多晶硅薄膜晶体管自加热效应和KINK效应的模拟技术研究

作     者：丁磊 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟传杰

授予年度：2008年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：多晶硅薄膜晶体管 自加热效应 KINK效应 MEDICI TSUPREM4 

摘      要：多晶硅薄膜晶体管技术在液晶显示器制造中扮演着很重要的角色,它增进了同时将有源矩阵及周边电路整合在一起的能力。然而,多晶硅薄膜晶体管存在着一些不良的效应,比如自加热效应、KINK效应。这些效应主要是由于薄膜晶体管本身固有的SOI(silicon on isolator)结构引起的。对于自加热效应,由于高热阻的玻璃衬底的存在,沟道内产生的功率热不能及时地散发出到周围环境中去,使得器件内部的工作温度升高。对于KINK效应,由于玻璃衬底的存在,在沟道底部出现浮体区域,当器件工作且漏极电压较大时,漏极附近出现较强的电场,碰撞离子化效应发生,产生的空穴积累在浮体区,使得器件阈值电压下降,另一方面,碰撞离子化产生的电子增加了沟道载流子密度,使沟道电流在饱和区出现继续增大的现象。 自加热效应和KINK效应对器件参数,如阈值电压、漏电流、开态电流、亚阈值斜率都有影响。本文借助TCAD工具,通过工艺模拟软件TSUPREM4来建立其器件结构,通过器件模拟软件MEDICI来计算其电学特性,来研究自加热效应和KINK效应。 首先,建立了LDD结构的器件,来研究漏极低电场对这两个效应的影响,发现LDD结构对单位漏极电流下升高的温度影响并不大,但是可以降低KINK效应对器件的影响,且在LDD的掺杂参数(如掺杂剂量、掺杂能量、LDD的长度)不同时,KINK效应相应地增强或减弱。基于TCAD工具的计算结果,给出了合适的LDD参数,使KINK效应的影响降到最低。其次,对于自加热效应,讨论了温度对器件性能的影响,自加热效应对器件性能的影响以及器件参数对自加热效应的影响,给出了影响自加热效应的几个关键的因素。由模拟可知,薄膜晶体管的自加热效应使其阈值电压降低、漏电流增大、亚阈值斜率变大、漏电流在饱和区出现继续增大的现象。对多晶硅薄膜晶体管影响较大的有器件沟道厚度、衬底厚度和材料等。对于KINK效应,讨论了KINK效应对器件性能的影响以及几个参数对KINK效应的影响。模拟表明,KINK效应使器件的输出特性曲线在饱和区出现向上的翘曲,漏极电导出现不稳定的现象。