在确定平板显示器(FPD)中有源元件的特性时，虽然其测试方法与其他半导体集成电路类似，但是为了使LCD、OLED和LEP应用之生产能力和准确度最佳化，需要对参数测试系统、布线和工艺进行重大改进。
不断演变的FPD趋势
目前，平板显示器(FPD)制造商正在新技术方面投入巨资，以满足不断增长的应用。这些应用包括高成本和低成本的膝上型电脑监视器、用于手机和其他便携式设备的小面积/低功耗面板、用于家用电视的高清电视（HDTV）屏和宽显示屏，以及军事领域的高可靠日光读取型显示屏等。显示技术包括从非晶低温多晶硅(LTPS)LCD面板，到新兴的有机LED以及其他产品。这些新技术将会带来高附加值的产品，但是他们也会显著增加OEM厂商在新工具和新工艺方面的投资，以便缩短产品面市时间，取得理想的产量。所有这些均需要更高效的测试方案，并且应该在R&D和生产阶段就采用具有更高数据吞吐量和准确性的仪器和系统。
由于显示器测量采用了类似于传统CMOS和双极性硅圆晶领域常见的探针和参数测试仪，该市场已经成为Keithley自然涉足领域之一。多年以来，Keithley已经为CMOS和双极性IC代工厂，以及有源点阵液晶二极管（AMLCD）显示器领域的关键制造商提供了半导体特性分析系统和参数测试仪器。其中，这些AMLCD制造客户大部分位於亚洲。事实上，有源点阵FPD方面的测量和测试技术与其他半导体测试技术在本质上是一致的。但是，我们也发现了一些明显的差异之处，这就需要通过全新的技术去测试和测量。
在原型设计和生产设备方面，显示器OEM厂商和半导体代工厂采用了明显不同的测试型式。一般来说，在显示器测试中，由于探针外形比较大，同传统半导体晶圆测试相比，相关仪器离待测装置(DUT)更远。这样一来，长距离测量必将导致布线长度方面的问题，如比较大的寄生电容和噪声这样的长度问题, 并可能降低敏感度，增加测量持续时间，而且会降低产量——这正好与我们的期望相反。为了避免这些问题，在测试新型显示器时，常常需要对测量工艺和测试设备进行一些必要的创新和修正。
非晶硅LCD的测试
从手机到PDA、笔记本电脑和台式电脑监视器，以及大多数电视应用领域，用于AMLCD的传统技术——非晶矽(a-si)依然占有主导性市场份额。这是由于其技术不断完善和具有较低成本优势，虽然a-si薄膜晶体管（TFT）器件速度慢、体积大，并且比新型LTPS LCD需要更大的外部电流。在目前的第五代和第六代产品中，人们普遍采用a-si基体技术来制造更大面积的显示器，制造商们甚至于通过批量生产和提高产量的方法，正在努力地降低生产成本。
由于成本是一个占主导地位的考虑因素，制造测试时间必须控制到最小。一般情况下，在生产环境中通常只进行一些关键性能测量，其中包括：
• Id-Vg曲线扫除，带有上/下磁滞曲线
•电压阈值Vth
• 正向(on)电流
• 漏(off)电流IL
• 开关(响应)时间
• 接触链路的电阻和电容
这些测量借助于几个测试单元组合（TEG），在LCD面板的外侧边沿附近进行。有时，也对个别的工作像素进行测量，以检查一致性，而且铟/锡氧化物(ITO)导电层可进行现场检查。
在FPD中，用以分析有源元件特性的典型系统包括DC源表(SourceMeter)、一个开关矩阵(允许通过一套测试仪器，对多个待测器件进行测试)、一个探针台，以及用以连接各种单元的布线。由於玻璃基体面板的尺寸很大，FPD生产设备也趋向相当大的外形，而且采用高度自动化控制，其中包括用于与LCD TEG和工作像素进行连接的相关探针台。这就使采集类测量仪器变得复杂，复杂度几乎接近信号源。要将探针卡和仪器测试头连接起来，大家会很自然地采用电缆，但是这个普通的解决方案却会造成其他测量问题。
要对LCD TFT进行参数描述，一般需要在断开状态，对漏电流进行敏感度相当高的测量。如果电压阈值和次阈值(漏)电流太高，就会产生鬼影（image ghosting），因此IL一定要在几fA（10-15A）的水平下测量。如同其他的低电流现象一样，门极漏电流对器件的性能来说也十分重要。
通常，在配置一个FPD特性分析系统的时候，观察者倾向于将精力集中于DC参数仪器方面，而疏忽系统的其他配置，如布线、探针卡等。事实上，系统的这部分配置很可能就是噪声的根源，因为如果电缆质量差或屏蔽性不好，开关系统较大的漏电流通常会直接出现在信号链路中。
对于超低电流测量来说，采用一台紧密集成的参数分析系统是相当重要的，其中不但包括测定仪器，而且还有测试夹具、探针台、开关系统、连接、布线、接地，以及屏蔽等，因此要求测试工程师站在系统层面观察问题。即使对于一个适当配置的系统来说，以下问题也会影响测量噪声、准确性和生产率:
• 布线及其产生的寄生电容和分路阻抗
• 接地/屏蔽/指导方针
• 开关矩阵的偏移量和漏电流
• 探针卡和测试头的设计
• 仪器噪声和解决时间
• 环境电气噪声的水平和类型
• TEG装置及其相关的测试策略
用独特的解决方案解决独特的测试问题
为了将由上述问题所导致的错误、噪声和测试时间降低到最小，必须采用有效的测量测试技术。通常，这需要采用独特的测量方案，来解决特别的器件、材料和设备方面的独特问题。凭借30多年的半导体、LCD和无源器件测试经验，Keithley开发了一套创新方案，用以从导电层和绝缘氧化物，到完整的多单元显示器（multi-element displays）之间的所有测试。例如，Keithley公司型号为4200-SCS的半导体特性分析系统提供为LCD器件测试提供了一个低噪声平台。4200-SCS采用模块化设计，带有本机或遥远前置放大器，以及灵活的图形化用户界面（GUI）软件环境，允许用户通过定制满足典型的FPD制造测试。
通常，当DUT信号非常小(也就是，信号噪音比很小) 的时候，系统噪音对测量数据的完整性影响最大。因为要独立地对信号进行放大，而不放大与其相伴随的噪声的话，那是很困难的。很明显，在FPD测试中，影响低电平测量准确性的关键是如何提高信噪比。
4200-SCS的噪声标称值只有大约0.2%，这意谓着在最低电流范围内峰-峰值噪声只有几个fA（10-15A）。通过适当的信号平均处理，还可以进一步降低噪声。如果因此引起测试产量方面的问题，其远程低噪声前置放大选项允许将测量降低到次fA水平。
为了获得如此的敏感度水平，前置放大器一般固定在探针上。采用这个布局后，在放大之前信号路径只有很短距离(仅仅相当于探针的长度)。然后，被放大的信号流经电缆和开关矩阵，进入测量硬件内部。
通过缩短电缆长度使测量调整时间大大减少，这种布局对提高测试产量具有明显的好处，同时，也大大降低了寄生电容。借助于Keithley的全线矩阵开关系统，还可以进一步提高测试产量，因为该产品允许将多个DUT同时连接到测试系统上。Keithley的低漏电流矩阵开关卡是特别为超低电流测量而设计的。
作者：Charles Cimino and David Rose。进一步信息，请参考美国吉时利仪器公司（Keithley Instruments, Inc.）技术白皮书《New Test Realities for Evolving FPD Technologies》，网址为http://www.keithley.com/data?asset=10558。
