Abstract The room temperature fabrication of amorphous oxide semiconductor thin film transistors (TFTs) is essential for their applications in flexible electronics due to the low glass-transition temperatures of flexible substrates. High performance In-Al-Zn-O (IAZO) TFTs with a homogeneous dual-active-layer structure are successfully fabricated at room temperature. The electrical properties including bias and illumination stabilities of the as-fabricated devices are investigated. The sputtered bilayer IAZO films are firstly prepared on SiO2/p+-Si substrates with different bottom (low-oxygen)/top (high-oxygen) layer thicknesses. When the thicknesses of the bottom/top layers are 20/10 nm, IAZO TFT exhibits the best overall performance and highest negative-bias-illumination stability, including a high saturation-mobility (12.05 cm2 V-1 s-1) and a small threshold-voltage-shift (-0.73 V). Then, in order to reduce the operating-voltage and meet the requirements of low temperature fabrication for flexible IAZO TFTs, a 70-nm-thick room-temperature-sputtered Ta2O5 film is employed to be the gate insulator. The performance of IAZO TFTs with Ta2O5 is greatly improved, especially the saturation-mobility (19.56 cm2 V-1 s-1) and subthreshold-swing (81 mV dec-1). They also exhibit outstanding bias and illumination stabilities as compared to the IAZO TFTs using SiO2. The largest threshold-voltage-shifts under positive-bias-illumination (5 V) and laser-illumination (450 nm) stresses are only -0.78 and 0.05 V, respectively.

中文翻译：

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具有双有源层结构和溅射 Ta2O5 栅极绝缘体的室温制造高性能 IAZO 薄膜晶体管

摘要 由于柔性基板的低玻璃化转变温度，非晶氧化物半导体薄膜晶体管 (TFT) 的室温制造对其在柔性电子产品中的应用至关重要。在室温下成功制造了具有均匀双有源层结构的高性能 In-Al-Zn-O (IAZO) TFT。研究了所制造器件的电特性，包括偏置和照明稳定性。首先在具有不同底部（低氧）/顶部（高氧）层厚度的 SiO2/p+-Si 衬底上制备溅射双层 IAZO 薄膜。当底层/顶层的厚度为 20/10 nm 时，IAZO TFT 表现出最佳的整体性能和最高的负偏置照明稳定性，包括高饱和迁移率 (12. 05 cm2 V-1 s-1) 和小的阈值电压偏移 (-0.73 V)。然后，为了降低工作电压并满足柔性 IAZO TFT 的低温制造要求，采用 70 nm 厚的室温溅射 Ta2O5 薄膜作为栅极绝缘体。使用 Ta2O5 的 IAZO TFT 的性能得到了极大的改善，尤其是饱和迁移率（19.56 cm2 V-1 s-1）和亚阈值摆动（81 mV dec-1）。与使用 SiO2 的 IAZO TFT 相比，它们还表现出出色的偏置和照明稳定性。在正偏置照明 (5 V) 和激光照明 (450 nm) 应力下的最大阈值电压偏移分别仅为 -0.78 和 0.05 V。为了降低工作电压并满足柔性 IAZO TFT 的低温制造要求，采用 70 nm 厚的室温溅射 Ta2O5 薄膜作为栅极绝缘体。使用 Ta2O5 的 IAZO TFT 的性能得到了极大的改善，尤其是饱和迁移率（19.56 cm2 V-1 s-1）和亚阈值摆动（81 mV dec-1）。与使用 SiO2 的 IAZO TFT 相比，它们还表现出出色的偏置和照明稳定性。在正偏置照明 (5 V) 和激光照明 (450 nm) 应力下的最大阈值电压偏移分别仅为 -0.78 和 0.05 V。为了降低工作电压并满足柔性 IAZO TFT 的低温制造要求，采用 70 nm 厚的室温溅射 Ta2O5 薄膜作为栅极绝缘体。使用 Ta2O5 的 IAZO TFT 的性能得到了极大的改善，尤其是饱和迁移率（19.56 cm2 V-1 s-1）和亚阈值摆动（81 mV dec-1）。与使用 SiO2 的 IAZO TFT 相比，它们还表现出出色的偏置和照明稳定性。在正偏置照明 (5 V) 和激光照明 (450 nm) 应力下的最大阈值电压偏移分别仅为 -0.78 和 0.05 V。56 cm2 V-1 s-1) 和亚阈值摆动 (81 mV dec-1)。与使用 SiO2 的 IAZO TFT 相比，它们还表现出出色的偏置和照明稳定性。在正偏置照明 (5 V) 和激光照明 (450 nm) 应力下的最大阈值电压偏移分别仅为 -0.78 和 0.05 V。56 cm2 V-1 s-1) 和亚阈值摆动 (81 mV dec-1)。与使用 SiO2 的 IAZO TFT 相比，它们还表现出出色的偏置和照明稳定性。在正偏置照明 (5 V) 和激光照明 (450 nm) 应力下的最大阈值电压偏移分别仅为 -0.78 和 0.05 V。