随着液晶显示技术的发展,人们对其控制组件薄膜晶体管的要求越来越高。以铟鎵氧化锌为代表的金属氧化物由于具有迁移率高、透明度好、制备温度低等优点,成为目前薄膜晶体管沟道层制备的理想材料。相应地,非晶铟鎵氧化锌薄膜晶体管(a-IGZO TFT)因具有低功耗、低成本和对可见光不敏感等特点,被广泛应用于AMOLCD、OLED等显示器件。因此,基于非晶金属氧化物薄膜陷阱态分布及其电学特性,合理地构建a-IGZO TFT的器件模型,揭示漏电流的物理机制,可为电路模拟仿真和器件制备提供理论依据,同时也对集成电路产业的发展具有现实意义。本文的研究目标是对a-IGZO TFT器件的电学特性进行分析,并针对非晶铟鎵氧化锌薄膜的陷阱态分布情况,基于表面势建立a-IGZO TFT的漏电流模型。a-IGZO TFT陷阱态包含有指数分布的带尾态和深能态,其中由于制备工艺不同,深能态主要有指数分布和高斯分布两种形式,陷阱电荷的分布对薄膜晶体管的电学特性产生一定的影响,本文考虑了上述a-IGZO的不同陷阱态分布,利用泊松方程及高斯定理表征了a-IGZO TFT陷阱态分布及自由载流子浓度与器件沟道电势的关系。通过数值计算详细地讨论了陷阱态分布对器件表面势的影响,为a-IGZO TFT器件表面势算法的建立和漏电流解析模型的研究奠定了基础。其一,通过在泊松方程中同时考虑指数分布带尾态和指数分布深能态的陷阱电荷模型,建立了关于表面势的隐式方程,用于描述器件表面势与栅压的函数关系。基于渐变沟道近似,考虑到在栅压变化时泊松方程中载流子的物理机制,建立a-IGZO TFT表面势的非迭代求解算法。与数值迭代计算的结果对比,所构建的表面势解析算法的绝对误差低至-510数量级。在考虑a-IGZO传输机制的条件下,结合Pao-Sah模型解析地建立器件的漏电流方程。通过与薄膜晶体管的输出特性和转移特性的实验数据进行对比,进而验证了该漏电流模型的有效性。其二,考虑指数分布带尾态和高斯分布深能态的陷阱态分布,采用Lambert W函数等分析方法,非迭代求解a-IGZO TFT的表面势。基于这一表面势算法,在考虑a-IGZO TFT渗流导电机制及多次捕获释放机制的条件下,结合薄层电荷模型建立a-IGZO TFT的漏电流模型,并通过与实验曲线进行对比,验证了这一模型。综上所述,本文基于表面势的方法,结合分析a-IGZO的物理机制,在两种不同分布的深能态情况下构建了器件的漏电流模型。模型具有物理概念清晰和计算量较少的优点,能够较好地分析器件的电学特性,并易于实现仿真器的嵌入。