We report the application of ambient spray pyrolysis for the deposition of high-k polycrystalline Y2O3 and amorphous Al2O3 dielectrics and their use in low-voltage ZnO thin-film transistors. The films are studied by means of atomic force microscopy, UV-visible absorption spectroscopy, impedance spectroscopy, and field-effect measurements. ZnO transistors based on spray pyrolysed Y2O3 and Al2O3 dielectrics show low leakage currents, and hysteresis-free operation with a maximum electron mobility of 34cm2/Vs and current on/off ratio on the order of 105. This work is a significant step toward high-performance oxide electronics manufactured using simple and scalable processing methods.

1.
A.
Facchetti
and
T.
Marks
,
Transparent Electronics: From Synthesis to Applications
(
Wiley
,
New York
,
2010
).
2.
A.
Bashir
,
P. H.
Wöbkenberg
,
J.
Smith
,
J. M.
Ball
,
G.
Adamopoulos
,
D. D. C.
Bradley
, and
T. D. A.
Anthopoulos
,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
21
,
2226
(
2009
).
3.
M. -G.
Kim
,
H. S.
Kim
,
Y. -G.
Ha
,
J.
He
,
M. G.
Kanatzidis
,
A.
Facchetti
, and
T. J.
Marks
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
10352
(
2010
).
4.
H.
Liu
,
J.
Sun
,
Q.
Tang
, and
Q.
Wan
,
J. Phys. Chem. C
114
,
12316
(
2010
).
5.
J.
Liu
,
D. B.
Buchholz
,
J. W.
Hennek
,
R. P. H.
Chang
,
A.
Facchetti
, and
T. J.
Marks
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
11934
(
2010
).
6.
B. N.
Pal
,
B. M.
Dhar
,
K. C.
See
, and
H. E.
Katz
,
Nature Mater.
8
,
898
(
2009
).
7.
S. A.
Campbell
,
H. S.
Kim
,
D. C.
Gilmer
,
B.
He
,
T.
Ma
, and
W. L.
Gladfelter
,
IBM J. Res. Develop.
43
,
383
(
1999
).
8.
S. C.
Choi
,
M. H.
Cho
,
S. W.
Whangho
,
C. N.
Whang
,
S. B.
Kang
,
S. I.
Lee
, and
M. Y.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
903
(
1997
).
9.
L.
Manchanda
,
W. H.
Lee
,
J. E.
Bower
,
F. H.
Baumann
,
W. L.
Brown
,
C. J.
Case
,
R. C.
Keller
,
Y. O.
Kim
,
E. J.
Laskowski
,
M. D.
Morris
,
R. L.
Opila
,
I. J.
Silverman
,
T. W.
Sorsch
, and
G. R.
Weber
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
1998
,
605
.
10.
R.
Engel-Herbert
,
Y.
Hwang
,
J.
Cagnon
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
062908
(
2009
).
11.
G. D.
Wilk
and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
2854
(
1999
).
12.
G. D.
Wilk
and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
112
(
2000
).
13.
M.
Balog
,
M.
Schieber
,
M.
Michman
, and
S.
Patai
,
J. Electrochem. Soc.
126
,
1203
(
1979
).
14.
T. M.
Klein
,
D.
Niu
,
W. S.
Epling
,
W.
Li
,
D. M.
Maher
,
C. C.
Hobbs
,
R. I.
Hedge
,
I. J. R.
Baumvol
, and
G. N.
Parsons
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
4001
(
1999
).
15.
P.
Katiyar
,
C.
Jin
, and
R. J.
Narayan
,
Acta Mater.
53
,
2617
(
2005
).
16.
J. B.
Kim
,
D. R.
Kwon
,
K.
Chakrabarti
,
C.
Lee
, and
K. Y.
Oh
,
J. Appl. Phys.
92
,
6739
(
2002
).
17.
M.
Aguilar-Frutis
,
M.
Garcia
, and
C.
Falcony
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1700
(
1998
).
18.
S.
Sellner
,
A.
Gerlach
,
S.
Kowarik
,
F.
Schreiber
,
H.
Dosch
,
S.
Meyer
,
J.
Pflaum
, and
G.
Ulbricht
,
Thin Solid Films
516
,
6377
(
2008
).
19.
A.
Ortiz
,
J. C.
Alonso
,
V.
Pankov
,
A.
Huanosta
, and
E.
Andrade
,
Thin Solid Films
368
,
74
(
2000
).
20.
H.
Fukimoto
,
T.
Imura
, and
Y.
Osaka
,
Appl. Phys. Lett.
55
,
360
(
1989
).
21.
J. C.
Vyas
,
G. P.
Kothiyal
,
K. P.
Muthe
,
D. P.
Gandhi
,
A. K.
Debnath
,
S. C.
Sabharwal
, and
M. K.
Gupta
,
J. Cryst. Growth
130
,
59
(
1993
).
22.
J. J.
Araiza
,
M.
Cardenas
,
C.
Falcony
,
V. M.
Mendez-Garcia
,
M.
Lopez
, and
G.
Contreras-Puente
,
J. Vac. Sci. Technol. A
16
,
3305
(
1998
).
23.
W. J.
Varhue
,
M.
Massimo
,
J. M.
Carrulli
,
V.
Baranauskas
,
E.
Adams
, and
E.
Broitman
,
J. Vac. Sci. Technol. A
11
,
1870
(
1993
).
24.
J.
Niinistö
,
M.
Putkonen
, and
L.
Niinistro
,
Chem. Mater.
16
,
2953
(
2004
).
25.
G.
Adamopoulos
,
A.
Bashir
,
P. H.
Wöbkenberg
,
D. D. C.
Bradley
, and
T. D.
Anthopoulos
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
133507
(
2009
).
26.
G.
Adamopoulos
,
A.
Bashir
,
S.
Thomas
,
W. P.
Gillin
,
S.
Georgakopoulos
,
M.
Shkunov
,
M. A.
Baklar
,
N.
Stingelin-Stutzmann
,
R. C.
Maher
,
L. F.
Cohen
,
D. D. C.
Bradley
, and
T. D.
Anthopoulos
,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
22
,
4764
(
2010
).
27.
I.
Costina
and
R.
Franchy
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
4139
(
2001
).
28.
S. J.
Wang
,
T. I.
Wong
,
Q.
Chen
,
M.
Yang
,
L. M.
Wong
,
J. W.
Chai
,
Z.
Zhang
,
J. S.
Pan
, and
Y. P.
Feng
,
Phys. Status Solidi A
207
,
1731
(
2010
).
You do not currently have access to this content.