專利名稱：薄膜晶體管的電學(xué)性能模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算薄膜晶體管(TFT)材料電學(xué)性能的方法與設(shè)備。
考慮到生產(chǎn)薄膜晶體管的制作工藝復(fù)雜性和高成本，迫切希望利用數(shù)學(xué)模擬，通常也稱為模型，來從事這類晶體管的設(shè)計(jì)和性能計(jì)算，盡管不一定是絕對必要的。模型的關(guān)鍵是能精確地計(jì)算薄膜晶體管材料的電學(xué)性能。因此在此以前，已經(jīng)耗費(fèi)了大量人力來開發(fā)計(jì)算這類晶體管性能的方法。這類方法通常以計(jì)算機(jī)程序具體實(shí)施，并作為通用的商品化產(chǎn)品，由開發(fā)者或其代理商出售給薄膜晶體管以及包含此類晶體管的其它半導(dǎo)體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)廠。
已知的計(jì)算薄膜晶體管材料電學(xué)性能的方法缺點(diǎn)很多，其通病是執(zhí)行速度較慢(1～2個星期數(shù)量級)且計(jì)算結(jié)果與真實(shí)性能的偏差大。某些已知方法要求對樣品進(jìn)行破壞性測試。本發(fā)明的目的正是為了克服上述種種缺點(diǎn)。
薄膜晶體管多數(shù)用多晶硅制作，它與其它材料制作的晶體管一樣由晶界分開的晶格區(qū)(晶粒)組成，典型的尺寸為100～幾千個。在晶界會出現(xiàn)高密度懸掛鍵。懸掛鍵具有變化的電子能級，因此它產(chǎn)生的能態(tài)全部在能隙上面。此外，由于晶格位能隨機(jī)波動的緣故，也會出現(xiàn)其它隙態(tài)。這些無序化誘生的局部態(tài)位于導(dǎo)帶和價帶附近，構(gòu)成所謂帶尾態(tài)。在多晶硅中，帶尾態(tài)可能與非均勻應(yīng)力場有關(guān)，可分布在晶粒容積上。由于態(tài)密度(DOS)在空間上是非均勻的，因而多晶硅的物理模型十分復(fù)雜。


圖1表示n溝多晶TFT的兩種典型的轉(zhuǎn)移曲線，它的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。第一種情形表示漏源電壓VDS為低壓(0.1V)時；第二種情形表示VDS為高壓(5.1V)時。對這兩種情形，當(dāng)柵電壓VGS很小且為正值時，由VDS產(chǎn)生的，在漏與源間流動的電流IDS很小。這要?dú)w咎于未摻雜有源層的高阻抗特性。隨著VGS的增加，在氧化物-半導(dǎo)體界面附近產(chǎn)生感應(yīng)電荷，在漏與源間形成一條稱為溝道的導(dǎo)電路徑，從而使IDS增加幾個數(shù)量級。然而，與單晶同類晶體管相比，這類器件的電學(xué)性能具有較低的表面遷移率和較高的表觀閾值電壓。這要?dú)w咎于能隙中連續(xù)態(tài)(即DOS)的存在。
幾種采用逆向模型技術(shù)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品商品化已有多年。很多設(shè)計(jì)與研究小組在采用分布缺陷近似的同時使用了這些程序。在有效DOS均勻地分布在晶粒區(qū)的前提下，此近似可用來描述多晶硅TFT的DOS在空間的局部分布。因此該方法也稱為有效媒介法，即將有效DOS看作是均勻地分布在整個多晶硅有源層厚度內(nèi)。這些方法是費(fèi)時的，要占用幾個小時至幾個星期的計(jì)算時間，還存在諸如平帶電壓和費(fèi)米能之類的未知參數(shù)引起的不確定性。
所謂場效應(yīng)法因其簡明而十分流行。它的缺點(diǎn)與有效媒介法相似，還存在某些嚴(yán)重的不足，如假設(shè)半無限有源層厚度且未考慮界面態(tài)。它有多種不精確性的來源，尤其是，平帶電壓(Vfb)、體費(fèi)米能(Ef)、以及平帶電壓下總電導(dǎo)(Go)中電子電導(dǎo)(Gno)與空穴電導(dǎo)(Gpo)都是未知數(shù)。這會導(dǎo)致DOS函數(shù)在能量軸上不正確的定位。還要假設(shè)費(fèi)米函數(shù)的0°K近似，它會過高地估算DOS。不僅如此，使用表面電場(Fs)平方的二階導(dǎo)數(shù)增加了噪聲，進(jìn)一步增加了臨近帶隙中部的不精確性，觀察到的振蕩幅度超過了一個數(shù)量級。
又一種方法是溫度法，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)是溫度的函數(shù)的原理。該方法可用來估算平帶電壓、費(fèi)米能、電子電導(dǎo)(Gno)與空穴電導(dǎo)(Gpo)。然而，初始數(shù)據(jù)采集和分析兩個過程較繁復(fù)。尤其是，為了獲得輸入數(shù)據(jù)，要求將樣品安置在低溫恒溫器中。由于費(fèi)米函數(shù)與溫度有關(guān)，仍需假設(shè)0°K近似并使用表面電場(Fs)平方的二階導(dǎo)數(shù)，不確定性依然存在。
隨著薄有源層(＜100nm)使用的日益普及，界面態(tài)的影響更加顯著。因此，有人提出力求能確定界面DOS和體DOS兩個參數(shù)；但是這類提議既未解決確定平帶電壓和費(fèi)米能的問題，也未消除因0°K近似和表面電場(Fs)平方的二階導(dǎo)數(shù)帶來的不確定性。
在此背景上，本發(fā)明一方面提供一種自動化計(jì)算方法，即通過電流-電壓測量和電容電壓測量來計(jì)算薄膜晶體管的體態(tài)信息和表面態(tài)信息，其計(jì)算步驟包括由輸入電容-電壓測量計(jì)算平帶電壓；將高斯定律的基本表達(dá)式和計(jì)算得的平帶電壓應(yīng)用于定義電容的電容-電壓關(guān)系式，由此來計(jì)算柵表面電位與柵/源電壓間的關(guān)系式；
將高斯定律應(yīng)用于計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓的關(guān)系式，由此計(jì)算并輸出界面態(tài)；從電流-電壓測量以及計(jì)算得的平帶電壓計(jì)算電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)；進(jìn)行初始化過程，其中使用了計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)以及計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間的關(guān)系式，該初始化過程使用電導(dǎo)方程并由此計(jì)算平帶電壓處電子電導(dǎo)的初值、平帶電壓處空穴電導(dǎo)的初值、態(tài)密度函數(shù)初值以及費(fèi)米能的初值。
進(jìn)行迭代過程，迭代過程求解泊松方程，并使用了初始化過程計(jì)算得的各項(xiàng)初值以及計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)，由此計(jì)算并輸出體態(tài)信息。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于薄膜晶體管的電學(xué)性能模型的設(shè)備，該設(shè)備包括接收電流-電壓測量結(jié)果與電容-電壓測量結(jié)果的裝置，這兩種測量已在薄膜晶體管上完成；從輸入電容-電壓測量計(jì)算平帶電壓的裝置；存儲高斯定律基本表達(dá)式的裝置；存儲定義電容的電容電壓關(guān)系式的裝置；將高斯定律基本表達(dá)式和計(jì)算得的平帶電壓應(yīng)用于定義了電容的電容電壓關(guān)系式，由此計(jì)算柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式的裝置；將高斯定律應(yīng)用于計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式，由此計(jì)算并輸出薄膜晶體管界面態(tài)信息的裝置；從電流-電壓測量并使用計(jì)算得的平帶電壓計(jì)算電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)的裝置；存儲電導(dǎo)方程的裝置；進(jìn)行初始化過程的初始化裝置，其中使用了計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)以及計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間的關(guān)系式，它求解電導(dǎo)方程并由此計(jì)算平帶電壓處電子電導(dǎo)初值、平帶電壓處空穴電導(dǎo)初值、態(tài)密度函數(shù)初值、以及費(fèi)米能初值；存儲泊松方程的裝置；使用初始化裝置計(jì)算得的所述各項(xiàng)初值和計(jì)算得的電導(dǎo)/柵壓數(shù)據(jù)，根據(jù)泊松方程進(jìn)行迭代過程，由此計(jì)算并輸出薄膜晶體管的體態(tài)信息的裝置。
這樣本發(fā)明就提供了一種方法與設(shè)備，可根據(jù)I-V與V-C特性的分析，精確地確定TFT中界面態(tài)密度和體態(tài)密度。本發(fā)明能消除傳統(tǒng)方法中存在的各種不精確性來源。與本領(lǐng)域的其它方法比較，本發(fā)明能確定平帶電壓(Vfb)、電子與空穴平帶電導(dǎo)(Gno、Gpo)，從而能確定體費(fèi)米能(EF)。了解這些參數(shù)不僅對確定體DOS與界面DOS十分重要，而且作為一個工藝表征工具，在維護(hù)自己的權(quán)利上也起著重要的作用。本發(fā)明的方法直接從泊松方程提取DOS函數(shù)(NE)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括對原始數(shù)據(jù)有較高的抗擾性；使用完整的費(fèi)米函數(shù)(在0°K近似)；薄有源層的可使用性。確定DOS的精確度大大高于先前的各種方法。此外，本方法在確定體DOS的同時，也確定了界面態(tài)密度。該信息對器件設(shè)計(jì)和工藝表征都是十分重要的。最后，提取十分快捷。本發(fā)明的方法若用常規(guī)的Pentium PC實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生15點(diǎn)DOS譜僅需短至10分鐘時間。
下面參照附圖，通過進(jìn)一步的例子更詳盡地介紹本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖1是n溝多硅TFT IDS對VDS的轉(zhuǎn)移特性曲線；圖2表示典型TFT結(jié)構(gòu)；圖3是n溝TFT的溝道垂直方向能帶圖；圖4是闡明本發(fā)明方法實(shí)施方案工藝步驟的流程圖；圖5表示兩條模擬后的C-V曲線；圖6表示兩組V-ψ數(shù)據(jù)集間的對比；圖7表示各種方法得到的體DOS；圖8表示各種界面態(tài)的對比；圖9表示一條實(shí)驗(yàn)C-V曲線；圖10表示提取后的體DOS；圖11表示輸入以及提取后的界面態(tài)；圖12表示兩條I-V曲線間的對比；圖13列出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方案的處理方法中使用的方程。
根據(jù)本發(fā)明的方法，從室溫下兩個簡單的I-V與C-V測量，就能計(jì)算TFT材料的體態(tài)和界面態(tài)。這種方法的流程圖示于圖4。兩個輸入示于高水平線的上方，而兩個輸出示于低水平線的下方。自動化處理步驟示于兩條水平線之間，公式(1)等請參考圖13列出的各自方程。從圖4可以理解，界面態(tài)是從C-V數(shù)據(jù)確定的，體態(tài)則是根據(jù)初始化階段緊接著迭代階段確定的。體態(tài)的確定很大程度上依賴于I-V輸入數(shù)據(jù)，但也需要從C-V輸入數(shù)據(jù)求得的某些輸入。
圖2闡明一個典型多晶硅TFT的結(jié)構(gòu)，指出了此后參考的結(jié)構(gòu)尺寸。圖3是圖2所示的TFT在溝道垂直方向的能帶圖。圖3闡明能帶的彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的方法利用了高斯定律的基本表達(dá)式。這一高斯定律基本表達(dá)式示于圖13中公式(1)。在公式(1)中，QG是金屬柵上電荷，Cox是每單位面積氧化層電容，Vox是氧化層上電壓降，W是柵寬，y則是平行于溝道的座標(biāo)值。表面電位ψs，通過柵壓，即VGS(t)，依賴于時間，且由于是浮置體，它更明顯地依賴于時間。這就是說，在加上VGS后，表面電位ψs達(dá)到穩(wěn)定值需一定的時間。
假設(shè)在柵極加上頻率足夠低的激勵，將源與漏短路，即VDS＝0，且ψs在溝道長度L上是均勻的，則從公式(1)可求得公式(2)，其中C是柵與連結(jié)在一起的源和漏組合間測得的電容。只要知道平帶電壓VFB，從該式可求得ψS-VGS關(guān)系式。
假設(shè)體DOS N(E)和界面態(tài)密度NSS臨近平帶處可認(rèn)為是常數(shù)，VFB由低頻C-V曲線的最小值給出。這是本發(fā)明實(shí)施方案的一個重要出發(fā)點(diǎn)。
從低頻C-V數(shù)據(jù)求得的VGS-ψS關(guān)系式與電導(dǎo)一柵電壓(G-VGS)數(shù)據(jù)無關(guān)，G-VGS數(shù)據(jù)是從IDS-VGS數(shù)據(jù)簡單地以I-V測量中使用的低壓VDS值除以IDS求得的。G-VGS數(shù)據(jù)提供必要的附加關(guān)系式，以便將表面態(tài)從體態(tài)中分離出來。
公式(1)可重寫成公式(3)，其中QSS是表面電荷、PB是體電荷、εS是硅的介電常數(shù)。由于VGS-ψS關(guān)系式已從低頻C-V數(shù)據(jù)求得，只要知道體電荷就能求得表面電荷。為了得到體電荷，必須計(jì)算ψ(x)分布。
注意，ψ(x)分布可以從泊松方程求得，其中x是垂直于溝道的座標(biāo)值(見圖3)、x＝0表示在柵-半導(dǎo)體氧化物的界面；泊松方程由圖13中公式(4)給出，其中f是費(fèi)米函數(shù)且N(E)已分裂成j個能級。
公式(4)可利用松弛算法求解，邊界條件為ψ(0)＝ψS且dψ/dx|x＝d＝0，其中d是有源層厚度。
ψ(x)分布通過實(shí)驗(yàn)值G與計(jì)算值G的對比逐步精確化，G是ψ(x)、有源層厚度d、以及平帶處電子電導(dǎo)Gno與空穴電導(dǎo)Gpo的函數(shù)。圖13的公式(5)清楚地說明這一關(guān)系。
方程組公式(3)～(5)是通過迭代過程2求解的。為了啟動該過程，使用公式(6)。請注意，公式(6)僅僅是該方程的一個例子，用來指明表面電位(ψS)、平帶處態(tài)密度DOS(NE)、進(jìn)入有源層厚度的距離(x)和有源層厚度d的函數(shù)關(guān)系。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易推導(dǎo)出其它適用的方程。在公式(6)中ψS很小。
利用最小二乘擬合法，公式(6)與公式(5)一起，以及在平帶電壓VFB處從G-V數(shù)據(jù)求得的相應(yīng)的電導(dǎo)G給出Gno、Gpo、EF和NE。后兩個值用于公式(4)來啟動迭代過程。
圖4描述的過程闡明了這一方法，即從電流-電壓測量以及電容-電壓測量來確定多晶硅薄膜晶體管的體態(tài)和界面態(tài)，其中電流-電壓測量是源/漏電流(IDS)相對于柵/源電壓(VGS)測量的，測量步驟包括a.確定電容-電壓測量的最小值并將該值賦予平帶電壓(Vfb)；b.用平帶電壓(Vfb)和電容-電壓測量來計(jì)算柵表面電位(ψS)與柵/源電壓(VGS)間的關(guān)系式，其中利用了下列關(guān)系式柵電荷(QG)等于每單位面積氧化物電容(Cox)與氧化層上電壓降(Vox)乘積的積分；柵表面電位(ψS)對柵/源電壓(VGS)的導(dǎo)數(shù)是柵寬度(W)、溝道長度(L)、柵與電連接在一起的漏/源接觸間測量得的電容(C)的函數(shù)；c.計(jì)算并輸出界面態(tài)信息，其中利用了柵表面電位(ψS)與柵/源電壓(VGS)間計(jì)算得的關(guān)系式、柵電荷(QG)等于單位面積氧化物電容(Cox)與氧化物上電壓降(Vox)乘積的積分的關(guān)系式、柵電荷(QG)等于表面電荷(QSS)與體電荷(QB)之和的關(guān)系式，上式中體電荷(QB)是硅介電常數(shù)(εS)與表面電場(FS)的乘積，而表面電場(FS)是計(jì)算得的表面電位分布的導(dǎo)數(shù)；d.以漏/源電壓(VDS)除以源/漏電流(IDS)來獲得電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)(G-VGS)；e.用電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)(G-VGS)以及平帶電壓(Vfb)向初始化過程和迭代過程提供輸入，初始化過程也將計(jì)算得的柵表面電位(ψS)與柵/源電壓(VGS)間關(guān)系式作為輸入；f.初始化過程包括下列各步驟1)從電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)(G-VGS)計(jì)算平帶電壓(Vfb)處的電導(dǎo)(G{Vfb})；2)利用泊松方程進(jìn)行表面電位分布(ψx)的初始化計(jì)算，其中使用了費(fèi)米函數(shù)(f)且其態(tài)密度(NE)已分離成多個分裂的能級，其中還使用了計(jì)算得的平帶電壓(Vfb)處的電導(dǎo)(G{Vfb})以及計(jì)算得的柵表面電位(ψS)與柵/源電壓(VGS)間的關(guān)系式，后者是基于柵表面電位(ψS)的變量、態(tài)密度(NE)、以及有源層厚度(d)的表面電位分布(ψx)的函數(shù)；3)將最小二乘擬合法應(yīng)用于表面電位分布(ψx)的初始化計(jì)算，由此計(jì)算平帶電壓處的電子電導(dǎo)(Gno)初值、平帶電壓處的空穴電導(dǎo)(Gpo)初值、態(tài)密度(NE)初值、以及費(fèi)米能(EF)初值；g.迭代過程包括下列各步驟1)使用計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)(G-VGS)以及平帶電壓處電子電導(dǎo)(Gno)初值和平帶電壓處空穴電導(dǎo)(Gpo)初值，對實(shí)驗(yàn)電導(dǎo)值與計(jì)算得的電導(dǎo)值進(jìn)行比較，其中計(jì)算值是平帶電壓處電子電導(dǎo)(Gno)函數(shù)值與平帶電壓處空穴電導(dǎo)(Gpo)函數(shù)值之和；2)利用比較結(jié)果計(jì)算電子電導(dǎo)(Gpo)、空穴電導(dǎo)(Gpo)、平帶電壓處態(tài)密度(NE)、以及費(fèi)米能(EF)；3)利用比較結(jié)果調(diào)整表面電位分布(ψx)；4)使用調(diào)整后的表面電位分布(ψx)、以及平帶電壓處態(tài)密度(NE)初值和費(fèi)米能(EF)初值的結(jié)果，利用泊松方程計(jì)算表面電位分布(ψx)，其中使用了費(fèi)米函數(shù)(f)且其中態(tài)密度(NE)已分離為多個分裂的能級；5)采用松弛算法，加上邊界條件ψ(0)＝ψS且dψ/dx|x＝d＝0，其中d是有源層厚度，用來計(jì)算表面電位分布(ψx)值；6)多次重復(fù)迭代過程1～5各步驟；h.迭代過程的最后結(jié)果是輸出體態(tài)信息。
圖5表示模擬的C-V曲線，實(shí)線有界面態(tài)，虛線沒有界面態(tài)。最小值分別發(fā)生在0.9V與0V，對應(yīng)于平帶電壓。
圖6表示從圖5 C-V數(shù)據(jù)推得的VGs-ψS數(shù)據(jù)(實(shí)線有界面態(tài)，虛線沒有界面態(tài))的對比。VGs-ψS數(shù)據(jù)是直接從模擬數(shù)據(jù)(十字形)提取的。費(fèi)米能出現(xiàn)在0.10eV處，如點(diǎn)線所示。提取VGS-ψX中使用的平帶電壓是圖5的那些值。
圖7表示場效應(yīng)電導(dǎo)法得到的體DOS(實(shí)線有界面態(tài)，虛線沒有界面態(tài))與新方法得到的體DOS(點(diǎn)線)的對比。實(shí)際DOS用十字形表示。導(dǎo)帶Ec為0.56eV。
圖8表示提取后的界面態(tài)(實(shí)線)與輸入界面態(tài)(點(diǎn)線)的對比。導(dǎo)帶Ec為0.56eV。
圖9表示n型器件的實(shí)驗(yàn)C-V曲線，Cox用點(diǎn)線表示。
圖10表示提取后的n型器件體DOS。
圖11表示提取后的n型器件界面態(tài)(實(shí)線)。模擬用的輸入界面態(tài)用點(diǎn)線表示。
圖12表示n型器件的實(shí)驗(yàn)(圓圈)與模擬后(實(shí)線)I-V曲線的對比。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括1)僅要求室溫下I-V與C-V兩個簡單的測量(未使用低溫恒溫器，未對樣品進(jìn)行破壞性測試)。
2)能確定平帶電壓。
3)能確定電子與空穴平帶電導(dǎo)，從而能確定體費(fèi)米能。
4)對原始數(shù)據(jù)有較高的抗擾度(與涉及的二階導(dǎo)數(shù)沒有直接關(guān)系)。
5)無0°K近似。
6)薄有源層的可使用性(未假設(shè)樣品的半無窮厚度)。
7)對DOS的確定達(dá)到極高的精度。
8)該方法能獲得界面態(tài)密度。
9)參數(shù)提取十分快捷。
權(quán)利要求
1.一種自動化計(jì)算方法，它根據(jù)電流-電壓測量和電容-電壓測量來計(jì)算薄膜晶體管的體態(tài)信息和界面態(tài)信息，其計(jì)算步驟包括由輸入電容-電壓測量計(jì)算平帶電壓；將高斯定律的基本表達(dá)式和計(jì)算得的平帶電壓應(yīng)用于定義電容的電容-電壓關(guān)系式，由此來計(jì)算柵表面電位與柵/源電壓間的關(guān)系式；將高斯定律應(yīng)用于計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓的關(guān)系式，由此計(jì)算并輸出界面態(tài)；從電流-電壓測量以及計(jì)算得的平帶電壓計(jì)算電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)；進(jìn)行初始化過程，其中使用了計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)以及計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間的關(guān)系式，該初始化過程利用電導(dǎo)方程并由此計(jì)算平帶電壓處電子電導(dǎo)的初值、平帶電壓處空穴電導(dǎo)的初值、態(tài)密度函數(shù)初值以及費(fèi)米能的初值；使用所述初始化過程計(jì)算得的各項(xiàng)初值以及計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)泊松方程進(jìn)行迭代過程，由此計(jì)算并輸出體態(tài)信息。
2.權(quán)利要求1的方法，其中初始化過程包括下列各步驟從電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)計(jì)算平帶電壓處的電導(dǎo)；用泊松方程進(jìn)行表面電位分布的初始化計(jì)算，其中使用了費(fèi)米函數(shù)且其態(tài)密度已分離成多個分裂的能級，其中還使用了計(jì)算得的平帶電壓處的電導(dǎo)以及計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間的關(guān)系式，后者是基于變量柵表面電位、態(tài)密度、以及有源層厚度的表面電位分布的函數(shù)；將最小二乘擬合法應(yīng)用于表面電位分布的初始化計(jì)算，由此計(jì)算下列參數(shù)的初值平帶電壓處的電子電導(dǎo)、平帶電壓處的空穴電導(dǎo)、態(tài)密度、以及費(fèi)米能。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中迭代過程包括下列各步驟使用計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)以及平帶電壓處電子電導(dǎo)初值和平帶電壓處空穴電導(dǎo)初值，對實(shí)驗(yàn)電導(dǎo)值與計(jì)算得的電導(dǎo)值進(jìn)行比較，其中計(jì)算值是平帶電壓處電子電導(dǎo)函數(shù)值與平帶電壓處空穴電導(dǎo)函數(shù)值之和；利用比較結(jié)果計(jì)算電子電導(dǎo)、空穴電導(dǎo)、平帶電壓處態(tài)密度、以及費(fèi)米能；利用比較結(jié)果調(diào)整表面電位分布；使用調(diào)整后的表面電位分布和平帶電壓處態(tài)密度初值以及費(fèi)米能初值，利用泊松方程計(jì)算表面電位分布，其中使用了費(fèi)米函數(shù)且其中態(tài)密度被分離為多個分裂的能級；采用松弛算法，加上表面電位及其一階導(dǎo)數(shù)的邊界條件，計(jì)算表面電位分布值；將表面電位分布的計(jì)算值應(yīng)用于所述電導(dǎo)的比較，由此重復(fù)迭代過程。
4.一種自動化計(jì)算方法，它根據(jù)電流-電壓測量和電容-電壓測量來計(jì)算薄膜晶體管的體態(tài)信息和界面態(tài)信息，基本上如前面參考附圖中圖4和圖13所述。
5.一種薄膜晶體管電學(xué)性能模型用的設(shè)備，包括接收電流-電壓測量結(jié)果與電容-電壓測量結(jié)果的裝置，這兩種測量已在薄膜晶體管上完成；根據(jù)輸入電容-電壓測量來計(jì)算平帶電壓的裝置；存儲高斯定律基本表達(dá)式的裝置；存儲定義電容的電容電壓關(guān)系式的裝置；將高斯定律基本表達(dá)式和計(jì)算得的平帶電壓應(yīng)用于定義電容的電容電壓關(guān)系式，由此計(jì)算柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式的裝置；將高斯定律應(yīng)用于計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式，由此計(jì)算并輸出薄膜晶體管界面態(tài)信息的裝置；根據(jù)電流-電壓測量，并使用計(jì)算得的平帶電壓來計(jì)算電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)的裝置；存儲電導(dǎo)方程的裝置；進(jìn)行初始化過程的初始化裝置，其中使用了計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)以及計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間的關(guān)系式，它使用電導(dǎo)方程并由此計(jì)算平帶電壓處的電子電導(dǎo)初值、平帶電壓處的空穴電導(dǎo)初值、態(tài)密度函數(shù)初值、以及費(fèi)米能初值；存儲泊松方程的裝置；使用初始化裝置計(jì)算得的所述各項(xiàng)初值和計(jì)算得的電導(dǎo)/柵壓數(shù)據(jù)，基于泊松方程進(jìn)行迭代過程，從而計(jì)算并輸出薄膜晶體管的體態(tài)信息的裝置。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中初始化裝置包括從電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)計(jì)算平帶電壓處電導(dǎo)的裝置；存儲泊松方程表達(dá)式的裝置，該表達(dá)式使用了費(fèi)米函數(shù)且其中態(tài)密度已分離為多個分裂的能級；存儲基于變量柵表面電位、態(tài)密度、有源層中的距離以及有源層厚度的表面電位分布函數(shù)的裝置；表面電位分布初始化計(jì)算的裝置，所述計(jì)算使用泊松方程的所述表式，并使用了計(jì)算得的平帶電壓處的電導(dǎo)以及所述表面電位分布函數(shù)中計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式；將最小二乘擬合法應(yīng)用于表面電位分布初始化計(jì)算的裝置，由此計(jì)算平帶電壓處的電子電導(dǎo)初值、平帶電壓處的空穴電導(dǎo)初值、態(tài)密度初值，以及費(fèi)米能初值。
7.權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的設(shè)備，其中的迭代裝置包括使用計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)以及平帶電壓處的電子電導(dǎo)初值和平帶電壓處的空穴電導(dǎo)初值，對實(shí)驗(yàn)電導(dǎo)值與計(jì)算得的電導(dǎo)值進(jìn)行比較的裝置，其中計(jì)算值是平帶電壓處電子電導(dǎo)函數(shù)值與平帶電壓處空穴電導(dǎo)函數(shù)值之和；利用比較結(jié)果計(jì)算電子電導(dǎo)、空穴電導(dǎo)、平帶電壓處態(tài)密度，以及費(fèi)米能的裝置；利用比較結(jié)果調(diào)整表面電位分布的裝置；使用調(diào)整后的表面電位分布、以及平帶電壓處態(tài)密度初值和費(fèi)米能初值，用泊松方程計(jì)算表面電位分布的裝置，其中使用了費(fèi)米函數(shù)且其中態(tài)密度已分離為多個分裂的能級；采用松弛算法，加上表面電位及其一階導(dǎo)數(shù)的邊界條件，由此計(jì)算表面電位分布值的裝置；將表面電位分布的計(jì)算值應(yīng)用于所述電導(dǎo)的比較，由此重復(fù)迭代過程的裝置。
8.一種用于薄膜晶體電學(xué)性能模型的設(shè)備，基本上如前面參考附圖中圖4和圖13所述。
全文摘要
一種自動化計(jì)算方法與設(shè)備,它根據(jù)電流－電壓測量和電容－電壓測量來計(jì)算薄膜晶體管的體態(tài)信息和界面態(tài)信息,包括下列各步驟:從輸入電容－電壓測量計(jì)算平帶電壓;將高斯定律的基本表達(dá)式和計(jì)算得的平帶電壓應(yīng)用于定義電容的電容電壓關(guān)系式,由此計(jì)算柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式;將高斯定律應(yīng)用于計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式,由此計(jì)算并輸出界面態(tài);使用計(jì)算得的平帶電壓,從電流－電壓測量計(jì)算電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù);進(jìn)行初始化過程,其中使用了計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù)以及計(jì)算得的柵表面電位與柵/源電壓間關(guān)系式,所述初始化過程使用電導(dǎo)方程并由此計(jì)算平帶電壓處電子電導(dǎo)初值、平帶電壓處空穴電導(dǎo)初值、態(tài)密度函數(shù)初值,以及費(fèi)米能初值;并使用所述初始化過程計(jì)算得的各項(xiàng)初值以及計(jì)算得的電導(dǎo)/柵電壓數(shù)據(jù),根據(jù)泊松方程進(jìn)行迭代過程,由此計(jì)算并輸出體態(tài)信息。
文檔編號H01L29/786GK1327564SQ0080166
公開日2001年12月19日 申請日期2000年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月15日
發(fā)明者B·盧伊, P·米格利奧拉托 申請人:精工愛普生株式會社