本文關鍵詞：金屬氧化物TFT陷阱態(tài)分布（DOS）提取方法研究

  更多相關文章： 金屬氧化物薄膜晶體管(TFT) 陷阱態(tài)密度(DOS) 電容-電壓(C-V)特性 表面勢 閾值電壓 物理模型

【摘要】：金屬氧化物薄膜晶體管(TFT)由于其遷移率高、均勻性好和可低溫工藝等優(yōu)點,在有源矩陣液晶顯示(AMLCD)和有源矩陣發(fā)光二極管顯示(AMOLED)中發(fā)揮越來越重要的作用。而金屬氧化物有源層的陷阱態(tài)分布很大程度上決定了TFT的電學特性和長期穩(wěn)定性。因此,提出一種合理的可靠的陷阱態(tài)提取方法,不僅有助于描述金屬氧化物TFT的電特性,構建TFT模型,而且可以幫助我們理解金屬氧化物TFT的穩(wěn)定性機理,并通過優(yōu)化制備工藝來提高TFT性能。這對促進和發(fā)展平板顯示(FPD)技術具有深遠的意義。本文的研究目標是從固體物理的角度深入理解金屬氧化物的帶隙能態(tài)結構,然后基于半導體器件理論,設計一種合理的提取金屬氧化物TFT陷阱態(tài)分布的方法,并結合提取的陷阱態(tài)分布,分析其對TFT器件點特性的影響。金屬氧化物帶隙陷阱態(tài)主要由氧空位深陷阱態(tài),氧空位淺施主態(tài),以及價帶(VB)和導帶(CB)的帶尾態(tài)構成。價帶頂(VBM)以上高密度的深缺陷態(tài)使TFT的費米能級(EF)很難移動到價帶附近,所以只能形成n溝道。對于n溝道TFT來說,導帶底(CBM)附近的缺陷態(tài)分布更有意義,所以本文提出的DOS提取方法主要針對導帶附近的陷阱態(tài)。從泊松方程和高斯定理出發(fā),可以推導出TFT溝道中的感生電荷密度與柵電容的關系,從而得出了一種通過TFT的低頻C-V特性來提取金屬氧化物陷阱態(tài)分布的方法,該方法值只需要TFT的低頻C-V特性,并通過計算一條解析的表達式即可提取DOS分布。我們利用這種方法來提取金屬氧化物TFT的DOS,結果表明CBM附近的陷阱態(tài)可以由兩個指數函數疊加來表示。CBM處的陷阱態(tài)密度的數量級為1018eV-1cm-3,比a-Si:H低2-3個數量級,很好地解釋了金屬氧化物TFT具有比較小的亞閾值擺幅。然后,把提取結果與其他提取方法的結果進行比較,發(fā)現(xiàn)我們提出的方法與其他方法提取的陷阱態(tài)分布基本一致。此外,我們將低頻C-V特性提取方法提取的DOS分布嵌入二維器件仿真器后得到的轉移特性和輸出特性與實驗測試結果符合得很好,進一步說明該方法用來提取金屬氧化物TFT的合理性和有效性�；谔崛〉南葳鍛B(tài)分布,建立了金屬氧化物TFT的表面勢模型和閾值電壓模型。分析了金屬氧化物TFT的弱積累區(qū)和強積累區(qū)分別被有源層溝道的局域態(tài)載流子和自由載流子所主導。泊松方程可以基于金屬氧化物TFT的這個特性來進行近似,得到分別代表弱積累區(qū)和強積累區(qū)的兩條表面勢方程,并利用Lambert W函數求解。然后,通過一個光滑函數把這兩個漸近方程統(tǒng)一起來成為表明勢模型,得到表面勢和柵壓的關系。我們認為這兩條漸近線的交點代表了TFT從弱積累區(qū)到強積累區(qū)的過渡點,所以我們把這個交點所對應的柵壓定義為閾值電壓�；谶@個定義,可以推導出一條含有物理意義的解析的閾值電壓模型。用這個模型計算出來的閾值電壓與實驗數據線性外推法提取的閾值電壓基本符合。此外,我們還發(fā)現(xiàn)隨著表面勢的增大,自由載流子密度從這一點開始急劇地上升,有力地證明了我們提出的閾值電壓模型的有效性。在閾值電壓,絕緣層-有源層界面的nfree是nloc的數倍,剛好可以滿足nfree在泊松方程中占主導的條件。我們認為金屬氧化物TFT的這種情形定義為閾值電壓是比較合理的。綜上所述,我們提出了低頻C-V特性法來提取金屬氧化物TFT陷阱態(tài)分布。該方法所需的實驗數據量少,并可以簡單地解析地計算提取。此外,我們還構建了金屬氧化物TFT的閾值電壓模型,該模型物理概念清晰,與帶尾陷阱態(tài)分布緊密聯(lián)系。基于提取的陷阱態(tài)參數計算得到的閾值電壓與線性外推法得到的基本相符,證明了低頻C-V特性法的有效性。
【關鍵詞】：金屬氧化物薄膜晶體管(TFT) 陷阱態(tài)密度(DOS) 電容-電壓(C-V)特性 表面勢 閾值電壓 物理模型
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O611.62
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 金屬氧化物TFT特性13-16
• 1.3 陷阱態(tài)提取的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 主要研究內容及其意義17-19
• 1.5 本章小結19-20
• 第二章 金屬氧化物能態(tài)結構簡介20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 能態(tài)結構的定性分析20-23
• 2.3 陷阱態(tài)分布對電特性的影響23-26
• 2.4 本章小結26-27
• 第三章 提取陷阱態(tài)分布的低頻C-V特性法27-46
• 3.1 引言27
• 3.2 低頻C-V特性法27-34
• 3.2.1 DOS提取原理28-32
• 3.2.2 提取步驟32
• 3.2.3 實驗測試32-34
• 3.3 結果與分析34-44
• 3.4 本章小結44-46
• 第四章 金屬氧化物TFT閾值電壓模型46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 表面勢的計算模型46-51
• 4.3 閾值電壓模型51-53
• 4.4 結果與討論53-56
• 4.5 本章小結56-58
• 結論58-60
• 參考文獻60-68
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果68-69
• 致謝69-70
• 附件70

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本文編號：650549