JPS61212776A - 半導体素子のテスト方法 - Google Patents

半導体素子のテスト方法

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JPS61212776A
JPS61212776A JP60052300A JP5230085A JPS61212776A JP S61212776 A JPS61212776 A JP S61212776A JP 60052300 A JP60052300 A JP 60052300A JP 5230085 A JP5230085 A JP 5230085A JP S61212776 A JPS61212776 A JP S61212776A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体素子のテスト方法に係り、特に主端子の
少なくとも一方が外部から電気的絶縁されている半導体
素子に好適なテスト方法に関する。
〔発明の背景〕
少なくとも一対の主端子及び制御端子を有する半導体制
御素子の一例となるトランジスタがオン・オフの機能を
有しているが否かのテスト方法には種々の方法があるが
いずれもコレクタ・エミッタ(あるいはドレイン・ソー
ス)間に直流のバイアスを加え、ベースに電流(あるい
はゲートに電圧)バイアスを加えて、そのときのコレク
タ(あ出されれif極めて単純に実施できるが、三端子
のうち、どれか一つ端子が取り出せないとテストがやき
ない、これは回路を作ることができないためで、端子の
取り出せない素子をテストするためには全く新しいテス
ト方法が必要である。
以上の説明を具体的素子例で示すと第2図、第3図のよ
うになる。第2図は汎用のMOS(金属酸化膜半導体)
トランジスタ1を表わし、通常、ドレイン端子2.ソー
ス端子3、ゲート端子4が外部に出ている。この素子が
スイッチとして使用できるかをチェックするにはドレイ
ン・ソース間に直流電圧を外部より印加し、ゲート端子
4に電圧を印加すればドレインもしくはり−スに電流が
流れるので、オン機能のテストができる(若し・MOS
トランジスタしたスイッチの機能がなければ、電流は流
れない)。
しかし、この方法は第3図に示すようなスイッチの一端
が開放になっており、接続端子が取り出せない素子には
適用できない、即ち、この素子1ではドレイン端子が2
Aの状態で開放されており外部よりコンタクトをとるこ
とができない。
このように端子が外部に取り出されていない素子の一例
としては液晶、EL等の表示体をもちいたアクティブマ
トリクス表示デバイスがあり、これには第3図の素子が
極めて多数個集積化されている。このデバイスに関する
テスト方法としては特開昭57−38498号公報等に
記載されている。これは一定時間経過後のコンデンサの
蓄積電荷量の変化によって素子のリーク状態を判定する
ことにより、液晶表示に使用するアクティブマトリクス
基板の欠陥の有無とアドレスとを測定する発明である。
これらの従来例では液晶を封入した後に、テストを行な
うため、仮にトランジスタに欠陥があった場合は、液晶
も無駄になってしまうという問題点を有している。また
、これらの発明はテストのための回路を表子内に包含す
ることを前提としており、このためデバイスの面積を小
さくすることは困難であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は半導体素子の主端子の少なくとも外部か
ら電気的に絶縁されている場合でもそのオン・オフ等の
機能をチェックできるテスト方法を提供するにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成する本発明の第1の特徴とするところは
、少なくとも一方の主端子、他方の主端子、制御端子を
有する半導体素子に於いて、(a)上記一方の主端子ま
たは上記他方の主端子の少なくとも一方に誘電体を介し
て時間的に変化する電圧を印加し、 (b)上記制御端子に上記半導体素子の導通及び非導通
を制御する制御信号を印加し、 (c)上記一方の主端子、上記他方の主端子、上記制御
端子の少なくとも一つに流れる主として変位電流を検出
することによって、 上記半導体素子のテストを行なうことにある。
本発明の第2の特徴とするところは、複数の一方の信号
線と。
該一方の信号線と交差する複数の他方の信号線と、 上記複数の一方の信号線と上記複数の他方の信号線との
各交点に設けられ、かつ、上記複数の一方の信号線の少
なくとも一つに接続される制御端子と、上記複数の他方
の信号線の少なくとも一つに接続される一方の主端子と
、他方の主端子とを有する半導体素子と5 を具備するものに於いて、 (a)少なくとも上記他方の主端子に誘電体を介して時
間的に変化する電圧を印加し、 (b)上記制御端子に上記一方の信号線を介して上記半
導体素子の導通及び非導通を制御する制御信号を印加し
、 (c)上記一方の主端子、上記他方の主端子、上記制御
端子の少なくとも一つに流れる主として変位電流を検出
することによって 上記半導体素子のテストを行なうことにある。
〔発明の実施例〕
第11ilに本発明の原理を示す。従来の例と同じ(−
半一体製や。−例、□F、、、シュ5.1よ、制御端子
となるゲート端子4と一方の主端子となるソース端子3
は外部に取り出されているが他方の主ぬ子となるドレイ
ン端子は取り出されておらず例えばデバイス上で2Aの
ように(点線で示す)開放状態となっている。このトラ
ンジスタlのスイッチ作用あるいは増幅作用等いわゆる
トランジスタ作用を調べるためには開放状態となってい
るドレイン端子を外部に電気的に接続しなければならな
い0本実施例ではトレイン端子付近に存在する静電容量
を通して外部からd v / d tが実質的に一定な
ランプ電圧V□を加えることで、電気的には絶縁状態の
ドレイン端子を通じて回路を閉じている。ランプ電圧発
生器8に接続用端子7を通してトランジスタ1のドレイ
ン付近に位置される。
この端子7とドレインとの間には静電容量C,の誘電体
が存在するので、ランプ電圧y oaが上昇中は静電誘
導によって端子7からトランジスタ1に向って変位電流
が流れ8−7−1−3の間で回路が構成され閉じた状態
となる。
このランプ電圧上昇中にゲート端子4に電圧v0を加え
るとトランジスタ1はオフからオン状態になり電流i、
、に変化が起きる。この変化を捕えることでトランジス
タ1のオン・オフ作用あるいは増幅作用をテストするこ
とができる。
第4図は本発明の原理波形を、第5図は動作説明のため
のトランジスタの等何回路を、第6図はトランジスタの
動作を特に動作点の移動を、それぞれ示したものである
ランプ電圧vIllllが時刻t。でその立上りが開始
されると電流iDはOから立上り、ある一定値11にな
る。電流工、は静電容量C711cIllat c、D
Caaを充電するために発生する。ここで、CI、、は
トランジスタのドレイン・ソース間の静電容量を、C,
I、はゲート・ドレイン間の静電容量を、Caaはゲー
ト・ソース間の静電容量を、それぞれ表わす。
電流工、はランプ電圧Voaの立上りのdv/dt値を
Kとすれば次のようになる。
C,+C。
ただし、C7はトランジスタを代表する静電容量で次の
値をもつ。
C,、+C,。
電流工、は時刻t1まで続く。時刻t、でゲート電極に
電圧v0が印加されるとトランジスタ1はオフからオン
状態となる。つまり、特刻し。〜t1の間、電圧V□は
静電容量CsとC?で分圧された形となり、ドレイン電
圧v0はランプ電圧の上昇と共にゆるやかに直線状に上
昇する。それゆえ、トランジスタ1の動作点は第6図の
0点から8点に向って点線のように移動する。時刻t1
でトランジスタ1がオンとなる動作点は急に8点からb
点に移動し、電圧v0は第4図の波形vIlの如く降下
する。この降下時間はトランジスタのオン抵抗およびス
イッチング時間に大きく依存し又、外部回路の静電容量
C、、C,、、C,、、C,。
にも依存する。この電圧■つの立下りのため電流iDに
はピーク電流I、が発生し、はぼ次の値をもつ。
t トランジスタ1のオン状態が完了するとピーク電流は消
滅し電流は工、の値となる。電流工、は静電容量C6を
充電するために発生し、次の値になる。
L=C,K               (4)時刻
t3以降、動作点は第6図のb点にとどまったままであ
り、電流ioはI2の値を保持する。
以上説明したように第1図に示す方法によってランプ電
圧をトランジスタ1に加えると第4図の波形i。の如き
過渡電流が流れ、トランジスタ1がオン機能をもったな
らば電流工、および工、の変化があられれる。それゆえ
、この変化を捕えればトランジスタ作用のテストができ
るものである。
因みにトランジスタ1のトランジスタ作用がなくドレイ
ン・ソース間が開放になっている場合は、ゲート電圧を
印加してもピーク電流I、および工2は現われず時刻t
1以降も電流i、、はほぼ11 と同じ電流が持続する
。また、ドレイン・ソース間が短絡している場合は最初
から電流工2が流れてしまい、ゲート電圧を印加しても
電流がほとんど変わらない。これらの理由より波形j、
のエア部あるいはI2 と工、との差異(具体的には差
あるいは比)をしらべることでテストが可能となる。
以上の説明では電流波形としてi、、を代表させて説明
したがテストするための電流はiDに限らず、ソース電
流i、あるいはゲート電流i、でもよい。
即ち電流xov l、は第4図の波形の如く流れるので
、電流10のエア、工□t L等に相当する部分を波形
iat iaより捕えることは容易である。又、後述す
るように電流i6よりテストを行うとマトリクス構成素
子の複数個を同時にテストできる特長をもつ。
また、ランプ電圧V D 11としては正のd v /
 d を値をもつ電圧で説明したがこれは負のdv/d
t値をもつ波形でもよく、この場合はドレイン側を接地
としてソース側に印加すると所望の検出ができる。
第7図、第8図は本実施例における電流検出について述
べたものである。゛第7図は電流検出の測定回路につい
て、第8図はそのときの代表的波形について描いたもの
である。電流検出は検出用素子60(トランス、ホール
素子等を利用した電流センサで代表される)で行われる
。この信号は低レベルの信号であるので増幅器61を用
いて増幅され、第8図の如き信号iDとなる。電流io
の変化は時刻t。を基準として始まり、これは通常、シ
ステムのクロックパルスP工の立上り(あるいは立下り
)に同期している。電流jDはゲート回路62,63.
64の入力に導びかれる。各ゲート素子には選択用信号
P2.P、、P4が加えられており、この各信号は第8
図の波形に示すようにクロックパルスP1を元にして作
られ時刻t1゜1、.1.で発生される。すなわち、時
刻t、でパルスP2が発生されるとゲート62が開らき
、電流iDでの時刻t、での値、すなわち工、を出力信
号として捕える。この信号のピーク値はピーク検出回路
65で捕えられ、電流11のレベルとなってずつとその
状態を保持したまま出力端子68に現われる。
パルスP、、P4に関しても同様なピーク検出となって
おり、ピーク検出回路66.67が動作し出力端69に
電流工、が、出力端70に電流T2がそれぞれ現われる
以上のようにして得られた信号1.、L、エアをテスト
のための信号として用いればよい。
以下、本発明の具体的な一実施例を第9図により説明す
る。第9図は本発明をドレイン端子が外部に出ていない
MO8型トランジスタ1について適用したものでトラン
ジスタ1は集積回路(IC)化されている。トランジス
タ1はn型のサブストレート(基板)40の中にp型の
領域(一般に井戸あるいはウェルと呼ばれる)41を作
り、この領域中にn型の領域42.43を作り、42を
ソース、43をドレインとして利用する。p領域44.
45は動作安定のためのチャンネルストッパーである。
トランジスタ1のドレイン、ソースの電極の取り出しは
導体(通常はアルミ)47.49を用いて行なわれ、電
極47は外部に取り出されている。
トランジスタ1に対するゲート48は2層41上にあり
周囲を誘電体(通常酸化シリコンSin。
を用いる)51で包み、ゲート端子は外部(図面には表
示していない)に取り出されている。
ドレイン49には周知の透明電膜で形成される画素電極
52が広い範囲に広がっておりその上面、側面には誘電
体53.50が電極52を被覆する様に設けてあり、こ
の部分の導体52は電極として外部に取り出されていな
い、このような素子は表示用のデバイスとして用いられ
、誘電体53上の空間54に液晶EL等の表示体を設け
てLCD。
EL、ECD、PDP等の表示の機能を持たせることが
できる。
本発明をこのようにデバイスで実施する場合にはこのデ
バイスに対向して電極55(この部分が接続用端子7の
機能をもつ)を設けて、端子56にランプ状電圧を加え
て空間54を介して内部電極導体52との間に回路を作
り出す、電極55は図では2次元的に描いであるが、実
際は3次元的であり紙面に垂直な方向に拡がっている。
この電極55はドレイン電極52の面積に対向して設け
るとよく、できれば55をおおうような形態がよい。ま
た、空間54はできるだけせまい方がよく、接触状態と
するのが望ましい。
本実施例では比較的簡単な電極55を用い、空間54の
空隙を小さくすることで、精度の高いテストが可能とな
る。また、空間54の空隙に点線のように導体(例えば
水銀等)もしくは誘電率の高い誘電体(例えば、液晶等
)等の補助物質544を入れることにより、テストの感
度を上げる、端子55の電気的接触性をよくする等の効
果が期待できる。
第10図(a)は本発明の別の実施例の断面図であり、
第10図(b)は第10図(a)の概略平面図である。
この場合トランジスタ1はソースとなるn領域73.ド
レインとなるn領域74、真性半導体等で形成される7
2領域とゲート電極77等で構成さ九る。今までの実施
例に比較してこのトランジスタが異なることは素子自体
が誘電体71上に形成されていることであり、71は通
常ガラスサファイア、プラスチック等が利用される。つ
まり、このデバイスはガラス等の上面に最初領域72を
広範囲に作っておき、然る後熱拡散あるいはイオン打込
等の技術等によって二つのn領域73.74を作り、そ
れに電極77.79等を付し、その間を絶縁のための膜
75.78゜76.80等でおおったものであり、特に
液晶EL等の表示体をこの上面に封入してディスプレイ
として用いるアクティブマトリクス方式薄膜トランジス
タデバイスに代表される。
このようなデバイスではドレイン電極79を広範囲(広
い面積の意)に引き出してこの電極を封じ切り、この封
じ切った電極上に液晶等の表示体を封入してこの液晶に
電極79より電圧を印加することで表示を実現する。こ
の場合、ドレイン電極は封じ切り状態であり、端子は外
には出ていない。このようなデバイスに本発明を適用す
る場合は、電極81を用いこれまでと同様、電極79と
電極81との間の静電誘導を利用してトランジスタ1と
電極81との間に回路を形成し、テストを行なうことが
できる。
通常この類のデバイスは表示に用いる電極79の部分(
図中79電極の右側部に相当)の絶縁膜80Aが他の部
分に比べて低くなっていることが多いので、81の電極
形状のままでは電流検出の精度が低い場合がある。この
ため、電極81の形状を工夫して図の点線のように凸部
を有する電極81Aを形づくり、電極79と距離を小さ
くすれば検出の精度も高まりさらに電極81とトランジ
スタ1との位置合せが容易となる。これは電極81Aの
側面と絶縁膜80との側面との領域aでの位置合せが容
易にできるためである。
第11図に本発明の他の実施例を示す。この場合はマト
リクス状の結線されているトランジスタla、lb、1
.c、2a、、2b、2cに対してそのトランジスタの
作用をテストするものである。
−行目のトランジスタla、lb、lc、・・・の各各
のソースは全て一つに接続されて、他方の信号線を構成
しており、端子31となって外部に取り出されている。
このソース端子の取り出しは他の行の場合も同様であり
、端子32.・・・の如く複数の他方の信号線を構成し
て取り出される。列の第1番目のトランジスタla、2
a、・・・の各ゲートは全て一つになって、一方の信号
線を構成しており端子4aとして取り出され、他の列に
関しても4b、4cの如く取り出される。通常このよう
な素子を動作させる場合は、行の端子31,32゜・・
・のどれかに信号を加える(あるいは接地する)と同時
に列の端子4a、4b、4c、・・・のどれかに信号を
加えて1個トランジスタをオンさせ動作させる、いわゆ
る線順次駆動、点順次駆動等の時分割駆動される場合が
多い。
このようなマトリクス構造の素子をテストする場合は電
極71a+ 71b、71c、”’、72a。
72b、72c、・・・を各トランジスタに開放された
ドレイン電極に近づけてスイッチ15,16゜17、・
・・18,19,20.・・・を介して端子21に結線
する。トランジスタ1aをテストする場合は、スイッチ
15のみを閉じ他は全て開放とし、端子31を接地する
。この状態で端子21にランプ状電圧を加えこの電圧の
上昇期間中にゲート端子4aにパルス信号を加えトラン
ジスタ1aをオン状態とし、これまでの実施例と同じ様
に端子21に流れる電流をチェックすることでトランジ
スタ1aのテストができる。他のトランジスタに対して
もスイッチの開閉と端子の選択を行うことで目的を達す
ることができる。
本実施例においてはたくさんのトランジスタ素子を一度
にテストできる効果があり、又接地端31で電流を検出
すれば、検出のための回路が1個ですむとの利点をもつ
、一方、電極71a。
71b、・・・をひとつの治具として製作すれば電極の
位置合せがこれまで例に比し簡単に出来る特長を有する
第12図に本発明の他の実施例を示す。この例はマトリ
クス構成のトランジスタla、lb。
1cに対して電極82を1個のみ設けてスイッチを省略
したものである。この場合は端子31を接地としておき
端子83にランプ状電圧を加えて、この間に、端子4a
、4b、4cに同時にパルスを加えトランジスタをオン
とし回路に流れる電流をチェックすれば、通常動作の3
倍の電流が流れるので、これらの事よりトランジスタl
a、lb。
1cの機能をテストできる。又、必ずしも端子4a、4
b、4cのパルスは同時に加える必要はなく、別々に加
えてその毎度の電流をチェックしてもよい。この方法は
トランジスタla、lb。
10等の数が多くなった場合に有効である。
すなわち、液晶EL等の表示体を用いたアクティブマト
リクス基板において、表示体を封入するだめの対向電極
を装着した状態では、対向電極が電極82に相当し、こ
のとき、多数の信号電極に相当する電極31の各端子に
検出装置を接続しておけば、アクティブマトリクス内の
全トランジスタの検査を行うことが可能となる。
第13図は本発明の詳細な説明である。この波形は本発
明によってトランジスタのオン抵抗を′チェックできる
ことを示したものである。トランジスタのオン抵抗が小
さい場合は波形α□、S工のようになりピーク電流は大
きくなる。これはトラレジスタのゲートに信号が加えら
れてオン状態になったときトランジスタのソース・ドレ
イン間は一本の抵抗で近似できるので、波形VDの立下
りSlはほぼこの抵抗値と静電容量C8どの積で決まる
時間で降下する。それゆえ、オン抵抗値が小さい程S工
は急に立下り電流Q工は大きく発生する。オン抵抗値が
大きくなるに伴ない電圧波形■。
はS□→S2→S3→S4→S、のように、電流波形i
 oはQ1→Q、→Q3→Q4→Q5のように、それぞ
れ変化する。それゆえ、波形iDのピークの状況(ピー
ク値とその持続時間)を調べることでトランジスタのオ
ン抵抗の値の大小をテストすることができる。
また、オン抵抗が一定で、トランジスタのスイッチング
時間が変化した場合でも第13図とほぼ同様な波形とな
るので、スイッチング時間の長短もテストすることがで
きる。
本発明の実施例ではトランジスタの形態をユニポーラで
代表される電界効果型としたが、通常のバイポーラトラ
ンジスタでも適用できることは論を待たない、また、実
施例はすべてドレインの一端開放のトランジスタで説明
したがドレインの一端のみに限らず、ソースも開放され
ているトランジスタに対しても適用ができる。この場合
はドレインに正のdv/dt値をもつランプ電圧を、ソ
ースに負のdv/dt値をもつランプ電圧を、それぞれ
同時に加えて電流検出をすればよい。
また、実施例では外部より印加する電圧としてランプ電
圧をもって説明したが静電誘導現象を利用するとの点で
は必ずしもランプ電圧である必要性はなく、正弦波状、
パラボラ(2次関数)波状等の時間的に変化する電圧で
もよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ドレイン(若しくはソース)の一端が
開放状態になっているトランジスタに対してもその機能
をテストすることができる特長がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、第2図は従来の代表的トラン
ジスタを示す図、第3図は本発明の実施対象となるドレ
イン端子が開放状態にあるトランジスタを示す回路図、
第4図は第1図の原理図における代表的波形を示すタイ
ムチャート、第5図は本発明をトランジスタに適用した
場合の等価回路図、第6図は等価回路の動作点について
説明を示すタイムチャート、第7図は本発明の実施例に
おける電流の検出方法を示す図、第8図は電流検出にお
ける波形を示すタイムチャート、第9図は本発明の具体
的な一実施例を示す断面図、第10図は本発明の他の実
施例を示す断面図及び平面図、第11図は本発明の他の
実施例を示す回路図、第12図は第11図の実施例にお
ける変形例を示す回路図、第13図は本発明の他の変形
例の効果のも電図 弔5図 化6図 翳8図 Co k  t4’tc        −−1゜東I
O図 (Ol) 高to図 (e)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも一方の主端子、他方の主端子、制御端子
    を有する半導体素子に於いて、 (a)上記一方の主端子または上記他方の主端子の少な
    くとも一方に誘電体を介して時間的に変化する電圧を印
    加し、 (b)上記制御端子に上記半導体素子の導通及び非導通
    を制御する制御信号を印加し、 (c)上記一方の主端子、上記他方の主端子、上記制御
    端子の少なくとも一つに流れる主として変位電流を検出
    することによつて、 上記半導体素子のテストを行なうことを特徴とする半導
    体素子のテスト方法。 2、複数の一方の信号線と、 該一方の信号線と交差する複数の他方の信号線と、 上記複数の一方の信号線と上記複数の他方の信号線との
    各交点に設けられ、かつ、上記複数の一方の信号線の少
    なくとも一つに接続される制御端子と、上記複数の他方
    の信号線の少なくとも一つに接続される一方の主端子と
    、他方の主端子とを有する半導体素子と、 を具備するものに於いて、 (a)少なくとも上記他方の主端子に誘電体を介して時
    間的に変化する電圧を印加し、 (b)上記制御端子に上記一方の信号線を介して上記半
    導体素子の導通及び非導通を制御する制御信号を印加し
    、 (c)上記一方の主端子、上記他方の主端子、上記制御
    端子の少なくとも一つに流れる主として変位電流を検出
    することによつて 上記半導体素子のテストを行なうことを特徴とする半導
    体素子のテスト方法。 3、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、上記
    半導体素子の他方の主端子には透明導電膜の電極が設け
    られることを特徴とする半導体素子のテスト方法。 4、特許請求の範囲第3項に於いて、上記透明導電膜の
    電極は、画素電極であることを特徴とする半導体素子の
    テスト方法。 5、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、上記
    透電体は絶縁体であることを特徴とする半導体素子のテ
    スト方法。 6、特許請求の範囲第5項に於いて、上記絶縁体は、上
    記半導体素子の他方の主端子に設けられる透明導電膜を
    被覆する絶縁体であることを特徴とする半導体素子のテ
    スト方法。 7、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、上記
    時間的に変化する電圧は、dv/dtが実質的に一定な
    電圧であることを特徴とする半導体素子のテスト方法。
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JP2004191603A (ja) * 2002-12-10 2004-07-08 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 表示装置およびその検査方法

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