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与传统的非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)相比,耗尽型非晶铟锌氧化物薄膜晶体管(a-IZO TFT)具有高载流子迁移率、可低温大面积制备、透明度高等优点,另外相比于非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO),a-IZO缺少稀有金属Ga元素对氧元素的亲和作用,其体内载流子浓度更高,电子迁移率更大,在大尺寸、高分辨率平板显示器以及超薄、柔性、透明电子器件等方面有广泛的应用前景。然而,由于a-IZO薄膜体内具有较高的载流子浓度,a-IZO TFT通常工作在耗尽模式,但大部分文章提到的器件都是工作在增强模式下,较少的文章讨论在耗尽模式下氧化物器件的工作机理,本文主要对耗尽型a-IZO TFT展开模拟仿真研究,旨在为耗尽型氧化物器件的研究提供参考。首先,我们采用Silvaco软件的Atlas对耗尽型单栅(SG)a-IZO TFT进行二维器件模拟,重点讨论了a-IZO层厚度变化对器件电学特性的影响,研究发现,当a-IZO层厚度d达到60 nm及以上时器件的关断电流急剧上升,这是因为器件的最大耗尽层宽度约为50 nm。另外,在a-IZO层厚度达到60 nm及以上时器件的漏电流急剧增加,与费米能级被钉扎有关,由于深受主缺陷态的存在,界面处费米能级被钉扎在深受主能级附近,从而使a-IZO材料的最大耗尽层宽度不再发生变化。在最大耗尽层宽度内取a-IZO层厚度d为20 nm,分别讨论了导电沟道长度和栅极绝缘层厚度变化对SG a-IZO TFT电学性能的影响。然后,构建适合a-IZO材料的态密度模型(density of states,DOS),基于a-IZO材料的DOS模型,取a-IZO层厚度为20 nm,详细分析了其中几个重要的态密度参数对耗尽型SG a-IZO TFT电学特性的影响。仿真结果表明,导带尾处缺陷数量的增加使得SG a-IZO TFT的开态电流减小;氧空位是自由载流子的主要来源,它的变化对器件的开启电压和亚阈值摆幅均产生很明显的影响,随着氧空位的增加,器件的开启电压负向偏移、亚阈值摆幅变大,栅极对器件的控制作用变弱;而深受主缺陷态主要影响器件亚阈值区域的电学特性,随着深受主缺陷浓度的增加,器件的转移特性曲线正向偏移。另外,考虑a-IZO层与绝缘层之间的界面缺陷之后,器件的电学性能发生很大的变化。最后,我们对a-IZO TFT的结构进行优化,采用TCAD仿真软件构建底栅底接触结构的SG a-IZO TFT和双栅(DG)结构的a-IZO TFT。模拟a-IZO层厚度对它们电学特性的影响,并与底栅顶接触结构的SG a-IZO TFT的电学特性进行对比,研究发现,底栅底接触结构的SG a-IZO TFT由于源漏电极和导电沟道在同一侧,a-IZO层体内的载流子对漏电流的贡献较小,因此在相同a-IZO层厚度下,其在开启电压、亚阈值摆幅、关断电流方面均表现的更加优良。而双栅结构由于有双栅极对器件进行控制,关断状态时,体内耗尽区宽度增加,关断电流更小;开启状态时,a-IZO层上下表面均产生导电沟道,开启电压更小,并且相比于SG a-IZO TFT有更强的电流驱动能力,大约为它的两倍。