基于IGZO的薄膜晶體管結構設計和性能研究.pdf

1、薄膜晶體管（Thin Film Transistor，TFT）是組成有源有機發(fā)光二極管和液晶顯示器的重要組成部分。近年來，以非晶銦鎵鋅氧化物為代表的透明非晶氧化物半導體成為下一代液晶顯示技術控制元件的首選者。本文重點從以下幾個方面對非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管進行研究。
　　薄膜晶體管的有源層和介質層之間的缺陷態(tài)是制約器件性能的重要參數(shù)，因此，本論文首先仿真分析帶尾態(tài)缺陷、深能級缺陷和界面電荷對薄膜晶體管性能的影響。結果表明，帶尾態(tài)缺陷

2、影響器件的開態(tài)特性；深能級缺陷影響器件的亞閾值區(qū)；界面電荷從Qf=1.0E11增加至Qf=4.0E12時，器件由增強型轉換為耗盡型。因此在實際制備工藝過程中應優(yōu)化工藝條件，盡可能降低有源層和介質界面處的缺陷態(tài)密度，改善薄膜的成膜質量。
　　介質層的介電常數(shù)同樣是影響器件性能的重要參數(shù)，本文設計了不同介電常數(shù)的介質層，并主要以高介電常數(shù)材料為主，對非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管的性能進行研究和分析，研究中同時考慮了材料之間的界面特性，引入疊

3、層結構，設計了SiO2/高K介質的疊層結構作為柵介質層的方案；對疊層結構的厚度進行了優(yōu)化，分析柵介質層厚度對器件性能的影響。除此之外，有源層的厚度也會對器件性能產(chǎn)生影響，因此本文也對有源層的厚度進行了優(yōu)化，從而使器件的性能進一步得到提升。通過上述優(yōu)化分析，當器件溝道長度為30um，采用厚度參數(shù)為30/50nm的SiO2/HfO2疊層結構作為柵介質層，有源層厚度則優(yōu)化為120nm，此時，器件獲得了最佳的綜合性能：電流開關比達到108，閾值

4、電壓為0.6V，場效應遷移率為13.5cm2/v.s。
　　基于上述結構，模擬雙柵非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管在不同模式下的性能。通過比較不同模式下器件特征參數(shù)的曲線圖，分析發(fā)現(xiàn)短路連接模式使得器件性能最優(yōu)，底接觸模式次之，最后是頂接觸模式。同時，與單柵薄膜晶體管相比較，當溝道長度減小至4um時，單柵器件的閾值電壓偏移較大，出現(xiàn)短溝效應；而雙柵器件的閾值電壓只在一定范圍內(nèi)浮動，能夠有效的抑制短溝效應。本文的最后通過Athena工藝軟件模