柔性銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體材料及器件特性仿真.pdf

1、柔性半導(dǎo)體器件憑借其可彎曲、低成本、低功耗、生產(chǎn)簡(jiǎn)易性和規(guī)?；韧怀鰞?yōu)勢(shì)而存在廣闊的應(yīng)用前景，如曲面顯示、智能標(biāo)簽、小型計(jì)算芯片、可穿戴設(shè)備等，為用戶帶來全新的體驗(yàn)。
　　柔性半導(dǎo)體器件需要由柔性材料制成，其中銦鎵鋅氧化物（Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)是制造柔性半導(dǎo)體器件的主要材料之一。盡管目前柔性IGZO薄膜場(chǎng)效應(yīng)管(Thin Film Transistors，TFT)尚未實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，但是此種

2、器件容易與現(xiàn)有工藝實(shí)現(xiàn)兼容，且具有廣闊的應(yīng)用前景，因此國(guó)際上對(duì)IGZO柔性半導(dǎo)體器件進(jìn)行了深入而廣泛的研究。
　　為了更好的將IGZO-TFT應(yīng)用到各種產(chǎn)品中，有必要對(duì)該器件的性質(zhì)進(jìn)行深入的研究。其中電容-偏壓特性(C-V特性)作為半導(dǎo)體器件的基本特性之一，能夠在一定程度上表征器件的性質(zhì)。一般情況下MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的柵電極與源極或漏極之間會(huì)存在電容，電容會(huì)隨柵極電壓的變化而改變，變化過程可用C-V特性曲線描述。MOS結(jié)構(gòu)的C-

3、V特性能夠表征器件的載流子濃度分布，陷阱在器件內(nèi)的分布、時(shí)間常數(shù)及陷阱能級(jí)的位置，以及放大器的頻率特性。IGZO器件與MOS結(jié)構(gòu)有相似之處，但是由于其材料的特殊性質(zhì)，其低頻C-V曲線不存在反型區(qū)。因此有必要對(duì)IGZO器件的C-V特性進(jìn)行深入的研究。
　　本文主要仿真研究了IGZO器件的C-V特性，具體研究?jī)?nèi)容如下：首先對(duì)柔性材料IGZO的電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，其中重點(diǎn)分析其載流子特性，通過計(jì)算表明該材料的本征載流子濃度很低，為10?1

4、5 cm?3量級(jí)，根據(jù)該結(jié)論得到了溝道電子濃度與偏壓的關(guān)系，并建立仿真模型；其次，詳細(xì)論述了IGZO薄膜場(chǎng)效應(yīng)管的常見結(jié)構(gòu)——背柵結(jié)構(gòu)，根據(jù)對(duì)稱性將仿真過程簡(jiǎn)化，并根據(jù)有限差分原理劃分了器件的仿真單元；然后，根據(jù)矩陣形式的二維泊松方程，利用奇異值分解處理，求出器件的二維電勢(shì)分布，為了進(jìn)一步分析器件的C-V特性，在上述結(jié)果的基礎(chǔ)上，求解交流形式的二維泊松方程，得出了一定小信號(hào)頻率下器件的二維電勢(shì)分布；最后，通過電容的阻抗模型，仿真得出器件