多晶硅薄膜晶体管(Polycrystalline Silicon Thin Film Transistor,简称Poly-Si TFT)目前广泛应用于有源矩阵液晶显示(Active-Matrix Liquid Crystal Display,简称AMLCD)的像素开关元件和外围驱动电路中。由于多晶硅TFT工艺的成熟和复杂模数电路的可行化,缺少一个精确的电路模型就成为了限制集成电路设计发展的关键因素。因此,我们迫切需要建立一个精确的且适用于电路模拟器的多晶硅TFT电路模型。多晶硅TFT因其内在的浮体结构,在饱和区存在着严重的kink效应。在数字电路中,kink效应会引起功耗的增加和开关特性的退化；而在模拟电路中,kink效应将降低最大增益和共模抑制比,制约着器件乃至整体电路的工作特性。因此需要对kink效应的产生机制进行深入研究并建立一个合理的解析模型,进而从结构和工艺上对kink效应进行抑制,这将对液晶显示的制造起到非常重要的指导作用。 本文鉴于多晶硅TFT器件一般制作在玻璃等绝缘衬底上,与单晶硅SOI器件具有相似的浮体结构,所以将SOI器件中关于kink效应分析的一些思路引用到多晶硅TFT器件kink效应的建模中来。同时考虑了多晶硅薄膜自身的特点,如晶粒间界和漏致晶界势垒降低效应,得出多晶硅TFT的kink效应是由碰撞电离、浮体效应、寄生双极晶体管(Parasitic Bipolar Transistor,简称PBT)效应共同作用的结果,并由于晶界陷阱态的存在而得以加强。 以N沟多晶硅TFT为例,详细地推导得出kink电流和开启区沟道各电流分量的解析表达式,并对器件的直流特性进行了仿真,能够在较大的栅压和漏压范围内与实验结果很好地吻合。同时定量讨论了沟道长度和偏压对于PBT效应的影响,得出PBT电流增益随沟长和栅压的增大而减小,随漏压的增大而增大的结论。 最后仿真并讨论了栅氧化层厚度、晶界陷阱态、晶粒大小、多晶硅薄膜厚度这四个器件参数对kink效应的影响。从kink效应产生的物理机制出发,提出了三种抑制kink效应的措施,这些改良措施对于优化多晶硅TFT器件的工作性能具有重要意义。