針對(duì)異步對(duì)稱雙柵結(jié)構(gòu)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(dǎo)通區(qū)的不同分布特點(diǎn),在亞閾區(qū)引入等效平帶電壓的概念,在導(dǎo)通區(qū)運(yùn)用Lambert W函數(shù)近似,建立異步對(duì)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(gè),能夠較好地反映介電層厚度、溝道電壓等參數(shù)對(duì)電勢的影響�；谒Ｐ图癟CAD分析,研究InGaZnO層厚度、柵介質(zhì)層厚度以及缺陷態(tài)密度等物理量對(duì)獨(dú)立柵控雙柵晶體管表面電勢的影響。研究結(jié)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(diào)制作用下平移;在導(dǎo)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(diào)制電壓作用相關(guān)度小。表面電勢的解析模型與TCAD數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)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(jì)算值與TCAD分析值相對(duì)誤差均小于10%。本研究成果有利于了解雙柵InGaZnO TFT的導(dǎo)通機(jī)制,可用于InGaZnO TFT的器件建模及相關(guān)集成電路設(shè)計(jì)。 

【文章來源】：中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020年09期 北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

異步對(duì)稱雙柵In Ga Zn O TFT的剖面結(jié)構(gòu)

圖1 異步對(duì)稱雙柵In Ga Zn O TFT的剖面結(jié)構(gòu)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(dǎo)帶底(CBM)和價(jià)帶頂(VBM)的能量。

在TCAD的仿真結(jié)果中，當(dāng)頂柵電壓VGT為-5V，底柵電壓VGB為15 V時(shí)，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?yàn)楫?dāng)?shù)讝烹妷篤GB為15 V時(shí)，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(dǎo)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(duì)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(dá)式計(jì)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(guān)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?yàn)棣誗的飽和值由邊界式(5)決定，而不受有源層厚度的影響；但tIGZO增加會(huì)導(dǎo)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(dá)到飽和值。另一方面，tOX增加導(dǎo)致單位面積的柵介質(zhì)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(yīng)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(xiàn)】：
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(xué)報(bào). 2019(05)
[2]同步對(duì)稱雙柵InGaZnO薄膜晶體管電勢模型研究[J]. 覃婷,黃生祥,廖聰維,于天寶,鄧聯(lián)文.  物理學(xué)報(bào). 2017(09)



本文編號(hào)：2924412