P-Si TFT泄漏区带间隧穿电流的建模及仿真研究

摘要

多晶硅薄膜晶体管在未来的有源矩阵平板显示技术(AMFPDs)、投影显示技术、非挥发性存储器和静态存储器(SRAMs)等产品中的应用日益广泛,越来越受到人们的关注。目前而言,P-Si TFT(PolySilicon Thin Film Transistor)还没有一个国际公认的工业标准模型,严重地滞后了它的发展。如何建立一个精确的P-Si TFT物理模型无疑已成为国际上研究器件建模的重点和热点之一。P-Si TFT泄漏电流大制约了其发展,建立更加完善的P-Si TFT泄漏电流模型是必要的。而带间隧穿(BBT)电流在泄漏电流中的分量不容忽视,开展对BBT效应的研究和建模是非常有意义的。 本文研究了多晶硅薄膜的陷阱态分布情况和电学特性；并借助MEDICI仿真结果从材料特性和器件结构方面探讨了P-Si TFT与单晶硅MOSFET BBT效应的异同点；分析了垂直电场与横向电场对BBT效应的作用,考虑了BBT效应的两个产生区域：栅漏交叠处和漏端横向PN结耗尽区。在单晶硅MOSFET的BBT效应理论基础上,推导出BBT效应产生区域的体积和隧穿过程最大电场的表达式,建立了一个解析的、可嵌入仿真器、同时适用于P沟道和N沟道P-Si TFT的泄漏区BBT电流模型。采用Matlab进行数值仿真得到的模型曲线跟实验数据相比较,验证了模型的准确性。还对BBT电流的温度特性,以及BBT电流跟掺杂浓度、栅氧化层厚度等参数的关系进行了定性分析。该模型以物理效应为理论基础,模型参数比较少且具有物理意义,论文最后讨论了有效的参数提取策略。

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文摘

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论文说明：图表目录

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第一章绪论

1.1 多晶硅薄膜晶体管的发展

1.2 P-Si TFTs建模的国内外研究现状

1.3 P-Si TFTs泄漏区带间隧穿电流建模的意义

1.4课题来源和论文结构的安排

1.5本章小结

第二章P-Si TFTs泄漏电流的主要产生机制

2.1 PF增强的热发射

2.2陷阱辅助隧穿

2.3 BBT效应及其在泄漏电流中的地位

2.5本章小结

第三章带间隧穿效应的研究

3.1 BBT效应的产生机理

3.1.1量子隧穿的概念

3.1.2 BBT效应的产生条件

3.1.3带间隧穿几率

3.2 单晶硅晶体管的BBT电流模型

3.2.1只考虑垂直电场的模型

3.2.2同时考虑垂直电场和横向电场的准二维模型

3.2.3 BBT效应的产生复合率

3.2.4基于MEDICI仿真的BBT产生率分布图

3.3 P-Si TFT与单晶硅MOSFET里带间隧穿效应的异同点

3.4本章小结

第四章多晶硅薄膜晶体管泄漏区的BBT电流模型

4.1多晶硅薄膜陷阱态的处理

4.2 P-Si TFT泄漏区BBT电流模型的建立

4.2.1BBT效应的产生区域

4.2.2 BBT电流模型

4.3结果与分析

4.3.1模型曲线与实验数据相比较

4.3.2 BBT产生率跟温度的关系

4.3.3 BBT电流跟掺杂浓度的关系

4.3.4栅氧化层厚度对BBT电流的影响

4.4参数提取策略

4.5抑制P-Si TFT泄漏区BBT电流的措施

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢