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基于双层栅介质的α-ITZO TFT数值模拟与优化

DOI：10.1007/s11664-018-6817-1 期刊：Journal of Electronic Materials 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 本研究利用SILVACO-ATLAS软件，通过数值模拟对底栅非晶铟锡锌氧化物薄膜晶体管（a-ITZO TFT）的性能进行了优化研究。优化过程聚焦于栅介质结构设计，具体包括介质层厚度、层数及材料选择。计算获得的电学特性参数包括：单位面积栅电容（Ci）、导通电流（Ion）、开关电流比（Ion/Ioff）、阈值电压（VT）、场效应迁移率（IFE）、亚阈值摆幅（SS）以及a-ITZO沟道电阻率（q）。结果表明：在相同物理厚度条件下，采用双层介质（SiO2/HfO2）且总厚度较大（BDT=70 nm）时，其电学响应性能优于单层介质TFT。最终优化获得的参数为：Ci=3.45×10?? F/cm2，Ion=4.12×10?? A，IFE=29.34 cm2·V?1·s?1，Ion/Ioff=4.67×10?，VT=-0.45 V，SS=6.42×10?2 V/dec，q=2.60×10?2 Ω·cm。
作者： TAKI EDDINE TAOURIRIT，AFAK MEFTAH，NOUREDINE SENGOUGA
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

本研究的主要目的是阐明栅极介质厚度类型与a-ITZO TFT电学特性之间的关系。因此，本文展示了栅极双层介质厚度(BDT)、栅极介质等效氧化层厚度(EOT)以及单层介质厚度(MDT)对a-ITZO TFT电学性能的影响。

研究成果

采用由高介电常数HfO?介质（k=35）和低介电常数SiO?介质（k=3.9）组成的相对较厚的双层栅极介质，可降低有效介质氧化层厚度（即等效氧化层厚度EOT）。通过提高单位面积电容进而提升漏极电流，同时防止栅极隧穿漏电流，从而增强晶体管性能。双层栅极介质的优化效果更具体地体现在单位面积电容（Ci）、导通电流（Ion）、导通/截止电流比（Ion/Ioff）以及阈值电压（q）上，而其他电学参数的变化则相对较小。

研究不足

该研究基于数值模拟，可能无法完全捕捉实际器件中存在的所有物理现象。虽然考虑了SiO2与HfO2两种电介质之间的界面态以及SiO2中能与沟道自由载流子相互作用并引发氧化物中电荷俘获的缺陷态，但可能需要进一步的实验验证。

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