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多晶硅薄膜晶体管具有缺陷态少、迁移率高、均匀性好和可低温制备等优点,在有源液晶显示领域中获得了广泛的应用。围绕p沟道poly-Si TFT电学特性与可靠性,本文针对电学参数的提取方法、低频噪声特性、电应力与辐照环境下电学性能的退化机制展开研究,主要内容包括:(1)针对p沟道多晶硅薄膜晶体管的电学特性进行研究,用线性外推法提取器件的阈值电压;采用传输线法(TLM)提取了漏源串联电阻。采用多频电容电压法提取了场效应迁移率,在考虑散射效应、缺陷态等因素后,对提取公式进行修正,引入退化因子提升迁移率提取精度,并与Hoffman法和线性跨导法的提取结果进行比较与分析。(2)研究p沟道多晶硅薄膜晶体管的低频噪声特性,分析低频噪声产生机制。实验结果表明在亚阈值区,p沟道poly-Si TFT的低频噪声特性遵从载流子数涨落机制;在线性区和饱和区遵从迁移率涨落机制。本文验证BSIM模型在多晶硅薄膜晶体管中的适用性,提取拟合噪声参数NoiA、Noi B和NoiC。拟合数据与实验数据一致性证实了低频噪声产生机制的推断。(3)研究p沟道多晶硅薄膜晶体管在栅压应力条件下的退化机制。在负栅压应力作用下,器件的转移特性产生负栅源电压方向的漂移,阈值电压从-6.2 V漂移至-7.5 V;亚阈值摆幅从0.51 V/dec逐渐增大至0.63 V/dec;迁移率随应力时间逐渐减小至趋于不变,这是因为沟道中的空穴被栅氧化层-沟道界面处的陷阱态捕获或者注入栅氧化层中,产生了新缺陷态引起的。在正栅应力条件下,转移特性没有发生漂移,阈值电压、亚阈值摆幅和迁移率都保持不变,这是因为沟道界处于耗尽状态,没有可移动的电荷参与电荷捕获和隧穿过程,载流子没有被捕获,也没有被注入到栅氧化层中。(4)研究p沟道多晶硅薄膜晶体管的静电放电(ESD)的特性,分析器件失效机制。器件在TLP静电应力作用下呈现关态和开态两种特性。击穿电压随着TLP静电脉冲宽度的增加而减小,表明器件的击穿是由不同TLP脉冲宽度引起的过电流热致失效而不是过电场致失效,热仿真结果表明漏端温度高达1700 K,这也表明器件是由过电流引起焦耳热热量积聚致使器件失效。电学参数在静电放电条件下被提取出来,它们均随着TLP应力的变化发生退化。界面态也随着TLP脉冲宽度的增加而增加,对电学参数性能的影响更加明显。(5)研究p沟道多晶硅薄膜晶体管的辐照效应。器件在辐照前后,器件的I-V曲线和C-V曲线都朝负栅源电压方向漂移,阈值电压从-7.3 V漂移到-11.5 V,并且随着辐射强度的增加,场效应迁移率从85.5 cm~2/Vs降低到76.5 cm~2/Vs,亚阈值摆幅从0.49 V/dec增加到0.58 V/dec,这是由于在辐照过程中电子空穴对不断的在栅氧化层中产生,其中有些空穴会被捕获形成正陷阱电荷并不断累积,导致了器件电学参数性能退化。随着辐射强度的增加,辐射诱导产生的栅氧化层陷阱电荷密度要比栅氧化层-有源层处的缺陷态大,辐射诱导产生的栅氧化层陷阱电荷机制主导器件电学特性的退化机制。