3-7 小結

由以上的模擬結果，我們可以預測蕭基位障元件的特性：當使用不同 金屬材料當作電極時，由於所形成的蕭基位障的位障高度不同，所以會出 現偏向N-type與P-type的雙極性特性。而其I_D-V_D特性，在正閘極電壓下的導 通電流會因為蕭基位障的降低而隨著汲極電壓逐漸增加最後達到飽和。但 是負閘極電壓下的導通電流則是因為汲極電壓的增加而使得蕭基位障逐漸 變薄而出現與汲極電壓成指數關係增加的電流。

而當我們在副閘極施加正電壓時，因為可以壓縮電子所看到的蕭基位 障寬度，並增加電洞所看到蕭基位障寬度，所以可以增加正閘極電壓下的 電子電流，並且壓抑負閘極電壓下的電洞電流。反之，當副閘極施加負電 壓時，則可以壓抑電子電流，並增加電洞電流。

此外，當改用基板來調變電流時，因為基板產生的電場會受到副閘極

遮蔽，因此，當基板施加正電壓時，在正汲極電壓下的導通電流因為只有 受到源極端的蕭基位障影響，所以源極端副閘極的電壓會對電流有相當大 的影響。而負汲極電壓下的電流因為同時受到兩個蕭基位障的影響，所以 源極端的副閘極電壓對電流的影響較小，反之亦然。

(a)

Electron Current Hole Current Total Current

(b)

Electron Current Hole Current Total Current

圖3-1 不同電極功函數模擬之薄膜電晶體I_D-V_G特性模擬結果。(a)功函數為 4.5eV之I_D-V_G特性模擬結果 (b)功函數為 4.8eV之I_D-V_G特性模擬結果。

(a)

(b)

圖 3-2 不同金屬電極功函數造成不同的蕭基位障高度：(a)較低的金屬功函 數造成電子的蕭基位障較低且較薄以及電洞的蕭基位障較高且較厚，而有 較大的電子電流，和較小的電洞電流。(b) 較高的金屬功函數造成電子的蕭 基位障較高且較厚以及電洞的蕭基位障較低且較薄，而有較小的電子電 流，和較大的電洞電流。

(a)

0 1 2 3 4 5

0.0 2.0x10³ 4.0x10³ 6.0x10³ 8.0x10³

I

(n A )

I

(n A )

(a)

VD=0V VD=1V

(b)

(c)

VD=0V VD=1V

圖 3-4 不同閘極電壓下，當汲極電壓增加時，電晶體的能帶圖：(a)閘極施 加正電壓時，電流隨著汲極的蕭基位障減少而增加，最後達到飽和 (b)當汲 極電壓很大時，會產生電洞穿隧電流，使得飽和電流再次增加(c)當閘極施 加負電壓時，汲極電壓的增加會使的電洞穿隧電流隨之增加。

(a)

(a)

(b)

圖 3-6 當副閘極施加不同電壓時，會造成電子與電洞在金屬與半導體介面 上的蕭基位障的厚度改變：(a)副閘極施加負電壓時，使的電子看到的蕭基 位障變厚，但使得電洞看到的蕭基位障變薄。(b) 副閘極施加正電壓時，使 的電子看到的蕭基位障變薄，但使得電洞看到的蕭基位障變厚。

(a)

0 1 2 3 4 5

0.0 5.0x10³ 1.0x10⁴ 1.5x10⁴ 2.0x10⁴ 2.5x10⁴ 3.0x10⁴ 3.5x10⁴

ID(nA) 5.0x10³ 1.0x10⁴ 1.5x10⁴ 2.0x10⁴ 2.5x10⁴ 3.0x10⁴ 3.5x10⁴

ID(nA) 2.0x10² 4.0x10² 6.0x10² 8.0x10² 1.0x10³ 1.2x10³

ID(nA) 2.0x10⁴ 4.0x10⁴ 6.0x10⁴ 8.0x10⁴ 1.0x10⁵ 1.2x10⁵ 1.4x10⁵

ID(nA)

(a)

(b)

圖 3-8 不同的源極端的蕭基位障對於導通電流的影響：(a)正閘極電壓時，

對導通電流有明顯影響(b)負閘極電壓時，對導通電流的影響較小。

(a)

Vsubgate,source=5V Vsubgate,source=0V Vsubgate,source=-5V Vsubstrate=5V

(b)

Vsubgate,source=5V Vsubgate,source=0V Vsubgate,source=-5V Vsubstrate=-5V

圖 3-9 不同基板電壓下，源極端副閘極電壓對於導通電流的影響模擬結 果：(a)基板電壓為 5V 模擬結果（b）基板電壓為-5V 模擬結果。

第四章