非晶铟锌氧化物薄膜晶体管的低频噪声特性与分析

刘远; 吴为敬; 李斌; 恩云飞; 王磊; 刘玉荣

doi:10.7498/aps.63.098503

摘要

本文针对底栅结构非晶铟锌氧化物薄膜晶体管的低频噪声特性开展实验与理论研究. 由实验结果可知：受铟锌氧化物与二氧化硅界面处缺陷态俘获与释放载流子效应的影响，器件沟道电流噪声功率谱密度随频率的变化遵循1/fγ（γ ≈ 0.75）的变化规律；此外，器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度与沟道宽度的增加而减小，证明器件低频噪声来源于沟道的闪烁噪声，可忽略源漏结接触及寄生电阻对器件低频噪声的影响. 最后，基于载流子数涨落及迁移率涨落模型，提取γ 因子与平均Hooge因子，为评价材料及器件特性奠定基础.

关键词:

Abstract

Properties of low-frequency noise in the amorphous InZnO thin film transistors have been investigated in this paper. Due to the emission and trapping processes of carriers between trapping states located in the interface between the IZO layer and gate insulator, the drain current spectral density shows a 1/fγ(γ =0.75) low-frequency noise behavior. In addition, the normalized drain current spectral density is decreased linearly with the increase of gate length and width. This property confirms that the low-frequency noise in the IZO TFTs is due to the flicker noise in the channel, the contribution of source/drain contact and parasitic resistances can be ignored. Finally, based on the number fluctuation theory and the mobility fluctuation theory, the γ and average Hooge's parameters have been extracted to estimate the quality of devices and materials.

Keywords:

作者及机构信息

1.
工业和信息化部电子第五研究所, 电子元器件可靠性物理及其应用技术国家重点实验室, 广州 510610;

2.
华南理工大学, 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640;

3.
华南理工大学, 电子与信息学院, 广州 510640

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：61204112，61204089，61306099）、中国博士后科学基金（批准号：2012M521628）和中央高校基本科研业务费（批准号：2012ZM0003）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Science and Technology on Reliability Physics and Application of Electronic Component Laboratory, CEPREI, Guangzhou 510610, China;

2.
State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;

3.
School of Electronic and Information Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61204112, 61204089, 61306099), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No.2012M521628), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (Grant No. 2012ZM0003).

参考文献

[1]	Lan L, Xiong N, Xiao P, Li M, Xu H, Yao R, Wen S, Peng J 2013 Appl. Phys Lett. 102 242102
[2]	Zhang G M, Guo L Q, Zhao K S, Yan Z H 2013 Acta Phys. Sin. 62 137201 (in Chinese)[张耕铭, 郭立强, 赵孔胜, 颜钟惠 2013 物理学报 62 137201]
[3]	Huang Y C, Liu D F, Liang J S, Gong H M 2005 Acta Phys. Sin. 54 2261 (in Chinese)[黄杨程, 刘大福, 梁晋穗等 2005 物理学报 54 2261]
[4]	Fung T C, Baek G, Kanicki J 2010 J. Appl. Phys. 108 074518
[5]	Kim S, Jeon Y, Lee J H, Ahn B D, Park S Y, Park J H, Kim J H, Park J, Kim D M, Kim D H 2010 IEEE Electron Device Lett. 31 1236
[6]	Lee J M, Cheong W S, Hwang C S, Cho I T, Kwon H I, Lee J H 2009 IEEE Electron Device Lett. 30 505
[7]	Choi H S, Jeon S, Kim H, Shin J, Kim C, Chung U I 2011 IEEE Electron Device Lett. 32 1083
[8]	9812B noise analyzer user's manual. 2008 (ProPlus Design Solutions, Inc.)
[9]	Vandamme L K J, Hooge 2008 IEEE Trans. Electron Device 55 3070
[10]	Dimitriadis C A, Brini J, Lee J I, Farmakis F V, Kamarinos 1999 J. Appl. Phys. 85 3934
[11]	Hooge F N 1994 IEEE Trans. Electron Device 41 1926
[12]	Rigaud D, Valenza M, Rhayem J 2002 IEE Proc. Circuits Devices Syst. 149 75
[13]	Ghibaudo G, Roux O, Nguyen-Duc C, Balestra F, Brini J 1991 Phys. Status Solidi A 124 571
[14]	Ioannidis E G, Tsormpatzoglou A, Tassis D H, Dimitriadis, Templier F, Kamarinos G 2010 J. Appl. Phys. 108 106103
[15]	Vandamme L K J, Hooge F N 2008 IEEE Trans. Electron Device 55 3070
[16]	Mercha A, Pichon L, Carin R, Mourgues K, Bonnaud O 2001 Thin Solid Films 383 303
[17]	Rhayem J, Rigaud D, Valenza M, Szydlo, Lebrun H 2000 J. Appl. Phys. 87 1983
[18]	Vandamme L K J, Feyaerts R, Trefan G, Detcheverry C 2002 J. Appl. Phys. 91 719

施引文献

[1]	Lan L, Xiong N, Xiao P, Li M, Xu H, Yao R, Wen S, Peng J 2013 Appl. Phys Lett. 102 242102
[2]	Zhang G M, Guo L Q, Zhao K S, Yan Z H 2013 Acta Phys. Sin. 62 137201 (in Chinese)[张耕铭, 郭立强, 赵孔胜, 颜钟惠 2013 物理学报 62 137201]
[3]	Huang Y C, Liu D F, Liang J S, Gong H M 2005 Acta Phys. Sin. 54 2261 (in Chinese)[黄杨程, 刘大福, 梁晋穗等 2005 物理学报 54 2261]
[4]	Fung T C, Baek G, Kanicki J 2010 J. Appl. Phys. 108 074518
[5]	Kim S, Jeon Y, Lee J H, Ahn B D, Park S Y, Park J H, Kim J H, Park J, Kim D M, Kim D H 2010 IEEE Electron Device Lett. 31 1236
[6]	Lee J M, Cheong W S, Hwang C S, Cho I T, Kwon H I, Lee J H 2009 IEEE Electron Device Lett. 30 505
[7]	Choi H S, Jeon S, Kim H, Shin J, Kim C, Chung U I 2011 IEEE Electron Device Lett. 32 1083
[8]	9812B noise analyzer user's manual. 2008 (ProPlus Design Solutions, Inc.)
[9]	Vandamme L K J, Hooge 2008 IEEE Trans. Electron Device 55 3070
[10]	Dimitriadis C A, Brini J, Lee J I, Farmakis F V, Kamarinos 1999 J. Appl. Phys. 85 3934
[11]	Hooge F N 1994 IEEE Trans. Electron Device 41 1926
[12]	Rigaud D, Valenza M, Rhayem J 2002 IEE Proc. Circuits Devices Syst. 149 75
[13]	Ghibaudo G, Roux O, Nguyen-Duc C, Balestra F, Brini J 1991 Phys. Status Solidi A 124 571
[14]	Ioannidis E G, Tsormpatzoglou A, Tassis D H, Dimitriadis, Templier F, Kamarinos G 2010 J. Appl. Phys. 108 106103
[15]	Vandamme L K J, Hooge F N 2008 IEEE Trans. Electron Device 55 3070
[16]	Mercha A, Pichon L, Carin R, Mourgues K, Bonnaud O 2001 Thin Solid Films 383 303
[17]	Rhayem J, Rigaud D, Valenza M, Szydlo, Lebrun H 2000 J. Appl. Phys. 87 1983
[18]	Vandamme L K J, Feyaerts R, Trefan G, Detcheverry C 2002 J. Appl. Phys. 91 719

[1]	吕玲, 邢木涵, 薛博瑞, 曹艳荣, 胡培培, 郑雪峰, 马晓华, 郝跃. 重离子辐射对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管低频噪声特性的影响. 物理学报, 2024, 73(3): 036103. doi: 10.7498/aps.73.20221360
[2]	赵泽贤, 徐萌, 彭聪, 张涵, 陈龙龙, 张建华, 李喜峰. 喷墨打印高迁移率铟锌锡氧化物薄膜晶体管. 物理学报, 2024, 73(12): 128501. doi: 10.7498/aps.73.20240361
[3]	徐华, 刘京栋, 蔡炜, 李民, 徐苗, 陶洪, 邹建华, 彭俊彪. N ₂O处理对背沟刻蚀金属氧化物薄膜晶体管性能的影响. 物理学报, 2022, 71(5): 058503. doi: 10.7498/aps.71.20211350
[4]	朱宇博, 徐华, 李民, 徐苗, 彭俊彪. 镨掺杂铟镓氧化物薄膜晶体管的低频噪声特性分析. 物理学报, 2021, 70(16): 168501. doi: 10.7498/aps.70.20210368
[5]	刘贤哲, 张旭, 陶洪, 黄健朗, 黄江夏, 陈艺涛, 袁炜健, 姚日晖, 宁洪龙, 彭俊彪. 溶胶-凝胶法制备氧化锡基薄膜及薄膜晶体管的研究进展. 物理学报, 2020, 69(22): 228102. doi: 10.7498/aps.69.20200653
[6]	王党会, 许天旱. 蓝紫光发光二极管中的低频产生-复合噪声行为研究. 物理学报, 2019, 68(12): 128104. doi: 10.7498/aps.68.20190189
[7]	覃婷, 黄生祥, 廖聪维, 于天宝, 罗衡, 刘胜, 邓联文. 铟镓锌氧薄膜晶体管的悬浮栅效应研究. 物理学报, 2018, 67(4): 047302. doi: 10.7498/aps.67.20172325
[8]	邵龑, 丁士进. 氢元素对铟镓锌氧化物薄膜晶体管性能的影响. 物理学报, 2018, 67(9): 098502. doi: 10.7498/aps.67.20180074
[9]	刘远, 何红宇, 陈荣盛, 李斌, 恩云飞, 陈义强. 氢化非晶硅薄膜晶体管的低频噪声特性. 物理学报, 2017, 66(23): 237101. doi: 10.7498/aps.66.237101
[10]	兰林锋, 张鹏, 彭俊彪. 氧化物薄膜晶体管研究进展. 物理学报, 2016, 65(12): 128504. doi: 10.7498/aps.65.128504
[11]	王静, 刘远, 刘玉荣, 吴为敬, 罗心月, 刘凯, 李斌, 恩云飞. 铟锌氧化物薄膜晶体管局域态分布的提取方法. 物理学报, 2016, 65(12): 128501. doi: 10.7498/aps.65.128501
[12]	宁洪龙, 胡诗犇, 朱峰, 姚日晖, 徐苗, 邹建华, 陶洪, 徐瑞霞, 徐华, 王磊, 兰林锋, 彭俊彪. 铜-钼源漏电极对非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管性能的改善. 物理学报, 2015, 64(12): 126103. doi: 10.7498/aps.64.126103
[13]	高娅娜, 李喜峰, 张建华. 溶胶凝胶法制备高性能锆铝氧化物作为绝缘层的薄膜晶体管. 物理学报, 2014, 63(11): 118502. doi: 10.7498/aps.63.118502
[14]	徐华, 兰林锋, 李民, 罗东向, 肖鹏, 林振国, 宁洪龙, 彭俊彪. 源漏电极的制备对氧化物薄膜晶体管性能的影响. 物理学报, 2014, 63(3): 038501. doi: 10.7498/aps.63.038501
[15]	李帅帅, 梁朝旭, 王雪霞, 李延辉, 宋淑梅, 辛艳青, 杨田林. 高迁移率非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制备与特性研究. 物理学报, 2013, 62(7): 077302. doi: 10.7498/aps.62.077302
[16]	李喜峰, 信恩龙, 石继锋, 陈龙龙, 李春亚, 张建华. 低温透明非晶IGZO薄膜晶体管的光照稳定性. 物理学报, 2013, 62(10): 108503. doi: 10.7498/aps.62.108503
[17]	陈晓雪, 姚若河. 基于表面势的氢化非晶硅薄膜晶体管直流特性研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237104. doi: 10.7498/aps.61.237104
[18]	强蕾, 姚若河. 非晶硅薄膜晶体管沟道中阈值电压及温度的分布. 物理学报, 2012, 61(8): 087303. doi: 10.7498/aps.61.087303
[19]	赵孔胜, 轩瑞杰, 韩笑, 张耕铭. 基于氧化铟锡的无结低电压薄膜晶体管. 物理学报, 2012, 61(19): 197201. doi: 10.7498/aps.61.197201
[20]	王雄, 才玺坤, 原子健, 朱夏明, 邱东江, 吴惠桢. 氧化锌锡薄膜晶体管的研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037305. doi: 10.7498/aps.60.037305

计量

文章访问数: 6596
PDF下载量: 684
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板