針對異步對稱雙柵結構的氧化銦鎵鋅(InGaZnO)薄膜晶體管(thin film transistors,TFTs),求解泊松方程,并根據(jù)載流子在亞閾區(qū)、導通區(qū)的不同分布特點,在亞閾區(qū)引入等效平帶電壓的概念,在導通區(qū)運用Lambert W函數(shù)近似,建立異步對稱雙柵InGaZnO TFT表面電勢解析模型。該模型的擬合參數(shù)只有2個,能夠較好地反映介電層厚度、溝道電壓等參數(shù)對電勢的影響�；谒Ｐ图癟CAD分析,研究InGaZnO層厚度、柵介質層厚度以及缺陷態(tài)密度等物理量對獨立柵控雙柵晶體管表面電勢的影響。研究結果表明:在亞閾區(qū),表面電勢隨著底柵電壓增大呈近似線性增大,且在頂柵電壓調制作用下平移;在導通區(qū),表面電勢隨著底柵電壓的增加逐步飽和,且電勢值與頂柵調制電壓作用相關度小。表面電勢的解析模型與TCAD數(shù)值計算結果對比,具有較高的吻合度;在不同缺陷態(tài)密度分布情況下,電勢模型的計算值與TCAD分析值相對誤差均小于10%。本研究成果有利于了解雙柵InGaZnO TFT的導通機制,可用于InGaZnO TFT的器件建模及相關集成電路設計。 

【文章來源】：中南大學學報(自然科學版). 2020年09期 北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

異步對稱雙柵In Ga Zn O TFT的剖面結構

圖1 異步對稱雙柵In Ga Zn O TFT的剖面結構其中：nTA,nDA,nTD和nDD分別為TA,DA,TD和DD這4種缺陷態(tài)密度分布的中心濃度；k為玻爾茲曼常數(shù)；TTA,TDA,TTD和TD分別為這4種缺陷態(tài)密度的有效特征溫度；EC和EV分別為導帶底(CBM)和價帶頂(VBM)的能量。

在TCAD的仿真結果中，當頂柵電壓VGT為-5V，底柵電壓VGB為15 V時，異步雙柵In Ga Zn O TFT溝道載流子濃度和溝道電勢分布見圖4。從圖4(a)可見：In Ga Zn O TFT的底部溝道處自由載流子濃度最高約為1018cm-3，到頂部溝道有規(guī)律地逐漸減小為1011cm-3。從圖4(b)可見：In Ga Zn O TFT的溝道底部電勢約為15 V，從底部到頂部逐漸減小。這是因為當?shù)讝烹妷篤GB為15 V時，大量自由載流子積累在溝道與柵絕緣層之間的界面處，該電子積累層屏蔽了底柵電場的作用，導致異步雙柵In Ga Zn O TFT表面勢φS隨著底柵電壓VGB的增加而趨于飽和，該情形與式(9)所示的一致。有源層頂部的表面電勢和底部表面勢變化趨勢一致，只不過數(shù)值有少量增大，這是由于溝道電荷積累對電場的屏蔽作用在溝道層頂部和底部存在差異。根據(jù)模型表達式計算得到的不同有源層厚度tIGZO和不同氧化層厚度tOX，表面勢φS隨底柵電壓VGB的變化關系見圖5。從圖5可見：隨著有源層厚度tIGZO從30 nm增加至50 nm，φS在亞閾區(qū)隨著VGB增加更快地接近飽和值；隨著氧化層厚度tOX從200 nm增加至220 nm，電勢飽和值變小，φS在亞閾區(qū)則幾乎不變化。這是因為φS的飽和值由邊界式(5)決定，而不受有源層厚度的影響；但tIGZO增加會導致溝道內(nèi)自由載流子數(shù)目增加，所以，φS隨著VGB增加更快地達到飽和值。另一方面，tOX增加導致單位面積的柵介質電容減少，積累在溝道與柵絕緣層之間的界面處的載流子變少，分壓也相應地減少，所以，亞閾區(qū)的λ仍為1/2，亞閾區(qū)的電勢不變，飽和區(qū)的電勢隨之減小。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]InGaZnO薄膜晶體管泄漏電流模型[J]. 鄧小慶,鄧聯(lián)文,何伊妮,廖聰維,黃生祥,羅衡.  物理學報. 2019(05)
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本文編號：2924412