Betrouwbaarheid van dunne-film IGZO transistoren voor logische- en geheugen toepassingen

In het afgelopen decennium zijn oxidehalfgeleiders naar voren gekomen als een krachtigere vervanging voor standaard dunne-filmtransistors (TFT's) van amorf silicium in de backplane van beeldschermen en flexibele elektronica. Van de verschillende materiaalkandidaten is indium-gallium-zinkoxide (IGZO) de meest veelbelovende, die hoge prestaties levert met uniformiteit van een groot gebied, lage uitvalstromen en verwerking bij lage temperaturen. Als gevolg van de uitzonderlijke elektrische eigenschappen van dit materiaal, wordt overwogen om het te gebruiken in toepassingen waar standaard siliciumtechnologie niet kan worden gebruikt vanwege procestemperatuurbeperkingen (power-gating in de back-end van de lijn) of fundamentele beperkingen heeft, zoals lekkage stroom (selectortransistoren in DRAM-arrays). De betrouwbaarheid op lange termijn van IGZO-apparaten is echter een van de belangrijkste aspecten die nog volledig moeten worden gekarakteriseerd en begrepen voordat ze volledig worden ingezet. Het doel van dit doctoraatsonderzoek is dan ook om de algemene elektrische betrouwbaarheid van IGZO TFT te bestuderen, gericht op zowel logische als geheugentoepassingen. Daartoe moet dit nieuwe apparaat volledig worden gekarakteriseerd en gemodelleerd, waaruit fundamenteel begrip en mogelijke betrouwbaarheidsbeperkingen worden gehaald, waardoor verdere procesoptimalisatie en uiteindelijk het gebruik van deze apparaten in echte producten mogelijk wordt. De promovendus zal een sleutelrol spelen in het begrijpen van de degradatie van het apparaat door elektrische karakterisering en modellering te combineren. De elektrische karakterisering zal plaatsvinden binnen imec-labs, waarbij de student verantwoordelijk is voor het ontwikkelen van zijn meetroutines en het analyseren van de daaropvolgende meetgegevens. De empirische activiteit zal worden gevolgd door een fundamentele modelleringsstudie. De student zal de defectgeneratie modelleren en de gedegradeerde apparaten simuleren met behulp van state-of-the-art apparaatsimulators. Alle degradatiemechanismen zullen worden geïntegreerd in een uitgebreid, op fysica gebaseerd simulatiekader dat zal worden gekalibreerd over een breed scala aan stressomstandigheden. Deze benadering zal naar verwachting licht werpen op fysieke mechanismen achter degradatie van IGZO-transistoren en een ongekende nauwkeurigheid bieden voor betrouwbaarheidsmodellering. De student zal daarom in staat zijn een solide expertise op het gebied van metingen/karakterisering te ontwikkelen, maar ook een diep begrip van de apparaatdegradatie op atomistisch niveau.