Light-induced effects on oxide based thin film transistors

Cardoso, André Lança

http://hdl.handle.net/10400.1/8239

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Authors

Cardoso, André Lança

Advisor(s)

Gomes, Henrique L.

Abstract(s)

Este trabalho incidiu sobre a análise elétrica dos transístores com base em óxidos semicondutores. Esta é uma área emergente e tecnologicamente relevante. Numa primeira fase a dissertação aborda com detalhe, os aspetos essenciais dos transístores com base em óxido semiconductor: Discute-se a sua origem, estrutura, os métodos de fabrico e as aplicações. Depois desta introdução, os efeitos da exposição à luz nas propriedades elétricas dos transístores são apresentados e discutidos em detalhe. Foram estudados transístores preparados através de uma solução líquida de ureia. Este processo de fabrico torna possível imprimir ou depositar o semicondutor em substratos flexíveis e de baixo custo, abrindo um conjunto de novas oportunidades para tecnologia eletrónica com base em óxidos amorfos semicondutores. Até recentemente esta possibilidade de imprimir eletrónica era apenas possível com transístores orgânicos. Os problemas relacionados com a exposição de luz em transístores de óxidos amorfos tem sido estudados na literatura e atribuídos a interação de cargas elétricas com defeitos no semiconductor. Este tipo de defeito é conhecido por lacunas de oxigénio. Estes defeitos eletrónicos foto-induzidos afetam a performance do transístor e modificam temporariamente os seus parâmetros, nomeadamente a mobilidade de efeito de campo, a tensão de arranque, a condutividade elétrica, as correntes de fuga e a estabilidade operacional. Os resultados obtidos nesta dissertação mostram que a exposição prolongada à luz com energia igual ou superior ao hiato do ZTO induzem estados dopantes duradouros. Estes estados dopantes estão localizados aproximadamente a 0.14 eV do limite da banda de condução. É proposto que as espécies químicas responsáveis pelos estados induzidos pela luz, sejam os espaços não ocupados do oxigénio ionizado. Porém, mais experiências são precisas para provar esta proposta. A iluminação afeta também a estabilidade operacional do transístor. Transístores submetidos à iluminação sofre de uma rápida variação da tensão de arranque. Transístores fabricados usando ureia são mais instáveis do que que transístores fabricados usando técnicas de sublimação térmica. Estas diferenças de comportamento são atribuídas à presença de defeitos eletricamente ativos. Sugere-se que estes defeitos estão localizados na interface entre o dielétrico e semicondutor. Estudos da corrente que flui no transístor em função da temperatura revelam um comportamento anómalo. Foram detetadas dois tipos de anomalias uma devido aos estado induzidos pela luz e outra causada pela presença de uma quantidade residual de água na superfície do dielétrico.