基于IGZO沟道的TFT存储器仿真特性研究

摘要

为了适应视觉效果的提升，对于显示面板的集成度有了更高的要求。基于IGZO沟道的TFT存储器的出现能够实现显示模块和存储模块的统一，有效地提高了系统面板的集成度，同时还能够实现显示器功耗的降低以及面板尺寸的增大等。自TFT存储器这个概念提出以来就一直受到研究人员的广泛关注。本文主要从理论的层面对影响TFT存储器电学特性的各个因素进行探讨。 首先，利用Silvaco TCAD软件对基于IGZO沟道的TFT存储器进行了电学性能的仿真，并综合考虑了器件结构以及各结构参数对于器件电学性能的影响。仿真结果表明，底栅结构能够获得较为稳定的阈值电压，且结构较为简单，应是研究的首选；在结构参数的选择上，较大的隧穿层厚度、较大的沟道长度或者较小的存储层厚度会使得存储器的存储窗口变小；存储层材料宜选择禁带宽度较大的材料，能够获得更大的存储窗口；隧穿层的选择同样也要考虑禁带宽度及介电常数，从结果来看，以Al2O3作为隧穿层的器件会比HfO2、ZrO2作为隧穿层的器件有着更大的存储窗口；此外，编程电压也是影响存储窗口大小的一大因素。结果显示，编程电压较小时，存储窗口会随编程电压的增大而增大，而当编程电压达到一定的值后，存储窗口则会随编程电压的增大而减小。 然后，从基本的电子输运理论入手，建立了TFT存储器的沟道载流子迁移率模型，综合考虑了存储层厚度、隧穿层厚度、隧穿层材料、界面粗糙度以及关联长度对于迁移率的影响。模拟的结果表明，随着隧穿层厚度的增大，远程库伦散射以及远程界面粗糙散射都有所减弱；随着存储层厚度的增大，远程库伦散射有所增强，而远程界面粗糙散射有所减弱；在较低的有效场强下，介电系数较高的隧穿层材料会使得器件沟道受到较大的散射，而在较高的有效场强下，介电系数较高的隧穿层材料会使得器件沟道受到较小的散射；此外，较大的界面粗糙度或者较小的关联长度会使得器件沟道受到的散射作用越大。 最后，又结合前面的模拟结果对器件的参数进行修正，并对比了修正参数前后，器件电学性能的变化。结果显示，在考虑了存储层厚度、隧穿层厚度、隧穿层材料这几个因素的影响后，器件沟道的迁移率有了不同程度的下降。迁移率的下降也导致了电子注入效率的降低，从而使得存储器的阈值电压偏大，迁移率下降的程度越大，阈值电压的偏移越大，另外，存储器的存储窗口也相应地有所减小。

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