專利名稱:薄膜晶體管檢測系統及使用其的檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測系統，并更具體而言，涉及一種利用表面電子發射器件陣列檢測TFT陣列的TFT檢測系統，通過提供相應于TFT陣列設計的表面電子發射器件陣列，該系統可用于精確地檢測TFT陣列的單元TFT。
背景技術：
隨著信息和通訊技術的快速進步，涉及圖像顯示器的技術也正在非常快地發展。陰極射線管(CRT)已經被廣泛地用作顯示器。然而，CRT又重又大而且消耗很大功率。因此，CRT能被用作現代圖像顯示器的范圍是有限的。為了代替CRT，已經發展了新概念的圖像顯示器，諸如薄膜晶體管液晶顯示器(TFT LCD)、有機發光顯示器(OLED)、等離子體顯示面板(PDP)和投影電視。
TFT LCD模塊包括三個單元，即，液晶面板、驅動電路和背光。液晶面板包括兩個玻璃基板和插入其間的液晶層，驅動電路包括安裝在印刷電路板(PCB)上的大規模集成(LSI)電路和各種驅動電路以驅動液晶面板。
圖1是常規TFT LCD的示意圖。參照圖1，常規TFT LCD包括具有多個單元像素34的像素陣列31，驅動像素陣列31的柵極掃描單元32和數據輸入單元33。而且，柵極掃描單元32和數據輸入單元33通過柵極線32a和源極線33a連接到各個單元像素34的TFT(未示出)。在每個單元像素34上，像素電極由具有高透光性的透明材料氧化銦錫(ITO)形成。由于這種TFT LCD是公知的，將省略其詳細描述。
TFT LCD的檢測要求檢測在其制造期間所造成的缺陷。已經提出了各種TFT-LCD檢測方法。
一個方法是使用調制器(modulator)和照相機。具體地，調制器和照相機安裝在TFT陣列基板上，并且根據通過照相機觀察到的圖像的亮度檢測TFT陣列基板。該方法對檢測TFT LCD的小區域是有用的，但很難檢測TFTLCD的整個表面。而且，如果調制器與TFT LCD基板形成接觸，則它必須被替換。
另一種方法是使用電子槍型電子發射器件。具體地，通過測量當電子被施加到TFT陣列基板時從該TFT陣列基板輸出的電流來檢測該TFT陣列基板。然而，因為必須利用高電壓加速電子，所以TFT陣列本身可能被損壞。而且，因為這種方法必須在高真空(10-7到10-8托)下實施，所以大尺寸真空設備的制造成本很高。

發明內容本發明提供了一種可以低成本選擇性地檢測單元TFT和整個TFT陣列的TFT檢測系統。
根據本發明的一個方面，提供了用于檢測TFT陣列的TFT檢測系統，TFT陣列具有多條柵極線、多條源極線、多個連接到柵極線和源極線的單元TFT和多個電連接到單元TFT的像素電極。TFT檢測系統包括表面電子發射器件陣列，其具有沿第一方向設置為面向TFT陣列的第一電極、沿與第一方向相交的第二方向設置在相應于其中形成了第一電極和相應的像素電極的區域的區域中的第二電極，和插入在第一電極和第二電極之間的絕緣層。
TFT檢測系統還可以包括在絕緣層內的金屬層，使得第一絕緣層、金屬層和第二絕緣層依次堆疊。
TFT陣列和表面電子發射器件可以彼此分開幾微米到10毫米的距離。
第一電極可以具有幾百納米到幾百微米的厚度。
第二電極可以具有10-100納米的厚度。
絕緣層可以具有1-30納米的厚度。
金屬層可以具有10-50納米的厚度。
根據本發明的另一方面，提供了一種利用TFT檢測系統檢測TFT陣列的方法，TFT陣列具有多條柵極線、多條源極線、多個連接到柵極線和源極線的單元TFT和多個電連接到單元TFT的像素電極，TFT檢測系統包括表面電子發射器件陣列，其具有沿第一方向面向TFT陣列設置的第一電極、沿與第一方向相交的第二方向設置在相應于其中形成了第一電極和相應的像素電極的區域的區域中的第二電極，和插入在第一電極和第二電極之間的絕緣層。TFT檢測方法包括施加電壓到相應于電連接到將被檢測的TFT的像素電極的表面電子發射器件的第一電極和第二電極，從而從第二電極的表面發射電子；通過施加比TFT的閾值電壓高的電壓到柵極線，以導通將被檢測的TFT；并確定TFT是否正在正常操作。
通過參照附圖詳細描述其示范性實施例，本發明的上述和其它特性和優點將變的更明顯，其中圖1是常規TFT LCD的示意圖；圖2A是根據本發明實施例的表面電子發射器件的剖面圖；圖2B是根據本發明另一實施例的表面電子發射器件的剖面圖；圖3是根據本發明的實施例的表面電子發射器件陣列的透視圖；圖4是作為檢測目標的顯示器的TFT陣列的透視圖；圖5是根據本發明的實施例的利用表面電子發射器件陣列的TFT檢測系統的透視圖；圖6是當驅動本發明的實施例的特定表面電子反射器件陣列時出現的表面電子發射的照片；圖7A是從根據本發明的實施例的表面電子反射器件發射的電子流的曲線圖；圖7B是根據本發明的實施例的表面電子反射器件的循環I-V曲線圖；圖8A是從根據本發明的另一實施例的表面電子反射器件發射的電子流的曲線圖；圖8B是根據本發明的另一實施例的表面電子反射器件的循環I-V曲線圖。
具體實施方式將參照其中示出了本發明示范性實施例的附圖，更充分地描述根據本發明實施例的使用表面電子反射器件的TFT檢測系統。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區域的厚度。術語“TFT陣列”表示其中包括連接到TFT的像素電極的元件排列成矩陣形式的結構。
本發明提供了一種用于檢測TFT陣列的TFT檢測系統，其中相應于TFT陣列的單元TFT的單元表面電子反射器件形成為陣列結構。
圖2A和圖2B是根據本發明的實施例的單元表面電子反射器件的剖面圖，圖3是圖2A中所示的表面電子反射器件的陣列結構的透視圖。本發明的表面電子反射器件具有金屬-絕緣體-金屬(MIM)結構或金屬-絕緣體-金屬-絕緣體-金屬(MIMIM)結構。
參照圖2A，根據本發明實施例的具有MIM結構的表面電子反射器件包括底電極11、絕緣層12和頂電極13。底電極11和頂電極13由在半導體器件中通常使用的導電材料形成。即，底電極11和頂電極13可以由從Au、Pt、Al和Ag構成的組中選出的金屬形成。絕緣層12可以由Al2O3、SiO2、Si3N4、HfO、NiO、MgO、SrO、SiN、BaO、TiO、Ta2O5、BaTiO3、BaZrO、ZrO2、Y2O3、ZrSiO、HfSiO和LaAlO3構成的組中選出的絕緣材料形成。而且，底電極11可以形成為具有幾百納米到幾百微米厚度，絕緣層12可以形成為1-30納米厚度，并且頂電極13可以形成為10-100納米厚度。
在圖2A的表面電子反射器件中，當在10-4-10-5的真空中約10V或更大的電壓施加在底電極11和頂電極13之間時，電子從頂電極13的表面發射。圖7A是當電壓施加在圖2A中的表面電子反射器件的底電極11和頂電極13之間時從頂電極13的表面發射的電子流的曲線圖。參照圖7A，當約10V的電壓施加在底電極11和頂電極13之間時，測量了從頂電極13的表面發射的電子流。而且，從圖7B可以看到在約18V的電壓時測量到最大電流(14μA)。
參照圖2B，根據本發明另一實施例的具有MIMIM結構的表面電子發射器件包括第一電極101、第一絕緣層102、導電層103、第二絕緣層104和第二電極105。第一電極101、導電層103和第二電極105由在半導體器件中通常使用的導電材料或金屬氧化物形成。而且，第一絕緣層102和第二絕緣層104可以由諸如Al2O3的絕緣材料形成。第一電極101可以形成為幾百納米到幾百微米的厚度，第一絕緣層102和第二絕緣層104可以形成為1-30納米的厚度，導電層103可以形成為10-50納米的厚度，第二電極105可以形成為具有10-100納米的厚度。
類似圖1的表面電子發射器件，當約2V或以上的電壓在10-4-10-5托的真空條件下施加在第一電極101和第二電極105之間時，圖2B的表面電子發射器件從第二電極105的表面反射電子。圖8A是當電壓施加在圖2B所示的表面電子發射器件的第一電極101和第二電極105之間時，從頂電極105的表面發射的電子流的曲線圖。參照圖8A，當約2V的電壓通過第一電極101和第二電極105施加時，測量了從第二電極105的表面發射的電子流。而且，從圖8B可以看出在7V電壓測量到最大電流。
圖3是根據本發明的實施例的表面電子發射器件陣列的透視圖。雖然在圖3中示出了具有圖2A的MIM結構的表面電子發射器件陣列，但是也可以使用具有圖2B的MIMIM結構的表面電子發射器件陣列。
現將描述圖3的表面電子發射器件陣列的制造方法。導電金屬或金屬氧化物涂在基板10上并構圖以形成底電極11。然后，諸如Al2O3的絕緣材料涂在基板10和底電極11上并構圖以形成絕緣層12。金屬或金屬氧化物涂在所得結構上并在與底電極11交叉的方向上構圖以形成頂電極13。
應該注意到在底電極11和頂電極13的交叉的單元表面電子發射器件形成以相應于檢測目標即TFT陣列的單元區域。例如，當檢測TFT LCD時，單元表面電子發射器件可以形成以相應于TFT陣列的像素電極區域。參照圖3，當電壓施加到底電極11且頂電極13接地時，電子從頂電極13發射。圖6是從圖3中所示的表面電子發射器件陣列的特定表面電子發射器件C引起的電子發射的照片。
圖4是將要檢測的TFT陣列的透視圖。具體地，圖4是圖1中所示的TFT陣列的等效電路。參照圖4，TFT陣列的每條源極線33a連接到開關、電流放大器和電流比較器。根據圖1的TFT陣列的相同的規格形成了圖3的表面電子發射器件陣列。為了檢測TFT陣列，設置了圖3的表面電子發射器件陣列以相應于圖4的TFT陣列。這種配置將在下面參照圖5詳細描述。
圖5是根據本發明實施例的使用表面電子發射器件陣列的TFT檢測系統的透視圖。參照圖5，形成每個表面電子發射器件陣列的多個單元表面電子發射器件A以相應于TFT陣列的像素電極B。表面電子發射器件陣列和TFT陣列之間的間隙可以是幾微米到10毫米。保持10-4-10-5托的真空環境使得從表面電子發射器件感應電子發射。
通過選擇性地施加電壓到底電極L1、L2和L3及頂電極H1、H2和H3，表面電子發射器件陣列的各個表面電子發射器件可以感應電子發射。而且，通過在時間間隔Δt1，Δt2和Δt3期間施加電壓到各個電極可以從所需的表面電子發射器件感應電子發射。現將描述通過從表面電子發射器件A發射電子檢測連接到TFT陣列的像素電極B的TFT的方法。
首先，選擇將要檢測的TFT并從相應于電連接到被選的TFT的像素電極的表面電子發射器件發射電子。通過施加高于閾值電壓的電壓到被選擇的TFT的柵極線導通被選擇的TFT。然后，測量流經連接到被選擇的TFT的源極線的電流。在這種方式中，TFT檢測系統檢測TFT是否正在正常操作。
更詳細地，連接到表面電子發射器件A的頂電極H1接地，電壓在Δt1期間施加到底電極L1。如果表面電子發射器件具有MIM結構，則10V或以上的電壓通過底電極L1施加。如圖7A中所示，當10V或以上的電壓施加其上時，在10-4-10-5托的真空中電子從表面電子發射器件A的頂電極H1的表面發射。電子向相應于表面電子發射器件A的像素電極B發射。
當通過施加高于TFT閾值電壓的電壓到柵電極G1以導通TFT時，發射到像素電極B的電子從溝道區域流到源極線S1。當開關導通時，流經源極線B1的電流被電流放大器放大。然后，電流比較器比較放大的電流和預定參考電流。當放大的電流高于預定參考電流時，確定了連接到像素電極B和源電極S1的柵電極H1正在正常操作。電流放大器和電流比較器可以選擇性地實現。
通過在所有像素電極上以預定時間間隔實施上述操作，可以檢測整個TFT陣列。當沒有檢測到所需的電流時，確定了在連接到像素電極的TFT、柵極線、源極線或像素電極中發生了損害或接觸失效。當完成像素電極的檢測時，依次以上述的方法檢測隨后的像素電極。在本發明中，像素電極的檢測順序和探測電流的選擇是沒有限制的。
由于TFT陣列通常在標準的大規模生產系統中制造，所以可以基于TFT陣列的標準制造表面電子發射器件陣列。
根據本發明的TFT檢測系統具有下面的優點。
第一，可以在短時間內利用基于TFT陣列標準形成并配置以相應于TFT的表面電子發射器件陣列完成TFT陣列檢測。
第二，簡化了表面電子發射器件陣列的結構和制造工藝，從而減少了檢測系統的制造成本。
第三，由于TFT陣列和檢測系統之間的間隙保持在預定范圍上，可以防止損害像素電極的表面。
第四，由于真空度保持在10-4-10-5托，所以可以顯著地減少高真空設備的安裝成本。
雖然本發明已經參照其示范性實施例具體示出并描述，但是本領域的技術人員將會理解的是，不脫離權利要求
限定的本發明的精神和范圍，其中可以進行形式和細節上的各種變化。
權利要求
1.一種用于檢測薄膜晶體管陣列的薄膜晶體管檢測系統，所述薄膜晶體管陣列具有多條柵極線、多條源極線、多個連接到所述柵極線和源極線的單元薄膜晶體管和多個電連接到所述單元薄膜晶體管的像素電極，所述薄膜晶體管檢測系統包括表面電子發射器件陣列，其中所述表面電子發射器件陣列包括第一電極，沿第一方向面向所述薄膜晶體管陣列設置；第二電極，沿與所述第一方向相交的第二方向設置在相應于其中形成了所述第一電極和相應的像素電極的區域的區域中；和絕緣層，插入在所述第一電極和第二電極之間。
2.根據權利要求
1所述的薄膜晶體管檢測系統，其中所述絕緣層還包括金屬層，使得第一絕緣層、所述金屬層和第二絕緣層依次堆疊。
3.根據權利要求
1所述的薄膜晶體管檢測系統，其中所述薄膜晶體管陣列和所述表面電子發射器件彼此分隔開幾微米到10毫米的距離。
4.根據權利要求
1所述的薄膜晶體管檢測系統，其中所述第一電極具有幾百納米到幾百微米的厚度。
5.根據權利要求
1所述的薄膜晶體管檢測系統，其中所述第二電極具有10-100納米的厚度。
6.根據權利要求
1所述的薄膜晶體管檢測系統，其中所述絕緣層具有1-30納米的厚度。
7.根據權利要求
2所述的薄膜晶體管檢測系統，其中所述金屬層具有10-50納米的厚度。
8.一種使用薄膜晶體管檢測系統檢測薄膜晶體管陣列的方法，所述薄膜晶體管陣列具有多條柵極線、多條源極線、多個連接到所述柵極線和源極線的單元薄膜晶體管和多個電連接到所述薄膜晶體管的像素電極，所述薄膜晶體管檢測系統包括表面電子發射器件陣列，其中所述表面電子發射器件陣列具有沿第一方向面向所述薄膜晶體管陣列設置的第一電極，沿與所述第一方向相交的第二方向上設置在相應于其中形成了所述第一電極和相應的像素電極的區域的區域中的第二電極，和插入在所述第一電極和第二電極之間的絕緣層，所述薄膜晶體管檢測方法包括施加電壓到相應于電連接到將被檢測的薄膜晶體管的像素電極的表面電子發射器件的第一電極和第二電極，從而從所述第二電極的表面發射電子；通過施加比所述薄膜晶體管的閾值電壓高的電壓到所述柵極線，以導通將被檢測的薄膜晶體管；測量流過連接到將被檢測的薄膜晶體管的源極線的電流；和確定所述薄膜晶體管是否正常操作。
專利摘要
本發明提供了一種用于檢測使用表面電子發射器件陣列的薄膜晶體管陣列的薄膜晶體管檢測系統以及使用其的檢測方法。薄膜晶體管陣列包括多條柵極線、多條源極線、多個連接到柵極線和源極線的單元薄膜晶體管和多個電連接到單元薄膜晶體管的像素電極。該薄膜晶體管檢測系統包括表面電子發射器件陣列，該表面電子發射器件陣列具有設置為面向在第一方向的薄膜晶體管陣列的第一電極，沿與第一方向相交的第二方向設置在相應于其中形成了第一電極和相應的像素電極的區域的區域中的第二電極，和插入在第一電極和第二電極之間的絕緣層。
文檔編號G01R31/00GK1991940SQ200610132098
公開日2007年7月4日 申請日期2006年10月24日
發明者文昌郁, 埃爾·M·布里姆, 李成進, 李升運 申請人:三星電子株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan