多晶硅薄膜晶体管特性研究
常熟理工学院毕业设计论文
I 多晶硅薄膜晶体管特性研究
摘 要
多晶硅薄膜晶体管（polysilicon thin film transiston）因其高迁移率、高速高集成化、p型和n型导电模式、自对准结构以及耗电小、分辨率高等优点，近年来被广泛的应用于液晶显示器。随着器件尺寸减小至深亚微米，热载流子退化效应所致器件以及电路系统的可靠性是器件的长期失效问题。
本文主要研究热载流子效应。首先，研究热载流子退化与栅极应力电压，漏极应力电压及应力时间的依赖关系。其次，漏极轻掺杂（Light Doped Drain，LDD）结构是提高多晶硅薄膜晶体管抗热载流子特性的一种有效方法，研究了LDD结构多晶硅薄膜晶体管的结构参数对器件可靠性的影响。
关键词：多晶硅薄膜晶体管 热载流子效应 可靠性
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II Study on Characteristics of polysilicon thin film transistor
Abstract
Today, p-Si TFTs are used broadly in display devices because of its high field effect
mobility,high integration and high speed,high definition display,n channel and p channel
capability,low power consumption and self-aligned structures. With the device scaling down to
deep-submicrometer, the reliability of the device circuit system induced by hot carrier effect is
long-term failure.
Hot carrier effects is studied. Firstly,we mainly study the dependence between hot carrier
degradation and gate-stress voltage,drain-stress voltage and stress time.Secondly,the structure of
Light Doped Drain is an effective means to resist hot carrier effect ,the influence of parameters
of LDD structures on reliability of p-Si TFT was investigated.
Keywords：p-Si TFT;hot carrier effect;reliability
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III 目录
摘要………………………………………………………………………………………...……..I
Abstract……………………………………………………..…………………………………...II
第一章 绪论……………………………………………………………………………………1
1.1薄膜晶体管的发展…………………………………………………………………………1
1.2薄膜晶体管的结构以及工作原理…………………………………………………………2
1.2.1薄膜晶体管的结构…………………………………………………………………….2
1.2.2薄膜晶体管的工作原理…………………………………………………………….…3
1.3多晶硅薄膜晶体管的应用…………………………………………………………………4
1.4多晶硅薄膜晶体管的热载流子效应………………………………………………………5
第二章 多晶硅薄膜晶体管的热载流子效应…………………………...………………6
2.1热载流子效应………………………………………………………………………………6
2.2热载流子注入栅氧化层引起的退化………………………………………………………6
2.3热载流子的注入机制………………………………………………………………..…..…7
2.4 提高多晶硅薄膜晶体管抗热载流子效应的措施……………………………………..…9
2.5本章小结………………………………………………………………………………....…9
第三章 多晶硅薄膜晶体管可靠性研究………………..………………………………10
3.1多晶硅薄膜晶体管可靠性与热载流子应力条件的依赖关系……………………..10
3.1.1 阈值电压变化与栅极应力电压的关系……………………………………………10
3.1.2 阈值电压变化与漏极应力电压的关系…………………………………………….11
3.1.3 阈值电压变化与应力时间的关系……………………………………………….…12
3.2 LDD多晶硅薄膜晶体管………………………………………………..……………12
3.3 LDD多晶硅薄膜晶体管对热载流子效应的改善………………………………..…13
3.4 LDD多晶硅薄膜晶体管的结构参数对可靠性的影响…………………………….14
3.4.1 LDD区注入能量对器件的影响………………………………………………..14
3.4.2 LDD区掺杂浓度对横向电场的影响…………………………………………...15
3.4.3 LDD区掺杂浓度对驱动性能的影响…………………………………………...16
3.5 LDD结构多晶硅薄膜晶体管热载流子退化的简单模型………………………….……17 常熟理工学院毕业设计论文
IV 3.6本章小结…………………………………………………………………..………………19
结语……………………………………………………………………….…………………….20
参考文献……………………………………………………..………………………………...21
致谢……………………………………………………….…………………………………….22 常熟理工学院毕业设计论文
1 第一章 绪论
1.1薄膜晶体管的发展
人类对薄膜晶体管（thin film transiston: TFT）的研究工作已经有很长的历史。1925年，Julius Edger Lilienfeld首次提出结型场效应晶体管（FET）的基本定律，从此开辟了对固态放大器的研究。1933年，Lilienfeld又将绝缘栅结构引入场效应晶体管（后来被称为MISFET）。1962年，Weimer用多晶CaS薄膜做成薄膜晶体管（TFT）；随后，又出现了用CdSe、InSb、Ge等半导体材料做成的TFT器件。二十世纪六十年代，基于低费用、大阵列显示的实际需求，TFT的研究广为兴起。1973年，Brody等人首次研制出有源矩阵液晶显示（AMLCD），并用CdSe 、TFT作为开关单元。随着多晶硅掺杂工艺的发展，1979年LeComber、Spear和Ghaith用a-Si:H做有源层，做成如图1-1所示的TFT器件[1]。后来许多实验室都进行了将AMLCD以玻璃为衬底的研究。二十世纪八十年代，硅基TFT在AMLCD中有着极重要的地位，所做成的产品占据了市场绝大部分份额。1986年Tsumura等人首次用聚噻吩为半导体材料制备了有机薄膜晶体管（OTFT），OTFT技术从此开始得到发展。九十年代，以有机半导体材料作为活性层成为新的研究热点。由于在造工艺和成本上的优势，OTFT被认为将来极可能应用在LCD、OLED的驱动中。近年来，OTFT的研究取得了突破性的进展。1996年，飞利浦公司采用多层薄膜叠合法制作了一块15微克变成码发生器（PCG）；即使当薄膜严重扭曲，仍能正常工作。1998年，IBM[2]公司用一种新型的具有更高的介电常数（17.3）的无定型金属氧化物锆酸钡作为并五苯有机薄膜晶体管的栅绝缘层，使该器件的驱动电压降低了4V，迁移率达到0.38cm2v-1s-1。1999年，Bell实验室[3]的Katz和他的研究小组制得了在室温下空气中能稳定存在的噻吩薄膜，并使器件的迁移率达到0.1cm2v-1s-1。Bell实验室用并五苯单晶制得了一种双极型有机薄膜晶体管,该器件对电子和空穴的迁移率分别达到2.7cm2v-1s-1和1.7cm2v-1s-1，这向有机集成电路的实际应用迈出了重要的一步。最近几年，随着透明氧化物研究的深入，以ZnO、ZIO等半导体材料作为活性层制作薄膜晶体管，因性能改进显著也吸引了越来越多的兴趣。器件制备工艺很广泛，比如：MBE、CVD、PLD等均有研究。ZnO-TFT技术也取得了突破性进展。2003年，Nomura等人使用单晶InGaO3(ZnO)5获得了迁移率为80cm2v-1s-1的TFT器件。美国杜邦公司采用真空蒸镀和掩膜挡板技术在聚酰亚铵柔性衬底上开发了ZnO-TFT，电子迁移率为50cm2v-1s-1。这是在聚酰亚铵柔性衬底上首次研制成功了高迁移率的ZnO-TFT，这预示着在氧化物TFT领域新竞争的开始。2005年，Chiang H.Q[4]等人利用ZIO作为活性层常熟理工学院毕业设计论文
2 制得开关比107的薄膜晶体管。2006年，ChengH.C[5]等人利用CBD方法制得开关比为105、迁移率0.248cm2v-1s-1的TFT，这也显示出实际应用的可能。
图1-1 薄膜晶体管剖面图
1.2薄膜晶体管的结构以及工作原理
1.2.1薄膜晶体管的结构
薄膜晶体管主要是有源极、漏极、栅极、有源层、栅绝缘层及其管体构成，其中有源层和栅绝缘层是决定薄膜晶体管性能的两个关键层。根据有源层的材料不同，可以将薄膜晶体管分为单晶硅薄膜晶体管（c-Si TFT）、非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）、多晶硅薄膜晶体管（p-Si TFT）、有机薄膜晶体管（OTFT）和氧化锌薄膜晶体管（ZnO TFT）。目前被广泛研究的TFT结构一般可以分为两类[6]：正交叠（Normal Staggered）又称为顶栅结构如图1-2；反交叠（Inverted Staggered）也称为底栅结构如图1-3。
图1-2顶栅结构的p- Si TFT 的剖面图
图1-3底栅结构的p- Si TFT 的剖面图
根据欧姆接触层的掺杂类型不同，又可将薄膜晶体管分为n型和p型。n型TFT欧姆接触层掺入的是五价元素如磷，而p型TFT欧姆接触层掺入的是三价元素如硼。在实际制备多晶硅薄膜晶体管时为了提高其性能人们设计了不同的p-Si TFT结构：
薄膜晶体管
薄膜晶体管的定义：
Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器。
补充：TFT（ThinFilmTransistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制，是有源像素点。因此，不但速度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了很高水平。
TFT ( Thin film Transistor，薄膜晶体管）屏幕，它也是目前中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕，分65536 色及26 万色，1600万色三种，其显示效果非常出色。
平板显示器种类：
经过二十多年的研究、竞争、发展，平板显示器已进入角色，成为新世纪显示器的主流产品，目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种：
1、场致发射平板显示器（FED）；
2、等离子体平板显示器（PDP）；
3、有机薄膜电致发光器（OEL）；
4、薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD） 。
场发射平板显示器原理类似于CRT，CRT只有一支到三支电子枪，最多六支，而场发射显示器是采用电子枪阵列（电子发射微尖阵列，如金刚石膜尖锥），分辨率为VGA（640×480×3）的显示器需要92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖，材料工艺都需要突破。目前美国和法国有小批量的小尺寸的显示屏生产，用于国防军工，离工业化、商业化还很远。
等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材料形成的，发光效应低和功耗大是它的缺点（仅1.2lm/W，而灯用发光效率达80lm/W以上，6瓦/每平方英寸显示面积），但在102～152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。业内专家分析认为，CRT、LCD和数字微镜(DMD)3种投影显示器可以与PDP竞争，从目前大屏幕电视机市场来看，CRT投影电视价格比PDP便宜，是PDP最有力的竞争对手，但亮度和清晰度不如PDP，LCD和DMD投影的象素和价格目前还缺乏竞争优势。尽管彩色PDP在像质、显示面积和容量等方面有了明显提高，但其发光效率、发光亮度、对比度还达不到直观式彩色电视机的要求，最重要的是其价格还不能被广大家用消费者所接受，这在一定程度上制约了彩色PDP市场拓展。目前主要在公众媒体展示场合应用开始普遍起来。
薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响
赵晓锋等：薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响
薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响
赵晓锋 ，温殿忠 ，王天琦 ，丁玉洁。
（１．黑龙江大学黑龙江省普通高等学校电子工程重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００８０； ２．黑龙江大学集成电路重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００８０）
摘 要： 以高纯ＳｉＨ 为气源，采用低压化学气相沉
积方法在Ｐ型（１００＞晶向单晶硅上６２０℃制备纳米多
晶硅薄膜，对不同薄膜厚度纳米多晶硅薄膜分别在
７００、８００、９００℃进行高温真空退火，通过Ｘ射线衍射
（ＸＲＤ）、Ｒａｍａｎ光谱（Ｒａｍａｎ）、场发射扫描电子显微 镜（ＳＥＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）研究薄膜厚度、退火
温度对薄膜结晶取向、表面形貌等结构特性影响。结
果表明，随薄膜厚度增加，薄膜取向显著且多晶特征明 显，沉积薄膜多晶取向为＜１１１＞、（２２０）和（３１１＞晶向，择
优取向为（１１１）晶向，ＴＯ模强度减弱且加宽，晶粒大 小增加；同一薄膜厚度，随真空退火温度升高，Ｘ射线
衍射峰强度增强，ＴＯ模强度增强。
关键词： 纳米多晶硅薄膜；结构特性；ＬＰＣＶＤ；退火
中图分类号：０４８４ 文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－９７３１（２Ｏ１０）１０－１７５３—０４
１ 引 言
多晶硅薄膜作为一种人工功能材料＿１。］，在异质
结 ］、太阳能电池Ｅ ］、薄膜型晶体管 和传感
器Ｌｌ 等方面具有重要应用。薄膜材料的制备和特性
研究受到广泛关注，制备方法对于改善薄膜电学性质 和光学性质至关重要。目前，主要采用等离子体增强
化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）、低压化学气相沉积
（ＬＰＣＶＤ）、磁控溅射系统、激光烧蚀沉积等方法制备
Ｉａ）ｐ型单晶硅 —一 薄膜，其中ＬＰＣＶＤ方法具有生产批量大、可重复性好 等优点，是一种成熟的硅平面工艺。本文采用ＬＰＣＶＤ
方法在Ｐ型（１００＞晶向单晶硅表面研究制备纳米多晶
硅薄膜，通过Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、Ｒａｍａｎ光谱（Ｒａ— ｍａｎ）、场发射扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和原子力显微镜
薄膜晶体管(tft)作用 工作原理 材料工艺
薄膜晶体管(tft)作用 工作原理 材料工艺
薄膜晶体管（Thin-Film Transistor，简称TFT）是一种用于电子显示器和面板的非晶硅制造技术。它是一种重要的半导体器件，用于控制显示像素的亮度和颜色。TFT晶体管的作用、工作原理和材料工艺会在下文中详细阐述。
一、薄膜晶体管的作用
薄膜晶体管作为电子显示器的关键组件，主要用于控制每个像素的亮度和颜色。在液晶显示器（LCD）和有机发光二极管显示器（OLED）等显示技术中广泛应用。TFT晶体管类似于一个电子开关，可以打开和关闭每个像素的电流，从而控制其亮度。TFT晶体管还可以精确地控制每个像素的亮度，使得显示器能够产生清晰、细腻和真实的图像。
二、薄膜晶体管的工作原理
TFT晶体管的工作原理可以简单地理解为：通过控制栅极电压来控制漏极和源极之间的电流流动，进而控制每个像素的亮度。 TFT晶体管由四个主要部分组成：栅极、源极、漏极和沟道。当栅极电压为低电平时，沟道中的导电层不会被激活，从而阻断了源极到漏极之间的电流。当栅极电压为高电平时，控制电压作用于沟道中的导电层，使它导电，从而允许电流流动。
三、薄膜晶体管的材料工艺
1. TFT的制造材料
主要的材料是非晶硅（a-Si）或多晶硅（poly-Si）薄膜。非晶硅具有较高的电子迁移率，且制备过程相对简单，适用于较低分辨率的液晶显示器。而多晶硅具有更高的电子迁移率，适用于高分辨率和高速刷新率的显示器。
2. TFT的制造过程
（1）基板清洗：通过清洗去除基板表面的杂质、油脂和顶层材料等。
（2）锗沉积：在基板表面沉积一层锗，提供后续的结合层。
（3）透明导电氧化锌（TCO）沉积：沉积一层透明导电氧化锌薄膜，用于制作栅极。 （4）非晶硅或多晶硅沉积：在TCO层上沉积非晶硅或多晶硅薄膜，用于制作薄膜晶体管的主体部分。
（5）金属电极沉积：用金属沉积技术在非晶硅或多晶硅层上制作源极和漏极。
（6）栅极沉积：利用光刻和蒸发技术将栅极沉积在金属电极上。
tft器件的4种结构
tft器件的4种结构
TFT（薄膜晶体管）是一种关键的电子器件，常用于平面显示器（如液晶显示屏）和其他电子设备中。TFT器件的结构可以分为以下四种：
1. 单晶硅TFT结构，单晶硅TFT是一种常见的TFT器件结构，其中薄膜晶体管由单晶硅材料制成。这种结构具有高电子迁移率和较低的漏电流，适用于高性能的显示器和其他电子设备。
2. 多晶硅TFT结构，多晶硅TFT使用多晶硅材料来制造薄膜晶体管。与单晶硅TFT相比，多晶硅TFT的制造成本更低，但电子迁移率较低，因此适用于一些对性能要求不那么严格的应用。
3. 氧化铟锡TFT结构，氧化铟锡（ITO）TFT是一种新型的TFT器件结构，它使用氧化铟锡作为半导体材料。这种结构具有高透明度和柔韧性，适用于柔性显示器和其他需要透明电子器件的应用。
4. 钙钛矿TFT结构，钙钛矿TFT是近年来备受关注的一种新型TFT结构，钙钛矿材料具有优异的光电特性和可调制的能带结构，使得钙钛矿TFT在显示器和光电器件领域具有巨大的潜力。
这些不同的TFT器件结构各自具有特定的优点和应用领域，了解它们的结构特点有助于选择合适的TFT器件用于特定的电子应用。
tft的分类
tft的分类
TFT的分类
TFT（Thin Film Transistor）薄膜晶体管是一种用于液晶显示器中的关键技术。根据不同的材料和结构，TFT可以分为多种不同的类型。本文将介绍几种常见的TFT分类。
一、依据材料分类
1. 硅基TFT：硅基TFT是最常见的一种类型，其主要材料是硅。硅基TFT具有制作工艺简单、稳定性好、成本相对较低等优点。由于硅基TFT的晶体管电子迁移率较低，因此在高分辨率和高刷新率的显示器中使用受到限制。
2. 多晶硅TFT：多晶硅TFT采用多晶硅材料制造，相比硅基TFT，其电子迁移率更高，因此可以用于高分辨率和高刷新率的显示器。多晶硅TFT的制造工艺较复杂，成本也相对较高。
3. 非晶硅TFT：非晶硅TFT采用非晶硅材料制造，具有较高的电子迁移率和透光性能，可以用于高分辨率和高刷新率的显示器。非晶硅TFT的制造工艺相对简单，但成本较高。
二、依据结构分类
1. 非透明TFT：非透明TFT是最常见的一种类型，其结构包括底电极、薄膜晶体管、液晶层和顶电极。非透明TFT在液晶显示器中起到控制液晶分子排列和光的透过与阻挡的作用。
2. 透明TFT：透明TFT的结构与非透明TFT类似，但顶电极采用透明材料制造，如氧化铟锡（ITO）。透明TFT广泛应用于透明显示器、触摸屏等领域，可以实现透明且可视的显示效果。
3. 柔性TFT：柔性TFT采用柔性基板制造，如聚酰亚胺薄膜。相比传统的玻璃基板，柔性TFT具有更好的柔韧性和轻薄性，可以应用于可弯曲、可卷曲的显示器和电子产品中。
三、依据制作工艺分类
1. 常规TFT：常规TFT制作工艺采用传统的光刻、蒸镀等工艺，制造过程相对较复杂。常规TFT具有制造成本高、生产周期长等缺点，但在稳定性和可靠性方面表现良好。
2. 薄膜互补金属氧化物（IGZO）TFT：IGZO TFT是一种新兴的制作工艺，采用氧化物材料代替传统的硅材料制造。IGZO TFT具有电子迁移率高、透光性好等优点，可以实现更高的分辨率和刷新率。
薄膜晶体管原理与应用
目录
第一章绪论
1.1引言
1.2研究背景
第二章薄膜晶体管的结构与基本原理
2.1薄膜晶体管结构
2.2薄膜晶体管工作原理 23薄膜晶体管主要性能参数
第三章薄膜晶体管应用
3.1薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)
3.1.1 TFT-LCD 概述
3.1.2TFT-LCD工作原理
3・2有机发光二极管(OLED)
3.2.1 OLED 概述
3.2.2 OLED工作原理
第四章前景展望第一章绪论
1.1引言
人类对薄膜晶体管（TFT）的研究工作己经有很长的历史。早在1925年，
Julius Edger Lilienfeld首次提岀结型场效应晶体管（FET）的基本定律，开 辟了对固态放大器的研究。1933年，Lilienfeld 乂将绝缘栅结构引进场效应晶 体管（后來被称为MISFET）。1962年，Weimer用多晶CaS薄膜做成TFT：随后， 乂涌现了用CdSe、InSb、Ge等半导体材料做成的TFT器件。二十世纪八十年代， 基丁低费用、大阵列显示的实际需求，TFT的研究广为兴起。1973年，Brody等 人首次研制出有源矩阵液晶显示（AMLCD）,并用CdSe TFT作为开关单元。随着 多晶硅掺杂工艺的发展，1979年LeComber. Spear和Ghaith用a-Si:H做有源 层，做成如图1所示的TFT器件。后來许多实验室都进行了将AMLCD以玻璃为衬底 的研究。二十世纪八十年代，硅基TFT在AMLCD中有着极重要的地位，所做成的 产品占据了市场绝大部分份额。1986年Tsumura等人酋次用聚曝吩为半导体材 料制备了有机薄膜晶体管（0TFT） , 0TFT技术从此开始得到发展。九十年代， 以有机半导体材料作为活性层成为新的研究热点。由于在制造工艺和成本上的优 势，0TFT被认为将來极可能应用在LCD、0LED的驱动中。近年來，0TFT的研究 取得了突破性的进展。1996年，飞利浦公司采用多层薄膜叠合法制作了一块15 微克变成码发生器（PCG）:即使当薄膜严重扭曲，仍能正常工作。1998年，IBM 公司用一种新型的具有更高的介电常数（17.3）的无定型金属氣化物错酸锁作为 并五苯有机薄膜晶体管的栅绝缘层，使该器件的驱动电用降低了4V,迁移率达到 0.
中大规模集成电路及应用(总结)
中大规模集成电路及应用
第一章
微电子学
微电子学是研究固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子学分支。
作为电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的学科。
集成电路：
Integrated Circuit，缩写IC
是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）或陶瓷基片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组件。
集成电路设计与制造的主要流程框架
设计创意 + 仿真验证
集成电路芯片设计过程流程图
摩尔定律
基于市场竞争，不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力。
在新技术的推动下，集成电路自发明以来，其集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小 倍。
是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总结的规律，被称为摩尔定律。
集成电路分类
集成电路的分类
按器件结构类型
按集成电路规模
按结构形式
按电路功能
按应用领域
按器件结构类型分类
双极集成电路：主要由双极晶体管构成(优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低)
NPN型双极集成电路
PNP型双极集成电路
金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成
NMOS
PMOS CMOS(互补MOS)
双极-MOS(BiMOS)集成电路(功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高)：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂
按集成电路规模分类
度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目
小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)
多晶硅薄膜晶体管自加热效应温度分布的有限元模拟
第２９卷第５期
２００８年５月 半导体学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＭＩＣ０ＮＤＵＣＴＯＲＳ ＶＯ１．２９ ＮＯ．５
Ｍａｙ，２００８
多晶硅薄膜晶体管自加热效应温度分布的有限元模拟＊
杨震宇 王明湘 王槐生
（苏州大学微电子学系，苏州 ２１５０２１）
摘要：采用有限元方法模拟了ｎ型ＭＩＬＣ低温多晶硅薄膜晶体管在直流自加热应力下器件的温度分布．通过对器件沟道
温度分布的稳态及瞬态模拟，研究了器件功率密度、衬底材料类型和器件宽长等关键因素的影响．确认了改善器件自加热
退化的有效途径，同时有助于揭示多晶硅薄膜晶体管自加热退化的内在机制．
’ 关键词：有限元分析；温度分布；薄膜晶体管；自加热退化；稳态及瞬态模拟
ＰＡＣＣ：７３４０Ｑ；７３６０Ｆ
中图分类号：ＴＰ２１１ ．５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５３．４１７７（２００８）０５．０９５４．０６
１ 引言
低温多晶硅薄膜晶体管（ＴＦＴ）是实现像素矩阵和
外围驱动一体化平板显示的核心器件口 ．由于制作于非
导热的玻璃基板上，器件工作在开态时存在由电流焦耳
热引起的自加热效应（ＳＨ ｅｆｆｅｃｔ）ｌ＿２￣苜］．一方面，类似于
ＳＯＩ器件，该效应导致器件输出电流的减小 ；另一方
面，它还是多晶硅ＴＦＴ器件性能退化的主要机制之
一ｌ＿２ ］．在ＳＨ效应中，沟道的温升是导致器件性能变化
／退化的最关键因素，然而，准确测量器件沟道的实际温
度分布，是研究ＳＨ效应的难点 ］．目前采用的实验方
法如红外 ］和热电阻 测温仅能作粗略的间接测量，无
法反映出沟道温度分布的特点．有限元分析（ＦＥＡ）提供
了模拟器件ＳＨ效应下温度分布的一个有效途径 一．
通过考虑器件在ＳＨ电应力下的边界条件和热交换物理
模型，有限元模拟可以直接给出多品硅ＴＦ丁器件的内部
温度分布，从而有助于揭示器件自加热退化的机制．
作者利用ＦＥＡ研究了ｎ型金属诱导横向结晶
（ＭＩＬＣ）多晶硅ＴＦＴ＿Ｉ 在典型ＳＨ应力偏置下稳态及瞬
微波退火法低温制备多晶硅薄膜晶体管
第２ ３卷第４期
２００１年８月 压电与声光
ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ＆Ｌ ＡＣＯＵＳＴ００ＰＴＩＣＳ Ｖｏ１．２３Ｎｏ Ｉ
Ａｕｇ．２００１
文章编号 １００４－２４７４（２００１）０４—０２９９—０３
微波退火法低温制备多晶硅薄膜晶体管
饶瑞 ，徐重阳 ，孙国才 ，曾祥斌
（１．华中科技大学电子科学与技术系．武汉４３００７４；２中国地质大学材料科学与化学工程学院，武汉４３００７４）
摘要 多晶硅薄膜晶体管以其独特的优点在液晶显示领域中有着重要位置，为了满足在普通玻璃村底上制
备多晶硅薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器，低温制备（小于６００。ｃ）高质量多晶硅薄膜已成为研究热点。文章利用
微波加热技术。采用非晶硅薄膜微波退火固相晶化法低温制备出多晶硅薄膜晶体管，研究了微波退火工艺对多晶
硅薄膜晶体管电学性能的影响。
关键词：微波退火；低温晶化；多晶硅薄膜晶体管
中田分娄号：ＴＮ３０４．０５５ 立献标识码：Ａ
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
ｂｙ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｔ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＲＡＯ Ｒｕｉ ，ＸＵ Ｚｂｏｎｇ—ｙａｎｇ ，ＳＵＮ Ｇｕｏ—ｃａｊ ，ＺＥＮＧ Ｘｉａｎｇ—ｂｉｎ
（１．Ｄｅｐｔ ０ｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ８ＬＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｉｅｎｃｅ ８ＬＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ ２ ｃｏＩ１ｅ窖ｅ。ｆＭａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＣｈｅｍｍ／ｃａｌｌ￣ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｃｅｒｓｉｉ７ ｏｔＧｅｏｓｃｉｅ￣ｃｅｓ—Ｗｕｈａｎ ４３０Ｏ７４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ｛Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓＲｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｈａｓ ｐｌａｙｅｄ ａ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｉｉｑ，ａｉｄ ｄｉｓｐｌａｙ．
薄膜晶体管发展历程
- 1 - 薄膜晶体管发展历程
薄膜晶体管（Thin-FilmTransistor，TFT）是一种半导体器件，它具有高速、低功耗、高可靠性等优点，在今天的液晶显示器、触摸屏、平板电视等电子产品中得到了广泛应用。薄膜晶体管的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
早期的TFT是通过化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等技术制备的非晶硅薄膜晶体管，由于其速度较慢、稳定性较差等缺点，一直未能得到广泛应用。
后来，研究人员发现，如果使用多晶硅材料，可以制备出速度更快、稳定性更好的TFT。于是，多晶硅薄膜晶体管被广泛应用于各种电子产品中。
在21世纪初期，随着有机发光二极管（OLED）等新兴显示技术的出现，需要更高性能的TFT来驱动这些新型显示器件。因此，低温多晶硅（LTPS）薄膜晶体管得到了广泛关注。LTPS薄膜晶体管通过使用更高质量的硅材料，并控制晶体结构，可以实现更高的电子迁移率和更高的开关速度。
未来，随着人工智能、虚拟现实等新型应用的出现，对TFT的性能要求将越来越高，薄膜晶体管的发展历程也将继续演进。