CN102831850A - 一种用于检测igzo-tft驱动特性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置。该用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置包括IGZO-TFT驱动单元以及阵列制备所用到的掩模板，数个微胶囊电泳显示单元；该掩模板包含三个功能区，分别为：对准标记区、单个器件区、阵列区域。通过该检测装置，不但能够对阵列TFT晶体管进行驱动性能的检测，而且对单一TFT晶体管也能够实现逐个检测；同时，也可以根据需要对阵列数量进行设定，并且TFT阵列在单像素静态驱动时，能够实现驱动显示功能。另外，采用对准标记区能够加快检测工作的效率和准确性。

Description

一种用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置

技术领域

本发明涉及IGZO薄膜晶体管(TFT)驱动检测领域，更具体地，本发明涉及一种检测IGZO薄膜晶体管驱动效果的装置。

背景技术

薄膜晶体管是指在衬底上沉积一层半导体薄膜，通过光刻、刻蚀等技术制作出源、漏极，栅极及管体而成，它由栅绝缘层、有源层、栅电极、源和漏电极几个部分组成。图1是几种常见的TFT结构，可分为两类：一类为顶栅结构，又称正叠(Normal Staggered，简称NS)结构；一类为底栅结构，又称反交叠(Inverted Staggered，简称IS)结构。根据沟道层和源漏电极的沉积顺序不同，顶栅、底栅结构又分别有底接触和顶接触两种形式。在底栅顶接触结构中，可以通过修饰绝缘层的界面而改善半导体的结构和形貌，从而提高器件的迁移率。这种结构缺陷是源漏电极的光刻工艺会对有源层造成污染。而在另外一种底栅结构中，源漏电极光刻工艺在半导体层沉积之前进行，不会造成对半导体层的污染，但是电极与绝缘层存在台阶不利于电荷的注入，并且有源层的上表面暴露在外，通常需要覆盖保护层以提高器件的稳定性。顶栅结构对衬底有更高要求，特别是在表面粗糙度和化学稳定性要求上。

自从2004年日本东京工业大学Hosono第一次报道基于IGZO(In-Ga-Zn-O)制备的柔性透明TFT。IGZO-TFT受到了研究机构和工业界的关注，并被开拓在显示领域中的应用，尤其是新型显示器件技术中。IGZO-TFT受到关注和快速地进入平板显示应用领域，这与它展示出来的特性分不开的，下面从电性能、稳定性、均匀性进行说明。

优秀的电性能

IGZO-TFT有较高的迁移率，一般在1-100cm2/V  s之间。例如，Kim M等人在底栅结构IGZO-TFT上沉积一层二氧化硅刻蚀阻挡层，实现了35.8cm2/Vs的较高迁移率的TFT；LG电子的Ho-Nyun Lee等人报道的非晶态IGZO-TFT，其迁移率高达95cm2/Vs。除较高的迁移率以外，IGZO-TFT还具有较低关态电流，IGZO-TFT的最小关态电流达到10-14A，而通常应用于平板显示对于TFT的关态电流要求是小于10-12A；IGZO-TFT缺陷密度也较低，是非晶硅TFT的十分之一。

较好的均匀性和稳定性

Hayashi等在面积为10mm×10mm的衬底上制备96个底栅型IGZO-TFT器件，其中半导体层采用射频磁控溅射方法制备，每个器件具有同样尺寸的宽长(分别为60μm和10μm)，在相同的条件下测试发现整批器件在阈值电压、饱和迁移率和亚阈值摆幅等重要物理量上展现高度一致性。

没有退火IGZO-TFT器件，稳定性能较差，而通过高于300℃的退火，才能够钝化非晶IGZO中的缺陷，使得TFT器件展示较好的稳定性。

尽管IGZO薄膜晶体管单元被大量的研发制造出来，而目前仍然没有一种检测、验证装置用于从而各个方位来检测新制造或研发出来的IGZO薄膜晶体管的驱动特性是否达到制造要求，当前正需要一种集多个测试功能区的IGZO薄膜晶体管驱动和阵列制备检测装置，能够从单个到多个，从分散到整体，全方位，高集成的检测新制造的IGZO薄膜晶体管单元的驱动特性。

发明内容

为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置。

该用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置包括IGZO-TFT驱动单元以及阵列制备所用到的掩模板，数个微胶囊电泳显示单元；该掩模板包含三个功能区，分别为：对准标记区、单个器件区、阵列区域。

优选的，所述对准标记区在掩模板的两个边缘，每个边缘采用多个四方块图形作为标记。每个边缘的该四方块图形采用从两端到中间逐渐增大的四方块图形，形成了两端四方块小，中间四方块大的结构。

优选的，所述单个器件区分两区，第一区域位于掩模板最上端两排，共计8×2个单个TFT。所述16个TFT根据沟道宽度和长度的不同分为四组A、B、C、D，分别对应的沟道宽长分别是900μm和60μm、1200μm和80μm、1200μm和60μm、900μm和80μm。在掩模板的左下角区域有3×2单个TFT，用于驱动微胶囊显示单元，其沟道的宽长分别是1200μm和60μm，该区域像素电极的面积比常规的面积大，通常为N×N，其中2≤N≤4，单位为毫米(mm)。

优选的，阵列区域包括至少两组阵列，每个阵列可根据实际的需要进行陈列数量选择。所述阵列中其中一个为8×6阵列；该8×6阵列像素的显示面积为28mm×16mm，单个像素的面积为3.5mm×3mm。在8×6阵列中单个TFT像素沟道的宽长为800μm和60μm，扫描线的宽度为100μm，信号线的宽度为150μm，TFT源电极的尺寸为3mm×3mm，同时也作为TFT的像素电极。

通过该检测装置，不但能够对阵列TFT晶体管进行驱动性能的检测，而且对单一TFT晶体管也能够实现逐个检测；同时，也可以根据需要对阵列数量进行设定，并且TFT阵列在单像素静态驱动时，能够实现驱动显示功能。另外，采用对准标记区能够加快检测工作的效率和准确性。

附图说明

图1示出现有技术中的几种常见的TFT结构；

图2示出微胶囊电泳显示的工作原理图；

图3a示出IGZO-TFT驱动单元以及阵列制备所用到的掩模板实物图形；

图3b示出IGZO-TFT驱动单元以及阵列制备所用到的掩模板说明示意图；

图4示出单个IGZO-TFT作为微胶囊电泳显示单元有源驱动电路结构图；

图5示出了8×6IGZO-TFT驱动微胶囊显示单元测试电路示意图。

如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置进行详细描述。

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

该用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置主要包括IGZO-TFT驱动单元的掩模板以及数个微胶囊电泳显示单元。

图2示出了微胶囊电泳显示的工作原理，显示实现是利用上下电极间电压差来控制带不同电荷微胶囊的黑白粒子移动，以实现显示。通常情况下，一种微胶囊单元显示有两种显示色工作状态，例如黑色显示和白色显示。下面以实现黑白显示进行详细说明，当公共电极(上基板)电压比像素电极(下基板)的电压低时，带正电的黑色粒子会向上基板移动，人眼观看面的颜色是黑色；相似，当公共电极的电压比像素电极的电压高时，带负电的白色微胶囊将向上基板移动，从而使得人观察到的反射颜色是白色，实现白色显示。实验中所用到的微胶囊电泳显示薄膜由广州奥翼电子科技有限公司提供。

图3(a)、图3(b)为本发明所设计的IGZO-TFT驱动单元以及阵列制备所用到的掩模板实物图形与说明示意图，其结构共分为三个区：

对准标记区。对准标记区在掩模板的两个边缘，每个边缘采用多个四方块图形作为标记，其中每个边缘的该四方块图形采用从两端到中间逐渐增大的四方块图形，形成了两端四方块小，中间四方块大的结构。

单个器件区域。单个器件区分两区，第一区域见图3(a)最上端两排，共计8×2个单个TFT。这16个TFT根据沟道宽度和长度的不同分为四组A、B、C、D，分别对应的沟道宽长分别是900μm和60μm、1200μm和80μm、1200μm和60μm、900μm和80μm。在图3(a)左下角区域有3×2单个TFT，用于驱动微胶囊显示单元，其沟道的宽长分别是1200μm和60μm，该区域最大的特点就是像素电极(源电极)的面积较大，通常为N×N，其中2≤N≤4，单位为毫米(mm)，其中优选为3mm×3mm，主要是为了与显示薄膜集成驱动容易观察。其中下述的关于单个器件驱动集成演示所用到的TFT图形就是该区域的TFT。

阵列区域。掩模板中包括两组阵列，该阵列可根据实际的需要进行陈列数量选择，其中优选为8×6阵列和3×3，两组阵列的版图的设计参数是一样。下面以8×6阵列为例进行说明。8×6阵列像素的显示面积为28mm×16mm，单个像素的面积为3.5mm×3mm。在阵列中单个TFT像素沟道的宽长为800μm和60μm，扫描线的宽度为100μm，信号线的宽度为150μm，TFT源电极的尺寸为3mm×3mm，同时也作为TFT的像素电极。

单个IGZO-TFT器件集成显示

图4为单个IGZO-TFT作为微胶囊电泳显示单元有源驱动电路结构图。TFT器件基板通过粘结剂同微胶囊显示薄膜压合，然后施以驱动电压，测试其驱动能力，在驱动显示时公共电极的电压不变，通过控制信号(栅电极)电压的变化来控制漏电极的电压，使得上下基板产生电压差而实现黑白显示。当TFT处于选通的时候，公共电极的电压为15V，栅电极的电压为40V，源级电压为0V，漏极的电压为0V左右，这样上基板的电压高于下极板，使得带负电的白色粒子向上基板移动，人眼所能观看到时白色；如果源电极的电压为30V，在这种状态下，漏极电压大概为30V，下极板电压高于上极板电压，使得带正电的黑色粒子向上基板聚集，人眼所能看到的颜色是黑色。

柔性8×6IGZO-TFT阵列驱动集成显示

有源TFT显示的一大优点就是能够消除无源驱动中的交叉效应，所谓交叉效应是指当一个像素上施加电压时，附近未被选中的像素上也会有一定电压。柔性IGZO-TFT阵列与微胶囊显示薄膜集成为有源显示屏，其驱动测试方法与单个器件的测试方法比较相似，我们进行了8×6阵列中的第六行8个有源像素TFT进行8次不同信号的行扫描测试，并针对显示中所产生的问题进行分析。

在对8×6阵列有源显示像素结构进行扫描驱动显示测试时，为了方便，我们只是验证8×6像素中第六行，前五行的扫描线全部接低电平。

图5示出了8×6IGZO-TFT驱动微胶囊显示单元测试电路示意图。初始状态所有的输入为低电平，第六行显示为全白；接着从第六行第一个(记为C61)扫描开始，扫描时，数据信号从0V增加到30V，理论上讲，TFT处于导通状态，像素电极的电压为30V左右，显示黑色；依次类推，信号电极依次从C61至C68，当选通像素时，其它像素的数据线接地，所以，其它的像素点全部为白色，可以看出，对于每一行的扫描，微胶囊亮暗的颜色一致，说明TFT器件驱动的独立性不错，不会产生交叉效应。

从所制备的IGZO-TFT与微胶囊电泳显示薄膜集成实现黑白显示，包括单个有源驱动像素的黑白显示和8×6阵列的有源驱动像素黑白显示，结果概述如下：

1.单个柔性IGZO-TFT器件能够较好地实现微胶囊显示驱动。

2.8×6柔性IGZO-TFT阵列在单像素静态驱动时，能够实现驱动显示功能，但是在行或列扫描驱动实现功能显示时，各像素呈现的显示性能不一致，且在扫描电极和信号电极处显示的效果与像素电极不一致，理论上讲，这两种问题分别可以通过提高薄膜均匀性和增加一次光刻，使源漏电极与像素电极独立来解决。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (9)

1.一种用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，该装置包括IGZO-TFT驱动单元以及阵列制备所用到的掩模板，数个微胶囊电泳显示单元；其特征在于：该掩模板包含三个功能区，分别为：对准标记区、单个器件区、阵列区域。

2.如权利要求1所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，所述对准标记区在掩模板的两个边缘，每个边缘采用多个四方块图形作为标记。

3.如权利要求2所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，每个边缘的该四方块图形采用从两端到中间逐渐增大的四方块图形，形成了两端四方块小，中间四方块大的结构。

4.如权利要求1所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，所述单个器件区分两区，第一区域位于掩模板最上端两排，共计8×2个单个TFT。

5.如权利要求4所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，所述16个TFT根据沟道宽度和长度的不同分为四组A、B、C、D，分别对应的沟道宽长分别是900μm和60μm、1200μm和80μm、1200μm和60μm、900μm和80μm。

6.如权利要求5所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，在掩模板的左下角区域有3×2单个TFT，用于驱动微胶囊显示单元，其沟道的宽长分别是1200μm和60μm，该区域像素电极的面积比常规的面积大，通常为N×N，其中2≤N≤4，单位为毫米(mm)。

7.如权利要求1所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，阵列区域包括至少两组阵列，每个阵列可根据实际的需要进行陈列数量选择。

8.如权利要求7所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，所述阵列中其中一个为8×6阵列；该8×6阵列像素的显示面积为28mm×16mm，单个像素的面积为3.5mm×3mm。

9.如权利要求8所述用于检测IGZO-TFT驱动特性的装置，其特征在于，在8×6阵列中单个TFT像素沟道的宽长为800μm和60μm，扫描线的宽度为100μm，信号线的宽度为150μm，TFT源电极的尺寸为3mm×3mm，同时也作为TFT的像素电极。

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