The electrical characteristics of amorphous indium-gallium-zinc oxide (a-IGZO) thin film transistors (TFTs) with an ultrathin nitrogenated a-IGZO (a-IGZO:N) layer embedded at the channel/gate dielectric interface are investigated under positive gate-bias stress temperature (PBST) and negative bias illumination stress (NBIS). The devices with a-IGZO:N layer show enhanced electrical stability, with significantly reduced threshold voltage shift. Meanwhile, it is found that the average effective energy barrier for the positive gate-bias stress process in the TFTs with a-IGZO:N layer increases, which causes fewer channel carriers trapped in the channel/gate dielectric interface or insulator. According to x-ray photoelectron spectroscopy analyses, the concentration of oxygen vacancies (OV) is reduced when nitrogen is incorporated into the a-IGZO films. Therefore, the improved electrical stability of the a-IGZO TFTs upon PBST and NBIS is attributed to the reduction of interface OV-related defects by nitrogen doping.

1.
K.
Nomura
,
H.
Ohta
,
A.
Takagi
,
T.
Kamiya
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Nature
432
,
488
(
2004
).
2.
H.
Yabuta
,
M.
Sano
,
K.
Abe
,
T.
Aiba
,
T.
Den
,
H.
Kumomi
,
K.
Nomura
,
T.
Kamiya
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
112123
(
2006
).
3.
J. M.
Lee
,
I. T.
Cho
,
J. H.
Lee
, and
H. I.
Kwon
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
093504
(
2008
).
4.
T. C.
Chen
 et al,
Appl. Phys. Lett.
97
,
112104
(
2010
).
5.
M. D. H.
Chowdhury
,
P.
Migliorato
, and
J.
Jang
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
153511
(
2011
).
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.
B.
Ryu
,
H. K.
Noh
,
E. A.
Choi
, and
K. J.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
022108
(
2010
).
9.
D. H.
Kim
,
D. Y.
Yoo
,
H. K.
Jung
,
D. H.
Kim
, and
S. Y.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
172106
(
2011
).
10.
S. Y.
Huang
,
T. C.
Chang
,
M. C.
Chen
,
S. W.
Tsao
,
S. C.
Chen
,
C. T.
Tsai
, and
H. P.
Lo
,
Solid State Electron.
61
,
96
(
2011
).
11.
C. E.
Kim
and
I.
Yun
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
013501
(
2012
).
12.
P. T.
Liu
,
Y. T.
Chou
,
L. F.
Teng
,
F. H.
Li
, and
H. P.
Shieh
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
052102
(
2011
).
13.
P. T.
Liu
,
Y. T.
Chou
,
L. F.
Teng
,
F. H.
Li
,
C. S.
Fuh
, and
H. P.
Shieh
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
1397
(
2011
).
14.
M.
Debucquoy
,
S.
Verlaak
,
S.
Steudel
,
K.
Myny
,
J.
Genoe
, and
P.
Heremans
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
103508
(
2007
).
15.
T.
Goto
,
F.
Imaizumi
, and
S.
Sugawa
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
345
(
2017
).
16.
M. M.
Billah
,
M. D. H.
Chowdhury
,
M.
Mativenga
,
J. G.
Um
,
R. K.
Mruthyunjaya
,
G. N.
Heiler
,
T. J.
Tredwell
, and
J.
Jang
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
735
(
2016
).
17.
K. H.
Lee
 et al,
Appl. Phys. Lett.
95
,
232106
(
2009
).
18.
K. H.
Ji
 et al,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
1404
(
2010
).
19.
E.
Kim
,
W. J.
Jang
,
W.
Kim
,
J.
Park
,
M. K.
Lee
,
S. K.
Park
, and
K. C.
Choi
,
IEEE Trans. Electron Devices
63
,
1066
(
2016
).
20.
S.
Yang
,
K. H.
Ji
,
U. K.
Kim
,
C. S.
Hwang
,
S. K.
Park
,
C. S.
Hwang
,
J.
Jang
, and
J. K.
Jeong
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
102103
(
2011
).
21.
K. W.
Lee
,
K. M.
Kim
,
K. Y.
Heo
,
S. K.
Park
,
S. K.
Lee
, and
H. J.
Kim
,
Curr. Appl. Phys.
11
,
280
(
2011
).
22.
K.
Maeda
,
K.
Teramura
,
T.
Takata
,
M.
Hara
,
N.
Saito
,
K.
Toda
,
Y.
Inoue
,
H.
Kobayashi
, and
K.
Domen
,
J. Phys. Chem. B
109
,
20504
(
2005
).
You do not currently have access to this content.