氧流量对a-IWO薄膜及其薄膜晶体管电学性能的影响

本文采用射频磁控溅射方法,制备了非晶掺钨氧化铟(a-IWO)薄膜及其薄膜晶体管(TFTs),并探讨了溅射过程中氧流量对a-IWO薄膜及其TFTs性能的影响.研究发现,随着沉积过程中氧流量的增加,a-IWOTFTs器件的饱和迁移率降低,阈值电压正向偏移,说明溅射过程中氧流量的增加有效抑制了a-IWO沟道层中氧空位的产生,降低了载流子浓度.当溅射过程中氧气/氩气流量比为2∶28时,制备的TFT器件饱和迁移率为27.6cm2·V-1·s-1,阈值电压为-0.5V,电流开关比为108.     

铋掺杂氧化铟锌薄膜晶体管的研究

采用射频磁控溅射法制备了以非晶铋掺杂氧化铟锌(a-IZBO)为沟道层的薄膜晶体管(TFTs).相比本征的氧化铟锌薄膜晶体管,a-IZBO-TFTs显示出更低的关态电流,正向偏移的开启电压,表明铋掺杂能有效抑制载流子浓度.在铋掺杂含量为原子百分比8.6%时达到最佳的电学性能:载流子迁移率为7.5cm~2/(V·s),开关比为3×10~8,亚阈值摆幅为0.41V/decade.使用光致发光激发谱和X射线光电子能谱评价了a-IZBO沟道层中的氧空位缺陷,分析结果证实了铋的掺杂确实有效地减少了氧空位,从而抑制了半导体沟道层中的载流子浓度,对a-IZO-TFTs的总体电学性能改善起到较大的作用.     

p沟道Cu_2O半导体薄膜场效应晶体管的制备及Ⅳ特性研究

采用磁控溅射掩膜制备工艺,在n型Si衬底上分别制备了底栅型p沟道Cu_2O半导体薄膜场效应晶体管(TFTs).用XRD、SEM、XPS等检测分析方法对不同条件下制备的Cu_2O薄膜的晶体结构、表面形貌、化学成分进行了表征.对O_2通量、退火温度及沟道宽度等因素对半导体薄膜及器件特性的影响进行了对比研究.研究发现,O_2通量是制备Cu_2O半导体薄膜的关键因素,器件I_(DS)电流的绝对值随着栅压的绝对值的增大而增大,具有典型的p沟道增强型场效应晶体管特征.其Ⅳ特性与溅射沉积时间、沟道宽度、退火因素等有关,真空退火处理后有助于提高器件的I_(DS)的绝对值.测试表明,制备的沟道宽度为50μm的典型器件的电导率、电流开关比和阈值电压分别为0.63S/cm,1.5×10~2及-0.6V.     

双栅非晶InGaZnO薄膜晶体管有源层厚度对电学性能的影响

双栅非晶InGaZnO薄膜晶体管(DG a-IGZO TFTs)具有比单栅a-IGZO TFTs更优良的电学性能.文中基于a-IGZO/SiO_2界面缺陷态呈指数型分布的模型,讨论了在界面缺陷态影响下双栅驱动的DG a-IGZO TFTs有源层厚度对电学性能的影响.研究结果表明:随着有源层厚度的减小,双栅驱动模式下DG a-IGZO TFTs两栅极的耦合作用增强,有源层上、下表面的导电沟道向体内延伸,使器件的场效应迁移率显著增加;界面缺陷态对DG a-IGZO TFTs场效应迁移率的影响随着有源层厚度的减小而降低,对亚阈值摆幅的影响随着有源层厚度的减小而增大.     

VDMOS器件总剂量辐照阈值电压影响因素分析

介绍了利用γ射线在不同偏置电压和不同辐照温度条件下,对不同导电沟道功率VDMOS器件进行总剂量辐照实验,从而分析研究这两种情况下器件总剂量辐照阈值电压的漂移情况.根据实验数据结合VDMOS器件物理特性分析得出：偏置电压相同时,导电沟道不同其阈值电压的漂移不同,而低温辐照则使得阈值电压漂移更加严重.     

栅介质材料及尺寸对薄膜晶体管性能影响研究

系统地对基于高介电常数材料HfO_2和传统的介质材料SiO_2这两种不同栅介质层材料的硅薄膜晶体管进行建模并对不同尺寸和温度条件下的薄膜晶体管的工作特性进行了研究.获得了不同沟道长度和沟道宽度,不同栅介质层厚度和不同温度条件下的薄膜晶体管的工作特性曲线.通过对比发现,薄膜晶体管的饱和电流与沟道长度和栅介质层厚度成反比,与沟道宽度成正比,与理论计算一致.随着温度的升高,薄膜晶体管的载流子迁移率和阐值电压都在逐渐减小,因而饱和电流值逐渐减小;在相同栅介质层尺寸和温度条件下,基于HfO_2的薄膜晶体管相对于基于SiO_2的薄膜晶体管具有更高的电流开关比,更低的阈值电压和更小的泄漏电流.因此,基于高介电常数栅介质材料的薄膜晶体管相对于基于SiO_2的薄膜晶体管具有更好的性能.     

PMOSFET的动态NBTI效应模型研究

为了能够准确地预测器件的寿命,研究了PMOSFET中的动态负偏压温度不稳定性效应(NBTI)模型.在静态NBTI效应模型及反应-扩散模型(R-D)的基础上,推导出动态NBTI应力下界面陷阱电荷模型,其与占空比成指数关系.考虑到占空比对器件NBTI效应的影响,推导出动态NBTI应力下阈值电压退化模型.通过实验所得到的器件退化数据和仿真数据进行比较分析,证明了阈值电压漂移量随着占空比近似按照指数规律变化,与模型相符合,可以预测器件交流应力的实际寿命.     

围栅金属氧化物半导体场效应管电流模型

针对深亚微米级围栅金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)处于堆积或反型时自由载流子对表面势影响显著的问题,提出了一种全耗尽圆柱形围栅MOSFET表面势和电流解析模型.考虑耗尽电荷和自由载流子的影响,采用逐次沟道近似法求解电势泊松方程,得到围栅MOSFET从堆积到耗尽,再到强反型的表面势模型,最后通过源漏两端的表面势得到了围栅器件从线性区到饱和区的连续电流模型,并利用器件数值仿真软件Sentaurus对表面势和电流模型进行了验证.研究结果表明,表面势在堆积区和强反型区分别趋于饱和,在耗尽区和弱反型区随栅压的增加而增加,同时漏压的增加将使得沟道夹断,此时表面势保持不变.增加掺杂浓度导致平带所需的负偏压变大,表面势增加.与现有的阈值电压模型相比,该模型的精确度提高了16%以上.     

溶液法制备氧化铝介质层的非晶铟锌氧化物薄膜晶体管

采用旋涂法制备了氧化铝栅介质层薄膜.通过XRD和AFM分析表征了薄膜的结晶性和表面平整性.分光光度计测试表明薄膜在可见光范围的平均透射率大于85%.采用MIM结构研究其漏电流密度,在电场强度为1MV/cm时仅为3×10-9 A/cm2,表明可以用作栅介质层.以旋涂法涂覆的a-IZO薄膜为沟道层、旋涂法涂覆的氧化铝为介质层,制备了底栅结构的氧化物薄膜晶体管.测试表明该薄膜晶体管工作在n型沟道增强型模式,器件场效应迁移率为1.4cm2/(V·s),电流开关比约为105,阈值电压为2.2V,显示出相对较好的器件性能.     

用慢正电子束测定类金刚石薄膜中的缺陷浓度

对在不同极板负偏压下采用射频-直流等离子体方法制备得到的类金刚石膜(a-C:H)的微结构进行了测量,利用慢正电子束实验装置,探测并分析了样品缺陷浓度的分布情况.结果表明,在不同偏压下制备的薄膜,其膜中缺陷浓度存在很大差别,但在900 V偏压下制得的样品,膜中的缺陷浓度最低.     

2013-26 科技期刊亮点

提出新并五苯单晶生长方法国家纳米科学中心江潮通过实验和理论模型系统研究了并五苯有机小分子薄膜初始生长层形貌结构对有机薄膜晶体管器件电学性能的影响。研究人员提出单层薄膜二维晶粒边界模型,揭示了初始生长层晶粒大小对晶体管器件载流子迁移率及栅极偏压下阈值电压移动量的影响。同时,通过理论拟合计算得出有机晶体管器件结构在现有实验条件     

新型聚合物半导体薄膜及其场效应晶体管的研究

以新型的有机聚合物半导体(DPPTTT(poly(3,6-di(2-thien-5-yl)-2,5-di(2-octyldodecyl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione) thieno [3,2-b] thiophene))为研究对象,利用溶液法制备了有机半导体薄膜并进行了一系列表征.发现半导体薄膜的厚度、表面粗糙度和拉曼峰强度均随溶液浓度和转速呈规律性变化.以该材料作为半导体活性层制备了p型有机场效应晶体管,发现当沟道长度降低到50μm时,器件的有效载流子迁移率最高,达到0.12 cm~2/Vs;同时观察到随着沟道长度的降低,载流子迁移率与阈值电压都有增大的趋势,这与普遍观察到的短沟道效应相反.这些研究内容或许可以为更好地理解有机场效应晶体管及器件物理提供新的观点.     

非对称Halo的异质栅SOI MOSFET阈值电压解析模型

为了改善MOSFET的短沟道效应和驱动电流，首次提出了非对称Halo掺杂的异质栅SOIMOSFET结构，这种结构在沟道源端一侧注入浓度较高的杂质，再由具有不同功函数的两种材料拼接形成栅极．通过求解二维电势Poisson方程，建立了全耗尽器件表面势和阈值电压的解析模型．研究表明，该结构能有效抑制漏致势垒降低和热载流子效应，且在沟道长度小于100nm条件下，阈值电压表现出明显的反短沟道特征，在Halo和栅材料界面附近的电场峰值使通过沟道的载流子的传输速度显著提高，解析模型与二维数值模拟软件MEDICI所得结果吻合度较高．     

高栅压低漏压条件下FG-pLEDMOS的热载流子退化机理

针对FG-pLEDMOS施加高栅压低漏压的热载流子应力会使器件线性区漏电流发生退化,而阈值电压基本保持不变,使用TCAD软件仿真以及电荷泵测试技术对其进行了详细的分析.结果表明:沟道区的热空穴注入到栅氧化层,热空穴并没有被栅氧化层俘获,而是产生了界面态;栅氧化层电荷没有变化,使阈值电压基本不变,而界面态的增加导致线性区漏电流发生退化.电场和碰撞电离率是热空穴产生的主要原因,较长的p型缓冲区可以改善沟道区的电场分布,降低碰撞电离率,从而有效地减弱热载流子退化效应.     

功率LIGBT热载流子退化机理及环境温度影响

研究了横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)的热载流子退化机理及环境温度对其热载流子退化的影响.结果表明,器件的主导退化机制是鸟嘴处大量界面态的产生,从而导致饱和区阳极电流Iasat和线性区阳极电流Ialin存在较大的退化的主要原因,同时,由于Ialin的分布比Iasat的分布更靠近器件表面,故Ialin的退化比Iasat的退化更严重;而器件沟道区的碰撞电离和热载流子损伤很小,使得阈值电压Vth在应力前后没有明显的退化.在此基础上,进一步研究了环境温度对LIGBT器件的热载流子退化的影响.结果表明,LIGBT呈现正温度系数,且高温下LIGBT的阈值电压会降低,使得相同应力下其电流增大,导致器件碰撞电离的增大,增强了器件的热载流子损伤.     

pMOSFET的NBTI退化机理及内在影响因素

研究了P型MOSFET的NBTI效应退化机理,以及栅氧化层电场和沟道载流子浓度对NBTI效应的影响.首先,通过电荷泵实验对NBTI应力带来的p M OSFET的界面损伤进行了测试,并利用TCAD仿真软件对测试结果进行分析,结果表明该器件的NBTI退化主要由其沟道区的界面态产生引起,而电荷注入的影响相对可以忽略.然后,通过施加衬底偏置电压的方法实现了增加器件栅氧化层电场但保持沟道载流子浓度不变的效果,进而研究了栅氧化层电场和沟道载流子浓度2个内在因素分别对NBTI退化的影响.最后,通过对比不同栅极电压和不同衬底偏置电压条件下器件的2个内在影响因素变化与NBTI退化的关系,证明了p MOSFET的NBTI效应主要由器件的栅氧化层电场决定,沟道载流子浓度对器件NBTI效应的影响可以忽略.     

非晶Mg-In-Sn-O薄膜晶体管的制备及有源层厚度对其电学性能的影响

制备了Mg-In-Sn-O薄膜晶体管(MITO-TFT)并探究了其电学性能.作为薄膜晶体管有源层的MITO薄膜在室温条件下通过射频磁控溅射沉积在SiO2/p-type Si衬底上.为了优化MITO-TFT的器件性能,研究了有源层厚度对器件性能的影响.结果表明25nm厚度的器件拥有最高的迁移率,为12.07cm2/Vs,同时阈值电压为4.8V,开关比为1.95×106.     

MOS器件的热载流子效应

热载流子效应产生的原因，首先是在沟道强电场中形成迁移率偏低的热载流子，然后由于碰撞电离而使热载流子大量增加。热电子和热空穴能够越过界面势垒向栅氧化层发射。进入栅氧化层的热载流子，或者穿透氧化层，或者造成随时间而增加的界面态，或者造成载流子陷阱。热电子或热空穴也可以受结电场的作用而进入衬底。抑制热载流子效应的方向，一是在沟道两侧制作轻掺杂区，以降低沟道电场强度；二是对栅氧化层进行氮化处理和提高氧化温度，以改善氧化层的质量，增强抗热载流子效应的能力。     

槽栅结构SiC材料IGBT的仿真及优化分析

运用半导体物理理论和功率器件模拟软件（SILVACO-TCAD）,研究了新型宽禁带材料SiC槽栅结构IGBT功率半导体器件的电学特性,模拟了不同厚度和掺杂浓度漂移层和缓冲层的IGBT器件的阈值电压、开关特性和导通特性曲线,并分析了漂移层和缓冲层厚度及掺杂浓度对电学特性的影响。结果表明,当SiC-IGBT功率器件漂移层和缓冲层厚度分别为65 μm和2.5 μm,掺杂浓度分别为1×10¹⁵和5×10¹⁵cm^-3时,得到击穿电压为3400 V,阈值电压为8 V。     

GeSe纳米电子器件整流特性的掺杂调控

运用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法，研究了第Ⅴ主族原子（P，As，Sb）替位掺杂条件下不同中心半导体沟道长度的GeSe纳米电子器件的整流特性.结果表明，第Ⅴ族原子局部替位掺杂的扶手椅型GeSe纳米带在中心半导体沟道5.1 nm长度范围内，在正偏压下不同中心半导体沟道长度的扶手椅型GeSe纳米带电流随着电压的增大而增大；在负偏压下当中心半导体沟道长度从1.7 nm增加至3.4 nm时，电流不随电压的变化而变化，继续增大中心半导体沟道长度，电流大小接近于0，器件呈现显著的整流特性.