This study examined the effect of gate dielectric materials on the light-induced bias instability of Hf–In–Zn–O (HIZO) transistor. The HfOx and SiNx gated devices suffered from a huge negative threshold voltage (Vth) shift (>11V) during the application of negative-bias-thermal illumination stress for 3 h. In contrast, the HIZO transistor exhibited much better stability (<2.0V) in terms of Vth movement under identical stress conditions. Based on the experimental results, we propose a plausible degradation model for the trapping of the photocreated hole carrier either at the channel/gate dielectric or dielectric bulk layer.

1.
K.
Nomura
,
H.
Ohta
,
A.
Takagi
,
T.
Kamiya
, and
H.
Hosono
,
Nature (London)
432
,
488
(
2004
).
2.
M. K.
Ryu
,
S.
Yang
,
S. -H. K.
Park
,
C. -S.
Hwang
, and
J. K.
Jeong
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
173508
(
2009
).
3.
J. K.
Jeong
,
J. H.
Jeong
,
H. W.
Yang
,
T. K.
Ahn
,
M.
Kim
,
K. S.
Kim
,
B. S.
Gu
,
H. -J.
Chung
,
J. -S.
Park
,
Y. -G.
Mo
,
H. D.
Kim
, and
H. K.
Chung
,
J. Soc. Inf. Disp.
17
,
95
(
2009
).
4.
J. -H.
Lee
,
D. -H.
Kim
,
D. -J.
Yang
,
S. -Y.
Hong
,
K. -S.
Yoon
,
P. -S.
Hong
,
C. -O.
Jeong
,
H. -S.
Park
,
S. Y.
Kim
,
S. K.
Lim
, and
S. S.
Kim
,
Proceedings of SID’08
,
2008
, p.
625
.
5.
J. -M.
Lee
,
I. -T.
Cho
,
J. -H.
Lee
, and
H. -I.
Kwon
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
093504
(
2008
).
6.
A.
Suresh
and
J. F.
Muth
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
033502
(
2008
).
7.
K.
Nomura
,
T.
Kamiya
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
013502
(
2009
).
8.
J. K.
Jeong
,
H. W.
Yang
,
J. H.
Jeong
,
Y. -G.
Mo
, and
H. D.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
123508
(
2008
).
9.
J. -H.
Shin
,
J. -S.
Lee
,
C. -S.
Hwang
,
S. -H. K.
Park
,
W. -S.
Cheong
,
M.
Ryu
,
C. -W.
Byun
,
J. -I.
Lee
, and
H. Y.
Chu
,
ETRI J.
31
,
62
(
2009
).
10.
S.
Yang
,
D. -H.
Cho
,
M. K.
Ryu
,
S. -H. K.
Park
,
C. -S.
Hwang
,
J.
Jang
, and
J. K.
Jeong
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
213511
(
2010
).
11.
D. L.
Staebler
and
C. R.
Wronski
,
J. Appl. Phys.
51
,
3262
(
1980
).
12.
M.
Stutzmann
,
W. B.
Jackson
, and
C. C.
Tsai
,
Phys. Rev. B
32
,
23
(
1985
).
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. -Y.
Kwon
,
J. S.
Jung
,
K. S.
Son
,
K. -H.
Lee
,
J. S.
Park
,
T. S.
Kim
,
J. -S.
Park
,
R.
Choi
,
J. K.
Jeong
,
B.
Koo
, and
S. Y.
Lee
, “
Investigation of light-induced bias instability in HfInZnO thin film transistors: A cation combinatorial approach
,”
J. Electrochem. Soc.
(unpublished).
15.
C. -J.
Kim
,
S.
Kim
,
J. -H.
Lee
,
J. -S.
Park
,
S.
Kim
,
J.
Park
,
E.
Lee
,
J.
Lee
,
Y.
Park
,
J. H.
Kim
,
S. T.
Shin
, and
U. -I.
Chung
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
252103
(
2009
).
16.
J. H.
Jeong
,
H. W.
Yang
,
J. -S.
Park
,
J. K.
Jeong
,
Y. -G.
Mo
,
H. D.
Kim
,
J.
Song
, and
C. S.
Hwang
,
Electrochem. Solid-State Lett.
11
,
H157
(
2008
).
17.
A.
Janotti
and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
122102
(
2005
).
18.
S.
Lany
and
Alex
Zunger
,
Phys. Rev. B
72
,
035215
(
2005
).
19.
A.
Janotti
and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
76
,
165202
(
2007
).
20.
G. V.
Rao
,
F.
Sauberlich
, and
A.
Klein
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
032101
(
2005
).
21.
Y. -N.
Tan
,
W. -K.
Chim
,
B. J.
Cho
, and
W. -K.
Choi
,
IEEE Trans. Electron Devices
51
,
1143
(
2004
).
22.
D. -Y.
Cho
,
J.
Song
,
C. S.
Hwang
,
W. S.
Choi
,
T. W.
Noh
,
J. -Y.
Kim
,
H. -G.
Lee
,
B. -G.
Park
,
S. -Y.
Cho
,
S. -J.
Oh
,
J. H.
Jeong
,
J. K.
Jeong
, and
Y. -G.
Mo
,
Thin Solid Films
518
,
1079
(
2009
).
23.
J. S.
Moodera
and
L. R.
Kinder
,
J. Appl. Phys.
79
,
4724
(
1996
).
24.
J.
Robertson
and
M. J.
Powell
,
Appl. Phys. Lett.
44
,
415
(
1984
).
25.
M. H.
White
,
D. A.
Adams
, and
B.
Jiankang
,
IEEE Circuits Devices Mag.
16
,
22
(
2000
).
26.
D. S.
Jeong
and
C. S.
Hwang
,
J. Appl. Phys.
98
,
113701
(
2005
).
You do not currently have access to this content.