專利名稱:大面積換能器陣列的靜電放電保護網絡的制作方法
本發(fā)明一般涉及用以保護由薄膜晶體管電路所控制的大面積換能器陣列，使之避免由靜電放電引起的不希望有的高壓效應的技術和裝置，特別涉及在靜電放電過程中使該陣列的所有元件上的電勢均衡的技術和裝置。
眾所周知，在電子工業(yè)中靜電會給集成電路(IC)器件帶來嚴重損壞。靜電荷的產生是由于物體里的電子轉移(極化)或電子由一物體轉移到另一物體(導電充電)引起的，而通常是由于物體的相互作用而產生的。電荷的數量主要依賴于組成物體的物質的大小、形狀、組成和電學性質而定。在制造設備中所遇到的靜電電荷的主要來源主要是操作人員與絕緣體的互相作用。一般來說，步行跨過地氈或步行在乙烯基地板，或處理、磨擦或分離各種材料都會產生表現為被傳遞的靜電電荷。這些保護網絡通常包括二極管和其他元件，故在集成電路芯片上，必須拔出實用面積來安置它們。
本發(fā)明的一個目的是要為大面積薄膜換能器陣列提供一種簡單、價廉的靜電放電保護網絡，其中每個換能器都與一個包括至少一個薄膜晶體管的尋址電路相關聯。
本發(fā)明的另一個目的是在響應寄生的靜電放電時，為該陣列上的所有元件提供電位均衡的路徑。
可以用一種結構來達到這些目的，即在一塊絕緣基片上，提供一個大面積薄膜換能器陣列，其中的每個換能器都與一個用以改變該換能器元件狀態(tài)的尋址電路相關聯，而且其中的每個尋址電路都包括至少一個具有設置在薄膜晶體管柵電極與晶體管其他兩個端電極中的一或兩個電極之間的電阻性路徑，以便在一靜電放電期間為柵電極和其他兩個端電極之間的均衡電勢提供電流泄漏路徑的薄膜晶體管。電阻性路徑的歐姆數值要選得足夠大，以使柵電極與其他兩個端電極之間的電流泄漏不會影響薄膜晶體管的正常工作。
通過結合附圖來作下面的詳細敘述，熟悉本領域的技術人員就會理解本發(fā)明的優(yōu)點。這些附圖是圖1是薄膜晶體管的側視圖，圖2a以電路圖說明薄膜晶體管，其中的柵電極以電阻連接到源和漏端電極，圖2b以電路圖說明薄膜晶體管，其中的柵電極以一電阻連接到漏端電極，圖2c以電路圖說明薄膜晶體管，其中的柵電極以一電阻連接到源端電極，圖3說明在大面積一維的換能器陣列上的本發(fā)明的一個實施例，圖4說明在大面積一維的換能器陣列上的本發(fā)明的另一實施例，圖5a說明本發(fā)明實際應用在一個大面積的二維換能器陣列，以及圖5b說明由圖5a換能器陣列控制的液晶顯示器截面圖。
現轉到附圖，圖中說明熟知的非晶硅(a-Si∶H)薄膜晶體管(TFT)10的結構，即所謂的倒置結構。該結構包括一個由玻璃、陶瓷或任一種在普通的非晶硅TFT在處理溫度范圍(＜350℃)中保持相當平滑的其他絕緣材料制成的基片12;一個柵電極14，通常是由位于基片上的厚度為500至1000埃的Cr、NiCr或其他適用材料的薄層形成;一層柵極電介質16，一般是幾千埃厚的氮化硅層覆蓋著柵電極;一層厚度由幾百至幾千埃的a-Si∶H組成的電荷轉移層18;由一n+a-Si∶H薄層20構成的端電極以及約一微米厚的構成來作為源24和漏26的Al接觸層22;以及為了鈍化而在溝道區(qū)中的a-Si∶H層上沉積的一層第二氮化硅層28。
當晶體管的柵極不接到任一電壓源，即當柵電極是浮置時，在源24和漏26之間有一電流泄漏路徑穿過Si∶H半導體層18。因此，在向源電極或漏電極靜電放電期間，泄漏路徑會讓電荷移到其他電極，從而使它們的電位均衡。實際上因為電流不能流過柵極的電介質，向柵電極的靜電放電會引起大量電荷積累在柵電極上，故在柵電極以及源電極和漏電極二者之一之間或在柵電極和源、漏電極之間的柵極電介質兩端會產生極大的電勢差。當柵電極浮置而且所積累的靜電荷不能泄漏時，更加會出現這種情況。于是，出現在柵極電介質兩端的極大的電勢差可以引起上述的損壞。
為了使靜電放電對晶體管10的損壞實質上減到最小，建議用一電阻30形成一條連接柵極14至源24和/或漏26的高電阻電流路徑。圖2a、2b和2c說明可供選擇的幾種結構。這些結構使電勢可以在柵極電介質16的兩端均衡。上述三種情況中的任一種情況下都必須小心選擇電阻的適當數值。由于選擇的電阻值太低，該電阻對(圖2a)因旁路半導體層而可能妨礙TFT的正常工作。另一方面，如果歐姆數值太高，該電阻耗散靜電電荷的速度就不會快到足以防止對柵極電介質的損壞。概而言之，該電阻的數值應使通過它的漏電電流不致影響換能器元件的正常工作。電阻值的正確選擇視各種應用中的特殊電路而定。
圖3說明在US4，584，492號專利全面公開和敘述的類型以標記頭形式出現的一維換能器陣列。該陣列包括一塊典型地做成11英寸乘3/4英寸大面積的玻璃基片34，沿基片上的一邊緣有標記電極36，沿基片上的對面邊緣有輸入接觸焊接點38(圖4有更準確的說明，圖3只是示意表示為總線)。使用時，連接該接觸焊接點，以便從集成電路外的激勵器40接收標記信息。借助于多路轉換的尋址裝置，由包括64條數據線42和40條柵極地址線44的104個輸入接觸焊接點足以控制2560個標記電極。每條柵極地址線都控制上述類型的一段64個TFT10。所有的元件，即標記電極、TFT、地址線、數據線和輸入接觸焊接點都用薄膜制造技術集成在該絕緣的基片上。
當陣列不連接在打印機中，而且電性上是浮置時，就如在測試、分類、檢驗、封裝等處理期間以及在被裝進打印機時那樣，很可能使陣列與帶有靜電荷的人物相接觸。無疑已經積累在操作人員身上的靜電荷會以上述方式釋放到該陣列且會破壞或損壞一個或多個薄膜晶體管。
為了保護每個TFT，圖示了將一電阻30連接在各柵電極14和各源電極24之間。如圖2所示，根據換能器陣列的功能和安置，更希望將柵電極通過電阻30連接到漏電極，或者既連接到源電極也連接到漏電極。這里為方便起見，將直接連接到換能器元件的TFT的端部視為漏電極。在圖3的換能器陣列中，換能器是在US4，584，592所敘述的打印器件的標記電極36，而且每個標記電極必須在整個線路時間都保持著存放在其上的電荷，要謹防在漏電極和柵電極之間建立起任何的泄漏路徑。因此，不希望用電阻30連接漏電極至柵電極。
圖3實施例雖然將會令人滿意地操作以保護TFT避免受靜電放電的損壞，但它不是最好的解決方法。這是因為電阻30占去重要的實際面積，這種面積在制造較高精度的標記頭陣列時是很寶貴的。此外，由于標記頭陣列包括更為復雜的激勵電路，例如那些預計要用在多功能操作的電路，這些激勵電路將包括與每個標記電極有關的幾個晶體管，因而要為每一個晶體管提供一個電阻器就會變得累贅。
因此，不象圖3實施例所示的那樣來實施本發(fā)明，而是采用圖4實施例中所示的簡單得多的解決途徑。通過用一條與該行焊接點共存并與這些焊接點電接觸的電阻條46連接所有沿標記頭陣列32一邊緣延伸的輸入接觸焊接點38，以便形成接觸間的焊接點電阻可以取得相同的結果。這樣做使所有的數據線42和所有的柵地址線44連接起來，以使積累在任一條或多條的這些線上的靜電荷將迅速漏遍該陣列，并使陣列上所有元件的電勢均衡。
這種結構的兩個主要優(yōu)點是第一、電阻條46可以與沉積n+a-Si∶H源和漏層同時制得;第二、該電阻條位于基片上不占據實際面積。應該明自，需要時電阻條可以用輕摻雜的或無摻雜的a-Si∶H制得，以便使電阻條與其它器件的層相一致并同時沉積得到。n+a-Si∶H由于其電阻率約為102歐姆一厘米而且呈薄膜狀，要做成范圍由107至109歐姆的電阻不是難得的，故能特別引人注意。
實際的保護網絡可以用范圍在5至100兆歐姆的接觸間焊接點電阻的電阻條制得。該接觸間焊接點電阻的阻值既要選得足夠低以使泄漏的速率能防止不需要的靜電放電效應，又要選得足夠高以便在操作期間在一接觸焊接點上的電壓電平不會顯著地受其鄰近接觸焊接點上電壓電平的影響。由于用于激勵標記陣列的外部集成電路芯片有較低的輸出阻抗(約幾千歐姆量級)，當用這些大的接觸間焊接點電阻(約幾兆歐姆)使鄰近的接觸焊接點連接在一起時，在不同電壓的相鄰接觸焊接點之間就不存在顯著的串擾。典型的電阻值應較外部的激勵電路的輸出阻抗約大10倍。
在1985年5月9日提交申請?zhí)枮?61，472題為“改進的寫頭”(H.C.Tuan和M.J.Thompson)的未決專利申請中，公開了換能器陣列，其中每個標記電極換能器元件都受包括兩個薄膜晶體管的尋址電路的控制。被應用到該陣列的本發(fā)明將保護這兩個TFT免受放電。
這種解決保護網絡的相同方法，如圖5a和5b所示也可以用于二維的換能器陣列48。在這實施例中，顯示電極50的正交排列沉積在一塊大的絕緣基片52上，以便在顯示板56的每個象素中控制液晶材料的方向性。每個顯示電極的狀態(tài)是由一TFT58控制的。每一晶體管都沿著一條連接到其源電極62的數據線60接收一數據信號，而沿著連接到其柵電極66的柵線64接收一地址信號。當柵電壓使晶體管導通時，電流就從源電極62流到漏電極68然后再到顯示電極50。圖中示出了所有的源線(S1至SN)和所有的柵線(G1至GN)與適當的電阻，例如n+a-Si∶H電阻條70連接在一起。由于遵循上面提出的電阻值選擇的原則，保護網絡將起保護作用，它將保護所有開關晶體管的柵電介質免受靜電放電且不會影響正常的操作。
應當理解的是，本公開只通過實例而作出的，在不偏離如在后已要求保護的本發(fā)明的真正精神和范圍的條件下，可以進行結構細節(jié)和部件的組合和安排的許多改變。
權利要求
1.一種大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說陣列包括一塊基片，其上制有多個換能器元件和一個與每個換能器元件相關聯，用以改變所說換能器元件狀態(tài)的薄膜尋址電路，每個所說尋址電路都包括至少一個薄膜晶體管，該薄膜晶體管具有彼此互相隔開而且連接到一半導體層的一個源端電極和一個漏端電極和一個由柵電介質層隔離所說半導體層的柵極，柵極要設置得能通過所說半導體層控制電流從所說源端電極流到所說漏端電極，所說保護網絡包括被連接到所說尋址電路用以提供電流泄漏途徑的電阻裝置，以使在靜電放電期間均衡全部所說柵電介質兩端的電勢，其中所說電阻裝置并不影響所說薄膜晶體管的正常工作。
2.根據權利要求
1中所規(guī)定的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說電阻裝置連接在所說薄膜晶體管的各所說柵電極和至少一個其相關的端電極之間。
3.根據權利要求
2中所規(guī)定的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說電阻裝置連接在所說薄膜晶體管的所說柵電極和所說源端電極與所說漏端電極這兩個電極之間。
4.根據權利要求
1中所規(guī)定的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說陣列包括多個用以接收外部信號的輸入接觸焊接點，所說陣列在連接到所說尋址電路時用以控制所說換能器裝置的狀態(tài)，而且所說電阻裝置連接所說輸入接觸的每個焊接點。
5.根據權利要求
4中所規(guī)定的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，其中的一條電阻性材料伸過所說輸入接觸的全部焊接點，而且所說電阻裝置包括所說條形電阻性材料的接觸間焊接點部分。
6.根據權利要求
5中所規(guī)定的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說薄膜晶體管是由非晶硅制成的，而所說電阻裝置是由n+非晶硅制成的。
7.根據權利要求
1或5中所規(guī)定的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說換能器元件以一維方式延伸且包括沿所說基片的一個邊緣形成的標記電極。
8.根據權利要求
1或5中所規(guī)定的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說換能器元件以二維方式延伸且包括在所說基片表面上以正交形式形成的顯示電極。
9.由外部激勵電路所激勵的大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說陣列包括一個其上制有多個換能器元件的基片，一個與所說的各個換能器相關的用以改變換能器元件狀態(tài)的薄膜尋址電路，所說的各個尋址電路包括至少一個薄膜晶體管，還包括多個輸入接觸焊接點，這些焊接點連接到所說尋址電路以接收來自所說激勵電路的信號，所說保護網絡包括連接到各個所說輸入接觸焊接點的電阻裝置，以便在靜電放電到所說陣列的任一元件期間為均衡所說陣列的所有元件上的電勢而提供電流泄漏電路徑，而且所說電阻裝置的數值至少大于連接到所說輸入接觸焊接點的所說外部激勵電路的輸出阻抗一個量級。
10.大面積換能器陣列用的靜電放電保護網絡，其特征在于，所說陣列包括一個其上制有多個換能器元件的基片，和一個與各個換能器元件有關聯的用以改變所說換能器元件狀態(tài)的薄膜尋址電路，各個所說尋址電路包括至少一個薄膜晶體管，所說保護網絡包括連接到所說尋址電路的電阻裝置，以便在靜電放電到所說陣列的任一元件期間為均衡所說陣列所有元件上的電勢而提供電流泄漏路徑。
專利摘要
大面積換能器陣列用的一種靜電放電保護網絡，其中的每個換能器都與其一個尋址電路相關聯用以改變換能器元件狀態(tài)。各個尋址電路包括至少一個薄膜晶體管，該晶體管在其柵電極和晶體管其他兩個端電極之一或二者之間有一電阻性路徑，以便在靜電放電期間為均衡柵電極和其他兩個端電極之間而提供電流泄漏路徑。
文檔編號G02F1/1368GK87107179SQ87107179
公開日1988年5月4日 申請日期1987年10月24日
發(fā)明者段行建 申請人:施樂公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan