p-type tin monoxide (SnO) nanowire field-effect transistors with stable enhancement mode behavior and record performance are demonstrated at 160 °C. The nanowire transistors exhibit the highest field-effect hole mobility (10.83 cm2 V−1 s−1) of any p-type oxide semiconductor processed at similar temperature. Compared to thin film transistors, the SnO nanowire transistors exhibit five times higher mobility and one order of magnitude lower subthreshold swing. The SnO nanowire transistors show three times lower threshold voltages (−1 V) than the best reported SnO thin film transistors and fifteen times smaller than p-type Cu2O nanowire transistors. Gate dielectric and process temperature are critical to achieving such performance.

1.
O.
Madelung
,
Technology and Applications of Amorphous Silicon
(
Springer
,
Berlin
,
2000
).
2.
3.
4.
T. P.
Brody
,
IEEE Trans. Electron Devices
31
,
1614
(
1984
).
5.
S.
Ju
,
A.
Facchetti
,
Y.
Xuan
,
J.
Liu
,
F.
Ishikawa
,
P.
Ye
,
C.
Zhou
,
T. J.
Marks
, and
D. B.
Janes
,
Nat. Nanotechnol.
2
(
6
),
378
(
2007
).
6.
R. H.
Reuss
,
B. R.
Chalamala
,
A.
Moussessian
,
M. G.
Kane
,
A.
Kumar
,
D. C.
Zhang
,
J. A.
Rogers
,
M.
Hatalis
,
D.
Temple
,
G.
Moddel
,
B. J.
Eliasson
,
M. J.
Estes
,
J.
Kunze
,
E. S.
Handy
,
E. S.
Harmon
,
D. B.
Salzman
,
J. M.
Woodall
,
M. A.
Alam
,
J. Y.
Murthy
,
S. C.
Jacobsen
,
M.
Olivier
,
D.
Markus
,
P. M.
Campbell
, and
E.
Snow
,
Proc. IEEE
93
(
7
),
1239
(
2005
).
7.
E.
Fortunato
,
P.
Barquinha
, and
R.
Martins
,
Adv. Mater.
24
(
22
),
2945
(
2012
).
8.
K.
Nomura
,
H.
Ohta
,
A.
Takagi
,
T.
Kamiya
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Nature
432
(
7016
),
488
(
2004
).
9.
H.
Huang
,
B.
Liang
,
Z.
Liu
,
X.
Wang
,
D.
Chen
, and
G.
Shen
,
J. Mater. Chem.
22
(
27
),
13428
(
2012
).
10.
D. S.
Ginley
,
H.
Hosono
, and
D. C.
Paine
,
Handbook of Transparent Conductors
(
Springer
,
New York
,
2010
).
11.
B.
Kim
,
C. H.
Nyuck
,
C. W.
Seok
,
K.
Seung-Hee
,
J. Y.
Ho
,
Y.
Juhn-Suk
,
Y. S.
Young
,
J.
Myungchul
,
H.
Yong-Kee
, and
H.
Min-Koo
,
IEEE Electron Device Lett.
33
(
4
),
528
(
2012
).
12.
K. M.
Kim
,
C. W.
Kim
,
J.-S.
Heo
,
H.
Na
,
J. E.
Lee
,
C. B.
Park
,
J.-U.
Bae
,
C.-D.
Kim
,
M.
Jun
,
Y. K.
Hwang
,
S. T.
Meyers
,
A.
Grenville
, and
D. A.
Keszler
,
Appl. Phys. Lett.
99
(
24
),
242109
(
2011
).
13.
S. N.
Cha
,
J. E.
Jang
,
Y.
Choi
,
G. A. J.
Amaratunga
,
G. W.
Ho
,
M. E.
Welland
,
D. G.
Hasko
,
D. J.
Kang
, and
J. M.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
89
(
26
),
263102
(
2006
).
14.
P.-C.
Chen
,
G.
Shen
,
H.
Chen
,
Y.-G.
Ha
,
C.
Wu
,
S.
Sukcharoenchoke
,
Y.
Fu
,
J.
Liu
,
A.
Facchetti
,
T. J.
Marks
,
M. E.
Thompson
, and
C.
Zhou
,
ACS Nano
3
,
3383
(
2009
).
15.
G.
Shen
,
J.
Xu
,
X.
Wang
,
H.
Huang
, and
D.
Chen
,
Adv. Mater.
23
(
6
),
771
(
2011
).
16.
D.
Chen
,
Z.
Liu
,
B.
Liang
,
X.
Wang
, and
G.
Shen
,
Nanoscale
4
,
3001
(
2012
).
17.
K.
Trivedi
,
H.
Yuk
,
H. C.
Floresca
,
M. J.
Kim
, and
W.
Hu
,
Nano Lett.
11
(
4
),
1412
(
2011
).
18.
Z. Q.
Yao
,
S. L.
Liu
,
L.
Zhang
,
B.
He
,
A.
Kumar
,
X.
Jiang
,
W. J.
Zhang
, and
G.
Shao
,
Appl. Phys. Lett.
101
(
4
),
042114
(
2012
).
19.
X.
Zou
,
F.
Guojia
,
Y.
Longyan
,
L.
Meiya
,
G.
Wenjie
, and
Z.
Xingzhong
,
Electron Devices Lett.
31
(
8
),
827
(
2010
).
20.
K.
Matsuzaki
,
K.
Nomura
,
H.
Yanagi
,
T.
Kamiya
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
93
(
20
),
202107
(
2008
).
21.
E.
Fortunato
,
V.
Figueiredo
,
P.
Barquinha
,
E.
Elamurugu
,
R.
Barros
,
G.
Goncalves
,
S. -H. K.
Park
,
C.-S.
Hwang
, and
R.
Martins
,
Appl. Phys. Lett.
96
(
19
),
192102
(
2010
).
22.
E.
Fortunato
,
R.
Barros
,
P.
Barquinha
,
V.
Figueiredo
,
S. -H. K.
Park
,
C.-S.
Hwang
, and
R.
Martins
,
Appl. Phys. Lett.
97
(
5
),
052105
(
2010
).
23.
H.-N.
Lee
,
H.-J.
Kim
, and
C.-K.
Kim
,
Jpn. J. Appl. Phys.
49
(
2
),
020202
(
2010
).
24.
L. Y.
Liang
,
Z. M.
Liu
,
H. T.
Cao
,
W. Y.
Xu
,
X. L.
Sun
,
H.
Luo
, and
K.
Cang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
45
(
8
),
085101
(
2012
).
25.
Y.
Ogo
,
H.
Hiramatsu
,
K.
Nomura
,
H.
Yanagi
,
T.
Kamiya
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
93
(
3
),
032113
(
2008
).
26.
H.
Yabuta
,
N.
Kaji
,
R.
Hayashi
,
H.
Kumomi
,
K.
Nomura
,
T.
Kamiya
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
97
(
7
),
072111
(
2010
).
27.
A.
Togo
,
F.
Oba
,
I.
Tanaka
, and
K.
Tatsumi
,
Phys. Rev. B
74
(
19
),
195128
(
2006
).
28.
Y.
Ogo
,
H.
Hiramatsu
,
K.
Nomura
,
H.
Yanagi
,
T.
Kamiya
,
M.
Kimura
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Phys. Status Solidi A
206
(
9
),
2187
(
2009
).
29.
J. A.
Caraveo-Frescas
,
P. K.
Nayak
,
H. A.
Al-Jawhari
,
D. B.
Granato
,
U.
Schwingenschlögl
, and
H. N.
Alshareef
,
ACS Nano
7
,
5160
(
2013
).
30.
L.
Liao
,
Z.
Zhang
,
B.
Yan
,
Z.
Zheng
,
Q. L.
Bao
,
T.
Wu
,
C. M.
Li
,
Z. X.
Shen
,
J. X.
Zhang
,
H.
Gong
,
J. C.
Li
, and
T.
Yu
,
Nanotechnology
20
(
8
),
085203
(
2009
).
31.
L.
Liao
,
B.
Yan
,
Y. F.
Hao
,
G. Z.
Xing
,
J. P.
Liu
,
B. C.
Zhao
,
Z. X.
Shen
,
T.
Wu
,
L.
Wang
,
J. T. L.
Thong
,
C. M.
Li
,
W.
Huang
, and
T.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
94
(
11
),
113106
(
2009
).
32.
B.
Kumar
,
D.-H.
Lee
,
S.-H.
Kim
,
B.
Yang
,
S.
Maeng
, and
S.-W.
Kim
,
J. Phys. Chem. C
114
,
11050
(
2010
).
33.
M. O.
Orlandi
,
E. R.
Leite
,
R.
Aguiar
,
J.
Bettini
, and
E.
Longo
,
J. Phys. Chem. B
110
,
6621
(
2006
).
34.
M. Z.
Iqbal
,
F.
Wang
,
D.
Rafi ud
,
Q. -U.-A.
Javed
,
M. Y.
Rafique
,
Y.
Li
, and
P.
Li
,
Mater. Lett.
68
,
409
(
2012
).
35.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4833541 for experimental details, transmission spectra of SnO, and additional transfer curves of NW-FET and TFT devices.
36.
J. F.
Wager
,
J. Soc. Inf. Disp.
18
(
10
),
749
(
2010
).
37.
J.
Geurts
,
S.
Rau
,
W.
Richter
, and
F. J.
Schmitte
,
Thin Solid Films
121
(
3
),
217
(
1984
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.