مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت

مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت

مدارهای ترانزیستور لایه- نازک سریع برمبنای نیمه رسانایی اکسید بی‌ریخت

 چکیده

اسیلاتورهای حلقه‌ای پنج‌ مرحله‌ای (ROs) تشکیل شده از کانال بی‌ریخت In/Ga/Zn/O (a-IGZO)  ترانزیستورهای لایه- نازک (TFTs) با طول کانال ۱۰ میکرومتر بر روی یک زیرلایه شیشه‌ای ساخته شد. لایه a-IGZO بوسیله روش الکترون پاشی مگنترون RF بر روی زیر لایه گرم نشده ته نشست گردید. RO دارای عملکرد۴۱۰ کیلوهرتز (تاخیر انتشار ۰٫۲۴ میکروثانیه/مرحله) و یک ولتاژ +۱۸ V می‌باشد. این نمونه سریعترین مدار مجتمع بر مبنای اکسید – نیمه رسانا کانال TFTs بشمار می‌آید  که با استفاده از سیلیکون بی‌ریخت هیدروژنیزه متعارف TFTs و TFTs ارگانیک، از عملکردی سریعتری در مقایسه با ROs برخوردار می‌باشد.

کلمات کلیدی: نیمه رساناهای بی‌ریخت، نیمه رساناهای اکسید، اسیلاتورهای رینگ، الکترون پاشی، ترانزیستورهای لایه‌ای- نازک (TFTs).

مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت

۱٫ مقدمه

نیمه‌ رساناهای اکسید بی‌ریخت اخیراً بعنوان کاندیداهای مناسب جهت مواد کانال ترانزیستورهای لایه – نازک دمای پایین با عملکرد بالا (TFTs) مطرح می‌باشند. مواد بی‌ریخت دارای مزیت ذاتی از نقطه نظر یکنواختی بهتر در مقایسه با مواد پلی‌کریستالین یا چندبلورین می‌باشند. نیمه رساناهای اکسید که پهنای رسانایی آنها بطور اولیه متشکل از پیوند S– اروبیتال‌های فلزات مابعدگذار می‌باشند، قابلیت نشان دادن نسبی تحرک‌های حامل بزرگ حتی در فازهای بی‌ریخت بطور مثال(>10 cm². V^-1 . s^-1) را دارا می‌باشند. در حقیقت، برخی از نویسندگان حال حاضرنشان داده‌اند که (In/Ga/Zn/O (a-IGZO بی‌ریخت کانال TFTs، جاییکه لایه‌های نازک a-IGZO بر روی زیر لایه‌های گرم نشده رسوخ می‌کند، تحرک‌های اشباع (µsats)  ۶-۱۲ cm². V^-1.s^-1 را از خود نشان می‌دهند. این مقادیر بزرگتر از مرتبه بزرگی در مقایسه با سیلیکون بی‌ریخت هیدروژنیزه معمولی (a-Si:H) TFTs می‌باشند. a-IGZO TFTs بر روی لایه‌های پلاستیکی نیز نشان داده شده‌اند.

از نقطه نظر کاربرد  TFTs در مدارهای یا بردهای واقعی، می‌توان اذعان داشت که خصیصه‌های دینامیک TFTs به اهمیت خصیصه‌های dc آنها می‌باشد. در حالیکه گزارشات فزآینده زیادی خصیصه‌های dc عالی کانال اکسید- نیمه رسانای TFTs را تشریح می‌کنند، اطلاعات اندکی در خصوص ویژگی‌های دینامیکی آنها وجود دارد. تاخیر انتشار اسیلاتور رینگ (RO) بعنوان یک معیار پذیرفته شده گسترده مد نظر می‌باشد که بر اساس آن نسبت به تخمین سرعت ترانزیستورهای تاثیر – میدانی (FETs)، که تحت قواعد طراحی خاصی ساخته شده‌اند، اقدام می‌شود. ROها  بر مبنای TFTs با مواد کانال مختلف، شامل a-Si:H، نیمه رساناهای ارگانیک و نیمه رسانای اکسید، گزارش شده‌اند. در این مقاله، ما نسبت به معرفی  a-IGZO TFT ROs اقدام می‌کنیم که دارای تاخیر انتشار بسیار کمتری در مقایسه با هر یک از RO ها می‌باشند، این میزان که در حقیقت کمتر از نصف a-Si:H TFT RO ، یعنی تقریباً یک سوم TFT RO  ارگانیک و تنها ~۲% TFT RO اکسید قبلی می‌باشد. نتایج جاری این نکته را در بر دارند که دیگر مدارهای TFT مجتمع عملی را می‌توان به گونه‌ای طراحی نمود تا آنکه سریعتر عمل نمایند که برای تحصیل این مهم لازم است تا نسبت به بکارگیری  a-IGZO TFTs به جای TFT های متعارف اقدام شود.

مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت

۲٫ روال‌های تجربی

شکل ۱ الف نشان دهنده شماتیک مقطع عرضی اسیلاتور رینگ طراحی شده با استفاده از کانال a-IGZO TFTs   گیت- زیرین تماس – فوقانی می‌باشد. بر این اساس اسیلاتور رینگ را می‌توان بشرح ذیل ساخت. یک صفحه شیشه‌ای (کورنینگ شماره ۱۷۳۷) بعنوان زیرلایه استفاده گردید. یک سه لایهTi (5nm) /Au (40nm)/Ti (5nm) بصورت اشعه الکترونی ته نشست گردیده و بدین وسیله با استفاده از یک تکنیک جهشی الکترودهای گیت شکل گرفتند. یک لایه SiO₂ (100nm) از طریق روش الکترون پاشی مگنترون RF ته نشست گردید. حکاکی مرطوب همراه با HF بافر یا مقاوم سوراخ‌های تماس را بوجود آوردند. یک لایه a-IGZO نیز بوسیله الکترون پاشی مگنترون RF ته نشست گردیده (اندازه هدف: به قطر ۴ اینچ، گاز مخصوص الکترون پاشی: ۳٫۳ vol % O₂، رقیق شده با Ar ، فشار الکترون پاشی: ۰٫۵۳ Pa، قدرت ورودی: ۳۰۰W ) و با استفاده از حکاکی الگوی مد نظر محقق گردید. در نهایت، Ti (5nm) و Au (150nm) تحت روال پرتوی الکترونی ته نشست گردیده و بوسیله تکنیک جهشی جهت تشکیل منبع و الکترودهای تخلیه بار الکتریکی و اتصالات میان لایه‌ای الگو برداری گردید.

…

مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت

۳٫ نتایج و مباحث

شکل ۲(الف) نشان دهنده خصیصه‌های انتقال TFT با W= 40 µm اندازه‌گیری شده در ولتاژ منبع- تخلیه الکتریکی (Vds) +20 V می‌باشد. نسبت جریان ON/OFF، بعنوان نسبت حداکثر- به – حداقل  نسبت جریان منبع – تخلیه الکتریکی (Ids) به میزان               می‌باشد. از آنجایی که  در برابر ولتاژ منبع – گیت منحنی (V_gs) از خط مستقیم انحراف می‌یابد، µsat مرتبط با V_gs می‌باشد. شکل ۲ (ب) نشان دهنده µsat است که از تناسبهای خطی با منحنی V_gs–  منتج می‌شود. بهنگامی که µsat در ۱۸٫۲cm².V^-1.S^-1 به نقطه پیک خود می‌رسد، ولتاژ آستانه بصورت تقریب به میزان +۳٫۷ V خواهد بود. µsat وابسته به – V_gs ممکن است نتیجه حالت‌های دنباله شکل غیر موضعی در حجم لایه a-IGZO و/یا حالت‌های به تله افتادگی میان وجهی باشد.

…

مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت

۴٫ نتیجه‌گیری

ROهای پنج مرحله‌ای شامل کانال a-IGZO TFTs   گیت- زیرین تماس – فوقانی با طول‌های کانال ۱۰ میکرومتر بر روی یک زیرلایه شیشه‌ای ساخته شد. لایه a-IGZO با استفاده از تکنیک الکترون پاشی مگنترون RF بر روی زیر لایه حرارت ندیده ته نشست گردید. کوچکترین تاخیر انتشار به میزان مرحله/ µs 0.24 ثبت گردید. این سیستم سریعترین مدار مجتمع بر مبنای کانال نیمه رسانای – اکسید TFTs می‌باشد که برای اولین بار بطور مستقیم شاهد این موضوع می‌باشیم که TFTهای اکسید در فرکانس عملیاتی، عملکرد برتر a-Si:H TFTs و TFTهای ارگانیک را از خود نشان دادند. نیمه رسانای اکسید بی‌ریخت هم اکنون یک رشته جدید در زمینه کاربردهای مختلف TFTهای دارای دمای پایین را فراروی ما قرار داده است. فرایندی که هرگز با استفاده از مواد نیمه رسانای متعارف دیگر امکان پذیر نبوده است.

مدارهای ترانزیستور لایه نازک نیمه رسانایی اکسید بی ریخت