Printed indium gallium zinc oxide transistors. Self-assembled nanodielectric effects on low-temperature combustion growth and carrier mobility

ACS Applied Materials and Interfaces

Volumn 5, Issue 22, 2013, Pages 11884-11893

  Everaerts, Ken ^a   Zeng, Li ^a   Hennek, Jonathan W ^a   Camacho, Diana I ^a   Jariwala, Deep ^b   Bedzyk, Michael J ^a,b   Hersam, Mark C ^a,b   Marks, Tobin J ^a,b  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b Northwestern University   (United States)

Author keywords

amorphous oxide field effect transistor; electron mobility; hybrid dielectric; inkjet printing; low voltage electronics; thin film transistor

Indexed keywords

AMORPHOUS OXIDE SEMICONDUCTOR (AOS); AMORPHOUS-INDIUM GALLIUM ZINC OXIDES; HYBRID DIELECTRICS; LOW-TEMPERATURE COMBUSTION; LOW-TEMPERATURE FABRICATION; LOW-VOLTAGE; PERFORMANCE CHARACTERISTICS; THIN-FILM TRANSISTOR (TFTS);

AMORPHOUS MATERIALS; AMORPHOUS SEMICONDUCTORS; COMBUSTION; ELECTRON MOBILITY; FIELD EFFECT TRANSISTORS; GATE DIELECTRICS; HAFNIUM; HAFNIUM OXIDES; MICROSTRUCTURE; SEMICONDUCTING INDIUM COMPOUNDS; SEMICONDUCTING ORGANIC COMPOUNDS; TEMPERATURE; X RAY DIFFRACTION ANALYSIS;

THIN FILM TRANSISTORS;

EID: 84889262429     PISSN: 19448244     EISSN: 19448252     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/am403585n     Document Type: Article

References (89)

1. Fortunato, E.; Barquinha, P.; Martins, R. Adv. Mater. 2012, 24, 2945-2986
2. Kamiya, T.; Nomura, K.; Hosono, H. Sci. Technol. Adv. Mater. 2010, 11, 044305
3. Jeong, J. K.; Jeong, J. H.; Choi, J. H.; Im, J. S.; Kim, S. H.; Yang, H. W.; Kang, K. N.; Kim, K. S.; Ahn, T. K.; Chung, H.-J.; Kim, M.; Gu, B. S.; Park, J.-S.; Mo, Y.-G.; Kim, H. D.; Chung, H. K. Dig. Tech. Pap.-Soc. Inf. Disp. Int. Symp. 2008, 39, 1-4
4. Lee, J.-h.; Kim, D.-h.; Yang, D.-j.; Hong, S.-y.; Yoon, K.-s.; Hong, P.-s.; Jeong, C.-o.; Park, H.-s.; Kim, S. Y.; Lim, S. K.; Kim, S. S.; Son, K.-s.; Kim, T.-s.; Kwon, J.-y.; Lee, S.-y. Dig. Tech. Pap.-Soc. Inf. Disp. Int. Symp. 2008, 39, 625-628
5. Jeong, J. K.; Jeong, J. H.; Yang, H. W.; Ahn, T. K.; Kim, M.; Kim, K. S.; Gu, B. S.; Chung, H.-J.; Park, J.-S.; Mo, Y.-G.; Kim, H. D.; Chung, H. K. J. Soc. Inf. Disp. 2009, 17, 95-100
6. Nomura, K.; Ohta, H.; Ueda, K.; Kamiya, T.; Hirano, M.; Hosono, H. Science 2003, 300, 1269-1272
7. Nomura, K.; Ohta, H.; Takagi, A.; Kamiya, T.; Hirano, M.; Hosono, H. Nature 2004, 432, 488-492
8. Avouris, P.; Chen, Z.; Perebeinos, V. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 605-615
9. Avouris, P.; Freitag, M.; Perebeinos, V. Nat. Photonics 2008, 2, 341-350
10. Kelley, T. W.; Baude, P. F.; Gerlach, C.; Ender, D. E.; Muyres, D.; Haase, M. A.; Vogel, D. E.; Theiss, S. D. Chem. Mater. 2004, 16, 4413-4422
11. Berggren, M.; Nilsson, D.; Robinson, N. D. Nat. Mater. 2007, 6, 3-5
12. Hennek, J. W.; Xia, Y.; Everaerts, K.; Hersam, M. C.; Facchetti, A.; Marks, T. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1614-1619
13. Kim, M.-G.; Hennek, J. W.; Kim, H. S.; Kanatzidis, M. G.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11583-11593
14. Kim, M.-G.; Kanatzidis, M. G.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Nat. Mater. 2011, 10, 382-388
15. Kim, M.-G.; Kim, H. S.; Ha, Y.-G.; He, J.; Kanatzidis, M. G.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10352-10364
16. Hosono, H. Thin Solid Films 2007, 515, 6000-6014
17. Hosono, H.; Nomura, K.; Ogo, Y.; Uruga, T.; Kamiya, T. J. Non-Cryst. Solids 2008, 354, 2796-2800
18. Transparent Electronics: From Synthesis to Applications; Facchetti, A.; Marks, T. J., Eds.; Wiley-VCH: West Sussex, U.K., 2010.
19. Wager, J. F.; Keszler, D. A.; Presley, R. E. Transparent Electronics; Springer: New York, 2010.
20. Grover, M. S.; Hersh, P. A.; Chiang, H. Q.; Kettenring, E. S.; Wager, J. F.; Keszler, D. A. J. Phys. D: Appl. Phys. 2007, 40, 1335-1338
21. Hoffman, R. L.; Norris, B. J.; Wager, J. F. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 733-735
22. Norris, B. J.; Anderson, J.; Wager, J. F.; Keszler, D. A. J. Phys. D: Appl. Phys. 2003, 36, L105-L107
23. Presley, R. E.; Hong, D.; Chiang, H. Q.; Hung, C. M.; Hoffman, R. L.; Wager, J. F. Solid-State Electron. 2006, 50, 500-503
24. Presley, R. E.; Munsee, C. L.; Park, C. H.; Hong, D.; Wager, J. F.; Keszler, D. A. J. Phys. D: Appl. Phys. 2004, 37, 2810-2813
25. Wager, J. F. Thin Solid Films 2008, 516, 1755-1764
26. Waggoner, T.; Triska, J.; Hoshino, K.; Wager, J. F.; Conley, J. F., Jr. J. Vac. Sci. Technol. B 2011, 29, 04D115
27. Hennek, J. W.; Smith, J. N.; Yan, A.; Kim, M.-G.; Zhao, W.; Dravid, V. P.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10729-10741
28. Lee, D.-H.; Han, S.-Y.; Herman, G. S.; Chang, C.-H. J. Mater. Chem. 2009, 19, 3135-3137
29. Han, S.-Y.; Lee, D.-H.; Herman, G. S.; Chang, C.-H. J. Disp. Technol. 2009, 5, 520-524
30. Kim, G. H.; Kim, H. S.; Shin, H. S.; Ahn, B. D.; Kim, K. H.; Kim, H. J. Thin Solid Films 2009, 517, 4007-4010
31. Marks, T. J. MRS Bull. 2010, 35, 1018-1027
32. Hennek, J. W.; Kim, M.-G.; Kanatzidis, M. G.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9593-9596
33. Facchetti, A.; Yoon, M.-H.; Marks, T. J. Adv. Mater. 2005, 17, 1705-1725
34. Forrest, S. R. Nature 2004, 428, 911-918
35. Okamura, K.; Nikolova, D.; Mechau, N.; Hahn, H. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 183503
36. MacDonald, W. A.; Rollins, K.; Eveson, R.; Rustin, R. A.; Handa, M. Dig. Tech. Pap.-Soc. Inf. Disp. Int. Symp. 2003, 34, 264-267
37. Sazonov, A.; Striakhilev, D.; Lee, C.-H.; Nathan, A. Proc. IEEE 2005, 93, 1420-1428
38. Banger, K. K.; Yamashita, Y.; Mori, K.; Peterson, R. L.; Leedham, T.; Rickard, J.; Sirringhaus, H. Nat. Mater. 2011, 10, 45-50
39. Kim, Y.-H.; Heo, J.-S.; Kim, T.-H.; Park, S.; Yoon, M.-H.; Kim, J.; Oh, M. S.; Yi, G.-R.; Noh, Y.-Y.; Park, S. K. Nature 2012, 489, 128-132
40. Anthony, J. E. Chem. Rev. 2006, 106, 5028-5048
41. DiBenedetto, S. A.; Facchetti, A.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. Adv. Mater. 2009, 21, 1407-1433
42. Ponce Ortiz, R.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Chem. Rev. 2010, 110, 205-239
43. Yoon, M.-H.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. 2005, 102, 4678-4682
44. DiBenedetto, S. A.; Frattarelli, D.; Ratner, M. A.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7528-7529
45. Sangwan, V. K.; Ortiz, R. P.; Alaboson, J. M. P.; Emery, J. D.; Bedzyk, M. J.; Lauhon, L. J.; Marks, T. J.; Hersam, M. C. ACS Nano 2012, 6, 7480-7488
46. Ha, Y.-G.; Emery, J. D.; Bedzyk, M. J.; Usta, H.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10239-10250
47. Everaerts, K.; Emery, J. D.; Jariwala, D.; Karmel, H. J.; Sangwan, V. K.; Prabhumirashi, P. L.; Geier, M. L.; McMorrow, J. J.; Bedzyk, M. J.; Facchetti, A.; Hersam, M. C.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8926-8939
48. Ha, Y.-G.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Chem. Mater. 2009, 21, 1173-1175
49. Ha, Y.-G.; Jeong, S.; Wu, J.; Kim, M.-G.; Dravid, V. P.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 17426-17434
50. Schlitz, R. A.; Ha, Y.-G.; Marks, T. J.; Lauhon, L. J. ACS Nano 2012, 6, 4452-4460
51. Schlitz, R. A.; Yoon, K.; Fredin, L. A.; Ha, Y.-G.; Ratner, M. A.; Marks, T. J.; Lauhon, L. J. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3292-3297
52. Wang, L.; Yoon, M.-H.; Yang, Y.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Nat. Mater. 2006, 5, 893-900
53. Ju, S.; Facchetti, A.; Xuan, Y.; Liu, J.; Ishikawa, F.; Ye, P.; Zhou, C.; Marks, T. J.; Janes, D. B. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 378-384
54. Byrne, P. D.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Adv. Mater. 2008, 20, 2319-2324
55. Kamiya, T.; Nomura, K.; Hosono, H. J. Disp. Technol. 2009, 5, 273-288
56. Barquinha, P.; Fortunato, E.; Goncalves, A.; Pimentel, A.; Marques, A.; Pereira, L.; Martins, R. Superlattices Microstruct. 2006, 39, 319-327
57. Chen, F.-H.; Her, J.-L.; Hung, M.-N.; Pan, T.-M. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 033517
58. Kang, D. H.; Han, J. U.; Mativenga, M.; Ha, S. H.; Jang, J. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 083508
59. Park, J.-S.; Jeong, J. K.; Mo, Y.-G.; Kim, H. D.; Kim, C.-J. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 033513
60. Tsao, S. W.; Chang, T. C.; Huang, S. Y.; Chen, M. C.; Chen, S. C.; Tsai, C. T.; Kuo, Y. J.; Chen, Y. C.; Wu, W. C. Solid-State Electron. 2010, 54, 1497-1499
61. Chiu, C. J.; Chang, S. P.; Chang, S. J. IEEE Electron Device Lett. 2010, 31, 1245-1247
62. Munkholm, A.; Brennan, S.; Carr, E. C. J. Appl. Phys. 1997, 82, 2944-2953
63. Als-Nielsen, J.; McMorrow, D. Elements of Modern X-ray Physics, 2 nd ed.; Wiley: London, 2011.
64. Alaboson, J. M. P.; Wang, Q. H.; Emery, J. D.; Lipson, A. L.; Bedzyk, M. J.; Elam, J. W.; Pellin, M. J.; Hersam, M. C. ACS Nano 2011, 5, 5223-5232
65. Zhu, P.; van der Boom, M. E.; Kang, H.; Evmenenko, G.; Dutta, P.; Marks, T. J. Chem. Mater. 2002, 14, 4982-4989
66. Lin, W.; Lin, W.; Wong, G. K.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8034-8042
67. Nelson, A. J. Appl. Crystallogr. 2006, 39, 273-276
68. Nakata, M.; Tsuji, H.; Sato, H.; Nakajima, Y.; Fujisaki, Y.; Takei, T.; Yamamoto, T.; Fujikake, H. Jpn. J. Appl. Phys. 2013, 52, 03BB04
69. Wang, Y.; Sun, X. W.; Goh, G. K. L.; Demir, H. V.; Yu, H. Y. IEEE Trans. Electron Devices 2011, 58, 480-485
70. Sanchez-Rodriguez, D.; Farjas, J.; Roura, P.; Ricart, S.; Mestres, N.; Obradors, X.; Puig, T. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 20133-20138
71. Takagi, A.; Nomura, K.; Ohta, H.; Yanagi, H.; Kamiya, T.; Hirano, M.; Hosono, H. Thin Solid Films 2005, 486, 38-41
72. Germs, W. C.; Adriaans, W. H.; Tripathi, A. K.; Roelofs, W. S. C.; Cobb, B.; Janssen, R. A. J.; Gelinck, G. H.; Kemerink, M. Phys. Rev. B 2012, 86, 155319
73. Zou, X.; Fang, G.; Yuan, L.; Tong, X.; Zhao, X. Semicond. Sci. Technol. 2010, 25, 055006
74. Zou, X.; Fang, G.; Yuan, L.; Tong, X.; Zhao, X. Microelectron. Reliab 2010, 50, 954-958
75. Chen, F.-H.; Her, J.-L.; Shao, Y.-H.; Li, W.-C.; Matsuda, Y. H.; Pan, T.-M. Thin Solid Films 2013, 539, 251-255
76. Chen, F.-H.; Her, J.-L.; Shao, Y.-H.; Matsuda, Y. H.; Pan, T.-M. Nanoscale Res Lett 2013, 8, 18
77. Chen, F.-H.; Hung, M.-N.; Yang, J.-F.; Kuo, S.-Y.; Her, J.-L.; Matsuda, Y. H.; Pan, T.-M. J. Phys. Chem. Solids 2013, 74, 570-574
78. Cho, Y.-J.; Shin, J.-H.; Bobade, S. M.; Kim, Y.-B.; Choi, D.-K. Thin Solid Films 2009, 517, 4115-4118
79. Kim, J.-H.; Kim, J.-W.; Roh, J.-H.; Lee, K.-J.; Do, K.-M.; Shin, J.-H.; Koo, S.-M.; Moon, B.-M. Mater. Res. Bull. 2012, 47, 2923-2926
80. Lee, J.-M.; Cho, I.-T.; Lee, J.-H.; Cheong, W.-S.; Hwang, C.-S.; Kwon, H.-I. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 222112
81. Lee, J. S.; Chang, S.; Koo, S.-M.; Lee, S. Y. IEEE Electron Device Lett. 2010, 31, 225-227
82. Su, L.-Y.; Lin, H.-K.; Hung, C.-C.; Huang, J.-J. J. Disp. Technol. 2012, 8, 695-698
83. Yuan, L.; Zou, X.; Fang, G.; Wan, J.; Zhou, H.; Zhao, X. IEEE Electron Device Lett. 2011, 32, 42-44
84. Robertson, J. Rep. Prog. Phys. 2006, 69, 327-396
85. Park, J.-S.; Jeong, J. K.; Mo, Y. G.; Kim, S. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 042105
86. Lee, I.-K.; Lee, S.-W.; Gu, J.-g.; Kim, K.-S.; Cho, W.-J. Jpn. J. Appl. Phys. 2013, 52, 06GE05
87. Sze, S. M. Semiconductor Devices, Physics and Technology, 2 nd ed.; John Wiley & Sons: New York, 2002.
88. Braga, D.; Horowitz, G. Adv. Mater. 2009, 21, 1473-1486
89. Yoon, M. H.; Kim, C.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12851-12869