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Publicação
Self-aligned and Sub-μm Oxide TFTs: TCAD Simulation and Fabrication
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.56 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Amorphous indium gallium oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) have seen extensive research
and applications over the past years. The application of these devices in high-speed circuitry is yet to be
optimised since these still suffer from large channel lengths (𝐿), overlap capacitances, and contact resistances.
In this study, the use of self-aligned (SA) and sub-μm a-IGZO TFTs is proposed and explored.
The first part of this work encompasses a comprehensive technology computer-aided design (TCAD)
study of three different device structures, by exploring the aforementioned effects. It was found that SA top-
gate homojunction (with doped source/drain areas) TFTs result in the best electrical performance, due to
neglectable parasitic capacitances and high-quality semiconductor/metal interfaces. Corbino TFTs with outer
electrode as drain configuration exhibit infinite output resistance, which is ideal for amplifier applications. In
the scope of SA top-gate TFT fabrication, a method of doping a-IGZO with Ar plasma was established,
resulting in sheet resistances of 639 Ω/□. After optimizing lithographic processes, devices with 𝐿 = 0.6 μm
were fabricated by direct laser writing (DLW). Although it was not possible to attain fully functional
miniaturized a-IGZO TFTs, similar processes yielded devices with field-effect mobility of 7.6 cm2/V.s and
transit frequency of 0.19 MHz for 𝐿 = 40 μm. Fabricated TFTs exhibited hump-like transfer characteristics,
attributed to edge effects, back-channel conduction, or shallow donor states in a-IGZO
Transístores de filme fino (TFT) de oxido de índio-gálio-zinco (a-IGZO) têm sido extensamente investigados nos últimos anos. Contudo, ainda não são aplicados a circuitos de altas frequências pois a sua frequência de operação é significativamente limitada por elevadas resistência de contacto, capacidades parasitas e canais longos. Neste trabalho, configurações de TFT auto-alinhadas com tamanhos de canal submicrométricos serão exploradas. A primeira parte deste trabalho engloba o estudo de três estruturas de TFT diferentes por technology computer-aided design (TCAD), explorando a minimização dos efeitos acima enunciados. TFTs de estrutura auto-alinhada top-gate com semicondutor dopado nas zonas de fonte e dreno apresentam a melhor performance estática e dinâmica, devido ao efeito negligenciável das capacidades de sobreposição e à melhor interface entre o semiconductor e o metal de fonte e dreno. TFTs Corbino apresentam resistência de saída infinita quando o elétrodo exterior é polarizado como o dreno, o que é bastante vantajoso para aplicações em amplificadores. Para o fabrico de TFTs auto-alinhados foi estabelecido um método para dopar a-IGZO com plasma de Ar, resultando em resistências folha de 639 Ω/□. Após otimização dos processos fotolitográficos usando escrita direta por laser obtiveram-se comprimentos de canal (𝐿) de 0.6 μm. Embora não tenha ainda sido possível obter dispositivos miniaturizados funcionais, processos similares em TFTs com 𝐿 = 40 μm resultaram em mobilidades de feito de campo de 7.6 cm2/(V.s) e frequências de trânsito de 0.19 MHz. Os dispositivos apresentaram characterísticas de transferência com um perfil de bossa, efeito atribuído a TFTs parasitas, condução pela parte posterior do canal ou estados dadores superficiais no a-IGZO.
Transístores de filme fino (TFT) de oxido de índio-gálio-zinco (a-IGZO) têm sido extensamente investigados nos últimos anos. Contudo, ainda não são aplicados a circuitos de altas frequências pois a sua frequência de operação é significativamente limitada por elevadas resistência de contacto, capacidades parasitas e canais longos. Neste trabalho, configurações de TFT auto-alinhadas com tamanhos de canal submicrométricos serão exploradas. A primeira parte deste trabalho engloba o estudo de três estruturas de TFT diferentes por technology computer-aided design (TCAD), explorando a minimização dos efeitos acima enunciados. TFTs de estrutura auto-alinhada top-gate com semicondutor dopado nas zonas de fonte e dreno apresentam a melhor performance estática e dinâmica, devido ao efeito negligenciável das capacidades de sobreposição e à melhor interface entre o semiconductor e o metal de fonte e dreno. TFTs Corbino apresentam resistência de saída infinita quando o elétrodo exterior é polarizado como o dreno, o que é bastante vantajoso para aplicações em amplificadores. Para o fabrico de TFTs auto-alinhados foi estabelecido um método para dopar a-IGZO com plasma de Ar, resultando em resistências folha de 639 Ω/□. Após otimização dos processos fotolitográficos usando escrita direta por laser obtiveram-se comprimentos de canal (𝐿) de 0.6 μm. Embora não tenha ainda sido possível obter dispositivos miniaturizados funcionais, processos similares em TFTs com 𝐿 = 40 μm resultaram em mobilidades de feito de campo de 7.6 cm2/(V.s) e frequências de trânsito de 0.19 MHz. Os dispositivos apresentaram characterísticas de transferência com um perfil de bossa, efeito atribuído a TFTs parasitas, condução pela parte posterior do canal ou estados dadores superficiais no a-IGZO.
Descrição
Palavras-chave
a-IGZO channel length DLW self-aligned high frequency