柔性銦鎵鋅氧化物半導體材料及器件特性仿真.pdf

1、柔性半導體器件憑借其可彎曲、低成本、低功耗、生產簡易性和規(guī)?；韧怀鰞?yōu)勢而存在廣闊的應用前景，如曲面顯示、智能標簽、小型計算芯片、可穿戴設備等，為用戶帶來全新的體驗。
　　柔性半導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)是制造柔性半導體器件的主要材料之一。盡管目前柔性IGZO薄膜場效應管(Thin Film Transistors，TFT)尚未實現(xiàn)批量生產，但是此種

2、器件容易與現(xiàn)有工藝實現(xiàn)兼容，且具有廣闊的應用前景，因此國際上對IGZO柔性半導體器件進行了深入而廣泛的研究。
　　為了更好的將IGZO-TFT應用到各種產品中，有必要對該器件的性質進行深入的研究。其中電容-偏壓特性(C-V特性)作為半導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。一般情況下MOS結構半導體器件的柵電極與源極或漏極之間會存在電容，電容會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結構的C-

3、V特性能夠表征器件的載流子濃度分布，陷阱在器件內的分布、時間常數(shù)及陷阱能級的位置，以及放大器的頻率特性。IGZO器件與MOS結構有相似之處，但是由于其材料的特殊性質，其低頻C-V曲線不存在反型區(qū)。因此有必要對IGZO器件的C-V特性進行深入的研究。
　　本文主要仿真研究了IGZO器件的C-V特性，具體研究內容如下：首先對柔性材料IGZO的電學性質進行分析，其中重點分析其載流子特性，通過計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，根據(jù)該結論得到了溝道電子濃度與偏壓的關系，并建立仿真模型；其次，詳細論述了IGZO薄膜場效應管的常見結構——背柵結構，根據(jù)對稱性將仿真過程簡化，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分布，為了進一步分析器件的C-V特性，在上述結果的基礎上，求解交流形式的二維泊松方程，得出了一定小信號頻率下器件的二維電勢分布；最后，通過電容的阻抗模型，仿真得出器件