A New Method for Determining the Subgap Density of States in N/P-type LTPS TFTs

Abstract

LTPS (low-temperature polycrystalline-silicon) TFTs (thin-film transistors) 는 훌륭한 전기적인 특성 때문에 활발히 연구되고 있으며, AMLCDs (active matrix liquid crystal displays), AMOLED (active matrix light-emitting diode) displays 등과 같은 다양한 디스플레이에 적용되고 있다. 이러한 LTPS TFTs 의 성능은 DOS (density of states) 에 의해 영향을 받으므로 LTPS TFTs 의 DOS 를 추출하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 다양한 주파수에서 측정된 capacitance-voltage characteristics 와 differential ideality factor 를 사용하여 n/p-type LTPS TFTs 에서의 bandgap 내에 존재하는 acceptor/donor-like DOS 를 추출하는 새로운 방법이 제시되고 검증되었다. Vgs 에 따른 density of deep states 는 transfer characteristics 로부터 계산되는 differential ideality factor 를 사용하여 추출한다. Vgs 에 따른 density of tail states 는 DOS 에 의해 발생하는 capacitance 를 사용하여 추출하는데, DOS 에 의해 발생하는 capacitance 는 다양한 주파수에서 측정된 capacitance/resistance-voltage characteristics 를 사용하여 추출한다. Vgs 에 따른 DOS 를 에너지에 따른 DOS 의 분포로 변환시키는 데 필요한 Vgs 와 에너지와의 관계는 frequency-independent gate capacitance CG 를 사용해서 정의한다. Frequency-independent gate capacitance CG 는 COX (gate oxide capacitance), CLOC, 그리고 CFREE (free-carrier 에 의해 발생하는 capacitance) 로 이루어져 있다. 본 논문에서 제시한 방법으로 얻은 n/p-type LTPS TFTs 의 acceptor/donor-like DOS 를 적용한 TCAD 시뮬레이션 결과와 측정치가 일치하는 것을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 방법은 정확한 DOS 추출을 가능하게 함으로써 LTPS TFT 의 전기적인 특성을 모델링하는 데 유용할 것으로 예상된다.;LTPS (low-temperature polycrystalline-silicon) TFTs (thin-film transistors) have been actively researched and used in various displays such as AMLCDs (active matrix liquid crystal displays) and AMOLED (active matrix light-emitting diode) displays because of their excellent electrical characteristics. The performance of LTPS TFTs is dependent on the DOS (density of states). Therefore, it is important to determine the DOS in LTPS TFTs. A new method for determining the acceptor/donor-like DOS over the entire bandgap using both the measured multifrequency C-V (capacitance-voltage) characteristics and the differential ideality factor in n/p-type LTPS TFTs is proposed and verified. The DOS as a function of Vgs (gate voltage) is obtained using the differential ideality factor, which is calculated from the transfer characteristics. The density of tail states as a function of Vgs is obtained using CLOC (subgap DOS-induced capacitance), which is calculated from the multifrequency C-V and R-V (resistance-voltage) characteristics. The relationship between Vgs and energy that is used to convert the DOS as a function of Vgs into the distribution of DOS as a function of energy is defined using the frequency-independent gate capacitance CG, which is composed of COX (gate oxide capacitance), CLOC, and CFREE (free-carrier charge induced capacitance). The device simulation results using the acceptor/donor-like DOS determined by the proposed method in n/p-type LTPS TFTs exhibit excellent agreement with the measured data.