多晶硅薄膜晶体管(Poly-Si TFTs)不仅可作为有源阵列液晶显示(AMLCD)的开关元件,也可以用于在玻璃衬底上集成设计AMLCD的驱动电路,就实现了在同一玻璃衬底上集成制作像素开关和外围驱动电路。在用电子设计自动化(EDA)工具设计Poly-Si TFTs集成电路时,需要嵌入Poly-Si TFTs模型。本文围绕Poly-Si TFTs的建模进行了如下的研究： 基于晶粒间界两侧横向耗尽区的准二维泊松方程,定义阈值电压为在每个晶粒的中间位置即将发生强反型时的栅压,由此建立了Poly-Si TFTs阈值电压的解析模型。模型中考虑了晶粒间界U型分布的陷阱态、栅氧化层厚度、衬底掺杂以及晶粒尺寸对阈值电压的影响。该模型具有一个简明的表达式,在大晶粒尺寸下可简化为传统长沟MOSFET的阈值电压模型。模型的仿真结果表明：阈值电压和最大势垒高度随陷阱态和栅氧化层厚度的减小而减小。 基于一个包含Poole-Frenkel(PF)效应和热电子场致发射的产生复合模型,数值仿真结果表明：当Poly-Si TFTs工作于泄漏区时,在很宽的温度范围内(273-423K)产生率的对数在低场下与电场的开方成线性关系,而在高场下与电场近似成线性关系。由此,Poly-Si TFTs工作于泄漏区时的产生率可用一个解析的近似表达式表示,并根据该表达式建立了Poly-Si TFTs泄漏电流的紧致模型。模型中,考虑了两个电流分量：栅漏交叠耗尽区引起的泄漏电流和横向耗尽区引起的热产生电流。前者通过产生率的近似解析式来表征；后者用一个经验式子来表征。该模型是完全解析的,并且可通过实验数据提取其模型参数,因而适用于电路仿真。 从准二维泊松方程出发,结合漂移扩散和热发射混合的多晶硅薄膜载流子输运理论,建立了亚阈值电流模型。由表面势方程及亚阈值电流方程求得包含陷阱态和晶粒尺寸的亚阈值斜率解析表达式。从该表达式分析可知,减少陷阱态和增大晶粒尺寸将减小Poly-Si TFTs亚阈值斜率、有助于改善Poly-Si TFTs的开关特性。 借鉴MOSFET导通区的紧致建模,提出了Poly-Si TFTs表面沟道电流的紧致模型,其考虑了沟道调制效应(CLM)以及浮体效应导致的阈值电压降低。具体分析了横向寄生三极管的各个电流分量,考虑了多晶硅缓变PN结和包含Poole-Frenkel效应的产生率,最后求得了寄生三极管基极发射极间电压(Vbe)的一个闭合解。基于电流守恒,将Poly-SiTFTs的总电流表示为表面沟道电流与横向寄生三极管发射极电流之和,由此建立了包含浮体效应的Poly-Si TFTs导通特性模型。分析表明：由于多晶硅薄膜的迁移率远小于单晶硅的迁移率,对于长沟Poly-Si TFTs的建模无须考虑寄生三极管的作用；而当沟长小于5μm时,由于基区传输因子(αT)的增大,寄生三极管的增益(β)随沟长的减小而急剧增大,此时需要考虑横向寄生三极管效应。基于电荷守恒,分别从一维泊松方程和准二维泊松方程出发建立了多晶硅薄膜与Poly-Si TFTs的漏致势垒降低效应(DIGBL)的解析模型。研究结果表明,在多晶硅薄膜和Poly-Si TFTs中,当往晶粒间界势垒两端加载一横向偏置时,低势垒侧的降压小于高势垒侧的降压。此外,在特定情形下,Poly-Si TFTs中DIGBL效应的模型表达式将简化为多晶硅薄膜中DIGBL效应的形式。