Atomic layer deposition (ALD) produces conformal films with low defects and a high degree of thickness control. Many applications leverage these properties to yield excellent dielectrics and barrier layers. In recent years, ALD has been exploited to produce thin-film transistors, in which the technique is capable of producing all of the layers required, including the semiconductor. This perspective will examine the state-of-the-art use of ALD to produce thin-film electronics, notably the zinc oxide-based thin-film transistor. It is critical that the ZnO-based semiconductor material have sufficiently high resistivity in order to yield transistors with low off current and good switching characteristics. The nature of this problem and the approaches used to address it will be discussed. The use of rapid deposition technologies, such as spatial ALD, also has a strong impact on the quality of the ZnO semiconductor. Finally, demonstrations of various thin film electronics devices and systems produced by ALD will be reviewed.

1.
E.
Gerritsen
,
N.
Emonet
,
C.
Caillat
,
N.
Jourdan
,
M.
Piazza
,
D.
Fraboulet
,
B.
Boeck
,
A.
Berthelot
,
S.
Smith
, and
P.
Mazoyer
,
Solid State Electron.
49
,
1767
(
2005
).
2.
H.
Kim
,
J. Vac. Sci. Technol. B
21
,
2231
(
2003
).
3.
R.
Chau
,
S.
Datta
,
M.
Doczy
,
B.
Doyle
,
J.
Kavalieros
, and
M.
Metz
,
IEEE Electron Device Lett.
25
,
408
(
2004
).
4.
P. F.
Carcia
,
R. S.
McLean
,
M. H.
Reilly
,
M. D.
Groner
, and
S. M.
George
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
031915
(
2006
).
5.
J. A.
McCormick
,
B. L.
Cloutier
,
A. W.
Weimer
, and
S. M.
George
,
J. Vac. Sci. Technol. A
25
,
67
(
2007
).
6.
Y.
Kuo
,
K.
Okajima
, and
M.
Takeichi
,
IBM J. Res. Dev.
43
,
73
(
1999
).
7.
S.
Allard
,
M.
Forster
,
B.
Souharce
,
H.
Thiem
, and
U.
Scherf
,
Angew. Chem. Int. Ed.
47
,
4070
(
2008
).
8.
K. K.
Banger
,
Y.
Yamashita
,
K.
Mori
,
R. L.
Peterson
,
T.
Leedham
,
J.
Rickard
, and
H.
Sirringhaus
,
Nat. Mater.
10
,
45
(
2010
).
9.
B. S.
Ong
,
C.
Li
,
Y.
Li
,
Y.
Wu
, and
R.
Loutfy
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
2750
(
2007
).
10.
D. H.
Levy
,
S. F.
Nelson
,
D. C.
Freeman
, and
P. J.
Cowdery-Corvan
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
192101
(
2008
).
11.
D. H.
Levy
,
S. F.
Nelson
, and
D.
Freeman
,
J. Display Tech.
5
,
484
(
2009
).
12.
P. S.
Maydannik
,
T. O.
Kääriäinen
, and
D. C.
Cameron
,
Chem. Eng. J.
171
,
345
(
2011
).
13.
P.
Poodt
,
A.
Lankhorst
,
F.
Roozeboom
,
K.
Spee
,
D.
Maas
, and
A.
Vermeer
,
Adv. Mater.
22
,
3564
(
2010
).
14.
E. R.
Dickey
and
W. A.
Barrow
, U.S. Patent application 20100189900 (29 July,
2010
).
15.
M. D.
Groner
,
J. W.
Elam
,
F. H.
Fabreguette
, and
S. M.
George
,
Thin Solid Films
413
,
186
(
2002
).
16.
M. D.
Groner
,
F. H.
Fabreguette
,
J. W.
Elam
, and
S. M.
George
,
Chem. Mater.
16
,
639
(
2004
).
17.
S. K.
Kim
,
S. W.
Lee
,
C. S.
Hwang
,
Y. S.
Min
,
J. Y.
Won
, and
J.
Jeong
,
J. Electrochem. Soc.
153
,
F69
(
2006
).
18.
K. B.
Jinesh
,
J. L.
van Hemmen
,
M. C. M.
van de Sanden
,
F.
Roozeboom
,
J. H.
Klootwijk
,
W. F. A.
Besling
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Electrochem. Soc.
158
,
G21
(
2011
).
19.
J. L.
van Hemmen
,
S. B. S.
Heil
,
J. H.
Klootwijk
,
F.
Roozeboom
,
C. J.
Hodson
,
M. C. M.
van de Sanden
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Electrochem. Soc.
154
,
G165
(
2007
).
20.
Z.
Li
,
A.
Rahtu
, and
R. G.
Gordon
,
J. Electrochem. Soc.
153
,
C787
(
2006
).
21.
T.
Asikainen
,
M.
Ritala
, and
M.
Leskelä
,
J. Electrochem. Soc.
141
,
3210
(
1994
).
22.
J. W.
Elam
,
A. B. F.
Martinson
,
M. J.
Pellin
, and
J. T.
Hupp
,
Chem. Mater.
18
,
3571
(
2006
).
23.
A.
Yamada
,
B.
Sang
, and
M.
Konagai
,
Appl. Surf. Sci.
112
,
216
(
1997
).
24.
J. W.
Elam
,
D.
Routkevitch
, and
S. M.
George
,
J. Electrochem. Soc.
150
,
G339
(
2003
).
25.
K. S.
An
,
W.
Cho
,
B. K.
Lee
,
S. S.
Lee
, and
C. G.
Kim
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
8
,
4856
(
2008
).
26.
F. Y.
Gan
and
I.
Shih
,
IEEE Trans. Electron Devices
49
,
15
(
2002
).
27.
I. E.
Morales-Fernández
,
M. I.
Medina-Montes
,
L. A.
González
,
B.
Gnade
,
M. A.
Quevedo-López
, and
R.
Ramírez-Bon
,
Thin Solid Films
519
,
512
(
2010
).
28.
D. V.
Talapin
and
C. B.
Murray
,
Science
310
,
86
(
2005
).
29.
W. E.
Bowen
,
W.
Wang
, and
J. D.
Phillips
,
IEEE Electron Device Lett.
30
,
1314
(
2009
).
30.
Y.
Ohya
,
T.
Niwa
,
T.
Ban
, and
Y.
Takahashi
,
Jpn. J. Appl. Phys.
40
,
297
(
2001
).
31.
R. L.
Hoffman
,
B. J.
Norris
, and
J. F.
Wager
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
733
(
2003
).
32.
R.
Martins
,
P.
Barquinha
,
I.
Ferreira
,
L.
Pereira
,
G.
Gonçalves
, and
E.
Fortunato
,
J. Appl. Phys.
101
,
044505
(
2007
).
33.
B.
Bayraktaroglu
,
K.
Leedy
, and
R.
Neidhard
,
IEEE Electron Device Lett.
29
,
1024
(
2008
).
34.
P. F.
Carcia
,
R. S.
McLean
,
M. H.
Reilly
,
M. K
Crawford
,
E. N.
Blanchard
,
A. Z.
Kattamis
, and
S.
Wagner
,
J. Appl. Phys.
102
,
74512
(
2007
).
35.
P. F.
Carcia
,
R. S.
McLean
,
M. H.
Reilly
, and
G.
Nunes
, Jr.
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
1117
(
2003
).
36.
P. F.
Carcia
,
R. S.
McLean
, and
M. H.
Reilly
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
123509
(
2006
).
37.
S. J.
Lim
,
S.
Kwon
, and
H.
Kim
,
Nanotechnology Materials and Devices Conference, 2006
(
IEEE
,
Piscataway, NJ
,
2006
), p.
634
.
38.
S. J.
Lim
,
S. J.
Kwon
,
H.
Kim
, and
J. S.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
183517
(
2007
).
39.
S. J.
Lim
,
J. M.
Kim
,
D.
Kim
,
S.
Kwon
,
J. S.
Park
, and
H.
Kim
,
J. Electrochem. Soc.
157
,
H214
(
2010
).
40.
N.
Huby
,
S.
Ferrari
,
E.
Guziewicz
,
M.
Godlewski
, and
V.
Osinniy
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
23502
(
2008
).
41.
S. H. K.
Park
,
C. S.
Hwang
,
H. S.
Kwack
,
J. H.
Lee
, and
H. Y.
Chu
,
Electrochem. Solid-State Lett.
9
,
G299
(
2006
).
42.
D.
Kim
,
H.
Kang
,
J. M.
Kim
, and
H.
Kim
,
Appl. Surf. Sci.
257
,
3776
(
2011
).
43.
D. A.
Mourey
,
D. A.
Zhao
,
J.
Sun
, and
T. N.
Jackson
,
IEEE Trans. Electron Devices
57
,
530
(
2010
).
44.
S. F.
Nelson
,
D. H.
Levy
,
M. S.
Burberry
, and
L.
Tutt
, “
Cycle time effects on growth and transistor characteristics of spatial atomic layer deposition of zinc oxide
,”
J. Vac. Sci. Technol. A
(to be published).
45.
J. K.
Jeong
,
Semicond. Sci. Technol.
26
,
34008
(
2011
).
46.
R. B. M.
Cross
and
M. M.
De Souza
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
263513
(
2006
).
47.
R. B. M.
Cross
,
M. M.
De Souza
,
S. C.
Deane
, and
N. D.
Young
,
IEEE Trans. Electron Devices
55
,
1109
(
2008
).
48.
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
).
49.
S. H. K.
Park
,
C. S.
Hwang
,
M.
Ryu
,
S.
Yang
,
C.
Byun
,
J.
Shin
,
J. I.
Lee
,
K.
Lee
,
M. S.
Oh
, and
S.
Im
,
Adv. Mater.
21
,
678
(
2009
).
50.
J. M.
Kim
,
T.
Nam
,
S. J.
Lim
,
Y. G.
Seol
,
N. E.
Lee
,
D.
Kim
, and
H.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
142113
(
2011
).
51.
J.
Sun
,
D. A.
Mourey
,
D.
Zhao
,
S. K.
Park
,
S. F.
Nelson
,
D. H.
Levy
,
D.
Freeman
,
P.
Cowdery-Corvan
,
L.
Tutt
, and
T. N.
Jackson
,
IEEE Electron Device Lett.
29
,
721
(
2008
).
52.
S. H. K.
Park
,
C. S.
Hwang
,
H. Y.
Jeong
,
H. Y.
Chu
, and
K. I.
Cho
,
Electrochem. Solid-State Lett.
11
,
H10
(
2008
).
53.
J. W.
Lee
,
J.
Salzman
,
D.
Emerson
,
J. R.
Shealy
, and
J. M.
Ballantyne
,
J. Cryst. Growth
172
,
53
(
1997
).
54.
K.
Nagatomi
,
T.
Kajiwara
,
H.
Ookuma
, and
R.
Tachibana
, U.S. Patent 4,832,983 (23 May, 1989).
55.
J.
Hong
,
D. W.
Porter
,
R.
Sreenivasan
,
P. C.
McIntyre
, and
S. F.
Bent
,
Langmuir
23
,
1160
(
2007
).
56.
A.
Sinha
,
D. W.
Hess
, and
C. L.
Henderson
,
J. Vac. Sci. Technol. B
25
,
1721
(
2007
).
57.
K. J.
Park
,
J. M.
Doub
,
T.
Gougousi
, and
G. N.
Parsons
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
051903
(
2005
).
You do not currently have access to this content.