JP2013167455A - 温度センサー及び温度計測方法、電気光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】温度を計測する計測セルは、薄膜トランジスターと容量素子とを備える。薄膜トランジスターでは、チャンネル形成領域とドレイン領域との間にLDD領域が形成され、LDD領域における第一導電型不純物の濃度はドレイン領域における第一導電型不純物の濃度よりも低い。容量素子は薄膜トランジスターのドレイン領域に接続される。薄膜トランジスターのオフ電流のゲート電圧依存性が非常に弱いので、薄膜トランジスターの閾値電圧が多少変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。更に、オフ電流の温度依存性が強くなるので、計測温度分解能を向上させる事ができる。
【選択図】図4
Description
又、特許文献2に記載の温度センサーは、薄膜トランジスター性能の僅かな変動(特に閾値電圧の変動)によって、計測値が大きく異なり、信頼性が低いという課題があった。
この様に、従来の温度センサーは、計測結果の信頼性が低く、計測分解能も低いという課題があった。換言すれば、高性能で実用的な温度センサーが存在しない、という課題があった。又、従来の電気光学装置では、電気光学装置その物の温度が正確に計測されず、それ故に電気光学装置の表示性能が正しく制御されないという課題があった。
この構成によれば、薄膜トランジスターのオフ電流のゲート電圧依存性が非常に弱くなるので、薄膜トランジスターの特性(閾値電圧)が或る程度変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。更に、オフ電流の温度依存性が強くなるので、計測温度分解能を向上させる事ができる。
この構成によれば、薄膜トランジスターのオフ電流のゲート電圧依存性が非常に弱くなるので、薄膜トランジスターの特性(閾値電圧)が或る程度変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。更に、オフ電流の温度依存性が強くなるので、計測温度分解能を向上させる事ができる。又、オフセット領域はチャンネル形成領域と同じ工程で作成されるので、余分な製造工程が増えずに容易に温度センサーを製造する事ができる。
この構成によれば、適用例2に記載の効果に加え、真性半導体層を形成するだけで、チャンネル形成領域とオフセット領域とが作成されるので、余分な製造工程が増えずに容易に温度センサーを製造する事ができる。
ドレイン領域は第一導電型不純物を含んでいるので、この構成によれば、準備期間に薄膜トランジスターはオン状態となり、計測期間にはオフ状態となる。オフ状態のドレイン電流はゲート電圧に殆ど依存しないので、薄膜トランジスターの特性(閾値電圧)が或る程度変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。
計測セルは数マイクロメーターと小さくし得るので、この構成によれば、空間分解能が数マイクロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。加えて、温度の計測期間に薄膜トランジスターは自己発熱しないので、正確な温度計測を実現できる。更に、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲を対象として温度を計測するか、或いは第一容量素子と第二容量素子とが異なった温度範囲を対象として温度を計測するので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。更に、薄膜トランジスターのオフ電流のゲート電圧依存性が非常に弱くなるので、薄膜トランジスターの特性(閾値電圧)が或る程度変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。換言すれば、信頼性が高く、精密測定が可能で、広い温度範囲を計測する、実用的な面状温度センサーを実現できる。
この構成によれば、空間分解能が数マイクロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。加えて、温度の計測期間に薄膜トランジスターは自己発熱しないので、正確な温度計測を実現できる。更に、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲を対象として温度を計測するか、或いは第一容量素子と第二容量素子とが異なった温度範囲を対象として温度を計測するので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。更に、薄膜トランジスターのオフ電流のゲート電圧依存性が非常に弱くなるので、薄膜トランジスターの特性(閾値電圧)が或る程度変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。又、オフセット領域はチャンネル形成領域と同じ工程で作成されるので、余分な製造工程が増えずに容易に温度センサーを製造する事ができる。換言すれば、信頼性が高く、精密測定が可能で、広い温度範囲を計測する、実用的な面状温度センサーを容易に実現できる。
この構成によれば、適用例6に記載の効果に加え、真性半導体層を形成するだけで、チャンネル形成領域とオフセット領域とが作成されるので、余分な製造工程が増えずに容易に温度センサーを製造する事ができる。
この構成によれば、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子とで比較的高い温度範囲を対象として温度計測をし、第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子とで比較的低い温度範囲を対象として温度計測をするので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を行う事ができる。
第一計測用薄膜トランジスターも第二計測用薄膜トランジスターも、ドレイン領域は第一導電型不純物を含んでいるので、この構成によれば、準備期間にこれらの薄膜トランジスターはオン状態となり、計測期間にはオフ状態となる。オフ状態のドレイン電流はゲート電圧に殆ど依存しないので、薄膜トランジスターの特性(閾値電圧)が或る程度変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。
電気光学装置の性能は多くの場合温度依存性を有するので、この構成によれば、電気光学装置の使用時に温度を計測し、その温度に適する様に電気光学装置を駆動する事ができる。従って、様々な温度状態において、電気光学装置の性能を可能な範囲で最大に発揮させる事ができる。又、電気光学装置が薄膜トランジスターを構成要件としている場合は、電気光学装置の製造時に温度センサーを一緒に製造できるので、電気光学装置その物の温度計測が可能になり、而も新たな製造工程を付加する必要もなくなる。
「温度センサーの概要」
図1は、本実施形態に係わる温度センサーを模式的に示す斜視外観図である。以下、図1を用いて、まず温度センサーの概要を説明する。
図2は、本実施形態に係わる温度センサーの計測原理を説明する図である。以下、図2を参照して、温度を計測する原理を説明する。
図3は、本実施形態に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、図3を参照して、温度センサーの回路を説明する。尚、N型薄膜トランジスターのソース領域ドレイン領域は、両者を比較して電位の高い方がドレイン領域になり、電位の低い方がソース領域となる。参考の為に、図3には各薄膜トランジスターのソース領域ドレイン領域をそれぞれsとdとで記載してある。
温度センサー1は計測回路3と出力回路4、第一選択回路51、第一処理回路52、第二選択回路61、第二処理回路62とを有する。計測回路3には計測セル(i,j)がM行N列の行列状に配置されている。MとNは1以上の整数である(1≦i≦M、1≦j≦N)。第一選択回路51は第一の方向に関してM行の行線R(i)から特定の一本の行線を選択する。従って、第一選択回路51は行選択回路でもある。第一選択回路51にはシフトレジスターやデコーダーが使用される。第一処理回路52は第一選択回路51からの選択信号を計測に適する様に加工する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや、高速で安定的に行線を選択する様にバッファーを備える。第二選択回路61は第二の方向に関してN列の列線CL(j)から特定の一本の列線を選択する。従って、第二選択回路61は列選択回路でもある。第二選択回路61にはシフトレジスターやデコーダーが使用される。第二処理回路62は第二選択回路61からの選択信号を計測に適する様に加工する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや、高速で安定的に列線を選択する様にバッファーを備える。
第二処理回路62は、上述の回路の他に、列選択トランジスターT3CとT4Cとを含む。列選択トランジスターT3CとT4Cとは、列毎にペアとなって設けられる。出力回路4はLDOUT及びXLDOUTとして計測結果を出力する。これらの回路の内で、計測回路3と出力回路4、第二処理回路62の内の列選択トランジスターT3CとT4Cとが薄膜トランジスターで形成される。本実施形態では、これらの他に第一選択回路51と第一処理回路52、第二選択回路61、もCMOS構成の(N型及びP型の)薄膜トランジスターで形成されていたが、第一選択回路51と第一処理回路52、第二選択回路61、第二処理回路62の内の列選択トランジスターT3CとT4C以外の回路は、外付けのシリコンICチップにて形成されても良い。
図4は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際に、回路を駆動させるタイミングチャートを説明する図である。以下、図4を参照して、温度センサーを用いた計測方法を説明する。
温度センサーを使用する際には、低頻度測定モードと高頻度測定モードとを設けても良い。低頻度測定モードとは高頻度測定モードに備えて低頻度で計測を繰り返している期間で有る。高頻度測定モードでは、温度センサーは高頻度で計測を繰り返している。例えば、温度センサーを水道の凍結防止帯に内蔵させて使用する場合、暖かな日中は低頻度測定モードとし、気温が低下し始めて凍結しそうな期間を高頻度測定モードとする。或いは、温度の時間変化が緩やかな場合に低頻度測定モードとし、温度の時間変化が急激な場合には高頻度測定モードとする。
図5は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際の等価回路図である。次に、図5を参照して、高感度で高性能な計測を実現する為の条件を示す。以下、第一薄膜トランジスターT1をT1と略称する。第二薄膜トランジスターT2から第七薄膜トランジスターT7も同様に略す。尚、T3のドレイン領域電位をV3で表し、T4のドレイン領域電位をV4、T7のドレイン領域電位をV7、で表す。
図6は、本実施形態に係わる温度センサーで使用される各種回路の平面レイアウトを説明する図で、(a)は出力回路、(b)は列選択トランジスター、(c)は計測セル(i,j)である。以下、図6を参照して、これらの回路の平面レイアウトを説明する。
図7は、本実施形態に係わる温度センサーで使用される薄膜トランジスターT0の断面構造を説明する図である。以下、図7を参照して、薄膜トランジスターT0の断面構造を説明する。
温度センサー1では、柔軟性を有するプラスチックフィルムの基板2に薄膜回路を形成してあるが、ここでは温度センサー1の製造方法を述べる。具体的には、最初にガラス基板に形成された薄膜回路を剥離して、プラスチックフィルムに転写する方法で温度センサー1を製造する。
図8は、比較例であるセルフアライン構造のN型薄膜トランジスターの伝達特性が温度依存性を有する様子を示している。以下、図8の比較例を参照して、本実施形態(図2)の効果を説明する。
薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できるため、空間分解能が数マイクロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。又、トランジスターの自己発熱の影響を受ける事なく、正確な温度計測が可能になる。更に、LDD構造の薄膜トランジスターでは、オフ電流のゲート電圧依存性が非常に弱くなるので、薄膜トランジスターの特性(閾値電圧)が或る程度変動しても、計測値は正しい値から殆どずれず、計測結果への信頼性を著しく向上させる事ができる。又、オフ電流の温度依存性が強いので、計測温度分解能を向上させる事ができる。更に、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲を対象として温度を計測するので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
「回路がPMOSにて形成されている形態」
図9は、変形例1に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、本変形例に係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
本変形例(図9)は実施形態1(図3)と比べて、温度センサー1の回路を構成する薄膜トランジスターの伝導型が異なっている。それ以外の構成は、実施形態1とほぼ同様である。
「T0がオフセット構造の形態」
図7を用いて説明する。尚、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。実施形態1では、薄膜トランジスターT0として、LDD構造が採用されていたが、これ以外に本変形例が示す様に、オフセット構造としても良い。即ち、薄膜トランジスターT0は半導体層SLを有し、半導体層SLにはチャンネル形成領域Cとソース領域Sとドレイン領域Dとオフセット領域OSとが形成され、オフセット領域OSはチャンネル形成領域Cとドレイン領域Dとの間に位置する。オフセット領域OSは更にチャンネル形成領域Cとソース領域Sとの間にも設けても良い。要するに図7にてLDD領域Lとした領域をオフセット領域OSとしても良い。この場合、ドレイン領域Dは第一導電型不純物を含み、オフセット領域OSにおける半導体純度は、チャンネル形成領域Cにおける半導体純度にほぼ等しい。半導体純度とは、半導体原子数と第一導電型不純物原子数と第二導電型不純物原子数との和に対する半導体原子数の比である。従って、チャンネル形成領域Cが真性の場合には、オフセット領域OSも真性である。又、チャンネル形成領域Cが第一導電型不純物や第二導電型不純物を含んでいる場合には、オフセット領域OSも第一導電型不純物や第二導電型不純物を含んでおり、これらの不純物濃度はチャンネル形成領域Cとオフセット領域OSとでほぼ等しい。容量素子Cpの一つの電極はドレイン領域Dに接続される。チャンネル形成領域Cとオフセット領域OSとを真性半導体として、第一導電型不純物の濃度も第二導電型不純物の濃度もほぼゼロ(即ち、半導体純度をほぼ100%)としても良い。尚、第一導電型不純物や第二導電型不純物の濃度がほぼゼロとは、第一導電型不純物や第二導電型不純物の原子密度(単位体積当たりの原子数)が1×1018cm-3程度以下になっている事を意味する。シリコンの原子密度が5.0×1022cm-3で、ゲルマニウムの原子密度が4.4×1022cm-3で、ガリウム砒素の原子密度が4.4×1022cm-3であるので、第一導電型不純物や第二導電型不純物の濃度がほぼゼロとは、厳密には第一導電型不純物や第二導電型不純物の濃度が23×10-6(23ppm)以下の状態を意味する。従って、同様に、半導体純度がほぼ100%とは、厳密には、半導体純度が99.9977%程度以上の状態を意味する。
「T0が下ゲート構造の形態」
図10は、変形例3に係わる薄膜トランジスターT0の断面構造を説明する図である。以下、本変形例に係わる温度センサー1にて使用されている薄膜トランジスターT0の断面構造について説明する。尚、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
本変形例(図10)は実施形態1(図7)と比べて、温度センサー1にて使用されている薄膜トランジスターT0の断面構造が異なっている。それ以外の構成は、実施形態1とほぼ同様である。
「温度センサーを電気光学装置に備えた形態」
電気光学装置は、上述の実施形態或いは変形例に記載の温度センサー1を備えている。電気光学装置とは電気信号に応じて表示を変え得る電子機器であり、具体的には液晶表示装置や有機EL表示装置、電気泳動表示装置などである。これらの電気光学装置は薄膜トランジスターを用いた回路基板を有し、電気光学装置の性能は、多くの場合、温度依存性を示す。まず、薄膜トランジスターその物が、上述の如く温度依存性を示すので、回路基板の動作も温度依存性を示す事になる。更に、液晶表示装置では液晶の粘度が温度依存性を示し、有機EL表示装置では発光層におけるエキシトンの寿命が温度依存性を示し、電気泳動表示装置では電気泳動材料の泳動性が温度依存性を示す。即ち、電気光学装置で使用される液晶材料や有機EL材料、電気泳動材料などの電気光学材料が温度依存性を示し、これらを制御する回路基板も温度依存性を示している。こうした事から、電気光学装置の性能は、温度依存性を示す事になる。
Claims (10)
- 温度を計測する計測セルを含む温度センサーであって、
前記計測セルは、薄膜トランジスターと容量素子とを少なくとも備え、
前記薄膜トランジスターは半導体層を有し、前記半導体層にはチャンネル形成領域とソース領域とドレイン領域とライトリードープトドレイン領域とが形成され、
前記ライトリードープトドレイン領域は前記チャンネル形成領域と前記ドレイン領域との間に位置し、
前記ドレイン領域と前記ライトリードープトドレイン領域とは第一導電型不純物を含み、
前記ライトリードープトドレイン領域における前記第一導電型不純物の濃度は、前記ドレイン領域における前記第一導電型不純物の濃度よりも低く、
前記容量素子は前記ドレイン領域に接続される事を特徴とする温度センサー。 - 温度を計測する計測セルを含む温度センサーであって、
前記計測セルは、薄膜トランジスターと容量素子とを少なくとも備え、
前記薄膜トランジスターは半導体層を有し、前記半導体層にはチャンネル形成領域とソース領域とドレイン領域とオフセット領域とが形成され、
前記オフセット領域は前記チャンネル形成領域と前記ドレイン領域との間に位置し、
前記ドレイン領域は第一導電型不純物を含み、
前記オフセット領域における半導体純度は、前記チャンネル形成領域における半導体純度と同程度で、
前記容量素子は前記ドレイン領域に接続される事を特徴とする温度センサー。 - 前記チャンネル形成領域における半導体純度はほぼ100%である事を特徴とする請求項2に記載の温度センサー。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の温度センサーを用いた温度計測方法であって、
準備期間と計測期間とを含み、
前記準備期間には、前記チャンネル形成領域の少なくとも一部は第一導電型とされ、
前記計測期間には、前記チャンネル形成領域の少なくとも一部は第二導電型とされる事を特徴とする温度計測方法。 - 温度を計測する計測セルを含む温度センサーであって、
前記計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子と、第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子と、を少なくとも備え、
前記第一計測用薄膜トランジスターと前記第二計測用薄膜トランジスターとは半導体層を有し、前記半導体層にはチャンネル形成領域とソース領域とドレイン領域とライトリードープトドレイン領域とが形成され、
前記ライトリードープトドレイン領域は前記チャンネル形成領域と前記ドレイン領域との間に位置し、
前記ドレイン領域と前記ライトリードープトドレイン領域とは第一導電型不純物を含み、
前記ライトリードープトドレイン領域における前記第一導電型不純物の濃度は、前記ドレイン領域における前記第一導電型不純物の濃度よりも低く、
前記第一容量素子は前記第一計測用薄膜トランジスターの前記ドレイン領域に接続され、
前記第二容量素子は前記第二計測用薄膜トランジスターの前記ドレイン領域に接続され、
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅と前記第二計測用薄膜トランジスターの幅とが異なるか、又は、前記第一容量素子の容量と前記第二容量素子の容量とが異なる事を特徴とする温度センサー。 - 温度を計測する計測セルを含む温度センサーであって、
前記計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子と、第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子と、を少なくとも備え、
前記第一計測用薄膜トランジスターと前記第二計測用薄膜トランジスターとは半導体層を有し、前記半導体層にはチャンネル形成領域とソース領域とドレイン領域とオフセット領域とが形成され、
前記オフセット領域は前記チャンネル形成領域と前記ドレイン領域との間に位置し、
前記ドレイン領域は第一導電型不純物を含み、
前記オフセット領域における半導体純度は、前記チャンネル形成領域における半導体純度と同程度で、
前記第一容量素子は前記第一計測用薄膜トランジスターの前記ドレイン領域に接続され、
前記第二容量素子は前記第二計測用薄膜トランジスターの前記ドレイン領域に接続され、
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅と前記第二計測用薄膜トランジスターの幅とが異なるか、又は、前記第一容量素子の容量と前記第二容量素子の容量とが異なる事を特徴とする温度センサー。 - 前記チャンネル形成領域における半導体純度はほぼ100%である事を特徴とする請求項6に記載の温度センサー。
- 前記第一計測用薄膜トランジスターの幅をW01とし、前記第一容量素子の容量をC1とし、前記第二計測用薄膜トランジスターの幅をW02とし、前記第二容量素子の容量をC2とした際に、C1/W01の値がC2/W02の値の8倍から50倍の範囲にある事を特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載の温度センサー。
- 請求項5乃至8のいずれか一項に記載の温度センサーを用いた温度計測方法であって、
準備期間と計測期間とを含み、
前記準備期間には、前記第一計測用薄膜トランジスターのチャンネル形成領域の少なくとも一部と、前記第二計測用薄膜トランジスターのチャンネル形成領域の少なくとも一部とは、第一導電型とされ、
前記計測期間には、前記第一計測用薄膜トランジスターのチャンネル形成領域の少なくとも一部と、前記第二計測用薄膜トランジスターのチャンネル形成領域の少なくとも一部とは、第二導電型とされる事を特徴とする温度計測方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一項、又は請求項5乃至8のいずれか一項、に記載の温度センサーを備えた事を特徴とする電気光学装置。
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