CN111090928B - 一种针对tft阈值电压漂移的spice仿真方法 - Google Patents

一种针对tft阈值电压漂移的spice仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于液晶显示面板技术领域，具体涉及针对TFT阈值电压漂移的SPICE仿真方法。本发明是在现有TFT SPICE仿真模型基础上，并联一个由电容C和一个电阻R组成的子电路，仿真时，在TFT的栅极G增加一个受控电压源，从而实现对TFT器件阈值电压漂移现象的建模和仿真。本发明仿真结果可以用来判断TFT器件转移特性曲线漂移对液晶面板显示质量，以及显示用OLED亮度和寿命的影响，从而使平板显示器的设计更加可靠。

Description

一种针对TFT阈值电压漂移的SPICE仿真方法
技术领域
本发明属于液晶显示面板技术领域，具体涉及针对TFT阈值电压漂移的SPICE仿真方法。
AMOLED显示面板，以及其它采用TFT作为驱动及内部电路元件的显示面板制造领域所用TFT器件的建模与仿真。尤其涉及TFT本身存在阈值电压漂移时的SPICE建模与仿真。
背景技术
在主动矩阵液晶(AMLCD)显示面板，主动矩阵OLED显示面板，以及其它采用TFT作为驱动及内部电路元件的显示面板的Array中，用于每一个亚像素驱动，以及构成面板GOA驱动电路的半导体器件为薄膜晶体管(TFT)。TFT器件的特性对于面板质量至关重要。在面板设计时，要根据TFT器件的测试数据，建立针对一定尺寸范围内的TFT的SPICE模型。根据此模型，对面板中，与TFT相关的设计结构进行SPICE仿真。并根据仿真结果判断产品设计的合理性。因此，TFT的SPICE模型的合理性，将直接决定相应的仿真结果，以及对于产品设计的，基于仿真结果的判断。
由于TFT中，半导体薄膜中，栅绝缘层中，以及二者的界面处，存在有较高密度的缺陷态。这些缺陷态会参与沟道中载流子的复合与发射。因此，会引起TFT的阈值电压在一定范围内的漂移。此外，半导体薄膜中，在外界因素作用下产生的新的缺陷态，也会在一定程度上引起TFT阈值电压的漂移。而阈值电压的漂移最终表现为TFT转移特性曲线的变化。如图1和图2所示。在面板设计时，对这种变化的建模，仿真和评估，对于显示面板设计质量的把控非常重要。
发明内容
本发明的目的在于的目的在于提供一种针对TFT(薄膜晶体管)阈值电压漂移的SPICE仿真方法，以方便判断TFT器件转移特性曲线漂移对液晶面板显示质量，以及显示用OLED亮度和寿命的影响，从而使平板显示器的设计更加可靠。
本发明提供的针对TFT阈值电压漂移的SPICE仿真方法，是在现有TFT SPICE仿真模型基础上，并联一个由电容C和一个电阻R组成的子电路，如图3所示；在仿真时，在TFT的栅极G增加一个受控电压源，从而实现对TFT器件阈值电压漂移现象的建模和仿真。
在模型仿真的过程中，通过图3所示的子电路求解出TFT在工作过程中，积累到界面缺陷处的电荷量Qdef(t)的数值。图3中的icheq(t)表示TFT的平衡沟道电流。这一电流通过传统的TFT SPICE模型求解得到。本发明在这一SPICE模型的基础上，并联一个电容C和一个电阻R。电容C的取值为1V，电阻R的数值设置为此过程中载流子的俘获时间常数τ。
本发明可以使得仿真结果用来判断TFT器件转移特性曲线漂移对液晶面板显示质量，以及显示用OLED亮度和寿命的影响，从而使平板显示器的设计更加可靠。
附图说明
图1为本发明中N型TFT的转移特性示意图。
图2为本发明中P型TFT的转移特性示意图。
图3为本发明中针对TFT预置电压漂移仿真的子电路模型。
图4为本发明中所提到的TFT三端器件的电路符号。
图5为本发明中所提到的受控电压源的电路符号。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明提供的针对薄膜晶体管(TFT)阈值电压漂移的SPICE仿真方法，进一步描述如下：
如图1中所示的N型TFT和图2中所示的P型TFT的转移特性曲线，当栅绝缘层和半导体薄膜界面处及界面附近有电子或空穴俘获时，出现类似曲线(1)和曲线(4)所示的阈值电压漂移。对这类现象进行建模，具体的：
建立沟道中实际的自由电荷量(Qch(t))，沟道中理论的自由电荷量(Qcheq(t))，以及界面处俘获电荷量(Qdef(t))之间的关系如下：
Qch(t)＝Qcheq(t)-Qdef(t)
因此，三种电流之间的关系表现为：
Figure BDA0002278485160000021
因此，确定Qdef(t)与时间t之间的关系后，便可以确定界面处有电荷俘获时沟道中的真实的电流。在模型仿真的过程中，通过图3所示的子电路求解Qdef(t)的数值。图3中的电容设置为1V，电阻的数值设置为此过程中载流子的俘获时间常数τ。并把求解结果分别叠加到图4所示的漏端电流(Id(dc))和源端电流(Is(dc))。
Figure BDA0002278485160000022
Figure BDA0002278485160000023
Xs+Xd＝1
此外，界面处有电荷俘获时，会引起界面处电势的重新分布。变现为TFT的Gate端电势的变化。因此，需要在图4的G端增加一个如图5所示的受控电压源。其中的u0与俘获电荷Qdef(t)的关系满足泊松方程。
如图1中所示的N型TFT和图2中所示的P型TFT的转移特性曲线，当栅绝缘层和半导体薄膜界面处及界面附近有电子或空穴发射到沟道中时，出现类似曲线(2)和曲线(3)所示的阈值电压漂移。对这类现象进行建模，具体的：
建立沟道中实际的自由电荷量(Qch(t))，沟道中理论的自由电荷量(Qcheq(t))，以及界面处俘获电荷量(Qdef(t))之间的关系如下：
Qch(t)＝Qcheq(t)+Qdef(t)
因此，三种电流之间的关系表现为：
Figure BDA0002278485160000031
因此，确定Qdef(t)与时间t之间的关系后，便可以确定界面处有电荷发射进入沟道中时沟道中的真实的电流。在模型仿真的过程中，通过图3所示的子电路求解Qdef(t)的数值。图3中的电容设置为1V，电阻的数值设置为此过程中载流子的发射时间常数τ。并把求解结果分别叠加到图4所示的漏端电流(Id(dc))和源端电流(Is(dc))。
Figure BDA0002278485160000032
Figure BDA0002278485160000033
Xs+Xd＝1
此外，界面处有电荷俘获时，会引起界面处电势的重新分布。变现为TFT的Gate端电势的变化。因此，需要在图4的G端增加一个如图5所示的受控电压源。其中的u0与俘获电荷Qdef(t)的关系满足泊松方程。

Claims (1)

1.一种针对TFT阈值电压漂移的SPICE仿真方法，其特征在于，是在现有TFT SPICE仿真模型基础上，并联一个由电容C和一个电阻R组成的子电路，仿真时，在TFT的栅极G增加一个受控电压源，从而实现对TFT器件阈值电压漂移现象的建模和仿真；
子电路中的电容C和电阻R为并联连接；
(1)当栅绝缘层和半导体薄膜界面处及界面附近有电子或空穴俘获时，对出现的阈值电压漂移进行建模：
沟道中实际的自由电荷量Qch(t)，沟道中理论的自由电荷量Qcheq(t)，以及界面处俘获电荷量Qdef(t)之间的关系如下：
Qch(t)＝Qcheq(t)-Qdef(t)
三种电流之间的关系为：
Figure FDA0003241436600000011
确定Qdef(t)与时间t之间的关系后，就可以确定界面处有电荷俘获时沟道中的真实的电流；在模型仿真时，通过子电路求解Qdef(t)的数值，设子电路中的电容为1V，电阻的数值为此过程中载流子的俘获时间常数τ；并把求解结果分别叠加到漏端电流Id(dc)和源端电流Is(dc)：
Figure FDA0003241436600000012
Figure FDA0003241436600000013
Xs+Xd＝1
此外，界面处有电荷俘获时，会引起界面处电势的重新分布，变现为TFT的Gate端电势的变化；因此，在TFT的G端增加一个受控电压源，其中的u0与俘获电荷Qdef(t)的关系满足泊松方程；
(2)当栅绝缘层和半导体薄膜界面处及界面附近有电子或空穴发射到沟道中时，对出现阈值电压漂移进行建模：
沟道中实际的自由电荷量Qch(t)，沟道中理论的自由电荷量Qcheq(t)，以及界面处俘获电荷量Qdef(t)之间的关系如下：
Qch(t)＝Qcheq(t)+Qdef(t)
三种电流之间的关系为：
Figure FDA0003241436600000021
因此，确定Qdef(t)与时间t之间的关系后，就可以确定界面处有电荷发射进入沟道中时沟道中的真实的电流；在模型仿真时，通过子电路求解Qdef(t)的数值，子电路中的电容设置为1V，电阻的数值设置为此过程中载流子的发射时间常数τ；把求解结果分别叠加到漏端电流Id(dc)和源端电流Is(dc)：
Figure FDA0003241436600000022
Figure FDA0003241436600000023
Xs+Xd＝1
此外，界面处有电荷俘获时，会引起界面处电势的重新分布，变现为TFT的Gate端电势的变化；因此，TFT的G端增加一个受控电压源，其中的u0与俘获电荷Qdef(t)的关系满足泊松方程。
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