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摘 要

以前的研究已经证实了双栅结构的TFT具有更优秀的电流驱动能力。顶栅与底栅相互独立，可以动态调整器件的阈值电压。本论文主要是对ITO/a-Si:H 肖特基光电二极管门控双栅多晶硅TFT的工作原理进行分析，并得到器件的等效电路模型，研究分析其工作特性。

首先，分析肖特基光电二极管与普通光电二极管的区别。再对普通光电二极管的等效电路模型进行分析。肖特基光电二极管运用在低频场合下，除了等效电路中元器件的参数不一致外，等效电路是可以通用的结论。通过修改相关参数对肖特基光电二极管进行仿真分析，得到其输出特性与响应特性。

然后，基于单栅多晶硅RPI模型，结合LTPS 双栅TFT的结构。提出在此技术条件下，双栅TFT的等效电路模型为两个单栅TFT的“背靠背”并联连接。根据上述分析，进行仿真实验得到双栅多晶硅TFT在亚阈值区的传输特性和转移特性。

由于两个分模块的等效电路均可以良好工作，故将两者模型整合起来得到完整的等效模型。由于双栅结构存在栅控阈值电压的效应存在，本研究中采用对PMOS管模型底栅偏置来模拟。结果表明光电二极管产生的电压某种程度上可以充当栅极电压的控制作用。而且仿真结果表明对光照产生的电流又明显的放大作用，可以得出器件对微弱光信号具有良好的检测性能。

最后分析了对器件进行操作的信号时序，可用于进一步实验的参考操作。

关键词：肖特基光电二极管，双栅多晶硅TFT，等效电路，电路仿真

ABSTRACT

Previous studies have confirmed that double-gate TFTs have better current drive capability. The top and bottom grids are independent of each other and can dynamically adjust the threshold voltage of the device. In this paper, the working principle of ITO/a-Si: H Schottky photodiode gated double-gate polysilicon TFT is analysed, and the equivalent circuit model of the device is obtained to study its working characteristics.

First, the photodiode portion is analyzed. Based on the equivalent circuit model of ordinary photodiode, the difference between Schottky photodiode and ordinary photodiode is analysed. It is concluded that we just need to modify the parameters of the components in the equivalent circuit to, when the device used at low frequencies. The parameters of the Schottky photodiode are simulated and analyzed to obtain the output characteristics and response characteristics.

Then, based on the RPI model of single-gate polysilicon and the structure of LTPS double-gate TFT, it is proposed that the equivalent circuit model of double-gate TFT is connected in parallel with two single-gate TFTs. According to the above analysis, the simulation experiments show that the double-gate polysilicon TFT in the sub-threshold area of ​​the transmission characteristics and transfer characteristics.

As the two sub-modules of the equivalent circuit can work well, so the two models together to get a complete equivalent model. Due to the existence of the gate-threshold voltage in the double-gate structure, the bottom gate bias of the PMOS tube model is used in this study. The results show that the voltage generated by the photodiode can act as a control of the gate voltage to some extent. And the simulation results show that the current generated by the light and the obvious amplification effect, we can get the device on the weak optical signal has a good detection performance.

Finally, the signal timing of the operation of the device is analyzed and can be used for further experimental reference operations.

KEY WORD： Schottky photodiode, Dual-gate polysilicon TFT, Equivalent circuit, Circuit simulation

目 录

目录 1

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 实验方法及研究现状 2

1.3 研究内容及意义 3

第二章 ITO/a-Si:H 肖特基光电二极管模型建立及仿真 4

2.1工作原理 4

2.2种类及特点 4

2.2.1 PN结光电二极管和PIN光电二极管 4

2.2.3肖特基光电二极管 5

2.3 光电二极管的性能参数 6

2.3.1 响应度和量子效率 6

2.3.2 响应时间 6

2.3.2 暗电流 7

2.3.4 等效噪声功率 7

2.3.5 I-V特性 7

2.4 PN结光电二极管等效电路 7

2.5 肖特基光电二极管等效电路和仿真 8

2.5.1 结构分析 8

2.5.2 等效电路 9

2.5.3 仿真分析 10

2.6 本章总结 12

第三章 双栅多晶硅薄膜晶体管模型建立及仿真 13

3.1多晶硅薄膜晶体管与LTPS TFT 13

3.1.1 多晶硅薄膜晶体管 13

3.1.2 LTPS TFT 13

3.2 LTPS TFT的电学特性 14

3.2.1 栅极正向偏置 14

3.2.2 LTPS TFT的漏电流 17

3.3单栅多晶硅薄膜晶体管等效电路 17

3.3.1 等效电路与相关参数 17

3.3.2 仿真分析 20

3.4双栅多晶硅薄膜晶体管 22

3.4.1 模型的建立 22

3.4.2 仿真分析 23

3.5本章总结 28

第四章 光电二极管与薄膜晶体管的集成仿真 29

4.1 器件结构与模型 29

4.2 仿真分析 30

4.3 器件操作设计 32

4.4 本章总结 32

第五章 结论与展望 33

参考文献 34

致谢 36

第一章 绪论

1.1 研究背景

无论是针对光学信号还是X光信号，数字成像技术正强有力地发展。目前，大面积成像技术有两种系统方案可以应用，分别是由线性成像系统组成（比如复印机、传真机、扫描仪）以及由二维系统组成（比如在X射线成像中用作光学成像和影像增强管的光学/视频相机）。但无论是线性还是二维系统，基础的成像单元都被称作像素，包含了图像传感器和开关。图1-1展示的是最基础也是最广泛运用的像素构造。每一个像素包含着一个可利用金属氧化物场效应管技术或者薄膜晶体管技术制成的场效应管与一个光学传感器（这里指光电二极管）。

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