金屬誘導低溫多晶矽TFT的載流子輸運和器件物理模型

《金屬誘導低溫多晶矽TFT的載流子輸運和器件物理模型》是依託蘇州大學，由王明湘擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬誘導低溫多晶矽TFT的載流子輸運和器件物理模型
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王明湘
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

低溫多晶矽（LTPS）技術是下一代平板顯示的核心技術，金屬誘導結晶是極具前景的LTPS技術，具備低成本、高均勻性、大面積和批量化的優勢，而其原有工藝缺點正被陸續克服。我國在金屬誘導LTPS工藝研發方面有良好積累，產業化前景明確。國際上LTPS TFT器件模型和相關物理問題的研究尚未成熟，面向SOP套用,適合金屬誘導TFT的物理模型亟待建立。針對器件模型的關鍵問題，本課題將深入研究器件各工作區的載流子輸運，在此基礎上，首先建立長溝道器件模型和相應的參數提取方案，通過典型驅動電路的仿真驗證其適用性。適應未來TFT工藝的發展，還將研究金屬誘導TFT的短溝道物理模型，納入Kink電流、載流子速度飽和和寄生電阻等效應。最後將系統研究三掩模工藝的新型SAME TFT的載流子輸運，澄清其源漏Junction特點，建立初步物理模型。本課題對於金屬誘導TFT的電路套用和TFT相關器件物理的研究具有重要意義。

結題摘要

低溫多晶矽（LTPS）技術是下一代平板顯示的核心技術，金屬誘導結晶是極具前景的LTPS技術，具備低成本、大面積和批量工藝的優勢。國際上LTPS TFT器件模型和相關物理問題的研究尚未成熟，面向SOP套用,適合LTPS TFT的物理模型亟待建立。針對器件模型的關鍵問題，課題首先深入研究了器件各工作區的載流子輸運行為，包括亞閾值區、開態區和Kink電流區，在此基礎上，建立了長溝道TFT的器件物理模型和相應的參數提取方案。首先建立了器件的開態電流模型，首次提出了TFT器件閾值電壓的解析公式；在亞閾值區，首次澄清了載流子漂移是其主導的輸運機制，區分了溝道的部分反型和全反型，建立了亞閾值區的電流模型並能夠與開態區平滑過渡；在Kink電流區，在研究寄生BJT效應的基礎上，改進了前人的Kink電流模型和參數提取方案。這樣，我們建立了從TFT亞閾值區一直到Kink電流區的器件物理模型。該模型的適用性在金屬誘導和準分子雷射退火多晶矽TFT上都得到了驗證。基於上述模型，我們對基於TFT的CMOS反相器電路和有源驅動OLED顯示的2T1C像素驅動電路進行了分析。針對TFT工藝向短溝長演進的趨勢，我們研究了多晶矽TFT寄生電阻的提取方法及其物理模型，澄清了寄生電阻的主導分量並提出了降低寄生電阻的工藝和器件設計方案。新型的金屬源漏多晶矽TFT（如SAME TFT）具有極低寄生電阻的優點，但是它源漏兩端的結與傳統TFT不同，我們系統研究了這種新型TFT的輸運特性，澄清了該結是受到摻雜調製的肖特基結，對金屬源漏TFT建立了初步的物理模型。針對多晶矽TFT的電荷泵表征，我們基於實驗觀察和分析，修正了傳統MOSFET中Elliot曲線的模型，使之能夠適用於多晶矽TFT的表征。最後，在完成項目主體內容的情況下，我們拓展了研究範圍，對多晶矽TFT在交直流電應力下的器件退化特性和內在機制進行了研究。課題在上述的各個方面都取得了重要的進展和成果，代表性成果處於國際前沿水平，全部發表於國際權威期刊IEEE EDL和IEEE TED。項目實施期間，累計發表EDL論文3篇，TED論文8篇，國際會議論文14篇（1篇獲得最佳Poster論文獎），國際會議作特邀報告4次，申請發明專利1項，出版譯著《半導體器件物理與工藝（第三版）》1部。本課題對於低溫多晶矽TFT的電路套用和TFT相關器件物理的研究具有重要意義。