數據存儲單元及顯示系統的製作方法

2023-06-07 15:53:31 2

專利名稱：數據存儲單元及顯示系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種存儲陣列的數據存儲單元，特別涉及一種利用熱載子應力存儲數據的數據存儲單元。
背景技術：
在主動矩陣顯示器中，需要存儲與顯示器的操作有關的數據。舉例而言，顯示畫面所需的驅動電壓，或是液晶材料的特性。如果主動矩陣顯示器不需額外使用記憶裝置，則可降低成本。

發明內容
本發明提供一種存儲陣列，包括至少兩數據存儲單元。這些數據存儲單元利用熱載子應力損害存儲數據。每一數據存儲單元具有一第一端、一第二端以及一第三端。當第二及第三端之間的 一第 一跨壓接近或大於一第一臨界電壓，並且第一及第三端之間的一第二跨壓大於一第二臨界電壓時，這些數據存儲單元為一第一寫入操作。
當這些數據存儲單元為 一第 一讀取操作時，這些數據存儲單元的第一跨壓為一第一電壓，並且檢測由該第三端流向該第一端的一第一電流。由該第三端流向該第 一端的該第 一 電流被一未應力電流分割，用以判斷這些數據存儲單元是否發生應力。
當這些數據存儲單元為 一第二讀取操作時，該第 一及第二端之間的一第 一反相跨壓為 一第二電壓，並且檢測由該第 一端流向該第三端的 一第二電流。由該第一端流向該第三端的該第二電流被一未應力電流分割，用以判斷這些數據存儲單元是否發生應力。
本發明另提供一種顯示系統，包括一存儲陣列。存儲陣列具有至少兩數據存儲單元。數據存儲單元利用熱載子應力損害存儲數據。每一數據存儲單元具有一第一端、 一第二端以及一第三端。當第二及第三端之間的一第一跨壓接近或大於一第一臨界電壓，並且第一及第三端之間的一第二跨壓大於一第二臨界電壓時，數據存儲單元為一第一寫入操作。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特
舉出優選實施例，並配合附圖，作詳細說明如下


圖1為本發明的電晶體在應力及測量下的示意圖。圖2顯示在第一讀取操作下，電晶體的漏極與源極之間的跨壓與漏極電流之間的關係曲線。
圖3顯示在第一讀取操作下，應力前後的漏極電流的比例。圖4A為根據本發明的電晶體在應力(寫入操作)下的示意圖。圖4B為根據本發明的電晶體在反相測量(第二讀取操作)下的示意圖。圖5顯示在第二讀取操入下，漏極電流在發生應力前後的比例。圖6顯示在第一次寫入操作下，寫入數據至電晶體的示意圖。圖7顯示在第二次寫入操作下，寫入數據至電晶體的示意圖。圖8顯示在第一次讀取操作下，由電晶體讀取數據的示意圖。圖9顯示在第二次讀取操作下，由電晶體讀取數據的示意圖。圖IO為本發明的存儲陣列的示意圖。圖11為存儲陣列的實際布局的一可能實施例。圖12為利用熱載子應力存儲數據的存儲陣列的一可能實施例。圖13為利用熱載子應力存儲數據的存儲陣列的另一可能實施例。圖14為利用熱載子應力存儲數據的存儲陣列的另 一可能實施例。圖15為可顯示畫面的系統示意圖。符號說明
1000、 1300:存儲陣列；
Row 1 ~Row N 、 Row N+1 、 Row N+2:列線；
Coll ColN、 ColM、 ColM+l、 ColM+2、 ColM+3:行線；
Vcom: 共通電極；
Sw:切換裝置；
Sd:數據存儲單元；
1200:矩陣存儲陣列；
400:顯示面板；
5600:電子裝置； 700:電源供應器。
具體實施例方式
圖1為本發明的電晶體在應力(寫入操作)及測量(第一讀取操作)下的示 意圖。電晶體T1為一金屬氧化物半導體(M0S)電晶體，尤其是低溫多晶矽 (low temperature polycrystalline silicon ; LPTS)薄膜電晶體(thin film transistor),其可提供熱載子應力(hot carrier stressing),電晶體Tl將數字信 息存儲成非易失性(non-volatile)格式。在寫入操作(熱載子應力)下，電晶體 Tl的柵極與源極之間的跨壓V(js接近或大於第一臨界電壓，其漏極與源極 之間的跨壓VDs大於第二臨界電壓。舉例而言，在寫入操作下，電晶體Tl 的柵極與源極之間的跨壓VGs為2.5V,其漏極與源極之間的3爭壓Vos為 16V。在讀取操作下，電晶體Tl的柵極與源極之間的跨壓Vcjs大於第一臨 界電壓。舉例而言，在讀取操作下，電晶體Tl的柵極與源極之間的跨壓 VGS可為3V或5V，其漏極與源極之間的跨壓VDS在0V 5V之間。
圖2顯示在第一讀取操作下，電晶體的漏極與源極之間的跨壓Vds與 漏極電流IDS之間的關係曲線。在應力之前的電晶體Tl的漏極電流IDS如三 角形符號所示。在應力之後，電晶體Tl的漏極電流Ios顯然減少，特別是 在電晶體Tl的漏極與源極之間的跨壓Vos較小時。
圖3顯示在第一讀取操作下，應力前後的漏極電流IDS的比例。如圖所
示，應力之前的漏極電流Ios與應力之後的漏極電流Ios之間的最小比例是
發生在漏極與源極之間的跨壓Vos較小時。當漏極與源極之間的跨壓VDS
增加時，漏極電流Ir)s變化較小，並且應力之前的漏極電流lDS與應力之後
的漏極電流Ios之間的比例較大。因此，要測量電晶體Tl是否發生應力是 很困難的。然而，通過漏極與源極之間的跨壓Vos(較低)，以及柵極與源極 之間的跨壓Vgs(校高)，便可輕易地判斷出電晶體Tl是否發生應力。為了 要測量電晶體是否發生應力，必需將流經電晶體的電流與一些參考電平作 比較。這些參考電平可為預設值，或是由電晶體的特性所決定。由於晶體 管是同時被形成以作為記憶電路，故均有相同的特性。通過兩電晶體，便 可將數據的每一位存儲成一互補(complementary)格式。在此例中，只需要 比較兩電晶體所存儲的數據，因此，不需產生參考電平。圖4A為根據本發明的電晶體在應力(寫入操作)下的示意圖。圖4B為 根據本發明的電晶體在反相測量(第二讀取操作)下的示意圖。在應力下，晶 體管Tl的源/漏極是相反於在測量下的電晶體Tl的源/漏極。
圖5顯示在第二讀取操入下，漏極電流在發生應力前後的比例。在應 力發生在電晶體Tl的漏極端(由應用電壓所決定)時，將發生熱載子損害。 在測量時，如果電晶體Tl的連接反相時，將使用損害區位於通道與源極端 (由應用電壓所決定)間。然後，對於被測量的電流而言，應力的影響與圖5 所示的漏極與源極之間的跨壓VDs之間的相依性很低。另夕卜，相較於圖3, 在相同的跨壓Vos下，電流值大幅減少。通過寫入和讀取技術的改變，在 讀取操作下，漏極與源極之間的跨壓Vos是比較不重要的。
圖6顯示在第一次寫入操作下，寫入數據至電晶體的示意圖。如圖所 示，電晶體的柵極與源極之間的跨壓VGs用以決定是否選擇存儲陣列中的 列或行電晶體。當電晶體的柵極與源極之間的跨壓VGS等於電壓Vwite—select 時，表示選擇電晶體。當電晶體的柵極與源極之間的跨壓V(js等於電壓
Vwrite no select
時，表示不選擇電晶體。
電晶體的漏極與源極之間的跨壓Vds用以決定將數據l(發生應力)或數 據O(未發生應力)寫入皇被選擇的電晶體。如果欲存儲數據l，則電晶體的 漏極與源極之間的跨壓VDS等於發生應力時的電壓。如果欲存儲數據O,則 電晶體的漏極與源極之間的跨壓VDS等於沒有發生應力時的電壓。
圖7顯示在第二次寫入4喿作下，寫入凝:據至電晶體的示意圖。如圖所
示，漏極與源極之間的^爭壓VDs用以決定是否選擇存儲陣列中的列或行晶
體管。當漏極與源極之間的跨壓Vos等於電壓Vstress，表示選擇電晶體，其 中電壓Vstress為發生應力時的電壓。當漏極與源極之間的跨壓VDS等於電壓
Vn。—stress,表示不選擇電晶體，其中電壓Vn。—加ess為未發生應力時的電壓。
電晶體的柵極與源極之間的跨壓Vgs用以決定寫入數據l(發生應力)或 數據O(未發生應力)至被選擇的電晶體。如果欲寫入數據1，則柵極與源極
之間的跨壓Vgs等於Vwite_select。如果欲寫入數據0，則柵極與源極之間的跨
壓Vqs等於Vwite—no—seiect。
圖8顯示在第一次讀取操作下，由電晶體讀取數據的示意圖。如圖所
示，在寫入及讀取時，電晶體的漏極/源極連接均相同。另外，當電晶體的
柵極與源極之間的跨壓Vgs等於Vreadselect,表示選擇電晶體。當電晶體的柵極與源極之間的跨壓Vgs等於Vread—n。_select,表示不選擇電晶體。
圖9顯示在第二次讀取操作下，由電晶體讀取數據的示意圖。如圖所 示，在讀取時的電晶體的漏極/源極連接相反於在寫入時(如第6或7圖所示) 的電晶體的漏極/源極連接。可用來寫入數據的電壓值以及可用來讀取晶體 管的凝:據的電壓值如表1所示
Vwrite selectV"臨界電壓)
V\vrite—no_selectov
Vstress16V
Vno一stressOV
Vread—select5V
Vread_no—sdectOV
Vread0-5V (根據讀取電路操作)
熱載子應力所引起的損害發生在電晶體的通道的漏極端。對N型通道 的電晶體而言，在通道的漏極端具有很大的正電壓。這將造成電晶體的電 流電壓特性不對稱。因此，對電晶體而言，具有四種可能的狀態。第一種 狀態就是電晶體未遭受應力。第二種狀態就是，在電晶體的第一源極/漏極 被連接至一較高的電壓，並且電晶體的第二源極/漏極被連接至一較低的電 壓時，電晶體遭受應力。第三種狀態就是，在電晶體的第一源極/漏極被連 接至一較低的電壓，並且電晶體的第二源極/漏極被連接至一較高的電壓時， 電晶體遭受應力。第四種狀態就是，在電晶體的第一源極/漏極被連接至一 較高的電壓，並且電晶體的第二源極/漏極被連接至一較低的電壓(第一次寫 入操作)時，電晶體遭受應力，並且在電晶體的第一源極/漏極被連接至一較 低的電壓，而電晶體的第二源極/漏極被連接至一較高的電壓(第二次寫入操 作)時，電晶體遭受應力。
電流Il為一流經電晶體的第一源/漏極的電流，此電流比電晶體的第二 源/漏極的電流大。電流12為一流經電晶體的第二源/漏極的電流，此電流 比電晶體的第一源/漏極的電流大。當電晶體操作在飽和區時，測量電流Il 及12。在線性區時，電流II及12之間的差異4艮小。第一種狀態就是電流 II及12均大於參考電流IR。第二種狀態就是電流Il大於電流I2。第三種狀態就是電流I2大於電流Il。第四種狀態就是電流Il及12均小於參考電 流IR。
在其它實施例中，這四種狀態可分別對應數據00、 01、 lO以及ll。也 可利用這四種狀態提供限制再次寫入能力。舉例而言，存儲陣列的每一數 據存儲單元可通過兩次機會，存儲數據。在第一次的機會中，第一狀態可
代表數據O,第二狀態可代表數據1。在其它實施例中，在第二次的機會中， 第一及第二狀態代表數據O,第三及第四狀態代表數據1。也可只利用第二 及第三狀態，將一位的數據存儲在每一電晶體中。只利用第二及第三狀態 的優點在於，不需額外的參考電流。舉例而言，如果電流Il大於電流I2, 則表示存儲數據l,如果電流I2大於電流Il,則表示存儲數據0。
圖10為本發明的存儲陣列的示意圖。如圖所示，存儲陣列1000具有 多個數據存儲單元。這些數據存儲單元利用熱載子應力存儲數據。每一晶 體管形成在行線(colmim line)與列線(row line)之間的交叉點，並且耦接行 線、列線以及一共通電極Vcom。存儲陣列具有多個行線(Col 1 ColN)以及 多個列線(Row l-Row N)。
圖11為存儲陣列1100的實際布局的一可能實施例。如圖所示，列線 RowN、 RowN+l以及RowN+2形成在第一金屬層。列線Col M、 Col M+l 、 Col M+2、 Col M+3以及共通電極Vcom形成在第二金屬層。耦接到列線 Col M以及Col M+l的電晶體通過同一條共通電極線，連接到共通電極 Vcom。
圖12為利用熱載子應力存儲數據的存儲陣列的一可能實施例。熱載子 應力可能會增加電晶體的漏電流。如果漏電流過大時，將可能降低測量晶 體管電流的效能。多個切換裝置(切換電晶體)Sw以及數據存儲單元(存儲晶 體管)Sd構成矩陣存儲陣列1200。矩陣存儲陣列1200包括，行線Col l~Col M以及列線Rowl RowN。每一切換裝置Sw耦接一行線、 一列線以及一 相對應的數據存儲單元Sd。每一數據存儲單元Sd耦接一相對應的切換裝 置Sw、 一共通柵極電極VS(Lgate以及共通電才及Vcom。
圖13為利用熱載子應力存儲數據的存儲陣列的另一可能實施例。每一 數據存儲單元Sd耦接在兩相鄰行線之間。存儲陣列1300不需共通電極， 但需額外的列線。耦接到兩相鄰行線的兩翁:據存儲單元的柵極耦接到不同 的列線。寫入數據至同一列的電晶體，或是讀取同一列電晶體所存儲的數
9據時，需要執行兩步驟。在同一時間，同一列的電晶體只有一半可以被存 取。
圖14為利用熱載子應力存儲數據的存儲陣列的另一可能實施例。每一 數據存儲單元為低摻雜漏極(light doped drain; LDD)電晶體。
圖15為可顯示畫面的系統示意圖。在本實施例中，畫面可顯示在顯示 面板400或電子裝置600。如圖所示，顯示面板400具有圖IO所示的存儲 陣列1000。顯示面板400可為電子裝置(600)的一部分。 一般而言，電子裝 置600可包含顯示面板400以及電源供應器700。存儲陣列1000可設置在 顯示面板400的基板(baseboard)之上，或是其它電路之外，用以存儲一些顯 示面板400的設定數據或是隱含數據(default data)。另外，電源供應器700 耦接顯示面板400，用以提供電源予顯示面板400。舉例而言，電子裝置600 可為行動電話、數字相機(DSC)、個人數字助理(PDA)、筆記型計算機、桌 上型計算機、電視、車用顯示器、全球定位系統(GPS)、航空用顯示器或是 可攜式DVD播放器。
雖然本發明已以優選實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤 飾，因此本發明的保護範圍當視所附權利要求書所界定者為準。
權利要求
1. 一種顯示系統，包括一存儲陣列，包括至少兩數據存儲單元，利用熱載子應力損害存儲數據，其中每一數據存儲單元具有一第一端、一第二端以及一第三端，當該第二及第三端之間的一第一跨壓接近或大於一第一臨界電壓，並且該第一及第三端之間的一第二跨壓大於一第二臨界電壓時，這些數據存儲單元為一第一寫入操作。
2. 如權利要求1所述的顯示系統，其中當該第一及第二端之間的一第一 反相3爭壓接近或大於該第一臨界電壓，並且該第一及第三端之間的該第二 跨壓大於該第二臨界電壓時，這些數據存儲單元為一第二寫入操作，當這 些數據存儲單元存儲兩位時，這些數據存儲單元執行該第一及第二寫入操 作。
3. 如權利要求1所述的顯示系統，其中當這些數據存儲單元為一第一讀 取操作時，這些數據存儲單元的第一跨壓為一第一電壓，並且檢測由該第 三端流向該第 一端的 一第 一 電流，由該第三端流向該第 一端的該第 一 電流 被一未應力電流分割，用以判斷這些數據存儲單元是否發生應力。
4. 如權利要求1所述的顯示系統，其中當這些數據存儲單元為一第二讀 取操作時，該第一及第二端之間的一第一反相^爭壓為一第二電壓，並iU企 測由該第 一端流向該第三端的 一第二電流，由該第 一端流向該第三端的該 第二電流被一未應力電流分割，用以判斷這些數據存儲單元是否發生應力。
5. 如權利要求1所述的顯示系統，其中當這些數據儲單元存儲兩位時， 將一第 一 電流與 一第二電流作比較，該第 一 電流由該第三端流向該第 一端， 該第二電流由該第一端流向該第三端，或是將該第一及第二與一參考電流 作比較，用以判斷這些數據存儲單元的一存儲狀態。
6. 如權利要求1所述的顯示系統，其中這些數據存儲單元形成一矩陣存 儲陣列，該矩陣存儲陣列包括，多個行線以及多個列線，每一數據存儲單 元耦接相對應行線、相對應列線以及一共通電極，這些列線形成在一第一 金屬層之上，這些行線以及該共通電極形成在一第二金屬層之上，相鄰的 數據存儲單元共用一共通電極線，用以連接該共通電極。
7. 如權利要求1所述的顯示系統，其中這些數據存儲單元以及多個切換裝置形成一矩陣存儲陣列，該矩陣存儲陣列包括，多個行線以及多個列線， 每一切換裝置耦接相對應行線、相對應列線以及相對應數據存儲單元，每 一數據存儲單元耦接相對應切換裝置以及一共通電極。
8. 如權利要求1所述的顯示系統，其中這些數據存儲單元形成一矩陣存 儲陣列，該矩陣存儲陣列包括，多個行線以及多個列線，每一數據存儲單 元耦接於相鄰的兩行線之間，在相鄰行線的這些數據存儲單元的柵極耦接 不同的列線。
9. 如權利要求1所述的顯示系統，其中這些數據存儲單元為低摻雜漏極 電晶體。
10. 如權利要求1所述的顯示系統，還包括 一電子裝置，該電子裝置 包括一顯示面板以及一電源供應裝置，該電源供應裝置供電予該顯示面板， 該存儲陣列為該顯示面板的一部分，該電子裝置為一行動電話、 一數字相 機、 一個人數字助理、 一筆記型計算機、 一桌上型計算機、 一電視、 一車 用顯示器、 一全球定位系統、 一航空用顯示器或是一可攜式DVD播放器。
全文摘要
數據存儲單元及顯示系統。存儲陣列包括至少兩數據存儲單元。這些數據存儲單元利用熱載子應力損害存儲數據。每一數據存儲單元具有一第一端、一第二端以及一第三端。當第二及第三端之間的一第一跨壓接近或大於一第一臨界電壓，並且第一及第三端之間的一第二跨壓大於一第二臨界電壓時，這些數據存儲單元為一第一寫入操作。
文檔編號G09G3/20GK101471020SQ20081018251
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月8日 優先權日2007年12月25日
發明者奈格爾·D·楊格, 約翰·R·艾爾斯, 馬丁·J·愛德華茲 申請人:統寶光電股份有限公司