專利名稱：具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種具有機薄膜晶體管的電路結構；特別是有關于一種具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構。
背景技術：
目前的有機薄膜晶體管因無摻雜制程，晶體管組件的啟始電壓(threshold voltage)無法控制，往往取決于組件的表面條件、有機半導體的純度，與門極與閘極絕緣層的材料特性。該啟始電壓值Vth往往過大，達到10伏特以上，在電子電路應用上，不僅耗電而且造成一定的壓降損失，造成信號傳遞的失真。圖1A及圖1B是現(xiàn)有使用有機薄膜晶體管的兩種反相器電路結構示意圖，其中圖1A的現(xiàn)有反相器包含一第一加強型N通道晶體管(enhanced type NMOS)10及一第二加強型N通道晶體管12，該第二加強型N通道晶體管12是一有機薄膜晶體管。由于該反相器中具有該第二加強型N通道晶體管12，會于該反相器的輸出端14與該第二加強型晶體管12的汲極端16之間產生一Vth壓降，而使得該輸出端14的輸出信號值偏移，造成信號傳遞的失真，且因有機薄膜晶體管啟始電壓大，此失真更形嚴重。因此，為了降低啟始電壓及提高信號傳遞的正確性，已往多采用圖1B的反相器電路設計，該反相器是包含一加強型N通道晶體管10a及一空乏型N通道晶體管(depletion type NMOS)12a，該空乏型N通道晶體管12a是一有機薄膜晶體管。該空乏型N通道晶體管12a是通過由于其金屬閘極與其N信道區(qū)之間的接口進行表面處理，以實現(xiàn)該空乏型N通道晶體管12a。當應用圖1B的反相器電路設計于一液晶顯示面板的驅動電路設計時，由于現(xiàn)有的液晶顯示面板制程中，是同時形成驅動電路區(qū)的薄膜晶體管組件及像素區(qū)做為開關組件的薄膜晶體管組件，故當對于驅動電路區(qū)的有機薄膜晶體管的金屬閘極與信道區(qū)之間的接口進行表面處理，使該等有機薄晶體管成為空乏型時，該像素區(qū)的薄膜晶體管也會同時成為空乏型，如此一來將造成像素區(qū)開關組件的誤動作。
據(jù)此，亟待提供一種改良的有機薄膜晶體管電路結構，以解決有機薄膜晶體管啟始電壓過高，造成電子電路應用上信號傳遞失真的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供一種具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，通過該雙閘極結構可利于改變該有機薄膜晶體管的特性，進而提高信號傳遞的正確性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，通過該雙閘極結構可調變該有機薄膜晶體管的啟始電壓，通過此調整應用該電路結構的運算單元的輸出特性，以符合電子電路的需求。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供一種雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其包括一基底、一第一閘極、一第一閘極絕緣層、一對源極及汲極、一有機半導體主動層、一第二閘極絕緣層及一第二閘極。該第一閘極是形成于該基底上，該第一閘極絕緣層是形成于該第一閘極上，該對源極及汲極，是形成于該第一閘極絕緣層上，該有機半導體主動層是形成于該對源極及汲極上方并且于該對源極及汲極之間形成一有機半導體通道區(qū)，該第二閘極絕緣層是形成于該有機半導體主動層上，及該第二閘極是形成于該第二閘極絕緣層上，該第二閘極是與該第一閘極共享該對源極及汲極以及該有機半導體通道區(qū)。
上述第一閘極與第二閘極組成的雙閘極結構中，該雙閘極有機薄膜晶體管的啟始電壓是由該第一閘極與該第二閘極個別電壓綜合作用的結果，因此可通過由調控一閘極電壓，達到降低另一閘極啟始電壓的目的。
再者，本發(fā)明亦可通過由調整該第二閘極的啟始電壓，以改變該有機薄膜晶體管的特性為一加強型晶體管或一空乏型晶體管。
另一方面，本發(fā)明提供一種具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其包括一薄膜晶體管組件及一雙閘極薄膜晶體管組件；該薄膜晶體管組件是具有一閘極端、一第一源極端、一第一汲極端及一第一N通道區(qū)，該閘極端是耦合至一輸入端及該第一汲極端是耦合至一輸出端；該雙閘極薄膜晶體管組件是具有一第一閘極端、一第二源極端、一第二汲極端、一第二N通道區(qū)及一第二閘極端，其中該第一閘極端與該第二閘極端共享該第二源極端、該第二汲極端及該第二N通道區(qū)，該第一閘極端是耦合至該第二汲極端，該第二閘極端是耦合至一偏壓，及該第二源極端是耦合至該輸出端。
通過上述電路結構，可調整該第二閘極端的偏壓大小，以使該雙閘極薄膜晶體管組件成為一空乏型(depletion type)N信道晶體管組件，如此一來，該電路結構即可設計成具有一加強型N信道晶體管組件及一空乏型N信道雙閘極晶體管組件的一種反相器。
此外，本發(fā)明提供另一種反相器電路設計，其包括一薄膜晶體管組件，是具有一閘極端、一第一源極端、一第一汲極端及一第一P通道區(qū)，該閘極端是耦合至一輸入端及該第一源極端是耦合至一輸出端；及一雙閘極薄膜晶體管組件，是具有一第一閘極端、一第二源極端、一第二汲極端、一第二P通道區(qū)及一第二閘極端，其中該第一閘極端與該第二閘極端共享該第二源極端、該第二汲極端及該第二P通道區(qū)，該第一閘極端是耦合至該第二源極端，該第二閘極端是耦合至一可調偏壓，及該第二汲極端是耦合至該輸出端。通過調整該第二閘極端的偏壓大小，以使該雙閘極薄膜晶體管組件成為一空乏型(depletion type)P信道晶體管組件，如此一來，該反相器電路設計即具有一加強型P信道晶體管組件及一空乏型P信道雙閘極晶體管組件。
本發(fā)明的雙閘極有機薄膜晶體管具有簡單結構及可調變的特性，其制程步驟簡單易于達成，極具經(jīng)濟價值。


圖1A是一現(xiàn)有反相器電路結構示意圖；圖1B是另一現(xiàn)有反相器電路結構示意圖；圖2A是本發(fā)明雙閘極薄膜晶體管的一具體實施例的結構截面示意圖；圖2B是具有圖2A雙閘極薄膜晶體管的一種反相器電路結構示意圖；圖2C是具有圖2A雙閘極薄膜晶體管的另一種反相器電路結構示意圖；及圖3是本發(fā)明一顯示器面板電路結構方塊示意圖。
主要部分的代表符號10----第一加強型N通道晶體管10a----加強型N通道晶體管
12----第二加強型N通道晶體管12a----空乏型P通道晶體管14----輸出端 16----汲極端20----基底 21----第一閘極22----第一閘極絕緣層 23----源極/汲極24----有機半導體主動層24a----N型有機半導體通道區(qū)25----第二閘極絕緣層 26----第二閘極200----N信道加強型薄膜晶體管組件201----閘極端202----第一源極端203----第一汲極端204----第一N通道區(qū)205----輸入端206----輸出端200c----P信道加強型薄膜晶體管組件201c----閘極端 202c----第一汲極端203c----第一源極端 204c----第一P通道區(qū)205c----輸入端 206c----輸出端30----顯示區(qū)域 32----驅動電路區(qū)域400----N信道雙閘極薄膜晶體管組件401----第一閘極端402----第二源極端403----第二汲極端404----第二N通道區(qū)405----第二閘極端400c----P信道雙閘極薄膜晶體管組件401c----第一閘極端 402c----第二汲極端403c----第二源極端 404c----第二P通道區(qū)405c----第二閘極端
具體實施例方式
本發(fā)明是于具底閘極的有機薄膜晶體管結構上，覆蓋上一層保護層，以該保護層做為另一閘極絕緣層，再局部形成另一金屬層于該保護層上，以做為另一閘極，以完成一具雙閘極的有機薄膜晶體管結構。在該具雙閘極的有機薄膜晶體管結構中，前述雙閘極是共享一對源極及汲極與一有機半導體通道區(qū)(organicsemiconductor channel)，該有機薄膜晶體管的啟始電壓是其第一閘極與第二閘極啟始電壓總合，故通過其雙閘極結構，可調整降低該有機薄膜晶體管的啟始電壓。再者，可通過由控制第二閘極的偏壓，進而控制該有機薄膜晶體管操作為空乏型(depletiontype)或加強型(enhanced type)。進一步言，本發(fā)明可利用前述雙閘極結構于特殊電路部分，而調變有機薄膜晶體管的啟始電壓，通過以調整運算單元的輸出特性，以符合電子電路的需求。
以下將通過由具體實施例配合所附圖式對于本發(fā)明雙閘極有機薄膜晶體管組件結構及其應用予以詳細說明。
圖2A是本發(fā)明雙閘極有機薄膜晶體管組件的一具體實施例的結構截面示意圖。在此一具體實施例中，該雙閘極有機薄膜晶體管組件是包括一基底20、一第一閘極21、一第一閘極絕緣層22、一對源極及汲極23、一有機半導體主動層24、一第二閘極絕緣層25及一第二閘極26；該第一閘極21為一第一金屬閘極，是形成于該基底20上，該第一閘極絕緣層可以是一層氮化硅(silicon nitride，SiNx)絕緣層是形成于該第一閘極21上，該對源極及汲極23包含第二金屬是形成于該第一閘極絕緣層22上，該有機半導體主動層(organic active semiconductorlayer)24是形成于該對源極及汲極23上方并且于該對源極及汲極23之間形成一有機半導體通道區(qū)24a，該第二閘極絕緣層25可以是一層氮化硅絕緣層，其是形成于該有機半導體主動層24上，并且該第二閘極絕緣層25亦可做為一保護層，以保護位于其下方的第一閘極21、源極及汲極23與有機半導體主動層24。該第二閘極26為一第三金屬層是形成于該第二閘極絕緣層25上。該第二閘極26與該第一閘極21共享該對源極及汲極23以及該有機半導體通道區(qū)24a。
在此一具體實施例中，通過由控制該第二閘極26的偏壓Vg，即可改變該雙閘極有機薄膜晶體管的特性，使其成為空乏型或加強型N通道晶體管。再者，該雙閘極有機薄膜晶體管的啟始電壓是第一閘極21與第二閘極26的個別啟始電壓總合，通過該雙閘極結構即可將該有機薄膜晶體管的始啟電壓降低。
圖2B是具有圖2A的雙閘極有機薄膜晶體管組件的一種反相器電路結構示意圖。此一反相器電路結構是包含一N信道加強型薄膜晶體管組件200及一N信道空乏型雙閘極薄膜晶體管組件400。該N信道加強型薄膜晶體管組件200是具有一閘極端201、一第一源極端(Vss)202、一第一汲極端203及一第一N通道區(qū)204，該閘極端201是耦合至一輸入端205及該第一汲極端203是耦合至一輸出端206。該雙閘極薄膜晶體管組件400是為一雙閘極有機薄膜晶體管，其具有一第一閘極端401、一第二源極402、一第二汲極(Vdd)403、一第二N通道區(qū)404及一第二閘極端405，其中該第一閘極端401與該第二閘極端405共享該第二源極402、該第二汲極403及該第二N通道區(qū)404，該第一閘極端401是耦合至該第二汲極403，該第二閘極端405是耦合至一可調偏壓Vg，及該第二源極402是耦合至該輸出端206。
在此一反相器電路結構中，該第二閘極端405是耦合至一可調整的偏壓Vg，因此可通過由調整該偏壓Vg大小，調變該雙閘極有機薄膜晶體管組件400成為一空乏型N通道晶體管。當該雙閘極有機薄膜晶體管組件400是為一空乏型N通道雙閘極晶體管時，圖2B所示的反相器即具有一加強型N通道晶體管及一空乏型N通道雙閘極晶體管。在此一反相器電路結構中，由于該第二汲極端(Vdd)403與該輸出端206之間沒有Vth的壓降產生，故該輸出端206的輸出信號值會較為接近實際的信號值，進而可以解決信號傳遞失真的問題。進一步地，該雙閘極有機薄膜晶體管組件400也會具有較低的啟始電壓。
圖2C是具有圖2A的雙閘極有機薄膜晶體管組件的另一種反相器電路結構示意圖。此一反相器電路結構是包含一P信道加強型薄膜晶體管組件200c及一P通道空乏型雙閘極薄膜晶體管組件400c。該P信道加強型薄膜晶體管組件200c是具有一閘極端201c、一第一汲極端(Vdd)202c、一第一源極端203c及一第一P通道區(qū)204c，該閘極端201c是耦合至一輸入端205c及該第一源極端203c是耦合至一輸出端206c。該雙閘極薄膜晶體管組件400c是為一雙閘極有機薄膜晶體管，其具有一第一閘極端401c、一第二汲極端402c、一第二源極端(Vss)403c、一第二P通道區(qū)404c及一第二閘極端405c，其中該第一閘極端401c與該第二閘極端405c共享該第二汲極端402c、該第二源極端403c及該第二P通道區(qū)404c，該第一閘極端401c是耦合至該第二源極端403c，該第二閘極端405c是耦合至一可調偏壓Vg，及該第二汲極端402c是耦合至該輸出端206c。
在此一反相器電路結構中，該第二閘極端405c是耦合至一可調整的偏壓Vg，因此可通過由調整該偏壓Vg大小，調變該雙閘極有機薄膜晶體管組件400c成為一空乏型P通道晶體管。當該雙閘極有機薄膜晶體管組件400c是為一空乏型P通道雙閘極晶體管時，圖2C所示的反相器即具有一加強型P通道晶體管及一空乏型P通道雙閘極晶體管。在此一反相器電路結構中，由于該第二源極端(Vss)403c與該輸出端206c之間沒有Vth的壓降產生，故該輸出端206c的輸出信號值會較為接近實際的信號值，進而可以解決信號傳遞失真的問題。進一步地，該雙閘極有機薄膜晶體管組件400c也會具有較低的啟始電壓。
圖3是圖2B的反相器電路結構的一個應用例示意圖。圖3是一顯示器面板電路結構方塊示意圖，其包括一顯示區(qū)域30及一驅動電路區(qū)域32。該顯示區(qū)域30具有復數(shù)單閘極晶體管列(未示出)，每一該單閘極晶體管列是包含復數(shù)個單閘極晶體管以供做個別像素的開關組件。該驅動電路區(qū)域32是具有復數(shù)個如圖2B所示的反相器組件，每一該反相器組件的輸出端是耦合至一該單閘極晶體管列，以驅動該單閘極晶體管列中的晶體管開關組件。圖3的顯示器驅動電路是采用圖2B的反相器電路設計，該驅動電路送出的驅動信號不容易失真，能夠順利驅動個別像素。再者，由于該反相器中的該雙閘極薄膜晶體管400是利用控制該第二閘極405的偏壓Vg大小，調變該雙閘極薄膜晶體管400成為空乏型N通道晶體管，就制程角度而言，該驅動電路的薄膜晶體管制程并不會影響到像素區(qū)的單閘極薄膜晶體管的制程，進而影響該等單閘極薄膜晶體管的特性，故可提高顯示器面板的制造良率。同樣地，圖3的顯示器驅動電路亦可采用圖2C的反相器電路設計。
以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述的申請專利范圍內。
權利要求
1.一種雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其特征在于包括一基底；一第一閘極，是形成于該基底上；一第一閘極絕緣層，是形成于該第一閘極上；一對源極及汲極，是形成于該第一閘極絕緣層上；一有機半導體主動層，是形成于該對源極及汲極上方并且于該對源極及汲極之間形成一有機半導體通道區(qū)；一第二閘極絕緣層，是形成于該有機半導體主動層上；及一第二閘極，是形成于該第二閘極絕緣層上，該第二閘極是與該第一閘極共享該對源極及汲極以及該有機半導體通道區(qū)。
2.如權利要求1所述的雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其特征在于，所述該雙閘極有機薄膜晶體管組件是為N信道晶體管或P信道晶體管。
3.如權利要求2所述的雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其特征在于，所述該雙閘極有機薄膜晶體管組件是一空乏型晶體管。
4.如權利要求1所述的雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其中該第一閘極包含一第一金屬材質。
5.如權利要求4所述的雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其特征在于，所述該對源極及汲極包含一第二金屬材質。
6.如權利要求5所述的雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其特征在于，所述該第二閘極包含一第三金屬材質。
7.如權利要求1所述的雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其特征在于，所述該第一閘極絕緣層包含氮化硅。
8.如權利要求1所述的雙閘極有機薄膜晶體管組件結構，其特征在于，所述該第二閘極絕緣層包含氮化硅。
9.一種具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其特征在于，包括一薄膜晶體管組件，是具有一閘極端、一第一源極端、一第一汲極端及一第一N通道區(qū)，該閘極端是耦合至一輸入端及該第一汲極端是耦合至一輸出端；及一雙閘極薄膜晶體管組件，是具有一第一閘極端、一第二源極端、一第二汲極端、一第二N通道區(qū)及一第二閘極端，其中該第一閘極端與該第二閘極端共享該第二源極端、該第二汲極端及該第二N通道區(qū)，該第一閘極端是耦合至該第二汲極端，該第二閘極端是耦合至一可調偏壓，及該第二源極端是耦合至該輸出端。
10.如權利要求9所述的具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其特征在于，所述該薄膜晶體管組件是一加強型晶體管。
11.如權利要求10所述的具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其特征在于，所述該雙閘極薄膜晶體管組件是一空乏型晶體管。
12.如權利要求9所述的具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其特征在于，所述該雙閘極薄膜晶體管組件是一具雙閘極有機薄膜晶體管。
13.一種具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其特征在于，包括一薄膜晶體管組件，是具有一閘極端、一第一源極端、一第一汲極端及一第一P通道區(qū)，該閘極端是耦合至一輸入端及該第一源極端是耦合至一輸出端；及一雙閘極薄膜晶體管組件，是具有一第一閘極端、一第二源極端、一第二汲極端、一第二P通道區(qū)及一第二閘極端，其中該第一閘極端與該第二閘極端共享該第二源極端、該第二汲極端及該第二P通道區(qū)，該第一閘極端是耦合至該第二源極端，該第二閘極端是耦合至一可調偏壓，及該第二汲極端是耦合至該輸出端。
14.如權利要求13所述的具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其特征在于，所述該薄膜晶體管組件是一加強型晶體管。
15.如權利要求13所述的具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構，其特征在于，所述該雙閘極薄膜晶體管組件是一空乏型晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具雙閘極有機薄膜晶體管的電路結構及其應用。本發(fā)明是覆蓋一保護層于一具底閘極的有機薄膜晶體管結構上，以做為另一閘極絕緣層，再局部形成一金屬層于該保護層上，以做為另一閘極，進而完成一雙閘極結構，并將其應用于電子電路設計上。通過本發(fā)明雙閘極結構，可調整閘極對應的有機薄膜晶體管的啟始電壓，并利于改變該有機薄膜晶體管的特性，以提高信號傳遞的正確性。
文檔編號H01L51/10GK101071845SQ20061007914
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月10日 優(yōu)先權日2006年5月10日
發(fā)明者王右武, 王怡凱, 貢振邦, 蕭智文 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院