激光晶化能量对ELA多晶硅薄膜晶体管特性影响的研究

摘要

利用准分子激光退火（ELA）工艺制备多晶硅薄膜晶体管，多晶硅薄膜材料的形成受到激光能量密度的影响，包括缺陷的形成、少子的寿命以及多晶硅晶粒尺寸。而这些参数对多晶硅薄膜晶体管有明显影响。为此在什么样的激光能量密度下器件的性能最优，是一个迫切的问题。为了能够解决这个问题，我们首先通过ELA工艺制备得到一批器件，该批器件在不同激光晶化能量密度的条件下制备得到。通过对不同激光晶化能量密度条件下ELA多晶硅薄膜晶体管电学特性的分析，包括提取阈值电压，亚阈值摆幅，载流子电场迁移率，开关态电流等其他参量比较研究，我们能够看出激光晶化能量密度不同，ELA多晶硅薄膜晶体管特性明显也不相同。但是，能量密度对器件影响也有其阈值，当大于某一能量密度之后，改变激光晶化能量密度发现对器件影响不甚显著。为了能够深入研究其中原因，我们采用ATLAS仿真软件来研究不同能量密度对多晶硅薄膜晶体管特性变化关系。为了能够正确拟合多晶硅薄膜晶体管的电学特性，首先要有合适的仿真模型。由于多晶硅本身的物理特性，存在大量的晶粒间界并且同时能带间存在的缺陷和陷阱俘获载流子效应，给多晶硅薄膜晶体管的模型建立带来了很多的困难以及多样复杂性。业界有很多关于多晶硅电学特性的模型，但是不尽相同，没有同一标准模型。特别是泄漏电电流模型，并无完善准确的模型。为此本文中将首先介绍多晶硅薄膜电导模型、迁移率模型和离散型晶界模型以及漏电模型，并提出相关的正确模型，并通过仿真来验证我们所用模型的正确性。在确定了上述模型基础上，通过仿真对ELA多晶硅薄膜晶体管的特性曲线进行拟合，提取确定不同能量密度下多晶硅薄膜晶体管特性变化规律，研究变化规律对多晶硅薄膜晶体管特性的影响原因，从而确定最优的工艺条件。