非晶铟镓锌氧薄膜晶体管在栅压应力下稳定性模型的研究

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1、博士学位论文非晶铟镓锌氧薄膜晶体管在栅压应力下稳定性模型的研究作者姓名徐飘荣学科专业微电子学与固体电子学指导教师姚若河教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2016年4月StudyonthestabilitymodelofamorphousInGaZnOthinfilmtransistorsundergatebiasstressADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyCandidate：XuPiaorongSupervisor：Pro

2、f.YaoRuoheSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China．０５６１分类号ＴＮ）扯１５学校代号＝１：学号：２０１３１０１０１５５９华南理工大学博±学位论文非晶铜嫁锋氧薄膜晶体管在棚压应力下稳定性模型的研究、职称：姚若河教授作者姓名：徐飘荣指导教师姓名：微电子学与固体电子学申请学位级别：工学博±学科专业名称研巧方向：微／纳电子器件模型研究论文提交日期：２０１６年４月１５日论文答辩日期；２０１６年６月１曰

3、日期：年月日学位授予单位：华南理工大学学位授予答辩委员＾员：丰庶：＾番届，涛作名＾誇人少代华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明；所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研将别加标注引用的内容外，本论文究所取得的研究成果。除了文中不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研。本人完究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明全意识到本声明的法律后果由本人承担。日期（日：２／作者签名：＾年＾月学位论文版权使用授权书学位

4、论文的规定＇本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用理工大良生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南Ｐ；研巧学口或机构送交论文的复印件和电子。学校有权保存并向国家有关部可Ｗ（除在保密期内的保密论文外）；学校版，允许学位论文被查阅可公布学位论文的全部或论部分内容，Ｗ允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容一相致。本学位论文属于：授□保密，在年解密后适用本权书。生口不保密，同意在校园网上发布，供校内师和与学校有共享

5、术期刊（光盘版）协议的单位浏览；同意将入本人学位论文提交中国学电子杂志社全文出版和编ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。＂Ｖ＂（请在上相应方框内打）作者签名：＾日期；：２〇化．１指导教师签名：日期作者联系电话：电子邮箱；Ｊ联系地址（含邮编）：摘要非晶铟镓锌氧薄膜晶体管（a-IGZOTFT）不仅拥有非晶硅TFT的均匀性和多晶硅TFT的高迁移率等优点，而且还具备高透光率和低制备温度。这些特点使得a-IGZOTFT广泛应用于有源矩阵液晶显示、有

6、源矩阵有机发光二极管显示、透明显示和柔性显示等领域。同时，由于低成本优势，a-IGZOTFT在射频识别、可穿戴电子、非挥发记忆存储器件以及传感器等方面的新型应用也越来越受到人们重视。a-IGZO薄膜中的陷阱能够捕获栅压诱导的电荷，影响a-IGZOTFT的电学性能。本文基于线性区沟道迁移率与沟道内的自由电荷与总电荷的比值成正比关系，分离出自由电子浓度和陷阱态浓度。考虑沟道表面势与栅压的非均匀性关系，通过对沟道层与栅绝缘层界面运用泊松方程及高斯定理，得到自由电子浓度以及陷阱态浓度与表面势的关系，最后通过陷

7、阱态浓度对表面势求导得到线性区对应的态密度。研究了a-IGZOTFT器件在正向栅压应力（PGBS,Positivegatebiasstress）下阈值电压(Vth)发生偏移的物理过程。通过TCAD软件模拟了缺陷产生对TFT器件电学稳定性的影响。结果表明，a-IGZO薄膜中产生的浅陷阱态不仅影响TFT器件阈值电压，同时还影响器件的迁移率和亚阈值摆幅；而a-IGZO薄膜中的深陷阱态导致TFT器件的阈值电压向正栅压方向平移。针对a-IGZO沟道内的电子在PGBS作用下隧穿到栅绝缘层，其中一部分电子又发生反向

8、隧穿的物理过程，建立了电子在栅绝缘层内的动力学方程。当栅压较小或应力施加时间较短时，电子隧穿的长度较短，栅绝缘层内能带弯曲程度较小，栅绝缘层中缺陷态能级捕获的电子大部分位于费米能级以上，因此电子很容易发生反向隧穿。通过分析栅压大小及应力施加时间长短与电子隧穿长度之间的关系，确定了隧穿到栅绝缘层中的电子分布，建立了a-IGZOTFT器件阈值电压偏移的模型。研究了a-IGZOTFT器件在负向栅压应力（NGBS,negativegatebiasstress）下