由于其低成本和高电子(电荷载流子)迁移率，非晶氧化物半导体 (AOS) 是下一代显示技术的一个有前途的选择。尤其是高移动性对于高速图像至关重要。但 AOS 也有一个明显的缺点，阻碍了它们的商业化——移动性与稳定性的权衡。
TFT 稳定性的核心测试之一是“负偏置温度应力”(NBTS) 稳定性测试。两种感兴趣的 AOS TFT 是氧化铟镓锌 (IGZO) 和氧化铟锡锌 (ITZO)。IGZO TFT具有较高的NBTS稳定性但迁移率较差，而ITZO TFT则具有相反的特性。这种权衡的存在是众所周知的，但到目前为止还没有理解它为什么会发生。
在最近发表在Nature Electronics 上的一项研究中，来自的一组科学家现在报告了这种权衡的解决方案。“在我们的研究中，我们专注于 NBTS 稳定性，这通常使用“电荷捕获”来解释。这描述了累积电荷进入下层基板的损失。然而，我们怀疑这是否能解释我们在 IGZO 和 ITZO TFT 中看到的差异，因此我们专注于载流子密度变化或 AOS 本身的费米能级变化的可能性，”东京理工大学 Junghwan Kim 助理教授解释说，谁负责这项研究。
为了研究 NBTS 的稳定性，该团队使用了“具有双层有源沟道结构的底栅 TFT”，包括一个 NBTS 稳定的 AOS (IGZO) 层和一个 NBTS 不稳定的 AOS (ITZO) 层。然后，他们对 TFT 进行了表征，并将结果与使用电荷俘获和费米能级位移模型执行的器件模拟进行了比较。
他们发现实验数据与费米能级位移模型一致。“获得这些信息后，下一个问题是，'控制 AOS 迁移率的主要因素是什么?'”金教授说。
AOS TFT 的制造会将包括一氧化碳 (CO) 在内的杂质引入 TFT，尤其是在 ITZO 情况下。该团队发现 AOS 和非预期杂质之间发生了电荷转移。在这种情况下，CO 杂质向 TFT 的有源层提供电子，这会导致费米能级偏移和 NBTS 不稳定性。“这种基于 CO 的电子捐赠机制取决于导带最小值的位置，这就是为什么您会在 ITZO 等高迁移率 TFT 中看到它，而在 IGZO 中看不到它，”Kim 教授详细说明。
有了这些知识，研究人员通过在 400°C 下处理 TFT 开发了一种不含 CO 杂质的 ITZO TFT，并发现它是稳定的 NBTS。“超高视觉技术需要电子迁移率高于 40 cm2(Vs)-1 的TFT。通过消除 CO 杂质，我们能够制造出迁移率高达 70 cm2(Vs)-1的 ITZO TFT，”Kim 教授兴奋地评论道。
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