Материалы с сеткой с высокой диэлектрической постоянной (high - k) играют ключевую роль в повышении производительности тонкопленочных транзисторов (TFT) и комплементарных МОП - полупроводников (CMOS). Тем не менее, традиционный диэлектрический слой ZrOneneneek имеет проблемы с дефектами границы кристаллов и током утечки, вызванные поликристаллической структурой, что ограничивает дальнейшее улучшение стабильности устройства и интеграции схемы. Аморфизация путем легирования элементов является эффективной стратегией для улучшения качества диэлектрического слоя. Это исследование основано на саморазвивающейся системе осаждения атомного слоя (ALD), которая подготовила два высокоK - решетчатых диэлектрика ZrAlOₓ и ZrOneneneek и на этой основе успешно построила TFT n - типа оксида олова и цинка (ZTO), TFT p - типа углеродных нанотрубок (CNT) и состоящий из них CMOS - инвертор.

Рисунок 1 (a) Свойства переноса CNT TFT на основе ZrOneneneek (b) ZrAlOₓ;

 (c) Экспортная характеристика CNT TFT на основе ZrOneneneek (d) ZrAlOₓ

Исследование показало, что легирование Al превращает ZrOneneneek из поликристаллического в аморфный ZrAlOₓ, шероховатость поверхности снижается с 1,02 нм до 0,49 нм, ток утечки значительно снижается, а конденсаторно - частотная стабильность повышается. ZTO TFT на основе ZrAlOₓ дрейф порогового напряжения при положительном смещении (PBS) и тепловом напряжении (TS) составляет 2,5 В и 3,1 В соответственно, что намного лучше, чем устройства на основе ZrOneneneek (9,8 В при PBS и 9,8 В при TS). В то же время запаздывание CNT TFT на основе ZrAlOₓ (0,32 V) меньше, чем у устройства на основе ZrOneneneek (0,56 V). Окончательно собранный CMOS - инвертор демонстрирует отличные характеристики передачи напряжения: гистерезис составляет всего 0,21 В, статическое энергопотребление ниже 5,0 × 10 ⁻W, усиление напряжения до 43,8, что значительно лучше, чем инвертор на основе ZrOneneneek. Повышение производительности связано с более высокой плотностью среды ZrAlOₓ, более низкой плотностью дефектного состояния и плоской поверхностью атомного класса, что эффективно подавляет эффект ловушки носителей и поведение захвата / высвобождения заряда, вызванное смещением.

Рисунок 2 (a - b) кривая передачи напряжения CMOS - инвертора;

 (c) коэффициент усиления напряжения изменяется с входным напряжением;

 (d) Энергопотребление изменяется с входным напряжением