金属诱导低温多晶硅TFT的载流子输运和器件物理模型

低温多晶硅（LTPS）技术是下一代平板显示的核心技术，金属诱导结晶是极具前景的LTPS技术，具备低成本、高均匀性、大面积和批量化的优势，而其原有工艺缺点正被陆续克服。我国在金属诱导LTPS工艺研发方面有良好积累，产业化前景明确。国际上LTPS TFT器件模型和相关物理问题的研究尚未成熟，面向SOP应用,适合金属诱导TFT的物理模型亟待建立。针对器件模型的关键问题，本课题将深入研究器件各工作区的载流子输运，在此基础上，首先建立长沟道器件模型和相应的参数提取方案，通过典型驱动电路的仿真验证其适用性。适应未来TFT工艺的发展，还将研究金属诱导TFT的短沟道物理模型，纳入Kink电流、载流子速度饱和和寄生电阻等效应。最后将系统研究三掩模工艺的新型SAME TFT的载流子输运，澄清其源漏Junction特点，建立初步物理模型。本课题对于金属诱导TFT的电路应用和TFT相关器件物理的研究具有重要意义。

低温多晶硅（LTPS）技术是下一代平板显示的核心技术，金属诱导结晶是极具前景的LTPS技术，具备低成本、大面积和批量工艺的优势。国际上LTPS TFT器件模型和相关物理问题的研究尚未成熟，面向SOP应用,适合LTPS TFT的物理模型亟待建立。针对器件模型的关键问题，课题首先深入研究了器件各工作区的载流子输运行为，包括亚阈值区、开态区和Kink电流区，在此基础上，建立了长沟道TFT的器件物理模型和相应的参数提取方案。首先建立了器件的开态电流模型，首次提出了TFT器件阈值电压的解析公式；在亚阈值区，首次澄清了载流子漂移是其主导的输运机制，区分了沟道的部分反型和全反型，建立了亚阈值区的电流模型并能够与开态区平滑过渡；在Kink电流区，在研究寄生BJT效应的基础上，改进了前人的Kink电流模型和参数提取方案。这样，我们建立了从TFT亚阈值区一直到Kink电流区的器件物理模型。该模型的适用性在金属诱导和准分子激光退火多晶硅TFT上都得到了验证。基于上述模型，我们对基于TFT的CMOS反相器电路和有源驱动OLED显示的2T1C像素驱动电路进行了分析。针对TFT工艺向短沟长演进的趋势，我们研究了多晶硅TFT寄生电阻的提取方法及其物理模型，澄清了寄生电阻的主导分量并提出了降低寄生电阻的工艺和器件设计方案。新型的金属源漏多晶硅TFT（如SAME TFT）具有极低寄生电阻的优点，但是它源漏两端的结与传统TFT不同，我们系统研究了这种新型TFT的输运特性，澄清了该结是受到掺杂调制的肖特基结，对金属源漏TFT建立了初步的物理模型。针对多晶硅TFT的电荷泵表征，我们基于实验观察和分析，修正了传统MOSFET中Elliot曲线的模型，使之能够适用于多晶硅TFT的表征。最后，在完成项目主体内容的情况下，我们拓展了研究范围，对多晶硅TFT在交直流电应力下的器件退化特性和内在机制进行了研究。课题在上述的各个方面都取得了重要的进展和成果，代表性成果处于国际前沿水平，全部发表于国际权威期刊IEEE EDL和IEEE TED。项目实施期间，累计发表EDL论文3篇，TED论文8篇，国际会议论文14篇（1篇获得最佳Poster论文奖），国际会议作特邀报告4次，申请发明专利1项，出版译著《半导体器件物理与工艺（第三版）》1部。本课题对于低温多晶硅TFT的电路应用和TFT相关器件物理的研究具有重要意义。