Fabrication and investigation of the electrical performance of nitrogenated bilayer ZnO:N/ZnO thin-film transistors

材料科学 薄膜晶体管 阈值电压 光电子学 X射线光电子能谱 双层 阈下斜率 场效应 晶体管 图层(电子) 纳米技术 电压 化学工程 电气工程 工程类 生物 遗传学
作者
Jiajun Han,Qingfeng He,Ablat Abliz
出处
期刊:Chinese Journal of Physics [Elsevier BV]
卷期号:85: 318-325 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.cjph.2023.07.028
摘要

In this study, a bilayer ZnO:N/ZnO thin-film transistors (TFTs) was designed to improve both the performance and stability of single-layer ZnO TFTs, using the effects of N-treatment on oxygen vacancy (VO) and the interface trap density. Bilayer ZnO:N/ZnO films and related TFTs were fabricated via radiofrequency magnetron sputtering in a mixture of Ar and N2 gas at 150°C. The electrical performance and bias-stress stability were systematically investigated. The bilayer ZnO:N/ZnO TFT exhibited a linear field-effect mobility of 13.6 cm2/Vs, high current on-to-off ratio (Ion/Ioff) of 1 × 107, small threshold voltage (Vth) of 2.6 V, and low subthreshold swing of 0.32 V/decade compared with single-layer undoped ZnO and ZnO:N TFTs. Moreover, ZnO:N/ZnO TFT exhibited small threshold voltage shifts (∆Vth) of 0.8 and –0.9 V according to positive bias illumination stress and negative bias illumination stress measurements, respectively. X-ray photoelectron spectroscopy analysis showed that the N-treatment passivated the VO defects, reduced the density of interface traps, and controlled the carrier concentration. Thus, the performance and stability of the ZnO:N/ZnO TFTs were improved. Therefore, ZnO:N/ZnO TFTs have good application prospects in transparent thin-film electronics and flat-panel displays.

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