We report highly stable gate-bias stress performance of thin film transistors (TFTs) using zinc oxide (ZnO)/hafnium oxide (HfO2) multilayer structure as the channel layer. Positive and negative gate-bias stress stability of the TFTs was measured at room temperature and at 60 °C. A tremendous improvement in gate-bias stress stability was obtained in case of the TFT with multiple layers of ZnO embedded between HfO2 layers compared to the TFT with a single layer of ZnO as the semiconductor. The ultra-thin HfO2 layers act as passivation layers, which prevent the adsorption of oxygen and water molecules in the ZnO layer and hence significantly improve the gate-bias stress stability of ZnO TFTs.

1.
E.
Fortunato
,
P.
Barquinha
, and
R.
Martins
,
Adv. Mater.
24
,
2945
(
2012
).
2.
J. Y.
Kim
,
S.
Noh
,
D.
Lee
,
P. K.
Nayak
,
Y.
Hong
, and
C.
Lee
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
11
,
5995
(
2011
).
3.
P. K.
Nayak
,
J.
Yang
,
J.
Kim
,
S.
Chung
,
J.
Jeong
,
C.
Lee
, and
Y.
Hong
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
42
,
035102
(
2009
).
4.
P. K.
Nayak
,
J. A.
Caraveo-Frescas
,
U. S.
Bhansali
, and
H. N.
Alshareef
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
253507
(
2012
).
5.
E. M. C.
Fortunato
,
P. M. C.
Barquinha
,
A. C. M. B. G.
Pimentel
,
A. M. F.
Goncalves
,
A. J. S.
Marques
,
L. M. N.
Pereira
, and
R. F. P.
Martins
,
Adv. Mater.
17
,
590
(
2005
).
6.
P. K.
Nayak
,
J.
Jang
,
C.
Lee
, and
Y.
Hong
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
193503
(
2009
).
7.
R. L.
Hoffman
,
B. J.
Norris
, and
J. F.
Wager
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
733
(
2003
).
8.
J.
Siddiqui
,
E.
Cagin
,
D.
Chen
, and
J. D.
Phillips
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
212903
(
2006
).
9.
D. L.
Zhao
,
D. A.
Mourey
, and
T. N.
Jackson
,
J. Electron. Mater.
39
,
554
(
2010
).
10.
N.
Huby
,
S.
Ferrari
,
E.
Guziewicz
,
M.
Godlewski
, and
V.
Osinniy
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
023502
(
2008
).
11.
R. B. M.
Cross
and
M. M.
De Souza
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
263513
(
2006
).
12.
P. K.
Nayak
,
J. V.
Pinto
,
G.
Goncalves
,
R.
Martins
, and
E.
Fortunato
,
J. Disp. Technol.
7
,
640
(
2011
).
13.
K. H.
Lee
,
J. S.
Jung
,
K. S.
Son
,
J. S.
Park
,
T. S.
Kim
,
R.
Choi
,
J. K.
Jeong
,
J. Y.
Kwon
,
B.
Koo
, and
S.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
232106
(
2009
).
14.
J. M.
Lee
,
I. T.
Cho
,
J. H.
Lee
, and
H. I.
Kwon
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
093504
(
2008
).
15.
S.
Yang
,
D. H.
Cho
,
M. K.
Ryu
,
S. H. K.
Park
,
C. S.
Hwang
,
J.
Jang
, and
J. K.
Jeong
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
144
(
2010
).
16.
B. S.
Yang
,
M. S.
Huh
,
S.
Oh
,
U. S.
Lee
,
Y. J.
Kim
,
M. S.
Oh
,
J. K.
Jeong
,
C. S.
Hwang
, and
H. J.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
122110
(
2011
).
17.
Y. S.
Rim
,
D. L.
Kim
,
W. H.
Jeong
, and
H. J.
Kim
,
Electrochem. Solid-State Lett.
15
,
H37
(
2012
).
18.
J. J.
Siddiqui
,
J. D.
Phillips
,
K.
Leedy
, and
B.
Bayraktaroglu
,
IEEE Trans. Electron Devices
59
,
1488
(
2012
).
19.
J. F.
Conley
,
IEEE Trans. Device Mater. Reliab.
10
,
460
(
2010
).
20.
J. K.
Jeong
,
H. W.
Yang
,
J. H.
Jeong
,
Y. G.
Mo
, and
H. D.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
123508
(
2008
).
21.
D.
Kang
,
H.
Lim
,
C.
Kim
,
I.
Song
,
J.
Park
,
Y.
Park
, and
J.
Chung
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
192101
(
2007
).
22.
J. S.
Park
,
J. K.
Jeong
,
H. J.
Chung
,
Y. G.
Mo
, and
H. D.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
072104
(
2008
).
23.
D.
Kim
,
S.
Yoon
,
Y.
Jeong
,
Y.
Kim
,
B.
Kim
, and
M.
Hong
,
Appl. Phys. Express
5
,
021101
(
2012
).
24.
J.
Zhang
,
X. F.
Li
,
J. G.
Lu
,
N. J.
Zhou
,
P. J.
Guo
,
B.
Lu
,
X. H.
Pan
,
L.
Chen
, and
Z. Z.
Ye
,
RSC Adv.
4
,
3145
(
2014
).
25.
M. E.
Lopes
,
H. L.
Gomes
,
M. C. R.
Medeiros
,
P.
Barquinha
,
L.
Pereira
,
E.
Fortunato
,
R.
Martins
, and
I.
Ferreira
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
063502
(
2009
).
26.
A.
Olziersky
,
P.
Barquinha
,
A.
Vila
,
L.
Pereira
,
G.
Goncalves
,
E.
Fortunato
,
R.
Martins
, and
J. R.
Morante
,
J. Appl. Phys.
108
,
064505
(
2010
).
You do not currently have access to this content.