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摘要

研究了非晶氧化锌镓铟薄膜晶体管(amorphous InGaZnO thin-film transistor, InGaZnO TFT)的泄漏电流模型. 基于Poole-Frenkel热发射效应和热离子场致发射效应的泄漏电流产生机制, 分别得到了高电场和低电场条件下的载流子产生-复合率. 在此基础上推导得到了InGaZnO TFT的分段式泄漏电流-电压数学模型, 并利用平滑函数得到了关断区和亚阈区连续统一的泄漏电流模型. 所提出的泄漏电流模型的计算值和TCAD模拟值与实验结果较为吻合. 利用所提出的InGaZnO TFT泄漏电流模型和TCAD模拟, 讨论了InGaZnO TFT不同的沟道宽度、沟道长度和栅介质层厚度对泄漏电流值的影响. 研究结果对InGaZnO TFT集成传感电路的设计具有一定参考价值.

关键词:

Abstract

In recent years, amorphous InGaZnO thin-film transistor (InGaZnO TFT) has attracted intensive attention. Due to its high mobility, low off-state current, and excellent uniformity over large fabrication area, the InGaZnO TFTs promise to replace silicon-based TFTs in flat panel displays, optical image sensors, touch sensing and fingerprint sensing area. The on-state performances of InGaZnO TFT are used in thin film transistor liquid crystal display, active-matrix organic light emitting display, etc. Consequently, numerous on-current models have been proposed previously. However, for lots of the emerging sensing applications such as optical image sensors, the leakage current of InGaZnO TFTs is critical. Previous literature has shown that the leakage current generation mechanisms in TFTs include trap-assisted thermal emission, trap-assisted field emission, inter-band tunneling, and auxiliary thermal electron field emission containing Poole-Frenkel effect. However, up to now, there has been few reports on the leakage current model of InGaZnO TFT, which hinders further the development of emerging applications in InGaZnO TFTs for sensor and imagers integrated in display panels. In this paper, the leakage current model of InGaZnO TFT is established on the basis of carrier generation recombination rate. The feasibility of the proposed model is proved by comparing the TCAD simulations with the measured results. In addition, the influences of geometrical parameters on the leakage current of InGaZnO TFT, i.e. the channel width, the active layer thickness, and the gate dielectric thickness, are analyzed in detail. This research gives insightful results for designing the sensors and circuits by using the InGaZnO TFTs.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:廖聪维,289114489@qq.com

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2017YFA0204600)、国家自然科学基金(批准号: 61404002)和中南大学中央高校基本科研业务费(批准号: 2018zzts344)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Liao Cong-Wei,289114489@qq.com

Funds:Project supported by the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2017YFA0204600), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61404002), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of Central South University, China (Grant No. 2018zzts344).

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施引文献

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参数	数值
栅介质层厚度/nm	150
a-InGaZnO半导体层厚度/nm	40
沟道宽度/${\text{μ}}{\rm{m}}$	300
沟道长度/${\text{μ}}{\rm{m}}$	50

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参数	描述	数值	单位
nta	导带尾类受主能态密度	1.04 × 10¹⁹	cm^–3·eV^–1
ntd	价带尾类施主能态密度	5.0 × 10²⁰	cm^–3·eV^–1
wta	类受主态特征能量	0.04	eV
wtd	类施主态特征能量	0.1	eV
nga	高斯分布的受主态密度	0	cm^–3·eV^–1
ngd	高斯分布的施主态密度	2.0 × 10¹⁶	cm^–3·eV^–1
egd	高斯分布施主能态峰值能量	2.9	eV
wgd	高斯分布施主能态特征能量	0.1	eV

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