[发明专利]使用电偏置应力的TFT阵列的阵列测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试薄膜晶体管(TFT)阵列，更具体地，涉及测试 薄膜晶体管阵列的功能和可靠性。

背景技术

用于例如电视应用的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)需要较 明亮的背光以获得较好的图象质量。图1是TFT-LCD模块化组件的剖 视图。所示的模块化组件包括偏光器层14和光学膜12，接着是TFT 面板10，在TFT面板10上方形成有液晶层16，然后是背光20。彩色 滤光片22和偏光器14设置在液晶层16的上方。较明亮的背光增加了 TFT-LCD工作期间的温度，从而导致了TFT-LCD截止电流I_off的增加。 对于良好的TFT，随着温度而变化的I_off的变化相对较小，不会影响 TFT-LCD图像质量。但是，在有缺陷的TFT的情况下，随温度变化的 截止电流变化足够大，会使得工作期间TFT-LCD图像质量下降。

图2是典型的非晶硅(a-Si)TFT的剖视图，是典型的N沟道增 强型场效应晶体管。金属栅极40首先在玻璃板上构图，接着是栅极绝 缘电介质材料42(例如氮化硅(SiN))以及非晶硅半导体(a-Si)层 44和n+a-Si层46的等离子增强的CVD(化学气相沉积)沉积。源极 金属层48和漏极金属层50然后被构图。接下来，钝化层52沉积在整 个结构上。n+a-Si层46作为电子的低阻欧姆触点，以最大化导通电流。 其还阻止空穴注入本征层(intrinsic layer)中，以最小化截止(OFF) 状态下的漏泄电流。

平板显示器中的TFT作为开关工作。如果栅极电压超过阈电压， 且源极端和漏极端之间施加有电压，则电流从源极流向漏极。栅极层 40和a-Si层44作为电容器的平行板，其间设置有电介质SiN层42。

非晶硅不是很稳定，在暴露于强照度或载荷子注入时，其特性可 被改变。随着时间推移，在TFT正常工作期间，a-Si层44与SiN电 介质层42之间的分界面可累积电荷，从而导致a-Si TFT的阈值随时 间漂移。在正常工作条件下，在导通时间中的阈电压漂移与在截止时 间中发生的阈电压漂移具有相反极性。因此，漂移部分地彼此抵销。 此外，只要TFT驱动能够克服这一漂移或变化，则工作不会受到影响。

图4A是理想的非晶半导体的能带图。对于非晶半导体，由传导 带与价电子带之间的间隙分隔的本征定域态建立在带边沿附近。但是， 例如非晶形物质内的缺陷或悬空键的杂质填充在具有缺陷定域态的带 间隙中，如图4B所示。缺陷定域态导致了由定域态之间的热协助的 隧道效应引起的非零温度下电荷的活动性。因此，与正常的半导体不 同，例如a-Si的非晶形半导体中的激活能与迁移间隙相关而与能隙无 关。

TFT的源-漏电流I_SD通过以下等式与能态密度相关：

lnISD∝[A-EC-EF-qΨSkT]]]>

其中，A是常数，E_C是导电能量，E_F是费米能量，Ψ_S是能态密度，q 是电子电荷，k是波耳兹曼常数，T是以绝对温标为单位的温度。图5 是图3所示的金属-绝缘体-半导体(MIS)结构的能带图。

在未施加电压并且处于室温时，TFT的源-漏电流I_SD(I_OFF)具有 很小但是非零的数值。随着温度升高，I_SD增大，如图6所示。在某些 TFT-LCD面板应用(例如电视)中，TFT由背光照亮并因此温度升高， 电流I_off通常保持充分小。