Printed Indium Gallium Zinc Oxide Transistors. Self-Assembled Nanodielectric Effects on Low-Temperature Combustion Growth and Carrier Mobility
Source abstract
Abstract
Solution-processed amorphous oxide semiconductors (AOSs) are emerging as important electronic materials for displays and transparent electronics. We report here on the fabrication, microstructure, and performance characteristics of inkjet-printed, low-temperature combustion-processed, amorphous indium gallium zinc oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) grown on solution-processed hafnia self-assembled nanodielectrics (Hf-SANDs). TFT performance for devices processed below 300 °C includes >4× enhancement in electron mobility (μFE) on Hf-SAND versus SiO2 or ALD-HfO2 gate dielectrics, while other metrics such as subthreshold swing (SS), current on:off ratio (ION:IOFF), threshold voltage (Vth), and gate leakage current (Ig) are unchanged or enhanced. Thus, low voltage IGZO/SAND TFT operation (<2 V) is possible with ION:IOFF = 10(7), SS = 125 mV/dec, near-zero Vth, and large electron mobility, μFE(avg) = 20.6 ± 4.3 cm(2) V(-1) s(-1), μFE(max) = 50 cm(2) V(-1) s(-1). Furthermore, X-ray diffraction analysis indicates that the 300 °C IGZO combustion processing leaves the underlying Hf-SAND microstructure and capacitance intact. This work establishes the compatibility and advantages of all-solution, low-temperature fabrication of inkjet-printed, combustion-derived high-mobility IGZO TFTs integrated with self-assembled hybrid organic-inorganic nanodielectrics.
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Research context
OpenAlex topics: Thin-Film Transistor Technologies · Semiconductor materials and devices · Advanced Memory and Neural Computing
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Affiliations
Department of Chemistry, ‡Department of Materials Science and Engineering, §Department of Medicine, ⊥Department of Physics and Astronomy, and #Graduate Program in Applied Physics, Northwestern University, Evanston, Illinois 60208, United States
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