所述源极6a连接的数据线，所述数据线与所述栅线交叉；其中，所述有源层包括导体层5和半导体层4，所述导体层5形成于所述栅绝缘层3的上方，所述半导体层4包裹所述导体层5。
在本发明实施例提供的阵列基板中，所述阵列基板的有源层由导体层5和半导体层4组成，所述导体层5形成于所述栅绝缘层3的上方，所述半导体层4包裹所述导体层5，使得所述半导体层4与所述导体层5接触并形成界面，这样可以提高载流子迁移速率，有利于沟道的导通，而且该界面的接触层缺陷也相对较少，使得其对载流子的捕获效应降低，从而提高薄膜晶体管中载流子的数量以及浓度，进而可以降低阀值电压，提高薄膜晶体管的稳定性。
上述导体层5的材料为铟镓锌氧化物(简称IGZO，Indium Gallium ZincOxide)导体，半导体层4的材料也为铟镓锌氧化物半导体。不难看出半导体层和导体层为同种材料，这样半导体层和导体层的晶格匹配行较好，可以进一步减小两者接触界面的缺陷，也更有利于沟道的导通以及降低对载流子的捕获效应。
铟镓锌氧化物中的载流子迁移率可以达到非晶硅的20～30倍，这样可以提高薄膜晶体管(TFT)的充放电速率，而且也可以降低温度对薄膜晶体管稳定性的影响。当然也并不局限于该方案，还可以是其它本领域技术人员所知的其它金属氧化物，以实现本发明所要达到的目的，本发明中则以导体层5和半导体层4为铟镓锌氧化物为优选的实施例而进行说明。
需要说明的是，铟镓锌氧化物(IGZO)通常通过磁控溅射成膜，当通入的O2量不足时，Rs值<106Ω，形成为导体的IGZO薄膜(即对应上述的导体层5)；当通入的O2量适中时，Rs值<1012Ω，形成为半导体的IGZO薄膜(即对应上述的半导体层4)；当通入的O2量较多时，Rs值>1012Ω，形成为绝缘体的IGZO薄膜。
进一步要强调的是，从图2中还可以看出该阵列基板形成两个载流子通道，即分别为上层的半导体的IGZO层和下层的半导体的IGZO层+导体的IGZO层+半导体的IGZO层，这样可以进一步减小沟道的距离，根据薄膜晶体管的特性公式IDsat＝WμCox/L*(VGS-Vth)2,其中，其中L表示沟道的距离，当其它值为定值时，L减小，IDsat(饱和电流)增大，这样薄膜晶体管比较容易达到开态电流值Ion，即通过低电压可以使薄膜晶体管达到高电流，可以降低阀值电压，节省功耗，进而可以提高薄膜晶体管的特性。
相邻的所述栅线和所述数据线交叉的区域内限定有像素区域，为了可以使本发明实施例阵列基板应用在X射线平板探测器上，所述像素区域内还设有光电二极管7，所述光电二极管7的下端与所述漏极6b电连接、上端电连接有偏置电极层10。其中偏置电极层10可以接受外部提供的偏置电压信号，进而可以对光电二极管7施加偏置电压，当有可见光照向光电二极管7时，光电二极管7可以将光信号转换为电信号，并将电信号储存在薄膜晶体管中。
进一步地，所述光电二极管7的上端可以设有透明导电层8(可以为铟锡氧化物，简称ITO，或者也可以为IGZO)，所述透明导电层8的上方设有第一钝化层9(可以为SiO2或者SiNx等)，所述第一钝化层9设有过孔12，且所述第一钝化层9的上方设有所述偏置电极层10，所述透明导电层8通过所述过孔与偏置电极层10电连接，这样可以实现偏置电极层10与光电二极管7的连接。
进一步地，所述偏置电极层10的上方设有第二钝化层11(可以为树脂)，第二钝化层11可以保护位于其下方的偏置电极层10。
如图3所示，本发明实施例还提供了一种上述的阵列基板的制作方法，包括：
S300，提供一基板；
S301，在所述基板上沉积栅线层薄膜，通过构图工艺，形成栅极以及与所述栅极连接的栅线；
S302，在形成有栅极、栅线的基板上沉积栅绝缘层薄膜，形成栅绝缘层3；
S303，在形成有栅绝缘层的基板上沉积导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成导体层；
S304，在形成有导体层的基板上沉积半导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成半导体层，所述半导体层包裹所述导体层。
该阵列基板的制作方法使得所述半导体层与所述导体层接触并形成界面，这样可以提高载流子迁移速率，有利于沟道的导通，而且该界面的接触层缺陷相对较少，使得其对载流子的捕获效应降低，从而提高薄膜晶体管中载流子的数量以及浓度，进而可以降低阀值电压，提高薄膜晶体管的稳定性。
结合图2、图4以及图4a-图4g来详细说明X射线平板探测器中基板的制作，包括：
S400，提供一基板1；
其中，所述基板1可以为玻璃板、石英板等。
S401，在所述基板1上沉积栅线层薄膜，通过构图工艺，形成栅极2a以及与所述栅极2a连接的栅线；
具体地，参照图4a，首先可以采用溅射或热蒸发的方法在基板1上沉积一层栅线层膜，栅线层薄膜可以使用Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金属及其合金，然后采用普通掩膜板，通过构图工艺对栅线层薄膜进行刻蚀，在基板1上形成栅极2a以及与所述栅极2a连接的栅线。
S402，在形成有栅极2a、栅线的基板上沉积栅绝缘层薄膜，形成栅绝缘层3；
具体地，参照图4b，可以采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在形成有栅极2a、栅线的基板上沉积栅绝缘层薄膜，形成栅绝缘层3。其中，栅绝缘层薄膜可以选用氧化物、氮化物或者氮氧化合物，对应的反应气体可以为SiH4、NH4、N2成的混合气体或SiH2Cl4、NH3、N2的混合气体。
S403，在形成有栅绝缘层3的基板上沉积导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成导体层5；
具体地，可以采用溅射的方法，并通入不足的O2，在形成有栅绝缘层3的基板上沉积导体的铟镓锌氧化物薄膜，采用掩膜板，通过构图工艺对所述铟镓锌氧化物薄膜进行刻蚀，形成如图4c所示的导体层5。
S404，在形成有导体层的基板上沉积半导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成半导体层4，所述半导体层4包裹所述导体层5；
再次由图4c可知，可以采用溅射的方法，并通入适量的O2，在形成有导体层5的基板上沉积半导体的铟镓锌氧化物薄膜，采用掩膜板，通过构图工艺对所述铟镓锌氧化物薄膜进行刻蚀，形成可以包裹所述导体层5的半导体层4。
通过步骤S403和步骤S404可以看出半导体层和导体层为同种材料，这样使得半导体层和导体层的晶格匹配行较好，可以进一步减小两者接触界面的缺陷，也更有利于沟道的导通以及降低对载流子的捕获效应。而且由于铟镓锌氧化物中的载流子迁移率可以达到非晶硅的20～30倍，因此可以提高薄膜晶体管(TFT)的充放电速率，而且也可以降低温度对薄膜晶体管稳定性的影响。
S405，在形成有半导体层4的基板上沉积数据线层薄膜，通过构图工艺，形成沟道、漏极6b、源极6a以及与所述源极6a连接的数据线；
具体地，如图4d所示，可以采用溅射或热蒸发的方法在形成有半导体层4的基板上沉积数据线层薄膜，数据线层薄膜可以使用Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金属及其合金，采用掩膜板，通过构图工艺对所述数据线层薄膜进行刻蚀，形成源极6a、漏极6b、数据线以及沟道，其中所述数据线与所述栅线相互垂直交叉。
S406，在形成有源极6a、漏极6b、数据线以及沟道的基板上沉积光电二极管薄膜，通过构图工艺，在所述源极6a的上方形成光电二极管7；
需要说明的是，结合图4e，所述光电二极管7的制作方法具体包括：
S406a，采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在形成有源极6a、漏极6b、数据线以及沟道的基板上连续沉积N型非晶硅层膜70、本征非晶型硅层膜71、P型非晶硅层膜72，采用掩膜板，通过构图工艺，形成如图4e中所示的光电二极管7。
S407，在形成有光电二极管7的基板上沉积透明导电层薄膜，通过构图工艺，在所述光电二极管7的上端形成透明导电层8；
参照图4f，可以采用溅射的方法在基板上沉积透明导电层薄膜，透明导电层薄膜可以为ITO或者IGZO，采用掩膜板，通过构图工艺对透明导电层薄膜进行刻蚀，在光电二极管7的上端形成透明导电层8。
S408，在形成有透明导电层8的基板上沉积第一钝化层薄膜，形成第一钝化层9，并通过构图工艺，在所述光电二极管7的上方形成过孔12；
具体地，可以采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在形成有透明导电层8的基板上沉积第一钝化层薄膜，形成第一钝化层9。其中，第一钝化层薄膜可以选用氧化物、氮化物或者氮氧化合物，对应的反应气体可以为SiH4、NH4、N2成的混合气体或SiH2Cl4、NH3、N2的混合气体，然后可以通过构图工艺对第一钝化层薄膜进行刻蚀，在光电二极管7的上方形成如图4f所示的过孔12。
S409，在形成有第一钝化层9的基板上沉积偏置电极层薄膜，通过构图工艺，形成偏置电极层10，所述偏置电极层10通过所述过孔12与透明导电层8连接；
如图4g所示，可以采用溅射的方法在基板上沉积偏置电极层薄膜，且偏置电极层薄膜也可以为ITO或者IGZO，采用掩膜板，通过构图工艺对偏置电极层薄膜进行刻蚀，可以形成偏置电极层10，透明导电层8通过过孔12与偏置电极层10连接，进而可以实现偏置电极层10与光电二极管7的连接。
S410，在形成有偏置电极层10的基板上沉积第二钝化层薄膜，形成第二钝化层11；
参照图2，第二钝化层11可以为树脂层，且该树脂层可以保护位于其下方的偏置电极层10。
本发明实施例还提供了一种X射线平板探测器，包括X射线源以及探测装置，所述探测装置包括阵列基板。由于阵列基板可以是上述任意一种形式，因此这里不再赘述。
上述阵列基板中的薄膜晶体管具有较好的稳定性能，因此可以提高X射线平板探测器的显示性能，另外，本发明实施例提供的X射线平板探测器中还可以采用其它类型的光电二极管。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种阵列基板，包括：
基板；
形成于所述基板上的栅线层，所述栅线层包括栅极以及与所述栅极连接的栅线；
形成于所述栅线层上方的栅绝缘层；
形成于所述栅绝缘层上方的有源层；
形成于所述有源层上方的数据线层，所述数据线层包括源极、漏极以及与所述源极连接的数据线，所述数据线与所述栅线交叉，其特征在于，
所述有源层包括导体层和半导体层，所述导体层形成于所述栅绝缘层的上方，所述半导体层包裹所述导体层；
所述栅绝缘层的形成材料为氧化物、氮化物或者氮氧化合物。
2.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述导体层材料为铟镓锌氧化物导体，所述半导体层材料为铟镓锌氧化物半导体。
3.根据权利要求1或2所述的阵列基板，其特征在于，相邻的所述栅线和所述数据线交叉的区域内限定有像素区域，所述像素区域内设有光电二极管，所述光电二极管的下端与所述漏极电连接、上端电连接有偏置电极层。
4.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述光电二极管的上端设有透明导电层，所述透明导电层的上方设有第一钝化层，所述第一钝化层设有过孔，且所述第一钝化层的上方设有偏置电极层，所述透明导电层通过所述过孔与偏置电极层电连接。
5.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述偏置电极层的上方设有第二钝化层。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的阵列基板的制作方法，其特征在于，包括：
提供一基板；
在所述基板上形成栅极以及与所述栅极连接的栅线；
在形成有栅极、栅线的基板上形成栅绝缘层；
在形成有栅绝缘层的基板上沉积导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成导体层；
在形成有导体层的基板上沉积半导体的铟镓锌氧化物薄膜，通过构图工艺，形成半导体层，所述半导体层包裹所述导体层。
7.根据权利要求6所述的阵列基板的制作方法，其特征在于，在形成所述半导体层后，还包括：
在形成有半导体层的基板上沉积数据线层薄膜，通过构图工艺，形成沟道、漏极、源极以及与所述源极连接的数据线；
在形成有源极、漏极、数据线以及沟道的基板上沉积光电二极管薄膜，通过构图工艺，在所述源极的上方形成光电二极管；
在形成有光电二极管的基板上沉积透明导电层薄膜，通过构图工艺，在所述光电二极管的上端形成透明导电层。
8.根据权利要求7所述的阵列基板的制作方法，其特征在于，还包括：
在形成有透明导电层的基板上沉积第一钝化层薄膜，形成第一钝化层，并通过构图工艺，在所述光电二极管的上方形成过孔；
在形成有第一钝化层的基板上沉积偏置电极层薄膜，通过构图工艺，形成偏置电极层，所述偏置电极层通过所述过孔与透明导电层连接；
在形成有偏置电极层的基板上沉积第二钝化层薄膜，形成第二钝化层。
9.一种X射线平板探测器，包括X射线源以及探测装置，其特征在于，所述探测装置包括权利要求1-5任一项所述的阵列基板。
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