(57)【要約】【課題】ソース電極を共通とするトランジスタ対の、各ドレイン電極から出力される電圧の差を評価するトランジスタ対の特性評価装置であって、その特性差を高精度でかつ簡便に測定できる特性評価装置および特性評価方法を提供することを課題とする。【解決手段】２つの可変抵抗を有し、各可変抵抗の一方の端部は共通に接続され、他端部はそれぞれ各ドレイン電極に接続するドレイン端子を有し、各ドレイン端子の出力を測定する測定装置を有することを特徴とする。【選択図】図１
2012063317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極を共通とするトランジスタ対の、各ドレイン電極から出力される電圧の差を評価する特性評価装置であって、２つの可変抵抗を有し、各可変抵抗の一方の端部は共通に接続され、他端部はそれぞれ各ドレイン電極に接続するドレイン端子を有し、各ドレイン端子の出力を測定する測定装置を有することを特徴とするトランジスタ対の特性評価装置。
【請求項２】
トランジスタ対が、ソース電極に定電流源を有する差動増幅回路のトランジスタ対であることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ対の特性評価装置。
【請求項３】
トランジスタ対が、差動増幅回路の能動負荷を構成するトランジスタ対であることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ対の特性評価装置。
【請求項４】
トランジスタ対のゲート電極が、それぞれのドレインに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトランジスタ対の特性評価装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のトランジスタ対の特性評価装置を用い、トランジスタ対の出力を評価する特性評価方法であって、
２つの可変抵抗を同じ値に設定し、
２つの可変抵抗のドレイン端子をそれぞれ各ドレイン電極に接続し、
可変抵抗の共通接続された端部を電源または接地に接続し、
トランジスタ対のゲート電極にトランジスタが動作可能に同じ電圧を入力し、
各ドレイン端子からそれぞれ出力を測定し、
出力の差を求め、トランジスタ対を評価することを特徴とするトランジスタ対の特性評価方法。
【請求項６】
請求項４に記載のトランジスタ対の特性評価装置を用い、トランジスタ対の出力を評価する特性評価方法であって、
２つの可変抵抗を同じ値に設定し、
２つの可変抵抗のドレイン端子をそれぞれ各ドレイン電極に接続し、
可変抵抗の共通接続された端部を電源または接地に接続し、
各ドレイン端子からそれぞれ出力を測定し、
出力の差を求め、トランジスタ対を評価することを特徴とするトランジスタ対の特性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタ対の出力を評価する特性評価装置および特性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路で、広く信号処理に利用される基本の回路として、差動増幅回路が利用されている。この差動増幅回路は、差動信号を入力し増幅するもので、差動信号は固定した電位（通常接地電位）を中心として振幅が等しく極性が異なる信号を持つ二つの接点間で測定した信号として定義される。そしてこの二つの信号を入力し、増幅するための二つのトランジスタをトランジスタ対としている。このトランジスタに差動信号を入力し、増幅することでノイズに対する耐性が大きな差動信号が得られ、また増幅度が非常に大きな差動増幅回路とすることができ、その応用が広く基本回路として利用されている。このような機能を有するために、このトランジスタ対は非常に精度の高い程度で同等の特性を有することが求められる。このようなトランジスタ対は他の回路にも用いられ、ウェハープロセス上では近接して配置したり、たすきがけ配置としたり、ひずみの生じやすいチップ周辺部を避けて配置するなどして製造している。しかし、トランジスタ対の特性差は避けがたく、ウェハープロセス上ではチップと同時にＴＥＧを製造し、ＴＥＧを測定しこの特性差をモニタしている。
【０００３】
このような特性差を測定する装置や方法がすでに開示されている（特許文献１）。この装置では、トランジスタ対を、差動増幅器回路の中に差動入力トランジスタ対として組み入れている。その差動増幅回路において、負荷トランジスタおよび信号入力端子に対する差動入力トランジスタの接続状態を差動入力トランジスタ同士で入れ替え、それぞれの接続状態について差動増幅回路の出力電圧を測定している。そして測定した２つの出力電圧には、トランジスタ対の特性の違いが差分量として含まれる一方、測定誤差要因が同等に含まれている。従って、これらの出力電圧の差分に基づいて、測定誤差要因をキャンセルしながら高精度且つ安定に特性差を測定することが出来る。
【０００４】
このような装置として、図８に例示する（特願２００９−１７３２８３）。図で、ＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２でトランジスタ対を形成し、ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２でＰ１を基準としたカレントミラーで能動負荷を形成している。それぞれのドレイン電圧をＶｄ１、Ｖｄ２とし、トランジスタ対の出力電圧Ｖｄ２は、Ｐ２のドレイン側から得る。また、ＮＭＯＳトランジスタＮ３でゲート電圧Ｖｂｎを制御し定電流源を構成している。この回路でトランジスタ対Ｎ１、Ｎ２にそれぞれＶｉｎ１、Ｖｉｎ２を入力する。トランジスタ対の出力Ｖｄ２は、ＮＭＯＳトランジスタＮ４と、定電流源を構成しているＮＭＯＳトランジスタＮ５で構成する増幅回路に入力している。その出力Ｖｏｕｔは、トランジスタ対のＮ２に入力し、電圧フォロア回路を構成している。
【０００５】
この回路で、入力電圧Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２を調整して、電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２が同じ値となるようにする。このときの入力電圧Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２の差Δ１を測定しておく。つぎに、能動負荷の基準をＰ２に切り替え、トランジスタ対の出力をＶｄ１に切り替え、Ｎ４の入力をＶｄ１に切り替える。さらに増幅回路の出力ＶｏｕｔをＮ１に入力するように切り替える。同じようにして、入力電圧Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２を調整して、電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２が同じ値となるようにする。このときの入力電圧Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２の差Δ２を測定する。このΔ１、Δ２の値から、精度の高い特性差（オフセット値）を求められる。なおこの回路の切替は、通常ＭＯＳトランジスタでトランスファゲートを形成してそのスイッチ作用で実施する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１５１５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなトランジスタ対による特性差を持つ回路は、それにより生じる電圧を、さまざまな手法で消去できるようにして使用する。とくに特性差を持つ回路を製造する者と、これを利用する者との間では、その特性差を早く伝達するために、簡便に測定できることが求められる。また、製造する者にとってもどのように素子を設計製造すればよいか、精度よく速やかにその結果を得ることが求められる。しかし上記のような従来の測定方法では、ＴＥＧとして、差動増幅回路を形成し、能動負荷や出力のスイッチ回路を形成し、また測定時には切替操作が必要で、時間のかかる複雑なものであった。
【０００８】
本発明は、特性差をもつ回路で、その特性差を高精度でかつ簡便に測定できるトランジスタ対の特性評価装置および特性評価方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は係る課題に鑑みなされたものであり、請求項１の発明は、
ソース電極を共通とするトランジスタ対の、各ドレイン電極から出力される電圧の差を評価する特性評価装置であって、２つの可変抵抗を有し、各可変抵抗の一方の端部は共通に接続され、他端部はそれぞれ各ドレイン電極に接続するドレイン端子を有し、各ドレイン端子の出力を測定する測定装置を有することを特徴とするトランジスタ対の特性評価装置としたものである。
【００１０】
本発明の請求項２の発明は、
トランジスタ対が、ソース電極に定電流源を有する差動増幅回路のトランジスタ対であることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ対の特性評価装置としたものである。
【００１１】
本発明の請求項３の発明は、
トランジスタ対が、差動増幅回路の能動負荷を構成するトランジスタ対であることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ対の特性評価装置としたものである。
【００１２】
本発明の請求項４の発明は、
トランジスタ対のゲート電極が、それぞれのドレインに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトランジスタ対の特性評価装置としたものである。
【００１３】
本発明の請求項５の発明は、
請求項１〜３のいずれかに記載のトランジスタ対の特性評価装置を用い、トランジスタ対の出力を評価する特性評価方法であって、
２つの可変抵抗を同じ値に設定し、
２つの可変抵抗のドレイン端子をそれぞれ各ドレイン電極に接続し、
可変抵抗の共通接続された端部を電源または接地に接続し、
トランジスタ対のゲート電極にトランジスタが動作可能に同じ電圧を入力し、
各ドレイン端子からそれぞれ出力を測定し、
出力の差を求め、トランジスタ対を評価することを特徴とするトランジスタ対の特性評価方法としたものである。
【００１４】
本発明の請求項６の発明は、
請求項４に記載のトランジスタ対の特性評価装置を用い、トランジスタ対の出力を評価する特性評価方法であって、
２つの可変抵抗を同じ値に設定し、
２つの可変抵抗のドレイン端子をそれぞれ各ドレイン電極に接続し、
可変抵抗の共通接続された端部を電源または接地に接続し、
各ドレイン端子からそれぞれ出力を測定し、
出力の差を求め、トランジスタ対を評価することを特徴とするトランジスタ対の特性評価方法としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上のような構成であるので、特性差をもつ回路で、その特性差を高精度でかつ簡便に測定できるトランジスタ対の特性評価装置および特性評価方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のトランジスタ対の特性評価装置の実施の形態例を示した説明図である。
【図２】本発明に係るトランジスタ対を有する差動増幅回路の説明図である。
【図３】本発明に係るトランジスタ対の一例の特性を示した説明図である。
【図４】本発明のトランジスタ対の特性評価装置の他の実施の形態例を示した説明図である。
【図５】本発明に係るトランジスタ対の他の例の特性を示した説明図である。
【図６】本発明のトランジスタ対の特性評価装置のその他の実施の形態例を示した説明図である。
【図７】本発明のトランジスタ対の特性評価装置のさらにその他の実施の形態例を示した説明図である。
【図８】従来のトランジスタ対の特性評価装置の例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための形態につき説明する。
【００１８】
本発明のトランジスタ対の特性評価装置は、ソース電極を共通とするトランジスタ対の、各ドレイン電極から出力される電圧の差を評価することで、トランジスタ対の特性評価をする装置であることを前提とする。そして、２つの可変抵抗を有し、各可変抵抗の一方の端部は共通に接続され、他端部はそれぞれ各ドレイン電極に接続するドレイン端子を有し、各ドレイン端子の出力を測定する測定装置を有する。
【００１９】
図１は、本発明のトランジスタ対の特性評価装置の実施の形態例を示した説明図である。図１で、トランジスタ対の特性評価装置１は、２つの可変抵抗Ｒ１、Ｒ２を有し、各可変抵抗Ｒ１、Ｒ２の一方の端部は共通で電源電圧ＶＤＤに接続され、他端部はそれぞれＴＥＧ２のトランジスタの各ドレイン電極に接続するドレイン端子Ｄ１、Ｄ２を有し、各ドレイン端子の出力ＯＵＴ＿Ｌ、ＯＵＴ＿Ｒを測定する測定装置Ｍ１を有する。測定装置Ｍ１は、バッファのみ図示している。このトランジスタ対の特性評価装置１はＴＥＧ２を接続し、評価する。各可変抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ブリッジ回路等で高精度で同じ値としておく。
【００２０】
ＴＥＧ２は、ソース電極を共通とするＮＭＯＳ型のトランジスタ対Ｎｐ１、Ｎｐ２と、定電流源となるＮＭＯＳ型のトランジスタＮｂ１で構成されている。Ｎｐ１、Ｎｐ２のドレインはそれぞれドレイン端子Ｄ１、Ｄ２に接続され、共通のソース電極はＮｂ１のドレインに接続され、Ｎｂ１のソースは接地に接続されている。Ｎｂ１のゲート電極にはバイアス電圧Ｖｂｉａｓが入力して、定電流源となるようにバイアスされている。このＴＥＧは、図２に例示されるような、トランジスタ対を有する差動増幅回路のための回路である。図２では、差動入力トランジスタ対と、トランジスタ対を有する能動負荷と、定電流源と、増幅部とで構成されている。
【００２１】
図１で、測定装置Ｍ１では、出力ＯＵＴ＿Ｒが測定されるが、接続を切り替えて、出力ＯＵＴ＿Ｌも同様に測定する。このときの測定値を、図３で示した特性図で説明する。図３の特性図で、横軸はトランジスタ対Ｎｐ１、Ｎｐ２に加わる電圧、縦軸は流れる電流を表す。曲線はゲート電圧を一定としたトランジスタ対Ｎｐ１、Ｎｐ２のドレイン電圧、電流の特性を、破線は可変抵抗Ｒ１、Ｒ２による負荷特性を示す。これらの線の交点が出力電圧値となる。図３ではトランジスタ対Ｎｐ１、可変抵抗Ｒ１間の出力ＯＵＴ＿Ｌ、Ｎｐ２、Ｒ２間の出力ＯＵＴ＿Ｒとした場合をそれぞれ示す。図３（ａ）では、トランジスタ対が等しく出力が一致した場合、すなわちオフセットが０の場合、図（ｂ）ではトランジスタ対が異なり出力が一致しない場合、すなわちオフセットが０でない場合をしめす。この場合のオフセットΔＶは、ΔＶ＝ＯＵＴ＿Ｒ−ＯＵＴ＿Ｌと求められ、トランジスタ対の特性の評価ができる。
【００２２】
図４は、本発明のトランジスタ対の特性評価装置の他の実施の形態例を示した説明図である。図で、トランジスタ対の特性評価装置１１は、図１と同様である。２つの可変抵抗Ｒ１、Ｒ２を有し、各可変抵抗Ｒ１、Ｒ２の一方の端部は共通で電源電圧ＶＤＤに接続され、他端部はそれぞれ各ドレイン電極に接続するドレイン端子Ｄ１、Ｄ２を有し、各ドレイン端子の出力ＯＵＴ＿Ｌ、ＯＵＴ＿Ｒを測定する測定装置Ｍ１を有する。測定装置Ｍ１は、バッファのみ図示している。このトランジスタ対の特性評価装置１１はＴＥＧ２１を接続し、評価する。
【００２３】
ＴＥＧ２１は、ソース電極を共通とするＮＭＯＳ型のトランジスタ対Ｎｐ１、Ｎｐ２と、定電流源となるＮＭＯＳ型のトランジスタＮｂ１で構成されている。Ｎｐ１、Ｎｐ２のドレインはそれぞれドレイン端子Ｄ１、Ｄ２に接続され、さらにＮｐ１、Ｎｐ２のゲート電極に接続され、ダイオード接続としている。共通のソース電極はＮｂ１のドレインに接続され、Ｎｂ１のソースは接地に接続されている。Ｎｂ１のゲート電極にはバイアス電圧Ｖｂｉａｓが入力して、定電流源となるようにバイアスされている。このＴＥＧ２１も、同様に図２に例示されるような、トランジスタ対を有する差動増幅回路のための回路である。
【００２４】
図４で、測定装置Ｍ１では、出力ＯＵＴ＿Ｒが測定されるが、接続を切り替えて、出力ＯＵＴ＿Ｌも同様に測定する。このときの測定値を、図５で示した特性図で説明する。図５の特性図で、横軸はトランジスタ対Ｎｐ１、Ｎｐ２に加わる電圧、縦軸は流れる電流を表す。曲線はゲート電極をドレイン電極に接続してダイオード接続としたトランジスタＮｐ１、Ｎｐ２のドレイン電圧、電流の特性を示す。破線は可変抵抗Ｒ１、Ｒ２による負荷特性を示す。これらの線の交点が出力電圧値となる。図ではトランジスタ対Ｎｐ１可変抵抗Ｒ１間の出力ＯＵＴ＿Ｌ、Ｎｐ２、Ｒ２間の出力ＯＵＴ＿Ｒとした場合をそれぞれ示す。図５（ａ）では、トランジスタ対が等しく出力が一致した場合、すなわちオフセットが０の場合、図（ｂ）ではトランジスタ対が異なり出力が一致しない場合、すなわちオフセットが０でない場合をしめす。この場合のオフセットΔＶは同様に、ΔＶ＝ＯＵＴ＿Ｒ−ＯＵＴ＿Ｌと求められ、トランジスタ対の特性の評価ができる。この例では、ＴＥＧ２１のトランジスタ対に入力する必要が無い。
【００２５】
図６は、本発明のトランジスタ対の特性評価装置のその他の実施の形態例を示した説明図である。図６で、トランジスタ対の特性評価装置１２は、２つの可変抵抗Ｒ１、Ｒ２を有し、各可変抵抗Ｒ１、Ｒ２の一方の端部は共通で接地に接続され、他端部はそれぞれ各ドレイン電極に接続するドレイン端子Ｄ１、Ｄ２を有し、各ドレイン端子の出力ＯＵＴ＿Ｌ、ＯＵＴ＿Ｒを測定する測定装置Ｍ１を有する。測定装置Ｍ１は、バッファのみ図示している。このトランジスタ対の特性評価装置１２はＴＥＧ２２を接続し、評価する。
【００２６】
ＴＥＧ２２は、ソース電極を共通とするＰＭＯＳ型のトランジスタ対Ｐｐ１、Ｐｐ２で構成されている。Ｐｐ１、Ｐｐ２のドレインはそれぞれドレイン端子Ｄ１、Ｄ２に接続され、共通のソース電極は電源に接続されている。ゲート電極は外部からの電圧Ｖｉｎが入力している。このＴＥＧは、図２に例示されるような、能動負荷を構成するトランジスタ対を有する差動増幅回路のための回路である。図２では、差動入力トランジスタ対と、トランジスタ対を有する能動負荷と、定電流源と、増幅部とで構成されている。
【００２７】
図６で、測定装置Ｍ１では、出力ＯＵＴ＿Ｒが測定されるが、接続を切り替えて、出力ＯＵＴ＿Ｌも同様に測定する。このときの測定値を、図３で示した特性図で説明したものと同様にして、もとめられる。すなわち、トランジスタ対Ｐｐ１、Ｐｐ２のドレイン電圧、電流の特性と、可変抵抗Ｒ１、Ｒ２による負荷特性の交点が出力電圧値となる。そして、同様にして二つの出力値を測定し、オフセットΔＶは、ΔＶ＝ＯＵＴ＿Ｒ−ＯＵＴ＿Ｌと求められ、トランジスタ対の特性の評価ができる。
【００２８】
図７は、本発明のトランジスタ対の特性評価装置のさらにその他の実施の形態例を示した説明図である。図７で、トランジスタ対の特性評価装置１３は、２つの可変抵抗Ｒ１、Ｒ２を有し、各可変抵抗Ｒ１、Ｒ２の一方の端部は共通で接地に接続され、他端部はそれぞれ各ドレイン電極に接続するドレイン端子Ｄ１、Ｄ２を有し、各ドレイン端子の出力ＯＵＴ＿Ｌ、ＯＵＴ＿Ｒを測定する測定装置Ｍ１を有する。測定装置Ｍ１は、バッファのみ図示している。このトランジスタ対の特性評価装置１２はＴＥＧ２３を接続し、評価する。
【００２９】
ＴＥＧ２３は、ソース電極を共通とするＰＭＯＳ型のトランジスタ対Ｐｐ１、Ｐｐ２で構成されている。Ｐｐ１、Ｐｐ２のドレインはそれぞれドレイン端子Ｄ１、Ｄ２に接続され、さらにＰｐ１、Ｐｐ２のゲート電極に接続され、ダイオード接続としている。共通のソース電極は電源に接続されている。このＴＥＧも図２に例示されるような、トランジスタ対を有する能動負荷で構成される差動増幅回路のための回路である。
【００３０】
図７の例は、図４の場合と同様にして、測定装置Ｍ１では、出力ＯＵＴ＿Ｒおよび、接続を切り替えて、出力ＯＵＴ＿Ｌを同様に測定する。このときの測定値を、図５で示した特性図で説明したのと同様に考えて出力電圧値を求める。すなわた、ダイオード接続としたトランジスタＰｐ１、Ｐｐ２のドレイン電圧、電流の特性と、可変抵抗Ｒ１、Ｒ２による負荷特性との交点が出力電圧値となる。そして、同様にして二つの出力値を測定し、オフセットΔＶは、ΔＶ＝ＯＵＴ＿Ｒ−ＯＵＴ＿Ｌと求められ、トランジスタ対の特性の評価ができる。
【００３１】
本願発明のトランジスタ対の特性評価装置は以上のような作用効果を有するから、ＴＥＧとして、差動増幅回路を形成する必要がなく、また能動負荷や出力のスイッチ回路を従来に比べ削減でき、また測定時には切替操作が少なく、特性差をもつ回路で、その特性差
を高精度でかつ簡便に測定できるトランジスタ対の特性評価装置および特性評価方法とすることが出来る。
【００３２】
尚以上の本発明のトランジスタ対の特性評価装置を、トランジスタ対をＮＭＯＳトランジスタで、また能動負荷のトランジスタをＰＭＯＳで構成した差動増幅回路を対象として例示した。しかし、トランジスタ対をＰＭＯＳトランジスタで、また能動負荷のトランジスタをＮＭＯＳで構成した差動増幅回路でも以上のような作用効果は得られる。
【符号の説明】
【００３３】
１、１１、１２、１３・・・トランジスタ対の特性評価装置
２、２１、２２、２３・・・ＴＥＧ
【図１】
2012063317.tif 000003
【図２】
2012063317.tif 000004
【図４】
2012063317.tif 000005
【図６】
2012063317.tif 000006
【図７】
2012063317.tif 000007
【図８】
2012063317.tif 000008
【図３】
2012063317.tif 000009
【図５】
2012063317.tif 000010