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非晶氧化锌薄膜晶体管(a-Zn O TFTs)在有源矩阵液晶显示(AMLCD)器件、固体图像传感器、化学传感器等应用中发挥越来越重要的作用。由于a-Zn O器件较氢化非晶硅(aSi:H)器件呈现出更复杂的电学特性,而且a-Zn O器件比a-Si:H器件具有更高的迁移率;因此,合理地构建a-Zn O TFTs的物理模型也变得越来越重要,特别是阐明a-Zn O TFTs漏电流的物理机制,给出与器件特性相一致的函数关系,可为a-Zn O TFTs显示器件的制备和电路仿真提供理论依据。本文的研究目标是详细地对a-Zn O TFTs的物理机制进行系统研究,并在对a-Zn O TFTs迁移率讨论的基础上,基于表面势对a-Zn O TFTs的漏电流特性建立紧凑模型,并使该模型具备嵌入电路仿真器的条件。基于泊松方程和高斯定理,采用非迭代算法,在考虑a-Zn O TFTs带隙能态的指数带尾态和深能态的完整分布条件下,解析地建立了a-Zn O TFTs的表面势紧凑模型。本文的表面势解析求解,是根据数学变换和Lambert W函数,采用有效电荷密度方法,建立a-Zn O TFTs表面势的一种非迭代求解新算法。与数值迭代算法的计算结果进行比较,该表面势解析算法的绝对误差低至-510 V数量级,且提高了计算效率;此算法避免了迭代求解,可有效减少仿真时间,为模型嵌入电路仿真器提供了实现条件。基于上述非迭代表面势算法,可以建立a-Zn O TFTs的漏电流方程。通过与不同漏源电压和栅源电压下a-Zn O TFTs器件的实验数据进行对比,得出漏电流模型的输出特性与转移特性曲线,进而验证了本文漏电流模型的有效性和正确性。此外,为进一步研究a-Zn O TFTs的漏电流特性,本文通过对幂律函数迁移率的分析和对有效沟道迁移率的推导,以及对这两种迁移率下器件漏电流方程的误差分析,得出适用于本文漏电流模型的最优迁移率方程。综上所述,本文提出的a-Zn O TFTs直流模型,是以a-Zn O TFTs工作的物理机制作为基础,并以表面势为函数的方程进行表征。模型参数与器件参数之间的关系简单,模型能够依据现有实验数据进行较好的拟合;模型需要的计算量少,模型的数学表达式及其一阶导数连续,因此可满足嵌入电路仿真器的条件。