专利名称：Tft磁滞效应的建模及仿真方法
技术领域：
本发明属于EDA(电子设计自动化)领域，特别地，涉及一种电子器件磁滞效应的建模方法，以及对电子器件磁滞效应进行仿真的电路仿真方法。
2.
背景技术：
制作于绝缘基板上的TFT (薄膜场效应晶体管)是当前大面积平板显示技术的基础。平板显示的每个像素点都由集成在像素点后面的TFT来驱动。采用TFT显示技术可以大大提高显示速度，对比度和亮度，同时可以提高分辨率。TFT的工作原理是是在栅极上施加电压，在沟道薄膜中形成反型层，从而使得TFT导通。a-Si (非晶硅)和p-Si (多晶硅)是当前两种主要的TFT沟道材料，由于p_Si的结晶性质比a-Si要好，所以p-Si TFT更能表现出高的迁移率和好的开关性能。但是由于·晶界(grain boundary)和存在有大量的缺陷，这会严重影响TFT器件的特性。例如，一些缺陷会成为陷阱中心而俘获电荷，从而使器件的阈值电压漂移和使迁移率降低，使得器件特性退化。当前TFT存在的一个与缺陷陷阱有关的电学特征就是磁滞效应。TFT的磁滞效应指的是在一定的偏压下，TFT电特性表现出来的一种不确定性，即器件电流的大小不仅与当前的偏压有关，还依赖于上一时刻器件所处的状态。TFT的磁滞效应对于当前的平板显示技术已经造成了危害，比如上一时刻的图像往往会保留在下一时刻的图像显示中，导致显示错误。根据当前的研究测试结果，TFT的磁滞效应与栅介质，半导体材料和它们之间的界面态陷阱有关，这些陷阱会俘获和释放电荷，从而引起TFT器件阈值电压的改变，进而在相同的偏压下，引起沟道载流子浓度的变化，从而改变TFT的电特性。—般来说，器件模型的选取往往会根据实际的仿真需求来确定。对于大规模的电路仿真，往往采用的是能满足一定精度要求的集约模型(compact model)。TFT中陷阱俘获和释放电荷的过程是一个与时间变化有关的，复杂的动态过程，这不能用当前常规的集约模型来对它进行描述，这就给电路仿真器的仿真带来了困难。但是复杂的电路设计离不开利用专门的电路仿真工具，根据电路设计参数，来对电路的性能进行仿真。为了得到高质量的TFT平板显示，就必须考虑TFT磁滞效应所带来的电流误差，这可以帮助电路设计者优化TFT电路性能及降低设计时间。当前在电路仿真器中考虑TFT磁滞效应的影响，一般会采用以下两种方法一是通过子电路的方式(macro model)，即是通过引入额外的子电路来模拟TFT阈值电压的变化，以达到TFT磁滞效应仿真的目的。在这种方法中，为了考虑缺陷陷阱俘获和释放电荷的时间效应，一般都会采用RC电路。二是SmartSpice采用的方法，即是在电路的瞬态分析过程中，通过网表中专门的语句.rtemp来控制瞬态分析过程中温度的变化，让温度随着时间变化。建立温度与TFT磁滞效应关键参数之间的联系，如阈值电压和温度的关系。那么在瞬态分析过程中，TFT阈值电压就会按照一定的规律发生变化，从而达到对磁滞效应仿真的目的。
这两种方法都没有从缺陷俘获和释放电荷的物理机制出发来对TFT的磁滞效应进行仿真，而是通过数据的测量和经验公式来对磁滞效应进行解释，其优点是建模和使用比较简单。缺点是精度差。这种模型在使用范围上更具有局限性，因为它并没有反映磁滞现象的内部机制，而只是从表面 ，从数据上对磁滞效应进行了一定使用范围的数据拟合，这种模型不能适用于所有TFT的磁滞现象。
3.
发明内容
本发明的目的在于从TFT磁滞效应的物理机制出发，即是认为TFT中缺陷陷阱对电荷的俘获和释放是造成TFT磁滞现象的原因，来建立一套适用于电路仿真器的，精确的磁滞效应模型。同时，本发明还提供了一套把这种磁滞效应模型应用于电路仿真器的方法。应用这种模型，能对TFT的磁滞现象进行仿真，仿真结果能够反映当前所测量到的TFT磁滞效应。另外，这种磁滞效应模型和仿真方法适用于当前所有类型的TFT器件。本发明的技术方案是在TFT的瞬态分析过程中，界面态陷阱，半导体晶界陷阱对器件电特性的影响表现在对TFT阈值电压的改变上。在t时刻，TFT的阈值电压Vth(t)可被表示为Vth (t) = Vtho+Δ Vth (t)在上述对阈值电压Vth(t)的计算方法中，Vthtl是阈值电压初始值。在上述对阈值电压Vth(t)的计算方法中，阈值电压的瞬态改变量AVth(t)可被表示为
权利要求
1.一种基于物理机制的TFT磁滞效应模型及仿真方法，其特征在于TFT的实际阈值电压 vth(t)由两部分构成
2.如权利要求I所述的TFT实际阈值电压Vth(t)的计算方法，其特征在于Vthtl是阈值电压初始值。
3.如权利要求I所述的TFT实际阈值电压Vth(t)的计算方法，其特征在于阈值电压的瞬态改变量AVth(t)可被表不为
4.如权利要求3所述的阈值电压瞬态改变量AVth(t)的计算方法，其特征在于对于界面态陷阱，Ttype = I,而对于半导体晶界陷阱，
5.如权利要求3所述的阈值电压瞬态改变量AVth(t)的计算方法，其特征在于有效陷阱电荷密度 ANt(t)可被表示为
6.如权利要求5所述的有效陷阱电荷密度ANt(t)的计算方法，其特征在于受主型陷讲电离比率 Fta(t)可被表示为
7.如权利要求6所述的受主型陷阱电离比率Fta(t)的计算方法，其特征在于参数PtA (t)可被表示为
8.如权利要求6所述的受主型陷阱电离比率Fta(t)的计算方法，其特征在于参数QtA (t)可被表示为
9.如权利要求5所述的有效陷阱电荷密度ANt(t)的计算方法，其特征在于施主型陷讲电离比率 Ftd ⑴可被表示为匕 W = exp - IPtd{t)dt Fm + Ie,o(0exp |PtD{t)dt dt。
10.如权利要求9所述的施主型陷阱电离比率Ftd(t)的计算方法，其特征在于参数PtD (t)可被表示为
11.如权利要求9所述的施主型陷阱电离比率Ftd(t)的计算方法，其特征在于参数QtD (t)可被表示为
全文摘要
本发明提供了一种基于物理机制的TFT磁滞效应模型及仿真方法。在瞬态分析过程中，认为是器件内部陷阱对电荷的俘获和释放，会造成阈值电压的漂移，从而影响TFT的电特性，形成器件的磁滞现象。这种模型可用于对与界面态陷阱有关和与半导体晶界陷阱有关的磁滞现象进行分析。本发明还提供了一套把这种磁滞效应模型应用于电路仿真器的方法。应用这种模型，能对TFT的磁滞现象进行仿真，仿真结果能够反映当前所测量到的TFT磁滞现象。本发明所提出的模型及其仿真方法具有更广的适用性。
文档编号G06F17/50GK102708220SQ201110451288
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者吴大可, 尚也淳, 胡晋彬 申请人:北京华大九天软件有限公司