Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Плотникова Екатерина Юрьевна

Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов
<
Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Плотникова Екатерина Юрьевна. Синтез и свойства металлооксидных пленок на основе ZnO, SnO2 и TiO2 для прозрачных полевых транзисторов: диссертация ... кандидата технических наук: 05.27.01 / Плотникова Екатерина Юрьевна;[Место защиты: Воронежский государственный технический университет, www.vorstu.ru].- Воронеж, 2015.- 170 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Современное состояние исследований в области прозрачной электроники

1.1 Прозрачные проводящие оксиды 10

1.2 Тонкопленочные транзисторы 12

1.3 Материалы

1.3.1 Компоненты прибора 26

1.3.2 Материалы полупроводникового канала и-типа 27

1.3.3 Материалы проводящих областей - истока, стока и затвора 36

1.3.4 Подзатворные диэлектрики 3 8

1.4 Основные подходы, используемые при моделировании TTFT 43

ГЛАВА 2. Изготовление тонких пленок металлооксидов для прозрачных тонкопленочных полевых транзисторов

2.1 Изготовление керамических мишеней 47

2.1.1 Изготовление керамической мишени для подзатворного диэлектрика из оксида титана ТіОг

2.1.2 Изготовление керамической мишени для активных областей тонкопленочного транзистора из оксидов цинка ZnO и олова БпОг

2.2 Составные комбинированные мишени для ионно-лучевого распыления тонких пленок оксидов металлов переменного состава

2.3 Ионно-лучевое напыление тонких пленок оксидов металлов заданного процентного соотношения

ГЛАВА 3. Исследование характеристик тонких пленок металлооксидов для элементов конструкции прозрачного полевого транзистора

3.1 Измерение толщины структур 67

3.1.1 Исследование толщины пленок ТЮ2 - Si02 68

3.1.2 Исследование толщины пленок БпОг - ZnO (TZO) и ZnO - БпОг 71 (ZTO) для материала проводящих областей транзистора и канала

3.2 Анализ элементного и фазового состава образцов 76

3.3 Исследование морфологии поверхности и рентгеновский анализ объема з

пленок после их кристаллизации

3.4 Оптические характеристики образцов 89

3.5 Исследование электрических свойств тонких пленок TZO и ZTO 99

ГЛАВА 4. Моделирование вольт-амперных характеристик тонкопленочных металлооксидных транзисторов

4.1 Идеальная модель без учета реальных эффектов, возникающих в канале 108

4.2 Эффекты, возникающие при работе реальных тонкопленочных металлооксидных транзисторов

4.2.1 Захват носителей зарядов в ловушки 118

4.2.2 Шероховатость поверхности 119

4.2.3 Последовательные сопротивления на границах исток-канал и сток-канал

4.2.4 Проводимость канала 120

4.2.5 Изменение длины канала 122

4.2.6 Неограниченный канал, краевые эффекты тока

4.3 Модель, учитывающая наличие сопротивления в объеме и на поверхности полупроводникового канала

4.4 Модель, учитывающая наличие емкости в канале транзистора 130

4.5 Модель, учитывающая одновременное влияние сопротивлений и емкости канала, и программное обеспечение для анализа характеристик тонкопленочных транзисторов

4.6 Программа для моделирования вольт-амперных характеристик TTFT 139

Выводы по диссертации 144

Литература 146

Компоненты прибора

Так же существует систематизирование тонкопленочных транзисторов по расположению канала (вверху или внизу). В транзисторе с обратным затвором, который иногда называют инверсным тонкопленочным полевым транзистором, подзатворный диэлектрик и электрод затвора помещены внизу, под каналом, как показано на рис. 1.1 (а) и 1.1 (б). Верхняя часть тонкопленочного транзистора с обратным затвором открыта для доступа воздуха или покрыта защитной плёнкой. В тонкопленочном металлооксидном транзисторе с верхним расположением затвора, как показано на рис. 1.1 (в) и 1.1 (г), затвор и подзатворный диэлектрик расположены вверху структуры по отношению к каналу. В приборе с верхним затвором канал «накрыт» подзатворным диэлектриком таким образом, что поверхность прибора по существу является пассированной.

Первые исследования, в которых в тонкопленочных полевых транзисторах (thin film transistors, TFT) в качестве материала канала используется ТСО, были проведены в 1964 г. и включали в себя изготовление Sn02 канала в TFT с нижним расположением затвора. Предполагалось изготовление послойной структуры на стеклянной подложке [9].

В этой структуре подзатворный диэлектрик наносится анодированием испаренного через маску алюминиевого затвора. В работе использовалось самосовмещение процесса взрывной литографии (рис. 1.2), в котором фоторезист, покрывающий канал из Sn02, активировался через маску из алюминия (рис. 1.2, а). Послойное нанесение металла (рис. 1.2, б) и последующая взрывная литография формируют контакты к стоку и истоку (рис. 1.2, в). Итогом работы стал первый доклад по Sn02 TFT. Исследование электрических характеристик этого прибора показало крутизну характеристики порядка 0,13 мСм/мм при длине затвора 13 мкм. Для пленок с электронным типом проводимости и пленок на поликремнии такая крутизна недостаточна.

После перерыва в разработках в 2003 году было предложено использовать Sn02 TFT как вариант газового сенсора [10]. Идея была обоснована тем, что самые изученные прозрачные оксиды используются в промышленных газовых сенсорах [11-14], и что TFT на Sn02 можно использовать в приборах непосредственного контроля чувствительности к различным газам [10]. Для макетного образца газового сенсора Sn02 TFT были изготовлены на кремниевой подложке, покрытой 1 мкм слоем SiCb, с использованием нижнего затвора в послойной структуре.

Изготовление TFT с нижним расположением затвора и каналом из Sn02 [9]; (а) фоторезист активируется через маску из алюминия; (б) после нанесения фоторезиста напылено металлическое покрытие; (в) окончательный вариант TFT структуры после взрывной литографии.

Затвор, исток и сток были изготовлены из многослойной Ta-Pt структуры. В кислородной среде был термически напылен подзатворный диэлектрик из SiCb, канал толщиной 60 нм был изготовлен из Sn02. Готовая структура была отожжена при 700 С в течение 60 минут на воздухе. Зависимость тока стока от напряжения сток-исток готовой структуры была незначительной; при больших напряжениях на затворе не образовывался четкий выход на насыщение по току, возникающий из-за утечек тока через затвор или явно выраженного захвата электронов на границе канала и поверхности. Поэтому TFT не выключался подачей воспроизводимых величин напряжений на затвор, и, следовательно, не мог быть использован в качестве управляющего элемента полупроводниковой технологии. Однако этот Sn02 TFT вел себя как газовый сенсор, и через изменение напряжения на затворе можно было управлять чувствительностью прибора. Кроме того, прибор не был прозрачным, а только использовал ТСО в качестве рабочей области.

В зарубежных исследованиях началом разработок прозрачных тонкопленочных полевых транзисторов (TTFT) считают публикацию 1997 года о высокопроводящем прозрачном оксиде р-типа. СиАЮ2 [15]. В этом же издании в качестве области применения нового прибора были предложены «невидимые схемы» (invisible circuits) [16].

Импульсное лазерное напыление тонких пленок прямозонного СиАЮ2 позволило получить удовлетворительные электрические характеристики (холловская подвижность более 10 см /В с, концентрация дырок порядка 10 см" , проводимость стала равной 1 См/см при ширине запрещенной зоны 3,5 эВ) [15], примерно в 10 - 100 раз меньше значений для ТСО и-типа на основе оксидов индия - олова In203 - Sn02 (ITO). Такие величины характеристик достаточны для изготовления приборов на полностью прозрачных ТСО. В 2000 г. был представлен прозрачный гетеропереходный светоизлучающий в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне диод [17], изготовленный Ha/?-SrCu202 и n-ZnO пленках, выращенных импульсным лазерным напылением (pulse laser deposition, PLD). Разработка прозрачного УФ светодиода стала первым шагом к изготовлению светоизлучающих неорганических прозрачных дисплеев.

Серьезным развитием прозрачной электроники стало представление в 2003 г. трех одновременных докладов по ZnO TFT или TTFT [18-20].

Масуда и его группа использовали технологию импульсного лазерного испарения (pulse vapor deposition, PVD) тонких пленок канала из ZnO с малой концентрацией носителей заряда (менее 5 К)16 см"3)в кислороде при температуре 450 С на стеклянную подложку [18]. Толщина канала из ZnO составила 250 нм. Контакты истока и стока - из оксида индия - цинка 1п2Оз - ZnO (IZO). На канал из ZnO наносилась пленка SiNx. Двухслойная конструкция диэлектрика позволила практически полностью исключить токи утечки через диэлектрик, возникающие при использовании одинарного слоя БіОг. TTFT был прозрачным в видимом диапазоне электромагнитного спектра.

Хоффман и др. использовали ионно-лучевое распыление 100 нм пленок материала канала из ZnO [19]. Была выбрана ступенчатая конструкция TTFT с нижним расположением затвора. В качестве затвора, истока и стока был взят ITO. Из оксида алюминия-титана (АТО) был изготовлен подзатворный диэлектрик. Оптическое пропускание этих TTFT (вместе с подложкой) в видимом диапазоне составило порядка 75%. Характеристики изготовленного TTFT: работа в режиме обогащения с пороговым напряжением порядка 10 - 20 В, напряжение включения равное -10 В, дрейфовая подвижность от 0,3 до2,5 см /В с, уровень переключения по току ID0N-0FF = \07.

Карсиа и др. использовали высокочастотное магнетронное распыление пленок ZnO при комнатной температуре для того, чтобы изготовить TFT с каналом из ZnO на кремнии [20]. Наиболее важным было нанесение материала канала при комнатной температуре без последующего отжига. Выходные характеристики приборов совпадали с расчетными, дрейфовая подвижность была более 2 см /В х с, а уровень переключения по току jD0N-FF к)6.

Через несколько месяцев после публикаций Масуды и др., Хоффмана и др. и Карсии и др., группой Нишии был представлен ZnO TFT с значением дрейфовой подвижности 7 см2/В с на приборах, изготовленных при 300 С [21]. Если температура процессов снижалась до 150 С, подвижность электронов порядка в канале транзистора снизилась до 2 см /В хс. Канал из ZnO и буферный подзатворный диэлектрик из СаНГОх были изготовлены методом PVD. Отличием от предыдущих разработок было использование материалов ZnO и СаНЮх.

Изготовление керамической мишени для подзатворного диэлектрика из оксида титана ТіОг

Чтобы изготовить отдельный элемент керамической мишени из оксида титана ТіОг, использовался порошок ТіОг класса «чистый», (ТУ 6-09-2166-77) из партии №28 от 10.2009г. Качественные показатели вещества приведены в табл. 2.1. Данные получены при приобретении материала в ООО НЛП «ВИКИНГ». Подтверждающим документом служит паспорт №36 «Титана IV оксид». Также было проведено рентгенодифракционное исследование структуры оксида ТЮ2. Исследование проводилось в ВГТУ на кафедре ФТТ аспирантом Ожерельевым В.В. и дипломником каф. ФТТ Бочаровым А.И. под руководством доцента Бармина Ю.В. Измерения проводились на дифрактометре ДРОН-3.0.

Материалом для анода рентгеновской трубки была медь Си. Длина волны Лка. сР=1,54178 А. Трубка работала при напряжении 35 кВ и токе 15 мА. Режим сканирования - регистрация по точкам с шагом 0,2. Время экспозиции - 20 с.

На рис. 2.2 представлены результаты сканирования. Пики, показанные на рисунке, соответствуют фазе рутила. Следовательно, в процессе изготовления порошок был подвергнут термической обработке при Т 650 С.

Из рис. 2.3 видно, что частицы размером 1- 2 мкм не только не равного размера, но и частично объединены в кластеры размером 10 - 12 мкм. Поэтому для улучшения равномерности консистенции была произведена механическая обработка порошка путем растирания в ступке перед дальнейшими операциями по изготовлению керамических образцов.

Одним из требований, предъявляемых к мишеням, используемым при ионно-лучевом распылении, является их прочность. Количество используемого материала должно быть минимальным (исходя из экономических соображений), но достаточным для проведения дальнейших операций с образцами. В нашем случае ограничивающим фактором при изготовлении мишени является ее толщина (оптимальное значение - от 3 до 4 мм). Зная толщину одной навески, мы определили, что для мишени ТЮ2 масса одного образца составит порядка 6 гр. Из расчета, что оптимальным количеством одновременно изготавливаемых мишеней является 5 шт., бралось 30 г. порошка (масса определялась на электронных весах CAS RE-500: точность до 0,05 гр., чашка Петри считается как тара и не учитывается при измерениях). В качестве связующего компонента оптимальные результаты показал глицерин медицинский (5 мл).

Перед началом работы порошок растирается в ступке в течение 3-4 минут для разрушения комочков и «освежения» отдельных гранул. Отдельные контейнеры с порошком и глицерином (5 мл) помещаются в термошкаф на 50 минут при температуре 90-100 С. Это действие позволило избавиться от излишков влаги в порошке диоксида титана, а глицерин становится менее вязким, что облегчает дальнейшие операции. По истечении заданного времени при комнатной температуре порошок перемещается в ступку и добавляется глицерин. Количество глицерина подбиралось таким образом, чтобы порошок диоксида титана после введения связки получал структуру «мокрого песка», то есть был слегка влажным и при перемешивании не рассыпался. Все тщательно перемешивается до получения равномерной консистенции без больших комков с размером кластера до 0,5 мм (визуально - рыхлого). Ориентировочное время смешивания до 5 минут. Полученная масса помещается в термостат при температуре 90 - 100 С на 1,5 часа для выпаривания воды из рабочей массы.

Далее из термостата достается нагретая смесь и отмеряется 6 ± 0,1 г. Отмеренный порошок помещается в пресс-форму и разравнивается по толщине. Порошок накрывается пуансоном и прессуется на ручном прессе при давлении 50 кгс/см с удержанием в течение 15-20 секунд на 5 - 6 воздействиях. Давление при прессовании на поршень подбиралось таким образом, чтобы после разборки пресс-формы спрессованная заготовка не имела дефектов, выявляемых визуально (расслаивание по длине, отколы уголков, осыпание краев, углубления на поверхности заготовки). Далее пресс-форма снимается с пресса, вынимается пуансон и откручивается первая, затем вторая планка. Заготовки мишени («зеленое тело») с помощью равномерного перемещения пуансона сдвигаются по поверхности пресс-формы на кварцевую лодочку. При сдвигании важным являются два момента: поднимать заготовку запрещается (хрупкая) и сдвигать ее необходимо параллельно стенкам матрицы, чтобы избежать излома.

Приведенные выше действия с отдельной заготовкой проводятся еще 4-5 раз, в итоге получаются 5-6 образцов, соответственно. Все заготовки помещаются на одну кварцевую подложку (лодочку). Далее заготовки на подложке помещаются в печь с резистивным нагревом и свободным доступом воздуха для выжигания связки - глицерина (печь предварительно прогревается до 100 С). Температура печи увеличивается до 380 - 400 С в течение 40 - 45 минут (печь выходит на режим) -далее в течение 5 часов выжигается связка. По истечении этого времени печь с образцами остается остывать до комнатной температуры. Последним этапом является спекание образцов до состояния керамики в печи «Изоприн». Печь выводится на режим в несколько этапов. Во-первых, образцы на подложке загружаются в кварцевую трубу, и печь в течение 15 минут выводится на температуру 500 С. Далее следует выдержка в течение 15 минут на 650 С, затем 15 минут на 800 С и, наконец, 4-5 часов на 950 С. После спекания печь с образцами остывает на воздухе до комнатной температуры. В итоге получается набор образцов элементов керамической мишени для напыления тонких пленок из оксида титана ТіОг, показанных на рис. 2.4.

Исследование толщины пленок БпОг - ZnO (TZO) и ZnO - БпОг 71 (ZTO) для материала проводящих областей транзистора и канала

Используя значения сопротивления аморфной и поликристаллической пленок оксида олова - цинка, мы можем подобрать оптимальное соотношение Zn - Sn для материалов канала и проводящих областей TTFT [105].

Измерение поверхностного сопротивления образцов тонких пленок проводилось четырехзондовым методом на установке ЦИУС-4. Чтобы определить удельное сопротивление, поверхностное сопротивление умножалось на толщину пленки.

Технические характеристики ЦИУС-4 позволяют проводить измерения поверхностного сопротивления образцов в диапазоне Rs = 0,1 - 10 Ом/см с погрешностью + 4,5 %. Расстояние между зондами в четырехзондовой головке равно (1 + 0,02) мм. Для определения удельного сопротивления плоских образцов произвольной формы используется четырехзондовый метод Ван дер Пау. Для его реализации используются однородные по толщине образцы, на которых сформированы четыре точечных омических контакта, расположенных по периметру поверхности пластины. Ток пропускается через два соседних контакта, а разность потенциалов измеряется между двумя крайними. В результате определяется сопротивление Яі2,з4=из/Іі2 (индексы соответствуют номерам контактов). Затем процедура повторяется для других пар контактов и определяется сопротивление Для снижения погрешности измерений ток поочередно пропускается в двух направлениях для каждого измерения сопротивления.

Концентрация электронов в пленках металлооксидов будет определяться с помощью измерения начальной концентрации носителей заряда п, подвижности носителей /л и поверхностного сопротивления тонкой пленки Rnoe.. Пленки, используемые в областях истока, стока и затвора, должны иметь поверхностное сопротивление менее 1 кОм/см , концентрацию электронов более 10 см" и подвижность более 1 см /Вхс Параметры пленки для активной области: Rnoe. порядка 1 МОм/см2, п до 1016 см"3 и /л более 1 см2/Вхс.

Исследование изменения сопротивления во время и после отжига при температуре 470 С было использовано для определения перехода структуры пленки от аморфной к кристаллической, а так же для выяснения степени доокисления пленки, напыленной в атмосфере, обедненной кислородом. Необходимо отметить, что исследования образцов TZO до отжига выявили настолько большую величину сопротивления пленок, что на имеющемся оборудовании она не промерялась.

Контроль поверхностного сопротивления пленки в процессе отжига при температуре Т = 470 С проводился через каждые пять часов четырехзондовым методом в 5 точках на каждом из образцов (рис. 3.10). Измеренные в 5 точках значения усреднялись по всему образцу. Результаты электрических измерений пленок Sn02 с примесью ZnO приведены на рис. 3.23. Как видно из рис. 3.23, наличие в пленках Sn02 оксида ZnO с содержанием Zn 3,7 ат. % (образцы 2-6) мало влияет на концентрацию и подвижность носителей зарядов. Интересна область составов пленок, содержащих 3,7 ат. % примеси цинка (образцы 7 - 10). В этой области наличие Zn в решетке БпОг приводит к уменьшению концентрации носителей заряда до 1014 - 1015 см"3 и к увеличению удельного сопротивления пленки. Такое изменение электрических параметров пленок БпОг можно объяснить, тем, что в малых концентрациях примесь двухвалентного цинка замещает атомы четырехвалентного олова в кристаллической решетке Sn02 и выступает в качестве акцепторов, уменьшая концентрацию электронов. Однако растворимость атомов Zn в решетке Sn02 может быть ограниченной из-за различия атомных радиусов Zn (1,32 А) и Sn (1,58 А).

На образцах TZO № 1 - 6 (концентрация цинка изменяется от 19 ат. % до 3,7 ат. %) концентрация свободных носителей заряда в (Sn02)x(ZnO)i-x изменяется в интервале (3 - 7)хЮ17 см"3, а подвижность носителей в пределах 40 - 50 см2/В с, что соответствует удельным сопротивлениям 0,4 - 0,8 Ом см.

Пленки с такими параметрами могут оказаться подходящими для изготовления проводящих областей истока, стока и затвора. В разрабатываемом нами приборе для области канала оптимальным предполагается использование пленки состава 38-40 ат. % Sn и 0,5 - 1,5 ат. % Zn толщиной 30 нм.

На рисунке таким параметрам соответствуют образцы № 7 - 10. Их параметры: подвижность основных носителей 40 - 50 см /В с, концентрация основных носителей 1014 - 1016 см"3, поверхностное сопротивление образцов составило единицы МОм/см .

В диапазоне концентраций Zn от 30,9 ат. % до 41,3 ат. % (соответственно, Sn от 16,6 ат. % до 10,1 ат. %) сопротивление пленок составляет 12,5 -11,5 Ом/см (образцы №2 v 5). Сопротивление образцов № 6 - 9 менее 0,1 Ом/см2, то есть пленки являются хорошими проводниками. Подвижность носителей заряда изменяется от 12 до 150 см /В с от образца №2 к №9. Концентрация носителей заряда составляет 1016 - 1018 см"3.

Поскольку для изготовления областей истока, стока и затвора требуются высокопроводящие пленки, электрофизические характеристики не отожженных образцов ZTO с концентрациями атомов Zn 46,5 - 47 ат. % (2 -1 ат. % Sn) (№ 6 -9) удовлетворяют заявленным требованиям.

Эффекты, возникающие при работе реальных тонкопленочных металлооксидных транзисторов

Рассмотрим несколько вариантов смещения, показанных сплошной линией на G"N (VQ) на рис. 4.16. Отметим, что пунктирные линии разделяют области работы (нулевую, обеднение и насыщение). Вдобавок, для того, чтобы проиллюстрировать природу проводимости, на графиках приведены соответствующие поперечные сечения TFT. На рис. 4.16 (а) показаны приложенные к транзистору напряжения (VON VQS 0 И VON VQD 0) В области обеднения в канале от истока к стоку. На рис. 4.16 (б) показан прибор с приложенным напряжением (VGS 0 В И VGD 0), что соответствует области насыщения в канале от истока к стоку. На рис. 4.16 (в) показан промежуточный случай (VGS 0 И VON VQD « 0), при котором канал частично обеднен, частично насыщен.

Рассмотрим случай обедненного канала, показанный на рис. 4.16 (а). В канале между истоком и стоком возникает область обеднения, когда VQD И VQS находятся в интервале значений между VON И 0. Следующий случай, описывающий насыщение канала, показан на рис. 4.16 (б). Канал около истока появляется при VQS 0, канал около стока образуется при VQS 0. В этом случае модель обеднения рассчитывается из оцененной объемной концентрации носителей заряда добавлением тока.

Если напряжение на стоке растет, из условия что VQD становится ниже 0, канал около стока частично обеднен, что дает насыщение, показанное на рис. 4.16 (в). Так как области насыщения и обеднения существуют по всей длине канала, обе области должны быть рассчитаны для случая, когда находится проводимость в канале.

В этой модели к используемым в идеальной модели расчетным значениям добавляем диэлектрическую проницаемость канала ss, по которой рассчитывается удельная емкость канала Cs. Аналогично предыдущим программам, изменяя напряжение на затворе (например, от 0 до 10 В), на выходе программы получаем набор точек зависимости тока стока ID от напряжения сток-исток VDs (напряжение изменяется от 0 до 20 В с шагом 1 В). Значения напряжений сток - исток и затвор -исток выбраны исходя из исследований, проведенных на реальных TTFT [126,127].

На рис. 4.17 приведен фрагмент работы программы для расчета модели TTFT, учитывающей наличие емкости в канале транзистора. На рис. 4.18 показано сравнение рассчитанных по модели, учитывающей емкости в канале (табл. 4.3), вольт-амперных характеристик и ВАХ, измеренных на немецких образцах.

Из рис. 4.18 видно, что в соответствии с описанием модели, учитывающей наличие удельной емкости в канале Cs = 2,9 Ф/м , ток стока при больших напряжениях на затворе слабо выходит на насыщение в заданном диапазоне напряжений сток - исток. Сравнивая рассчитанную характеристику с измеренной и с моделью, учитывающей наличие сопротивления в объеме и на поверхности полупроводникового канала, видим, что учет влияния сопротивлений в канале позволяет лучше приблизить расчетную характеристику к измеренной, но учет емкости канала также вносит вклад в оптимизацию модели реального прибора.

Определим степень влияния емкости канала в TTFT с учетом добавочных сопротивлений RBULK И RSURFACE, а также рассмотрим, какой вклад вносит учет емкости в идеальную модель тонкопленочного транзистора. Рассмотрим кривую, соответствующую напряжению на затворе VGS = 10 В. При напряжении сток - исток VDS = 10 В ТОК стока на экспериментальной кривой Іо_ехр = 0,33 мА, а на расчетной ID = 0,27 мА (по сравнению с идеальной моделью ток стока увеличился на 0,03 мА). В трехслойной модели ток сток - истока равен 0,27 мА. Расчетные характеристики приближаются к измеренным с оценкой менее 80 %. Зная величину диэлектрической проницаемости канала es = 10, находим удельную емкость диэлектрика Cg = 0,8x10" Ф/м . Таким образом, модель, учитывающая емкость канала, сравнима с трехслойной моделью.

Модель, учитывающая одновременное влияние сопротивлений и емкости канала, и программное обеспечение для анализа характеристик тонкопленочных транзисторов

В предыдущих разделах были рассмотрены три основные модели тонкопленочного транзистора, расчет посредством которых позволяет спрогнозировать поведение характеристик TTFT при наличии геометрических и физических параметров составляющих его металлооксидных пленок. Но из исследований существующих моделей видно, что: а) используемая идеальная модель позволяет получить оценки выходных характеристик, с большой погрешностью описывающие поведение макетного образца TTFT; б) когда на идеальную модель накладываются влияние сопротивлений в объеме и на поверхности канала или емкости канала, расчетные характеристики имеют величины, лучшие, чем в идеальной модели, но сравнимые между собой. Таким образом, можно предположить, что если одновременно учитывать влияние как емкости, так и сопротивления канала, расчетные характеристики будут максимально приближены к измеренным. Разработанная модель объединяет эффекты, присутствующие в реальном TTFT и рассмотренные в разделах 4.3 и 4.4. Электрическая схема транзистора с учетом влияния сопротивлений и емкости канала транзистора представлена на рис. 4.19.