Composite InZnO aligné selon l'axe C via dépôt de couches atomiques thermiques pour un semi-conducteur nanostructuré 3D

Les semi-conducteurs en oxyde amorphe ont été largement étudiés pour diverses applications, y compris les transistors à film mince (TFT) pour les panneaux d'affichage et les mémoires semi-conductrices. Cependant, l'instabilité inhérente, la mobilité limitée et la complexité des semi-conducteurs en oxyde multicomposant pour atteindre des rapports d'aspect élevés et une conformité de distribution des cations restent un défi. L'oxyde d'indium-zinc (IZO), connu pour sa haute mobilité, est également confronté à des obstacles en matière d'instabilité résultant d'une forte densité de dopage des porteurs et d'une faible énergie d'ionisation. Pour résoudre ces problèmes et atteindre un équilibre entre mobilité et stabilité, adopter une structure hautement alignée telle qu'un IGZO cristallin aligné selon l'axe c pourrait être avantageux. Cependant, peu d'études ont rapporté une performance électrique améliorée en utilisant l'IZO cristallin, probablement attribuée à la haute stabilité thermique des composants individuels (In2O3 et ZnO). Ici, nous proposons d'abord un composite IZO aligné selon l'axe c (CAAC) avec des propriétés TFT supérieures, y compris une performance remarquable de mobilité de champ (μFE) de 55,8 cm2/(V s) et une stabilité en contrainte de température à polarité positive de +0,16 V (2 MV/cm, 60 °C, 1 h), ainsi qu'un faible swing en sous-seuil de 0,18 V/décade et une hystérésis de 0,01 V, qui pourrait être obtenue grâce à l'optimisation de la température de croissance et de la composition en utilisant le dépôt de couches atomiques thermiques. Ces résultats surpassent ceux des TFT basés sur l'IZO nanocristallin/polycristallin/amorphe. Nous avons mené une enquête approfondie sur l'IZO-CAAC et révélé que la température de croissance et la distribution des cations influencent profondément la structure cristalline et les propriétés du dispositif. Enfin, nous avons observé une excellente conformité compositionnelle et une couverture de step de 97 % de l'IZO sur une structure à haut rapport d'aspect (HAR) avec un rapport d'aspect atteignant 40:1, ce qui est très prometteur pour les applications futures. Nos résultats incluent une enquête détaillée sur l'influence de la structure cristalline de l'IZO sur les performances du film et du TFT et suggèrent une approche pour les applications futures.