Cation doping strategy for improved carrier mobility and stability in metal-oxide Heterojunction thin-film transistors

材料科学 异质结 薄膜晶体管 兴奋剂 光电子学 阈值电压 电子迁移率 钝化 场效应 带材弯曲 氧化物 晶体管 图层(电子) 纳米技术 电压 电气工程 冶金 工程类
作者
Boyeon Park,San Nam,Young-Jin Kang,Seong‐Pil Jeon,Jeong‐Wan Jo,Sung Kyu Park,Yong‐Hoon Kim
出处
期刊:Materials today electronics 卷期号:8: 100090-100090 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.mtelec.2024.100090
摘要

The heterojunction channel architecture has emerged as a viable solution to enhance the performance of metal-oxide thin-film transistors (TFTs), addressing the performance limitations of single-channel counterparts. However, carrier mobility enhancement through a channel thickness design often encounters significant challenges such as the negative threshold voltage (Vth) shift. In this study, we present a cation doping strategy, designed to regulate Vth shift while simultaneously boosting carrier mobility in zinc-tin-oxide (ZTO)-based heterojunction TFTs. A comprehensive investigation of ZTO-based semiconductors was conducted to explore the impact of cation doping on the energy band structure and to find an optimal heterojunction channel structure for high carrier mobility and stability. The resulting ZTO/Ti-doped ZTO (Ti:ZTO) heterojunction TFTs demonstrated a field-effect mobility of 39.7 cm2/Vs, surpassing the performance of ZTO TFTs (16.1 cm2/Vs), with a minimal change in the Vth. Furthermore, the ZTO/Ti:ZTO TFTs exhibited enhanced bias-stress stability compared to the ZTO TFTs. We attribute the improved mobility and stability to the electron accumulation near the oxide channel heterointerface facilitated by band bending and defect passivation effect arising from the Ti:ZTO back-channel layer, respectively.

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