JPH07333292A - Transistor characteristics evaluating apparatus - Google Patents

Transistor characteristics evaluating apparatus

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JPH07333292A
JPH07333292A JP12410394A JP12410394A JPH07333292A JP H07333292 A JPH07333292 A JP H07333292A JP 12410394 A JP12410394 A JP 12410394A JP 12410394 A JP12410394 A JP 12410394A JP H07333292 A JPH07333292 A JP H07333292A
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JP
Japan
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transistor
electrode
thin film
source
gate
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Application number
JP12410394A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Kawabata
賢 川畑
Mitsuo Kamiko
充雄 上子
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07333292A publication Critical patent/JPH07333292A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a wide dynamic range and to rapidly measure by providing a square wave generator connected to a gate electrode and a logarithmic amplifier connected to a source (or a drain) electrode. CONSTITUTION:A predetermined voltage Vd is applied from a constant-voltage power source 6 to the drain electrode DO (or the source electrode SO) of a transistor to be inspected, and a square wave such as a sawtooth wave, etc., is input from a square wave generator 7 to the gate electrode GE. The waveform obtained from the electrode SO (or the electrode GE) is measured by a logarithmic amplifier 8 having a large dynamic range. Thus, the transistor characteristics of the extremely wide fine current range of a measuring range can be accurately measured by special calculation and evaluated. Accordingly, this apparatus can be applied to the evaluation of a thin film transistor which is required for the six digit or more dynamic range in a fine current range like the dynamic characteristics of the thin film transistor for a liquid crystal display unit.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電界効果型トランジス
タ、特に、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ
などの動特性を測定して評価する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a device for measuring and evaluating dynamic characteristics of a thin film transistor used in a liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタは、ガラス基板上に容
易に形成できる特徴を有していることから、液晶表示装
置のスイッチング素子として、最近急速に重要性が増し
てきている。図6は、薄膜トランジスタをスイッチ素子
に用いたアクティブマトリックス液晶表示装置の等価回
路の一構成例を示すものである。図6において多数のゲ
ート配線G1,G2,…,Gnと、多数のソース配線S1,
S2,…,Smとがマトリックス状に配線され、各ゲート
配線Gはそれぞれ走査回路1に、各信号配線Sはそれぞ
れ信号供給回路2に接続され、各線の交差部分に薄膜ト
ランジスタ(スイッチ素子)3が設けられ、この薄膜ト
ランジスタ3のドレイン電極にコンデンサとなる蓄積容
量部4と液晶素子5とが接続されて回路が構成されてい
る。
2. Description of the Related Art Since a thin film transistor has a feature that it can be easily formed on a glass substrate, its importance as a switching element of a liquid crystal display device has recently been rapidly increasing. FIG. 6 shows a configuration example of an equivalent circuit of an active matrix liquid crystal display device using thin film transistors as switch elements. In FIG. 6, a large number of gate lines G1, G2, ..., Gn and a large number of source lines S1,
S2, ..., Sm are wired in a matrix form, each gate wiring G is connected to the scanning circuit 1, each signal wiring S is connected to the signal supply circuit 2, and a thin film transistor (switch element) 3 is provided at the intersection of each line. A circuit is formed by connecting the storage capacitor portion 4 serving as a capacitor and the liquid crystal element 5 to the drain electrode of the thin film transistor 3.

【0003】図7と図8は、図6に等価回路で示した従
来のアクティブマトリックス液晶表示装置において、ゲ
ート配線Gとソース配線Sなどの部分を基板上に備えた
薄膜トランジスタアレイ基板の一構造例を示すものであ
る。図7と図8に示す薄膜トランジスタアレイ基板にお
いては、ガラスなどの透明の基板6上に、ゲート配線G
とソース配線Sとがマトリックス状に配線されている。
また、ゲート配線Gとソース配線Sとの交差部分の近傍
に薄膜トランジスタ3が設けられている。そして、前記
アクティブマトリックスディスプレイ基板と対向させて
他の基板を配置し、両者の基板間に液晶を封入して液晶
表示装置が構成されるようになっている。
FIG. 7 and FIG. 8 show an example of the structure of a thin film transistor array substrate in the conventional active matrix liquid crystal display device shown in the equivalent circuit of FIG. 6 in which parts such as gate wiring G and source wiring S are provided on the substrate. Is shown. In the thin film transistor array substrate shown in FIGS. 7 and 8, the gate wiring G is formed on the transparent substrate 6 such as glass.
And the source lines S are arranged in a matrix.
Further, the thin film transistor 3 is provided near the intersection of the gate line G and the source line S. Then, another substrate is arranged so as to face the active matrix display substrate, and liquid crystal is sealed between the two substrates to form a liquid crystal display device.

【0004】図7と図8に示す薄膜トランジスタ3はエ
ッチストッパ型の一般的な構成のものであり、ゲート配
線Gとこのゲート配線Gから引き出して設けたゲート電
極8上に、ゲート絶縁膜9を設け、このゲート絶縁膜9
上にアモルファスシリコン(a-Si)からなる半導体
膜10を設け、更にこの半導体膜10上に導電材料から
なるドレイン電極11とソース電極12とを相互に対向
させて設けて構成されている。なお、半導体膜10の最
上層にはイオンをドープしたアモルファスシリコンなど
のオーミックコンタクト膜10aが形成され、その上に
ドレイン電極11とソース電極12とで挟まれた状態で
エッチングストッパー13が形成されている。また、ゲ
ート電極8は上層部のゲート絶縁膜8aと下層部のゲー
ト配線8bとからなる二重構造にされるとともに、ドレ
イン電極11の上からドレイン電極11の側方側にかけ
て透明電極材料からなる透明画素電極15が形成されて
いる。
The thin film transistor 3 shown in FIGS. 7 and 8 has a general structure of an etch stopper type, and a gate insulating film 9 is formed on a gate wiring G and a gate electrode 8 drawn from the gate wiring G. Provided, this gate insulating film 9
A semiconductor film 10 made of amorphous silicon (a-Si) is provided on the semiconductor film 10, and a drain electrode 11 and a source electrode 12 made of a conductive material are provided on the semiconductor film 10 so as to face each other. An ohmic contact film 10a of ion-doped amorphous silicon or the like is formed on the uppermost layer of the semiconductor film 10, and an etching stopper 13 is formed on the ohmic contact film 10a sandwiched between the drain electrode 11 and the source electrode 12. There is. The gate electrode 8 has a double structure composed of an upper layer gate insulating film 8a and a lower layer gate wiring 8b, and is made of a transparent electrode material from above the drain electrode 11 to the lateral side of the drain electrode 11. The transparent pixel electrode 15 is formed.

【0005】また、前記ゲート絶縁膜9と透明画素電極
15とソース電極12などの上を覆ってこれらの上にパ
ッシベーション膜16が設けられている。このパッシベ
ーション膜16上には図示略の配向膜が形成され、この
配向膜上方に液晶が設けられてアクティブマトリックス
液晶表示装置が構成されていて、前記透明画素電極15
によって液晶の分子に電界を印加すると液晶分子の配向
制御ができるようになっている。
Further, a passivation film 16 is provided on the gate insulating film 9, the transparent pixel electrode 15, the source electrode 12, etc. so as to cover them. An alignment film (not shown) is formed on the passivation film 16, and liquid crystals are provided above the alignment film to form an active matrix liquid crystal display device.
By applying an electric field to the liquid crystal molecules, the orientation of the liquid crystal molecules can be controlled.

【0006】ところで図9は、図7と図8に示す構造の
薄膜トランジスタアレイ基板におけるチャネル長を示す
ための説明図である。チャネル部とは、キャリアが移動
する半導体膜10におけるソース・ドレイン間の部分を
示す。この構造においては、プロセスの最小パターンを
示す加工寸法をS、プロセスの余裕度をΔLとすると、
チャネル長L=S+2ΔLとなる。なお、図9の半導体
層10内の矢印はキャリアの移動経路を示している。
By the way, FIG. 9 is an explanatory view showing the channel length in the thin film transistor array substrate having the structure shown in FIG. 7 and FIG. The channel portion means a portion between the source and drain in the semiconductor film 10 where carriers move. In this structure, if the processing dimension showing the minimum process pattern is S and the process margin is ΔL,
The channel length L = S + 2ΔL. The arrows in the semiconductor layer 10 in FIG. 9 indicate carrier movement paths.

【0007】次に図10はチャネル保護膜型の薄膜トラ
ンジスタアレイ基板を示すもので、この例の構造におい
ては、半導体膜10’上にオーミックコンタクト予備膜
を積層し、その上にソース電極12’とドレイン電極1
1’を形成した後にこれらをマスクとしてオーミックコ
ンタクト予備膜をエッチングしてオーミックコンタクト
膜10a’、10a’を形成し、それらの上に保護膜1
6’を形成することで構成されている。そして、この構
造においてはソース・ドレイン間の距離がチャネル長L
となる。なお、図10の半導体層10’内の矢印はキャ
リアの移動経路を示している。
Next, FIG. 10 shows a channel protection film type thin film transistor array substrate. In the structure of this example, an ohmic contact preliminary film is laminated on a semiconductor film 10 'and a source electrode 12' is formed thereon. Drain electrode 1
After forming 1 ′, the ohmic contact preliminary film is etched using these as a mask to form ohmic contact films 10a ′ and 10a ′, and the protective film 1 is formed thereon.
6'is formed. In this structure, the distance between the source and drain is the channel length L.
Becomes The arrow in the semiconductor layer 10 'of FIG. 10 indicates the carrier movement path.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な薄膜トランジスタを開発する上においては、その電気
特性を正確に理解することが必要となる。特に、ゲート
電圧に対するドレイン電流特性(IdーVg特性)は重
要なパラメータを求めるための測定項目として広く用い
られている。従来、このIdーVg特性を測定するに
は、専用の測定装置が見あたらないので、単結晶シリコ
ンFET(電解効果型トランジスタ)用に開発された静
特性測定用の装置を代用していた。この装置を用いた測
定装置と測定方法について以下に概略を説明する。
By the way, in developing the above-mentioned thin film transistor, it is necessary to understand its electrical characteristics accurately. In particular, the drain current characteristic with respect to the gate voltage (Id-Vg characteristic) is widely used as a measurement item for obtaining an important parameter. Conventionally, a dedicated measuring device has not been found for measuring the Id-Vg characteristic, and therefore, a device for measuring static characteristics developed for a single crystal silicon FET (field effect transistor) has been used instead. A measuring device and a measuring method using this device will be outlined below.

【0009】図11に示す構造の薄膜トランジスタ1の
ドレインDOに、1pA〜1mA以上まで(1×10-9
A〜1×10-3A)測定可能な微小電流計2を介してド
レイン電圧を発生させる定電圧電源3を接続する。次に
薄膜トランジスタ1のゲートGEにランプ状またはステ
ップ状に電圧可変できる電源4を接続し、ソースSOを
接地する。このように構成した装置を用いてIdーVg
特性を測定するには、ゲート電圧を約1V/sec、あ
るいは、それ以上に遅い速度で掃引してドレイン電流を
微小電流計2で測定することで行っている。
In the drain DO of the thin film transistor 1 having the structure shown in FIG. 11, 1 pA to 1 mA or more (1 × 10 −9
A to 1 × 10 −3 A) A constant voltage power source 3 for generating a drain voltage is connected via a measurable minute ammeter 2. Next, the gate GE of the thin film transistor 1 is connected to a power supply 4 capable of varying the voltage in a ramp shape or a step shape, and the source SO is grounded. Id-Vg was measured by using the device configured as described above.
To measure the characteristics, the gate voltage is swept at about 1 V / sec or slower than that and the drain current is measured by the minute ammeter 2.

【0010】ところが、前記微小電流計2は微小電流を
測定しなければならないこと、測定レンジが広いこと
(例えば1pA〜1mAの範囲であって6ケタ以上の測
定レンジが必要)により、電流積分・アンプゲイン切り
換えが必要となるために、高速の掃引ができない問題が
ある。例えば、前記構造の装置を用い、図8に示すよう
な構造であってチャネル部(キャリアが移動するa-S
i半導体膜10のソース・ドレイン間の領域)の幅
(W)/チャネル長(L)=12/7、Vd=11Vと
して静特性を求めた結果を図12に示す。ただし、前記
の構造の装置では、動特性が測定できないので、液晶表
示装置への応用において重要とされる10〜20mse
cの領域でのTFTのオフ特性を把握することができな
いので、高速で掃引して動特性を測定できる装置が望ま
れていた。
However, since the minute ammeter 2 has to measure a minute current and has a wide measurement range (for example, a range of 1 pA to 1 mA and a measurement range of 6 digits or more is required), the current integration / Since the amplifier gain needs to be switched, there is a problem that high-speed sweep cannot be performed. For example, using the device having the above structure, the structure as shown in FIG.
FIG. 12 shows the results of static characteristics obtained with the width (W) / channel length (L) of the i-semiconductor film 10 (region between the source and drain) = 12/7 and Vd = 11V. However, in the device having the above structure, the dynamic characteristics cannot be measured, so that 10 to 20 mse which is important in the application to the liquid crystal display device.
Since the off characteristics of the TFT in the region c cannot be grasped, a device capable of sweeping at a high speed to measure the dynamic characteristics has been desired.

【0011】一方、薄膜トランジスタの重要なパラメー
タであるTFTオフ時のリーク電流(Ioff)において
は、一般に、静特性と動特性が異なることが知られてい
る。例えば、T.Motaiらは、TFTのオン時とオ
フ時のソースフォロア負荷抵抗をゲートパルスに同期し
て切り換え、動特性を評価したと発表している。(T.Mo
tai et-al "Dinamic Characteristics of Off-State Am
orphous-Silicon ThinFilm Transistors", TECHNICAL D
IGEST Japan-Korea Joint Symposium onInformationDis
play, Oct. 1991.)
On the other hand, it is generally known that the leak current (Ioff) when the TFT is off, which is an important parameter of the thin film transistor, has different static characteristics and dynamic characteristics. For example, T. Motai et al. Have announced that the source follower load resistance at the time of turning on and off the TFT is switched in synchronization with the gate pulse to evaluate the dynamic characteristics. (T.Mo
tai et-al "Dinamic Characteristics of Off-State Am
orphous-Silicon ThinFilm Transistors ", TECHNICAL D
IGEST Japan-Korea Joint Symposium onInformationDis
play, Oct. 1991.)

【0012】しかしこの方法は、オン時とオフ時の各1
ポイントのみにおけるドレイン電流のみの測定であり、
薄膜トランジスタのIdーVg特性の動特性を完全に測
定できる方法ではなかった。即ち、薄膜トランジスタの
静特性と動特性は異なるので、実際の環境での動作を考
えた場合、動特性の測定は重要なポイントとなる。しか
しながら動特性の測定を実現するためには、前記微小電
流の高速測定を実現させた上に、6ケタ以上の広いダイ
ナミックレンジに対応する高速測定技術が必要となる問
題があった。
However, this method requires one each for ON and OFF.
It is a measurement of drain current only at points,
It was not a method capable of completely measuring the dynamic characteristics of the Id-Vg characteristics of thin film transistors. That is, since the static characteristic and the dynamic characteristic of the thin film transistor are different, the measurement of the dynamic characteristic is an important point when considering the operation in an actual environment. However, in order to realize the measurement of the dynamic characteristics, there has been a problem that a high speed measurement technique corresponding to a wide dynamic range of 6 digits or more is required in addition to realizing the high speed measurement of the minute current.

【0013】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、広いダイナミックレンジを確保し、高速測定がで
きるので、トランジスタのIdーVg特性の動特性評価
ができるとともに、薄膜トランジスタに寄生容量が生じ
ていてもこの影響を打ち消して更に高速かつ正確な測定
ができるトランジスタ特性評価装置の提供を目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances. Since a wide dynamic range can be secured and high-speed measurement can be performed, dynamic characteristics of Id-Vg characteristics of a transistor can be evaluated, and parasitic capacitance occurs in the thin film transistor. However, it is an object of the present invention to provide a transistor characteristic evaluation device capable of canceling out this influence and performing higher speed and more accurate measurement.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、ドレイン電極とソース電極と
ゲート電極を備えてなるトランジスタの特性評価装置に
おいて、ゲート電極に接続される角形波発生装置と、ド
レイン電極とソース電極のどちらか一方に接続される電
源と、この電源が接続されていないソース電極とドレイ
ン電極のどちらか一方に接続される対数アンプを具備し
てなるものである。
According to a first aspect of the present invention, in order to solve the above problems, in a transistor characteristic evaluation device including a drain electrode, a source electrode, and a gate electrode, a prism connected to the gate electrode is used. It comprises a wave generator, a power supply connected to either the drain electrode or the source electrode, and a logarithmic amplifier connected to either the source electrode or the drain electrode not connected to the power supply. is there.

【0015】請求項2記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項1記載のトランジスタ特性評価装置にお
いて、トランジスタを駆動するゲート電圧の逆位相電圧
を印可する反転増幅器が、対数アンプの入力端子に、容
量を介し接続されてなるものである。
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in the transistor characteristic evaluation device according to the first aspect, an inverting amplifier for applying a reverse phase voltage of a gate voltage for driving a transistor is an input of a logarithmic amplifier. It is connected to the terminal via a capacitor.

【0016】請求項3記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項2記載のトランジスタ特性評価装置にお
いて、容量として被測定用のトランジスタと同一構造の
補償用トランジスタが組み込まれてなるものである。
According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the transistor characteristic evaluation apparatus according to the second aspect is configured so that a compensation transistor having the same structure as the transistor under measurement is incorporated as a capacitance. is there.

【0017】請求項4記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項1、2または3記載のトランジスタを透
明基板上に形成されたゲート配線とソース配線の交差部
分に形成された薄膜トランジスタとしたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in order to solve the above problems, the transistor according to the first, second or third aspect is a thin film transistor formed at a crossing portion of a gate wiring and a source wiring formed on a transparent substrate. It was done.

【0018】請求項5記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項4に記載のトランジスタ特性評価装置に
おいて、薄膜トランジスタのゲート電極とソース電極と
が絶縁膜を介し絶縁され、ゲート電極とソース電極の間
の絶縁層が寄生容量とされてなるものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in order to solve the above problems, in the transistor characteristic evaluation device according to the fourth aspect, the gate electrode and the source electrode of the thin film transistor are insulated from each other through an insulating film, and the gate electrode and the source are insulated from each other. The insulating layer between the electrodes serves as a parasitic capacitance.

【0019】[0019]

【作用】トランジスタのドレイン電極あるいはソース電
極に電源から所定の電圧を印可し、ゲート電極に角形波
発生装置からの角形波を入力し、電源が接続されていな
いソース電極からあるいはドレイン電極から得られる波
形をダイナミックレンジの大きな対数アンプで計測する
ので、測定レンジの極めて広い微小電流域のトランジス
タ特性を特別な演算処理を行うことなく正確に計測して
評価する。従って、液晶表示装置用薄膜トランジスタな
どの動特性の測定のように、微小電流域において6桁あ
るいはそれ以上のダイナミックレンジが要求されるトラ
ンジスタの動特性評価に本発明装置を適用できる。
Function: A predetermined voltage is applied from the power supply to the drain electrode or the source electrode of the transistor, and a square wave from the square wave generator is input to the gate electrode, which is obtained from the source electrode or the drain electrode to which the power supply is not connected. Since the waveform is measured with a logarithmic amplifier with a large dynamic range, the transistor characteristics in a very small current range with an extremely wide measurement range can be accurately measured and evaluated without any special arithmetic processing. Therefore, the device of the present invention can be applied to the dynamic characteristic evaluation of a transistor which requires a dynamic range of 6 digits or more in a minute current region, such as measurement of dynamic characteristics of thin film transistors for liquid crystal display devices.

【0020】次に、液晶表示装置用の薄膜トランジスタ
のように、ゲート電極とソース電極間に寄生容量が付加
されるものにおいて微小電流域において広いダイナミッ
クレンジで計測する必要がある場合は、対数アンプの入
力側に、角形波発生装置の出力を反転して出力する反転
増幅器を接続し、この反転増幅器からの波形を補償容量
を介して対数アンプに入力することで寄生容量によるカ
ップリング電流分を補償してキャンセルすることがで
き、これにより正確なトランジスタ特性の評価が可能に
なる。補償容量の調整には、トランジスタのドレイン電
極を解放した状態で動作させ、対数アンプの出力が最低
になるように調整すれば良い。また、寄生容量の影響を
除くことができるので、対数アンプに通常許容される5
0Hz程度の測定周波数限界まで計測精度が向上する。
Next, when it is necessary to measure in a wide dynamic range in a minute current region in a thin film transistor for liquid crystal display devices in which a parasitic capacitance is added between a gate electrode and a source electrode, a logarithmic amplifier is used. An inverting amplifier that inverts and outputs the output of the square wave generator is connected to the input side, and the waveform from this inverting amplifier is input to the logarithmic amplifier via the compensation capacitor to compensate for the coupling current component due to parasitic capacitance. Then, the transistor characteristics can be canceled, which enables accurate evaluation of the transistor characteristics. The compensation capacitance may be adjusted by operating the transistor with the drain electrode of the transistor open so that the output of the logarithmic amplifier is minimized. In addition, since the influence of parasitic capacitance can be eliminated, 5
The measurement accuracy is improved up to the measurement frequency limit of about 0 Hz.

【0021】更に、寄生容量によるカップリング電流分
を完全に除去して更に精度良い測定を行うためには、先
の補償容量の代わりに、測定しようとするトランジスタ
と同一構造の補償用トランジスタを組み込み、反転増幅
器から送られる波形の反転波形を補償用トランジスタを
介して対数アンプ側に入力する。また、この際の反転増
幅器のゲインは1で良くなり、その調整も簡単にでき
る。
Further, in order to completely remove the coupling current component due to the parasitic capacitance and perform more accurate measurement, a compensation transistor having the same structure as the transistor to be measured is incorporated in place of the compensation capacitance. The inverted waveform of the waveform sent from the inverting amplifier is input to the logarithmic amplifier side through the compensation transistor. Further, the gain of the inverting amplifier at this time is set to 1, and the adjustment can be easily performed.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の第1実施例に
ついて説明する。図1は、本発明に係る評価装置の第1
実施例を示すもので、この例の装置は、ドレイン電極D
Oとソース電極SOとゲート電極GEを有する薄膜トラ
ンジスタ1に接続されるものであり、ドレイン電極DO
に接続されるドレイン用の定電圧電源6と、ゲート電極
GEに接続されるノコギリ波などの角形波発生装置7
と、ソース電極SOに接続される対数アンプ8を主体と
して構成されている。また、ドレイン電源6とノコギリ
波などの角形波発生装置7と対数アンプ8のそれぞれに
おいて薄膜トランジスタ1に接続されない側の極は接地
されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first evaluation device according to the present invention.
An example is shown, and the device of this example has a drain electrode D
The drain electrode DO is connected to the thin film transistor 1 having O, the source electrode SO, and the gate electrode GE.
Constant-voltage power supply 6 for drain connected to the gate and a square wave generator 7 such as a sawtooth wave connected to the gate electrode GE
And a logarithmic amplifier 8 connected to the source electrode SO. Further, in each of the drain power source 6, the square wave generator 7 such as a sawtooth wave, and the logarithmic amplifier 8, the pole not connected to the thin film transistor 1 is grounded.

【0023】前記対数アンプ8の測定帯域は、通常、1
×10-9〜1×10-3Aであるが、実用サイズのTFT
のオフ電流は約1×10-13〜10-12A、オン電流は1
×10-6〜10-5Aである。このギャップを埋めるため
には、被測定対象であるTFTのチャネル幅(W)/チ
ャネル長(L)は、実用サイズの1000倍程度にする
必要がある。例えばW/L=8640μm/7μmなる
関係に設定できる。ただし、この値は、TFTサイズを
大きくしたことによるプロセスの影響を出さないために
はWを可変にすることが好ましい。ここで、ドレイン電
流とソース電流は等しいために、対数アンプ8を接続す
るのはソース電極SO側でもドレイン電極DO側でもか
まわないが、この実施例ではソース電極SO側に接続し
てある。ノコギリ波の電圧レベルは、例えば−20〜2
0Vとすることができるが、これも観測するべきゲート
電圧レベルに合わせて適宜変更すれば良い。
The measurement band of the logarithmic amplifier 8 is usually 1
TFT of a practical size, although it is in the range of 10 −9 to 1 × 10 −3 A
Has an off current of approximately 1 × 10 −13 to 10 −12 A and an on current of 1
× 10 −6 to 10 −5 A. To fill this gap, the channel width (W) / channel length (L) of the TFT to be measured needs to be about 1000 times the practical size. For example, the relationship of W / L = 8640 μm / 7 μm can be set. However, it is preferable to make W variable so that this value does not affect the process due to the increase in the TFT size. Since the drain current and the source current are equal to each other, the logarithmic amplifier 8 may be connected to either the source electrode SO side or the drain electrode DO side, but in this embodiment, the logarithmic amplifier 8 is connected to the source electrode SO side. The voltage level of the sawtooth wave is, for example, -20 to 2
It can be set to 0V, but this may be changed as appropriate according to the gate voltage level to be observed.

【0024】前記装置を用い、W/L=8640μm/
7μmなる関係のチャネル保護膜型構造の薄膜トランジ
スタアレイ基板を用い、ノコギリ波の電圧レベルを−2
0〜20V、2Hzの掃引条件としてIdーVg特性の
測定を行った。その結果を図2に示す。図2から明らか
なように、液晶表示装置への応用においてTFTで要求
される10〜20msecの領域を充分に把握できるこ
とが明らかである。
Using the above device, W / L = 8640 μm /
A channel protection film type thin film transistor array substrate having a relationship of 7 μm is used, and the voltage level of the sawtooth wave is −2.
The Id-Vg characteristic was measured under a sweep condition of 0 to 20 V and 2 Hz. The result is shown in FIG. As is clear from FIG. 2, it is apparent that the region of 10 to 20 msec required by the TFT in the application to the liquid crystal display device can be sufficiently grasped.

【0025】ところで、この第1実施例においては、ド
レイン電極DOに定電圧電源6を接続し、ソース電極S
Oに対数アンプ8を接続して構成したが、逆に、ドレイ
ン電極DOに対数アンプ8を接続し、ソース電極SOに
定電圧電源6を接続して構成しても良い。この構成にす
ることでもこの第1実施例の場合と同様にトランジスタ
1のId-Vg特性を測定することができる。
By the way, in the first embodiment, the constant voltage power source 6 is connected to the drain electrode DO and the source electrode S
Although the logarithmic amplifier 8 is connected to O, the logarithmic amplifier 8 may be connected to the drain electrode DO and the constant voltage power source 6 may be connected to the source electrode SO. With this configuration, the Id-Vg characteristic of the transistor 1 can be measured as in the case of the first embodiment.

【0026】図3は本発明に係る評価装置の第2実施例
を示すものであり、この実施例の装置において先の第1
実施例と同一の構造には同一の符号を付してそれらの部
分の説明を省略する。この例の装置が先の第1実施例の
装置と異なっているのは、ゲート電極GEおよび角形波
発生装置7を接続するライン10と、ソース電極SOお
よび対数アンプ8を接続するライン11との間に、反転
増幅器12と補償容量13を組み込んで設けた点であ
る。
FIG. 3 shows a second embodiment of the evaluation apparatus according to the present invention. In the apparatus of this embodiment, the first embodiment described above is used.
The same structures as those in the embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of those parts will be omitted. The device of this example differs from the device of the first embodiment described above in that a line 10 connecting the gate electrode GE and the square wave generator 7 and a line 11 connecting the source electrode SO and the logarithmic amplifier 8 are connected. The point is that an inverting amplifier 12 and a compensation capacitor 13 are incorporated between them.

【0027】通常、図9または図10に示すような構造
の薄膜トランジスタアレイ基板を構成すると、ソース電
極SOとゲート電極GEの間に介在する絶縁膜が容量を
構成し、この容量が図3に示すような寄生容量14とな
って回路に付加されるようになる。この寄生容量14
は、ゲート電圧のソースへのカップリングとなる。よっ
てこの寄生容量14が掃引の際の測定周波数限界(fma
x)を規定するようになり、この測定周波数限界は以下
の式で表される。 fmax=1/(2π・Roff・Cgs)
Normally, when a thin film transistor array substrate having a structure as shown in FIG. 9 or 10 is constructed, an insulating film interposed between the source electrode SO and the gate electrode GE constitutes a capacitance, and this capacitance is shown in FIG. Such parasitic capacitance 14 is added to the circuit. This parasitic capacitance 14
Is the coupling of the gate voltage to the source. Therefore, the measurement frequency limit (fma
x) is defined, and this measurement frequency limit is expressed by the following equation. fmax = 1 / (2π ・ Roff ・ Cgs)

【0028】ただし、Roffは薄膜トランジスタのオフ
抵抗(約1E10Ω)であり、寄生容量Cgsは約5p
F(実用サイズの1000倍の場合)であり、測定周波
数限界は約3Hzとなる。従ってこの測定周波数限界の
値に合わせて前記第1実施例の計測では測定周波数を2
Hzとしている。これに対し、この第2実施例の構造に
おいては、測定周波数限界を約50Hzまで上げること
ができる。
However, Roff is the off resistance of the thin film transistor (about 1E10Ω), and the parasitic capacitance Cgs is about 5 p.
F (1000 times the practical size), and the measurement frequency limit is about 3 Hz. Therefore, the measurement frequency is set to 2 in the measurement of the first embodiment in accordance with the value of this measurement frequency limit.
It is set to Hz. On the other hand, in the structure of the second embodiment, the measurement frequency limit can be raised to about 50 Hz.

【0029】即ち、図3に示すように回路に組み込んだ
反転増幅器12のゲインと補償容量13の容量値を調節
することにより、カップリングによって流れる電流と逆
相の電流を発生させて相殺することができる。この調節
は、薄膜トランジスタ1のドレイン電極DOをオープン
にした状態で動作させ、対数アンプ8の出力が最低にな
るように行えばよい。これにより第2実施例の構造にお
いては、測定周波数限界を約50Hzまで上げることが
できる。
That is, as shown in FIG. 3, by adjusting the gain of the inverting amplifier 12 incorporated in the circuit and the capacitance value of the compensation capacitor 13, a current having a phase opposite to the current flowing by the coupling is generated to cancel the current. You can This adjustment may be performed with the drain electrode DO of the thin film transistor 1 open, so that the output of the logarithmic amplifier 8 becomes the minimum. As a result, in the structure of the second embodiment, the measurement frequency limit can be raised to about 50 Hz.

【0030】図4は本発明に係る評価装置の第3実施例
を示すものであり、この実施例の装置において先の第2
実施例と同一の構造には同一の符号を付してそれらの部
分の説明を省略する。この例の装置が先の第2実施例の
装置と異なっているのは、補償容量13の代わりに薄膜
トランジスタ1と同一の構造を有する補償用薄膜トラン
ジスタ15を設けた点である。補償用薄膜トランジスタ
15のドレイン電極DO1は反転増幅器12の出力側に
接続され、ゲート電極GE1は対数アンプ8の入力側に
接続され、ソース電極SO1は解放されている。
FIG. 4 shows a third embodiment of the evaluation apparatus according to the present invention. In the apparatus of this embodiment, the above-mentioned second embodiment is used.
The same structures as those in the embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of those parts will be omitted. The device of this example is different from the device of the second embodiment described above in that a compensation thin film transistor 15 having the same structure as the thin film transistor 1 is provided instead of the compensation capacitor 13. The drain electrode DO1 of the compensation thin film transistor 15 is connected to the output side of the inverting amplifier 12, the gate electrode GE1 is connected to the input side of the logarithmic amplifier 8, and the source electrode SO1 is open.

【0031】寄生容量14は、一般に電圧依存性を有し
ている。従って先の第2実施例の如く単に補償容量12
を設けただけでは補償しきれない場合も考えられる。こ
のような場合は第3実施例の構造が有効になる。この例
の構造によれば、寄生容量14のカップリングにより偏
差を完全に補償することができ、微小電流域での測定精
度が向上する。また、この構造では、補償用薄膜トラン
ジスタ15が薄膜トランジスタ1と同一構造であり、薄
膜トランジスタ1に生じる寄生容量と同一の寄生容量が
補償用薄膜トランジスタ15にも生じるので、反転増幅
器12のゲインを1とすることで薄膜トランジスタ1の
寄生容量の補償ができ、調整も簡単にできる。
The parasitic capacitance 14 generally has voltage dependency. Therefore, as in the second embodiment, the compensation capacitor 12 is simply used.
In some cases, it may not be possible to completely compensate by just providing. In such a case, the structure of the third embodiment is effective. According to the structure of this example, the deviation can be completely compensated by the coupling of the parasitic capacitance 14, and the measurement accuracy in the minute current region is improved. Further, in this structure, the compensation thin film transistor 15 has the same structure as the thin film transistor 1, and the same parasitic capacitance as that generated in the thin film transistor 1 also occurs in the compensation thin film transistor 15. Therefore, the gain of the inverting amplifier 12 is set to 1. Thus, the parasitic capacitance of the thin film transistor 1 can be compensated and the adjustment can be easily performed.

【0032】図5は角形波発生装置7が発生させる三角
型の波形とこの波形を入力した際に得られるId-Vg
特性を示す。以上のように角形波発生装置7が発生させ
る波はノコギリ波状あるいは三角波状のいずれでも良
く、その他の角形波でも良い。
FIG. 5 shows a triangular waveform generated by the square wave generator 7 and Id-Vg obtained when this waveform is input.
Show the characteristics. As described above, the wave generated by the square wave generator 7 may be a sawtooth wave, a triangular wave, or any other square wave.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、トランジ
スタのドレイン電極あるいはソース電極に定電圧源から
所定の電圧を印可し、ゲート電極に角形波発生装置から
の角形波を入力し、ソース電極あるいはゲート電極から
得られる波形をダイナミックレンジの大きな対数アンプ
で計測するので、測定レンジの極めて広い微小電流域の
トランジスタ特性を特別な演算処理を行うことなく正確
に計測して評価することができる。従って、液晶表示装
置用薄膜トランジスタなどの動特性の測定のように、微
小電流域において6桁あるいはそれ以上のダイナミック
レンジが要求される薄膜トランジスタの評価に本発明装
置を適用できる。
As described above, the present invention applies a predetermined voltage from a constant voltage source to the drain electrode or source electrode of a transistor, inputs a square wave from a square wave generator to the gate electrode, and supplies the source electrode with a square wave. Alternatively, since the waveform obtained from the gate electrode is measured by a logarithmic amplifier having a large dynamic range, it is possible to accurately measure and evaluate the transistor characteristics in a very small current region having a very wide measurement range without performing special calculation processing. Therefore, the device of the present invention can be applied to the evaluation of thin film transistors which require a dynamic range of 6 digits or more in a minute current region, such as measurement of dynamic characteristics of thin film transistors for liquid crystal display devices.

【0034】次に、液晶表示装置用の薄膜トランジスタ
のように、ゲート電極とソース電極間に寄生容量が付加
されるものにおいて微小電流域における広いダイナミッ
クレンジで特性を計測する必要がある場合は、対数アン
プの入力側に、角形波発生装置の出力を反転して出力す
る反転増幅器を接続し、この反転増幅器からの波形を補
償容量を介して対数アンプに入力することで寄生容量に
よるカップリング電流分を補償してキャンセルすること
ができ、これにより正確な計測が可能になる。また、補
償容量の調整には、トランジスタのドレイン電極を解放
した状態で動作させ、対数アンプの出力が最低になるよ
うに調整すれば良い。また、寄生容量の影響を除くこと
ができるので、対数アンプに通常許容される50Hz程
度の測定周波数限界まで計測精度が向上する。
Next, when it is necessary to measure the characteristics in a wide dynamic range in a minute current region in a thin film transistor for a liquid crystal display device in which a parasitic capacitance is added between a gate electrode and a source electrode, logarithm is used. An inverting amplifier that inverts and outputs the output of the square wave generator is connected to the input side of the amplifier, and the waveform from this inverting amplifier is input to the logarithmic amplifier via the compensation capacitance to reduce the coupling current component due to the parasitic capacitance. Can be compensated and cancelled, which enables accurate measurement. The compensation capacitance may be adjusted by operating the transistor with the drain electrode of the transistor open so that the output of the logarithmic amplifier is minimized. Further, since the influence of the parasitic capacitance can be eliminated, the measurement accuracy is improved up to the measurement frequency limit of about 50 Hz which is usually allowed for the logarithmic amplifier.

【0035】更に、寄生容量によるカップリング電流分
を完全に除去して更に精度良い測定を行うためには、先
の補償容量の代わりに、測定しようとするトランジスタ
と同一構造の補償用トランジスタを組み込み、反転増幅
器から送られる波形の反転波形を補償用トランジスタを
介して対数アンプ側に入力する。また、この際に補償用
薄膜トランジスタに生じる寄生容量と被測定用の薄膜ト
ランジスタに生じる寄生容量の値は同一になるので、反
転増幅器のゲインは1で良くなり、その調整も簡単にで
き、容易に測定ができる。
Further, in order to completely remove the coupling current component due to the parasitic capacitance and perform more accurate measurement, a compensation transistor having the same structure as the transistor to be measured is incorporated in place of the compensation capacitance. The inverted waveform of the waveform sent from the inverting amplifier is input to the logarithmic amplifier side through the compensation transistor. At this time, the parasitic capacitance generated in the compensation thin-film transistor and the parasitic capacitance generated in the thin-film transistor to be measured have the same value, so the gain of the inverting amplifier can be set to 1, and its adjustment can be performed easily and easily measured. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るトランジスタ特性評価装置の第1
実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a first transistor characteristic evaluation device according to the present invention.
It is a circuit diagram which shows an Example.

【図2】本発明装置を使用して2HzでIdーVg特性
の動特性を計測した結果を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a result of measurement of dynamic characteristics of Id-Vg characteristics at 2 Hz using the device of the present invention.

【図3】本発明に係るトランジスタ特性評価装置の第2
実施例を示す回路図である。
FIG. 3 shows a second transistor characteristic evaluation device according to the present invention.
It is a circuit diagram which shows an Example.

【図4】本発明に係るトランジスタ特性評価装置の第3
実施例を示す回路図である。
FIG. 4 is a third embodiment of the transistor characteristic evaluation device according to the present invention.
It is a circuit diagram which shows an Example.

【図5】本発明に係るトランジスタ特性評価装置に用い
られる角形波の一例と計測で得られる波形を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a square wave used in the transistor characteristic evaluation apparatus according to the present invention and a waveform obtained by measurement.

【図6】一般の液晶表示装置の等価回路を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of a general liquid crystal display device.

【図7】一般的なアクティブマトリックスディスプレイ
基板の一構造例を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a structural example of a general active matrix display substrate.

【図8】一般的なアクティブマトリックスディスプレイ
基板の一構造例の要部を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the main parts of a structural example of a general active matrix display substrate.

【図9】前記一構造例のチャネル部とチャネル長を示す
断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a channel portion and a channel length of the one structural example.

【図10】一般的なアクティブマトリックスディスプレ
イ基板の他の構造例のチャネル部とチャネル長を示す断
面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a channel portion and a channel length of another structural example of a general active matrix display substrate.

【図11】従来のトランジスタ特性評価装置の一例を示
す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a conventional transistor characteristic evaluation device.

【図12】従来の測定装置で計測したIdーVg特性の
静特性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing static characteristics of Id-Vg characteristics measured by a conventional measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 薄膜トランジスタ 6 電源 7 角形波発生装置 8 対数アンプ 12 反転増幅器 13 補償容量 14 寄生容量 15 補償用薄膜トランジスタ GE ゲート電極 SO ソース電極 DO ドレイン電極 1 Thin Film Transistor 6 Power Supply 7 Square Wave Generator 8 Logarithmic Amplifier 12 Inverting Amplifier 13 Compensation Capacitance 14 Parasitic Capacitance 15 Compensation Thin Film Transistor GE Gate Electrode SO Source Electrode DO Drain Electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ドレイン電極とソース電極とゲート電極
を備えてなるトランジスタの特性評価装置において、ゲ
ート電極に接続される角形波発生装置と、ドレイン電極
とソース電極のどちらか一方に接続される電源と、この
電源が接続されていないソース電極あるいはドレイン電
極に接続される対数アンプを具備してなることを特徴と
するトランジスタ特性評価装置。
1. A device for evaluating characteristics of a transistor comprising a drain electrode, a source electrode and a gate electrode, wherein a square wave generator connected to the gate electrode and a power source connected to either the drain electrode or the source electrode. And a transistor characteristic evaluation device comprising a logarithmic amplifier connected to a source electrode or a drain electrode to which the power source is not connected.
【請求項2】 請求項1記載のトランジスタ特性評価装
置において、トランジスタを駆動するゲート電圧の逆位
相電圧を印可する反転増幅器が、対数アンプの入力端子
に、容量を介し接続されてなることを特徴とするトラン
ジスタ特性評価装置。
2. The transistor characteristic evaluation device according to claim 1, wherein an inverting amplifier that applies a reverse phase voltage of a gate voltage that drives the transistor is connected to an input terminal of a logarithmic amplifier via a capacitor. Transistor characteristics evaluation device.
【請求項3】 請求項2記載のトランジスタ特性評価装
置において、容量として被測定用のトランジスタと同一
構造の補償用トランジスタが組み込まれてなることを特
徴とするトランジスタ特性評価装置。
3. The transistor characteristic evaluation device according to claim 2, wherein a compensation transistor having the same structure as the transistor under measurement is incorporated as a capacitance.
【請求項4】 請求項1、2または3記載のトランジス
タが、透明基板上に形成されたゲート配線とソース配線
の交差部分に形成された薄膜トランジスタであることを
特徴とするトランジスタ特性評価装置。
4. A transistor characteristic evaluation device, wherein the transistor according to claim 1, 2 or 3 is a thin film transistor formed at an intersection of a gate wiring and a source wiring formed on a transparent substrate.
【請求項5】 請求項4に記載のトランジスタ特性評価
装置において、薄膜トランジスタのゲート電極とソース
電極とが絶縁膜を介し絶縁され、ゲート電極とソース電
極の間の絶縁層が寄生容量とされてなることを特徴とす
るトランジスタ特性評価装置。
5. The transistor characteristic evaluation device according to claim 4, wherein the gate electrode and the source electrode of the thin film transistor are insulated via an insulating film, and the insulating layer between the gate electrode and the source electrode serves as a parasitic capacitance. A transistor characteristic evaluation device characterized by the above.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017181801A (en) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社Joled Display device
JP2017219555A (en) * 2016-06-02 2017-12-14 株式会社Joled Display device
US10867569B2 (en) 2017-03-23 2020-12-15 Panasonic Liquid Crystal Display Co., Ltd. Display device

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