Unraveling the Impact of Cation Composition on Atomic Layer Deposited Ultrathin In–Sn–O Field-Effect Transistors

材料科学 光电子学 兴奋剂 原子层沉积 晶体管 氧化铟锡 图层(电子) 阈值电压 结晶 薄膜晶体管 磁滞 电子迁移率 沉积(地质) 纳米技术 半导体 氧化锡 阈下摆动 场效应晶体管 压力(语言学) 氧化物 非易失性存储器 阈下传导
作者
S.-J. Park,Gwang‐Bok Kim,J. Chae,Daewon Ha,Jae Kyeong Jeong
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (12): 6765-6772 被引量:1
标识
DOI:10.1109/ted.2025.3618783
摘要

This article explores the optimization of Sn doping in ultrathin In2O3 field-effect transistors (FETs) to enhance their electrical performance and stability for next-generation semiconductor applications. Using plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) at $150~^{\circ }$ C, indium tin oxide (ITO) films were fabricated with varying Sn concentrations. Through various analyses, we confirmed that Sn doping increased carrier density and effectively reduced oxygen vacancies, enhancing electrical conductivity. In addition, we confirmed that the optimal Sn doping level (12 at%) promoted preferential crystallization along the (222) direction, as observed in both 3-nm and 2-nm-thick films. The resulting ITO FETs demonstrated superior electrical performance, exhibiting a high field-effect mobility of $54.6~\pm ~0.61$ cm2/ $\text {V} \cdot \text {s}$ , a subthreshold swing (SS) of $99.8~\pm ~0.98$ mV/dec, and a threshold voltage of $0.34~\pm ~0.02$ V. Furthermore, the ITO FETs showed enhanced stability under bias-temperature stress conditions, outperforming conventional In2O3 FETs. This study highlights the potential of Sn-doped ITO channels in achieving high-performance, reliable ultrathin FETs for advanced memory and electronic applications.

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