多晶硅薄膜晶体管自加热效应和KINK效应的模拟技术研究

摘要

多晶硅薄膜晶体管技术在液晶显示器制造中扮演着很重要的角色，它增进了同时将有源矩阵及周边电路整合在一起的能力。然而，多晶硅薄膜晶体管存在着一些不良的效应，比如自加热效应、KINK效应。这些效应主要是由于薄膜晶体管本身固有的SOI(silicononisolator)结构引起的。对于自加热效应，由于高热阻的玻璃衬底的存在，沟道内产生的功率热不能及时地散发出到周围环境中去，使得器件内部的工作温度升高。对于KINK效应，由于玻璃衬底的存在，在沟道底部出现浮体区域，当器件工作且漏极电压较大时，漏极附近出现较强的电场，碰撞离子化效应发生，产生的空穴积累在浮体区，使得器件阈值电压下降，另一方面，碰撞离子化产生的电子增加了沟道载流子密度，使沟道电流在饱和区出现继续增大的现象。 自加热效应和KINK效应对器件参数，如阈值电压、漏电流、开态电流、亚阈值斜率都有影响。本文借助TCAD工具，通过工艺模拟软件TSUPREM4来建立其器件结构，通过器件模拟软件MEDICI来计算其电学特性，来研究自加热效应和KINK效应。 首先，建立了LDD结构的器件，来研究漏极低电场对这两个效应的影响，发现LDD结构对单位漏极电流下升高的温度影响并不大，但是可以降低KINK效应对器件的影响，且在LDD的掺杂参数(如掺杂剂量、掺杂能量、LDD的长度)不同时，KINK效应相应地增强或减弱。基于TCAD工具的计算结果，给出了合适的LDD参数，使KINK效应的影响降到最低。其次，对于自加热效应，讨论了温度对器件性能的影响，白加热效应对器件性能的影响以及器件参数对自加热效应的影响，给出了影响自加热效应的几个关键的因素。由模拟可知，薄膜晶体管的白加热效应使其阈值电压降低、漏电流增大、亚阈值斜率变大、漏电流在饱和区出现继续增大的现象。对多晶硅薄膜晶体管影响较大的有器件沟道厚度、衬底厚度和材料等。对于KINK效应，讨论了KINK效应对器件性能的影响以及几个参数对KINK效应的影响。模拟表明，KINK效应使器件的输出特性曲线在饱和区出现向上的翘曲，漏极电导出现不稳定的现象。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1多晶硅薄膜晶体管的发展及其应用

1.2多晶硅薄膜品体管的结构

1.3多晶硅薄膜的制备

1.4本课题研究的意义

第二章多晶硅TFT的工艺模拟

2.1典型结构器件的建立

2.2 LDD结构器件的建立

第三章自加热效应的计算机模拟

3.1自加热效应的温度模型

3.2温度对多晶硅TFT性能的影响

3.2.1温度对多晶硅TFT沟道迁移率的影响

3.2.2温度对多晶硅TFT阈值电压的影响

3.2.3温度对多晶硅TFT亚阈值斜率的影响

3.2.4温度对多晶硅TFT泄漏电流的影响

3.2.5温度对漏端电流的影响

3.3陷阱密度对多晶硅薄膜晶体管自加热效应的影响

3.4 LDD结构对自加热效应的影响

3.4.1 LDD掺杂剂量对器件自加热效应的影响

3.4.2 LDD掺杂能量对器件自加热效应的影响

3.4.3 LDD掺杂长度对器件自加热效应的影响

3.5TFT结构参数对自加热效应的影响

3.5.1栅氧厚度对自加热效应的影响

3.5.2沟道长度对自加热效应的影响

3.5.3沟道厚度对自加热效应的影响

3.5.4衬底层厚度和衬底材料对自加热效应的影响

3.5.5漏端电压对自加热效应的影响

3.6本章总结

第四章KINK效应的计算机模拟

4.1多晶硅KINK效应对器件性能的影响

4.1.1 KINK效应对器件沟道电场分布的影响

4.1.2 KINK效应对漏极电导g的影响

4.2陷阱密度对多品硅薄膜晶体管KINK效应的影响

4.3温度对多晶硅薄膜晶体管KINK效应的影响

4.4栅极电压对多晶硅薄膜晶体管KNIK效应的影响

4.5 LDD结构对多晶硅薄膜晶体管KINK效应的影响

4.5.1 LDD掺杂剂量对KINK效应的影响

4.5.2 LDD掺杂能量对KINK效应的影响

4.5.3掺杂长度对KINK效应的影响

4.6本章总结

第五章未来展望

致谢

参考文献

附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文