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本文对于P型准分子激光结晶(Excimer Laser Annealing,ELA)多晶硅薄膜晶体管(Thin Filml Transistor,TFT)和非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)沟道的EMMO(Elevated-Metal Metal-Oxide)TFT在直流栅极偏置温度应力下的可靠性进行了系统的研究,总结了退化规律,并提出了相应的退化模型。1.P型ELA多晶硅TFT首先,本文对比了采用不同激光能量密度条件晶化得到的多晶硅薄膜的性质以及多晶硅TFT的特性,得到了优化的能量密度工艺窗口为470 m J/cm2到510 m J/cm2。关于P型ELA多晶硅TFT在直流栅极偏置应力下的可靠性,本文发现在直流栅极负偏置温度(Negative Bias Temperature,NBT)应力下,器件的退化主要表现为转移特性曲线随应力时间增加往Vg负方向漂移。其主要退化机制为:多晶硅和栅氧界面的Si―H键在应力下断开,断键后产生的H与Si Ox发生反应,产生固定正电荷(Si+)。然而器件在直流栅极正偏置温度(Positive Bias Temperature,PBT)应力下呈现较为复杂的两阶段退化,第一阶段退化主要表现为转移曲线往Vg正方向移动,并在亚阈值区出现hump,其主要退化机制为电子通过F-N(Fowler-Nordheim)隧穿注入到栅氧化层内;而第二阶段退化主要表现为转移曲线漂移方向变成Vg负方向,退化主要是由栅氧化层中可移动H+在界面积累和固定Si+正电荷的产生所共同引起的。2.EMMO a-IGZO TFT本文发现EMMO a-IGZO TFT在PBT应力下呈现一种反常的退化规律。随着应力时间增加,器件的转移特性曲线往Vg负方向漂移。短应力时间内曲线的亚阈值区没有变化,但是当达到一定的应力时间后亚阈值区出现了hump现象。对于相同L不同W的器件,hump几乎发生在相同的电流水平;对于相同W不同L的器件,短沟道器件在PBT应力下的hump现象更为显著。本文认为是由于正电荷在背沟道处被俘获导致了转移特性曲线的负漂;hump是由W方向的边缘寄生晶体管引入的,因此hump电流大小与W无关;在短沟道器件中,由于源/漏区域中高浓度的氧空位横向扩散的影响,其在PBT应力下表现出的hump现象更为显著。