第06章 薄膜晶体管的工作原理PPT演示课件

第6章薄膜晶体管的工作原理,主讲人：王丽娟长春工业大学2013年02月10日,平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社,1,本章主要内容,6.1薄膜晶体管的半导体基础6.2MOS场效应晶体管6.3薄膜晶体管的工作原理6.4薄膜晶体管的直流特性6.5薄膜晶体管的主要参数,2,本征半导体及杂质半导体能带、施主与受主载流子及散射电导现象、迁移率、电导率,6.1TFT的半导体基础,3,本征半导体,本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,6.1TFT的半导体基础,4,本征半导体,可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。,6.1TFT的半导体基础,5,n型半导体和p型半导体,6.1TFT的半导体基础,6,费米能级,6.1TFT的半导体基础,本征半导体，费米能级居于禁带中央；n型半导体，费米能级在禁带中心线之上；p型半导体，费米能级在禁带中心线之下。,7,载流子及散射,运载电荷而引起电流的是导带电子与价带空穴称为载流子。载流子不断受到振动着的原子、杂质和缺陷等不完整性的碰撞，使得它们运动的速度发生无规则的改变，称为散射。,6.1TFT的半导体基础,8,电导现象,R,I,在半导体样品两端加电压，其内部则产生电场。载流子被电场所加速进行漂移运动，在半导体中引起一定电流，这就是电导现象。,6.1TFT的半导体基础,9,电导率,空穴和电子的速度：vp=pE（空穴）vn=nE（电子）空穴和电子的电导率：p=qpp（空穴）n=qnn（电子）,电导率：反映半导体材料导电能力的物理量。它由载流子密度和迁移率来决定。,6.1TFT的半导体基础,10,迁移率,迁移率(cm2/Vs)：不仅反映导电能力的强弱，而且直接决定载流子漂移和扩散运动的快慢。,载流子在电场中的漂移速度：vd=(q)/m*E=E上式表明，载流子的漂移速度与外电场平行，且成比例。比例系数通常称为载流子的迁移率。,6.1TFT的半导体基础,11,小结,1.非晶硅薄膜晶体管2.薄膜晶体管的能带3.主导薄膜晶体管的半导体现象4.影响薄膜晶体管性质参数,弱n型半导体,电导现象,迁移率,费米能级接近禁带中心在禁带中心线之上,6.1TFT的半导体基础,12,n型衬底两个p区SiO2绝缘层金属铝P型导电沟道,6.2MOS场效应晶体管,晶体管双极型晶体管场效应晶体管JFETMOSFETTFT,13,p-MOSFET晶体管垂直方向水平方向,电导器件,栅控器件,6.2MOS场效应晶体管,14,MOS结构相当于一个电容金属与半导体之间加电压在金属与半导体相对的两个表面上就充上等量异号的电荷在金属一侧，分布在一个原子层厚度内在半导体一侧，分布在空间电荷区,6.2MOS场效应晶体管,MIS结构定义,15,6.2MOS场效应晶体管,MIS结构表面电荷的变化,16,当Vs=0，Vd0，电子积累，pn结反偏,电流很小关态,6.2MOS场效应晶体管,MOSFET工作原理,17,当Vs=0，Vd0时：Vg0，空穴反型pn结连在一起，形成导电沟道,电流很大开态,6.2MOS场效应晶体管,MOSFET工作原理,18,MOSFET工作原理小结,1.TFT属于半导体器件中2.MOSFET表现开关作用依靠的电极是3.MOSFET表现电导现象依靠的电极是4.MOSFET导电沟道是5.MOSFET关态作用决定于,MOS场效应晶体管,栅极,源、漏电极,反型层导电,pn结的反偏状态,6.2MOS场效应晶体管,19,6.3薄膜晶体管的工作原理,TFT与MOSFET结构上的差别,20,非晶硅半导体材料的特点,6.3薄膜晶体管的工作原理,21,非晶硅半导体材料的特点,6.3薄膜晶体管的工作原理,22,TFT的工作原理,6.3薄膜晶体管的工作原理,23,输出特性曲线,6.3薄膜晶体管的工作原理,24,线性区,Gradualchannelapproximation,当VDS很小时，漏源之间存在贯穿全沟道的导电的N型沟道。当VDS增加时，栅极与漏极的电位差减少，在接近漏极处，沟道电荷逐渐减少；,6.4薄膜晶体管的直流特性,25,当VDS=Vsat时，在漏极处沟道电荷为零，这时沟道开始夹断；当VDS继续增大，增加的电压将降落到夹断区上，夹断区是已耗尽空穴的空间电荷区，对沟道电流没有贡献。,6.4薄膜晶体管的直流特性,饱和区,26,转移特性曲线,线性区饱和区亚阈值区截止区,6.4薄膜晶体管的直流特性,27,迁移率和阈值电压,6.4薄膜晶体管的直流特性,利用饱和区的漏极电流公式，对转移特性曲线做IDS1/2VGS曲线，对直线段进行拟合，从外推曲线斜率可以提取出迁移率和阈值电压VTH。,28,亚阈值区,6.4薄膜晶体管的直流特性,(V/dec),亚阈值斜率（S）可以从对数坐标下的转移特性曲线中提取。在对数坐标下，对亚阈值区进行直线拟合，拟合的直线斜率为B，亚阈值斜率S为直线斜率的倒数,S,29,参数小结,迁移率，从IDS1/2对VGS图提取;阈值电压VTH，从IDS1/2对VGS图