第三讲 a-SiH TFT 的结构与工作原理.ppt

液晶显示器件阵列工艺 王丽娟 液晶显示器件阵列工艺 王丽娟 王丽娟 2006年8月29日 a-Si:H TFT的工作原理 随栅极电压VGS而变化，基本上可分为积累、耗尽、反型三种情况 理想的MOS器件的C-V特性曲线 a-Si:H TFT 的C-V特性曲线 a-Si TFT的结构 a-Si TFT的结构 a-Si TFT的结构 a-Si TFT的结构 a-Si TFT的结构 a-Si TFT驱动原理 a-Si TFT驱动原理 * * 第三讲a-Si:H TFT 的结构和工作原理 柏拉图 1. a-Si:H TFT的工作原理 3.TFT-LCD的基本结构 a-Si:H 的性质 1. a-Si:H TFT的工作原理 a-Si:H TFT的有源层材料是a-Si:H，它是一种典型的非晶态半导体材料，从而决定了TFT的某些性质不同于MOSFET。 (a) (b) 晶态和非晶态硅中缺陷示意图 (a)为晶体；(b)非晶体 1. a-Si:H TFT的工作原理 半导体 金属 绝缘层 欧姆接触 MIS结构 简化的底栅型a-Si TFT的结构 有源层是a-Si:H，属弱n型非晶半导体材料 。 当栅极加正电压，表面形成电子的累积，源漏加电压后，形成导电沟道。 类似于MOS的电容。 a-Si:H TFT的能带图 1. a-Si:H TFT的工作原理 Ec Ef Ei Ev qvB (a) Ec qVGS qvs Ef Ei Ev (b) （a）平带状态VGS=0；（b）电子积累VGS0 表面出现电子的积累而带负电 qVGS Ec qVGS qvs Ef Ei Ev (c) Ec qvs Ef Ei Ev (d) （c）电子耗尽VGS0；（d）反型状态VGS0 a-Si:H TFT的能带图 1. a-Si:H TFT的工作原理 表面处电子浓度将较体内电子浓度低 表面空穴浓度将超过体内电子的浓度 用C-V特性曲线来说明三种情况的变化，累积、耗尽等。 半导体 金属 绝缘层 欧姆接触 MIS结构 t 空间 电荷区 VG Cfm Cs T1+T2 1. a-Si:H TFT的工作原理 Gate CGDO CGDI CGSO CGSI Dx RD RS Sx Drain Source (a) 用C-V特性曲线来说明a-Si:H TFT的三种情况，累积、耗尽等。 半导体 金属 绝缘层 欧姆接触 MIS结构 t 空间 电荷区 1. a-Si:H TFT的工作原理 a-Si:H TFT 的工作区 线性区 截止区 亚阈值后区 亚 阈 值 前 区 饱和 区 VTR 0 VON VDS+VTH 转移特性曲线，被分为四个区域：截止区VGS≤VTR、 亚阈值区VTRVGSVON、亚阈值区又分为亚阈值后区VTRVGS0和亚阈值前区0≤VGSVON。 饱和区VON≤VGS≤VDS+VTH、 线性区VGSVDS+VTH。 1. a-Si:H TFT的工作原理 a-Si:H TFT 的线性区和饱和区 IDsat VDsat VDS IDS x y n+ VG 反型层 n+ VD=小 反型层 n+ y VG x n+ VD=大 IDsat VDsat VDS IDS VGS≧VTH,VDS≧VGS-VTH VGS≧VTH,VDSVGS-VTH （a）线性区域特性 （b）饱和区域特性 当VDS很小时，漏源之间存在贯穿全沟道的导电的N型沟道。 当VDS增加时，栅极与反型层的电位差减少，使得Qn减少，沟道电阻增加。在接近漏极处，沟道电荷逐渐减少； 当VDS=Vsat时，在漏极处沟道电荷为零，这时沟道开始夹断； 当VDS继续增大，增加的电压将降落到夹断区上，夹断区是已耗尽空穴的空间电荷区，对沟道电流没有贡献。 1. a-Si:H TFT的工作原理 a-Si:H TFT 的亚阈值区 前界面 后界面 a-Si:H i/s SiNx 绝缘层 △LD 亚阈值前区：栅压加正压时，0≤VGSVON时，漏极电流受界面态中陷阱数量和a-Si:H禁带中深的类受主局域态的影响，感应出得大部分电子都被局域态和a-Si:H/绝缘层界面所俘获，只有一小部分电子参与导电，因此有很小的亚阈值电流在漏源沟道之间流动，大约为10-12~10-8A。当栅极的正压增加时，电子的密度也增加，电流呈指数形式增加。 亚阈值后区：当VTRVGS0时，负的栅压使表面积累的电子大部分都耗尽由于表面高的界面态密度，在a-Si:H/钝化层界面（相对a-Si:H/绝缘层界面为反界面）有一个弱的反电子沟道存在，形成了亚阈值后区的导电沟道。栅压往负方向增加，亚阈值电流减小，最后过渡到截止区。 1. a-Si:H TF