WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В табл. 4 представлены свойства плазмохимического нитрида кремния, осажденного при температурах и 75C, и типичные свойства материала „приборного“ 3. Низкотемпературные ТПТ качества, осажденного при более высокой температуре (260C). Как видно из таблицы, изменяя параметры Схема технологического процесса для ТПТ на плаосаждения (мощность разряда, состав газовой смеси), стиковой подложке представлена на рис. 2 [16]. Помы имеем возможность контроля свойств материала в сле отмывки подложка покрывается с обеих сторон широких пределах при низкой температуре подложки, полумикронным слоем нитрида кремния. Функция этопри этом получая пленки с высоким электрическим го покрытия заключается в предотвращении контаксопротивлением и пробивным напряжением, что необта материала подложки с химикатами, используемыми ходимо для подзатворного диэлектрика. В то же время в технологическом процессе, а также в улучшении нитрид сохраняет высокую плотность и обладает малой адгезии последующих слоев. Кроме того, более низвеличиной собственных механических напряжений, что кий коэффициент термического расширения нитрида важно для обеспечения механической целостности припо сравнению с пластиком снижает величину ошибборов [23].

ки совмещения при фотолитографии. Затем наносится Таким образом, ухудшение свойств тонкопленочных пленка алюминия толщиной 100-120 нм с помощью материалов на основе аморфного и нанокристалличе- высокочастотного (ВЧ) магнетронного распыления при ского кремния при снижении температуры подложки комнатной температуре подложки и с помощью фодо 100C и ниже может быть скомпенсировано путем толитографии и жидкостного травления формируются оптимизации параметров осаждения в рамках существу- затворные электроды. После этого подложки загружаютющей промышленной плазмохимической технологии. ся в установку плазмохимического осаждения, где осаРис. 2. Схема технологического процесса для ТПТ на пластиковой подложке.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 990 А. Сазонов, М. Мейтин, Д. Стряхилев, A. Nathan диапазоне напряжений на затворе, и характеризуется крутизной переходной характеристики в подпороговом (log ID) -режиме, S = [24].

VG Переходная характеристика ТПТ описывается уравнением для тока стока (Id) полевого транзистора [24]:

Id = µC(W /2L)(VG - VT )2, (1) где µ — подвижность ТПТ, C — емкость структуры металл-оксид-полупроводник (МОП), W и L — ширина и длина канала, VG — напряжение на затворе. В идеале подвижность прибора определяется подвижностью носителей заряда (в a-Si : H, µe 10 см2/(В · с)); в ТПТ, однако, любые отклонения от идеальной модели транзистора (дефекты на границе раздела „полупроводник– диэлектрик“, отличия размеров транзистора от идеальных, сопротивление контактов) изменяют величину подвижности. В качественных ТПТ на основе a-Si : H подвижность примерно равна 1 см2/(В · с) [12].

На рис. 4 показаны типичные выходные (рис. 4, a) Рис. 3. Идеальная переходная характеристика ТПТ.

и переходные (рис. 4, b) характеристики ТПТ на основе a-Si : H, изготовленных при температуре осаждения 260C на стеклянной подложке [12]. Рассмотрим их более подробно. Прибор характеризуется низкими тождается трехслойная структура „подзатворный диэлекками утечки (< 0.1пА), током открытого состояния трик/полупроводник/пассивирующий диэлектрик“. В нашем случае осаждались пленки a-SiNx (250 нм)/a-Si : H (50 нм)/a-SiNx (300 нм). Затем в пассивирующем нитриде фотолитографически открывались окна для нанесения контактов к стоку и истоку. Затем подложки вновь загружались в установку плазмохимического осаждения, где осаждалась двухслойная структура „n+-кремний (50-60 нм)/пассивирующий нитрид (300 нм)“. Далее слои кремния вытравливаются вокруг транзисторов, чтобы электрически изолировать их друг от друга, и в нитриде открываются окна к стоку, истоку и затвору для металлизации. Наконец, наносится пленка алюминия толщиной 500-1000 нм с помощью ВЧ магнетронного распыления при комнатной температуре подложки и с помощью фотолитографии и жидкостного травления формируются металлические контакты.

ТПТ изготавливались с разной длиной и шириной канала (от 25 до 200 мкм). Выходные и переходные характеристики транзисторов измерялись и анализировались с извлечением из них основных параметров приборов (подвижность, напряжение отсечки, контактное сопротивление).

На рис. 3 показана идеальная переходная характеристика ТПТ. Поскольку ТПТ используется в качестве переключателя, его идеальная переходная характеристика представляет собой „ступеньку“: при напряжении на затворе ниже напряжения отсечки ток через затвор отсутствует, а как только напряжение на затворе достигает напряжения отсечки (VT ), через ТПТ протекает ток, ограничиваемый сопротивлением нагрузки. В реальности, в закрытом состоянии через ТПТ протекает ток Рис. 4. Типичные выходные и переходные характеристики утечки (Ioff), ток открытого состояния (Ion) ограничен ТПТ на основе a-Si : H, изготовленных при температуре осапроводимостью канала, а переключение происходит в ждения 260C на стеклянной подложке [12].

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Низкотемпературные материалы и тонкопленочные транзисторы для электроники на гибких подложках ными, что объясняется увеличивающимся вкладом последовательного сопротивления контактов стока и истока. Если представить ТПТ в открытом состоянии как последовательность сопротивлений канала (Rch), стока и истока и объединить сопротивление стока и истока величиной Rds:

Vds = Id(Rch + Rds) =IdRm, (2) то, очевидно, сопротивление контактов является величиной, не зависящей от длины канала:

Rm = Rds + Rch = Rds + A · L, (3) где 2 Vch A =, (4) k (VG - VT ) W Vch — падение напряжения на канале.

В длинноканальном транзисторе Rch Rds, и погрешность определения µ невелика. В короткоканальном транзисторе величины Rch и Rds сравнимы, что приводит к некорректному определению µ. Из зависимости Rm(L) можно рассчитать Rds. Результаты расчетов приведены в табл. 5 для ТПТ с одинаковой шириной канала (W = 100 мкм). Видно, что уменьшение температуры подложки увеличивает Rds, предположительно, вследствие снижения эффективности легирования. Этим в свою очередь объясняется снижение тока открытого состояния.

На рис. 6 показана переходная характеристика ТПТ на основе a-Si : H, изготовленных при температуре подложки 75C (рис. 6, a), а также зависимость величин Рис. 5. Типичная переходная характеристика ТПТ на основе напряжения отсечки и подвижности от длины канала a-Si : H, изготовленных при температуре подложки 120C (a), (рис. 6, b) [26]. Величина тока утечки по-прежнему и зависимость величин напряжения отсечки и подвижности от находится ниже 1 пА; ток открытого состояния, однако, длины канала (b) [25].

упал почти на 2 порядка, напряжение отсечки выросло до 10 В, а крутизна снизилась до 2.1 В/декаду. Как следствие, подвижность упала до 0.03 см2/(В · с). Увеболее 5 мА, низким напряжением отсечки (2.5 В) и личение VT обычно объясняется большим встроенным высокой крутизной переключения (0.3 В/декаду). Как зарядом в диэлектрике, а высокое значение S — дефектследствие, подвижность ТПТ, полученная из переходной ной границей раздела „полупроводник–диэлектрик“ [24].

характеристики, соответствует стандартным величинам, Кроме того, если обратить внимание на зависимость публикуемым для таких приборов (1см2/(В · с)).

подвижности от длины канала, то можно заметить, На рис. 5 показана типичная переходная характеричто подвижность растет с длиной канала даже в слустика ТПТ на основе a-Si : H, изготовленных при темпечае длинноканальных транзисторов, т. е. сопротивлературе подложки 120C (рис. 5, a), а также зависимость ния канала и контактов все еще сравнимы. Проведенвеличин напряжения отсечки и подвижности от длины ные расчеты показали, что сопротивление контактов канала (рис. 5, b) [25]. Величины тока утечки, а также Rds =(93.2 ± 3.73) M почти на 4 порядка выше, чем напряжения отсечки остались теми же, что и в случае 260C. Крутизна характеристики, однако, уменьшилась, Таблица 5. Контактное сопротивление стока и истока ТПТ что в литературе связывается с ухудшением состояпри ширине канала W = 100 мкм и температурах подложния границы раздела „полупроводник–диэлектрик“, и ки 260 и 75C подвижность уменьшилась до 0.8см2/(В · с). Ток открытого состояния также снизился, и отношение Ion/Ioff Температура уменьшилось до 106. Следует обратить внимание на заRsdW, кОм · см осаждения, C висимость подвижности и напряжения отсечки от длины канала: в короткоканальных транзисторах (L < 75 мкм) 260 0.75 эти величины снижены по сравнению с длинноканальФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 992 А. Сазонов, М. Мейтин, Д. Стряхилев, A. Nathan при 260C, что приводит к некорректному определению подвижности канала ТПТ (ее значения получаются заниженными) [26].

Таким образом, снижение температуры подложки ведет к увеличению последовательного сопротивления контактов к стоку и истоку ТПТ вследствие снижения эффективности легирования и к ухудшению крутизны вследствие более дефектной границы раздела „полупроводник–диэлектрик“.

Снижение контактного сопротивления может быть достигнуто путем использования сильно легированного нанокристаллического кремния (n+-nc-Si) [27]. На рис. представлены переходные характеристики ТПТ с n+-контактами на основе nc-Si. За счет увеличения проводимости на 4 порядка Ion увеличился на 1 порядок, а Ioff снизился на 1 порядок, таким образом увеличив Ion/Ioff на 2 порядка [28].

Улучшение состояния границы раздела „полупроводник–диэлектрик“ при низкой температуре осаждения Рис. 7. Переходные характеристики ТПТ с n+-контактами на может быть достигнуто путем плазменных обработок основе a-Si : H и nc-Si.

Рис. 6. Типичная переходная характеристика ТПТ на основе Рис. 8. Переходная характеристика ТПТ на основе a-Si : H, a-Si : H, изготовленных при температуре подложки 75C (a), изготовленных при температуре подложки 75Cс a-SiOx в каи зависимость величин напряжения отсечки и подвижности от честве подзатворного диэлектрика (a), и зависимость величин длины канала (b) [26]. напряжения отсечки и подвижности от длины канала (b) [20].

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Низкотемпературные материалы и тонкопленочные транзисторы для электроники на гибких подложках поверхности подзатворного диэлектрика перед нанесе- [5] M. Fromm. The Washington Times, July 11, 2004.

[6] B.S. Kim, M. Hong, Y.U. Lee, M.S. Ryu, T.Y. Choi, J.M. Huh, нием полупроводника, либо путем использования окисла J.H. Seo, W.J. Lee, A.N. Park, S.G. Rho, S.I. Kim, J.S. Lim, вместо нитрида в качестве подзатворного диэлектрика K. Chung, S.H. Won, J.K. Chung, J.H. Ahn, J. Jang, (плотность поверхностных состояний в пленках оксида S.-B. Kwon, W.S. Kim, K.S. Min, M.S. Choi, H.S. Kim.

примерно на порядок ниже, чем у нитрида). На рис. SID 2004 International Symposium Digest (May 23-28, представлены переходная характеристика ТПТ на осно2004, Seattle, WA, USA) p. 19.

ве a-Si : H, изготовленных при температуре подложки [7] J. McDermott, P.C. Brantner. In: Electronics on Unconven75C с a-SiOx в качестве подзатворного диэлектрика tional Substrates — Electrotextiles and Giant-Area Flexible (рис. 8, a), а также зависимость величин напряжения Circuits, M.S. Shur, P.M. Wolson, R. Urban (eds.), Mater. Res.

отсечки и подвижности от длины канала (рис. 8, b) [20].

Soc. Symp. Proc., Pittsburgh, PA, 2003, 736, p. D5.1.1.

Несмотря на высокие токи утечки, связанные с низ[8] T.W. Kelley, D.V. Muyres, P.F. Baude, T.P. Smith, T.D. Jones.

кой плотностью материала, крутизна характеристики In: Organic and Polymeric Materials and Devices, улучшилась до 1 В/декаду, а напряжение отсечки упало P.W.M. Blom, N.C. Greenham, C.D. Dimitrakopoulos, до 3 В. Подвижность возросла до 0.6см2/(В · с) —реC.D. Frisbie (eds.), Mater. Res. Soc. Symp. Proc., Pittsburgh, зультат, сопоставимый с ТПТ, изготовленным при 260C.

PA, 2003, 771, p. L6.5.1.

Как следует из зависимости подвижности от длины ка- [9] J.S. Lewis, M.S. Weaver. IEEE J. Select. Topics. Quant.

нала (рис. 8, b), контактное сопротивление существенно Electron., 10, 45 (2004).

[10] A. Plichta, A. Weber, A. Habeck. In: Flexible Electronics — ниже, чем у канала, при длине канала свыше 100 мкм, Materials and Device Technology, N. Fruehauf, B.R. Chalaчто было достигнуто за счет использования нанокриmala, B.E. Gnade, J. Jang (eds.), Mater. Res. Soc. Symp. Proc., сталлических контактных слоев.

Pittsburgh, PA, 2003, 769, p. H9.1.1.

[11] T. Afentakis, M.K. Hatalis, A.T. Voutsas, J.W. Hartzell. Proc.

4. Заключение SPIE, 5004, 122 (2003).

[12] A. Nathan, P. Servati, K.S. Karim, D. Striakhilev, A. Sazonov.

Таким образом, наши исследования показали, что тонIn: Thin Film Transistors, Materials and Processes, ed. by копленочные транзисторы „приборного“ качества могут Y. Kuo (Kluwer Academic Publishers, Boston, 2004) v. I, быть изготовлены на гибких пластиковых подложках на p. 79.

[13] A. Sazonov, A. Nathan, R.V.R. Murthy, S. Chamberlain. In:

основе технологии аморфного и нанокристаллического Flat Panel Displeys and Sensors — Principles, Materials кремния при температуре около 100C с использоand Processes, F.R. Libsch, B. Chalamala, R. Friend, ванием стандартного плазмохимического оборудования.

T. Jackson, H. Ohshima (eds.), Mater. Res. Soc. Symp. Proc., ТПТ, изготовленные при 120C, по своим характериPittsburgh, PA, 2003, 558, p. 375.

стикам полностью соответствуют своим высокотемпера[14] J. Robertson. In: Amorphous and Heterogeneous Silicon турным аналогам и пригодны для применения в OLEDThin Films — 2000. R.W. Collins, H.M. Branz, S. Guha, дисплеях. Максимальная температура технологического H. Okamoto, M. Stutzmann (eds.), Mater. Res. Soc. Symp.

процесса может быть снижена до 75C, и сходные Proc., Pittsburgh, PA, 2000, 609, p. A1.4.1.

характеристики могут быть получены.

[15] J. Perrin. In: Plasma Deposition of Amorphous-Based Materials, ed. by G. Bruno, P. Capezzuto and A. Madan Авторы выражают благдарность за финансовую под(Academic Press, San Diego, 1995) p. 177.

держку исследований следующим организациям: Natural [16] A. Sazonov, A. Nathan. J. Vac. Sci. Technol. A, 18, Science and Engineering Research Council of Canada (2000).

(NSERC); Canada Foundation for Innovation (CFI);

[17] A. Sazonov, D. Striakhilev, A. Nathan. J. Non-Cryst. Sol., 266– Ontario Innovation Trust (OIT); Ontario Premier’s 269, 1329 (2000).

Research Excellence Award (PREA); Communications and [18] C.H. Lee, A. Sazonov, A. Nathan. In: Amorphous and Information Technology Ontario (CITO); Materials and Nanocrystalline Silicon Science and Technology — 2004, Manufacturing Ontario (MMO): IGNIS Innovation, Inc.

G. Ganguly, M. Kondo, E.A. Schiff, R. Carius, R. Biswas (eds.), Mater. Res. Soc. Symp. Proc., Pittsburgh, PA, 2004, 808, p. A4.17.1.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.