通过ald衍生的双层通道和hafnia基栅极介质堆栈实现低电压、高迁移率IGZO晶体管( Achieving a Low-Voltage, High-Mobility IGZO Transistor through an ALD-Derived Bilayer Channel and a Hafnia-Based Gate Dielectric Stack )

HC Min CH Choi HJ Seul HC Cho JK Jeong thin-film transistor bias stability low operation voltage high mobility high-κ dielectric bilayer channel indium−gallium zinc oxide atomic-layer deposition

用于增强现实(AR)和虚拟现实(VR)应用的超高分辨率显示器需要新颖的架构和工艺。原子层沉积(ALD)由于其良好的阶梯覆盖和精确的厚度控制，使得在非平面衬底上制备铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜晶体管变得容易。在这里，我们报道了分别使用IGZO和HfO2作为沟道层和栅绝缘体的全ALD衍生TFT。通过对ALD IGZO系统的阳离子组合研究,设计了一种双层IGZO沟道结构,该双层IGZO沟道结构由具有良好稳定性的10 nm基极层(In0.52Ga0.29Zn0.19O)和具有极高迁移率的3 nm升压层(In0.82Ga0.08Zn0.10O)组成。通过ALD工艺减小HfO2介质膜的厚度，可以在场效应晶体管中提供高面电容，从而实现低电压驱动能力和增强载流子传输。通过在HfO2和IGZO膜之间插入一个由ALD衍生的4 nm Al2O3界面层，有效地缓解了HfO2栅绝缘体的本征劣稳定性。在低工作电压(≤2V)范围内,优化后的双层IGZO TFT的场效应迁移率为74.0±0.91cm2/(V·s),亚阈值摆幅为0.13±0.01V/dec,阈值电压为0.20±0.24V,离子/关断为3.2×108.这是由于双层IGZO沟道和高介电常数的HfO2基栅绝缘体的协同效应,主要是由于高迁移率的boost层的有效载流子限制、低VO浓度的基底层的低自由载流子密度以及HfO2诱导的高有效电容。

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