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
目录
摘要..............................................................................................................I Abstract........................................................................................................II 第一章绪论 (1)
1.1薄膜晶体管的发展 (1)
1.2薄膜晶体管的结构以及工作原理 (2)
1.2.1薄膜晶体管的结构 (2)
1.2.2薄膜晶体管的工作原理 (3)
1.3多晶硅薄膜晶体管的应用 (4)
1.4多晶硅薄膜晶体管的热载流子效应 (5)
第二章多晶硅薄膜晶体管的热载流子效应 (6)
2.1热载流子效应 (6)
2.2热载流子注入栅氧化层引起的退化 (6)
2.3热载流子的注入机制 (7)
2.4 提高多晶硅薄膜晶体管抗热载流子效应的措施 (9)
2.5本章小结 (9)
第三章多晶硅薄膜晶体管可靠性研究 (10)
3.1多晶硅薄膜晶体管可靠性与热载流子应力条件的依赖关系 (10)
3.1.1 阈值电压变化与栅极应力电压的关系 (10)
3.1.2 阈值电压变化与漏极应力电压的关系 (11)
3.1.3 阈值电压变化与应力时间的关系 (12)
3.2 LDD多晶硅薄膜晶体管 (12)
3.3 LDD多晶硅薄膜晶体管对热载流子效应的改善 (13)
3.4 LDD多晶硅薄膜晶体管的结构参数对可靠性的影响 (14)
3.4.1 LDD区注入能量对器件的影响 (14)
3.4.2 LDD区掺杂浓度对横向电场的影响 (15)
3.4.3 LDD区掺杂浓度对驱动性能的影响 (16)
3.5 LDD结构多晶硅薄膜晶体管热载流子退化的简单模型 (17)
3.6本章小结 (19)
结语 (20)
参考文献 (21)
致谢 (22)
第一章绪论
1.1薄膜晶体管的发展
人类对薄膜晶体管（thin film transiston: TFT）的研究工作已经有很长的历史。1925年，Julius Edger Lilienfeld首次提出结型场效应晶体管（FET）的基本定律，从此开辟了对固态放大器的研究。1933年，Lilienfeld又将绝缘栅结构引入场效应晶体管（后来被称为MISFET）。1962年，Weimer用多晶CaS薄膜做成薄膜晶体管（TFT）；随后，又出现了用CdSe、InSb、Ge等半导体材料做成的TFT器件。二十世纪六十年代，基于低费用、大阵列显示的实际需求，TFT的研究广为兴起。1973年，Brody等人首次研制出有源矩阵液晶显示（AMLCD），并用CdSe 、TFT作为开关单元。随着多晶硅掺杂工艺的发展，1979年LeComber、Spear和Ghaith用a-Si:H做有源层，做成如图1-1所示的TFT器件[1]。后来许多实验室都进行了将AMLCD以玻璃为衬底的研究。二十世纪八十年代，硅基TFT在AMLCD中有着极重要的地位，所做成的产品占据了市场绝大部分份额。1986年Tsumura 等人首次用聚噻吩为半导体材料制备了有机薄膜晶体管（OTFT），OTFT技术从此开始得到发展。九十年代，以有机半导体材料作为活性层成为新的研究热点。由于在造工艺和成本上的优势，OTFT被认为将来极可能应用在LCD、OLED的驱动中。近年来，OTFT的研究取得了突破性的进展。1996年，飞利浦公司采用多层薄膜叠合法制作了一块15微克变成码发生器（PCG）；即使当薄膜严重扭曲，仍能正常工作。1998年，IBM[2]公司用一种新型的具有更高的介电常数（17.3）的无定型金属氧化物锆酸钡作为并五苯有机薄膜晶体管的栅绝缘层，使该器件的驱动电压降低了4V，迁移率达到0.38cm2v-1s-1。1999年，Bell 实验室[3]的Katz和他的研究小组制得了在室温下空气中能稳定存在的噻吩薄膜，并使器件的迁移率达到0.1cm2v-1s-1。Bell实验室用并五苯单晶制得了一种双极型有机薄膜晶体管,该器件对电子和空穴的迁移率分别达到2.7cm2v-1s-1和1.7cm2v-1s-1，这向有机集成电路的实际应用迈出了重要的一步。最近几年，随着透明氧化物研究的深入，以ZnO、ZIO等半导体材料作为活性层制作薄膜晶体管，因性能改进显著也吸引了越来越多的兴趣。器件制备工艺很广泛，比如：MBE、CVD、PLD等均有研究。ZnO-TFT技术也取得了突破性进展。2003年，Nomura等人使用单晶InGaO3(ZnO)5获得了迁移率为80cm2v-1s-1的TFT器件。美国杜邦公司采用真空蒸镀和掩膜挡板技术在聚酰亚铵柔性衬底上开发了ZnO-TFT，电子迁移率为50cm2v-1s-1。这是在聚酰亚铵柔性衬底上首次研制成功了高迁移率的ZnO-TFT，这预示着在氧化物TFT领域新竞争的开始。2005年，Chiang H.Q[4]等人利用ZIO作为活性层
制得开关比107的薄膜晶体管。2006年，ChengH.C[5]等人利用CBD方法制得开关比为105、迁移率0.248cm2v-1s-1的TFT，这也显示出实际应用的可能。
图1-1 薄膜晶体管剖面图
1.2薄膜晶体管的结构以及工作原理
1.2.1薄膜晶体管的结构
薄膜晶体管主要是有源极、漏极、栅极、有源层、栅绝缘层及其管体构成，其中有源层和栅绝缘层是决定薄膜晶体管性能的两个关键层。根据有源层的材料不同，可以将薄膜晶体管分为单晶硅薄膜晶体管（c-Si TFT）、非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）、多晶硅薄膜晶体管（p-Si TFT）、有机薄膜晶体管（OTFT）和氧化锌薄膜晶体管（ZnO TFT）。目前被广泛研究的TFT结构一般可以分为两类[6]：正交叠（Normal Staggered）又称为顶栅结构如图1-2；反交叠（Inverted Staggered）也称为底栅结构如图1-3。
图1-2顶栅结构的p- Si TFT 的剖面图
图1-3底栅结构的p- Si TFT 的剖面图
根据欧姆接触层的掺杂类型不同，又可将薄膜晶体管分为n型和p型。n型TFT欧姆接触层掺入的是五价元素如磷，而p型TFT欧姆接触层掺入的是三价元素如硼。在实际制备多晶硅薄膜晶体管时为了提高其性能人们设计了不同的p-Si TFT结构：
双栅结构：采用双栅结构的p- Si TFT 因为沟道长度比采用单栅结构的要长, 关态电流明显的减少。但其TFT 所占的体积比较大, 影响开关率, 主要应用在a- Si TFT LCD 中。
Offset结构[7]：图1-4是利用半导体的侧蚀技术制备的Offset结构多晶硅薄膜晶体管的剖面图，可以看到源、漏极区和栅极有一个明显的偏移量L ox。因为偏移区L ox没有掺杂，阻抗较高，大大减少了TFT关态电流，对于提高器件的开关比有很大的帮助。但是，L ox 大小要适中，不能太大，而且制作比较困难。
图1-4Offset结构薄膜晶体管典型剖面图
补偿栅结构[8]：图1-5是利用补偿栅结构制作的p-Si TFT, 能够解决在Offset 结构中因采用自对准工艺而引起的左右L ox不等的问题。在刻蚀过程中因为有补偿栅的保护, 其左右L ox误差明显减少, 关态电流最小可达4×10-10A。
图1-5补偿栅结构薄膜晶体管典型剖面图
LDD（lightly doped drain）结构[9]：与普通的结构相比，LDD结构（图1-6）在p-Si 沟道与源、漏极间增加了一段轻掺杂区n-区。通过轻掺杂区，改善了沟道中靠近漏极附近的电场分布，降低了横向电场的峰值，从而提高了器件抗热载流子的能力。但是，LDD结构也引入了寄生电阻效应。目前这一结构在多晶硅薄膜晶体管中得到了很好的应用。
图1-6LDD结构薄膜晶体管典型剖面图
1.2.2薄膜晶体管的工作原理
薄膜晶体管是一种绝缘栅场效应晶体管。它的工作状态可以利用Weimer表征的单晶硅MOSFET工作原理来描述[10]。以n沟MOSFET为例物理结构如图1-7所示。
图1-7 MOSFET结构图
当栅极施以正电压时，栅压在栅绝缘层中产生电场，电力线由栅电极指向半导体表面，并在表面处产生感应电荷。随着栅电压的增加，半导体表面将由耗尽层转变为电子积累层，形成反型层。当达到强反型时（即达到开启电压时），源、漏间加上电压就会有载流子通过沟道。当源漏电压很小时，导电沟道近似为一恒定电阻，漏电流随源漏电压增加而线性增大。
当源漏电压很大时，它会对栅电压产生影响，使得栅绝缘层中电场由源端到漏端逐渐减弱，半导体表面反型层中电子由源端到漏端逐渐减小，沟道电阻随着源漏电压增大而增加。漏电流增加变得缓慢，对应线性区向饱和区过渡。当源漏电压增到一定程度，漏端反型层厚度减为零，电压在增加，器件进入饱和区。在实际LCD生产中，主要利用a-Si：H TFT 的开态（大于开启电压）对像素电容快速充电，利用关态来保持像素电容的电压，从而实现快速响应和良好存储的统一。
1.3多晶硅薄膜晶体管的应用
非晶硅薄膜晶体管以a-Si为半导体活性层。器件活性层中通常含有大量的悬挂键载流子的迁移率很低一般小于1cm2v-1s-1，通常进行氢处理以提高迁移率。非晶硅薄膜晶体管制作温度低，可用玻璃为基底，并具有大面积均匀性、能实现大面积彩色显示、具有大容量、高像质显示性能，但光敏退化性严重需要加掩膜层。
相对于非晶硅薄膜晶体管，多晶硅薄膜晶体管具有较高的迁移率、响应速度较快、易高度集成化、具有P/N 型导电模式、自对准结构、省电、抗光干扰能力强、分辨率高、可以制作集成化驱动电路等优点，更加适合于大容量的高频显示，尺寸可以做得更小，有利于提高成品率和降低生产成本，而且P/N型导电模式可以实现LCD、OLED的驱动等优点。因此其应用领域十分广泛，如有源矩阵液晶显示器、静态随机存取存储器、高速打印机、高压薄膜晶体管、传真机、三维集成电路等。
目前多晶硅TFT主要应用在小尺寸显示器件上，如头戴式显示器、液晶光阀等, 大尺寸显示器主要还是LCD和PDP。但随着LCD和OLED产业的发展，人们要求显示设备轻且
具有高清晰度高品质的画面，对系统的集成化程度的要求也越来越高，但非晶硅TFT已经不能满足其发展的需求。随着多晶硅TFT研究的深入，制备工艺的不断改善，晶化方法[11]不断提出，有望在玻璃底板上实现对驱动电路、控制电路、存储电路及端口电路等的集成，从而可以大大减轻面板的重量、提高成品率、降低成本。
1.4多晶硅薄膜晶体管的热载流子效应
在现代亚微米和深亚微米集成电路中，热载流子注入效应是多晶硅薄膜晶体管的一个重要失效机理。在器件尺寸等比缩小的同时，器件工作电压并未能等比例减小，这就导致沟道区的横向和纵向电场显著增加。当热载流子在大于104V/cm的高电场下运动时，它从电场获得的能量大于散射过程中与晶格原子碰撞损失的能量，因而载流子的温度会超过晶格温度，这样的载流子叫做热载流子。
热载流子退化效应所导致器件以及电路系统的可靠性是器件的长期失效问题，它是一种积累过程。随着集成电路技术向深亚微米方向的发展，器件内的热载流子退化效应所带来的氧化层或沟道表面的损伤尺度占沟道总尺度的比例也迅速增加，所引起的器件参数或特性的变化量也明显变大，因此热载流子效应引起的器件的可靠性已成为必须考虑的因素。不仅如此，热载流子效应纳入器件设计过程成为器件设计规则之一，已是必然的趋势，这也是目前器件物理研究领域中形成的器件内热载流子效应研究比较热的原因所在。
对热载流子效应的研究中，主要关心的问题是热载流子效应引起的器件特性，如阈值电压特性、跨导以及线性区和饱和区漏电流等量的变化，并由此估计热载流子效应带来的器件寿命问题。热载流子效应的研究动力是寻求能削弱热载流子效应的新型器件结构，对现有器件结构通过设计新的工艺或进行工艺优化，改进器件几何结构和掺杂剖面，实现对器件系统的热载流子效应的加固，以保证系统的长期可靠性。
本文的研究有利于加深对热载流子效应的理解，并分析了一些器件参数对热载流子退化的影响，以希望能对器件设计和制作有帮助。
第二章多晶硅薄膜晶体管热载流子效应
在现代亚微米和深亚微米集成电路中，热载流子注入效应是多晶硅薄膜晶体管的一个重要失效机理。因此对热载流子效应的形成以及热载流子的注入机制的研究是不可忽略的。
2.1 热载流子效应
多晶硅薄膜晶体管在所加的漏极电压形成的高电场作用下，沟道中的载流子从源向漏方向加速运动。在达到栅极边缘之前，部分“幸运”载流子能获得足以克服Si-SiO2界面势垒的能量，热电子会注入到栅下的SiO2层中去。某些热载流子与硅原子发生碰撞电离，产生电子－穴对，进而产生雪崩热载流子，使沟道电流倍增。其中一部分“幸运”载流子注入到栅氧化层中后，会以其能量打开Si-O，Si-H，甚至Si-Si键，在Si-SiO2界面产生受主型界面态[12]，或被栅氧化层中的陷阱所俘获而形成陷阱电荷。
另一方面，与单晶硅不同，多晶硅层由大量小晶粒组成，每一个晶粒都可以看作一块小单晶体，它们各自具有不同的晶向，彼此由晶界连接。晶界是晶粒间的过渡区，结构复杂，其厚度通常为几个原子层。由于晶粒的取向不同，因此晶粒之间存在不完全键合且无规则排列的原子，产生大量的悬挂键，形成可成为陷阱的局域性连续型及离散型带隙能态。由于晶界中这些大量的悬挂键和缺陷态，形成了高密度陷阱。晶粒间的杂质电离产生的载流子首先被陷阱态俘获，减少了参与导电的自由载流子的数目。陷阱在俘获载流子之前是电中性的，但是在俘获载流子之后就带电了,在其周围形成一个多子势垒区，阻挡载流子从一个晶粒向另一个晶粒运动，导致载流子迁移率下降。
热载流子产生的界面态和陷阱电荷都会引起器件局部电场的变化，从而导致器件特性如阈值电压、跨导和漏电流等的退化，最终引起器件以及器件所在电路的功能失效。这就是热载流子效应。
2.2热载流子注入栅氧层引起的退化
当热载流子具有越过Si-SiO2界面势垒能量，到达Si-SiO2界面就可能出现3种情况：（1）部分载流子穿过SiO2层形成栅电流；
（2）部分载流子注入到SiO2，并被陷阱俘获形成陷阱电荷；
（3）另一部分载流子在陷落以前，以其能量打开处于界面上的Si-O、Si-H等键，产生受主型界面态。
其中（2）（3）两个过程，最后都会导致界面(或等效的)电荷随注入时间而积累。电荷
积累将在沟道区形成阻碍载流子运动的势垒。同时，界面电荷也会增强界面附近电子的库仑散射，使迁移率降低。因此，经过一段时间的积累，会使器件性能退化。
器件的退化区主要位于漏结附近，但随应力时间的增加退化区逐渐向源区伸展。器件性能退化主要表现为阐值电压V th、跨导G m、电流I d、亚阈值斜率S等参数的退化，产生器件的长期可靠性问题。然而由于热载流子引起的氧化层退化是集中在某些区域，这些区域的没有办法精确确定，所以，对这些分析的解释是非常复杂且很难证实的。
2.3热载流子的注入机制
目前提出的关于热载流子注入栅氧化层的注入机理有六种，包括三种在漏极附近的局部区域进行的注入：（1）沟道热电子注入（Channel Hot-Electron injection）、（2）漏极雪崩热载流子注入（Drain Avalanche Hot-electron injection）、（3）二次产生热电子注入（Secondary Generation Hot-electron injection），以及三种向整个沟道平面的注入：（4）衬底热电子注入（Substrate Hot-electron injection）、（5）F-N隧道注入（Fowler-Nordheim Tunneling injection）、（6）直接隧穿注入（Direct Tunneling injection）。
对于多晶硅薄膜晶体管，工作区域主要是在一层薄薄的有源层内，下面是隐埋层，主要考虑一下两种注入机制带来的影响。
1、沟道热电子注入
当多晶硅薄膜晶体管沟道表面反型，载流子就会在漏极电压作用下，从源极向漏极加速运动。在到达漏极边缘之前，部分载流子（主要是电子）能够获得足够的能量以翻越
Si-SiO2界面势垒而注入到栅氧层中，这种电子就称为沟道热电子，简写成CHE。沟道热电子即是从沟道逃离出来的向栅氧层运动的“幸运电子”。沟道热电子能导致栅氧层或是
Si-SiO2界面发生明显退化，并伴有栅极电流产生。在高的V ds的情况下，漏区附近的横向电场使电子加速，热载流子效应会更明显。
多晶硅薄膜晶体管中主要的沟道热载流子效应的微观机理[13]：
第一，沟道方向电场使导电载流子加速，并获得高能量，它们在强栅场作用下越过
Si-SiO2势垒。一般漏区附近沟道电场最大，故注入发生在该区域。
第二，当沟道夹断，漏区附近较窄的耗尽区电压降很大，横向电场足以使得从沟道注入到该区域的部分高能量载流子在漏区附近与晶格碰撞，产生电子—空穴对，具有能克服Si-SiO2界面势垒能量的电子将注入到栅氧化层中。
注入到SiO2层的热电子，一部分由栅极流出成为栅电流I g，剩下的一部分被SiO2中的电子陷阱俘获，还有一部分到达Si-SiO2界面并形成界面陷阱。
2、漏极雪崩热载流子注入
还有一部分热载流子是晶体管在饱和态工作时，在夹断区域与晶格原子碰撞，通过碰撞电离，产生电子-空穴对，载流子（主要是通过碰撞电离产生的）的产生主要集中在沟道中的漏区附近。因此，碰撞电离过程在夹断区形成了由电离产生的电子和空穴组成的雪崩等离子体。雪崩等离子体中的大部分电子被漏区吸收，但还有一部分电子和空穴能够获得足够的能量或者是在纵向电场的作用下克服Si-SiO2界面势垒注入到栅氧化层中。这种热载流子就是漏极雪崩热载流子，简写成DAHC。
此外，二次热电子注入是在V gs 图2-1栅电流随栅压的变化 图2-1是栅极电流随栅压的变化曲线图。从图中可见，在低栅极偏置电压下，器件漏区电场比较高，靠近漏区氧化层中的电场禁止电子注入到栅极，因而低栅极偏置电压下栅极电流比较小；但是，由于漏区高电场的作用，碰撞电离产生的电子-空穴对相对比较多，这部分载流子具有较高的能量，能注入到栅氧化层中，形成栅极电流。 因为栅极电流是由准弹性散射注入到栅氧中的电子被栅极收集形成的，早期的有关热载流子可靠性的研究把栅极电流大小作为退化级别的主要指数。然而栅极电流只是那些能够克服氧化层中的镜像势阱并且到达栅极的电子。而实际上，进入栅氧的电子，大部分会被栅氧化层中的电荷陷阱俘获或是产生界面态，只是很少部分的电子能够被栅极收集形成栅极电流。 2.4 提高多晶硅薄膜晶体管抗热载流子效应的措施 从器件结构和工艺的角度，抑制热载流子退化效应主要从以下两个方面[14-15]进行考虑： 1．由于热载流子的产生根源在于漏端附近的强电场，故可采用“漏极工程”（Drain engineering）。利用双扩散漏（Double Diffused Drain,DDD）或轻掺杂漏（Lightly Doped Drain,LDD）等降低电场的器件结构可以减小强电场引发的器件可靠性问题。 漏极工程指通过调节漏端的掺杂分布来降低漏附近的高电场。经常采用的方法漏极轻掺杂（LDD）技术，其主要特点在于沟道末端和原有漏区之间引入了轻掺杂漏区（n-）。LDD结构降低了沟道与源（漏）区结合部位的浓度梯度。事实上，LDD区域起着浓度缓冲的作用。重要的是，LDD区域的存在，显著地降低了沟道与源（漏）区结合部位的电场强度，并将场强的峰值位置移向沟道末端，从而抑制热载流子的横向迁移，抑制了热载流子效应对栅氧层的侵害。同时，因n-区为浅结，也起到降低短沟道效应的效果。 2．采用掺F，Cl的手段，提高栅氧化层的质量，避免或减小界面态和氧化层陷阱的产生。 由于Si-H键断裂产生的Si悬挂键是产生的主要的界面态。在半导体表面暴露于氢气的高温处理过程中，部分Si-Si键和Si-O键被打断，Si或O原子被H原子代替。故为提高氧化层的抗热流子性能，应使氧化在尽可能干燥的气氛中进行，且在氢气氛中的退火温度不应超400℃。 对栅氧化层的加固，可通过在氧化气氛中加入少量F、Cl或在栅中注入该类元素，并外扩散到栅氧化层中。其机理在于其降低了SiO2结构的机械应力，使其产生界面态几率降低。另一方面，F原子还可把O原子向界面的方向排挤，而提高界面质量。 近来有研究表明，在N2O气氛中对栅氧化层进行氮化可加固Si-SiO2界面，减少热载流子的注入。原因一方面在于氮化降低了界面机械应力；另一方面，由于形成了SiO x N y，使得更为坚固的Si-N键代替了Si-O键。 2.5本章小结 我们知道，热载流子是高电场下电荷输运的产物，其中沟道热电子注入和漏极雪崩热载流子注入是主要的注入机制。同时，在工作电压确定，我们可采用“漏极工程”来抑制热载流子效应。 第三章多晶硅薄膜晶体管可靠性研究 多晶硅薄膜晶体管热载流子退化效应主要表现在阈值电压漂移、跨导和漏电流降低等的退化。本章主要研究多晶硅薄膜晶体管可靠性与热载流子应力条件的依赖关系，即不同的应力条件下所显示的阈值电压等器件特性的变化以及LDD结构对多晶硅薄膜晶体管可靠性的影响。 3.1 多晶硅薄膜晶体管可靠性与热载流子应力条件的依赖关系 热载流子注入效应对器件退化的影响可通过阈值电压漂移的变化来表征。图3-1反映了不同的应力条件下，阈值电压的变化情况。 图3-1不同的应力条件下，阈值电压的变化 从图3-1可以看出阈值电压的变化与栅极应力电压、漏极应力电压以及应力时间都有关系。当栅极应力电压、漏极应力电压改变时，ΔV th-stress time的直线斜率会发生改变。下面我们依次分析阈值电压的变化与三者的关系。 3.1.1 阈值电压变化与栅极应力电压（V g-stress）的关系 图3-2给出了V th的退化率与V g-stress的依赖关系。从图上可以看出，随着V g-stress的增大，V th的退化率并不是单调递增的，而是先增加后减小，在V g-stress=11V附近达到最大值。 68101214 20 30 40 5060 70 80 ?V t h (%)Stress Gate Voltage(V) 图3-2 HC 应力条件下，V th 的退化率与V g-stress 的依赖关系 这种现象主要与热载流子的产生机制有关：因为热载流子的产生是由于载流子在大电场下的碰撞离化造成的，而碰撞离化不仅与载流子浓度有关，而且和电场的大小也有依赖关系。当V g-stress 3.1.2 阈值电压变化与漏极应力电压（V d-stress ）的关系 图3-3为应力100s 后V th 的退化率与V d-stress 的依赖关系。从图中可以看到，V th 的退化率随着V d-stress 的增加而单调递增，并且一开始增长得较慢，直到V d-stress 达到26V 后开始迅速增加。 20222426283032 20 40 60 80 100 V t h (%)Stress Drain Voltage(V) 图3-3 HC 应力条件下，V th 的退化率与V d-stress 的依赖关系 这说明热载流子退化在V d-stress 较高时对V d-stress 的影响非常敏感，而这种影响关系可能与由V d-stress 调制的漏极电场有依赖关系。随着漏极电场的增大，沟道中碰撞离化产生热载流子的的数量明显增大，电子注入到栅氧层中的数量增大了。因此可以推断出，由于电子 注入产生受主形界面态数量随之增大，从而造成器件退化。 3.1.3阈值电压变化与应力时间（t-stress ）的关系 图3-4为加完应力后ΔV th 的变化与应力时间（t-stress ）的依赖关系。从图中可以看出，应力时间越长，阈值电压的退化越大，则器件的退化越严重。 10^210^310^4 10^510^(0.9) 10^(-1.1) 10^(-1.8) 10^(-1.9) ?V t h (V )Stress Time(s) 图3-4 阈值电压漂移曲线图 这说明应力时间越长，热载流子注入到栅氧层在Si-SiO 2界面处产生的受主型界面陷阱越多，使器件的阈值电压V th 越来越大。这是因为热载流子注入会形成陷阱电荷并产生受主型界面态，而这两个过程都会导致界面电荷随注入时间而积累在沟道区阻碍载流子运动，同时还会使迁移率降低，从而导致器件退化。 对于多晶硅薄膜晶体管，阈值电压漂移有以下公式： ΔV th ∝t m[16] ，m ≈0.18～0.25 （3.1） 3.2 LDD 多晶硅薄膜晶体管 热载流子对于多晶硅薄膜晶体管来讲是固有存在的，且随着器件尺寸缩小变的更为严重。减小热载流子对器件的损伤对尺寸进一步缩小的器件可靠性工作很重要。 热载流子的阻挡结构有两种：第一种就是减小热载流子总数的器件结构；第二种就是通过改进结构、材料、工艺和电路，以减小已存在的热载流子的影响。相对于普通结构的多晶硅薄膜晶体管而言，LDD （Lightly Doped Drain ）结构，如图3-5所示，就是在poly-Si 层中，把一个窄的、自对准的n-区加到沟道与n+区源漏扩散区之间。通过这一段轻掺杂区，把夹断区的高电场转移到n-区，改善了沟道中靠近漏极附近的电场分布，降低了横向电场的峰值，从而提高了器件抗热载流子的能力。 图3-5 LDD结构多晶硅TFT 3.3 LDD多晶硅薄膜晶体管对热载流子效应的改善 当器件的特征尺寸减小时，横向电场增大，器件工作在饱和区，在高场区的电子获得足够的能量成为高能粒子。这些高能粒子，尤其是在漏端峰值电场附近的高能粒子也会通过碰撞离化产生电子—空穴对，其中一部分“幸运”电子越过Si-SiO2势垒注入到栅氧层中，在栅氧层中产生大量的界面态，从而对器件造成损伤。因此减小横向电场的峰值，能很好的改善器件热载流子效应带来的器件的可靠性问题。 下面通过常规多晶硅薄膜晶体管和LDD多晶硅薄膜晶体管的横向电场E X这一参量的比较，来说明LDD结构对热载流子效应的改善。图3-6为常规多晶硅TFT和LDD结构的多晶硅TFT的横向电场的分布图。 图3-6常规器件沟道横向电场与LDD器件沟道横向电场比较 从图中可以看出，在相同偏置电压下，LDD多晶硅TFT器件的横向电场E X明显小于常规结构的多晶硅TFT，由此可以知道，LDD多晶硅TFT器件的热载流子数量和界面态产生率肯定低于常规结构的多晶硅TFT器件。这就是“漏工程”引入的优点所在。 除此之外我们还可以看到，两种结构的峰值位置也有所不同，LDD多晶硅TFT器件的各参量峰值位于轻掺杂n-区，而常规器件的各参量峰值则向沟道发生了漂移，主要位于 栅极下靠近漏区附近。由此也可以知道，对于LDD 结构，热载流子注入主要发生在漏极轻掺杂区，在该处产生界面态，器件退化也主要是在这个区域；而对于常规器件，界面态主要产生于漏区附近，器件退化也是主要发生在此。 3.4 LDD 多晶硅薄膜晶体管的结构参数对可靠性的影响 多晶硅薄膜晶体管引入LDD 扩展区结构可以很好的降低器件的热载流子效应，增加器件的可靠性。改变LDD 的结构参数，研究这些参数的变化对器件性能以及热载流子可靠性是否会有改善。 3.4.1 LDD 区注入能量对器件的影响 图3-7为LDD 区的注入能量和器件性能之间的关系，3-7（a ）表示驱动电流I on 与注入能量的关系，图3-7（b ）表示关断电流I off 与注入能量的关系, 图3-7（c ）表示动态输出电阻R out 与注入能量的关系。 1020304050 60701.2x10-4 1.3x10 -41.4x10 -41.5x10 -41.6x10-4 1.7x10 -41.8x10 -4I o n (A ) Energy/KeV 102030405060701.84E-0131.86E-0131.88E-0131.90E-0131.92E-0131.94E-0131.96E-013I o f f (A )Energy/KeV （a ）注入能量与驱动电流I on 的关系 （b ）注入能量与关断电流I off 的关系 10203040506070 200 250 300 350 400 450 500 R o u t ( )Energy/KeV （c ）注入能量与动态电阻R out 的关系 图3-7 LDD 区的注入能量和器件性能的关系曲线图 由于轻掺杂是为了降低表面电场峰值，因此浅注入是必须的。此外，从图3-7还可以看出，当注入能量超过40keV 时，驱动电流呈迅速下降之势，动态输出电阻呈迅速上升之势。从这两点考虑, 注入能量最好在40keV 以内。另一方面，从关断电流考虑, 尽管图中呈现出 一个明显的峰值, 但实际相对差别却很小。对能量分别为10keV 和30keV 的情况，后者相对于前者仅有3%的差别。因此可以认为，当注入能量较小的时候， 泄漏电流几乎不随能量的改变而改变。由于两个电流在能量变化过程中均出现了一个峰值，可以看出：当保持电压不变时，器件驱动电流和泄漏电流的大小取决于电子流动的路径是否通畅。对于LDD 多晶硅薄膜晶体管，根据制造工艺的不同，都有这样的曲线。而图3-7反映的器件是当能量约在30keV 附近时，电子通路的宽度和长度都达到比较好的状态，因而取得了最大值。 注入的能量越大，有源层内电子数量会越多，越多的电子会越过有源层表面往下运动，使器件性能变差。 图3-8反映了轻掺杂源漏的注入能量对器件表面电场的影响。从图中可以看出随着注入能量的增加，场强峰值减小。 1020304050 4x105 5x105 6x105 7x1058x105 9x105 E f i e l d (V /c m )Energy/KeV 图3-8 轻掺杂源漏注入能量与场强峰值之间的关系 由于随着能量的增加，注入的杂质分布到了一个更广的空间，但同时注入杂质的剂量却保持不变，这就使得轻掺杂区域内电子的浓度降低，从而使场强减小。虽然能量的增加使横向扩散加剧，进而使有效沟道长度有稍微的减小，但这不足以改变场强减小的趋势。 3.4.2 LDD 区掺杂浓度对横向电场的影响 图3-9为不同的LDD 区掺杂浓度下，对多晶硅薄膜晶体管器件性能进行研究，分析器件的横向电场随掺杂浓度的变化。表3-1是横向电场的峰值和分布区域的分析。 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) 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/fb6653484.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 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） 压电薄膜材料的性能与性能特点 压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，它的发展有着十分悠久的历史。自19世纪80年代从CURIE 兄弟在石英晶体上发现了压电效应后，压电材料开始引起人们的广泛注意，随着研究深入，不断涌现出大量的压电材料，如压电功能陶瓷材料、压电薄膜、压电复合材料等。这些材料有着十分广泛的用途，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用。 PVDF压电薄膜 PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜，在1969年，日本人发现了高分子材料聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride polymer) 简称PVDF，具有极强的压电效应。 PVDF薄膜主要有二种晶型即α型和β型，α型晶体不具有压电性，但PVDF膜经滚延拉伸后，原来薄膜中的α型晶体变成β型晶体结构。拉伸极化后的PVDF 薄膜在承受一定方向的外力或变形时，材料的极化面就会产生一定的电荷，即压电效应。 与压电陶瓷和压电晶体相比，压电薄膜主要有以下优点： （1）质量轻，它的密度只有常用的压电陶瓷PZT的四分之一，粘贴在被测物体上对原结构几乎不产生影响，高弹性柔顺性，可以加工成特定形状可以与任意被测表面完全贴合，机械强度高，抗冲击； （2）高电压输出，在同样受力条件下，输出电压比压电陶瓷高10倍； （3）高介电强度，可以耐受强电场的作用（75V/um），此时大部分压电陶瓷已经退极化了； （4）声阻抗低，仅为压电陶瓷PZT的十分之一，与水、人体组织以及粘胶体相接近；（5）频响宽，从10-3Hz到109均能转换机电效应，而且振动模式单纯。 因此在力学中可以测量应力和应变，在振动中可以制作加速度计和振动模态传感器，在声学上可以制作声辐射模态传感器和超声换能器以及用在主动控制中，在机器人研究中可以 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 塑料薄膜温室大棚结构特点-塑料薄膜温室大棚分类及性能 塑料薄膜温室大棚是一种集各类大棚优势于一身的复合型大棚。塑料薄膜温室大棚外表覆盖塑料薄膜，不仅能充分的吸收阳光，更能起到很好的保温作用，使温室大棚内的作物有适宜的的温度能更好的生长。塑料薄膜温室大棚外表的塑料薄膜还具有保护作用。现在小编手上有塑料薄膜温室大棚的结构特点与分类及其性能的资料，接下来就和大家分享一下。 塑料薄膜温室大棚-简介 薄膜温室大棚的塑料薄膜由于价格低廉、使用方便，能较好地改善农作物生长发育条件、提高产量、改善品质，因而在国内外温室覆盖上得以迅速发展。 在目前，用于薄膜温室大棚的薄膜产品主要有PVC薄膜、PE薄膜和EVA薄膜。这三种是薄膜温室大棚中常用的覆盖材料。 我国农用薄膜温室大棚中塑料薄膜的总产量中，以PE薄膜占主导地位。PVC薄膜由于生产幅宽的限制和静电污染等缺点，其在薄膜温室大棚中的应用受到较大的局限。 塑料薄膜温室大棚-结构特点 ﹙1﹚结构简单由于覆盖材料的特点，塑料温室的承重结构、固膜系统、安装要求等相对简单。其承载结构采用热浸镀锌轻钢或普通钢结构，一般采用无檩体系的承重系统，纵向杆件作为系杆和连系梁使用，这样就大大简化了结构，减少了用钢量。当温室采用覆盖材料与屋面非机械性连接时，屋面仅承受重力荷载和正风压，而将风压传递至天沟和立柱也就大大优化了温室结构的受力。 ﹙2﹚结构形式灵活多样由于塑料温室结构特点，加之在大型塑料温室的发展过程中，受地域、客户需求等因素影响较多，世界各国均以自己的标准为基础进行塑料温室的生产和推广。因此形成了大量不同形式、不同规格的塑料温室产品，如不同跨度、高度和屋面形状的圆拱形顶温室、双圆拱尖屋面温室、锯齿形温室、小圆拱多屋面温室等。正因为如此，迄今为止，很难对塑料温室的单体尺寸进行中总结和描述。 塑料薄膜温室大棚-分类及性能 ﹙1﹚锯齿形温室锯齿形温室根据屋面的造型，可分为3种型式，由于通风面积大，锯齿形温室的自然通风效果一般要比拱圆顶温室好，据测定，这种温室在外遮阳配合下，其自然通风效果基本能达到室内外温差 1~3℃。但这种温室天窗的密封效果往往较差，在我国夏季气温较高、冬季温度不很低的南方地区推广具有较好的经济效益，但在夏季燥热、冬季寒冷的地区不太适宜。﹙2﹚双层充气温室双层充气温室与传统的塑料薄膜温室除覆盖材料为双层充气膜外，其他几乎没有多大区别。由于采用了双层充气膜覆盖，温室的保温性能提高了30％以上，但同时温室的透光率也下降了10％左右。在我国光照充足而冬季气温较低的北方地区使用有较好的经济效益，但到长江以南使用，由于冬季光照不足，而气温又较高，双层充气的节能效果难以弥补由于透光不足而带来的损失，所以，一般不宜采用。 ﹙3﹚双层结构温室双层结构温室的目的也是为了取得双层充气温室的节能效果，但在结构处理上采 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/fb6653484.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/fb6653484.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 电阻选型：厚膜、薄膜电阻特性优缺点比较 薄膜电阻由陶瓷基片上厚度为 50 ?至 250 ?的金属沉积层组成（采用真空或溅射工艺）。薄膜电阻单位面积阻值高于线绕电阻或 Bulk Metal?金属箔电阻，而且更为便宜。在需要高阻值而精度要求为中等水平时，薄膜电阻更为经济并节省空间。 它们具有最佳温度敏感沉积层厚度，但最佳薄膜厚度产生的电阻值严重限制了可能的电阻值范围。因此，采用各种沉积层厚度可以实现不同的电阻值范围。薄膜电阻的稳定性受温度上升的影响。薄膜电阻稳定性的老化过程因实现不同电阻值所需的薄膜厚度而不同，因此在整个电阻范围内是可变的。这种化学/机械老化还包括电阻合金的高温氧化。此外，改变最佳薄膜厚度还会严重影响 TCR。由于较薄的沉积层更容易氧化，因此高阻值薄膜电阻退化率非常高。 由于金属量少，薄膜电阻在潮湿的条件下极易自蚀。浸入封装过程中，水蒸汽会带入杂质，产生的化学腐蚀会在低压直流应用几小时内造成薄膜电阻开路。改变最佳薄膜厚度会严重影响 TCR。由于较薄的沉积层更容易氧化，因此高阻值薄膜电阻退化率非常高。 如前所述，受尺寸、体积和重量的影响，线绕电阻不可能采用晶片型。尽管精度低于线绕电阻，但由于具有更高的电阻密度（高阻值/小尺寸）且成本更低，厚膜电阻得到广泛使用。与薄膜电阻和金属箔电阻一样，厚膜电阻频响速度快，但在目前使用的电阻技术中，其噪声最高。虽然精度低于其他技术，但我们之所以在此讨论厚膜电阻技术，是由于其广泛应用于几乎每一种电路，包括高精密电路中精度要求不高的部分。 厚膜电阻依靠玻璃基体中粒子间的接触形成电阻。这些触点构成完整电阻，但工作中的热应变会中断接触。由于大部分情况下并联，厚膜电阻不会开路，但阻值会随着时间和温度持续增加。因此，与其他电阻技术相比，厚膜电阻稳定性差（时间、温度和功率）。 由于结构中成串的电荷运动，粒状结构还会使厚膜电阻产生很高的噪声。给定尺寸下，电阻值越高，金属成份越少，噪声越高，稳定性越差。厚膜电阻结构中的玻璃成分在电阻加工过程中形成玻璃相保护层，因此厚膜电阻的抗湿性高于薄膜电阻。 金属箔电阻 将具有已知和可控特性的特种金属箔片敷在特殊陶瓷基片上，形成热机平衡力对于电阻成型是十分重要的。然后，采用超精密工艺光刻电阻电路。这种工艺将低、长期稳定性、无感抗、无感应、低电容、快速热稳定性和低噪声等重要特性结合在一种电阻技术中。第五代低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器件(ltpstftlcd
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