半导体器件 柔性可拉伸半导体器件 第2部分：柔性器件的电子迁移率、亚阈值摆幅和阈值电压评价方法 征求意见稿.docx

GB/TXXXX.XX—XXXX/IEC62951-2:2019

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半导体器件柔性可拉伸半导体器件第2部分：柔性器件的电子迁移率、亚阈值摆幅和阈值电压评价方法

1范围

本文件规定了用于评价和确定柔性薄膜晶体管(TFT)器件性能特征的术语、定义、符号、配置和评价方法。为了准确评价柔性TFT器件在实际使用中弯曲状态下的性能和可靠性，本标准规定了评价方法和特征参数。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。3.1

柔性薄膜晶体管flexiblethin-filmtransistor/

flexibleTFT

在机械柔性衬底(如聚合物和金属箔)上制备的薄膜晶体管。3.2

迁移率mobility

等于载流子(电子)沿电场方向的平均速度与电场强度的之比。3.3

亚阈值摆幅sub-thresholdswing

S

用有机半导体材料制作的薄膜晶体管。

亚阈值摆幅是衡量晶体管开启与关断状态之间相互转换速率的性能指标，由下面的公式定义：

式中，cd和cox分别代表耗尽层电容和栅氧化电容。3.4

阈值电压thresholdvoltage

栅源电压，在此电压下漏极电流的大小达到一个规定的低值3.5

栅极电压gatevoltage

VGS

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栅极和源极之间的电压。

3.6

漏极电压drainvoltage

VDS

漏极和源极之间的电压。3.7

漏极电流draincurrentIDS

漏极和电源之间的电流。3.8

跨导transconductancegm

当漏源极电压保持不变时，漏源极电流增量与栅源极电压增量之比。

4测试方法

4.1原理

为了研究柔性薄膜晶体管的可靠性，进行了如下的弯曲试验(见图1)：

a)弯曲之前，测量薄膜晶体管的电学特性；

b)在机械弯曲状态下，重新测量薄膜晶体管的电特性，如图3所示。

图1柔性薄膜晶体管的测量过程

4.2弯曲前电特性测试

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采用四种偏置评价方法对柔性TFT的稳定性进行了试验。负偏压(NBS)试验在黑暗条件下，采用VGS为-20V，VDS为10V，衬底温度保持在20℃和60℃;负偏压光照应力(NBIS)试验采用VGS为-20V，VDS为10V，使用亮度为300cd/m2的白光发光二极管进行光照，衬底温度保持在20℃和60℃;正偏压（PBS）试验在黑暗条件下，VGS为+20v，VDS为0.1V，衬底温度保持在20℃和60℃。在固定VDS为0.1V的条件下；正偏光照应力(PBIS)，VGS为+20V，在亮度为300cd/m2的白色发光二极管的光照下进行测试，衬底温度保持在20℃和60℃。

在测试过程中，在室温下，在0.1v的固定漏极电压下，通过将栅极电压从-30V扫到30V，测量漏极电流。然后，器件稳定性测试持续3h。场效应迁移率由式(1)计算。迁移率从低漏电压为0.1v时的线性域跨导gm中提取，如下式计算：

μFE=······································································(1)

式中：

L——通道长度；

W——为通道宽度。

应用式(2)，亚阈值摆幅应该通过在亚阈值机制中的传输曲线的斜率获得，如下式计算：

?1···································································

阈值电压也应通过绘制(IDS)1?2与VGS的关系图和外推来确定零漏电流曲线。通过计算最大接通电流(VGS=30v)与最小关断电流之间的比值，从传输曲线估算出通断比。最后，在施加的栅极电压为30V时，测量栅极到源极的电流，得到栅极泄漏电流。电路原理图如图2所示。

图2试验电路图

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4.3弯曲下电特性测试

为了表征机械应力对柔性薄膜晶体管的影响，将应变施加在薄膜晶体管上，通过改变曲率半径R使器件上下弯曲，如图3所示。弯曲方向平行或垂直于漏极到源极的电流路径。首先将薄膜晶体管弯曲到最大R值持续1分钟，然后释放到平坦状态并进行测量。当R降低到最小时，重复测试。每次机械弯曲后，对薄膜晶体管的通电流、关电流和栅极泄漏电流进行监测。

图3薄膜晶体管弯曲测试的装置在弯曲状态下，所有弯曲半径(R)采用式(3)转换为