發(fā)布時間：2018-04-20 00:12

  本文選題：非晶硅薄膜晶體管 + 漏電流模型　； 參考：《華南理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：高性能氫化非晶硅薄膜晶體管(a-Si:H TFT)廣泛地應(yīng)用在以AMOLED為代表的大面積平板顯示領(lǐng)域,是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的底層共性技術(shù)與核心技術(shù)。伴隨大尺寸、3D柔性顯示、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的快速發(fā)展,其對TFT電學(xué)性能方面的要求也隨之越來越高。雙柵結(jié)構(gòu)的a-Si:H TFT近年來受到業(yè)界的廣泛關(guān)注,其體現(xiàn)在場效應(yīng)遷移率更高、更低的泄漏電流、低溫工藝環(huán)境下均勻的沉積率,并且與現(xiàn)有TFT生產(chǎn)線兼容等方面的顯著優(yōu)勢,正成為目前業(yè)界的新焦點。系統(tǒng)合理地構(gòu)建反應(yīng)載流子輸運機理同時適用于電路仿真模塊的器件電學(xué)模型,對促進大面積平板顯示及相關(guān)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。本文圍繞建立適用于SPICE電路仿真器的統(tǒng)一的(單柵及雙柵結(jié)構(gòu))a-Si:H TFT器件模型,開展并完成了以下研究工作:第一,a-Si:H帶隙中存在的隨能級分布復(fù)雜的陷阱態(tài)密度對a-Si:H TFT電學(xué)特性有重要的影響,它使器件呈現(xiàn)出更復(fù)雜的非線性電學(xué)特性。針對單柵a-Si:H TFT,本文首先給出了一種解析求解a-Si:H薄膜中陷落電荷的計算方法。接著,應(yīng)用高斯定理,建立了柵壓和表面勢間的隱含方程,通過荷電分析及數(shù)學(xué)變換,綜合考慮電場在有源層厚度中的連續(xù)變化特性,推導(dǎo)并建立了a-Si:H TFT正偏條件下亞閾區(qū)、開啟區(qū)(強積累)漏電流模型,定量分析了不同偏置條件下載流子擴散及漂移運動對a-Si:H TFT電學(xué)特性的影響。第二,從陷阱到帶發(fā)射機制和Poole-Frenkel效應(yīng)的影響出發(fā),本文對不同場強影響下的載流子產(chǎn)生及輸運機理做了詳細(xì)分析�？紤]Dirac與Coulombic陷的影響,提出了考慮連續(xù)指數(shù)陷阱態(tài)密度分布下等效電場的解析計算方法,推導(dǎo)得到了反向偏置下a-Si:H TFT半經(jīng)驗泄漏電流模型,對相關(guān)物理效應(yīng)的影響進行了定量計算。綜合第一部分結(jié)論得到了單柵a-Si:TFT完整的漏電流模型。模型與不同工藝環(huán)境、不同溝長比的轉(zhuǎn)移及輸出特性的實驗結(jié)果進行了比較,驗證了模型的有效性。第三,針對對稱型本征溝道的非晶硅雙柵薄膜晶體管(sDG a-Si:H TFT),考慮a-Si:H帶隙中央深能Gaussian分布特性,運用高斯定理和一維泊松方程,建立柵壓與表面勢及中點電勢間的隱含關(guān)聯(lián)方程組。采用分區(qū)方法首次給出了一種快速逼近表面勢和中點電勢的求解策略。通過與數(shù)值計算結(jié)果的比較,驗證了算法的準(zhǔn)確性。對不同計算方法在計算效能方面進行了比較,驗證了算法的高效性。第四,通過對不同載流子荷電濃度的量化分析,考慮由中點電勢帶來的耦合影響,在第三部分基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了對稱柵壓作用下sDG a-Si:H TFT解析電流模型,通過分別與二維模擬軟件及相關(guān)實驗測量結(jié)果獲得的I V特性比較,證明了所提出的緊致模型的普適性及有效性。特別地,針對反疊柵型sDG a-Si:H TFT正偏條件下形成的n~+-i-n~+器件結(jié)構(gòu),推導(dǎo)了電流密度及溝道電勢在器件柵-源交疊區(qū)域內(nèi)分布的解析表達(dá)式�？紤]載流子空間限制電流SCLC的輸運機理,推導(dǎo)了對應(yīng)的隱含關(guān)聯(lián)方程組,建立了n~+-i-n~+結(jié)構(gòu)下本征溝道電流與寄生非線性電流關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)二維模型,為進一步器件工藝制備及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)第五,在實際應(yīng)用環(huán)境下,無論器件的結(jié)構(gòu)還是偏置條件中的對稱性均被打破。針對非對稱雙柵結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜晶體管,運用高斯定理,從一維泊松方程的求解開始,建立了前、背柵壓獨立偏置條件下統(tǒng)一的溝道電勢模型,研究了不同有源層厚度中表面勢及背電勢隨柵壓變化的一般規(guī)律。利用數(shù)學(xué)變換及Lambert W函數(shù)給出了一種近似求解模型中關(guān)聯(lián)電勢方程組的有效方法。結(jié)果表明,給出的近似解與精準(zhǔn)數(shù)值結(jié)果十分接近,大幅降低了模型自洽解的求解時間,證明了所提方法的有效性,為建立與器件工藝緊密關(guān)聯(lián)的緊湊模型提供了重要的物理基礎(chǔ)。綜上,本文從a-Si:H TFT器件結(jié)構(gòu)及不同偏置下載流子輸運機理出發(fā),建立了覆蓋全工作區(qū)域的單柵及雙柵器件電學(xué)模型,在物理性及運算效率方面做出了新的平衡。綜合采用數(shù)值計算,二維器件模擬和實驗數(shù)據(jù)提取等方法,對模型的完整性,普適性和準(zhǔn)確性進行了充分的論證,為模型嵌入基于SPICE的電路仿真模塊奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:This paper presents a new method for solving the electrical characteristics of a - Si : H TFT with high performance hydrogenated amorphous silicon thin film transistor ( a - Si : H TFT ) , which is widely used in the field of large area flat panel display with AMOLED . 涓嶅悓娌熼暱姣旂殑杞Щ鍙婅緭鍑虹壒鎬х殑瀹為獙緇撴灉榪涜浜嗘瘮杈，

本文編號：1775365