[發(fā)明專利]一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710571427.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107478977B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 強(qiáng)蕾;裴艷麗;王鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 陳偉斌<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明涉及一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度提取方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度提取方法，其中包括半導(dǎo)體和柵絕緣層界面陷阱態(tài)的提取以及半導(dǎo)體體內(nèi)陷阱態(tài)的提取。本發(fā)明主要包括以下步驟：1）給氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管施加不同時(shí)長(zhǎng)的正向偏壓應(yīng)力，測(cè)試相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線；2）基于轉(zhuǎn)移特性的變化規(guī)律，分析閾值電壓漂移機(jī)制，確定閾值電壓漂移隨時(shí)間的變化關(guān)系式；3）如果閾值電壓漂移與所加應(yīng)力時(shí)間滿足擴(kuò)展指數(shù)模型，提取半導(dǎo)體體內(nèi)陷阱態(tài)的特征溫度；4）利用亞閾值擺幅和陷阱態(tài)的關(guān)系，提取半導(dǎo)體和柵絕緣層界面態(tài)密度以及半導(dǎo)體體內(nèi)陷阱態(tài)密度。本發(fā)明提供的陷阱態(tài)密度提取方法能同時(shí)提取薄膜晶體管界面陷阱態(tài)及體內(nèi)陷阱態(tài)，計(jì)算過(guò)程較已有的方法更簡(jiǎn)單，限制條件少，適用范圍廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度提取方法。

背景技術(shù)

氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管具有遷移率較大、透明、與非晶硅低溫制備工藝兼容、可實(shí)現(xiàn)柔性顯示、大面積制作時(shí)均勻性較好等優(yōu)點(diǎn)而受到較大關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于AMLCD、AMOLED、環(huán)形振蕩器的邏輯門(mén)、傳感器等。

薄膜晶體管的陷阱態(tài)包括半導(dǎo)體和柵絕緣層界面陷阱態(tài)以及半導(dǎo)體體內(nèi)陷阱態(tài)。與氫化非晶硅薄膜晶體管類似，氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管也存在較多的非均勻分布的帶隙缺陷態(tài)，這些與制備工藝密切相關(guān)的帶隙態(tài)對(duì)氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的電特性等存在決定性作用。研究氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度的提取方法，有助于更好地分析器件性能，理解器件的退化和失效機(jī)制，改善器件工藝，為電路設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)開(kāi)發(fā)電路大有裨益。

目前，已有的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度提取方法主要包括：1)電容-電壓(C–V)法：這種方法需要花較長(zhǎng)的時(shí)間測(cè)試準(zhǔn)靜態(tài)C–V特性來(lái)提高信噪比，而且高頻C–V易受柵泄漏電流的影響。此外，C–V法需要得知器件工作的平帶電壓。2)場(chǎng)效應(yīng)(F-E)法：該方法假設(shè)晶體管的導(dǎo)電機(jī)制主要為陷阱態(tài)限制導(dǎo)電，這個(gè)前提條件的存在就使得該方法很難得到氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的受主型陷阱態(tài)的提取。因?yàn)閷?duì)于氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管而言，載流子濃度大到一定程度時(shí)，主要導(dǎo)電機(jī)制為滲流導(dǎo)電。3)利用光效應(yīng)提取陷阱態(tài)的光電容法和光子激發(fā)電荷收集光譜法。但光照會(huì)改變材料特性，使陷阱態(tài)分布發(fā)生變化。4)利用梅爾－涅鐸原則提取，但需預(yù)先得知晶體管的平帶電壓及梅爾－涅鐸因子，此外，該方法只能在器件工作于亞閾值區(qū)的情況下使用。

綜上所述，急需開(kāi)發(fā)一種適用于氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)提取的方法，而且隨著氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管在實(shí)際電子電路中的廣泛應(yīng)用，為了能更快速方便有效評(píng)測(cè)器件特性，對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)單、適用范圍廣的陷阱態(tài)提取方法的需求也變得越來(lái)越迫切。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度提取方法，本發(fā)明的陷阱態(tài)密度提取方法計(jì)算過(guò)程較已有的方法更簡(jiǎn)單，能同時(shí)提取界面陷阱態(tài)及體內(nèi)陷阱態(tài)分布，可用于單柵和雙柵氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)提取。

本發(fā)明具體的技術(shù)方案是：一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管陷阱態(tài)密度提取方法，其中，包括以下步驟：

1)給氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管施加不同時(shí)長(zhǎng)的正向偏壓應(yīng)力，測(cè)試相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線；

2)基于轉(zhuǎn)移特性的變化規(guī)律，分析閾值電壓漂移機(jī)制，確定閾值電壓漂移隨時(shí)間的變化關(guān)系式；

3)如果閾值電壓漂移與所加應(yīng)力時(shí)間滿足擴(kuò)展指數(shù)模型，提取半導(dǎo)體體內(nèi)陷阱態(tài)的特征溫度；

4)利用亞閾值擺幅和陷阱態(tài)的關(guān)系，提取半導(dǎo)體和柵絕緣層界面態(tài)密度以及半導(dǎo)體體內(nèi)陷阱態(tài)密度。

進(jìn)一步的，在無(wú)光照，柵極施加不同時(shí)長(zhǎng)的正向偏壓應(yīng)力時(shí)，氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線是或近似平行移動(dòng)，亞閾值擺幅大小無(wú)明顯變化。