非晶半导体薄膜晶体管模型研究及参数提取

发布时间：2017-04-08 02:29

  本文关键词：非晶半导体薄膜晶体管模型研究及参数提取，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：非晶硅(amorphous silicon,a-Si)薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)大面积制作时均匀性较好,且可以低温制造,被广泛应用于有源矩阵液晶显示器(Active-Matrix Liquid-Crystal Display,AMLCD)和有机发光二极管显示(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode,AMO LED)。另一方面,随着工艺技术的发展,以非晶铟镓氧化锌(amorphous In Ga Zn O,a-IGZO)TFT为代表的非晶氧化物半导体薄膜晶体管具有迁移率较大、透明、与a-Si低温制备工艺兼容、可实现柔性显示等优点而受到广泛的关注。本文分析研究了非晶IGZO薄膜晶体管陷阱态密度的提取方法。考虑沟道表面势的非均匀性分布,直接通过器件的电容-电压(C-V)特性,利用泊松方程和高斯定理推导出a-IGZO TFT界面陷阱态电荷密度与栅压的关系。结果表明,对于a-IGZO TFT,随着栅源电压的增加,界面陷阱态电荷密度起初保持不变,随后快速上升,通常情况下,态密度的数量级为1011e V-1cm-2。同时,根据界面陷阱态电荷密度和亚阈值摆幅之间的关系,提取了体内陷阱态密度,并采用双指数分布进行表征。给出的陷阱态密度提取方法能同时提取界面陷阱态及体内陷阱态,且计算过程较已有的方法更简单。讨论了a-Si TFT沟道内的电压分布,基于a-Si TFT沟道中双指数分布的陷阱态,考虑了源端、漏端串联电阻及沟道电阻,得出了a-Si TFT沟道各点的阈值电压表达式,研究结果表明,沟道中某一点的阈值电压随其与源端距离的增大而减小。从a-IGZO TFT直流特性出发,以陷阱态分布为基础,根据a-IGZO TFT不同自由载流子浓度下的主要导电机制,将a-IGZO TFT的阈值电压定义为简并导电出现时的栅源电压。所给出的模型可直接通过a-IGZO TFT的体因子和陷阱态相关参数得到器件的阈值电压,适用于实际电路中所有尺寸的a-IGZO TFT,可嵌入电路仿真器进行电路仿真。根据a-Si TFT中载流子的传输方式,包括:(i)局域态之间跳跃导电,(ii)局域态和扩展态之间跳跃导电,(iii)扩展态内传输导电,得到了a-Si TFT漏电流模型,模型描述了TFT所有正向工作区域,包括亚阈值区、线性区以及饱和区的电学特性。该解析模型的物理概念清晰,适用于对器件及电路进行仿真。同时,结合提出的a-IGZO TFT阈值电压模型,建立了a-IGZO TFT漏电流静态模型,模型可解释a-IGZO TFT中载流子导电机制。利用a-IGZO TFT亚阈值区泄漏电流的产生机制,给出了a-IGZO TFT工作于亚阈值区时,漏电流随时间变化的模型。结果表明a-IGZO TFT的亚阈值区泄漏电流是由热激发促使薄膜晶体管界面陷阱态俘获载流子被激活进入导带而产生。且在一定时间范围内,a-IGZO TFT亚阈值区的漏电流随时间的增加近似指数减小。
【关键词】：非晶硅 非晶铟镓锌氧 薄膜晶体管 缺陷态 阈值电压 漏电流 模型
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 a-Si TFT研究现状14-15
• 1.3 a-IGZO TFT研究现状15-19
• 1.3.1 a-IGZO薄膜特性15-17
• 1.3.2 a-IGZO TFT电学特性17-18
• 1.3.3 a-IGZO TFT阈值电压18-19
• 1.4 主要研究内容及论文结构19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章a-Si TFT的直流特性20-31
• 2.1 a-Si TFT阈值电压模型20-25
• 2.1.1 a-Si TFT沟道阈值电压分布20-24
• 2.1.2 结果与讨论24-25
• 2.2 a-Si TFT漏电流模型25-30
• 2.2.1 基于导电机制的漏电流模型25-28
• 2.2.2 结果与讨论28-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章a-IGZO TFT的陷阱态提取31-53
• 3.1 常用陷阱态提取方法31-40
• 3.2 基于沟道非均匀性的C?V提取40-45
• 3.2.1 a-IGZO TFT陷阱态提取模型40-45
• 3.2.2 参数提取45
• 3.3 结果与讨论45-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章a-IGZO TFT的阈值电压提取53-67
• 4.1 常用阈值电压提取方法53-58
• 4.2 a-IGZO TFT阈值电压模型58-62
• 4.3 结果与讨论62-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章a-IGZO TFT的漏电流模型67-93
• 5.1 漏电流模型67-73
• 5.2 a-IGZO TFT亚阈值区漏电流动态模型73-83
• 5.2.1 亚阈值区泄漏电流产生机制73-76
• 5.2.2 亚阈值区漏电流动态模型76-81
• 5.2.3 结果与讨论81-83
• 5.3 a-IGZO TFT漏电流静态模型83-92
• 5.3.1 漏电流静态模型84-87
• 5.3.2 结果与讨论87-92
• 5.4 本章小结92-93
• 结论93-95
• 参考文献95-112
• 攻读博士学位期间取得的研究成果112-114
• 致谢114-115
• 附件115

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 强蕾;姚若河;;非晶硅薄膜晶体管沟道中阈值电压及温度的分布[J];物理学报;2012年08期

  本文关键词：非晶半导体薄膜晶体管模型研究及参数提取，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：291896