개요
박막 트랜지스터의 전류 모형은 게이트에 의한 전하 제어와 채널의 전하 수송을 연결하여 드레인 전류를 표현한다. 회로에서 사용하는 단순한 모형과 표면 전위 및 국소화된 전하 상태를 반영하는 모형은 복잡도와 적용 범위가 다르다.
전하 제어 근사
전자 채널의 이동 가능한 면전하 밀도를 Qfree라 할 때, 일정한 이동도와 점진 채널 근사를 사용하는 단순 모형은 전류를 채널 전위에 대한 전하의 적분으로 나타낸다. 추가로 −Qfree(x) ≈ Cᵢ[VGS − V₀ − V(x)]로 근사하면 ID ≈ μCᵢ(W/L)[(VGS − V₀)VDS − VDS²/2]가 된다. Cᵢ는 단위 면적당 게이트 절연막 정전용량이며 V₀는 이 근사의 유효 전압 오프셋이다.
문턱전압의 해석
축적형 TFT에서 단순 전류식에 쓰는 문턱전압을 벌크 실리콘 MOSFET의 강한 반전 시작 조건과 자동으로 동일시할 수는 없다. 2016년 InGaZnO TFT 연구는 축적형 소자의 전도 문턱을 전하와 국소화된 상태의 관점에서 다룬다. 식의 모양이 같다는 사실은 채널 형성의 물리적 과정이 같다는 뜻이 아니다.
표면 전위와 포획 전하
게이트 전압은 절연막 전압 강하와 반도체의 표면 전위 등에 나뉘어 걸린다. 반도체의 총 전하와 전류에 직접 기여하는 이동 전하도 항상 같지는 않다. 전하가 포획 상태에 존재하는 경우 이를 구분해야 한다. 표면 전위 기반 모형은 이러한 관계를 명시적으로 다룬다.
모형의 적용 범위
이동도의 게이트 전압 의존성, 접촉 저항, 포획 전하 및 채널 두께 등이 중요하면 단순한 제곱 법칙 모형과 실제 특성에 차이가 생긴다. 모형에 사용된 유효 문턱전압과 재료 고유의 물리적 조건, 측정에서 추출한 파라미터는 구분하여 해석한다.
참고 자료
Lee와 Nathan(2016): Conduction Threshold in Accumulation-Mode InGaZnO Thin Film Transistors
Thin-film transistor accumulation-mode modeling(2022)
Lu 등(2018): A Review for Compact Model of Thin-Film Transistors