Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Как показано в разделе 6.1.2, плотность состояний в запрещенной зоне a-Si, особенно у границ зоны (хвосты состояний) около порога подвижности, в значительной степени влияет на статические характеристики a-Si-ТПТ. Статические характеристики также зависят от поверхностных состояний на границе раздела слой a-Si/подзатворный диэлектрик. Описание плотности состояний в запрещенной зоне пленки a-Si и плотности поверхностных состояний очень важно для улучшения характеристик ТПТ. Однако имеется несколько сообщений, в которых эти плотности состояний и их распределение вычислялись раздельно, что затрудняет оценку изменения характеристик ТПТ. В работе [15] сделана попытка оценить верхние пределы общей плотности состояний. Получены значения 3 • 1016 см-3 • эВ"1 для плотности состояний в запрещенной зоне в a-Si и 5 • 1011 см-2 • эВ"1 для плотности поверхностных состояний.
Влияние толщины пленки a-Si, которое может характеризоваться сопротивлением между электродом стока или истока и границей раздела a-Si/подззтворный диэлектрик, еще более затрудняет анализ характеристик- a-Si-ТПТ со ступенчатым расположением электродов. В
291
работе [19] показано, что это сопротивление определяется не только объемным сопротивлением пленки a-Si, но и сопротивлением, ограниченным пространственным зарядом, которое зависит от плотности состояний в запрещенной зоне и толщины слоя a-Si. В транзисторе с более тонким слоем a-Si отношение этого сопротивления к канальному сопротивлению уменьшается, однако этого можно избежать в компланарном ТПТ.
Динамические характеристики
Точное измерение динамических зависимостей затруднено главным образом в силу того, что в a-Si-ТПТ имеется Неизбежное перекрытие электродов затвор — исток и затвор — сток, а также по причине очень малой величины д, обычно меньшей 1 см2 / (В • с). Измерение проходных характеристик a-Si-ТПТ путем приложения пульсирующего напряжения на затвор [13] показало время установления тока в канале < 1 мкс. Ширина полосы пропускания a-Si-ТПТ, оцененная с помощью обычной МОП-теории, составила величину порядка 2 МГц для транзистора с подвижностью 1,9 см2/(В • с), длиной канала 10 мкм, перекрытием электродов 5 мкм при напряжении на стоке 10 В.
При исследовании динамических характеристик a-Si-ТПТ показано [20], что сразу же после подачи пульсирующего напряжения на затвор через транзистор протекает большой канальный ток, который постепенно снижается до статического значения. Эта характеристика изучалась путем измерения составляющей постоянного ток IDC канального тока с периодом Г й продолжительностью импульса Tw, на основании которых рассчитывался неустановившийся ток lmeajl (У/jc T/Tw). Результаты исследования для ТПТ со статической подвижностью 0,01 см2/(В • с) показаны на рис. 6.1.9. Максимальный неустановившийся ток был примерно в 100 раз больше статического. Считается, что это обусловлено электронами, инжектированными в слой a-Si, где они находятся в высоко подвижных делокализованных состояниях до тех пор, пока не будут захвачены состояниями в запрещенной зоне. На основании этих динамических характеристик ожидается, что скорость переключения ТПТ будет выше, чем рассчитанная из статических показателей. Однако этот новый эффект возможен только тогда, когда время переключения и время пролета носителей меньше времени жизни.
500
Гц, НС
Рис. 6.1.9. Динамическая характеристика а-Бі-ТПТ [20] (т_ - продолжительность импульса, не)
292
Для получения более высоких динамических характеристик желательно создание приборов со структурой неперекрывающихся электродов. Существуют ТПТ со ступенчатым расположением электродов, как показано на рис. 6.1.6, но сообщения об их электрических свойствах отсутствуют.
Надежность
Для того чтобы применять a-Si-ТПТ в схемных приборах, особенно в дисплеях на жидких кристаллах с множеством элементов, от них требуется высокая стабильность.
Об очень высокой термической стабильности ТПТ с напыленным слоем a-Si : F сообщалось в работе [16]. По этим данным отношение вкл./выкл. после отжига при 600 С составляет 106. Однако ТПТ на основе a-Si: Н : F, полученного дуговым разрядом, деградируют после отжига, при 300 °С. Исследовалось влияние температуры на свойства ТПТ на основе a-Si : Н, полученного в TP и выявлено их ухудшение после отжига nglf 140 °С (см. пунктирную кривую на рис. 6.1.10). Отмечено увеличение энергии активации канальной проводимости, когда температура отжига превышает 150 °С.
Влияние на свойства ТПТ сочетания отжига и освещения белым светом исследовалось в работе [21]. Кривые 1-4 на рис. 6.1.11 представляют характеристики ТПТ на основе a-Si : Н, полученного в ТР, после
Рис. 6.1.10. Температурная зависимость - Кр-характеристик (/^ - ток стока, Уд - напряжение на затворе)
Рис. 6.1.11. Проводимость эффекта поля после различных сочетаний воздействия отжига, освещения и поля, способствующих захвату электронов [ 21]
293
отжига 180 °С (i), после освещения (2) и после освещения (3) или отжига (4) с последующим нагревом на 100 °С при положительном напряжении на затворе. Для объяснения наблюдаемых явлений предложены два механизма. Один из них заключается в поверхностном эффекте, обусловленном ловушками электронов в подзатворном диэлектрике и пассивационной пленке. Изменения плотности заряженных ловушек, вызванные указанными выше обработками, могут привести к изменению как ytff, так и проводимости в выключенном состоянии. Другой механизм состоит в эффекте Стаеблера-Вронских для массивного материала [22], согласно которому изменение плотности состояний в запрещенной зоне при освещении может понизить уровень Ферми и привести к уменьшению проводимости в выключенном состоянии.
