在随机机械应力作用下，柔性多晶硅薄膜晶体管的电气不稳定性

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Electrical Instability in Flexible Polysilicon Thin-Film Transistors Under Random Mechanical Stress

该研究对比了蓝宝石激光退火（BLDA）与常规 excimer 激光退火（ELA）制备的柔性 LTPS TFT 在随机机械应力下的稳定性差异。通过控制冲击测试（金属球从5cm高度随机跌落30次），发现 BLDA 制备的 TFT 保持优异性能（阈值电压漂移<0.4V，阈值电流漂移<5%），而 ELA 设备性能显著下降（阈值电压漂移3.3V，阈值电流漂移>50%）。COMSOL 模拟显示 BLDA 处理的多晶硅薄膜晶界密度降低40%，有效抑制了 gate insulator 漏电路径形成，机械应变减少成为柔性电子器件的关键优势。

　　

摘要：

本文对比研究了在随机机械应力作用下，采用传统准分子激光退火（ELA）工艺制备的具有表面突起的柔性低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFTs）与采用无突起蓝光激光二极管退火（BLDA）工艺制备的LTPS TFTs的性能。机械应力是通过控制冲击试验施加到TFT阵列表面的，实验中金属球从5厘米的高度通过亚克力导管随机落下。经过30次冲击循环后，采用BLDA工艺制备的TFTs表现出优异的稳定性（温度变化ΔTh = 0.4°C，栅极漏电流变化GS < 5%）；而采用ELA工艺制备的TFTs则存在显著的温度不稳定（ΔTh = 3.3°C）和栅极漏电流变化（GS > 50%）。全面的电学特性分析表明，BLDA工艺制备的TFTs在电学鲁棒性方面优于ELA工艺制备的TFTs，这主要归功于以下两个机制：1）通过Levinson–Proano分析发现，BLDA工艺显著减少了多晶硅晶界（GBs）处的缺陷生成；2）有效抑制了晶界附近栅极绝缘体（GI）泄漏路径的形成。COMSOL Multiphysics仿真验证结果显示，BLDA工艺处理后的多晶硅薄膜的晶界密度比传统ELA工艺处理后的薄膜低40%，从而在柔韧性测试中降低了机械应变——这对于柔性电子器件而言是一个关键的尺寸优势。