Production of hydrogenated nanocrystalline silicon based thin film transistor
Hidrojenlenmiş nanokristal silisyum tabanlı ince film transistör üretimi
- Tez No: 269410
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSMAİL ATILGAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme tekniği (PECVD) ile üretilen alt geçit elektrotluhidrojenlenmiş amorf silisyum (a-Si:H) ince film transistörün (TFT) voltaj baskısı altındakikararsızlığı ve düşük hareketliliği, ışıyan diyotlu görüntüleme panellerindeki aktif matrisörgüsünün ve çevre devresinin oluşturulmasını zorlaştıran başlıca sorunlardır. a-Si:H yerine,daha yüksek hareketliliği ve kararlılığından dolayı nanokristal silisyum (nc-Si:H) kullanımıçözüm olabileceği sanılmaktadır. Dolayısıyla, bu tezde nc-Si:H TFT üretilmiş veincelenmiştir.TFT tabakalarının herbiri (katkılı nc-Si:H, katkısız nc-Si:H ve yalıtkan filmler) ayrı ayrıüretilmiş, optik (Morötesi-görünür ve FTIR spektrometreleri, XRD) ve elektrik (akım-voltaj,I-V) metodları ile karakterize edilerek TFT uygulaması için iyileştirilmiştir. Ardından,kendiliğinden düzenlenmemiş alt geçitli TFT yapısı, fotolitografi metodu ile 2-maske takımıkullanarak üretilmiştir.TFT'nin savak/kaynak ohmik bağlantıda kullanılan n+ nc-Si:H filmler yüksek H2 seyreltisialtında birkaç RF güç yoğunluğunda (PRF) üretilmiştir. n+ nc-Si:H filminin yatay özdirenç (rho)değişimi, filmin kalınlığı reaktif iyon aşındırmayla kademeli inceltilerek ölçülmüştür. Filminkalınlığı bir eşiğin altına düşünce rho değerlerinin artması düzensiz ve daha dirençli bir geçiştabakasının varlığına işaret etmektedir. En düşük geçiş tabakası kalınlığını sağlayan PRFbelirlenmiştir.Biriktirme parametrelerinin arasında sadece NH3/SiH4 akış hızları oranının yükseltilmesi,TFT'nin geçit yalıtkanı olarak seçilen amorf silisyum nitrür (a-SiNx:H) filmlerin yalıtkanözelliklerini iyileştirmiştir. Düşük kaçak akımlı, farklı NH3/SiH4 oranlarında (~19 and ~28)üretilmiş a-SiNx:H içeren iki TFT'nin özellikleri karşılaştırılarak tartışılmıştır.TFT kanal bileşeni olarak, nc-Si:H filminin, kristal derecesi, geniş alan aynı yapılılığıgibi özellikliklerinin PRF'e bağlı oldukları tespit edilmiştir. PRF arttıkça, PECVD'nin elektrotmerkezinde büyütülmüş filmler için amorf baskın yapıdan nanokristal faza geçişiningerçekleşmesine karşın kenar bölgedeki filmler her PRF'de nanokristal yapıda oluşmuştur.Elektrot merkezinde düşük PRF'de büyütülmüş a-Si:H ve yüksek PRF'te büyütülmüş nc-Si:H'yi içeren farklı iki TFT, I-V özellikleri ve geçit voltaj stresinin altındaki elektrikselkararlılıkları bakımından kıyaslanmıştır.Son olarak, bu çalışmada üretilmiş ve optimize edilmiş nc-Si:H TFT yapısı 106-10-2 Hzfrekans (F) aralığında alınan sığa-gerilim (C-V) ölçümleri ile incelenmiştir. Eksi kutuplugeçiş gerilimi altında, karşıt taşıyıcıların yığılması, düşük F'lerde, harici yük enjeksiyonuolmadan gözlemlenebilmiştir. Ayrıca, nc-Si:H bünyesinde, ac hoplama iletkenliği, C-Feğrilerin çözümlenmesinden ortaya çıkartılmıştır.
Özet (Çeviri)
The instability under bias voltage stress and low mobility of hydrogenated amorphoussilicon (a-Si:H) thin film transistor (TFT), produced by plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) technique, are the main problems impeding the implementation of activematrix arrays for light emitting diode display panels and their peripheral circuitry. Replacinga-Si:H by hydrogenated nanocrystalline silicon film (nc-Si:H) seems a solution due to itshigher mobility and better stability. Therefore nc-Si:H TFT was produced and investigated inthis thesis.All TFT layers (doped nc-Si:H, intrinsic nc-Si:H and insulator films) were produced separately,characterized by optical (UV-visible and FTIR spectroscopies, XRD) and electrical(current-voltage, I-V) methods, and optimized for TFT application. Afterwards the nonself-aligned bottom-gate TFT structure was fabricated by the photolithographic method using2-mask set.The n+ nc-Si:H films, used for TFT drain/source ohmic contacts, were produced at highH2 dilution and at several RF power densities (PRF). The change of their lateral resistivity(rho) was measured by reducing the film thickness via reactive ion etching. The rho values risebelow a critical film thickness, indicating the presence of the disordered and less conductiveincubation layer. The optimum PRF for the lowest incubation layer was determined.Among the deposition parameters only increased NH3/SiH4 flow rate ratio improved theinsulating properties of the amorphous silicon nitride (a-SiNx:H) films, chosen as the TFTgate dielectric. The electrical characteristics of two TFTs with a-SiNx:H having low leakagecurrent, fabricated at different NH3/SiH4 ratios (~19 and ~28) were compared and discussed.The properties (such as crystallinity, large area uniformity, etc.) of the nc-Si:H film asTFT channel layer, were found to depend on PRF. For the films deposited at the center ofthe PECVD electrode the change from an amorphous dominant structure to a nanocrystallinephase took place with increasing PRF, whereas those at the edge had always nanocrystallinenature, independent of PRF. The two different TFTs produced at the center of the electrodewith a-Si:H and nc-Si:H grown at low and high PRF, respectively, were compared throughtheir I-V characteristics and electrical stability under the gate bias voltage stress.Finally, nc-Si:H TFT structure, produced and optimized in this work, was analyzed throughgate-insulator-drain/source capacitor by capacitance-voltage (C-V) measurements within106-10-2 Hz frequency (F) range. The inversion regime was detected at low F without anyexternal charge injection. Besides, ac hopping conductivity in the nc-Si:H bulk was extractedfrom the fitting results of the C-F curves.
Benzer Tezler
- Effect of deposition parameters on silicon layers transition from amorphous phase to micro/nano-crystalline phase in different deposition techniques
Farklı uretım metodları kullanılarak büyütülen silisyum tabakalarının amorf fazdan mikro/nano kristal fazına geçişi
GİZEM NOGAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Modeling and optimization of PECVD processes and equipment used for manufacturing thin film photovoltaic devices
İnce film fotovoltaik aygıt üretiminde kullanılan plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) süreçleri ve ekipmanının modelleme ve optimizasyonu
ENGİN ÖZKOL
Doktora
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERKAN KINCAL
- Nanocrystal silicon based visible light emitting pin diodes
Nanokristal silisyum tabanlı görünür ışık yayan pin diyotlar
MUSTAFA ANUTGAN
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. BAYRAM KATIRCIOĞLU
- Hidrojenlendirilmiş amorf silisyum tabanlı yansıtmaz kaplamaların üretilmesi ve optik özelliklerinin incelenmesi
Production of hydrogenated amorphous silicon based antireflection coatings and investigation of optical properties
OLDOUZ TOFİGH KOUZEHKONANİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
EnerjiHacettepe ÜniversitesiTemiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AKIN BACIOĞLU
- Functionalization of graphene and stoichiometric graphene derivatives
Grafinin fonksiyonelleştirilmesi ve stokiyometrik grafin türevleri
HASAN ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2011
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. SALİM ÇIRACI