同步对称双栅InGaZnO薄膜晶体管电势模型研究

研究了同步对称双栅氧化铟镓锌薄膜晶体管(InGaZnO thin film transistors,IGZO TFTs)的沟道电势,利用表面电势边界方程联合Lambert函数推导得到了器件沟道电势的解析模型.该模型考虑了IGZO薄膜中存在深能态及带尾态等缺陷态密度,能够同时精确地描述器件在亚阈区(sub-threshold)与开启区(above threshold)的电势分布.基于所提出的双栅IGZO TFT模型,讨论了不同厚度的栅介质层和有源层时,栅-源电压对双栅IGZO TFT的表面势以及中心势的调制效应.对比分析了该模型的计算值与数值模拟值,结果表明二者具有较高的符合程度.     

高迁移率非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备与特性研究

由于铟镓锌氧化物(IGZO) 薄膜具有高迁移率和高透过率的特点, 它作为有源层被广泛的应用于薄膜晶体管(TFT). 本文利用磁控溅射方法制备了TFT的有源层IGZO和源漏电极, 用简单低成本的掩膜法控制沟道的尺寸, 制备了具有高迁移率、底栅结构的n型非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管 (IGZO-TFT). 利用X 射线衍射仪(XRD) 和紫外可见光分光光度计分别测试了IGZO薄膜的衍射图谱和透过率图谱, 研究了IGZO薄膜的结构和光学特性. 通过测试IGZO-TFT的输出特性和转移特性曲线, 讨论了IGZO有源层厚度对IGZO-TFT特性的影响. 制备的IGZO-TFT器件的场效应迁移率高达15.6 cm²·V^-1·s^-1, 开关比高于10⁷. 关键词： 非晶铟镓锌氧化物 薄膜晶体管 有源层     

IGZO薄膜溅射功率对IGZOTFT栅电压不稳定性的影响

采用不同溅射功率制备的铟镓氧化锌(IGZO)薄膜作为薄膜晶体管(TFT)的有源层,通过扫描电镜、霍尔效应测试仪,分析了溅射功率对IGZO薄膜形貌及电特性的影响,研究了不同IGZO溅射功率对IGZO-TFT栅偏压不稳定性的影响。结果表明,在一定范围内,低溅射功率使得IGZO薄膜的表面粗糙,缺陷较多,载流子浓度较低;在正栅极偏压作用下,低IGZO薄膜溅射功率导致较大的IGZO-TFT阈值电压漂移;在负偏压作用下不产生阈值电压漂移。     

InGaZnO薄膜晶体管背板的栅极驱动电路静电释放失效研究

本文通过解析阵列基板栅极驱动(gate driver on array, GOA)电路中发生静电释放(electro-static discharge,ESD)的InGaZnO薄膜晶体管(InGaZnO thin-film transistor, IGZO TFT)器件发现:栅极Cu金属扩散进入了SiN_x/SiO_2栅极绝缘层;源漏极金属层成膜前就发生了ESD破坏;距离ESD破坏区域越近的IGZO TFT,电流开关比越小,直到源漏极与栅极完全短路.本文综合IGZO TFT器件工艺、GOA区与显示区金属密度比、栅极金属层与绝缘层厚度非均匀性分布等因素,采用ESD器件级分析与系统级分析相结合的方法,提出栅极Cu:SiN_x/SiO_2界面缺陷以及这三层薄膜的厚度非均匀分布是导致GOA电路中沟道宽长比大的IGZO TFT发生ESD失效的关键因素,并针对性地提出了改善方案.     

InGaZnO薄膜晶体管泄漏电流模型

研究了非晶氧化锌镓铟薄膜晶体管(amorphous InGaZnO thin-film transistor,InGaZnO TFT)的泄漏电流模型.基于Poole-Frenkel热发射效应和热离子场致发射效应的泄漏电流产生机制,分别得到了高电场和低电场条件下的载流子产生-复合率.在此基础上推导得到了InGaZnO TFT的分段式泄漏电流-电压数学模型,并利用平滑函数得到了关断区和亚阈区连续统一的泄漏电流模型.所提出的泄漏电流模型的计算值和TCAD模拟值与实验结果较为吻合.利用所提出的InGaZnO TFT泄漏电流模型和TCAD模拟,讨论了InGaZnO TFT不同的沟道宽度、沟道长度和栅介质层厚度对泄漏电流值的影响.研究结果对InGaZnO TFT集成传感电路的设计具有一定参考价值.     

InGaZnO薄膜晶体管背板的层间Cu互连静电保护研究

InGaZnO薄膜晶体管(InGaZnO thin film transistor, IGZO TFT)与Cu互连组合的驱动背板,在生产线机台上的抗静电放电(electrostatic discharge, ESD)耐压能力比传统a-Si TFT背板低将近一个数量级电压,数据线和扫描线层间Mo/Cu互连抗击穿电压只有传统a-SiTFT背板层间Mo/Al/Mo互连的60%左右.层间Cu互连的ESD破坏成为影响IGZO TFT超高清面板正常显示的一个重要因素.本文建立了扫描线层Cu金属扩散进入SiNx/SiO2绝缘层和数据线层Cu金属在爬坡拐角处扩散进入SiO2绝缘层,诱发层间Cu互连ESD破坏的机理模型.提出了Cu互连周边ESD保护电路架构三种基本结构的选型条件,以及保证层间Cu互连抗ESD击穿能力的ESD保护电路设计方法.利用本文提出的方法,有效降低了IGZO TFT背板的层间Cu互连ESD破坏风险.     

负电荷层对a-IGZO TFT阈值电压的影响

采用脉冲直流磁控溅射的方式沉积In-Ga-Zn-O (IGZO)膜层作为TFT的有源层.在TFT沟道处的有源层和绝缘层的界面上, 通过溅射法制作一定厚度的负电荷层对阈值电压(V_th)进行调制, 使得V_th由-3.8 V升高至-0.3 V, 器件由耗尽型向增强型转变.通过增加Al₂O₃作为负电荷层, 可有效地将V_th控制在0 V附近, 并且提高其器件稳定性, 得到较好的电学特性:电流开关比I_on/I_off>10⁹, 亚阈值摆幅SS为0.2 V/dec, 阈值电压V_th为-0.3 V, 迁移率μ为9.2 cm² /(V·s).     

离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应管

在石墨烯场效应晶体管栅介结构中引入具有良好电容特性或极化特性的材料可改善晶体管性能.本文采用化学气相沉积制备的石墨烯并以PVDF-[EMIM]TF2N离子凝胶薄膜(ion-gel film)作为介质层制备底栅型石墨烯场效应管(graphene-based field effect transistor, GFET),研究其电学特性以及真空环境和温度对GFET性能的影响.结果表明离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应晶体管表现出良好的电学特性,室温空气环境中,与SiO_2栅介GFET相比, ion-gel膜栅介GFET开关比(J_(on)/J_(off))和跨导(g_m)分别提高至6.95和3.68×10~(–2) mS,而狄拉克电压(V_(Dirac))低至1.3 V;真空环境下ion-gel膜栅介GFET狄拉克电压最低可降至0.4 V;随着温度的升高, GFET的跨导最高可提升至6.11×10~(–2) mS.     

射频磁控溅射低温制备非晶铟镓锌氧薄膜晶体管

利用射频磁控溅射技术室温制备了铟镓锌氧(IGZO)薄膜,采用X射线衍射(XRD)表征薄膜的晶体结构,原子力显微镜(AFM)观察其表面形貌,分光光度计测量其透光率。结果表明:室温制备的IGZO薄膜为非晶态且薄膜表面均匀平整,可见光透射率大于80%。将室温制备的IGZO薄膜作为有源层,在低温(<200℃)条件下成功地制备了铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT),获得的a-IGZO-TFT器件的场效应迁移率大于6.0 cm2.V-1.s-1,开关比约为107,阈值电压为1.2 V,亚阈值摆幅(S)约为0.9 V/dec,偏压应力测试a-IGZO TFT阈值电压随时间向右漂移。     

铟锌氧化物薄膜晶体管局域态分布的提取方法

本文针对铟锌氧化物薄膜晶体管(IZO TFT)的低频噪声特性与变频电容-电压特性展开试验研究,基于上述特性对有源层内局域态密度及其在禁带中的分布进行参数提取.首先,基于IZO TFT的亚阈区I-V特性提取器件表面势随栅源电压的变化关系.基于载流子数随机涨落模型,在考虑有源层内缺陷态俘获/释放载流子效应基础上,通过γ因子提取深能态陷阱的特征温度;基于沟道电流噪声功率谱密度及平带电压噪声功率谱密度的测量,提取IZO TFT有源层内局域态密度及其分布.试验结果表明,带尾态缺陷在禁带内随能量呈e指数变化趋势,其导带底密度N1TA约为3.42×10~(20)cm~(-3)·eV-,特征温度TTA约为135 K.随后,将C-V特性与线性区I-V特性相结合,对栅端寄生电阻、漏端寄生电阻、源端寄生电阻进行提取与分离.在考虑有源层内局域态所俘获电荷与自由载流子的情况下,基于变频C-V特性对IZO TFT有源层内局域态分布进行参数提取.试验结果表明,深能态与带尾态在禁带内随能量均呈e指数变化趋势,深能态在导带底密度NDA约为5.4×10~(15)cm~(-3)·eV~(-1),特征温度TDA约为711 K,而带尾态在导带底密度NTA约为1.99×10~(20)cm~(-3)·eV~(-1),特征温度TTA约为183 K.最后,对以上两种局域态提取方法进行对比与分析.     

面向IGZO-TFT-AMOLED像素电路设计的V_(TH)检测方法研究

由于迁移率高、均匀性好、制备成本低等优势,铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO TFT)有望促成有源矩阵有机发光显示器件(AMOLED)的大规模量产。但是IGZO TFT存在阈值电压(VTH)漂移的问题,实用的AMOLED像素电路必须对VTH漂移进行补偿以实现较好的显示效果,而VTH的检测是AMOLED像素电路设计中的关键环节。本文系统研究了VTH检测方法,比较了放电法、充电法、偏置电流法补偿VTH的效果,研究了VTH检测时间和TFT寄生电容等参数的影响。研究结果表明:放电法不能精确地补偿负VTH漂移,充电法需要的VTH检测时间最长,偏置电流法能够达到的补偿精度最高。     

基于数据线控制发光的A-IGZO薄膜晶体管集成AMOLED像素电路

本文提出了一种采用铟镓锌氧化物（IGZO）薄膜晶体管（TFT）的有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）显示器的新型补偿结构。它利用数据线关闭电源和驱动晶体管之间的控制晶体管,以抑制编程期间的泄漏电流。在所提出的电路和传统电路之间进行电路性能的比较,表明所提出的像素电路可以有效地补偿驱动晶体管的阈值电压偏移和迁移率变化。当V_TH飘移2 V和μ增加30%时,I_OLED误差率可以分别降低至小于5%和9%。此外,由于使用同时驱动方法,因此所需的最小编程时间可以被详细推导出来。所提出的像素电路的编程能力和机制已经通过FPGA平台和离散的场效应器件所证实。尽管所提出的像素电路具有非常简单的驱动结构,但它能够提高补偿精度。     

新型低功耗金属氧化物TFT集成行驱动电路

金属氧化物薄膜晶体管(TFT)属于耗尽型器件,其集成的TFT的行驱动电路一般采用双负电源方案,存在与外围驱动芯片的匹配困难和功耗较大的不足。本文设计了一种新型耦合电路结构,可以产生比负电源更低的电压从而完全关闭输出模块的下拉晶体管,防止氧化物TFT耗尽模式引起的电流泄露问题,并由此设计了新型氧化物TFT行驱动电路拓扑。由于只采用一个负电源,其电源电压范围比采用双负电源方案的小,从而节省了功耗且有利于与外围驱动芯片的匹配连接。实验结果表明,基于刻蚀阻挡层(ESL)结构的氧化物TFT工艺,在玻璃衬底上成功制备了该行驱动电路,在电阻负载R L=3 kΩ和容性负载C L=30 pF下,所设计的行驱动电路在33.3 kHz时钟频率下实现脉宽10μs的全摆幅输出,每级功耗仅为160μW。基于新型耦合电路结构的行驱动电路能够满足60 Hz的刷新频率的1980×1080分辨率的显示需求。     

用反应溅射法沉积SiO_x绝缘层的InGaZnO-TFT的光照稳定性(英文)

制备了基于反应溅射SiOx绝缘层的InGaZnO-TFT,并系统地研究了InGaZnO-TFT在白光照射下的稳定性,主要涉及到光照、负偏压、正偏压、光照负偏压和光照正偏压5种情况。结果表明,器件在光照和负偏压光照下的阈值偏移较大,而在正偏压光照情况下的阈值偏移几乎可以忽略。采用C-V方法证明阈值电压漂移是源于绝缘层/有源层附近及界面处的缺陷。另外,采用指数模式计算了缺陷态的弛豫时间。本研究的目的就是揭示InGaZnO-TFT在白光照射和偏压下的不稳定的原因。     

改进的用于AMOLED的移位寄存器的设计与仿真

p-type技术能够简化低温多晶硅TFT的制作过程。基于这个原因,本文提出了一种改进的利用p-type多晶硅TFT构成的移位寄存器结构,它可以作为AMOLED或者AMLCD外围驱动电路的一部分被集成到显示屏的衬底上。改进的移位寄存器由6个时钟控制,每个单元包含6个p-type多晶硅TFT。本文利用HSPICE进行仿真,验证了电路功能的正确性。利用韩方在多晶硅制作方面的优势,已经利用以上技术完成了96×3×128的AMOLED显示屏的制作。     

氢元素对铟镓锌氧化物薄膜晶体管性能的影响

对国际上有关铟镓锌氧化物薄膜晶体管中氢元素的来源、存在形式、表征方法以及对器件性能的影响进行了综述.氢元素是铟镓锌氧化物薄膜晶体管中最为常见的杂质元素,能以正离子和负离子两种形式存在于薄膜晶体管的沟道中,并对器件性能和电学可靠性产生影响.对铟镓锌氧化物薄膜晶体管而言,沟道中氢元素浓度越高,其场效应迁移率越高、亚阈值摆幅越小、器件的电学稳定性也越好.同时,工艺处理温度过低或过高都不利于其器件性能的改善,通常以200—300?C为宜.     

大尺寸金属氧化物TFT面板设计分析

根据最基本的2T1C像素电路,建立了TFT各参数与AMOLED面板限制因素的计算模型。详细分析了AMOLED显示尺寸与TFT迁移率、金属方块电阻、刷新频率以及器件结构的关系。在大尺寸高分辨率AMOLED面板设计中,信号线RC延迟是主要限制因素。TFT迁移率的提高在一定范围内对大尺寸显示面板设计有利,降低RC延迟是实现大尺寸、高分辨率、高刷新频率显示的关键技术。开发铜布线技术和低寄生电容TFT器件结构是未来大尺寸AMOLED显示的关键技术。