CN103117036A

CN103117036A - 一种 tft 的阈值电压偏移量的测量电路、方法及设备

Info

Publication number: CN103117036A
Application number: CN2013100298389A
Authority: CN
Inventors: 徐超; 张春芳; 魏燕; 金熙哲
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: CN103117036B

Abstract

本发明提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量电路、方法及设备，其中电路包括：第一开关连接薄膜晶体管的栅极和电源；第二开关连接薄膜晶体管的源极和电容；电容的另一端与薄膜晶体管的漏极连接；控制电路控制第一开关在第一预定时间段处于闭合状态，第二开关在第一预定时间段处于断开状态；控制第一开关在第一预定时间段后的第二预定时间段处于打开状态，第二开关在第二预定时间段处于闭合状态，使薄膜晶体管工作，产生第一阈值电压；重复第一开关和第二开关在第一预定时间段和第二预定时间段内的动作，得到第二阈值电压；根据第一阈值电压和第二阈值电压，得到阈值电压的偏移量。本发明可以提升对薄膜晶体管的阈值电压偏移量测量的时效性与准确度。

Description

一种 TFT 的阈值电压偏移量的测量电路、方法及设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是指一种TFT（薄膜晶体管）的阈值电压偏移量的测量电路、方法及设备。

背景技术

薄膜晶体管（TFT）的开启和关闭由栅极信号控制，当薄膜晶体管长期处于工作状态时，栅极偏压的作用会导致场效应管电学特性出现不稳定，例如：发生阈值电压漂移。在薄膜晶体管设计中要根据短期的阈值电压漂移特性预测其能达到的工作寿命，此外，为改进薄膜晶体管制备工艺，需要研究清楚薄膜晶体管在栅极偏压作用下产生阈值电压漂移的机制，这都需要准确地测量出薄膜晶体管在栅极偏压作用下其阈值电压的漂移特性。

特别是近年来随着GOA技术的大规模应用，薄膜晶体管的阈值电压随时间及温度而产生漂移的现象越来越多的引起关注。

现有技术对于阈值电压(Vth)偏移量的测试主要是依靠大型测试设备TNP（大型电学测试仪器），通过测试I-V曲线来得到的；如图1和图2所示，为现有技术测量阈值电压Vth的方法，其使用TNP设备，来测试TFT开关的I-V曲线，进而得到sqrtI-V曲线（即：开根号后的电流I与电压的曲线）。在sqrtI-V曲线上，通过1/3Imax及2/3Imax亮点做一直线，此直线与横轴V的交点即为阈值电压Vth的数值大小（如图2所示）。一般而言，阈值电压的大小在0~3V之间。通过在测试样品上持续的加电压，来得到阈值电压变化量的数值，此时对于TNP设备产生严重的占用，使用大型测试设备TNP，时间周期长，测试精度一般。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量电路、方法及设备，可以提升对薄膜晶体管的阈值电压偏移量测量的时效性与准确度。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量电路，包括：

第一开关，用于连接薄膜晶体管的栅极和电源；

第二开关，用于连接所述薄膜晶体管的源极和电容；

所述电容，一端连接所述第二开关，另一端连接所述薄膜晶体管的漏极；

控制电路，用于控制所述第一开关在第一预定时间段内处于闭合状态，所述第二开关在所述第一预定时间段处于断开状态，使所述电容被充电，所述薄膜晶体管的栅级被输入电源电压；

并用于控制所述第一开关在所述第一预定时间段后的第二预定时间段处于打开状态，所述第二开关在所述第二预定时间段处于闭合状态，使所述电容上的电荷流向所述薄膜晶体管，使所述薄膜晶体管工作，产生第一阈值电压；

所述控制电路重复控制所述第一开关和所述第二开关在所述第一预定时间段和所述第二预定时间段内的动作M次，得到第二阈值电压；所述M为大于等于1的正整数。

其中，上述测量电路还可以进一步包括：

计算单元，用于根据所述第一阈值电压和第二阈值电压，计算获得阈值电压的偏移量。

其中，所述第一开关和所述第二开关均为N型金属氧化物半导体晶体管。

其中，所述第二预定时间段大于所述第一预定时间段的时长。

其中，所述第二预定时间段与所述第一预定时间段之间还间隔第三预定时间段，其中，所述第一预定时间段与所述第三预定时间段的时长相等。

本发明的实施例还提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量方法，包括：

控制与薄膜晶体管的栅极连接的第一开关在第一预定时间段内处于闭合状态，第二开关在所述第一预定时间段处于断开状态，使与所述第二开关以及薄膜晶体管的漏极连接的电容被充电，所述薄膜晶体管的栅级被输入电源电压；

控制所述第一开关在所述第一预定时间段后的第二预定时间段处于打开状态，所述第二开关在所述第二预定时间段处于闭合状态，使所述电容上的电荷流向所述薄膜晶体管，使所述薄膜晶体管工作，产生第一阈值电压；

重复控制所述第一开关和所述第二开关在所述第一预定时间段和所述第二预定时间段内的动作M次，得到第二阈值电压；所述M为大于等于1的正整数。

其中，上述方法还可以进一步包括：

根据所述第一阈值电压和所述第二阈值电压，计算获得阈值电压的偏移量。

其中，所述第一预定时间段的时长设置为20μs，所述第二预定时间段的时长设置为1460μs。

本发明的实施例还提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量设备，包括：如上所述的测量电路。

其中，上述设备还包括：对准平台，用于放置被测薄膜晶体管；和/或测试夹具，用于对被测薄膜晶体管进行固定。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过控制与薄膜晶体管的栅极连接的第一开关在第一预定时间段内处于闭合状态，第二开关在所述第一预定时间段处于断开状态，使与所述第二开关以及薄膜晶体管的漏极连接的电容被充电，所述薄膜晶体管的栅级被输入电源电压；控制所述第一开关在所述第一预定时间段后的第二预定时间段处于打开状态，所述第二开关在所述第二预定时间段处于闭合状态，使所述电容上的电荷流向所述薄膜晶体管，使所述薄膜晶体管工作，产生第一阈值电压；重复所述第一开关和所述第二开关在所述第一预定时间段和所述第二预定时间段内的动作，得到第二阈值电压；根据所述第一阈值电压和所述第二阈值电压，得到阈值电压的偏移量。比现有的测试方法更加简便与精准，通过应用此方案，可以大大提升目前TFT-LCD研发与生产厂家对于阈值电压偏移量测试的时效性与准确度。

附图说明

图1为现有技术中的测量阈值电压Vth的方法的示意图；

图2为现有技术中的测量阈值电压Vth的原理图；

图3为本发明的TFT的阈值电压偏移量的测量电路示意图；

图4为图3所示电路的控制时序示意图；

图5为利用图3所示的电路测量阈值电压的仿真示意图；

图6为图5所示的阈值电压的偏移量的仿真示意图；

图7为本发明的阈值电压测量设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图3所示，本发明的实施例提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量电路30，包括：第一开关31，用于连接薄膜晶体管（TFT）32的栅极321和电源34（Vd）；第二开关33，用于连接所述薄膜晶体管32的源极322和电容C1；电容C1的一端连接所述第二开关31，另一端用于与所述薄膜晶体管32的漏极323；控制电路（图中未示出），用于控制所述第一开关31在第一预定时间段T1内处于闭合状态，所述第二开关33在所述第一预定时间段T1处于断开状态，使所述电容C1被充电，所述薄膜晶体管32的栅级321被输入电源电压Vd；并用于控制所述第一开关31在所述第一预定时间段T1后的第二预定时间段T2处于打开状态，所述第二开关33在所述第二预定时间段T2处于闭合状态，使所述电容C1上的电荷流向所述薄膜晶体管32，使所述薄膜晶体管32工作，产生第一阈值电压Vth1；重复所述第一开关31和所述第二开关33在所述第一预定时间段T1和所述第二预定时间段T2内的动作，得到第二阈值电压Vth2；根据所述第一阈值电压Vth1和第二阈值电压Vth2，得到阈值电压的偏移量△Vth，其中△Vth＝Vth2－Vth1。

下面具体说明上述电路的工作原理：

如图2所示，在第一预定时间段T1，电源34的电压Vd处于高电平，第一开关31处于闭合的状态，第二开关33则处于断开的状态。TFT 32此时不工作，电荷累积在电容C1上。在第二预定时间段，第一开关31断开，电源34也不再发出高电平，但此时第二开关33闭合。由于之前在第一预定时间段T1的电荷都累积在了电容C1上，此时便是一个电荷释放的过程，即：电容C1的两端产生电势差，电荷从电容C1的正极板流过第二开关33，进入到TFT32中，在TFT 32内部，电流从源极322流向漏极323，此时TFT 32正常工作，消耗能量，TFT 32的Vth阈值电压产生。通过周期性的施加这种电压，来测试10小时、100小时、1000小时后的阈值电压，从而可以确定TFT 32的阈值电压偏移量。

其中，图2中，Vd为电源34的输入电压，优选为15V，Vload为第一开关31的输出电压，Vdetect为第二开关33的输出电压，Vth为TFT 32的阈值电压（即临界状态的栅极电压）。

其中，为了使电路中，电容C1能够充分充电，以及启动第二开关33，所述第二预定时间段T2与所述第一预定时间段T1之间还间隔第三预定时间段T3，其中，所述第一预定时间段T1与所述第三预定时间段T3的时长可以相等。

另外，为了使电容C1在第二预定时间段T2能充分放电，第二预定时间段T2的时长大于第一时段T1的时长。优选的，在仿真测量中，可以设置第一预定时间段T1为20μs，第二预定时间段T2为1460μs；当然也可以是其它数值；且其中电容C1的大小可以优选为50pf，也可以是20pf，10pf或者1pf，在实际测试中，采用这4种值的电容分别进行测试，得到的测试曲线是一致的，因此，本发明的上述电路具有优良的测试效果。

另外，在具体的仿真电路中，所述第一开关31和所述第二开关33可以均为N型金属氧化物半导体晶体管（NMOS），TFT32还可以连接一寄生电容C2。

如图5所示，为利用上述电路仿真得到的各个偏置时间得到的阈值电压的值，图5中给出了，偏置时间为0小时，1000小时，5000小时，10K小时，50K小时，100K小时以及200K小时的阈值电压值；

图6则示出了，在上述0小时～1000小时，1000小时～5000小时，5000小时～10K小时，10K小时～50K小时，50K小时～100K小时，100K小时～200K小时之间的阈值电压偏移量，从而可以得出，0小时～1000小时之间的电压偏移量为0.895，依次类推。

本发明的上述电路，比现有的测试方法更加简便与精准，通过应用此方案，可以大大提升目前TFT-LCD研发与生产厂家对于阈值电压偏移量测试的时效性与准确度。

本发明的实施例还提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量方法可以应用前文所述的任何一种TFT的阈值电压偏移量的测量电路。

本发明的实施例所述TFT的阈值电压偏移量的测量方法具体可以包括：

进一步，本发明的上述实施例中，还可以包括：

如图7所示，本发明的实施例还提供一种TFT的阈值电压偏移量的测量设备，包括：如上所述的测量电路。

其中，上述测量设备还包括：对准平台，用于放置被测薄膜晶体管；和/或测试夹具，用于对被测薄膜晶体管进行固定。

该设备的对准平台可以是一透明的玻璃或者塑料托盘，本发明的该设备相比于传统的TNP设备，成本低，使用方便。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种TFT的阈值电压偏移量的测量电路，其特征在于，包括：

第一开关，用于连接薄膜晶体管的栅极和电源；

第二开关，用于连接所述薄膜晶体管的源极和电容；

2.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述电路进一步包括计算单元，用于根据所述第一阈值电压和第二阈值电压，计算获得阈值电压的偏移量。

3.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述第二预定时间段大于所述第一预定时间段的时长。

4.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述第二预定时间段与所述第一预定时间段之间还间隔第三预定时间段，其中，所述第一预定时间段与所述第三预定时间段的时长相等。

5.一种TFT的阈值电压偏移量的测量方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述第二预定时间段大于所述第一预定时间段的时长。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述第一预定时间段的时长设置为20μs，所述第二预定时间段的时长设置为1460μs。

9.根据权利要求5－8任一项所述的测量电路，其特征在于，所述第二预定时间段与所述第一预定时间段之间还间隔第三预定时间段，其中，所述第一预定时间段与所述第三预定时间段的时长相等。

10.一种TFT的阈值电压偏移量的测量设备，其特征在于，包括：如权利要求1－4任一项所述的测量电路。

11.根据权利要求10所述的测量设备，其特征在于，还包括：

对准平台，用于放置被测薄膜晶体管；和/或测试夹具，用于对被测薄膜晶体管进行固定。