本實用新型涉及光電子器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管及有源尋址電路。

背景技術(shù)：

可尋址驅(qū)動電路目前已應(yīng)用于諸多方面。在尋址機制上，一般分為兩種，即有源矩陣和無源矩陣。相比于無源矩陣，有源矩陣擁有更好的可控性，可減少串擾，能實現(xiàn)大規(guī)模及高分辨率的顯示。并且還有能量利用率高，可為高質(zhì)量顯示實現(xiàn)更多的灰度的優(yōu)點。有源矩陣顯示目前已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，并且已有諸多應(yīng)用，比如有源矩陣液晶顯示，有源矩陣有機發(fā)光二極管顯示，以及最近正在發(fā)展的有源矩陣發(fā)光二極管顯示等。

有源驅(qū)動電路有許多種，其中常用的2T1C驅(qū)動電路如圖1所示，包括尋址晶體管T1，驅(qū)動晶體管T2和一個存儲電容。Vselect信號用來控制選通T1晶體管，當T1晶體管打開，Vdata信號被傳輸至T2晶體管的柵極，控制選通T2管。當T2管打開時，LED陽極即與VDD相連，從而能夠正常工作，即發(fā)光。當選擇信號經(jīng)過后，T1晶體管關(guān)閉，但還需要LED繼續(xù)發(fā)光，此時存儲電容就用來保持A點的電位，以保證在一整個幀周期內(nèi)，都能有足夠的電流流經(jīng)LED。但是當有環(huán)境光存在時，尤其當該電路被應(yīng)用于本身就具有比較高的發(fā)光強度LED顯示時，光線將在MOS管有源溝道區(qū)激發(fā)額外的電子空穴對，導致MOS管關(guān)閉時，依然存在一定量的反向漏電流。當該漏電流較大時，將嚴重影響存儲電容保持電位的能力，從而減小了相應(yīng)LED的發(fā)光時間及發(fā)光質(zhì)量。同理，T2管的關(guān)態(tài)漏電流也將帶來預期之外的不利效果。這些都將降低基于該種有源驅(qū)動的電路的LED，LCD及OLED顯示，或光通信設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量和效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的光照激發(fā)的光電流導致MOS管關(guān)態(tài)時的反向漏電流增加的現(xiàn)象，首先提供一種抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管。

本實用新型還提出一種應(yīng)用抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管的有源尋址電路。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管，包括襯底，襯底上表面的中部沉積有柵絕緣層，在柵絕緣層上有多晶硅或金屬形成柵極，通過離子注入在襯底兩端形成的源極和漏極，在柵極、源極與漏極上方沉積有隔離層，源極和漏極上方的隔離層刻蝕有用于引出源極和漏極的接觸孔，在源極和漏極上的接觸孔中沉積有金屬，漏極上接觸孔中金屬刻蝕有用于隔離源極和漏極的隔離缺口，源極上的金屬直接延伸覆蓋過有源溝道區(qū)。

優(yōu)選的，所述襯底為硅襯底。

優(yōu)選的，所述二隔離層為SiO₂隔離層。

一種應(yīng)用所述抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管的有源尋址電路，所述有源尋址電路中的MOS為抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型技術(shù)方案的有益效果是：本實用新型提出的MOS管有效的遮擋了光線，抑制了光電流的產(chǎn)生，既改善了晶體管的關(guān)態(tài)特性，也提高了有源尋址驅(qū)動電路的工作性能。

附圖說明

圖1為2T1C有源驅(qū)動電路示意圖。

圖2為對晶體管不同條件下轉(zhuǎn)移特性曲線的對比圖。

圖3為傳統(tǒng)MOS管的截面示意圖。

圖4為本實用新型所述MOS管的三維結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本實用新型所述MOS管的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為對本實用新型MOS管進行仿真的仿真基本參數(shù)設(shè)置示意圖。

圖7為基于本實用新型的PMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線圖。

圖8為自動消除光致漏電流的有源尋址電路的PCB版圖。

圖9為實施例有源驅(qū)動電路中存儲電容充放電對比圖。

圖10為四組不同X長度和梳狀柵個數(shù)的MOS管進行的PCB版圖。

圖11為基于圖10的轉(zhuǎn)移特性曲線的對比示意圖。

圖中：1-柵極，2-源極、3-漏極，4-鋁，5-多晶硅，6-SiO2，7-金屬覆蓋層，8-襯底。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的說明。

針對現(xiàn)有技術(shù)中提到的光照激發(fā)的光電流導致MOS管關(guān)態(tài)時的反向漏電流增加的現(xiàn)象，本實用新型提出從MOS管源極引伸出一定長度金屬，覆蓋在MOS管有源溝道區(qū)上面，從而起到避免光線直射溝道的效果。

該種設(shè)計有效的遮擋了光線，抑制了光電流的產(chǎn)生，既改善了晶體管的關(guān)態(tài)特性，也提高了有源尋址驅(qū)動電路的工作性能。且金屬覆蓋層越長，抑制效果越好，但是卻會降低器件的溝道寬長比，從而降低器件開態(tài)時的特性。所以應(yīng)在覆蓋層和溝道寬長比之間做出合適的取舍，從而達到最優(yōu)化設(shè)計。

經(jīng)過大量的實驗及研究發(fā)現(xiàn)，光照會影響MOS晶體管性能：

光照會在MOS晶體管有源溝道區(qū)激發(fā)出額外的電子空穴對，從而使晶體管在關(guān)閉狀態(tài)時，也存在著較大的反向漏電流。我們通過軟件仿真驗證了該想法。

我們分別測試了無光條件下，以及藍光，紅光，綠光照射時，溝道長度為2um的PMOS晶體管的I_ds。光照功率為1w，并設(shè)置V_ds為-1V，柵極電壓由-5V逐漸增加到5V，閾值電壓為-0.5V，即當其大于-0.5V時即為關(guān)閉狀態(tài)。

圖2則為對晶體管不同條件下轉(zhuǎn)移特性曲線的對比，由此可看出MOS管在光照條件下性能的差別。從圖中可清晰看出，有光條件下關(guān)態(tài)的漏電流要比無光條件時大幾個數(shù)量級，可見光照對MOS管性能的影響還是非常大的。由此證明了我們的想法，光照條件確實會對MOS晶體管關(guān)閉狀態(tài)時的漏電流有巨大影響。

基于上述發(fā)現(xiàn)，本實用新型設(shè)計了一種能遮擋光照，抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的新型MOS管結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)MOS管是利用摻雜工藝在硅襯底兩端生成源極與漏極，并通過沉積金屬以及適當?shù)目涛g將這兩極引出。之后，在有源溝道區(qū)之上沉積柵氧化層，再將多晶硅沉積其上形成柵極。截面圖如圖3所示。

而本實用新型所提出的新型結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的主要區(qū)別是將源極的金屬部分延伸一定長度，覆蓋在有源溝道區(qū)上面，從而避免了有源溝道區(qū)直接暴露在光照下而產(chǎn)生多余的光電流。本實用新型提出的一種抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管，具體包括襯底，襯底上表面的中部沉積有柵絕緣層，在柵絕緣層上有多晶硅或金屬形成柵極，通過離子注入在襯底兩端形成的源極和漏極，在柵極、源極與漏極上方沉積有隔離層，源極和漏極上方的隔離層刻蝕有用于引出源極和漏極的接觸孔，在源極和漏極上的接觸孔中沉積有金屬，漏極上接觸孔中金屬刻蝕有用于隔離源極和漏極的隔離缺口，源極上的金屬直接延伸覆蓋過有源溝道區(qū)。具體做法如下：

一種抑制有源溝道區(qū)光致漏電流產(chǎn)生的MOS管制備方法，其制備過程為：通過離子注入在襯底兩端形成源極和漏極，在襯底上表面的中部制備柵氧化層，在柵氧化層上沉積多晶硅或金屬形成柵極，在柵極、源極與漏極上方沉積隔離層，并在源極和漏極上方刻蝕出接觸孔，以引出源極和漏極，在源極和漏極上方的接觸孔上沉積金屬，刻蝕漏極上的金屬用于隔離開源極和漏極，而源極上的金屬直接延伸覆蓋過有源溝道區(qū)，起到遮擋光線的作用。

這樣的結(jié)構(gòu)既不會加入其它多余材料而引起無法預期的其他性能改變，也能達到良好的遮光效果，且簡便易行，便于實現(xiàn)。具體三維、平面結(jié)構(gòu)圖如圖4、5所示，其中箭頭表示光照方向，X表示金屬覆蓋層的長度。

為證明該該MOS管結(jié)構(gòu)的有效性，本實施例用軟件進行仿真，仿真的基本參數(shù)如圖6所示。采用晶體管為硅襯底，磷摻雜的PMOS，并通過半導體工藝對其沉積SiO2層和金屬部分。仿真時，V_GS從-5V逐漸增加至5V，V_DS設(shè)置為-1V，并使用1w功率，波長為625nm的光照對此PMOS晶體管進行光照。該PMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖7所示。

其中，MCF(Metal Cover Factor)為金屬覆蓋層的長度與溝道長度的比值，即：

該參數(shù)作為一個更具有相對借鑒意義的參考指數(shù)，更形象的表示出覆蓋層長度與有源溝道長度的關(guān)系。從圖7中可以看出，無光條件下，漏電流大小為2.5×10^-13A，有光照卻無金屬覆蓋層時(MCF＝0％)，漏電流約為1×10^-8A，增加了幾個數(shù)量級。而當有一定長度的金屬覆蓋層后，光照下的激發(fā)的光電流有明顯的減少，且MCF指數(shù)越高，光電流抑制效果越好。說明本實用新型確實能有有效的消除光電流的影響，提高晶體管性能。

本實施例中還設(shè)計了一種可以自動消除光致漏電流的有源尋址電路。

本實施例是基于背景部分已介紹了傳統(tǒng)2T1C電路，在該電路中T1為尋址晶體管，T2為驅(qū)動晶體管，C為存儲電容。Vselect為選擇信號，控制T1晶體管開關(guān)，Vdata為數(shù)據(jù)信號，承載著控制LED亮滅的信號。在本實例中，基于所提出的新的MOS設(shè)計了一種可以自動消除光致漏電流的有源尋址電路。其版圖如圖8所示：

圖8已簡潔的顯示了2T1C電路版圖。對于晶體管T2，①處細長區(qū)域即為梳狀柵，其下方的②處部分為金屬覆蓋層。同理可理解T1晶體管的結(jié)構(gòu)。而在該種電路結(jié)構(gòu)中，存儲電容由兩部分組成。第一部分為源極金屬和多晶硅之間夾著SiO₂鈍化層構(gòu)成。第二部分為多晶硅與有源單晶硅層之間夾著柵極絕緣物(通常為SiO₂或者高k材料)構(gòu)成。LED像素接與輸出部分即可。

該種電路結(jié)構(gòu)能成功的消除光電流影響，且結(jié)構(gòu)簡便易實現(xiàn)。下面我們將通過計算與對比，來展示該新型電路對電容保持電位能力的增強效果。

我們分別從兩方面進行討論。寫入時期代表著T1晶體管被選通，數(shù)據(jù)信號通過T1到達T2柵極的時期，此時對于電容來說即為充電部分。保持時期代表著選擇信號已經(jīng)通過，T1晶體管關(guān)閉但仍需LED發(fā)光，此時主要靠電容保持的電位來驅(qū)動T2晶體管。若存在漏電流，則電容將表現(xiàn)為逐漸放電。

令V_D代表Vdata。當像素被選中時，寫入電壓和保持電壓滿足：

其中，τ_on＝R_onC_holding τ_off＝R_offC_holding

R_on和R_off為T1晶體管分別在打開和關(guān)閉狀態(tài)時的溝道電阻。而電路正常運行要求：

其中，V_signal即為A點的電壓。T_writing和T_holding分別是寫入期時間和保持期時間。這意味著，寫入期時間越短，保持期時間越長，該驅(qū)動電路的效果越好。

我們通過實驗測得有金屬覆蓋層以及無金屬覆蓋層的晶體管開態(tài)電流Ids分別是：2.75×10^-5A和3.11×10^-5A,而關(guān)態(tài)電流Ids則是：3.43×10^-13A和6.94×10^-9A，實驗所用的總電容為15.6pf。最終，應(yīng)用該設(shè)計前后的存儲電容充放電對比為圖9所示。

由圖9可以看出，金屬覆蓋層的設(shè)計對充電時間的影響并不大，可能會引起幾個us的延遲。但是在MOS管關(guān)閉狀態(tài)時，加入金屬覆蓋層后明顯能使存儲電容的電位保持時間更長，即大于40ms。若無金屬覆蓋層，該電位只能保持幾個ms，遠遠不能達到維持LED在整個周期內(nèi)正常工作的要求。由此說明，該設(shè)計確實能增強電路中存儲電容保持電位的能力，從而提高電路的工作質(zhì)量等。

本實用新型提出了能消除光電流影響的新型MOS管結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)。由于金屬覆蓋層越長，抑制效果越好，但是因此器件漏極與柵極之間的距離也越大。尤其當版圖的面積有限，這種結(jié)構(gòu)將會影響原有的布局，甚至將直接影響器件的寬長比而導致其他性能的下降。所以應(yīng)在覆蓋層和溝道寬長比之間做出合適的取舍，從而達到最優(yōu)化設(shè)計。

定義源極至漏極斷口的距離為覆蓋層長度(X部分)，通過分析仿真來驗證不同覆蓋層長度的影響。

本實用新型通過設(shè)計多組不同X長度和梳狀柵個數(shù)的MOS管進行對比，來達到最優(yōu)化結(jié)果，以如圖10，表1幾組數(shù)據(jù)為例，最終測得梳狀柵個數(shù)為9，金屬覆蓋層長度為5um時，器件性能最好。

表1

其轉(zhuǎn)移特性曲線的對比如圖11所示。

由此看以看出梳狀柵個數(shù)為9，金屬覆蓋層長度為5um時，該結(jié)構(gòu)的工作性能最好。

采用本方案所示結(jié)構(gòu)的晶體管，可以有效的避免有源溝道區(qū)直接暴露在光線下，消除不必要的光電流。而以此為基礎(chǔ)的源尋址電路結(jié)構(gòu)也可有效的消除光致漏電流現(xiàn)象。此時，MOS晶體管將有更好的關(guān)態(tài)特性，驅(qū)動電路中存儲電容保持電位的效果也會更好，電路性能更加穩(wěn)定，LED也將呈現(xiàn)出更好的工作質(zhì)量。

顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。