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- 44 -
CAPÍTULO 4
RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos en este trabajo de investigación de
tesis, en la primera parte se muestran los resultados de las caracterizaciones estructural,
morfológico-superficial, y óptica del material fundamental investigado (películas delgadas
de ZnO). En la segunda parte se presenta la caracterización eléctrica del mismo material,
integrado como un material activo en un dispositivo transistor de películas delgadas (TFT).
4.1 Caracterización Morfológica
4.1.1 Caracterización Morfológica estructural (XRD).
En la fig.4.1, se muestran los resultados de la caracterización de rayos X (DRX) de las
muestras de ZnO elaboradas con potencias de 100, 75 y 50 Watts, durante tiempos de 10,
15 y 20 minutos. Se observa que las muestras de ZnO son policristalinas con una
orientación preferencial (002). Como era de esperarse las intensidades de los patrones de
difracción de rayos X aumentan en proporción con la potencia empleada, así mismo en
proporción al tiempo de depósito. Por otro lado las mediciones realizadas en un mismo
equipo para las distintas muestras nos permiten observar muy notoriamente un efecto de
tensión en los dos juegos de muestras depositadas a potencias menores (50 y 75 Watts),
mientras que el grupo de 3 muestras crecidas a 100 Watts corresponde de manera precisa
con el patrón de referencia para ZnO en bulto.
- 45 -
4.1.1.1 Calculo de tamaño de grano
También de estos patrones de DRX se calculó el tamaño de grano que justifica la naturaleza
policristalina de las capas de ZnO, la realización de estos cálculos se hizo empleando la
ecuación de Debye-Scherrer, la cual establece que el tamaño de grano es inversamente
proporcional al ancho medio del pico máximo de difracción y al coseno del ángulo del pico
máximo, conforme a:
20 30 40 50 60 70
(112
)
(103
)
(110
)
(102
)
(101
)
(100
)
(002
)
2 theta (grados)
b)
(103
)
50W10
50W15
50W20
75W20
75W15
75W10
100W10
100W15
(002
)
Inte
nsid
ad
( u.
a. )
100W20
a)
Figura 4.1 a) Patrón de difracción de rayos X de películas depositadas de ZnO, b)
Patrón de referencia de difracción de Rayos X para ZnO
- 46 -
4.1
Donde consideraremos un factor de forma = 0.9, = 1.5406, B es el ancho medio del pico
considerado para el cálculo y es el ángulo correspondiente con el máximo del pico
( ).
Los cálculos realizados a partir de los datos experimentales mostrados en la figura 4.1 y
mediante el uso de la ecuación de Debye-Scherrer, 4.1, nos arrojaron los resultados que
ordenamos en la tabla 4.1. que se muestra a continuación:
Tabla 4.1 Crecimientos de grano del material policristalino.
Muestra 100W
20 min
100W
15 min
100W
10 min
75W
20 min
75W
15 min
75W
10 min
50W
20 min
50W
15 min
50W
10 min
τ (nm) 10 10 8 11 9 9 12 9 9
Como se puede observar en la figura 4.2 para
las potencias menores, 75 y 50 watts, entre
mayor es el tiempo de depósito se piensa que se
crece una película de fondo más uniforme y el
tamaño de grano muestra una tendencia de
aumento conforme aumenta el tiempo. Sin
embargo en la grafica correspondiente a 100
Watt de esta misma figura, se puede observar
una atenuación constante en los tiempos de 15 y
20 minutos. Esto deberá marcar su
correspondiente comportamiento de
confinamiento espacial.
Figura 4.2 Tamaño de grano vs
Tiempo de depósito de capas de ZnO.
7
8
9
10
11
100W
7
8
9
10
11
75W
8 12 16 207
8
9
10
11
12
Tiempo (min )
50W
Tam
año
de g
rano
- 47 -
4.2 Caracterización Morfológica superficial (AFM).
En la figura 4.3 se muestran las micrografías de escala de 1x1μm de la topografía
superficial de películas delgadas de ZnO depositadas a diferentes potencias y manteniendo
constante el tiempo de depósito, la rugosidad de las muestras pudo determinarse y en
general se obtuvo que esta tiende a disminuir como la potencia de depósito sea menor, para
un tiempo constante de depósito.
10.80.60.40.20
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
X[µm]
Y[µ
m]
32.36 nm
0.00 nm
10.80.60.40.20
0.8
0.6
0.4
0.2
0
X[µm]
Y[µ
m]
16.65 nm
0.00 nm
10.80.60.40.20
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
X[µm]
Y[µ
m]
14.09 nm
0.00 nm
a)
b)
c)
Figura 4.3 Micrografías superficiales por AFM de algunas muestras representativas, a) 100W15, b)
75W15, c) 50W15.
- 48 -
Además en las imágenes de AFM de las muestras seleccionadas se advierte una
estructura de agregados (Clústers), la cual gráficamente es de mayor escala que la del
tamaño de grano de la estructura policristalina encontrada por DRX. El tamaño que
presentan los agregados de estas muestras no es uniforme, es decir, que existen regiones
de la película donde hay trazas o distribuciones de agregados de mayor o menor
crecimiento.
En la tabla 4.2 se muestran los valores de rugosidad, así como el rango de tamaños
de agregados que se forman, a partir de los datos de AFM [28], correspondientes a la
figura 4.3.
Tabla 4.2 Valores promedio de rugosidad y agregados de las muestras.
Muestra
100W
20
min
100W
15
min
100W
10
min
75W
20
min
75W
15 min
75W
10
min
50W
20
min
50W
15 min
50W
10
min
RMS(nm) 10 10 8 11 9 9 12 9 9
Agregados(nm) - 40-120 - - 60-120 - - 50-200 -
La rugosidad representada por RMS nos indica superficies muy planas, lo cual es
consistente con el campo de la microelectrónica. Sin embargo la súper estructura de
agregados, en tres muestras seleccionadas, presentan una distribución de tamaños de
agregados en la cual la menos regular corresponde a la muestra de 50 Watts donde
esporádicamente muestran agregados de 200 nm.
4.3 Caracterización Óptica
En la figura 4.4 se muestran los resultados de transmitancia y reflectancia óptica de las
películas de ZnO, para las diferentes potencias y tiempos considerados, estas muestras
presentan alta trasparencia que fluctúa alrededor del 80% para la transmisión, mientras que
su reflexión fluctúa alrededor de un 15% para reflexión, en el rango de 400 a 840 nm. En
este tipo de espectros es conocido que entre mejor definidas y abundantes estén las
oscilaciones de este, correspondería a un mayor espesor de las capas del material. En
nuestra figura 4.4 y 4.7 este comportamiento es observado para las muestras depositadas
con mayores potencias.
- 49 -
Las oscilaciones en los espectros de R y T son debidas a las interferencias de los haces
reflejados en las interfaces aire/película y película/sustrato en la cara superior y no por
efectos de absorción ya que la posición de los máximos (mínimos) de R si correspondan
con la posición de los mínimos (máximos) en T. Cuando lo anterior se cumple en una
determinada región, la absorción es despreciable, no obstante en todo el espectro habrán de
ser consideradas T, R y la absorción (A), lo cual nos permite estimar la absorción en todo
el espectro considerado mismo que emplearemos para calcular la banda de energías
prohibidas del material.
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
R
T
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
R
T
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
R
T
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
R
T
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
T
R
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
T
R
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
T
R
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
T
R
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
240 320 400 480 560 640 720 8000
20
40
60
80
100
T
R
TR
AN
SM
ISIO
N,
RE
FL
EX
ION
( %
)
( nm )
Figura 4.4 Espectros de transmisión y de Reflexión de capas de ZnO depositadas en
potencias de 100, 75 y 50 Watts y tiempos de 20, 15 y 10 minutos.
- 50 -
4.3.1 Cálculo de la banda de energías prohibida
Los siguientes grupos de espectros mostrados en la figura 4.5, son los espectros de
absorción obtenidos mediante las medidas de T y R mostradas anteriormente. En la
literatura se encuentra que el borde de absorción del ZnO se encuentra alrededor de 3.5eV,
en nuestro caso lo encontramos entre 3.26 y 3.44 eV (360-380 nm).
Los recuadros donde se grafica (Ahυ)2 vs energía (hυ) nos representan la región de
comportamiento lineal para los semiconductores de banda directa de energía en los cuales
se cumple:
400 600 800
0.0
0.5
1.0
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
2
4
6
8
10
Eg=3.207eV
(Ah)2
Energy (eV)
100W20
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
400 600 800
0.0
0.5
1.0
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
2
4
6
8
10
12
Eg=3.15eV
(Ah
)2
Energy (eV)
100W15
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
400 600 800
0.0
0.4
0.8
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(Ah)2
Energy (eV)
Eg=3.19eV
100W10
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)400 600 800
0.0
0.5
1.0
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
2
4
6
8
Eg=3.20eV
(Ah)2
Energy (eV)
75W20
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
400 600 800
0.0
0.5
1.0
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
0
2
4
6
8
Eg=3.21eV
(Ah)2
Energy (eV)
75W15
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
400 600 800
0.0
0.5
1.0
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
2
4
6
8
Eg=3.24eV
(Ah)2
Energy (eV)
( nm )
75W10
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
400 600 800
0.0
0.4
0.8
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
2
4
6
8
Eg=3.25eV
(Ah)2
Energy (eV)
50W20
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
400 600 800
0.0
0.4
0.8
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
0
2
4
6
8
Eg=3.27eV
(Ah)2
Energy (eV)
50W15
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
400 600 800
0.0
0.4
0.8
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
2
4
6
Eg=3.30eV(A
h)2
Energy (eV)
50W10
Ab
so
rb
an
cia
(u.a
.)
( nm )
Figura 4.5 Espectros de Absorción de capas de ZnO depositadas en potencias de 100,
75 y 50 Watts y tiempos de 20, 15 y 10 minutos.
- 51 -
Esto nos justifica un comportamiento lineal con respecto a la energía del fotón, así
que extrapolando la parte lineal de la curva para se puede determinar el valor
de Eg. En la tabla 4.3 se muestran los resultados obtenidos para las series de 100, 75 y
50watts en series de tiempos.
Tabla 4.3 Resultados de la banda de energías prohibida de las series.
Muestra
100W
20
min
100W
15 min
100W
10 min
75W
20 min
75W
15 min
75W
10 min
50W
20 min
50W
15 min
50W
10 min
Eg(eV) 3.207 3.15 3.19 3.20 3.21 3.24 3.25 3.27 3.30
En la figura 4.6 se ubican estos mismos valores para Eg agrupados en las potencias, considerando el
tiempo como variable de depósito.
3.14
3.16
3.18
3.20
3.22
3.24
3.26
100w
Eg (
eV
)
3.10
3.15
3.20
3.25
3.30
75W
Eg (
eV
)
10 15 20
3.20
3.25
3.30 50W
Eg (
eV
)
Tiempo (min)
Las dos graficas inferiores de la figura 4.6 corresponderían al razonamiento de que al
aumentar el tiempo de depósito se experimenta un correspondiente aumento en el tamaño
de grano de los nanocristales de ZnO y a esto le corresponde una disminución en el ancho
de banda prohibida en contraste con el resultado de la grafica superior de 100 Watts.
Figura 4.6 Banda prohibida vs
Tiempo de depósito.
- 52 -
4.3.2 Cálculo de los espesores
El espesor de la muestra se calculó obteniendo el espectro de reflectancia óptica (Rf) de la
película solamente para las muestras depositadas, este espectro es mostrado en la Fig. 4.7.
Rf se obtuvo despreciando las contribuciones de la interface sustrato aire de la parte
posterior del sustrato, por lo tanto obteniendo la medición de un sistema sustrato/película,
se determinaron las posiciones de las longitudes de onda de los máximos y los mínimos
mediante el empleo de la ecuación:
400 600 8000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
x
minx
100W20
Rf
(%)
nm
axx
400 600 800
0
5
10
15
20
x
min
ax
100W15
Rf
(%)
nm
400 600 8000
5
10
15
20
25
x
x
min
ax
100W10
Rf
(%)
nm
400 600 8000
5
10
15
20
25
min
ax
x
x
75W20
Rf
(%)
nm
400 600 8000
5
10
15
20
25
30
35
min
ax
x
x
75W15
Rf
(%)
nm
400 600 8000
5
10
15
20
25
30
35
min
ax
x
x
75W10
Rf
(%)
nm
400 600 8000
5
10
15
20
25
min
ax
x
x
50W20
Rf
(%)
nm
400 600 8000
5
10
15
20
25
30
35
min
ax
x
x
50W15
Rf
(%)
nm
400 600 8000
5
10
15
20
25
min
axx
x
50W10
Rf
(%)
nm
Figura 4.7 Espectros calculados de Reflectancia (Rf) para un sistema aire/ZnO/vidrio.
- 53 -
Tabla 4.4 Valores de índices de refracción y espesores del ZnO calculadas a partir de las franjas de
interferencia del espectro Rf.
Muestra
100W
20
min
100W
15
min
100W
10
min
75W
20
min
75W
15
min
75W
10
min
50W
20
min
50W
15
min
50W
10 min
d (nm) 420 293 290 334 259 252 280 192 133
λMax 578.95 693.98 485.51 765.84 583.56 821.38 486.87 403.75 604.57
λmin 494.67 527.7 404.78 592.12 456.2 568.04 403.41 328 387.05
n (λMax) 2.0188 1.8739 2.0924 1.9534 2.0132 1.8249 2.0997 2.2567 2.01932
Como se puede notar en la tabla anterior el índice de refracción de nuestros materiales
crecidos fue calculado para las longitudes de onda especificas correspondientes con los
valores máximos de la reflectancia óptica del sistema aire/película/sustrato y estos
concuerdan con los que se reportan en la literatura [1].
Se comprueba que las películas de mayor espesor presentan más interferencias que las de
menor espesor, así como también las depositadas a mayor tiempo y mayor potencia como
era de esperarse. Las tendencias o correlaciones entre el espesor, potencia y el tiempo de
crecimiento son mostradas gráficamente en la figura 4.8.
300
350
400
20 min
200
250
300
15 min
E s
p e
s o
r
(n
m)
50 75 100100
150
200
250
300
10 min
Potencia (Watt)
10 15 20
50W
Tiempo (min)
75W
100W
Figura 4.8 Espesor de las capas de ZnO vs potencia y vs Tiempo.
- 54 -
4.4 Caracterización eléctrica del Dispositivo
Como se ha indicado con anterioridad las películas delgadas de ZnO están interviniendo
como un medio activo o canal de conducción en el transistor diseñado a base de
heterouniones, véase figura 3.6, en los resultados siguientes ahora son correlacionados los
parámetros de crecimiento de esta capa activa de ZnO con parámetros eléctricos
convencionales para el estudio del comportamiento de los transistores de películas delgadas
descritos anteriormente. En los análisis de estos resultados se decidió anexar dos
crecimientos con y sin calentamiento del sustrato a potencia de depósito 150 Watt y
calentamiento de sustrato a 150°C para los mimos tipos de crecimientos de 10, 15 y 20
minutos. Así mismo para la elaboración del dispositivo el sustrato paso a ser una capa
compuesta SiO2/Si
4.5 Resultados del Dispositivo (TFT)
En las siguientes graficas se muestran los resultados experimentales de los transistores en
términos de las curvas características para dispositivos tipo FET, como se podrá observar
el comportamiento de los transistores elaborados, marca una tendencia y comportamiento
aproximado para bajas potencias de fabricación y estas tendencia se va mejorando a medida
que aumenta la potencia de depósito de la capa activa (ZnO). Las curvas características a
las que nos referiremos son las que correlacionan VD vs ID para varios voltajes de
compuerta constantes entre 0-40V y las que muestran vs VG para VDS constante. Los
parámetros de fabricación de los TFTs de ZnO son: una compuerta aislante de SiO2 que
cuenta con un espesor de 100 nm y ancho de canal de W=450 micrómetros, longitudes de
canal L1=80, L2=40, L3=20 y L4=10 micrómetros. En un área de sustrato de 1.5 x1.5 cm se
depositaron 15 grupos de transistores, de los cuales se muestran los resultados más
representativos.
En la figura 4.9 se observan los resultados que se obtuvieron en los transistores
depositados a 50 watts a series de 10, 15 y 20 minutos para longitudes de canal cada una
de 20 (L4) y 40 (L3) micrómetros. Se piensa que en el proceso de litografía, el reactivo
removedor al ser aplicado en estas condiciones desprendió y daño algunos contactos
afectando el comportamiento típico de un dispositivo FET. Así mismo podemos notar que
la corriente con más alto voltaje de compuerta presenta una sub-saturación o un
- 55 -
escalonamiento antes de alcanzar una saturación fuerte, pero ocurre solo en los tiempos de
10 y 15minutos, para longitudes de canal de 20 y 10 micrómetros y en el más alto voltaje
de compuerta manejado. Esto se puede atribuir a fugas corriente, atrapamiento de carga o
apantallamientos debido a la configuración tanto de los materiales y forma.
-10 0 10 20 30 40
0
200
400
VDSVDS
I D
(x
10
-2
A)
I D
(x
10
-2
A)
VDS
L3
-10 0 10 20 30 40
0
500
1000
20 minutos15 minutos
I D
(x
10
-2
A)
L3
50 watts
-10 0 10 20 30 40
-3
0
3
6
9
12
L3
-10 0 10 20 30 40
0
300
600
L4
I D
(x
10
-2
A)
10 minutos
-10 0 10 20 30 40
0
1000
2000
L4
I D
(x
10
-2
A)
-10 0 10 20 30 40-5
0
5
10
15
20
VDSVDSVDS
L4
I D
(x
10
-2
A)
En esta misma figura para voltajes de compuerta menores a 40 V y tiempos de 10 y 15
minutos de depósito se empieza a observar un mejor comportamiento, semejante a un
transistor, para tiempos de 20 minutos el comportamiento de las curvas en general para
todos los voltajes de compuerta empiezan a presentar las regiones que conforman las
características normales de una curva I-V para estos dispositivos (región de corte,
saturación y óhmica). Por otro lado en este grupo se observan algunas curvas que no
presentan una saturación constante, si no que se presenta una atenuación ligera en la
corriente ID a medida que aumenta el VDS, esto implica un aumento gradual en el límite de
la zona de agotamiento.
Los siguientes parámetros considerados se ilustran en la fig. 4.10. y consisten en
una potencia de depósito de 75 W con tres diferentes longitudes de canal y los mismos
Figura 4.9 Características ID-VD para transistores cuya capa activa se depositó a 50 watts.
- 56 -
tiempos antes mencionados para las muestras. En este grupo de transistores todos exhiben
las tres regiones características para curvas de este tipo, no obstante persiste el posterior
decaimiento de la corriente después de alcanzar el nivel de saturación, pese a que en cada
gráfica hay una familia de cinco curvas, las cuales quedan determinadas a un VG fijo, el
espaciamiento respectivo en su nivel de saturación se encuentra desproporcionado, siendo
menores para VG menores por lo cual en una escala lineal no son apreciadas.
-10 0 10 20 30 40
-3
0
3L2
I D
(
x1
0-2
A
)
VDS
-10 0 10 20 30 40
-5
0
5
20 minutos15 minutos
L2
I D
(x
10
-2
A)
VDS
10 minutos
-10 0 10 20 30 40-3
0
3 L3
I D
(x
10
-2
A)
VDS
-10 0 10 20 30 40
-5
0
5
L3
I D
(x
10
-2
A)
VDS
-10 0 10 20 30 40-3
0
3
6
L4
I D
(x
10
-2
A)
VDS
-10 0 10 20 30 40
0
8
16
L4
I D
(x
10
-2
A)
VDS
-10 0 10 20 30 40-1
0
1
2
3
I D
(x
10
-2
A)
VDS
L3
-10 0 10 20 30 40
-4
0
4
8
L4
I D
(x
10
-2
A)
VDS
75 w a t t s
En este grupo de 75 W cabe señalar que los que manejan más nivel de corriente
corresponden a los que presentan una capa activa más gruesa y longitud de canal más
pequeña.
En el siguiente grupo de transistores, con parámetro de depósito de 100 W en
general mantienen la tendencia alcanzar mayor nivel de corriente de saturación al aumentar
Figura 4.10 Características ID-VD para transistores cuya capa activa se depositó a 75 watts.
- 57 -
el espesor y disminuir la longitud del canal, véase fig. 4.11, el subgrupo de transistores de
15 minutos observó mejor respuesta de corriente con respecto a los demás.
0 10 20 30 40
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
VDS
20 minutos 15 minutos 10 minutos
I D
(x
10
-2
A)
VDS
L2
100 Watts
0 10 20 30 400
30
L2
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 400
3
6
9
VDS
L2
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 400
5
10
15
20
25
30
L3
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 400
10
20
30
40
50
60
70
80
L3
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 400
1
2
L3
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 400
5
10
15
20
25
VDSVDS
L4
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 400
5
10
15
20
25
30
35
L4
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 400
5
10
15
20
VDSVDSVDS
VDS
L4
I D
(x
10
-2
A)
Las figuras 4.12 y 4.14 corresponden mejor con las características típicas IDS contra
VDS para varios VGS de un transistor de efecto de campo. La conductancia del canal
aumenta en proporción decreciente con el incremento del voltaje VDS, manteniendo un
voltaje de compuerta constante VG > 0 y esta conductancia aumenta en mayor proporción
conforme aumenta el voltaje VG. Los portadores mayoritarios (electrones) son inducidos
por el voltaje positivo VG, así que se confirma que el canal de ZnO de nuestros TFTs es de
tipo n. Los transistores fabricados son del tipo incremental (enhancement mode) y están
normalmente apagados cuando VGS=0 V, un voltaje positivo compuerta fuente (VG>VS)
disminuye la resistencia del canal drenaje-fuente.
Figura 4.11 Características ID-VD para transistores cuya capa activa se depositó a 100 watts.
- 58 -
El subgrupo de transistores que se ilustran en la figura 4.12muestra que en general
las familias alcanzan niveles de saturación fuertes, así como mejor distribución de sus
niveles de saturación con respecto al cambio de VG , finalmente cabe señalar que para
longitudes de canal de 40 y 20 micrómetros son mejores estos resultados.
Las corrientes de saturación obtenidas para VG = 40V y aproximadamente VDS =
20V fueron 0.012, 0.024, 0.04 y 0.092 micro amperes para longitudes de canal de 80, 40,
20 y 10 respectivamente.
1 11 21 31
2
4
6
8
10
12
14
VG=20
VG=30
I D
(x
10
-2
A)
VDS
L4
1 5 0 W a t t s C C 1 5 0 °C 1 0 m i n u t o s
VG=40
0 10 20 30 40
1
2
3
4
5
VG=20
VG=30
VG=40
VDS
L3
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 40
1
2
3
VG=20
VG=30
VG=40
VDS
L2
I D
(x
10
-2
A)
0 10 20 30 40
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
VG=20
VG=30
VG=40
VDS
L1
I D
(x
10
-2
A)
La movilidad de efecto de campo y el voltaje umbral fueron obtenidas de la región
de saturación usando la ecuación 3.8.
Figura 4.12 Características ID-VD para transistores cuya capa activa se depositó a 150 watts y
calentamiento de sustrato a 150°C.
- 59 -
Donde la W y la L son el ancho y la longitud del canal, es la movilidad de efecto
de campo, SINxC es la capacitancia por unidad de área del dieléctrico, THV es el voltaje
umbral y GSV es el voltaje entre la compuerta y la fuente. El voltaje umbral y la
movilidad de efecto de campo fueron calculadas mediante la grafica de la raíz cuadrada de
la corriente del drenaje contra el voltaje de compuerta, en la región de saturación como se
muestra en la fig. 4.13.
0 10 20 30 400
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 400.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 10 20 30 400
1
2
3
0 10 20 30 400.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
VTH = 17.5V
VGS
cm2
v-1
s-1
VD
= 40V
VTH = 20.6V
L3
VGS
cm2v
-1s
-1
VD
= 40V
VTH = 19V
L2
(1x
10
-4 )s
qrt ( ID
)
(1x
10
-4 )s
qrt ( ID
) (1
x1
0-4
)sq
rt ( ID )
VGS
(1x
10
-4 )s
qrt ( ID
)
VTH = 18.5V
L1
VGS
cm2
v-1
s-1
VD
= 40V
10-9
10-8
10-7
10-6
Lo
g (I D
)
Lo
g (I D
) L
og
(I D
)
Lo
g (I D
)
L4
10-9
10-8
10-7
10-9
10-8
10-7
cm2v
-1s
-1
VD
= 40V
10-10
10-9
10-8
150 watts CC 150°C 10 minutos
La movilidad de efecto de capo en saturación puede ser calculada de la siguiente fórmula:
22m
WC
L
SINX
Figura 4.13 Características Log (ID)-VG y
- VG con VDS constante para transistores
depositados a 150°C.
- 60 -
La capacitancia por unidad de área, CSINX se calcula de la siguiente expresión:
SINX
SINX
tC
SINX
0
0 , SINX son la permitividad en el vacío y la del oxido respectivamente, SINXt es el
espesor del oxido. Estos TFTs tienen movilidades de saturación en general para las tres
longitudes de canal de 0.001 cm2V
-1S
-1. El voltaje umbral (VTH ) obtenido para L1=80
micras es 18.5 V, L2=40 micras es 19, V L3=20 micras es 20.6 V y para L4=10 es de 17.5
V. Sus razones de encendido, para L4= , L3= , L2= , L1= . La
proporción del voltaje requerido para el incremento corriente ID por un factor de 10 (S) es
11, 14,16 y 20 V/década respectivamente para L4, L3, L2 y L1.
0 10 20 30 40
0
20
40
60
80
100
120
VG=20
VG=40
VG=30
L4
I D (
x1
0-2
A
)
I D (
x1
0-2
A
)
1 5 0 W a t t S C 1 5 m i n u t o s
0 10 20 30 40
10
20
30
40
50
60
70
80
VG=10
VG=20
VG=30
VG=40
VDS
(V)
L3
0 10 20 30 40
2
4
6
8
10
VG=20
VG=30
VG=40
VDS
(V)
L2
I D (
x1
0-2
A
)
I D (
x1
0-2
A
)
VDS
(V)
10 20 30 40
0
1
2
3
4
5
VG=20
VG=30
VG=40
L1
VDS
(V)
Figura 4.14 Características ID-VD para transistores cuya capa activa se depositó a 150
watts.
- 61 -
De la anterior figura 4.14 las familias de curvas para las longitudes de canal más
grande (40 y 80 micrómetros) presentan una saturación definida en comparación de
longitudes más pequeñas (10 y 20 micrómetros) en la cual aparece un crecimiento ID más
lento para mayores VDS, así como se puede notar que longitudes de canal más pequeñas
proporcionan mejores corrientes de saturación que las longitudes de canal más grandes.
Las corrientes de saturación obtenidas para VG = 40V y aproximadamente VDS = 20
V fueron 0.04, 0.09, 0.72 y 1.16 micro amperes para longitudes de canal de 80, 40, 20 y
10 micras respectivamente. Estos transistores tienen espesor de canal del orden de 3000Å,
medido con perfilometro.
0 10 20 30 400.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 10 20 30 400
1
2
3
0 10 20 30 400
2
4
6
0 10 20 30 400
2
4
6
8
10
12
VTH = 19.5V
VGS
cm2
v-1
s-1
VD
= 40V
L1
VTH = 20V
VGS
cm2v
-1s
-1
VD
= 40V
L2
VTH = 20V
cm2
v-1
s-1
VD
= 40V
L3 (1
x1
0-4
)sq
rt ( ID )
(1x
10
-4 )s
qrt ( ID
)
VGS
(1x
10
-4 )s
qrt ( ID
)
Lo
g (I D
) (1
x1
0-4
)sq
rt ( ID )
VGS
L4
VD
= 40V
VTH = 19V
cm2
v-1
s-1
10-10
10-9
10-8
Lo
g (I D
)
Lo
g (I D
)
Lo
g (I D
)
10-9
10-8
10-7
10-9
10-8
10-7
10-9
10-8
10-7
10-6
150 watts 15 minutos
Figura 4.15 Características Log (ID)-VG y
- VG con VDS constante para
transistores depositados a temperatura ambiente.
- 62 -
Estos TFTs tienen movilidades de saturación de 0.003 cm2V
-1S
-1, 0.002 cm
2V
-1S
-1,
0.001 cm2V
-1S
-1 y 0.001 cm
2V
-1S
-1 respectivamente para L4, L3, L2 y L1. El voltaje umbral
(VTH ) obtenido para L4=10 micras es 19 V, L3=20 micras es 20 , V L2=40 micras es 20 V
y para L1=80 es de 19.45 V. Su razón de encendido, para L4= , L3= ,
L2= , L1= . La proporción del voltaje requerido para el incremento
corriente ID por un factor de 10 (S) es 9, 11,13 y 15 V/década respectivamente para L4, L3,
L2 y L1.