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.
References
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
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.