在確定平板顯示器(FPD)中有源元件的特性時，雖然其測試方法與其他半導(dǎo)體集成電路類似，但是為了使LCD、OLED和LEP應(yīng)用之生產(chǎn)能力和準(zhǔn)確度最佳化，需要對參數(shù)測試系統(tǒng)、布線和工藝進行重大改進。
不斷演變的FPD趨勢
目前，平板顯示器(FPD)制造商正在新技術(shù)方面投入巨資，以滿足不斷增長的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括高成本和低成本的膝上型電腦監(jiān)視器、用于手機和其他便攜式設(shè)備的小面積/低功耗面板、用于家用電視的高清電視（HDTV）屏和寬顯示屏，以及軍事領(lǐng)域的高可靠日光讀取型顯示屏等。顯示技術(shù)包括從非晶低溫多晶硅(LTPS)LCD面板，到新興的有機LED以及其他產(chǎn)品。這些新技術(shù)將會帶來高附加值的產(chǎn)品，但是他們也會顯著增加OEM廠商在新工具和新工藝方面的投資，以便縮短產(chǎn)品面市時間，取得理想的產(chǎn)量。所有這些均需要更高效的測試方案，并且應(yīng)該在R&D和生產(chǎn)階段就采用具有更高數(shù)據(jù)吞吐量和準(zhǔn)確性的儀器和系統(tǒng)。
由于顯示器測量采用了類似于傳統(tǒng)CMOS和雙極性硅圓晶領(lǐng)域常見的探針和參數(shù)測試儀，該市場已經(jīng)成為Keithley自然涉足領(lǐng)域之一。多年以來，Keithley已經(jīng)為CMOS和雙極性IC代工廠，以及有源點陣液晶二極管（AMLCD）顯示器領(lǐng)域的關(guān)鍵制造商提供了半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)和參數(shù)測試儀器。其中，這些AMLCD制造客戶大部分位於亞洲。事實上，有源點陣FPD方面的測量和測試技術(shù)與其他半導(dǎo)體測試技術(shù)在本質(zhì)上是一致的。但是，我們也發(fā)現(xiàn)了一些明顯的差異之處，這就需要通過全新的技術(shù)去測試和測量。
在原型設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)備方面，顯示器OEM廠商和半導(dǎo)體代工廠采用了明顯不同的測試型式。一般來說，在顯示器測試中，由于探針外形比較大，同傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶圓測試相比，相關(guān)儀器離待測裝置(DUT)更遠。這樣一來，長距離測量必將導(dǎo)致布線長度方面的問題，如比較大的寄生電容和噪聲這樣的長度問題, 并可能降低敏感度，增加測量持續(xù)時間，而且會降低產(chǎn)量——這正好與我們的期望相反。為了避免這些問題，在測試新型顯示器時，常常需要對測量工藝和測試設(shè)備進行一些必要的創(chuàng)新和修正。
非晶硅LCD的測試
從手機到PDA、筆記本電腦和臺式電腦監(jiān)視器，以及大多數(shù)電視應(yīng)用領(lǐng)域，用于AMLCD的傳統(tǒng)技術(shù)——非晶矽(a-si)依然占有主導(dǎo)性市場份額。這是由于其技術(shù)不斷完善和具有較低成本優(yōu)勢，雖然a-si薄膜晶體管（TFT）器件速度慢、體積大，并且比新型LTPS LCD需要更大的外部電流。在目前的第五代和第六代產(chǎn)品中，人們普遍采用a-si基體技術(shù)來制造更大面積的顯示器，制造商們甚至于通過批量生產(chǎn)和提高產(chǎn)量的方法，正在努力地降低生產(chǎn)成本。
由于成本是一個占主導(dǎo)地位的考慮因素，制造測試時間必須控制到最小。一般情況下，在生產(chǎn)環(huán)境中通常只進行一些關(guān)鍵性能測量，其中包括：
• Id-Vg曲線掃除，帶有上/下磁滯曲線
•電壓閾值Vth
• 正向(on)電流
• 漏(off)電流IL
• 開關(guān)(響應(yīng))時間
• 接觸鏈路的電阻和電容
這些測量借助于幾個測試單元組合（TEG），在LCD面板的外側(cè)邊沿附近進行。有時，也對個別的工作像素進行測量，以檢查一致性，而且銦/錫氧化物(ITO)導(dǎo)電層可進行現(xiàn)場檢查。
在FPD中，用以分析有源元件特性的典型系統(tǒng)包括DC源表(SourceMeter)、一個開關(guān)矩陣(允許通過一套測試儀器，對多個待測器件進行測試)、一個探針臺，以及用以連接各種單元的布線。由於玻璃基體面板的尺寸很大，F(xiàn)PD生產(chǎn)設(shè)備也趨向相當(dāng)大的外形，而且采用高度自動化控制，其中包括用于與LCD TEG和工作像素進行連接的相關(guān)探針臺。這就使采集類測量儀器變得復(fù)雜，復(fù)雜度幾乎接近信號源。要將探針卡和儀器測試頭連接起來，大家會很自然地采用電纜，但是這個普通的解決方案卻會造成其他測量問題。
要對LCD TFT進行參數(shù)描述，一般需要在斷開狀態(tài)，對漏電流進行敏感度相當(dāng)高的測量。如果電壓閾值和次閾值(漏)電流太高，就會產(chǎn)生鬼影（image ghosting），因此IL一定要在幾fA（10-15A）的水平下測量。如同其他的低電流現(xiàn)象一樣，門極漏電流對器件的性能來說也十分重要。
通常，在配置一個FPD特性分析系統(tǒng)的時候，觀察者傾向于將精力集中于DC參數(shù)儀器方面，而疏忽系統(tǒng)的其他配置，如布線、探針卡等。事實上，系統(tǒng)的這部分配置很可能就是噪聲的根源，因為如果電纜質(zhì)量差或屏蔽性不好，開關(guān)系統(tǒng)較大的漏電流通常會直接出現(xiàn)在信號鏈路中。
對于超低電流測量來說，采用一臺緊密集成的參數(shù)分析系統(tǒng)是相當(dāng)重要的，其中不但包括測定儀器，而且還有測試夾具、探針臺、開關(guān)系統(tǒng)、連接、布線、接地，以及屏蔽等，因此要求測試工程師站在系統(tǒng)層面觀察問題。即使對于一個適當(dāng)配置的系統(tǒng)來說，以下問題也會影響測量噪聲、準(zhǔn)確性和生產(chǎn)率:
• 布線及其產(chǎn)生的寄生電容和分路阻抗
• 接地/屏蔽/指導(dǎo)方針
• 開關(guān)矩陣的偏移量和漏電流
• 探針卡和測試頭的設(shè)計
• 儀器噪聲和解決時間
• 環(huán)境電氣噪聲的水平和類型
• TEG裝置及其相關(guān)的測試策略
用獨特的解決方案解決獨特的測試問題
為了將由上述問題所導(dǎo)致的錯誤、噪聲和測試時間降低到最小，必須采用有效的測量測試技術(shù)。通常，這需要采用獨特的測量方案，來解決特別的器件、材料和設(shè)備方面的獨特問題。憑借30多年的半導(dǎo)體、LCD和無源器件測試經(jīng)驗，Keithley開發(fā)了一套創(chuàng)新方案，用以從導(dǎo)電層和絕緣氧化物，到完整的多單元顯示器（multi-element displays）之間的所有測試。例如，Keithley公司型號為4200-SCS的半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)提供為LCD器件測試提供了一個低噪聲平臺。4200-SCS采用模塊化設(shè)計，帶有本機或遙遠前置放大器，以及靈活的圖形化用戶界面（GUI）軟件環(huán)境，允許用戶通過定制滿足典型的FPD制造測試。
通常，當(dāng)DUT信號非常小(也就是，信號噪音比很小) 的時候，系統(tǒng)噪音對測量數(shù)據(jù)的完整性影響最大。因為要獨立地對信號進行放大，而不放大與其相伴隨的噪聲的話，那是很困難的。很明顯，在FPD測試中，影響低電平測量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是如何提高信噪比。
4200-SCS的噪聲標(biāo)稱值只有大約0.2%，這意謂著在最低電流范圍內(nèi)峰-峰值噪聲只有幾個fA（10-15A）。通過適當(dāng)?shù)男盘柶骄幚恚�可以進一步降低噪聲。如果因此引起測試產(chǎn)量方面的問題，其遠程低噪聲前置放大選項允許將測量降低到次fA水平。
為了獲得如此的敏感度水平，前置放大器一般固定在探針上。采用這個布局后，在放大之前信號路徑只有很短距離(僅僅相當(dāng)于探針的長度)。然后，被放大的信號流經(jīng)電纜和開關(guān)矩陣，進入測量硬件內(nèi)部。
通過縮短電纜長度使測量調(diào)整時間大大減少，這種布局對提高測試產(chǎn)量具有明顯的好處，同時，也大大降低了寄生電容。借助于Keithley的全線矩陣開關(guān)系統(tǒng)，還可以進一步提高測試產(chǎn)量，因為該產(chǎn)品允許將多個DUT同時連接到測試系統(tǒng)上。Keithley的低漏電流矩陣開關(guān)卡是特別為超低電流測量而設(shè)計的。
作者：Charles Cimino and David Rose。進一步信息，請參考美國吉時利儀器公司（Keithley Instruments, Inc.）技術(shù)白皮書《New Test Realities for Evolving FPD Technologies》，網(wǎng)址為http://www.keithley.com/data?asset=10558。
