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《华中科技大学》 2015年
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基于态密度模型的铟镓锌氧化物薄膜晶体管的仿真研究

李小月  
【摘要】:TFT作为平板显示的核心器件,是影响显示效果的关键。利用a-IGZO材料作为有源层的TFT器件与传统的硅基TFT相比具有制作温度低、均一性好、透光性强、以及可制作于柔性衬底等诸多优势,目前是国内外学者广泛研究的热点问题。本文从IGZO材料特性入手建立IGZO-TFT器件模型,对双有源层器件进行参数优化,并分析有源层间的界面问题,旨在为双有源层IGZO-TFT的后续设计和制作提供参考。首先,我们利用MS软件分别对ZnO、有氧空位的ZnO、原子交替型和列交替型两种结构的IGZO材料进行了模拟仿真,通过对比各种材料的能带结构、态密度,得出了IGZO材料中各类原子对能带结构和态密度的影响。我们发现IGZO的导带底主要由金属原子的s轨道电子贡献,其中贡献最大的是In原子的5s2轨道,而Ga原子具有抑制氧空位的能力。同时由于In的5s2轨道具有球形对称的特点,IGZO材料对结构重构不具有敏感性。其次,我们基于态密度模型利用TCAD软件对IGZO-TFT进行了仿真,同时与实验所得数据进行对比,验证了模型的正确性。然后我们对器件进行了优化,我们发现有源层厚度为20nm、沟道长度为30μm、绝缘层厚度为60nm的IGZO-TFT器件具有较好的器件性能。最后给出了实际的工艺结构图。最后,我们基于以上模型对双有源层IGZO-TFT进行了模拟仿真,研究了有源层厚度变化,及有源层间界面位置对器件性能的影响。在理想情况下,我们得到了阈值电压Vth=-0.89V、亚阈值摆幅SS=0.27、开关电流比Ion/Ioff=6.98×1014的高性能器件。同时我们发现界面位置在主要导电区边缘时,器件性能最佳。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN321.5

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