低溫複晶矽薄膜電晶體的電容模型及其頻率響應

Abstract

近年來低溫複晶矽薄膜電晶體已經引起大量的研究，其應用的方向是相當廣泛的。當低溫複晶矽薄膜電晶體應用為驅動電路時，將操作於閘極交流信號。因此低溫複晶矽薄膜電晶體對於元件在閘級交流信號下的頻率響應就具有相當大的重要性。 在本篇論文中，我們使用準分子雷射製作低溫複晶矽薄膜電晶體，利用電容-電壓量測和阻抗分析儀研究準分子雷射製作的複晶矽薄膜電晶體，其中，調變在不同準分子雷射能量密度下的複晶矽薄膜品質，我們觀察電容在不同的閘極偏壓下對頻率的變化，因此，從薄膜本身的特性，建立出以物理意義為根本的電容模型。 在電容-電壓量測下，我們針對空乏區研究其頻率響應，並且在高頻操作狀態下觀察到量測的電容值急遽下降。因此，除了考慮到薄膜缺陷造成在不同頻率下的電容變化，也把從重摻雜的源極跟汲極端往通道中央提供的橫向流動的載子，所造成的特徵電容和特徵電阻引入；此處的特徵電容跟特徵電阻可由電導-頻率的峰值來計算。此外，利用兩個和缺陷相關的模擬參數，就能模擬出在空乏區中，各個閘極偏壓下的電容-頻率曲線；而其模擬結果與實驗數據都相當吻合。模擬結果也說明了在不同閘極偏壓下缺陷狀態的反應時間，以及橫向載子流動所形成的電阻。當閘極偏壓越靠近元件導通區時，缺陷狀態的反應時間越快，薄膜的特徵電阻越小。