论文部分内容阅读
低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS-TFT,Low Temperature Poly-silicon Thin Film Transistors）作为开关器件和外围电路,已被广泛用于高性能平板显示器、可穿戴设备以及集成传感器等领域。然而,在实际应用过程中往往存在器件的电学特性退化等不稳定性问题。论文主要对LTPS-TFT的电学特性及其稳定性进行研究。论文的主要研究内容和结果如下:（1）研究了沟道长度对P沟道LTPS-TFT基本的电学性能（阈值电压、场效应迁移率和亚阈值摆幅）及低频噪声特性的影响。实验结果发现,器件的阈值电压基本不受沟道长度的影响,维持在-4 V附近;亚阈值摆幅在0.3-0.35 V/dec之间少许波动;然而,器件的场效应迁移率随着沟道长度的增加而变大,这是由于沟道长度的改变,寄生的漏/源（D/S）接触电阻与沟道电阻形成了串联,从而导致了在沟道较短的器件中场效应迁移率大为下降;对器件的低频噪声（LFN,Low Frequency Noise）特性进行测量并提取其平带电压噪声谱密度和库仑散射系数等噪声参数。实验结果发现,漏电流的功率谱密度与有效栅极电压之间的依赖系数介于-1至-2之间,以及在较长沟道的器件中,霍格因子保持不变,说明此时噪声主要是由迁移率波动机制控制;然而在短沟道器件中,霍格因子却随着有效栅压的增加而衰减,表明此时的噪声符合载流子数目波动模型。（2）研究了温度（10 K-300 K）对LTPS-TFT基本的电学性能及噪声特性的影响。通过对不同温度下器件转移特性测试发现,阈值电压随着温度的降低向负栅偏压方向漂移,由300 K时的-7.74 V变化至10 K时的-10.01 V;迁移率随着温度的降低先增加后减小,在140 K附近迁移率达最大值(～100 cm2V-1s-1),这是由于高温区迁移率变化受晶格散射主导,而低温区受电离杂质散射主导所致。对不同温度下器件的低频噪声特性进行了测试,并提取了平带电压功率谱密度和霍格因子等噪声参数。实验结果发现:在较高的温度下,器件噪声主要起因于界面附近载流子的捕获/释放现象;在较低的温度下,器件噪声主要是由迁移率波动所引起的。（3）研究了负栅偏压应力对P沟道LTPS-TFT的电学特性影响及其内在机理。实验结果发现,在相同的栅偏压应力下,随着应力时间的增加,转移特性曲线向负栅压方向漂移;对于不同的栅偏压应力,阈值电压变化量与应力时间之间遵从幂指数关系,且时间常数随偏压应力的增加而增加,其值介于1/4-1/3之间;亚阈值摆幅随应力时间的增加而增加,迁移率随应力时间的增加而降低,且二者的变化程度与栅偏压应力大小呈正相关。采用负电荷产生模型对该偏压应力效应进行了合理解释,且通过不同温度下器件的噪声特性测试分析,进一步佐证了该模型的正确性。