非晶矽薄膜電晶體製作及分析

Abstract

利用在540℃ 之下由低壓氣相沈積系統成長之非晶矽薄膜, 有/ 無二氟化硼作通道布 植的薄膜電晶體分別被制作完成。由測量的輸出特性, 可以觀察到當元件通道長度縮 小至7.5 微米之下, 高電場效應所引發的電流無法飽和現象愈形明顯。針對元件微縮 的重要性, 此現象值得更深入的研究探討。 而在臨界電壓(threshold voltage) 的比較上, 經通道布植的元件測量得到較低的臨 界電壓。我們將此歸因於二氟化硼中之氟離子對非晶矽中之懸垂鍵(dangling bond) 的填補作用, 因此經二氟化硼布植的非晶矽薄膜具有較少的深能隙能階, 而使它的元 件有較低的臨界電壓。在開/ 關電流比方面, 經通道佈植的元件則具有較高的電流比 , 此可歸因於經二氟化硼布植的非晶矽薄膜同時也具有較少的能帶末尾能階(band-ta -il state),至於此較少的能帶末尾能階和氟離子以及硼離的關系, 則仍需更完整的實 驗研究探討。 另一項測量結果為場效移動率。測量發現, 未作通道布植的元件具有較低的場效移動 率, 此恰相符於較高的臨界電壓。另外, 測量有/ 無二氟化硼布植元件的場效移動率 的活化能, 我們發現在閘極電壓超過臨界電壓之后, 活化能逐漸下降而飽和於0.18電 子伏特, 此結果與經由飛行時間測量方法(time of flight measurement)對漂移移動 率(drift mobility)所進行的研究結果相符合, 顯示場效移動率主要取決於能帶末尾 能階的分布。 本文中另一部分為次臨界區域(subthreshold region) 測量值與現有次臨界特性模型 的比較, 結果顯示符合良好。最后, 本文中亦提出一求取相對能隙能階分布的方法, 在0°K以及活化能等於費米能階到導電帶的距離的假設之下, 可以證明能隙能階恰與 活化能對閘極電壓圖形曲線的切線斜率成反比, 由此我們可以求得相對能階分布。而 利用此方法求取能隙能階分布之后, 再轉換計算特性溫度的結果, 發現未經二氟化硼 布植的元件具有較低的特性溫度, 此結果恰相符於其較低的開關電流比以及較低的場 效移動率。