柵控源薄膜電晶體工藝、性能及套用的研究

《柵控源薄膜電晶體工藝、性能及套用的研究》是依託上海交通大學，由郭小軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：柵控源薄膜電晶體工藝、性能及套用的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭小軍
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

此申請項目針對薄膜電晶體尺寸縮小化以滿足高性能集成發展的需要而面臨的短溝道效應問題，探討一種全新的電晶體結構設計。這種柵控源結構用柵極對載流子在源極的注入的控制來代替柵極對溝道的控制，即使在縮短源、漏極的距離來提高器件速度的情況下，載流子在源極的注入仍能處於柵極的完全控制下。這種器件結構在用於設計短溝道薄膜電晶體器件時，不需要很薄的柵絕緣層就可以有效地抑制短溝道效應，從而能夠提供優越的器件模擬/數字特性。此項目將深入地研究基於半導體表面參雜形成勢壘的柵控源電晶體的工藝技術，以及載流子運輸的物理機制，建立用於器件性能最佳化的分析模型，探討 柵控源電晶體的電路設計方法和套用。

結題摘要

隨著新材料、新工藝的不斷湧現，和信息電子器件向大尺寸、柔性發展的需求，薄膜電晶體的套用已不局限於平板顯示中的像素開關，而在更多功能的數字/模擬電路中得到套用。此項目以探討柵控源結構薄膜電晶體的器件工藝、物理機制和電路套用為主線，研究了基於不同半導體材料（低溫多晶矽及氧化物半導體）的柵控源電晶體器件的實現及其在模擬電路、有源矩陣選址有機發光二極體（AMOLED）顯示驅動像素電路中的套用。結果表明柵控源電晶體能夠有效地降低飽和電壓，提高輸出阻抗，在短溝道情況下更有優勢。因而用於模擬電路中的電流鏡和有源負載時，不需要額外的級聯電晶體，而能夠實現高精度的電流複製、高增益和低功耗；在用於AMOLED顯示驅動像素電路可以有效地降低驅動電晶體上所需的電壓降，從而降低功耗，同時也能減小器件的尺寸，提高開口率。在器件物理機制方面，結合柵控源電晶體中源級接觸勢壘的控制問題，主要研究對比了不同器件結構下接觸電阻對器件性能的影響，提取了一種排除接觸電阻影響的關鍵器件參數（閾值電壓）的提取方法。考慮到在器件工藝條件的限制和針對印刷電子套用溶液法工藝製備薄膜電晶體的發展趨勢，進一步研究的重點放在了基於溶液法的低電壓薄膜電晶體器件。結合低溫分解的ZnO前驅體材料和低溫溶液法加工的ZrOx絕緣層材料，實現了低電壓（＜3V）的溶液法ZnO薄膜電晶體器件，並提出了一種低溫溶液法的封裝方法，研究了相關的器件穩定性機制。通過溶液法工藝降低有機電晶體半導體/絕緣層界面和半導體有源層中的缺陷態，在採用較厚柵絕緣層的情況下，實現了低電壓（＜2 V）工作的有機薄膜電晶體器件，器件遷移率達到1.0 cm2/V.s，電流開關比105。這方面的工作為發展低電壓、低功耗可印刷電晶體電路打下基礎。相關成果已發表於 IEEE Transaction on Electron Devices, IEEE Electron Device Letters和Applied Physics Letters上，和國際會議上。通過這個項目的研究，發展了可提高薄膜電晶體模擬性能，實現低電壓、低功耗套用的器件結構體系、理解了相關物理機制；同時發展了可印刷的低電壓薄膜電晶體器件工藝方法，以發展低功耗印刷電路。