Effect of Channel Thickness on Performance of Ultra-Thin Body IGZO Field-Effect Transistors

材料科学 光电子学 无定形固体 晶体管 阈下斜率 表面粗糙度 场效应晶体管 电子迁移率 场效应 阈下传导 电气工程 复合材料 电压 化学 工程类 有机化学
作者
Min Jae Kim,Hyeong Jin Park,Sungwon Yoo,Min Hee Cho,Jae Kyeong Jeong
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (5): 2409-2416 被引量:47
标识
DOI:10.1109/ted.2022.3156961
摘要

Amorphous indium–gallium–zinc oxide (a-IGZO) is a promising channel material for an upper transistor in monolithic three-dimensional devices. Although the field-effect transistors (FETs) with a rather thick channel thickness >10 nm have been intensively examined, less information is available for the IGZO FETs with an ultra-thin body (< 10 nm). In this study, the FETs with the IGZO channel layer ranging from 2 to 20 nm were investigated in detail. As the channel thickness decreased from 20 to 7 nm, the mobility and subthreshold swing (SS) values were improved. In contrast, the deterioration in mobility and SS occurred when the IGZO thickness was less than 7 nm. The physical rationale for the strong IGZO thickness dependence on performance of the resultant FETs was discussed based on subgap density-of-state distribution and mobility models such as percolation and surface-roughness scattering mechanisms using a technological computer-aided design simulation with a quantum mechanical model. IGZO FET with an IGZO thickness of 7 nm exhibited the best performance, which was attributed to the synergic balance by percolation efficiency and reduction in effective subgap defect density of IGZO.
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