基于表面势的非晶氧化锌薄膜晶体管漏电流模型的研究

摘要

非晶氧化锌薄膜晶体管（a-ZnO TFTs）在有源矩阵液晶显示（AMLCD）器件、固体图像传感器、化学传感器等应用中发挥越来越重要的作用。由于a-ZnO器件较氢化非晶硅（a-Si:H）器件呈现出更复杂的电学特性，而且 a-ZnO器件比 a-Si:H器件具有更高的迁移率；因此，合理地构建a-ZnO TFTs的物理模型也变得越来越重要，特别是阐明a-ZnO TFTs漏电流的物理机制，给出与器件特性相一致的函数关系，可为 a-ZnO TFTs显示器件的制备和电路仿真提供理论依据。
　　本文的研究目标是详细地对a-ZnO TFTs的物理机制进行系统研究，并在对a-ZnO TFTs迁移率讨论的基础上，基于表面势对 a-ZnO TFTs的漏电流特性建立紧凑模型，并使该模型具备嵌入电路仿真器的条件。
　　基于泊松方程和高斯定理，采用非迭代算法，在考虑 a-ZnO TFTs带隙能态的指数带尾态和深能态的完整分布条件下，解析地建立了a-ZnO TFTs的表面势紧凑模型。本文的表面势解析求解，是根据数学变换和Lambert W函数，采用有效电荷密度方法，建立a-ZnO TFTs表面势的一种非迭代求解新算法。与数值迭代算法的计算结果进行比较，该表面势解析算法的绝对误差低至10-5 V数量级，且提高了计算效率；此算法避免了迭代求解，可有效减少仿真时间，为模型嵌入电路仿真器提供了实现条件。
　　基于上述非迭代表面势算法，可以建立 a-ZnO TFTs的漏电流方程。通过与不同漏源电压和栅源电压下 a-ZnO TFTs器件的实验数据进行对比，得出漏电流模型的输出特性与转移特性曲线，进而验证了本文漏电流模型的有效性和正确性。
　　此外，为进一步研究 a-ZnO TFTs的漏电流特性，本文通过对幂律函数迁移率的分析和对有效沟道迁移率的推导，以及对这两种迁移率下器件漏电流方程的误差分析，得出适用于本文漏电流模型的最优迁移率方程。
　　综上所述，本文提出的a-ZnO TFTs直流模型，是以a-ZnO TFTs工作的物理机制作为基础，并以表面势为函数的方程进行表征。模型参数与器件参数之间的关系简单，模型能够依据现有实验数据进行较好的拟合；模型需要的计算量少，模型的数学表达式及其一阶导数连续，因此可满足嵌入电路仿真器的条件。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 a-MOS材料的介绍与制备技术

1.3 a-MOS TFTs的特性

1.4 ZnO TFTs模型的研究现状

1.5 主要研究内容及其意义

1.6 本章小结

第二章 a-ZnO TFTs表面势的非迭代算法

2.1 引言

2.2 a-ZnO TFTs的结构

2.3 基于不同态密度分布参数的氧化锌陷阱态密度

2.4 a-ZnO TFTs的表面势求解

2.5 a-ZnO TFTs表面势的解析求解

2.6 a-ZnO TFTs表面势数值解与解析解的误差分析

2.7 仿真结果与讨论

2.8 本章小结

第三章 基于表面势的a-ZnO TFTs漏电流模型

3.1 引言

3.2 a-ZnO TFTs迁移率

3.3 漏电流模型的建立

3.4 仿真结果与实验讨论

3.5 本章小结

第四章 a-ZnO TFTs漏电流的幂律函数和有效沟道迁移率研究

4.1 引言

4.2 幂律函数迁移率分析

4.3 有效沟道迁移率推导

4.4 基于幂律函数与有效沟道迁移率的漏电流方程

4.5 仿真实验与结果

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

后记