同步对称双栅InGaZnO薄膜晶体管电势模型研究

研究了同步对称双栅氧化铟镓锌薄膜晶体管(InGaZnO thin film transistors,IGZO TFTs)的沟道电势,利用表面电势边界方程联合Lambert函数推导得到了器件沟道电势的解析模型.该模型考虑了IGZO薄膜中存在深能态及带尾态等缺陷态密度,能够同时精确地描述器件在亚阈区(sub-threshold)与开启区(above threshold)的电势分布.基于所提出的双栅IGZO TFT模型,讨论了不同厚度的栅介质层和有源层时,栅-源电压对双栅IGZO TFT的表面势以及中心势的调制效应.对比分析了该模型的计算值与数值模拟值,结果表明二者具有较高的符合程度.

异步对称双栅InGaZnO薄膜晶体管表面电势的解析模型

针对异步对称双栅结构的氧化铟镓锌(InGaZnO)薄膜晶体管(thin film transistors,TFTs),求解泊松方程,并根据载流子在亚阈区、导通区的不同分布特点,在亚阈区引入等效平带电压的概念,在导通区运用Lambert W函数近似,建立异步对称双栅InGaZnO TFT表面电势解析模型。该模型的拟合参数只有2个,能够较好地反映介电层厚度、沟道电压等参数对电势的影响。基于所建模型及TCAD分析,研究InGaZnO层厚度、栅介质层厚度以及缺陷态密度等物理量对独立栅控双栅晶体管表面电势的影响。研究结果表明:在亚阈区,表面电势随着底栅电压增大呈近似线性增大,且在顶栅电压调制作用下平移;在导通区,表面电势随着底栅电压的增加逐步饱和,且电势值与顶栅调制电压作用相关度小。表面电势的解析模型与TCAD数值计算结果对比,具有较高的吻合度;在不同缺陷态密度分布情况下,电势模型的计算值与TCAD分析值相对误差均小于10%。本研究成果有利于了解双栅InGaZnO TFT的导通机制,可用于InGaZnO TFT的器件建模及相关集成电路设计。

非对称双栅结构a-Si:H薄膜晶体管沟道电势统一模型

针对非对称双栅结构的非晶硅薄膜晶体管,根据高斯定理建立了表面势与背电势随栅压变化的隐含关联方程组,通过求解一维泊松方程推导了前、背栅压独立偏置条件下统一的沟道电势模型.该模型所需参数可由实验直接提取,数值拟合量少,在特定条件下可简化为对称双栅模型.在此基础上,文中利用数学变换及Lambert W函数提出了表面势与栅压隐含方程的近似求解方法.数值模拟结果显示,该方法具有良好的数值收敛特性,可直接用于器件仿真软件的初值设定,有效提升了模型自洽解的运算效率.

双栅非晶InGaZnO薄膜晶体管有源层厚度对电学性能的影响

双栅非晶InGaZnO薄膜晶体管(DG a-IGZO TFTs)具有比单栅a-IGZO TFTs更优良的电学性能.文中基于a-IGZO/SiO_2界面缺陷态呈指数型分布的模型,讨论了在界面缺陷态影响下双栅驱动的DG a-IGZO TFTs有源层厚度对电学性能的影响.研究结果表明:随着有源层厚度的减小,双栅驱动模式下DG a-IGZO TFTs两栅极的耦合作用增强,有源层上、下表面的导电沟道向体内延伸,使器件的场效应迁移率显著增加;界面缺陷态对DG a-IGZO TFTs场效应迁移率的影响随着有源层厚度的减小而降低,对亚阈值摆幅的影响随着有源层厚度的减小而增大.

a-Si双栅TFT对电泳显示器响应速度的改善

第一次提出了共栅极双栅结构用于不定形硅薄膜晶体管(a-SiTFTs)的像素结构,通过控制高源漏电压下的过大漏电流,解决有源矩阵电泳显示器(AM-EPD)响应速度慢的问题。文章通过与单栅a-SiTFTs的对比分析,预期到采用等沟道长度双栅结构将在保持开态电流基本不变的情况下有效减小关态漏电流。SPICE模拟结果证明,双栅结构使关态漏电流减小一倍左右。为了衡量该结构对缩短电泳显示器响应时间的作用,建立了响应时间t与漏电流Ioff之间的函数关系。通过Matlab模拟,证明双栅结构在漏电流为20pA时可将响应时间从380ms降至320ms;漏电流为35pA时可将响应时间从530ms降至360ms,帧频由2Hz提高到3Hz。根据建立的t-Ioff关系,指出降低电泳粒子半径和增大存储电容是进一步提高电泳显示器响应速度的关键。

复合型栅氧化层薄膜双栅MOSFET研究

通过对硅膜中最低电位点电位的修正,得到复合型栅氧化层薄膜双栅MOSFET亚阈值电流模型以及阈值电压模型。利用MEDICI软件,针对薄膜双栅MOSFET,对四种复合型栅氧化层结构DIDG MOSFET(Dual insulator double gate MOSFET)进行了仿真。通过仿真可知:在复合型结构中,随着介电常数差值的增大,薄膜双栅器件的短沟道效应和热载流子效应得到更有效的抑制,同时击穿特性也得到改善。此外在亚阈值区中,亚阈值斜率也可以通过栅氧化层设计进行优化,复合型结构器件的亚阈值斜率更小,性能更优越。

简化DG OTFT结构对模拟精度的影响

使用atlas软件模拟了两种器件结构的电学特性(阈值电压、开关电流比、亚阈值斜率等),其中一种是工艺制造的DG OTFT实际结构,另一种是模拟研究器件电学特性时常采用的DG OTFT简化结构。研究发现实际结构的输出电流会随着源漏电极厚度的增加而加大,而模拟中常采用的简化结构由于忽略了电极位置对载流子注入面积及有源层内电势分布的影响,从而低估了实际器件的输出电流大小。