JP4736313B2 - 薄膜半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明によれば、絶縁性基板上に、少なくとも、結晶性シリコン膜を活性層とするnチャネル型の薄膜トランジスタ(TFT)及びpチャネル型のTFTを備える薄膜半導体装置において、nチャネル型及びpチャネル型のうち少なくとも1方のチャネル型のTFTが、閾値電圧の異なる複数種のTFTを含み、異なるチャネル型の中に同一のドーパントがチャネル領域に略等しい濃度で導入されたTFTを含む構成としてもよい。
本発明においては、前記TFTのチャネル領域にドーパントを含むものと含まないものとの2種類のTFTを含む構成としてもよい。
本発明においては、絶縁性基板上に、結晶性シリコン膜を活性層とするnチャネル型及びpチャネル型の薄膜トランジスタを有し、nチャネル型及びチャネル型のうち少なくとも一方のチャネル型の複数の薄膜トランジスタは,閾値電圧が互いに異なる複数種に分けられる、薄膜半導体装置において、電源電流の経路の1部を構成し、直列形態に接続されている、少なくとも1つの相対的に閾値電圧の低いTFTと、少なくとも1つの相対的に閾値電圧の高いTFTを有し、前記閾値電圧の高いTFTは、該TFTの制御端子に加える制御信号により、オン・オフ制御される構成としてもよい。
まず、本発明の第1の実施例に係る2種類のVTのTFTを備えるアナログ回路について、図8を参照して説明する。図8は、本発明の構造を差動増幅回路に適用した例を示す回路図である。以下の説明にあたって、TFTは高VT、低VTとも絶縁ゲート型トランジスタとする。
次に、本発明の第2の実施例に係る2種類のVTのTFTを備えるアナログ回路について、図9を参照して説明する。図9は低VT−TFTを差動段(図9の23)に適用し、差動対101、102およびカレントミラー回路103、104を低VT−TFTで形成し、差動対およびカレントミラー回路の電流パスを遮断するスイッチ501を高VT−TFTで形成した差動増幅回路である。差動対101、102およびカレントミラー回路103、104以外は全てスイッチ501と同様の高VT−TFTで形成されている。
次に、本発明の第3の実施例に係る2種類のVTのTFTを備えるアナログ回路について、図10を参照して説明する。図10は本発明の構造を差動増幅回路に適用した別の例を示す回路図である。
次に、本発明の第4の実施例に係る2種類のVTのTFTを備えるアナログ回路について、図11を参照して説明する。図11は、本発明の構造を差動増幅回路に適用した例を示す回路図である。
次に、本発明の第5の実施例に係る2種類のVTのTFTを備える絶縁基板上に形成した画像表示装置用回路について、図12乃至図15を参照して説明する。図12は、本発明を液晶表示装置に適用した例を示す図であり、図13は、有機EL表示装置に適用した例を示す図である。又、図14及び図15は、その具体的な回路構成を示す図である。
さらに追加して本発明の第6の実施例に係る2種類のVTのTFTを備えるアナログ回路について、図17を参照して説明する。図17は、本発明を差動増幅器に適用した別の実施例の回路構成を示す図である。
次に、低VT−TFTと高VT−TFTの構成を、差動増幅回路以外の増幅回路について適用した実施例について説明する。図18は、本発明の第7の実施例のソースフォロワ増幅回路の実施例の回路構成を示す図である。図18を参照すると、本実施例のソースフォロワ増幅回路は、高電位側電源端子13と出力端子12との間に直列形態で接続されたnチャネルトランジスタ111とpチャネルスイッチトランジスタ511と、低電位側電源端子14と出力端子12との間に直列形態で接続した電流源112とnチャネルスイッチトランジスタ512とを備えている。nチャネルトランジスタ111のゲートには入力電圧Vinが与えられ、トランジスタ512、511のゲートには、制御信号S1およびその反転信号S1Bがそれぞれ与えられる。このソースフォロワ増幅回路は、制御信号S1、S1Bがそれぞれハイレベル、ローレベルのとき、活性化され、制御信号S1、S1Bがそれぞれローレベル、ハイレベルのとき、非活性化される。図18の増幅回路の作用は、Vinが上昇すると、nチャネルトランジスタ111がソースフォロワ動作して出力電圧Voutを引き上げ、入力電圧Vinからトランジスタ111のゲート・ソース間電圧だけずれた電圧で安定する。またVinが低下すると、nチャネルトランジスタ111は一旦オフ状態となり、出力電圧Voutは電流源112の放電作用により引き下げられ、電圧VinとVoutの電位差がトランジスタ111の閾値電圧を超えたところで再びトランジスタ111がオンとなり、入力電圧Vinからトランジスタ111のゲート・ソース間電圧だけずれた電圧で安定する。図18の増幅回路ではトランジスタ111が低VT−TFTで形成され、他のトランジスタは高VT−TFTで形成される。これによる効果は、トランジスタ111の閾値電圧が下がるため増幅回路のダイナミックレンジが拡大するとともにソースフォロワの動作速度も向上する。一方、トランジスタスイッチ511、512は高VT−TFTで形成されるので、増幅回路停止時でもリーク電流による消費電力増加は生じない。
次に本発明の第8の実施例について、図19を参照して説明する。低VT−TFTを適用した図8乃至図11、図17、図18に示す差動増幅回路の各実施例では、高電位側電源端子13から低電位側電源端子14への電流パスを遮断するための専用のスイッチトランジスタが個別に設けられている。これに対して、本実施例は、高VT−TFTに、スイッチ機能を併せて持たせたものである。
2 アンダーコート層
3 多結晶シリコン膜
3a アモルファスシリコン膜
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 層間絶縁膜
7 電極
8 ノンドープ領域
9a、9d Bドープ領域
9b、9c Pドープ領域
10a、10b、10c レジストパターン
11、11a、11b 入力端子
12 出力端子
13 高電位側電源端子
14 低電位側電源端子
20 低VT−TFTを含むアナログ回路
21 低VT−TFTで構成したスイッチ
22 高VT−TFTで構成したスイッチ
23 差動段
24 差動段
30 差動増幅回路
31 絶縁基板(TFT基板)
32 表示部
33 ゲートドライバ
34 データドライバ
35 電源回路
36 表示コントローラ
37 メモリ
38 コモンドライバ
40 差動増幅回路
41 TFT
42 ゲート線
43 データ線
44 コモン線
45 液晶容量
46 蓄積容量
51 スイッチングTFT
52 ゲート線
53 データ線
54 電流制御TFT
55 OLED
100 増幅回路
101、102、201、202 差動対
103、104、203、204、913、914 カレントミラー回路
105、107、205、207、915 電流源
106、901 Pチャネルトランジスタ
131、132 相補型スイッチ
200 階調電圧発生回路
206、902 Nチャネルトランジスタ
300 デコーダ
400 ラッチ
500 出力端子群
501〜503、601、602、903、904 トランジスタスイッチ
504、604 トランジスタスイッチ
511 Pチャネルトランジスタ
512 Nチャネルトランジスタ
600 メモリセルアレイ
700 データ入力バッファ
800 データ出力バッファ
900 センスアンプ
951 低VT−TFTスイッチ
Claims (12)
- 絶縁性基板上に、少なくとも、多結晶シリコン膜を活性層とするnチャネル型の薄膜トランジスタ(TFT)及びpチャネル型のTFTを備える薄膜半導体装置において、
同一チャネル型の中に、閾値電圧の異なる複数種のTFTを含み、
異なるチャネル型の中に、同一のドーパントがチャネル領域に略等しい濃度で導入されたTFTを含み、
前記閾値電圧の異なる複数種のTFTは、
チャネル領域にP型又はN型の一方のドーパントを含むTFTと、
チャネル領域にP型及びN型の双方のドーパントを含むTFTと、
により構成される、ことを特徴とする薄膜半導体装置。 - 回路動作時にアイドリング電流を必要とするアナログ回路部と、スイッチと、を少なくとも備え、
前記アナログ回路部は、前記閾値電圧の異なる複数種のTFTのうちの閾値電圧の低いTFTを前記アイドリング電流の電流パス上に含んで構成され、
前記スイッチは、前記閾値電圧の異なる複数種のTFTのうちの閾値電圧の高いTFTで構成されることを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。 - 前記アナログ回路部は、前記アイドリング電流の電流パス上に前記スイッチを含み、該スイッチにより前記アイドリング電流が遮断されることを特徴とする請求項2記載の薄膜半導体装置。
- 前記アナログ回路部は、前記スイッチによる前記アイドリング電流の導通、遮断により該回路の動作、停止が制御されることを特徴とする請求項3記載の薄膜半導体装置。
- 前記アナログ回路部は、入力端子、出力端子及び電源端子の各端子間の前記アイドリング電流の電流パス経路に前記閾値電圧の低いTFTを含む場合には、該電流パス経路上に前記スイッチを含むことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一に記載の薄膜半導体装置。
- 前記閾値電圧の高いTFT及び前記閾値電圧の低いTFTは、共にエンハンスメント型であることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一に記載の薄膜半導体装置。
- 前記アナログ回路部は、増幅回路、電源回路、又は、比較器のいずれか一を含むことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一に記載の薄膜半導体装置。
- 前記アナログ回路部は、少なくとも差動対に前記閾値電圧の低いTFTを含み、該差動対の電流パス経路上に前記スイッチを含む差動増幅回路であることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか一に記載の薄膜半導体装置。
- 絶縁性基板上に、表示部と該表示部を駆動するための回路部とが一体で形成され、前記回路部に、請求項2乃至8のいずれか一に記載のアナログ回路部とスイッチとを含むことを特徴とする表示装置。
- 絶縁性基板上に、少なくとも、結晶性シリコン膜を活性層とするnチャネル型の薄膜トランジスタ(TFT)及びpチャネル型のTFTを備える薄膜半導体装置において、
nチャネル型及びpチャネル型のうち少なくとも一方のチャネル型のTFTが、閾値電圧の異なる複数種のTFTを含み、異なるチャネル型の中に同一のドーパントがチャネル領域に略等しい濃度で導入されたTFTを含む、ことを特徴とする薄膜半導体装置。 - nチャネル型TFTとpチャネル型TFTのうち少なくとも一方のチャネル型のTFTは、閾値の高低に関して、2つ又は3つ以上の種類に分類される、ことを特徴とする請求項10記載の薄膜半導体装置。
- 前記閾値電圧の異なる複数種のTFTとして、
電源端子間、又は、電源端子と入力/出力端子間の電流経路内に、直列形態に接続されている、少なくとも1つの相対的に閾値電圧の低いTFTと、少なくとも1つの相対的に閾値電圧の高いTFTと、
を有し、
前記閾値電圧の高い前記TFTは、前記TFTの制御端子に加える制御信号により、オン・オフ制御され、前記相対的に閾値電圧の低いTFTを含む回路の活性化・非活性化を制御する、ことを特徴とする請求項1又は10記載の薄膜半導体装置。
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