薄膜晶体管中的移动性高估现象：器件几何结构与边缘电流的影响

《ACS Nano》：Mobility Overestimation in Thin-Film Transistors: Effects of Device Geometry and Fringe Currents

氧化物薄膜晶体管（oxide TFTs）具有低温加工、高载流子迁移率和超低截止电流等优势，已在现代平板显示背板技术中应用，但其可靠性受门偏压应力影响显著。本研究发现现有文献普遍采用错误的场效应迁移率（FEM）评估方法导致迁移率被高估，通过实验与TCAD模拟结合提出修正方法，推导出基于保角映射的简化解析式并验证其有效性，为材料筛选和工艺优化提供客观标准。

　　

基于非晶氧化物半导体的薄膜晶体管（氧化物TFT）首次在2004年得到展示。这类器件具有诸多优势，包括低温加工、高载流子迁移率以及极低的关断电流。因此，氧化物TFT已被广泛应用于现代平板显示器的背板技术中。此外，其极低的关断电流特性在下一代DRAM应用中引起了广泛关注。然而，器件的可靠性仍是一个关键挑战。特别是栅极偏压应力不稳定性（如负偏压温度应力和正偏压温度应力）严重阻碍了高迁移率氧化物TFT技术超越低温多晶硅（LTPS）技术的进步。因此，对场效应迁移率（FEM）和偏压稳定性的评估对于氧化物TFT至关重要。在寻找替代LTPS的材料时，FEM的绝对值尤为重要。在此背景下，我们最近发现许多已发表的研究中广泛使用了不正确的FEM评估方法。这些错误导致FEM值被高估，从而可能影响对材料和制造工艺的客观比较。本研究通过实验数据和仿真分析模型，清晰地展示了FEM高估的现象及其原因。具体而言，我们基于共形映射推导出了一个简洁的解析表达式，并通过TCAD仿真和实测结果对其进行了验证。这种双管齐下的方法为识别和纠正迁移率高估问题提供了通用框架。本研究强调了在该领域内识别并解决迁移率高估问题的重要性，并指出应采用所提出的FEM评估方法以实现更客观、更可靠的比较。