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激光晶化能量对多晶硅薄膜晶体管特性影响的研究
作者：江朝庆
来源：《电子技术与软件工程》2016年第13期
摘要本文利用准分子激光晶化技术制备了低温多晶硅薄膜晶体管，研究了不同激光晶化能量密度对多晶硅薄膜晶粒尺寸以及器件电学特性的影响。为了进一步阐释激光晶化能量密度对多晶硅薄膜晶体管特性产生影响的原因，通过二维器件仿真拟合了多晶硅薄膜晶体管特性并提取了缺陷态密度等参数。通过比较得到态密度随着能量密度变化规律，最终得到最优工艺条件。
【关键词】激光晶化能量密度多晶硅薄膜晶体管缺陷态器件仿真
在经过了阴极射线显像管，液晶屏显示技术以后，发展到了有机发光二极管（OLED）显示器又称为有机电激光显示技术阶段。OLED显示器极大提升了画面的细腻程度和彩色饱和度及对比度，使人们对于视觉的享受追求到达了一个新的境界。有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）产业在国内外都得到迅速的发展，其中代表性的企业有三星，台积电等。多晶硅薄膜晶体管在AMOLED做驱动电路，起着重要的作用，对于其迁移率，阈值电压，亚阈值摆幅，均一性等参数都有很高的要求。
利用二维器件仿真工具对多晶硅薄膜晶体管进行器件仿真，通过模型的选取以及参数的调整，能够让我们对于多晶硅薄膜晶体管的复杂物理机制进行研究讨论。例如多晶硅材料的晶粒结构特性，以及漏电模型我们都可以通过仿真工具建模来分析。而且在对更为复杂的应用中，还可以利用它来建新的器件，并预测相关的电学特性。在半导体行业及集成电路产业中都有深远的意义。
1 ELA多晶硅薄膜晶体管制备与分析
1.1 工艺流程
本论文中用到了P型准分子激光晶化（ELA）多晶硅薄膜晶体管器件，其制备工艺流程如下：
利用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）方法在玻璃衬底上沉淀厚度为100nm的
Si02缓冲层。450℃下采用PECVD，淀积厚度为50nm非晶硅。利用准分子激光法制备多晶硅薄膜，为了研究比较不同晶化能量密度的激光对器件特性，分别采用能量密度为390、410、430、450、470、490、510、530 mJ/cm2激光光照来制备多晶硅薄膜晶体管，定义有源区，并在有源区上利用PECVD法淀积厚度为120 nm的栅氧层。之后利用金属溅射法将MoW作为栅
第五代低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器件 (L TPS TFT-LCD)项目 环境影响报告书 （简本） 评价单位：深圳市环境科学研究院 二O一一年十月·深圳
目录 第一章总论 (3) 1.1任务来源 (3) 1.2区域环境功能属性 (4) 1.3评价标准 (4) 1.4评价等级 (8) 1.5评价工作范围 (9) 1.6环境敏感点及环境保护目标 (9) 第二章现有工程回顾性影响评价 (12) 2.1现有工程的基本情况 (12) 2.2现有工程建设内容 (13) 2.3现有工程污染物排放及治理措施回顾性评价 (16) 第三章技改项目工程概况、工程分析 (22) 3.1技改项目基本情况 (22) 3.2技改项目建设内容 (22) 3.3工程分析 (24) 3.4“三本帐”核算 (38) 第四章环境现状调查与评价 (39) 4.1环境空气质量现状 (39) 4.2水环境质量现状 (39) 4.3声环境现状 (39) 4.4评价区域的环境问题 (39) 第五章环境影响预测与评价 (40) 5.1水环境影响评价结论 (40) 5.2大气环境影响评价结论 (40) 5.3声环境影响评价结论 (40) 5.4固（液）体废物环境影响评价结论 (40) 5.5环境风险评价结论 (41) 第六章污染防治措施 (42) 6.1废水治理措施 (42) 6.2废气处理措施 (45) 6.3噪声治理措施可行性分析 (50) 6.4固体废物治理措施可行性分析 (50) 6.5地下水污染防治措施 (51) 6.6项目二期工程达产后进行技改的环保措施要求 (51) 第七章项目与规划符合性分析 (52) 第八章结论 (53)
薄膜晶体管的定义： Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器。 补充：TFT（ThinFilmTransistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制，是有源像素点。因此，不但速度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了很高水平。 TFT ( Thin film Transistor，薄膜晶体管）屏幕，它也是目前中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕，分65536 色及26 万色，1600万色三种，其显示效果非常出色。 平板显示器种类： 经过二十多年的研究、竞争、发展，平板显示器已进入角色，成为新世纪显示器的主流产品，目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种： 1、场致发射平板显示器（FED）； 2、等离子体平板显示器（PDP）； 3、有机薄膜电致发光器（OEL）； 4、薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD）。 场发射平板显示器原理类似于CRT，CRT只有一支到三支电子枪，最多六支，而场发射显示器是采用电子枪阵列（电子发射微尖阵列，如金刚石膜尖锥），分辨率为VGA（640×480×3）的显示器需要92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖，材料工艺都需要突破。目前美国和法国有小批量的小尺寸的显示屏生产，用于国防军工，离工业化、商业化还很远。 等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材 料形成的，发光效应低和功耗大是它的缺点（仅1.2lm/W，而灯用发光效率达80lm/ W以上，6瓦/每平方英寸显示面积），但在102～152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。业内专家分析认为，CRT、LCD和数字微镜(DMD)3种投影显示器可以与PDP竞争，从目前大屏幕电视机市场来看，CRT投影电视价格比PDP便宜，是PDP最有力的竞争对手，但亮度和清晰度不如PDP，LCD和DMD投影的象素和价格目前还缺乏竞争优势。尽管彩色PDP在像质、显示面积和容量等方面有了明显提高，但其发光效率、发光亮度、对比度还达不到直观式彩色电视机的要求，最重要的是其价格还不能被广大家用消费者所接受，这在一定程度上制约了彩色PDP 市场拓展。目前主要在公众媒体展示场合应用开始普遍起来。 半导体发光二极管（LED）的显示方案由于GaN蓝色发光二极管的研制成功，从而一举获得了超大屏幕视频显示器市场的绝对控制权，但是这种显示器只适合做户外大型显示，在中小屏幕的视频显示器也没有它的市场。 显示器产业的专家一直期望有机薄膜电致发光材料能提供真正的象纸一样薄的 显示器。有机薄膜电致发光真正的又轻又薄，低功耗广视角，高响应速度（亚微妙）
并五苯有机薄膜晶体管的制备 作为半导体材料中的佼佼者，基于pentacene的OTFT器件有着较高的载流子迁移率，并且有研究者已经发现基于pentacene的OTFT对水蒸气、某些气体正戊醇蒸气都有着很好的响应能力。实验采用基于pentacene作为器件的有机层，价格低廉的PMMA为绝缘层，Au作为源漏电极。OTFT制作工艺流程如图4-1所示。所用的设备主要包括超声波清洗器、匀胶机、OLED-V型有机多功能高真空成膜设备和微控数显电热板，型号为LadTech EH35B。 基板清洗绝缘层成膜 退火处理 器件测试 有机层成膜 源漏电极 图4-1OTFT制作工艺流程图 4.1.1基片清洗 实验中采用的衬底为玻璃基片，定制的玻璃基片已经溅射有ITO薄膜，上面残留有很多污渍，平整度和洁净度都较低，对OTFT器件整体性能有着极其重要的影响，所以需要对玻璃基片进行清洗。本论文中所制备的OTFT器件的尺寸为3.1cm×3.1cm，如图4-2所示，中间部分为溅射的ITO薄膜作为栅极，黑色的部分为利用掩膜版制备的源漏电极。
图4-2实验室制备有机薄膜晶体管结构示意图 主要清洗步骤如下： (1)首先选择高度平整的已刻蚀有栅极ITO玻璃基片，利用沾有清洗剂的无尘布擦洗基片，然后在清洗剂溶液中超声10min。 (2)取出装有玻璃基片的清洗架，在丙酮溶液中超声10min，再用沾有丙酮溶液的无尘布擦洗基片，然后在去离子水中超声10min。 (3)取出装有玻璃基片的清洗架，用去离子水冲洗，最后在无水乙醇中超声清洗10min后。清洗后用高纯氮气吹干基片。 4.1.2绝缘层薄膜制备 本实验制备的OTFT器件为底栅底接触型结构，典型器件结构如图4-3所示，首先制备绝缘层。PMMA具有良好的热稳定性，高电阻率，尤其可采用工艺简单的旋涂法成膜。Puigdollers等人采用不同的绝缘层(PMMA和SiO2)制备了OTFT器件，观察到基于PMMA为绝缘层的晶体管性能优于以SiO2为绝缘层的晶体管性能，有着更高的迁移率，发现是由于PMMA表面比SiO2更有利于形成大的薄膜颗粒。实验中，首先PMMA溶解于氯仿中，配成浓度为7%wt的溶液,将配置好的溶液的小玻璃瓶放在磁力搅拌器底盘的正中间，搅拌12个小时。如图所示KW-4A旋涂仪器，首先将匀胶机低转速设定为400rpm，旋转时间为5s，高转速设置为2000rmp，旋转时间为1min。将基片置于旋转载物台上，启动机械泵后，然后将PMMA溶液滴涂在基片上旋涂，先以低速运转，使溶液摊开，然后自动变到高速运转成薄膜。然后在150℃温度下，将器件退火1h。经过测试，PMMA厚度为520nm，绝缘层介电常数为5.1nF/cm2。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2f10545389.html, 激光晶化能量对多晶硅薄膜晶体管特性影响的研究 作者：江朝庆 来源：《电子技术与软件工程》2016年第13期 摘要本文利用准分子激光晶化技术制备了低温多晶硅薄膜晶体管，研究了不同激光晶化能量密度对多晶硅薄膜晶粒尺寸以及器件电学特性的影响。为了进一步阐释激光晶化能量密度对多晶硅薄膜晶体管特性产生影响的原因，通过二维器件仿真拟合了多晶硅薄膜晶体管特性并提取了缺陷态密度等参数。通过比较得到态密度随着能量密度变化规律，最终得到最优工艺条件。 【关键词】激光晶化能量密度多晶硅薄膜晶体管缺陷态器件仿真 在经过了阴极射线显像管，液晶屏显示技术以后，发展到了有机发光二极管（OLED）显示器又称为有机电激光显示技术阶段。OLED显示器极大提升了画面的细腻程度和彩色饱和度及对比度，使人们对于视觉的享受追求到达了一个新的境界。有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）产业在国内外都得到迅速的发展，其中代表性的企业有三星，台积电等。多晶硅薄膜晶体管在AMOLED做驱动电路，起着重要的作用，对于其迁移率，阈值电压，亚阈值摆幅，均一性等参数都有很高的要求。 利用二维器件仿真工具对多晶硅薄膜晶体管进行器件仿真，通过模型的选取以及参数的调整，能够让我们对于多晶硅薄膜晶体管的复杂物理机制进行研究讨论。例如多晶硅材料的晶粒结构特性，以及漏电模型我们都可以通过仿真工具建模来分析。而且在对更为复杂的应用中，还可以利用它来建新的器件，并预测相关的电学特性。在半导体行业及集成电路产业中都有深远的意义。 1 ELA多晶硅薄膜晶体管制备与分析 1.1 工艺流程 本论文中用到了P型准分子激光晶化（ELA）多晶硅薄膜晶体管器件，其制备工艺流程如下： 利用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）方法在玻璃衬底上沉淀厚度为100nm的 Si02缓冲层。450℃下采用PECVD，淀积厚度为50nm非晶硅。利用准分子激光法制备多晶硅薄膜，为了研究比较不同晶化能量密度的激光对器件特性，分别采用能量密度为390、410、430、450、470、490、510、530 mJ/cm2激光光照来制备多晶硅薄膜晶体管，定义有源区，并在有源区上利用PECVD法淀积厚度为120 nm的栅氧层。之后利用金属溅射法将MoW作为栅
第20卷第6期 半 导 体 学 报 V o l.20,N o.6 1999年6月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S June,1999 多晶硅薄膜应力特性研究 张国炳 郝一龙 田大宇 刘诗美 王铁松 武国英 (北京大学微电子学研究所 北京 100871) 摘要 本文报道了低压化学气相淀积(L PCVD)制备的多晶硅薄膜内应力与制备条件、退火 ,用XRD、R ED等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成.结果表明,L PCVD制备的多晶硅薄膜具有本征压应力,其内应力受淀积条件、微结 构组成等因素的影响.采用快速退火(R TA)可以使其压应力松弛,减小其内应力,并可使其转 变成为本征张应力,以满足在微机电系统(M E M S)制备中的要求. PACC:6220,7360F,6860 1 引言 多晶硅薄膜由于其特有的导电特性和易于实现自对准工艺的优点,在大规模集成电路(VL S I)的制备中有着广泛的应用.对多晶硅薄膜的导电特性已进行了深入的研究[1].近年来,随着集成电路的发展,特别是微机电系统(M E M S)的兴起,多晶硅膜作为M E M S中的基本结构材料,其机械特性直接影响着器件的性能和稳定性、可靠性. 在M E M S应用中要求多晶硅膜本身具有较小的张应力且膜内有小的应力梯度,如果多晶硅膜内应力过大,会使M E M S结构层形变甚至断裂,造成器件失效.所以,控制制备工艺条件,使其具有较小的张应力,成为M E M S制造工艺中的一个很关键的问题[2,3].本文对L PCVD多晶硅薄膜的应力特性进行了实验研究,主要包括:制备工艺条件、退火温度和时间、掺杂浓度和微结构组成对其应力特性的影响.实验中采用薄膜全场应力测试系统测量薄膜的应力,用X光衍射(XRD)及反射电子衍射(R ED)等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成. 2 实验 2.1 实验样品制备 实验样品采用在N型(100)单晶硅衬底热生长300～500nm厚的Si O2膜;再用低压化学气相淀积生长多晶硅薄膜,工艺条件为:淀积温度分别为575℃和610℃,压力30Pa,硅烷 张国炳 男,1937年出生,教授,从事半导体器件物理及VL S I和M E M S中薄膜结构特性及应用研究 郝一龙 男,1963年出生,副研究员,从事VL S I多层互连技术及M E M S器件和制备工艺研究 1998202213收到,1998208225定稿
多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种： 低压化学气相沉积（LPCVD）这是一种直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。 固相晶化(SPC)所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，T.Aoyama等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究，发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。准分子激光晶化(ELA)激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃，可以采用玻璃基板作为衬底，既实现了p-Si薄膜的制备，又能满足LCD及OEL对透明衬底的要求。其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。准分子激光退火晶化的机理：激光辐射到a-Si的表面，使其表面在温度到达熔点时即达到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光辐射下吸收能量，激发了不平衡的电子-空穴对，增加了自由电子的导电能量，热电子-空穴对在热化时间内用无辐射复合的途径将自己的能量传给晶格，导致近表层极其迅速的升温，由于非晶硅材料具有大量的隙态和深能级，无辐射跃迁是主要的复合过程，因而具有较高的光热转换效率，若激光的能量密度达到域值能量密度Ec 时，即半导体加热至熔点温度，薄膜的表面会熔化，熔化的前沿会以约10m/s的速度深入材料内部，
“薄膜晶体管的制备及电学参数”调研报告 （青岛大学物理科学学院，应用物理系） 摘要：20世纪平板显示技术的出现，把人类带入了信息社会，人类社会从此发生了质的飞跃。而平板显示的核心元件就是薄膜晶体管TFT(nlin Film Transistor)，一种在掺杂硅片或玻璃基底上通过薄膜工艺制作的场效应晶体管器件。将半导体氧化物作为有源层来制作TFT用于平板显示中，不仅能获得较高迁移率，器件性能优越，而且制造工艺简单、低温下可以获得，显示出了巨大的应用前景。本文综述了薄膜材料的制备方法，薄膜晶体管的发展历程与应用以及其结构、工作原理和测试表征方法。 关键词：薄膜材料，薄膜晶体管，制备，表征方法 Abstract:In the 20th century,the emergence of the flat panel display technology has brought human beings into the information society．Since then the human society happened a qualitative leap．The core component of flat panel display is the thin film transistor(TFT)，it is a field effect transistor device produced by thin film technology on the doped-silicon or glass．If we use the semiconductor oxide as the active layer，not only we can get a higher mobility，bu also the device performance call be enhanced．And the manufacturing process is simple，low temperatures also can be obtained,which shows a great prospect．The preparation method of thin film materials is reviewed in this paper, the development and application of thin film transistor and its structure, working principle and test method are characterized, Keywords: Thin film materials, thin film transistor, manufacture, characterization methods 前言 薄膜材料是指厚度介于单原子分子到几毫米间的薄金属或有机物层。当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们称这样的固体或液体为膜。薄膜材料具有良好的韧性、防潮性和热封性能，应用非常广泛。例如：双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）、低密度聚乙烯薄膜（LDPE）、聚酯薄膜（PET）、镀铝薄膜、半导体氧化物薄膜等等。近几年来，以氧化锌、氧化铟、氧化锡等半导体氧化物及其合金为有源层的透明薄膜晶体管备受关注，并已取得了突破性进展。这些氧化物是优异的光电材料，具有高光学透过率、生长温度低、击穿电压高、电子迁移率高等优点，从而可以获得更好、成本更低的薄膜晶体管，并且也为新型薄膜晶体管的发展带来了契机。氧化物薄膜晶体管作为极具发展潜力的新型薄膜晶体管，具备了许多传统TFT无法比拟的优点，但是也存在诸多问题有待进一步解决。例如，如何解决外界环境对器件性能的影响，优化工艺从而降低成本，如何制作出性能优越、具有实用价值的器件等，这些都是现在研究面临的问题。本文的主要调研对象，包括氧化锌以及有机薄膜作为有源层的薄膜晶体管。 薄膜晶体管的发展历程 1925年，Julius Edger Lilienfeld首次提出结型场效应晶体管(Field
多晶硅薄膜的制备方法 2010年01月21日作者：胡志鹏来源：中国电源博览总第106期编辑：杨宇 摘要：本文介绍了太阳能多晶硅薄膜的主要制备方法。其中化学气相沉积法(CVD)是制备多晶硅薄膜最广泛使用的方法，其中主要有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法、甚高频等离子体增强化学气相沉积系统(VHF-PECVD)、低压化学气相沉积LPCVD和快速热化学气相沉积(RTCVD)。固相晶化技术（SPC）是指通过使固态下的非晶硅薄膜的硅原子被激活，重组，从而使非晶硅薄膜转化为多晶硅薄膜的晶化技术，其中主要包括常规高温炉退火、金属诱导晶化(MIC)。另外还有金属诱导非晶硅晶化。 关键词：太阳能多晶硅薄膜制备方法 为了减少材料浪费，降低成本，单晶硅和多晶硅太阳能电池都在朝薄型化发展。目前晶体硅薄膜电池的晶粒大小从纳晶直到毫米级都有，为了方便，光伏界将它们统称为多晶硅薄膜太阳能电池。由于多晶硅薄膜生产成本低、效率稳定性好、光电转换效率高，近年来随着人们在陷光技术、钝化技术以及载流子束缚等技术方面不断取得进展，多晶硅薄膜电池的研究日益受到人们的重视，未来将成为太阳能电池的主要竞争者。在研究怎样把硅片切薄的同时，人们加大了对多晶硅薄膜电池的研究。 制备多晶硅薄膜的方法有很多种，其中化学气相沉积法(CVD)是制备多晶硅薄膜最广泛使用的方法。在这种方法中，气源，例如硅烷(SiH4)，可以在等离子体(PECVD)、催化作用(Hot-Wire CVD)等方法中有几种不同的可行性的分解过程。分解后的物质在经过一系列的气相反应后抵达衬底并沉积生长。在多数情况下，用氢气稀释后的气源来制备多晶硅薄膜，而用纯硅烷来制备非晶硅薄膜。然而，电子束蒸发法(EBE)也有着它独特的优点:相比气相沉积法使用气源，以固体硅材料作为原料的EBE可以有更高的原料利用率。此外，为了获得更高质量的多晶硅薄膜，还可以通过两步法(Two Steps Process)来制备多晶硅薄膜，即:先用CVD或者电子束蒸发(EBE)法制得非晶硅薄膜，再经固相晶化法(SPC)或者快速热处理法(RTP)等进一步制得多晶硅薄膜。 一、化学气相沉积法 1.等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法 等离子体增强化学气相沉积法(PEcvD)l61是化学气相沉积方法的一种，是在低压化学气相沉积的同时，利用辉光放电等离子体对过程施加影响，利用PECVD技术可以在非硅衬底上制备晶粒较小的多晶硅薄膜。 在用等离子体增强化学气相沉积方法来制备多晶硅薄膜的过程中，目前都是通入SiH4和H2两者的混合气体作为气源，如若仅仅引入纯SiH4气体，PECVD在衬底上面沉积而得的
多晶硅薄膜的制备方法 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600C ,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一 类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600C，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但 是制备工艺较复杂。目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种： 低压化学气相沉积( LPCVD) 这是一种直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采 用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3?26.6Pa，沉积温 度Td=580?630C,生长速率5?10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于 500? 600C，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。 LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“ V'字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅 烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。 固相晶化 (SPC) 所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接 生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550C左右沉积a-Si:H 薄膜， 然后将薄膜在600C以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候岀现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大 小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700C以下的退火温 度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在700C以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关， T.Aoyama 等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究，发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此， SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高 SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接 沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非 晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600C，通常需要1100C左右，退火时 间长达10 个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。 准分子激光晶化 (ELA) 激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使 a-Si薄膜在瞬间达到
华南理工大学学报(自然科学版)第38卷第10期Journa l o f South C hina U niversity o f Techno l o g y V o.l 38 N o .102010年10月 (N atura l Science Editi o n) O ctober 2010 文章编号:1000 565X (2010)10 0024 06 收稿日期:2009 11 23 *基金项目:广东省教育部产学研结合项目(2008A 090400011) 作者简介:黄君凯(1963 ),男,在职博士生,暨南大学教授,主要从事多晶硅薄膜晶体管物理特性和建模研究.E m a i:l h j k196310@https://www.doczj.com/doc/2f10545389.html, 多晶硅薄膜晶体管的泄漏电流和噪声模型 * 黄君凯1 郑学仁1 邓婉玲 2 (1.华南理工大学电子与信息学院,广东广州510640;2.暨南大学信息科学技术学院,广东广州510630) 摘 要:为了建立适用于电路仿真器的泄漏区模型,通过泄漏电流、激活能和低频噪声等研究了多晶硅薄膜晶体管的泄漏产生机制.在不同的电场条件下,基于不同的泄漏产生机 制,提出了产生-复合率的分区近似计算模型,并统一成适用于1 106~5 108 V /m 电场范围的泄漏电流模型.同时,建立了中低电场区的激活能模型和泄漏区低频噪声紧凑模型.将模型仿真结果与实验数据进行了比较,证明了所建立模型的有效性,且模型适用于电路仿真器. 关键词:多晶硅;薄膜晶体管;泄漏电流;激活能;低频噪声模型中图分类号:TN 303 do :i 10.3969/.j issn.1000 565X .2010.10.005 多晶硅薄膜晶体管的应用日益广泛,特别是在 有源液晶显示器、固体图像传感器等领域中的发展极为迅速[1] .当作为开关元件应用时,器件的电流开关比十分重要,但由于多晶硅薄膜晶体管的关态电流(通常称为泄漏电流)通常比较大,一定程度上限制了其应用范围.因此,对多晶硅薄膜晶体管泄漏电流的产生机制以及建模进行研究具有现实的意义. 高密度的陷阱态对多晶硅薄膜晶体管的泄漏电流特性产生重要的影响.在反向工作区,一般认为陷阱态引起的泄漏电流的产生机制有:载流子热发射[2]、Poole Frenkel (PF)场助热发射[3]、载流子从陷阱的直接隧穿(TAT) [4] 、热离子场助发射(TFE ) [5] 、 带到带隧穿(BBT)[6] 、多晶硅薄膜的电阻电流[7] 等. 泄漏电流的产生机制依赖于电场和温度,尤其是电场.由于薄膜晶体管反向工作时,漏区和沟道之间形成反偏pn 结,大部分电势都施加在反偏pn 结上,因此存在较大的电场,激发了载流子的产生-复合(G R ).在不同的偏置和温度条件下,占主导地位的发射产生机制将有所不同,一直以来,学者们对泄漏电流的产生机制存在争论.文中从多晶硅薄膜晶体管的 G R 模型[8] 出发,分析了不同电场条件下泄漏电流的 产生机制,分别建立了泄漏区的激活能模型和低频噪 声模型,并通过实验验证了所建模型的有效性. 1 G R 模型分析及泄漏电流的产生机制 文献[8]中综合考虑了泄漏电流的多种产生机制,提出了泄漏区的G R 模型: U G-R = E C E V [R D (E T )+R A (E T )]d E T (1) R A (E T )=(np -n 2 i )N A (E T ) n +n 1c p ( F + Cou l p )+p +p 1 c n (1+ D irac n )(2) R D (E T )= (np -n 2 i )N D (E T ) n +n 1c p (1+ D irac p )+p +p 1 c n ( F + Cou l n )(3) N A (E T )=N D eep A exp E T -E C E Deep A +N Ta il A exp E T -E C E Ta il A (4) N D (E T )=N D eep D exp E V -E T E Deep D +N Tail D exp E V -E T E Tail D (5)
多晶硅薄膜的制备方法 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
多晶硅薄膜的制备方法免费！！免费获得在我站的广告 2008-12-26 20:43:46 作者：leilei 来源：希萌光伏商务网 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜... 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种： 低压化学气相沉积（LPCVD） 这是一种直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为～，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于 500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。 LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受
多晶硅薄膜晶体管特性研究 摘要 多晶硅薄膜晶体管（polysilicon thin film transiston）因其高迁移率、高速高集成化、p 型和n型导电模式、自对准结构以及耗电小、分辨率高等优点，近年来被广泛的应用于液晶显示器。随着器件尺寸减小至深亚微米，热载流子退化效应所致器件以及电路系统的可靠性是器件的长期失效问题。 本文主要研究热载流子效应。首先，研究热载流子退化与栅极应力电压，漏极应力电压及应力时间的依赖关系。其次，漏极轻掺杂（Light Doped Drain，LDD）结构是提高多晶硅薄膜晶体管抗热载流子特性的一种有效方法，研究了LDD结构多晶硅薄膜晶体管的结构参数对器件可靠性的影响。 关键词：多晶硅薄膜晶体管热载流子效应可靠性
Study on Characteristics of polysilicon thin film transistor Abstract Today, p-Si TFTs are used broadly in display devices because of its high field effect mobility,high integration and high speed,high definition display,n channel and p channel capability,low power consumption and self-aligned structures. With the device scaling down to deep-submicrometer, the reliability of the device circuit system induced by hot carrier effect is long-term failure. Hot carrier effects is studied. Firstly,we mainly study the dependence between hot carrier degradation and gate-stress voltage,drain-stress voltage and stress time.Secondly,the structure of Light Doped Drain is an effective means to resist hot carrier effect ,the influence of parameters of LDD structures on reliability of p-Si TFT was investigated. Keywords：p-Si TFT;hot carrier effect;reliability
多晶硅薄膜的制备方法 快速热退火(RTA)一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一打开，温度就随着时间而上升，这一 阶段称为升温阶段。单位时间内温度的变化量是很容易控制的。在升温过程结 束后，温度就处于一个稳定阶段。最后，当退火炉的电源关掉后，温度就随着 时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火 处理。平衡温度控制在600℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且 所形成的纳米硅晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小 (1.6~15nm)；若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米硅粒较大 (23~46nm)。进一步的实验表明：延长退火时间和提高退火温度并不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成的纳米 硅晶粒大小。为了弄清楚升温量变化快慢对所形成的纳米硅大小晶粒的影响， 采用晶体生长中成核理论。在晶体生长中需要两步：第一步是成核，第二步是 生长。也就是说，在第一步中需要足够量的生长仔晶。结果显示：升温快慢影 响所形成的仔晶密度。若单位时间内温度变化量大,则产生的仔晶密度大；反之，若单位时间内温度变化量小，则产生的仔晶密度小。RTA退火时升高退火温度 或延长退火时间并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一种从非晶硅中 分形生长出纳米硅的生长机理：分形生长。从下到上，只要温度不太高以致相 邻的纳米硅岛不熔化，那么即使提高退火温度或延长退火时间都不能完全消除 其中的非晶部分。RTA退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD)法是利用辉光放电的电子来激活化学气相沉积反应的。起初，气体由于受到紫 外线等高能宇宙射线的辐射，总不可避免的有轻微的电离，存在着少量的电子。在充有稀薄气体的反应容器中引进激发源(例如，直流高压、射频、脉冲电源等)，电子在电场的加速作用下获得能量，当它和气体中的中性粒子发生非弹性碰撞时，就有可能使之产生二次电子，如此反复的进行碰撞及电离，结果将产 生大量的离子和电子。由于其中正负粒子数目相等。故称为等离子体，并以发 光的形式释放出多余的能量，即形成"辉光"。在等离子体中，由于电子和离子
半导体ZnO薄膜晶体管1 姚绮君，李德杰 清华大学电子工程系, （100084） E-mail：yqj01@https://www.doczj.com/doc/2f10545389.html, 摘 要：本文介绍了一种以射频溅射ZnO材料为有源层的薄膜晶体管。在器件有源层制作中通过气氛控制、添加栅网屏蔽等方法改善器件性能。最终晶体管的导通电流达到10－4A量级，整个制作过程处理温度控制在300℃以下，工艺简单且适用于大面积生产。经过初步的分析，可以认为以ZnO材料为有源层的薄膜晶体管，可以满足MIM或MISM型场发射显示阴极的驱动需要。 关键词：薄膜晶体管；氧化锌；射频磁控溅射；场发射显示 1. 引言 薄膜晶体管（thin film transistor, TFT）近些年来被广泛应用于液晶显示器，使液晶显示器成功达到了大屏幕清晰显示的效果，在商业上取得了巨大的成功。其它一些平面显示技术，如有机电致发光（OLED）[1]、场发射（FED）[2]，和图象传感技术[3]，也都在尝试与TFT技术相结合，并达到了较好的效果。但总的来说，目前所流行的基于硅材料的TFT，由于其自身材料性质的限制，存在着处理温度和材料迁移率之间的矛盾，要获得大的导通电流就需要比较高的温度。另外硅材料有比较大的光电流，用于显示器件时必须要制作遮光层，这也在一定程度上增加了其工艺的复杂性。 国外近期也报道了一些其他材料制作TFT的初步结果。其中以ZnO薄膜作为有源层的TFT[4][5][6][7]，具有材料制作工艺成熟，透光好，受光辐射影响小，导通电流大的特点，但这些研究主要是面向有机电致发光或透明电路（Transparent Electronics）方向的应用。 本文将介绍一种使用射频溅射ZnO薄膜作为有源层的薄膜晶体管，制作工艺的设计主要面向本实验室制作的MIM或MISM型场发射显示阴极的驱动[8]。整个制作过程中处理温度控制在300℃以下，理论上适于大面积生产。最终器件导通电流在10－4A量级，开关比大于105。 2. 实验过程 ZnO TFT结构如图1，选用了TFT的倒置结构。其导电沟道长为10μm，长宽比为5。衬底采用制板玻璃，电极由直流溅射的Mo膜构成。绝缘层采用了直流反应溅射的Ta2O5。栅极和有源层图形均用光刻腐蚀方法制备，源极漏极图形用光刻抬离制备。ZnO薄膜用直径6.5cm的陶瓷靶射频溅射制备，真空系统本压强控制在1.3×10-3Pa左右，溅射气压2.0Pa，射频功率密度为3w/cm2。基片用卤钨灯加热，温度控制在250℃（热耦测得的是石墨加热台中的温度）。有源层膜厚用溅射时间控制，然后用台阶仪测量，一般控制在50nm。在溅射过程中尝试使用不锈钢栅网屏蔽基片，并且适量通入O2以减少ZnO薄膜中的氧缺位。在通入氧 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(20020003101)资助。 - - 1