Einfluss der Kanalstärke auf die Leistung von ultradünnen IGZO-Feldeffekttransistoren

Amorphes Indium-Gallium-Zinkoxid (a-IGZO) ist ein vielversprechendes Kanalmaterial für einen oberen Transistor in monolithischen dreidimensionalen Geräten. Obwohl die Feldeffekttransistoren (FETs) mit einer recht dicken Kanalstärke von >10 nm intensiv untersucht wurden, sind weniger Informationen über die IGZO-FETs mit einem ultradünnen Körper (< 10 nm) verfügbar. In dieser Studie wurden die FETs mit der IGZO-Kanalschicht im Bereich von 2 bis 20 nm im Detail untersucht. Als die Kanalstärke von 20 auf 7 nm abnahm, verbesserten sich die Mobilität und die Werte des Subthreshold Swings (SS). Im Gegensatz dazu verschlechterten sich die Mobilität und das SS, wenn die IGZO-Dicke weniger als 7 nm betrug. Die physikalische Begründung für die starke Abhängigkeit der IGZO-Dicke von der Leistung der resultierenden FETs wurde auf Grundlage der Verteilung der Zustandsdichte im Subgap und der Mobilitätsmodelle diskutiert, wie etwa Perkolation und Oberflächenrauheitsstreuung, unter Verwendung einer technologischen computergestützten Entwurfssimulation mit einem quantenmechanischen Modell. Der IGZO-FET mit einer IGZO-Dicke von 7 nm zeigte die beste Leistung, die auf das synergetische Gleichgewicht von Perkolationseffizienz und der Reduzierung der effektiven Subgap-Defektdichte von IGZO zurückgeführt wurde.