High performance ferroelectric ZnO thin film transistor using AlOx/HfZrO/ZrOx gate insulator by spray pyrolysis

材料科学 铁电性 薄膜晶体管 光电子学 电介质 晶体管 阈下斜率 场效应晶体管 图层(电子) 电压 纳米技术 电气工程 工程类
作者
Md Mehedi Hasan,Mohit Mohit,Jinbaek Bae,Eisuke Tokumitsu,Hye-Yong Chu,Sung Chul Kim,Jin Jang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:119 (9) 被引量:8
标识
DOI:10.1063/5.0058127
摘要

There is increasing interest in a ferroelectric transistor, mainly using vacuum processed hafnium oxide based materials. We report in this paper a solution processed ZnO thin-film transistor (TFT) with improved ferroelectric performance in Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) using a triple layer of ZrOx/HZO/AlOx by spray pyrolysis. The performance enhancement is due to the difference in thermal expansion coefficient between the bottom/top dielectric and HZO layers. Grazing incident x-ray diffraction, current–voltage, capacitance–voltage, polarization–voltage, and anticlockwise hysteresis in transfer curve confirm the excellent ferroelectricity of the triple layer. A memory window as large as ∼3 V, the maximum on/off ratio of 3.5 × 109, the field-effect mobility of 125 cm2/V s, and the subthreshold slope of 0.18 V/decade were obtained from the ZnO TFT with the ZrOx/HZO/AlOx gate insulator, demonstrating the high performance ferroelectric ZnO TFT. This result can open opportunities for ferroelectric oxide TFT for large area electronics on glass, including display.
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