分析TFT亮态漏电流影响因素的测试方法

侯清娜，张新宇，王峥，林鸿涛，冯兰，刘冬

分析TFT亮态漏电流影响因素的测试方法

侯清娜，张新宇，王峥，林鸿涛，冯兰，刘冬

(北京京东方显示技术有限公司，北京100176)

对于薄膜晶体管液晶显示器来说，TFT的特性对产品的品质有很大的影响，而其亮态漏电流Ioff的影响尤为重要。为改善器件性能，需要深入分析TFT亮态漏电流的影响因素。本文在实验基础上提出一种测试方法，首先使用BM PR (Black Matrix Photo Resist)对TFT沟道的不同位置进行遮挡;再对遮挡样品进行TFT特性测试。进而能模拟出实际工作中的TFT亮态漏电流，可以更加简便有效地优化TFT下方的栅极金属线宽，同时降低亮态漏电流。最后制作了54．6 cm(21．5 in)改善样品，通过新测试方法分析，将栅极金属线加宽约1．5 μm，改善后样品的亮态漏电流从14．08 pA降至约9．50 pA。所以，使用新的测试方法无需将样品制作到模组后再进行品质评价，简单有效并降低了产品制造成本。

薄膜晶体管液晶显示;TFT测试方法;亮态漏电流

1 引言

薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor LCD，TFT-LCD)已经广泛应用于电视、电脑、手机、游戏机、导航等各类显示设备中［1］，其体积小、重量轻，并且具有高分辨率、高对比度、高解析度等特点。TFT的半导体层可以使用非晶硅、微晶硅或者多晶硅，目前绝大部分产品是采用氢化非晶硅(amorphous silicon，a-Si∶H)制成的［2-3］。非晶硅TFT具有技术成熟，良率较高，性能稳定等优点，但是非晶硅的载流子迁移率较低，其TFT特性尤其是开路状态下的电流较低，对于高分辨率的高端产品，提升非晶硅的TFT的特性是一个需要解决的现实问题。为满足充电要求，需要进一步提升非晶硅TFT的特性［4-7］。作为TFT有源层的氢化非晶硅薄膜是一种对光很敏感的材料，在光照条件下可以使a-Si∶H TFT的关态电流(即漏电流，Ioff)上升2～3个数量级，严重影响TFT特性［8-10］。

为了研究TFT的特性，我们对TFT分别在暗态(Dark)和亮态(Photo)情况下进行了阈值电压(Vth)、开态电流(Ion)、关态电流(Ioff)和电子迁移率(mobility)等参数的测试。其中亮态漏电流对产品影响较大，而TFT工作时背光源呈亮态状态，所以亮态过程中的漏电流控制就变得尤为重要，我们希望TFT在亮态时的漏电流越小越好。

本文提出一种新的测试方法，通过使用BM PR(Black Matrix Photo Resist)对TFT上方不同位置进行遮挡，能模拟实际工作中的TFT亮态漏电流，以此来分析判断背光源对漏电流的影响程度，从而更有针对性对亮态漏电流进行改善，提高产品的显示质量。

2 实验方法

通常在进行TFT转移特性曲线测试时，仅是对阵列基板测试，即阵列基板上方没有任何遮挡。这样TFT沟道就完全暴露在外部环境中。如果在测试时将设备内的上侧光源打开，光直接照射到TFT沟道，亮态漏电流会从14．08 pA急剧上升至244．08 pA，如表1所示。

虽然在TFT转移特性曲线测试过程中设备内上侧光源一直处于关闭状态，但为了模拟TFT工作状态下的特性，需要开启设备背光源来获得亮态下的TFT相关特性。

如图1(a)所示，TFT下方的栅极金属线对背光源的光有遮挡作用，但是①②两个位置的宽度仍会对TFT的亮态漏电流有影响。亮态过程中测试背光源需要开启，如果此时背光源发出的光在设备内发生反射、衍射或折射，如图1(b)所示，这些光照射到沟道中，使用通常的测试方法是无法区分其影响程度的，导致测试结果缺乏准确性。基于以上原因，我们设计了此次实验。将TFT沟道上方的不同位置进行遮挡，进而更加准确测试分析背光源对亮态漏电流的影响。

表1 TFT受光照前后对比Tab．1Contrast before and after light

具体遮挡方式如表2所示。验证1，遮挡住源极和漏极(Source/Drain)上端部分，即图1(a)中所标记的位置①;验证5，相应露出源/漏极金属上端部分;通过这两种验证方式，主要观察位置①受到光照后亮态漏电流的变化情况，进而分析受哪种光影响。验证2，将TFT沟道遮挡住一半，即遮挡至漏极金属线位置，观察沟道底部是否存在衍射光等的影响。验证3、验证4、验证6，主要观察位置图1(a)中所标记的位置②是否会受到折射光的影响。根据以上几组实验设计，我们制作了相应的样品，并对这些样品进行TFT转移特性曲线测试，最后分析不同位置的亮态漏电流情况。

图1 TFT结构图Fig．1Structure of TFT

由于TFT有源层对光的敏感性，遮挡材料的选择也尤为重要。如果使用金属材料遮挡，制作过程中需要使用紫外光对金属进行固化，因此在形成遮挡层的同时紫外光也会照射到有源层导致TFT特性发生变化。通过对不同材料的实验对比，我们最终选用了彩膜(Color Fliter，CF)基板上所使用的BM PR材料，将BM PR覆盖在TFT上方需要遮挡的位置，不需要进行紫外线固化等工序，可以等样品自然晾干，这样就能使TFT不受外界光照的干扰，保证测试的准确性。最后制作的遮挡样品如表3所示，由于BM PR具有流动性，因此除了验证2与预期样品存在一些差异外，其他样品基本可以得到表1所需要的各种验证方式。

3 实验结果与讨论

在对以上6组实验样品进行转移曲线测试，数据如表4所示。正常的TFT亮态漏电流约14．08 pA，验证1将TFT沟道的源/漏极前端遮挡住，其亮态漏电流降至7．54 pA;验证5露出TFT沟道源/漏极前端部分，此时亮态漏电流为12．27 pA;通过这两组数据可以看出，TFT沟道源/漏极前端部分受到光照后对亮态漏电流的影响很大。验证2、3、4几乎是全部遮住了TFT沟道，故亮态漏电流数值都比正常情况下小很多，但是比暗态下的漏电流仍偏大，说明背光源的光线会通过反射等途径影响到有源层，产生一定的漏电流。验证6将栅极金属和源/漏极金属的侧边遮挡住，亮态漏电流也存在一定的下降。说明当此部分没有遮挡的时候，背光源会在两层金属层之间产生折射，并影响到亮态漏电流。

表4 实验数据Tab．4Data of the shadowed-TFT

进一步的，我们在上述实验的基础上，将测试样品下侧的入射光也进行了遮挡，分析背光源对TFT亮态漏电流的影响。测试结果如表5所示，

表5 遮挡背光源测试数据Tab．5Data based on shadowed-backlight

图2 栅极金属线加宽验证Fig．2Experiment of optimizing the Gate line width

通过数据可以知道，背光源被遮挡后的亮态漏电流均有一定程度的下降。前面实验的验证4和验证5这两种方式下的TFT沟道已经被完全遮挡住，但是亮态漏电流还是较高;但是此次下侧入射光也被遮挡住以后，亮态漏电流降低了约50%。由此可以进一步说明栅极金属和源/漏极金属之间是存在折射光并影响着漏电流的。

通过以上实验，可知，如果要降低亮态漏电流，就要尽量减少照射到有源层的各类光线。根据测试数据分析，我们选取了21．5 in的液晶面板，将TFT下方的栅极金属线加宽约1.5 μm，如图2所示。加宽后的栅极金属线能更加有效的遮挡从下方透过的光线，降低其对有源层的影响。最后对栅极金属线加宽后的样品进行TFT转移特性曲线测试，数据如表6所示，亮态漏电流下降了约5 pA。所以，通过我们提出的实验方法进行测试，能更加准确的优化栅极金属线宽，在不影响产品其他特性的前提下有效降低亮态漏电流。

表621 ．5吋样品TFT参数Tab．6Data of 21．5 in

5 结论

本文通过提出的测试方法，我们能更有效地模拟出真实环境下的TFT亮态漏电流。根据实验测试的数值也说明亮态漏电流会受到背光源光线的折射、衍射等影响，所以栅极金属线与有源层之间的距离设计非常重要。同时借助这种测试方法，能简单地优化栅极金属线设计，将21．5 in样品栅极金属线加宽约1．5 μm，亮态漏电流从14．08 pA降至9．05 pA。无需将产品做到模组阶段后再去评价画质验证，就能得到所希望的亮态漏电流。所以，我们提出的这种测试方法不仅能通过测试发现异常问题，也能更有针对性的改善产品设计，同时节约了产品的制造成本。

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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，辽宁桓仁人，学士，高级研究员，主要从事LCD相关研发工作。E-mail:houqingna@boe．com．cn

1007-2780(2015)04-0628-06

2014-12-15;

2015-01-27．基金项目:京东发研发基金项目

*通信联系人，E-mail:houqingna@boe．com．cn