JPS62118390A - Driving of thin film transistor - Google Patents

Driving of thin film transistor

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JPS62118390A
JPS62118390A JP60258903A JP25890385A JPS62118390A JP S62118390 A JPS62118390 A JP S62118390A JP 60258903 A JP60258903 A JP 60258903A JP 25890385 A JP25890385 A JP 25890385A JP S62118390 A JPS62118390 A JP S62118390A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film transistor
voltage
driving
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP60258903A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
小川 久仁
幸治 野村
阿部 惇
瀬恒 謙太郎
入江 宏之
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP60258903A priority Critical patent/JPS62118390A/en
Publication of JPS62118390A publication Critical patent/JPS62118390A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、薄膜トランジスタ(TPT)を用いた信号の
スイッチや転送回路において、TPTを長期間安定に動
作するための駆動方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a driving method for stably operating a thin film transistor (TPT) for a long period of time in a signal switch or transfer circuit using a thin film transistor (TPT).

従来の技術 半導体薄膜の一方の面上に形成した絶縁体層を介して前
記半導体薄膜に電圧を印加することにより前記半導体薄
膜の電気伝導度を変調する薄膜トランジスタは、製造プ
ロセスが容易なこと、大面積化が可能なことなどの理由
により液晶やエレクトロルミネセンス素子を用いた表示
装置の夏動素子として近年、その研究開発が促進されて
いる。
2. Description of the Related Art Thin film transistors, in which the electrical conductivity of a semiconductor thin film is modulated by applying a voltage to the semiconductor thin film through an insulator layer formed on one surface of the semiconductor thin film, are easy to manufacture and have major advantages. Research and development has been promoted in recent years as a summer dynamic element for display devices using liquid crystals or electroluminescent elements because of its ability to increase the surface area.

このような薄膜トランジスタにおいて、最も重要な点は
、素子特性の変動がなく長時間にわたって安定に動作す
ることである。薄膜トランジスタの構成の1例を第2図
に示す。ガラス等の絶縁性基板1上に数ミクロンから数
1000ミクロンの所定の幅と長さとを有するクロム、
金、アルミニウム等の金属からなるゲート電極2が設け
られており、この電極をおおって厚さ数1000八で5
iC)2 。
The most important point in such thin film transistors is that they operate stably over a long period of time without fluctuations in device characteristics. FIG. 2 shows an example of the structure of a thin film transistor. Chromium having a predetermined width and length from several microns to several thousand microns on an insulating substrate 1 such as glass,
A gate electrode 2 made of metal such as gold or aluminum is provided, and a gate electrode 2 with a thickness of several 1,000 and 500 nm is provided to cover this electrode.
iC)2.

513N4.A12o3などからなる絶縁物層3が設け
られており、上記ゲート電極2上の絶縁物層3表面にC
dS 、 CclS eやSi等の半導体層4が設けら
れ、この半導体層4に接して数ミクロンから数10ミク
ロンの所定の間隔を有するソース電極6およびドレイン
電極6が設けられている。第3図にこの薄膜トランジス
タの駆動方法の1例をインバータ回路を用いて説明する
。薄膜トランジスタTFT1のソース端子Sとドレイン
端子りとの間には負荷抵抗RLを介してドレイン電圧V
Dが、またSとゲート端子Gとの間には信号電圧VGが
印加される。
513N4. An insulating layer 3 made of A12O3 or the like is provided, and C is provided on the surface of the insulating layer 3 on the gate electrode 2.
A semiconductor layer 4 made of dS, CclSe, Si, etc. is provided, and a source electrode 6 and a drain electrode 6 are provided in contact with this semiconductor layer 4 with a predetermined interval of several microns to several tens of microns. An example of a method for driving this thin film transistor will be explained with reference to FIG. 3 using an inverter circuit. A drain voltage V is connected between the source terminal S and the drain terminal of the thin film transistor TFT1 via a load resistor RL.
A signal voltage VG is applied between D, S and the gate terminal G.

通常よく用いられる。1〜3vの閾値電圧vTを有する
nチャンネルエンハンスメントモードの薄膜トランジス
タを例にとると、Sを接地電位としてVD、vGは正電
位に設定される。第4図に1例としてパルス幅t  、
パルス繰返し時間”Sec’eC 電圧振幅oV〜10vのvGに対する、DとRLとの間
の電圧vOUTの出力波形を示す。ROff。
Usually used. Taking an n-channel enhancement mode thin film transistor having a threshold voltage vT of 1 to 3V as an example, VD and vG are set to positive potentials with S being a ground potential. As an example in FIG. 4, the pulse width t,
Pulse repetition time "Sec'eC" shows the output waveform of the voltage vOUT between D and RL for vG with voltage amplitude oV ~ 10v.ROff.

Ronを各々TFT1Oオフ抵抗(VG=oV ) 。Ron is each TFT1O off resistance (VG=oV).

オン抵抗(vG=10v)としたとき、v1=Roff
vD/(Roff+RL)・v2 = RonvD/ 
(Ron+RL)である。
When on resistance (vG=10v), v1=Roff
vD/(Roff+RL)・v2=RonvD/
(Ron+RL).

発明が解決しようとする問題点 薄膜トランジスタは、その半導体層や絶縁体層を真空蒸
着法、CVD法やスパッタリング法で形成するが、その
膜質は多結晶もしくはアモルファスであり、膜中、膜界
面には多くの欠陥2粒界などからなるキャリアのトラッ
プレベルを含む。そのため、エンハンスメントモード薄
膜トランジスタに同一極性を有するゲート電圧を長時間
印加しチャンネルを形成しているとキャリア(電子また
は正孔)がしだいにトラップレベルを満たし、S−D間
の電流、ドレイン電流ID、を減少させるという問題が
ある。
Problems to be Solved by the Invention Thin film transistors have semiconductor layers and insulator layers formed by vacuum evaporation, CVD, or sputtering, but the film quality is polycrystalline or amorphous, and there are It includes a carrier trap level consisting of many defects and two-grain boundaries. Therefore, when a gate voltage with the same polarity is applied to an enhancement mode thin film transistor for a long time to form a channel, carriers (electrons or holes) gradually fill the trap level, and the current between S and D, drain current ID, There is a problem of reducing the

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、薄膜トランジスタ
のゲート端子に信号電圧とは異なる第2の電圧を印加す
る素子を付加し、所定の時間薄膜トランジスタのゲート
とソースとの間に空乏層を形成すべき電圧を印加する。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention adds an element that applies a second voltage different from the signal voltage to the gate terminal of the thin film transistor, and connects the gate and source of the thin film transistor for a predetermined period of time. A voltage is applied to form a depletion layer between the two.

作  用 本発明の駆動方法によれば、薄膜トランジスタに第2の
ゲート電圧を所定時間印加することにより半導体と絶縁
層との界面を空乏状態にすることができる。これにより
信号電圧の印加で半導体。
Function: According to the driving method of the present invention, the interface between the semiconductor and the insulating layer can be brought into a depletion state by applying the second gate voltage to the thin film transistor for a predetermined period of time. This allows the application of a signal voltage to a semiconductor.

絶縁層、およびその界面に捕獲されていたキャリアをト
ラップレベルから解放することができ、薄膜トランジス
タの電気特性の初期値からの変動を極めて少なくするこ
とができる。
Carriers trapped in the insulating layer and its interface can be released from the trap level, and variations in the electrical characteristics of the thin film transistor from their initial values can be extremely reduced.

実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。Example Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による薄膜トランジスタの駆動方法をイ
ンバータ回路に応用した1例を示している。第3図に示
した従来回路に付加して薄膜トランジスタTFT1のゲ
ート端子Gに信号電圧vGとともに例えば第2の薄膜ト
ランジスタTPT2を介して第2の電圧vcを印加する
。TPT2のゲートには、vcを所定の時間のみTFT
lのゲート端子に印加するのに必要なりロック電圧φC
を印加している。1例としてTFTlのゲート端子には
vG+vcの電圧が第5図に示すような時系列で印加さ
れる。すなわちvGが低レベル(例えばoV)の時間(
T−t)中にφCをt′の期間高レベルにし、TPT2
をオン状態にしてvc(例えば−sV)をTFTlのゲ
ートに印加する。
FIG. 1 shows an example in which the thin film transistor driving method according to the present invention is applied to an inverter circuit. In addition to the conventional circuit shown in FIG. 3, a second voltage vc is applied to the gate terminal G of the thin film transistor TFT1 together with the signal voltage vG, for example, via the second thin film transistor TPT2. At the gate of TPT2, VC is connected to TFT for a predetermined time.
The lock voltage φC required to apply to the gate terminal of l
is being applied. As an example, a voltage of vG+vc is applied to the gate terminal of TFTl in a time series as shown in FIG. In other words, the time when vG is at a low level (e.g. oV) (
During T-t), φC is set to high level for a period of t', and TPT2
is turned on and VC (for example, -sV) is applied to the gate of TFTl.

この時、vOUT’の低レベルv2′は従来例で示した
v2と全く同じであるが、高レベルv1′はvcの印加
ニヨリTFT1のオフ抵抗(VG=−sV)が従来例の
場合よりも少し高くなるため、■1′はvl よりも少
し高くなるが実用上は全く問題にならない。またTFT
lのゲート端子にvcを印加するタイミングとして第6
図に示すように、信号電圧VGの印加が終了した後、あ
るいは、回路上vGが動作していない時間にφCをオン
状態にしてvcを印加することも可能である。
At this time, the low level v2' of vOUT' is exactly the same as v2 shown in the conventional example, but the high level v1' is higher than that in the conventional example when the off-resistance (VG=-sV) of TFT1 is higher than in the conventional example. 1' becomes a little higher than vl, but this is not a problem at all in practice. Also TFT
The sixth timing is the timing for applying vc to the gate terminal of l.
As shown in the figure, it is also possible to turn on φC and apply vc after the application of the signal voltage VG is finished or at a time when vG is not operating on the circuit.

更に本発明の異なる実施例として第7図に示すようなシ
フトレジスタがある。CK1.CK2によシv1からv
nまで信号を転送した後、CK3のクロックによりトラ
ンジスタQ7をオン状態とし、薄膜トランジスタQ の
ゲート端子に電位Vcを供給する。第7図のA、Bおよ
び0点での信号は、第8図に示したように変化する。第
8図よりわかるように0点は一定時間、所定の電位vc
に設定される。vcは■。よりも低電位であるので、Q
4のゲート端子は、一定時間(t′)ソース、ドレイン
端子よりも低電位となり半導体と絶縁層との界面は空乏
状態になり、トラップレベルに捕獲されていた電子を解
放し、TPTのトランジスタ特性を初期の状態に復帰で
きる・ 第9図は、本発明の効果を薄膜トランジスタのドレイン
電流IDの経時変化により調べたものである。第2図に
示す構造の薄膜トランジスタで、ゲート電極2はSOO
人程度の膜厚を有するAlを、絶縁体層3は6000人
程度0膜厚を有するAl2O3を、半導体層4としては
、500人程鹿の膜厚を有するCdSeを、ソース・ド
レイン電極5.6としては、2000人程度0膜厚を有
するAlをそれぞれ用い、真空蒸着法やスパッタ法等を
用いて形成した。パターニングは周知のフォトリングラ
フ法等により行なった。第9図は上記したCdSeの薄
膜トランジスタのゲート電極に2種類のパルスを印加し
た時のドレイン電流の経時変化を調べたものである。図
中(、)は第5図で示した本発明により得られるパルス
を、(b)は第4図に示した従来例により得られるパル
スをそれぞれゲート電極に印加した場合の実験結果であ
る。ソース・ドレイン間の電圧はどちらも20V一定と
した。
Furthermore, there is a shift register as shown in FIG. 7 as a different embodiment of the present invention. CK1. From CK2 to v1 to v
After transferring the signal up to n, the transistor Q7 is turned on by the clock of CK3, and the potential Vc is supplied to the gate terminal of the thin film transistor Q. The signals at points A, B and 0 in FIG. 7 change as shown in FIG. As can be seen from Fig. 8, the 0 point is a predetermined potential vc for a certain period of time.
is set to vc is ■. Since the potential is lower than Q
The gate terminal of No. 4 has a lower potential than the source and drain terminals for a certain period of time (t'), and the interface between the semiconductor and the insulating layer becomes depleted, releasing the electrons trapped in the trap level and changing the transistor characteristics of TPT. can be restored to its initial state. Figure 9 shows the effect of the present invention investigated by the change over time in the drain current ID of a thin film transistor. In the thin film transistor having the structure shown in FIG. 2, the gate electrode 2 is SOO.
The insulator layer 3 is made of Al2O3 with a thickness of about 6,000 people, the semiconductor layer 4 is made of CdSe with a thickness of about 500 people, and the source/drain electrodes 5. As for No. 6, Al having a film thickness of about 2,000 layers was used, and they were formed using a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. Patterning was performed by the well-known photoringraph method. FIG. 9 shows the time-dependent changes in drain current when two types of pulses were applied to the gate electrode of the CdSe thin film transistor described above. In the figure, (,) shows the experimental results when the pulse obtained by the present invention shown in FIG. 5 was applied to the gate electrode, and (b) the pulse obtained by the conventional example shown in FIG. 4 was applied to the gate electrode. The voltage between the source and drain was kept constant at 20V.

これかられかるように、ゲート電極に、ソース。As you will see below, connect the source to the gate electrode.

電位に対して、逆極性のパルスを印加すれば、ドレイン
電流はほとんど変化しないことがわかる。
It can be seen that if a pulse of opposite polarity is applied to the potential, the drain current hardly changes.

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明の薄膜トランジ
スタの駆動方法に依れば、ゲート絶縁層。
Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the method for driving a thin film transistor of the present invention, the gate insulating layer.

半導体層およびそれらの界面に捕獲されるキャリアの数
を減少させることができるため、薄膜トランジスタの電
気特性や長期安定性を大幅に改善することができ、各種
トランジスタ回路に広く利用できるものである。
Since the number of carriers trapped in the semiconductor layer and their interfaces can be reduced, the electrical characteristics and long-term stability of thin film transistors can be significantly improved, and the method can be widely used in various transistor circuits.

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

第1図は本発明の薄膜トランジスタの駆動方法を示すた
めの回路図、第2図は薄膜トランジスタの断面構造図、
第3図は従来の薄膜トランジスタの駆動方法を示すため
の回路図、第4図は従来の薄膜トランジスタに印加され
るゲート電圧と出力電圧を示す図、第5図、第6図は本
発明の薄膜トランジスタに印加されるゲート電圧と出力
電圧を示す図、第7図は本発明の薄膜トランジスタの駆
動方法をシフトレジスタに応用した1実施例を示す回路
図、第8図はシストレジスタに応用した本発明の薄膜ト
ランジスタの駆動方法におけるタイミングチャート、第
9図は薄膜トランジスタの駆動方法のちがいによるドレ
イン電流の経時変化を示す特性図である。 TFTl・・・・・・薄膜トランジスタ、VG・・・・
・・ゲート電圧、φC・・・・・・第2の電圧。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名吃 第2図 第3図 第4図 (IIL) Vtr 第5図 ((1,ン Vtr tVc 第 6 図 (OL) 第7図
FIG. 1 is a circuit diagram showing the method for driving a thin film transistor of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional structural diagram of the thin film transistor,
Figure 3 is a circuit diagram showing a conventional thin film transistor driving method, Figure 4 is a diagram showing the gate voltage and output voltage applied to the conventional thin film transistor, and Figures 5 and 6 are diagrams showing the thin film transistor of the present invention. A diagram showing the applied gate voltage and output voltage, FIG. 7 is a circuit diagram showing an embodiment in which the thin film transistor driving method of the present invention is applied to a shift register, and FIG. 8 is a diagram showing the thin film transistor of the present invention applied to a shift register. FIG. 9 is a timing chart for the driving method of the thin film transistor, and FIG. 9 is a characteristic diagram showing the change over time of the drain current depending on the driving method of the thin film transistor. TFTl... Thin film transistor, VG...
...Gate voltage, φC...Second voltage. Name of agent Patent attorney Toshio Nakao and one other person Figure 2 Figure 3 Figure 4 (IIL) Vtr Figure 5 ((1, Vtr tVc Figure 6 (OL) Figure 7

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ソースおよびドレイン電極を具備した半導体層と
絶縁層を介して接するゲート電極とからなる薄膜トラン
ジスタのゲート端子に、入力信号電圧とは異なる第2の
電圧をスイッチング素子を介して印加して所定の期間、
前記絶縁層と半導体層との界面を空乏状態に保持するこ
とを特徴とする薄膜トランジスタの駆動方法。
(1) A second voltage different from the input signal voltage is applied via a switching element to the gate terminal of a thin film transistor consisting of a semiconductor layer having source and drain electrodes and a gate electrode in contact with each other via an insulating layer. period of,
A method for driving a thin film transistor, comprising maintaining an interface between the insulating layer and the semiconductor layer in a depleted state.
(2)第2の電圧を前記薄膜トランジスタのソース端子
およびドレイン端子のいずれの電圧よりも低電圧に設定
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜
トランジスタの駆動方法。
(2) The method for driving a thin film transistor according to claim 1, characterized in that the second voltage is set to a voltage lower than either the voltage at the source terminal or the drain terminal of the thin film transistor.
JP60258903A 1985-11-19 1985-11-19 Driving of thin film transistor Pending JPS62118390A (en)

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Cited By (3)

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