专利名称:薄膜晶体管检测系统及使用其的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测系统，并更具体而言，涉及一种利用表面电子发射器件阵列检测TFT阵列的TFT检测系统，通过提供相应于TFT阵列设计的表面电子发射器件阵列，该系统可用于精确地检测TFT阵列的单元TFT。
背景技术：
随着信息和通讯技术的快速进步，涉及图像显示器的技术也正在非常快地发展。阴极射线管(CRT)已经被广泛地用作显示器。然而，CRT又重又大而且消耗很大功率。因此，CRT能被用作现代图像显示器的范围是有限的。为了代替CRT，已经发展了新概念的图像显示器，诸如薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)、有机发光显示器(OLED)、等离子体显示面板(PDP)和投影电视。
TFT LCD模块包括三个单元，即，液晶面板、驱动电路和背光。液晶面板包括两个玻璃基板和插入其间的液晶层，驱动电路包括安装在印刷电路板(PCB)上的大规模集成(LSI)电路和各种驱动电路以驱动液晶面板。
图1是常规TFT LCD的示意图。参照图1，常规TFT LCD包括具有多个单元像素34的像素阵列31，驱动像素阵列31的栅极扫描单元32和数据输入单元33。而且，栅极扫描单元32和数据输入单元33通过栅极线32a和源极线33a连接到各个单元像素34的TFT(未示出)。在每个单元像素34上，像素电极由具有高透光性的透明材料氧化铟锡(ITO)形成。由于这种TFT LCD是公知的，将省略其详细描述。
TFT LCD的检测要求检测在其制造期间所造成的缺陷。已经提出了各种TFT-LCD检测方法。
一个方法是使用调制器(modulator)和照相机。具体地，调制器和照相机安装在TFT阵列基板上，并且根据通过照相机观察到的图像的亮度检测TFT阵列基板。该方法对检测TFT LCD的小区域是有用的，但很难检测TFTLCD的整个表面。而且，如果调制器与TFT LCD基板形成接触，则它必须被替换。
另一种方法是使用电子枪型电子发射器件。具体地，通过测量当电子被施加到TFT阵列基板时从该TFT阵列基板输出的电流来检测该TFT阵列基板。然而，因为必须利用高电压加速电子，所以TFT阵列本身可能被损坏。而且，因为这种方法必须在高真空(10-7到10-8托)下实施，所以大尺寸真空设备的制造成本很高。
发明内容本发明提供了一种可以低成本选择性地检测单元TFT和整个TFT阵列的TFT检测系统。
根据本发明的一个方面，提供了用于检测TFT阵列的TFT检测系统，TFT阵列具有多条栅极线、多条源极线、多个连接到栅极线和源极线的单元TFT和多个电连接到单元TFT的像素电极。TFT检测系统包括表面电子发射器件阵列，其具有沿第一方向设置为面向TFT阵列的第一电极、沿与第一方向相交的第二方向设置在相应于其中形成了第一电极和相应的像素电极的区域的区域中的第二电极，和插入在第一电极和第二电极之间的绝缘层。
TFT检测系统还可以包括在绝缘层内的金属层，使得第一绝缘层、金属层和第二绝缘层依次堆叠。
TFT阵列和表面电子发射器件可以彼此分开几微米到10毫米的距离。
第一电极可以具有几百纳米到几百微米的厚度。
第二电极可以具有10-100纳米的厚度。
绝缘层可以具有1-30纳米的厚度。
金属层可以具有10-50纳米的厚度。
根据本发明的另一方面，提供了一种利用TFT检测系统检测TFT阵列的方法，TFT阵列具有多条栅极线、多条源极线、多个连接到栅极线和源极线的单元TFT和多个电连接到单元TFT的像素电极，TFT检测系统包括表面电子发射器件阵列，其具有沿第一方向面向TFT阵列设置的第一电极、沿与第一方向相交的第二方向设置在相应于其中形成了第一电极和相应的像素电极的区域的区域中的第二电极，和插入在第一电极和第二电极之间的绝缘层。TFT检测方法包括施加电压到相应于电连接到将被检测的TFT的像素电极的表面电子发射器件的第一电极和第二电极，从而从第二电极的表面发射电子；通过施加比TFT的阈值电压高的电压到栅极线，以导通将被检测的TFT；并确定TFT是否正在正常操作。
通过参照附图详细描述其示范性实施例，本发明的上述和其它特性和优点将变的更明显，其中图1是常规TFT LCD的示意图；图2A是根据本发明实施例的表面电子发射器件的剖面图；图2B是根据本发明另一实施例的表面电子发射器件的剖面图；图3是根据本发明的实施例的表面电子发射器件阵列的透视图；图4是作为检测目标的显示器的TFT阵列的透视图；图5是根据本发明的实施例的利用表面电子发射器件阵列的TFT检测系统的透视图；图6是当驱动本发明的实施例的特定表面电子反射器件阵列时出现的表面电子发射的照片；图7A是从根据本发明的实施例的表面电子反射器件发射的电子流的曲线图；图7B是根据本发明的实施例的表面电子反射器件的循环I-V曲线图；图8A是从根据本发明的另一实施例的表面电子反射器件发射的电子流的曲线图；图8B是根据本发明的另一实施例的表面电子反射器件的循环I-V曲线图。
具体实施方式将参照其中示出了本发明示范性实施例的附图，更充分地描述根据本发明实施例的使用表面电子反射器件的TFT检测系统。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。术语“TFT阵列”表示其中包括连接到TFT的像素电极的元件排列成矩阵形式的结构。
本发明提供了一种用于检测TFT阵列的TFT检测系统，其中相应于TFT阵列的单元TFT的单元表面电子反射器件形成为阵列结构。
图2A和图2B是根据本发明的实施例的单元表面电子反射器件的剖面图，图3是图2A中所示的表面电子反射器件的阵列结构的透视图。本发明的表面电子反射器件具有金属-绝缘体-金属(MIM)结构或金属-绝缘体-金属-绝缘体-金属(MIMIM)结构。
参照图2A，根据本发明实施例的具有MIM结构的表面电子反射器件包括底电极11、绝缘层12和顶电极13。底电极11和顶电极13由在半导体器件中通常使用的导电材料形成。即，底电极11和顶电极13可以由从Au、Pt、Al和Ag构成的组中选出的金属形成。绝缘层12可以由Al2O3、SiO2、Si3N4、HfO、NiO、MgO、SrO、SiN、BaO、TiO、Ta2O5、BaTiO3、BaZrO、ZrO2、Y2O3、ZrSiO、HfSiO和LaAlO3构成的组中选出的绝缘材料形成。而且，底电极11可以形成为具有几百纳米到几百微米厚度，绝缘层12可以形成为1-30纳米厚度，并且顶电极13可以形成为10-100纳米厚度。
在图2A的表面电子反射器件中，当在10-4-10-5的真空中约10V或更大的电压施加在底电极11和顶电极13之间时，电子从顶电极13的表面发射。图7A是当电压施加在图2A中的表面电子反射器件的底电极11和顶电极13之间时从顶电极13的表面发射的电子流的曲线图。参照图7A，当约10V的电压施加在底电极11和顶电极13之间时，测量了从顶电极13的表面发射的电子流。而且，从图7B可以看到在约18V的电压时测量到最大电流(14μA)。
参照图2B，根据本发明另一实施例的具有MIMIM结构的表面电子发射器件包括第一电极101、第一绝缘层102、导电层103、第二绝缘层104和第二电极105。第一电极101、导电层103和第二电极105由在半导体器件中通常使用的导电材料或金属氧化物形成。而且，第一绝缘层102和第二绝缘层104可以由诸如Al2O3的绝缘材料形成。第一电极101可以形成为几百纳米到几百微米的厚度，第一绝缘层102和第二绝缘层104可以形成为1-30纳米的厚度，导电层103可以形成为10-50纳米的厚度，第二电极105可以形成为具有10-100纳米的厚度。
类似图1的表面电子发射器件，当约2V或以上的电压在10-4-10-5托的真空条件下施加在第一电极101和第二电极105之间时，图2B的表面电子发射器件从第二电极105的表面反射电子。图8A是当电压施加在图2B所示的表面电子发射器件的第一电极101和第二电极105之间时，从顶电极105的表面发射的电子流的曲线图。参照图8A，当约2V的电压通过第一电极101和第二电极105施加时，测量了从第二电极105的表面发射的电子流。而且，从图8B可以看出在7V电压测量到最大电流。
图3是根据本发明的实施例的表面电子发射器件阵列的透视图。虽然在图3中示出了具有图2A的MIM结构的表面电子发射器件阵列，但是也可以使用具有图2B的MIMIM结构的表面电子发射器件阵列。
现将描述图3的表面电子发射器件阵列的制造方法。导电金属或金属氧化物涂在基板10上并构图以形成底电极11。然后，诸如Al2O3的绝缘材料涂在基板10和底电极11上并构图以形成绝缘层12。金属或金属氧化物涂在所得结构上并在与底电极11交叉的方向上构图以形成顶电极13。
应该注意到在底电极11和顶电极13的交叉的单元表面电子发射器件形成以相应于检测目标即TFT阵列的单元区域。例如，当检测TFT LCD时，单元表面电子发射器件可以形成以相应于TFT阵列的像素电极区域。参照图3，当电压施加到底电极11且顶电极13接地时，电子从顶电极13发射。图6是从图3中所示的表面电子发射器件阵列的特定表面电子发射器件C引起的电子发射的照片。
图4是将要检测的TFT阵列的透视图。具体地，图4是图1中所示的TFT阵列的等效电路。参照图4，TFT阵列的每条源极线33a连接到开关、电流放大器和电流比较器。根据图1的TFT阵列的相同的规格形成了图3的表面电子发射器件阵列。为了检测TFT阵列，设置了图3的表面电子发射器件阵列以相应于图4的TFT阵列。这种配置将在下面参照图5详细描述。
图5是根据本发明实施例的使用表面电子发射器件阵列的TFT检测系统的透视图。参照图5，形成每个表面电子发射器件阵列的多个单元表面电子发射器件A以相应于TFT阵列的像素电极B。表面电子发射器件阵列和TFT阵列之间的间隙可以是几微米到10毫米。保持10-4-10-5托的真空环境使得从表面电子发射器件感应电子发射。
通过选择性地施加电压到底电极L1、L2和L3及顶电极H1、H2和H3，表面电子发射器件阵列的各个表面电子发射器件可以感应电子发射。而且，通过在时间间隔Δt1，Δt2和Δt3期间施加电压到各个电极可以从所需的表面电子发射器件感应电子发射。现将描述通过从表面电子发射器件A发射电子检测连接到TFT阵列的像素电极B的TFT的方法。
首先，选择将要检测的TFT并从相应于电连接到被选的TFT的像素电极的表面电子发射器件发射电子。通过施加高于阈值电压的电压到被选择的TFT的栅极线导通被选择的TFT。然后，测量流经连接到被选择的TFT的源极线的电流。在这种方式中，TFT检测系统检测TFT是否正在正常操作。
更详细地，连接到表面电子发射器件A的顶电极H1接地，电压在Δt1期间施加到底电极L1。如果表面电子发射器件具有MIM结构，则10V或以上的电压通过底电极L1施加。如图7A中所示，当10V或以上的电压施加其上时，在10-4-10-5托的真空中电子从表面电子发射器件A的顶电极H1的表面发射。电子向相应于表面电子发射器件A的像素电极B发射。
当通过施加高于TFT阈值电压的电压到栅电极G1以导通TFT时，发射到像素电极B的电子从沟道区域流到源极线S1。当开关导通时，流经源极线B1的电流被电流放大器放大。然后，电流比较器比较放大的电流和预定参考电流。当放大的电流高于预定参考电流时，确定了连接到像素电极B和源电极S1的栅电极H1正在正常操作。电流放大器和电流比较器可以选择性地实现。
通过在所有像素电极上以预定时间间隔实施上述操作，可以检测整个TFT阵列。当没有检测到所需的电流时，确定了在连接到像素电极的TFT、栅极线、源极线或像素电极中发生了损害或接触失效。当完成像素电极的检测时，依次以上述的方法检测随后的像素电极。在本发明中，像素电极的检测顺序和探测电流的选择是没有限制的。
由于TFT阵列通常在标准的大规模生产系统中制造，所以可以基于TFT阵列的标准制造表面电子发射器件阵列。
根据本发明的TFT检测系统具有下面的优点。
第一，可以在短时间内利用基于TFT阵列标准形成并配置以相应于TFT的表面电子发射器件阵列完成TFT阵列检测。
第二，简化了表面电子发射器件阵列的结构和制造工艺，从而减少了检测系统的制造成本。
第三，由于TFT阵列和检测系统之间的间隙保持在预定范围上，可以防止损害像素电极的表面。
第四，由于真空度保持在10-4-10-5托，所以可以显著地减少高真空设备的安装成本。
虽然本发明已经参照其示范性实施例具体示出并描述，但是本领域的技术人员将会理解的是，不脱离权利要求
限定的本发明的精神和范围，其中可以进行形式和细节上的各种变化。
权利要求
1.一种用于检测薄膜晶体管阵列的薄膜晶体管检测系统，所述薄膜晶体管阵列具有多条栅极线、多条源极线、多个连接到所述栅极线和源极线的单元薄膜晶体管和多个电连接到所述单元薄膜晶体管的像素电极，所述薄膜晶体管检测系统包括表面电子发射器件阵列，其中所述表面电子发射器件阵列包括第一电极，沿第一方向面向所述薄膜晶体管阵列设置；第二电极，沿与所述第一方向相交的第二方向设置在相应于其中形成了所述第一电极和相应的像素电极的区域的区域中；和绝缘层，插入在所述第一电极和第二电极之间。
2.根据权利要求
1所述的薄膜晶体管检测系统，其中所述绝缘层还包括金属层，使得第一绝缘层、所述金属层和第二绝缘层依次堆叠。
3.根据权利要求
1所述的薄膜晶体管检测系统，其中所述薄膜晶体管阵列和所述表面电子发射器件彼此分隔开几微米到10毫米的距离。
4.根据权利要求
1所述的薄膜晶体管检测系统，其中所述第一电极具有几百纳米到几百微米的厚度。
5.根据权利要求
1所述的薄膜晶体管检测系统，其中所述第二电极具有10-100纳米的厚度。
6.根据权利要求
1所述的薄膜晶体管检测系统，其中所述绝缘层具有1-30纳米的厚度。
7.根据权利要求
2所述的薄膜晶体管检测系统，其中所述金属层具有10-50纳米的厚度。
8.一种使用薄膜晶体管检测系统检测薄膜晶体管阵列的方法，所述薄膜晶体管阵列具有多条栅极线、多条源极线、多个连接到所述栅极线和源极线的单元薄膜晶体管和多个电连接到所述薄膜晶体管的像素电极，所述薄膜晶体管检测系统包括表面电子发射器件阵列，其中所述表面电子发射器件阵列具有沿第一方向面向所述薄膜晶体管阵列设置的第一电极，沿与所述第一方向相交的第二方向上设置在相应于其中形成了所述第一电极和相应的像素电极的区域的区域中的第二电极，和插入在所述第一电极和第二电极之间的绝缘层，所述薄膜晶体管检测方法包括施加电压到相应于电连接到将被检测的薄膜晶体管的像素电极的表面电子发射器件的第一电极和第二电极，从而从所述第二电极的表面发射电子；通过施加比所述薄膜晶体管的阈值电压高的电压到所述栅极线，以导通将被检测的薄膜晶体管；测量流过连接到将被检测的薄膜晶体管的源极线的电流；和确定所述薄膜晶体管是否正常操作。
专利摘要
本发明提供了一种用于检测使用表面电子发射器件阵列的薄膜晶体管阵列的薄膜晶体管检测系统以及使用其的检测方法。薄膜晶体管阵列包括多条栅极线、多条源极线、多个连接到栅极线和源极线的单元薄膜晶体管和多个电连接到单元薄膜晶体管的像素电极。该薄膜晶体管检测系统包括表面电子发射器件阵列，该表面电子发射器件阵列具有设置为面向在第一方向的薄膜晶体管阵列的第一电极，沿与第一方向相交的第二方向设置在相应于其中形成了第一电极和相应的像素电极的区域的区域中的第二电极，和插入在第一电极和第二电极之间的绝缘层。
文档编号G01R31/00GK1991940SQ200610132098
公开日2007年7月4日 申请日期2006年10月24日
发明者文昌郁, 埃尔·M·布里姆, 李成进, 李升运 申请人:三星电子株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan