Metal-semiconductor-field-effect-transistors (MESFETs) with silver oxide Schottky gates on zinc tin oxide (ZTO) channels showed fundamental differences in stability compared to conventional amorphous-oxide semiconductor thin-film-transistors (AOS-TFTs). The most severe negative-bias-temperature and negative-bias-illumination-temperature stress conditions, which usually degrade the performance of AOS-TFTs, significantly improved the switching characteristic of these ZTO MESFETs, producing devices with on:off current ratios, mobilities, and subthreshold swings of 8 × 106, 12 cm2 V−1 s−1, and 180 mV/dec, respectively. Further analysis confirmed that both negative bias and temperature (65 °C) were simultaneously required to produce this permanent effect that was linked to the electromigration of ionized donors from the MESFET depletion-region.

1.
T.
Kamiya
,
K.
Nomura
, and
H.
Hosono
,
Sci. Technol. Adv. Mater.
11
,
044305
(
2010
).
2.
W. B.
Jackson
,
R. L.
Hoffman
, and
G. S.
Herman
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
193503
(
2005
).
3.
H.-W.
Zan
,
C.-H.
Li
,
C.-C.
Yeh
,
M.-Z.
Dai
,
H.-F.
Meng
, and
C.-C.
Tsai
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
253503
(
2011
).
4.
H. Q.
Chiang
,
J. F.
Wager
,
R. L.
Hoffman
,
J.
Jeong
, and
D. A.
Keszler
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
013503
(
2005
).
5.
E.
Fortunato
,
P.
Barquinha
, and
R.
Martins
,
Adv. Mater.
24
,
2945
(
2012
).
6.
H.
Frenzel
,
A.
Lajn
, and
M.
Grundmann
,
Phys. Status Solidi-R
7
,
605
(
2013
).
7.
M.
Lorenz
,
A.
Lajn
,
H.
Frenzel
,
H. V.
Wenckstern
,
M.
Grundmann
,
P.
Barquinha
,
R.
Martins
, and
E.
Fortunato
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
243506
(
2010
).
8.
D. H.
Lee
,
K.
Nomura
,
T.
Kamiya
, and
H.
Hosono
,
ECS Solid State Lett.
1
,
Q8
(
2012
).
9.
J.
Kaczmarski
,
J.
Grochowski
,
E.
Kaminska
,
A.
Taube
,
W.
Jung
, and
A.
Piotrowska
,
Phys. Status Solidi-R
8
,
625
(
2014
).
10.
G. T.
Dang
,
T.
Kawaharamura
,
M.
Furuta
,
S.
Saxena
, and
M. W.
Allen
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
143504
(
2015
).
11.
M. W.
Allen
,
S. M.
Durbin
, and
J. B.
Metson
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
053512
(
2007
).
12.
G. T.
Dang
,
T.
Uchida
,
T.
Kawaharamura
,
M.
Furuta
,
A. R.
Hyndman
,
R.
Martinez
,
S.
Fujita
,
R. J.
Reeves
, and
M. W.
Allen
,
Appl. Phys. Express
9
,
041101
(
2016
).
13.
T.
Kawaharamura
,
Jpn. J. Appl. Phys.
53
,
05FF08
(
2014
).
14.
G. T.
Dang
,
T.
Kawaharamura
,
M.
Furuta
, and
M. W.
Allen
,
IEEE Electron Device Lett.
36
,
463
(
2015
).
15.
T. J.
Ha
and
A.
Dodabalapur
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
123506
(
2013
).
16.
L. C.
Liu
,
J. S.
Chen
, and
J. S.
Jeng
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
023509
(
2014
).
17.
S. M.
Sze
and
K. K.
Ng
,
Physics of Semiconductor Devices
, 3rd ed. (
Wiley-Interscience
,
Hoboken, New Jersey
,
2007
), p.
154
, 139, 377.
18.
U.
Ozgur
,
Y. I.
Alivov
,
C.
Liu
,
A.
Teke
,
M. A.
Reshchikov
,
S.
Dogan
,
V.
Avrutin
,
S. J.
Cho
, and
H.
Morkoc
,
J. Appl. Phys.
98
,
041301
(
2005
).
19.
M.
Batzill
and
U.
Diebold
,
Prog. Surf. Sci.
79
,
47
(
2005
).
20.
Y. C.
Chen
,
T. C.
Chang
,
H. W.
Li
,
S. C.
Chen
,
J.
Lu
,
W. F.
Chung
,
Y. H.
Tai
, and
T. Y.
Tseng
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
262104
(
2010
).
21.
S.
Yang
,
K.
Hwan Ji
,
U.
Ki Kim
,
C.
Seong Hwang
,
S.-H.
Ko Park
,
C.-S.
Hwang
,
J.
Jang
, and
J.
Kyeong Jeong
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
102103
(
2011
).
22.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
013504
(
2012
).
23.
S.
Elzwawi
,
A.
Hyland
,
M.
Lynam
,
J.
Partridge
,
D.
McCulloch
, and
M. W.
Allen
,
Semicond. Sci. Technol.
30
,
024008
(
2015
).
24.
F. A.
Padovani
and
R.
Stratton
,
Solid State Electron.
9
,
695
(
1966
).
25.
K. J. B. M.
Nieuwesteeg
,
M.
Vanderveen
,
T. J.
Vink
, and
J. M.
Shannon
,
J. Appl. Phys.
74
,
2581
(
1993
).
26.
B.
Ryu
,
H. K.
Noh
,
E. A.
Choi
, and
K. J.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
022108
(
2010
).
27.
K. H.
Ji
,
J. I.
Kim
,
H. Y.
Jung
,
S. Y.
Park
,
R.
Choi
,
U. K.
Kim
,
C. S.
Hwang
,
D.
Lee
,
H.
Hwang
, and
J. K.
Jeong
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
103509
(
2011
).
28.
H. K.
Noh
,
K. J.
Chang
,
B.
Ryu
, and
W. J.
Lee
,
Phys. Rev. B
84
,
115205
(
2011
).
29.
Y. J.
Oh
,
H. K.
Noh
, and
K. J.
Chang
,
Sci. Technol. Adv. Mater.
16
,
034902
(
2015
).
30.
Y.
Son
,
J.
Li
, and
R. L.
Peterson
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
23801
(
2016
).
31.
A. J.
Flewitt
and
M. J.
Powell
,
J. Appl. Phys.
115
,
134501
(
2014
).
32.
A.
Janotti
and
C. G.
Van de Walle
,
Nat. Mater.
6
,
44
(
2007
).
33.
A. K.
Singh
,
A.
Janotti
,
M.
Scheffler
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
055502
(
2008
).
34.
M. G.
Wardle
,
J. P.
Goss
, and
P. R.
Briddon
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
205504
(
2006
).
35.
J. M.
Kwon
,
J.
Jung
,
Y. S.
Rim
,
D. L.
Kim
, and
H. J.
Kim
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
3371
(
2014
).
36.
W.
Hu
and
R. L.
Peterson
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
192105
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.