Caracterização elétrica temporal de transistores de filmes finos de nanopartículas de óxido de zinco

Abstract

Neste trabalho, são discutidas as características de transistores de filmes finos (TFTs) nos quais nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) são empregadas como material ativo na camada semicondutora. O crescimento contínuo do interesse por este componente está associado à busca pelo desenvolvimento da tecnologia de dispositivos eletrônicos flexíveis, transparentes e de baixo custo. TFTs integrados com nanopartículas de ZnO são apresentados, e uma extensa rotina de caracterização elétrica transiente é realizada para avaliar como estes dispositivos se comportam e degradam ao longo do tempo. Foram medidas, ao total, 80 amostras de transistores integrados em duas configurações distintas: inverted staggered e inverted coplanar. A partir das medidas analisadas foram identificados dois grupos de comportamentos elétricos dominantes, os quais foram classificados em: efeitos abruptos e efeitos de memória. A partir dos dados coletados, foram formuladas hipóteses para modelar o comportamento típico observado. Para tanto, utiliza-se dos mecanismos de atividade de traps, de interação da camada semicondutora com o meio ambiente, de polarização de dipolos e difusão de cargas móveis no dielétrico, de formação de caminhos percolados paralelos pelas nanopartículas e de difusão de vacâncias de oxigênio e íons metálicos que podem estar associados ao comportamento elétrico observado.

In this work, the characteristics of thin-film transistors (TFTs) employing nanoparticulated zinc oxide (ZnO) as the active semiconductor channel layer are discussed. The growing interest in this component is associated to the development of low-cost, flexible and transparent electronic devices. The TFTs integrated with ZnO nanoparticles are presented and an extensive transient electrical characterization campaign was performed in order to evaluate how these devices behave and degrade over time. The measurement was performed for 80 samples of two different integration setups: inverted staggered and inverted coplanar. In the performed tests two main disturbances were identified, which were classified as abrupt and memory effects. From the collected data, hypothesis to model the observed typical behavior are formulated. Trapping activity, ambient interaction, dielectric dipoles, mobile charges, formed parallel-paths, oxygen vacancies and metallic ions diffusion are mechanisms that may be associated to the observed behavior.