[发明专利]一种多晶硅薄膜及其制备方法、阵列基板、显示装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种多晶硅薄膜及其制备方法、阵列基板、显示装置。

背景技术

多晶硅薄膜是集晶体硅和非晶硅材料优点于一体的新型功能材料，同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点，因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注。

多晶硅薄膜是由许多大小不等和晶面取向不同的小晶粒组成，晶粒尺寸一般在几十到几百纳米之间，大晶粒尺寸可达数微米。大晶粒的多晶硅薄膜有较高的迁移率，接近块状材料的迁移率，因此多晶硅薄膜其已被广泛应用于半导体器件的制作中，如显示工业用的多晶硅薄膜晶体管（TFT，Thin Film Transisitor），微电子机械系统，集成电路以及替代SOI（Silicon on Insulator）材料等方面。其中在显示工业中，尤其是在AMOLED（Active Matrix Organic Light-emitting Device，有源矩阵有机发光器件）、TFT-LCD（TFT液晶显示器）产品中，为了提高显示屏的性能，通常采用TFT组成像素驱动电路及其周边驱动电路，这些TFT大多采用多晶硅薄膜作为有源层，并且将驱动电路和显示元件一起制作在成本低廉的透明玻璃衬底上，这都要求多晶硅薄膜的性能较好。另外，多晶硅薄膜在长波段具有高光敏性，能有效吸收可见光且具有光照稳定性，而且没有非晶硅材料的光致衰退现象，是理想的太阳能电池材料。

目前多晶硅薄膜的制备有许多方法，包括直接沉积法和间接晶化法。直接沉积法包括化学气相沉积法、液相生长法和热丝法等。间接晶化法包括准分子激光退火法（ELA）、固相晶化法、金属诱导晶化法等。这些方法形成的多晶硅的晶粒都相当小，因此这些方法所形成的多晶硅薄膜特性并不佳。目前在多晶硅薄膜的制作上，最为普遍使用的是使用准分子激光退火法，该方法为低温多晶硅薄膜制作技术，但是由于准分子激光属于脉冲式激光，每一脉冲的能量密度皆会有所差异，所以准分子激光在能量密度上的不易控制，使得最后晶粒的大小尺寸不一致，进而导致多晶硅薄膜的均匀性不佳，且制得的多晶硅薄膜的重复性、稳定性、均匀性比较差，难于大面积晶化，仍不能满足生产高性能多晶硅材料的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅薄膜及其制备方法、阵列基板、显示装置，该制备方法制得的多晶硅薄膜中的多晶硅的晶粒大小均匀、排列有序且晶粒较大，多晶硅薄膜的重复性、稳定性、均匀性好。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种多晶硅薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）形成石墨烯层和非晶硅层，其中石墨烯层和非晶硅层相邻；

（2）使非晶硅晶化形成多晶硅，得到多晶硅薄膜。

优选的是，所述步骤（1）为：在基底层上形成非晶硅层，在非晶硅层上形成石墨烯层。

优选的是，在所述步骤（2）之后还包括：步骤（3）经过灰化过程除去石墨烯层。

优选的是，所述步骤（3）中灰化过程为以氧气干法刻蚀灰化石墨烯层。

优选的是，所述步骤（1）为：在基底层上形成石墨烯层，在石墨烯层上形成非晶硅层。

优选的是，所述步骤（1）中形成的石墨烯层为p型石墨烯层。

优选的是，所述步骤（1）中的石墨烯层为2~10层的石墨烯，非晶硅层的厚度为40~50纳米。其中，石墨烯层中的每层为一个碳原子厚度。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，其为由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。

优选的是，所述步骤（2）中使非晶硅晶化形成多晶硅的方法为高温炉法、脉冲快速热烧结法、准分子激光退火法中的任意一种。

优选的是，所述步骤（2）中非晶硅晶化形成多晶硅的方法为准分子激光退火法，其准分子激光的能量密度为50~500mJ/cm²，激光输出频率为3~10Hz，其中准分子激光选自XeCl、ArF、KrF或XeF等紫外光源。

本发明还提供一种多晶硅薄膜，其是由上述制备方法制备的。

本发明还提供一种阵列基板，包括薄膜晶体管阵列，所述薄膜晶体管阵列的有源区是由上述的多晶硅薄膜形成的。

本发明还提供一种显示装置，其包括上述的阵列基板。

优选的是，所述显示装置为液晶显示装置或有机电致发光显示装置。