分析TFT亮態漏電流影響因素的測試方法

侯清娜，張新宇，王崢，林鴻濤，馮蘭，劉冬

分析TFT亮態漏電流影響因素的測試方法

侯清娜，張新宇，王崢，林鴻濤，馮蘭，劉冬

(北京京東方顯示技術有限公司，北京100176)

對于薄膜晶體管液晶顯示器來說，TFT的特性對產品的品質有很大的影響，而其亮態漏電流Ioff的影響尤為重要。為改善器件性能，需要深入分析TFT亮態漏電流的影響因素。本文在實驗基礎上提出一種測試方法，首先使用BM PR (Black Matrix Photo Resist)對TFT溝道的不同位置進行遮擋;再對遮擋樣品進行TFT特性測試。進而能模擬出實際工作中的TFT亮態漏電流，可以更加簡便有效地優化TFT下方的柵極金屬線寬，同時降低亮態漏電流。最后制作了54．6 cm(21．5 in)改善樣品，通過新測試方法分析，將柵極金屬線加寬約1．5 μm，改善后樣品的亮態漏電流從14．08 pA降至約9．50 pA。所以，使用新的測試方法無需將樣品制作到模組后再進行品質評價，簡單有效并降低了產品制造成本。

薄膜晶體管液晶顯示;TFT測試方法;亮態漏電流

1 引言

薄膜晶體管液晶顯示器(Thin Film Transistor LCD，TFT-LCD)已經廣泛應用于電視、電腦、手機、游戲機、導航等各類顯示設備中［1］，其體積小、重量輕，并且具有高分辨率、高對比度、高解析度等特點。TFT的半導體層可以使用非晶硅、微晶硅或者多晶硅，目前絕大部分產品是采用氫化非晶硅(amorphous silicon，a-Si∶H)制成的［2-3］。非晶硅TFT具有技術成熟，良率較高，性能穩定等優點，但是非晶硅的載流子遷移率較低，其TFT特性尤其是開路狀態下的電流較低，對于高分辨率的高端產品，提升非晶硅的TFT的特性是一個需要解決的現實問題。為滿足充電要求，需要進一步提升非晶硅TFT的特性［4-7］。作為TFT有源層的氫化非晶硅薄膜是一種對光很敏感的材料，在光照條件下可以使a-Si∶H TFT的關態電流(即漏電流，Ioff)上升2～3個數量級，嚴重影響TFT特性［8-10］。

為了研究TFT的特性，我們對TFT分別在暗態(Dark)和亮態(Photo)情況下進行了閾值電壓(Vth)、開態電流(Ion)、關態電流(Ioff)和電子遷移率(mobility)等參數的測試。其中亮態漏電流對產品影響較大，而TFT工作時背光源呈亮態狀態，所以亮態過程中的漏電流控制就變得尤為重要，我們希望TFT在亮態時的漏電流越小越好。

本文提出一種新的測試方法，通過使用BM PR(Black Matrix Photo Resist)對TFT上方不同位置進行遮擋，能模擬實際工作中的TFT亮態漏電流，以此來分析判斷背光源對漏電流的影響程度，從而更有針對性對亮態漏電流進行改善，提高產品的顯示質量。

2 實驗方法

通常在進行TFT轉移特性曲線測試時，僅是對陣列基板測試，即陣列基板上方沒有任何遮擋。這樣TFT溝道就完全暴露在外部環境中。如果在測試時將設備內的上側光源打開，光直接照射到TFT溝道，亮態漏電流會從14．08 pA急劇上升至244．08 pA，如表1所示。

雖然在TFT轉移特性曲線測試過程中設備內上側光源一直處于關閉狀態，但為了模擬TFT工作狀態下的特性，需要開啟設備背光源來獲得亮態下的TFT相關特性。

如圖1(a)所示，TFT下方的柵極金屬線對背光源的光有遮擋作用，但是①②兩個位置的寬度仍會對TFT的亮態漏電流有影響。亮態過程中測試背光源需要開啟，如果此時背光源發出的光在設備內發生反射、衍射或折射，如圖1(b)所示，這些光照射到溝道中，使用通常的測試方法是無法區分其影響程度的，導致測試結果缺乏準確性。基于以上原因，我們設計了此次實驗。將TFT溝道上方的不同位置進行遮擋，進而更加準確測試分析背光源對亮態漏電流的影響。

表1 TFT受光照前后對比Tab．1Contrast before and after light

具體遮擋方式如表2所示。驗證1，遮擋住源極和漏極(Source/Drain)上端部分，即圖1(a)中所標記的位置①;驗證5，相應露出源/漏極金屬上端部分;通過這兩種驗證方式，主要觀察位置①受到光照后亮態漏電流的變化情況，進而分析受哪種光影響。驗證2，將TFT溝道遮擋住一半，即遮擋至漏極金屬線位置，觀察溝道底部是否存在衍射光等的影響。驗證3、驗證4、驗證6，主要觀察位置圖1(a)中所標記的位置②是否會受到折射光的影響。根據以上幾組實驗設計，我們制作了相應的樣品，并對這些樣品進行TFT轉移特性曲線測試，最后分析不同位置的亮態漏電流情況。

圖1 TFT結構圖Fig．1Structure of TFT

由于TFT有源層對光的敏感性，遮擋材料的選擇也尤為重要。如果使用金屬材料遮擋，制作過程中需要使用紫外光對金屬進行固化，因此在形成遮擋層的同時紫外光也會照射到有源層導致TFT特性發生變化。通過對不同材料的實驗對比，我們最終選用了彩膜(Color Fliter，CF)基板上所使用的BM PR材料，將BM PR覆蓋在TFT上方需要遮擋的位置，不需要進行紫外線固化等工序，可以等樣品自然晾干，這樣就能使TFT不受外界光照的干擾，保證測試的準確性。最后制作的遮擋樣品如表3所示，由于BM PR具有流動性，因此除了驗證2與預期樣品存在一些差異外，其他樣品基本可以得到表1所需要的各種驗證方式。

3 實驗結果與討論

在對以上6組實驗樣品進行轉移曲線測試，數據如表4所示。正常的TFT亮態漏電流約14．08 pA，驗證1將TFT溝道的源/漏極前端遮擋住，其亮態漏電流降至7．54 pA;驗證5露出TFT溝道源/漏極前端部分，此時亮態漏電流為12．27 pA;通過這兩組數據可以看出，TFT溝道源/漏極前端部分受到光照后對亮態漏電流的影響很大。驗證2、3、4幾乎是全部遮住了TFT溝道，故亮態漏電流數值都比正常情況下小很多，但是比暗態下的漏電流仍偏大，說明背光源的光線會通過反射等途徑影響到有源層，產生一定的漏電流。驗證6將柵極金屬和源/漏極金屬的側邊遮擋住，亮態漏電流也存在一定的下降。說明當此部分沒有遮擋的時候，背光源會在兩層金屬層之間產生折射，并影響到亮態漏電流。

表4 實驗數據Tab．4Data of the shadowed-TFT

進一步的，我們在上述實驗的基礎上，將測試樣品下側的入射光也進行了遮擋，分析背光源對TFT亮態漏電流的影響。測試結果如表5所示，

表5 遮擋背光源測試數據Tab．5Data based on shadowed-backlight

圖2 柵極金屬線加寬驗證Fig．2Experiment of optimizing the Gate line width

通過數據可以知道，背光源被遮擋后的亮態漏電流均有一定程度的下降。前面實驗的驗證4和驗證5這兩種方式下的TFT溝道已經被完全遮擋住，但是亮態漏電流還是較高;但是此次下側入射光也被遮擋住以后，亮態漏電流降低了約50%。由此可以進一步說明柵極金屬和源/漏極金屬之間是存在折射光并影響著漏電流的。

通過以上實驗，可知，如果要降低亮態漏電流，就要盡量減少照射到有源層的各類光線。根據測試數據分析，我們選取了21．5 in的液晶面板，將TFT下方的柵極金屬線加寬約1.5 μm，如圖2所示。加寬后的柵極金屬線能更加有效的遮擋從下方透過的光線，降低其對有源層的影響。最后對柵極金屬線加寬后的樣品進行TFT轉移特性曲線測試，數據如表6所示，亮態漏電流下降了約5 pA。所以，通過我們提出的實驗方法進行測試，能更加準確的優化柵極金屬線寬，在不影響產品其他特性的前提下有效降低亮態漏電流。

表621 ．5吋樣品TFT參數Tab．6Data of 21．5 in

5 結論

本文通過提出的測試方法，我們能更有效地模擬出真實環境下的TFT亮態漏電流。根據實驗測試的數值也說明亮態漏電流會受到背光源光線的折射、衍射等影響，所以柵極金屬線與有源層之間的距離設計非常重要。同時借助這種測試方法，能簡單地優化柵極金屬線設計，將21．5 in樣品柵極金屬線加寬約1．5 μm，亮態漏電流從14．08 pA降至9．05 pA。無需將產品做到模組階段后再去評價畫質驗證，就能得到所希望的亮態漏電流。所以，我們提出的這種測試方法不僅能通過測試發現異常問題，也能更有針對性的改善產品設計，同時節約了產品的制造成本。

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Method for analyzing influence factors in photo off-leakage current for TFT

HOU Qing-na，ZHANG Xin-yu，WANG Zheng，LIN Hong-tao，FENG Lan，LIU Dong
(Beijing BOE Display Technology Co．Ltd．，Beijing 100176，China)

The electrical properties of TFT-LCD are so significant especially for the leakage current at photo state(Photo Ioff)．In this paper we investigated the factors which could affect the Photo Ioffin order to improve the TFT-LCD performance．A measurement method has been proposed based on experiment results．The black matrix(BM)photo resist(PR)has been used to shield different parts of TFT channel，then the difference of electrical properties could be confirmed through TFT I-V curve．According to the experiment results，it is quite easy and effective to decrease the photo Ioffvalue by optimizing the gate line width．Finally we used this method on 54．6 cm(21．5 in)TFT LCD samples．Optimized results showed that the gate line should be widened 1．5 μm based on the original design．The actual result was proved though TFT characteristic measurement results，the photo Ioffdecreased to 9．50 pA from 14．08 pA．It turns out that the proposed method is quite effective in the practical production process．

thin-film transistor liquid crystal display;test method for thin-film-transistor;photo offleakage current

TN141

A

10．3788/YJYXS20153004．0628

侯清娜(1985－)，女，遼寧桓仁人，學士，高級研究員，主要從事LCD相關研發工作。E-mail:houqingna@boe．com．cn

1007-2780(2015)04-0628-06

2014-12-15;

2015-01-27．基金項目:京東發研發基金項目

*通信聯系人，E-mail:houqingna@boe．com．cn