[发明专利]操作电容薄膜晶体管阵列的方法

说明书

本发明涉及TFT(薄膜晶体管)阵列的操作，并且更具体地涉及对用于扫描电容矩阵阵列的TFT的操作。

已知利用薄膜晶体管阵列(TFT)为矩阵元件编址。例如，一种进行指纹检查的方法是，设置一个电极矩阵，作为相应各电容器其中的一个极板。例如参见图1，将与该阵列接近的含脊状部分(ridge)和谷状部分(valley)的手指作为相应电容器的第二个极板。可以将阵列中电容器的电容值转化为与阵列接近的手指印的电子图像。

通过以已知的顺序，xy扫描该阵列和检测电容值，可以形成电子图像。通过一个测量电容器上电荷的步骤，可以间接地确定电容值。接连扫描两次阵列。在第一次扫描中，通过TFT对每一个电容器编址，并对其预充电到已知电压V_p。相应电容器上所带的电荷是C_iV_p，其中C_i是相应阵列电容器的电容。在第二次扫描中，对相应的阵列电容器进行放电。也就是说，移走电荷和进行积分，以提供输出电压值。检测到的电压值与电容值直接相关。

现在考虑在除硅之外的基片上形成TFT的处理过程，例如形成所扫描的电容器阵列。该处理过程不如通常的集成电路处理技术精确。这种不精确会给所制造的电路系统带来不希望的特性。例如，如果首先通过在底层的基片上沉积栅极，和然后在栅极上形成TFT主体，形成的晶体管通常具有不希望的较大的栅极-源极和栅极-漏极重叠电容。其次，形成的器件通常具有不希望的较大阈值电压，和必然需要较大的激励电压，等等。

考虑这些特性多么可能影响电容器阵列指纹检测器工作。通过可以检测到的最大和最小电容值之间的比率，或者适当地通过可以检测到的最大和最小相关电荷之间的比率，给出电容器阵列指纹检测器的动态范围。假设最大电容和与脊状部分接近的电极有关并且相应于Qmax的电荷，并且最小电容相应于Qmin的电荷。因此所预期的动态范围是Qmax/Qmin。阵列中的最小电容值与不和手指任何部分接近的电极有关。期望其值仅由杂散电容决定，并且可能是非常小的一个恒值。

由于经济的原因，可以在非晶硅技术中形成TFT阵列。这些晶体管的工作特性需要比较大的扫描脉冲施加给这些晶体管的栅极。将较大的栅极脉冲电压至少部分地耦合给相应的源极和漏极。因此当将一个特定的TFT控制关断时，将从相关的阵列电容器中耦合出一些电荷。在下一次扫描期间，当为了检测控制导通TFT时，大概相等数量的电荷将耦合返回到阵列电容器上。本发明人已经发现该假设是错误的，并因此提出本发明。

具有较大电容值的阵列电容器明显地具有比TFT的栅极-漏极和栅极-源极的重叠电容更大的电容。照这样，在栅极关断期间在此处耦合的一些电荷不会明显改变电极(电容器)电压。在这种情况下，当施加关断栅极电位时，将如所预期的一样关断晶体管。

另一方面，具有比较小电容值的阵列电容器可以具有相同数量级的电容值，或者仅仅比TFT的栅极-漏极和栅极-源极重叠电容稍微大一些。在这种情况下，可以有效地关断耦合到阵列电容器电极的栅极电压。电容器的栅极电压可能超过TFT的导通值(即，阈值)，因此将阻止立即关断和隔离TFT与电容器电极。最后电容器对断开TFT的点充电。作为这种充电的结果，在电容器上产生附加电荷ΔQ，附加电荷ΔQ与指纹相关的电容不相关。这将导致减小检测系统的动态范围。所期望系统的Qmax/Qmin的动态范围实际上是Qmax/(Qmin+ΔQ)。

本发明人认识到，可以利用在关断脉冲跃变之后发生的电容器充电，其优点在于提高视在动态范围。在前述动态范围比率中，如果电荷Qmin和ΔQ的极性相反，电荷ΔQ将抵消一些Qmin电荷，并且分母将趋向于零，从而有效地增加视在动态范围。此外将通过下面的附图描述本发明。

图1是现有技术的扫描电容器阵列的局部示意图。

图2是更详细地表示图1中阵列的一个单元的示意图。

图3是表示在TFT栅极脉冲关断跃变(transition)之前和之后，立即伴随阵列电容器的电压波形图。

图4是本发明实施例的TFT扫描阵列的示意图。

将在电容阵列指纹检测器的环境中描述本发明；但是，会发现其具有较为广阔的用途。通常，本发明可以在许多扫描阵列中使用，在这些阵列中使用相对较大的扫描脉冲，并且扫描TFT与包含一些电容的高阻抗元件相连。