Efectos de "getter" de oxígeno en la microestructura y el transporte de portadores en transistores a-InXZnO (X = Ga,...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física de los semiconductores Física de los semiconductores
• Nanotecnología La nanotecnología es la nanotecnología.

Sus antecedentes:

• El óxido de indio y zinc (IXZO) es un semiconductor de óxido prometedor para transistores de película delgada (TFT).
• El papel de "receptor de oxígeno" de los iones metálicos (X) en IXZO es crucial para controlar las vacantes de oxígeno, la formación de celosías y las propiedades electrónicas.
• Se necesitan estudios sistemáticos sobre el impacto de diferentes receptores de oxígeno con diferentes radios iónicos para optimizar el rendimiento de IXZO.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente el efecto de diferentes iones metálicos trivalentes (Ga(3+), Sc(3+), Y(3+), La(3+)) como receptores de oxígeno en IXZO.
• Para correlacionar el radio iónico y la entalpía de formación de celosía del getter de oxígeno con las propiedades electrónicas resultantes y la estabilidad de las películas IXZO.
• Para optimizar la preparación de la película IXZO utilizando la síntesis de combustión a baja temperatura para TFT de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Síntesis de combustión a baja temperatura de películas IXZO en amplios rangos de composición.
• Caracterización mediante análisis térmico, difracción de rayos X de incidencia de pastoreo (GIAXRD), microscopía de fuerza atómica (AFM), espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y microscopía electrónica de transmisión por escaneo (STEM-HAADF).
• Evaluación del rendimiento del transistor de película delgada (TFT), incluida la movilidad de los electrones, la relación de encendido/apagado de la corriente y la estabilidad de la tensión de sesgo positivo.

Principales resultados:

• Las películas IXZO preparadas mediante síntesis de combustión exhibieron un excelente rendimiento TFT para todos los iones metálicos estudiados (X).
• Las composiciones óptimas después del procesamiento a 300 °C mostraron movilidades electrónicas superiores para Ga3+ (5,4 cm2/Vs) en comparación con Sc3+, Y3+ y La3+.
• IXZO basado en Ga3+) demostró una estabilidad de tensión de sesgo superior, manteniendo una movilidad de >95% y un cambio de voltaje de umbral de <1,6 V, a diferencia de otros iones.

Conclusiones:

• El galio (Ga(3+)) es el receptor de oxígeno más efectivo entre los iones trivalentes estudiados para promover la formación de redes de óxido en IXZO.
• La entalpía de formación de la red de óxido metálico y el radio iónico del metal son predictores clave de la eficacia del receptor de oxígeno en IXZO.
• IXZO optimizado basado en Ga (((3+) ofrece alto rendimiento y estabilidad para aplicaciones TFT.