【摘要】：銦鋅氧化物薄膜晶體管(IZO TFT)由于其遷移率高、開關(guān)比大、透光性佳和電學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),在柔性集成電路以及平板顯示領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。在IZO TFT的發(fā)展過程中,器件可靠性成為了制約其進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域的主要瓶頸。本文主要基于低頻噪聲對(duì)IZO TFT在不同應(yīng)力下(光照、電應(yīng)力、溫度、氫氣環(huán)境)的可靠性進(jìn)行研究。論文的主要的研究工作和結(jié)果包括:(1)討論了負(fù)偏壓光照應(yīng)力下IZO TFT的電學(xué)特性與應(yīng)力前后的低頻噪聲。單獨(dú)光照實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明器件電學(xué)特性的變化是由類受主態(tài)和光激發(fā)產(chǎn)生的電離氧空位所引起的。還分析了器件退化與光照波長的關(guān)系,隨著光照波長的減小可以觀察到器件閾值電壓減小與亞閾值斜率增大。同時(shí),負(fù)偏壓光照應(yīng)力實(shí)驗(yàn)表明外加負(fù)柵壓大幅度降低了電離氧空位與自由電子之間的復(fù)合效應(yīng),加劇了器件的退化。另外,通過中間隙方法(Mid-gap method)將電離氧空位與類受主態(tài)的影響分開討論,結(jié)果表明電離氧空位是導(dǎo)致閾值電壓負(fù)漂的主導(dǎo)因素。負(fù)偏壓光照應(yīng)力后器件的恢復(fù)特性表明電離氧空位在室溫下會(huì)部分恢復(fù)而在高溫下可以全部恢復(fù)。負(fù)偏壓光照應(yīng)力前后器件的低頻噪聲分析結(jié)果表明在應(yīng)力過程中柵氧化層捕獲電荷的變化很小,證明了在應(yīng)力過程中電離氧空位是導(dǎo)致低頻噪聲增大的根本原因,這與所提出的器件電學(xué)特性退化機(jī)制一致。(2)研究了10-400K溫度范圍內(nèi)IZO TFT的轉(zhuǎn)移特性。討論了器件在不同溫度下主導(dǎo)的載流子傳輸機(jī)制,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著溫度的降低載流子傳輸機(jī)制會(huì)從陷阱限制傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)樽兂誊S遷。另外,在10-300K的溫度范圍內(nèi)研究了IZO TFT低頻噪聲特性與溫度的關(guān)系。在10-300K的范圍內(nèi),測(cè)量的低頻噪聲隨著溫度的降低而增加。其在80-200K范圍內(nèi)遵循M-N定律,在低于80K時(shí)遵循Mott定律。通過對(duì)低頻噪聲的分析表明隨著溫度降低器件會(huì)從界面主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w主導(dǎo)。還提取了器件平帶電壓功率譜密度和平均Hooge參數(shù),并分析了它們隨溫度的變化。(3)研究了IZO TFT在氫氣環(huán)境下電學(xué)特性的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氫氣能滲透過鈍化層進(jìn)入器件內(nèi)部,從而對(duì)器件的電學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響。氫作為陽離子與氧離子結(jié)合生成的羥基以及伴隨產(chǎn)生的電離氧空位是導(dǎo)致器件閾值電壓負(fù)向漂移的主要原因,而氫作為陰離子與溝道中金屬離子結(jié)合生成的M-H結(jié)構(gòu)是器件亞閾值斜率增大的主要原因。另外,器件的低頻噪聲結(jié)果表明隨著氫的擴(kuò)散器件的低頻噪聲增大,器件從體主導(dǎo)逐漸向界面主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。在氫氣擴(kuò)散的過程中,柵氧化層陷阱捕獲電荷的變化很小,溝道界面處的界面態(tài)增多是低頻噪聲增大的主導(dǎo)因素。表明是由于氫的滲入引起了電離氧空位的增加,從而產(chǎn)生了更多的自由載流子隨機(jī)捕獲/釋放過程,使得低頻噪聲增大。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN321.5
【圖文】：

圖 1-1 正柵壓應(yīng)力前后 IGZO TFT 的轉(zhuǎn)移特性曲線[35]人[35]研究了在正柵壓應(yīng)力（PBS）下非晶銦鎵鋅氧的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 1-1 所示，表明器件轉(zhuǎn)移特性正方向移動(dòng)。作者通過電子捕獲模型對(duì)退化現(xiàn)象進(jìn)行解道中的電子被捕獲在溝道/介質(zhì)界面處或者注入到柵氧化分柵極電壓的作用。

圖 1-2 a-IGZO TFT 在不同波長的單色光照射后的轉(zhuǎn)移特性曲線[36](a)線性坐標(biāo)，(b)對(duì)數(shù)坐標(biāo)Liu Yuan 等人[37]研究了不同溫度下 a-IGZO TFT 的傳輸特性。轉(zhuǎn)移特性曲線如圖 1-3所示，隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)移特性曲線向負(fù)方向移動(dòng)。這是由于隨著溫度的升高，PECVD-SiO2鈍化膜中的氫被 IZO 膜吸收，在溝道中產(chǎn)生自由載流子，并且引起了閾值電壓的負(fù)偏移。

1-2 a-IGZO TFT 在不同波長的單色光照射后的轉(zhuǎn)移特性曲線(a)線性坐標(biāo)，(b)對(duì)數(shù)坐標(biāo)n 等人[37]研究了不同溫度下 a-IGZO TFT 的傳輸特性。轉(zhuǎn)移特性溫度的升高，轉(zhuǎn)移特性曲線向負(fù)方向移動(dòng)。這是由于隨著溫2鈍化膜中的氫被 IZO 膜吸收，在溝道中產(chǎn)生自由載流子，并移。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 曹鏞;陶洪;鄒建華;徐苗;蘭林鋒;王磊;彭俊彪;;金屬氧化物薄膜晶體管及其在新型顯示中的應(yīng)用[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年10期

本文編號(hào)：2751995