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Theses Year : 2013

Physics and compact modeling of thin-film transistors based on amorphous or microcrystalline silicon

Modélisation physique et compacte de transistors en couches minces à base de silicium amorphe ou microcristallin

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Abstract

In order to develop a compact model for amorphous or microcrystalline silicon thin-film transistors (TFT), we present in this thesis studies on compact models, parameter extraction methods and, mainly, several phenomena occurring in TFTs. We have proposed a new parameter extraction method. This method does not neglect the access resistance, which is different from conventional methods, and this reduces the subjectivity of the extraction process. The access resistance in two different structures has been analyzed. For the top-page coplanar structure, we have focused on geometrical reasons to show the dependence of the access resistance on the gate voltage. For the bottom-gate staggered structure, we have introduced the drift-diffusion approach into the current crowding model, proving the dependence of the access resistance on the gate voltage and on the current because of the electron diffusion. The dynamic behavior has been studied by using measurements and simulations, associating the intrinsic capacitances of TFTs with the turn-on delay time. We have observed the channel evolution process and we have proposed a model which describes the channel propagation in a TFT. We have studied also the aging phenomenon of TFTs and we have demonstrated the localization of the degradation and of the relaxation in a TFT under an electrical stress with non-zero drain bias.
Dans le but de développer un modèle compact spécifique aux transistors en couches minces (TFT) à base de silicium amorphe ou microcristallin, nous présentons dans ce manuscrit nos études sur l'optimisation des modèles compacts et des méthodes d'extraction des paramètres et, surtout, différents phénomènes présents dans la physique de ces TFTs. Nous proposons une méthode plus robuste d'extraction des paramètres, qui, différemment des méthodes conventionnelles, ne néglige pas la résistance d'accès, diminuant ainsi la subjectivité du procédé de l'extraction. La résistance d'accès dans les différentes structures a été analysée. Pour la structure top-gate coplanar, nous nous sommes focalisés sur des raisons géométriques pour montrer la dépendance de la résistance d'accès en tension de grille. Pour la structure bottom-gate staggered, nous avons introduit l'approche de transport-diffusion au modèle de current crowding, en prouvant la dépendance en tension de grille et en courant en raison de la diffusion des électrons. Le comportement dynamique a été étudié en couplant mesures expérimentales et simulations par éléments finis, en associant les capacités intrinsèques des TFTs avec le temps de retard d'allumage. Nous avons observé l'évolution temporelle du canal lors de sa création ou de sa disparition et nous avons ainsi proposé un modèle qui décrit sa propagation dans un TFT. Nous avons enfin étudié le phénomène de vieillissement des TFTs et nous avons mis en évidence la localisation de la dégradation et de la relaxation dans un TFT sous un stress électrique avec la tension de drain non-nulle.
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Dates and versions

pastel-00807865 , version 1 (04-04-2013)

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  • HAL Id : pastel-00807865 , version 1

Cite

Jong Woo Jin. Modélisation physique et compacte de transistors en couches minces à base de silicium amorphe ou microcristallin. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Ecole Polytechnique X, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00807865⟩
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