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1、第六章薄膜晶体管（TFT）主要内容（1）TFT的发展历程（2）TFT的种类、结构及工作原理（3）p-siTFT的电特性（4）p-siTFT的制备技术（5）TFT的应用前景TFT的发展历程（1）1934年第一个TFT的发明专利问世-----设想.（2）TFT的真正开始----1962年，由Weimer第一次实现.特点：器件采用顶栅结构，半导体活性层为CdS薄膜.栅介质层为SiO,除栅介质层外都采用蒸镀技术.器件参数：跨导gm=25mA/V,载流子迁移率150cm2/vs,最大振荡频率为20MHz.CdSe----迁移率达200cm2/vsTFT与MOSFET的发明同步，然而TFT发展速度及应
2、用远不及MOSFET?!TFT的发展历程（3）1962年，第一个MOSFET实验室实现.（4）1973年，实现第一个CdSeTFT-LCD(6*6)显示屏.-----TFT的迁移率20cm2/vs,Ioff=100nA.之后几年下降到1nA.（5）1975年，实现了基于非晶硅-TFT.随后实现驱动LCD显示.----迁移率＜1cm2/vs,但空气（H2O,O2)中相对稳定.（6）80年代,基于CdSe,非晶硅TFT研究继续推进.另外，实现了基于多晶硅TFT，并通过工艺改进电子迁移率从50提升至400.---当时p-SiTFT制备需要高温沉积或高温退火.---a-SiTFT因低温、低成本，成
3、为LCD有源驱动的主流.（7）90年代后，继续改进a-Si,p-SiTFT的性能，特别关注低温多晶硅TFT制备技术.----非晶硅固相晶化技术.有机TFT、氧化物TFT亦成为研究热点.---有机TFT具有柔性可弯曲、大面积等优势.TFT发展过程中遭遇的关键技术问题？低载流子迁移率稳定性和可靠性低温高性能半导体薄膜技术低成本、大面积沉膜挑战：在玻璃或塑料基底上生长出单晶半导体薄膜！TFT的发展历程TFT的种类按采用半导体材料不同分为：无机TFT有机TFT化合物:CdS-TFT,CdSe-TFT氧化物:ZnO-TFT硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT基于小分子TFT基于高分子聚合物TFT无
4、/有机复合型TFT：采用无机纳米颗粒与聚合物共混制备半导体活性层TFT的常用器件结构双栅薄膜晶体管结构薄膜晶体管的器件结构TFT的工作原理一、MOS晶体管工作原理回顾当
5、VGS
6、>
7、VT
8、,导电沟道形成.此时当VDS存在时，则形成IDS.对于恒定的VDS,VGS越大,则沟道中的可动载流子就越多,沟道电阻就越小,ID就越大.即栅电压控制漏电流.对于恒定的VGS,当VDS增大时，沟道厚度从源极到漏极逐渐变薄,引起沟道电阻增加,导致IDS增加变缓.当VDS＞VDsat时,漏极被夹断,而后VDS增大，IDS达到饱和.工作原理：与MOSFET相似,TFT也是通过栅电压来调节沟道电阻，从而实现对漏极电
9、流的有效控制.与MOSFET不同的是：MOSFET通常工作强反型状态,而TFT根据半导体活性层种类不同,工作状态有两种模式：对于a-SiTFT、OTFT、氧化物TFT通常工作于积累状态.对于p-SiTFT工作于强反型状态.工作于积累状态下原理示意图TFT的工作原理TFT的I-V描述在线性区,沟道区栅诱导电荷可表示为在忽略扩散电流情况下，漏极电流由漂移电流形成，可表示为…….（1）…….（2）(1)代入(2)，积分可得：…….（3）当Vd<Vg-Vth),将Vd＝Vg-Vth代入(3)式可得：…….（4）p-SiTFT的电特性1.TFT电特性测试装置p
10、-Si高掺杂p-Si2.p-SiTFF器件典型的输出和转移特性曲线转移特性反映TFT的开关特性,VG对ID的控制能力.输出特性反映TFT的饱和行为.特性参数：迁移率、开关电流比、关态电流、阈值电压、跨导3.p-SiTFF中的Kink效应机理:高VD（VD>VDsat）时,夹断区因强电场引起碰撞电离所致.此时ID电流可表示为:为碰撞电离产生率,与电场相关,类似于pn结的雪崩击穿.4.Gate-biasStressEffect(栅偏压应力效应）负栅压应力正栅压应力现象1：阈值电压漂移.负栅压应力向正方向漂移,正栅压应力向负方向漂移.产生机理：可动离子漂移.负栅压应力正栅压应力现象2：亚阈值摆幅
11、(S)增大.机理：应力过程弱Si-Si断裂,诱导缺陷产生.5.p-SiTFFC-V特性下图为不同沟长TFT在应力前后的C-V特性自热应力BTS(biastemperaturestress)：VG=VD=30V,T=55oC;应力作用产生缺陷态，引起C-V曲线漂移.6.p-SiTFF的改性技术（1）非晶硅薄膜晶化技术-----更低的温度、更大的晶粒,进一步提高载流子迁移率.（3）采用高k栅介质----降低阈值电压和工作电压
