Effect of AZO electrode thickness on the performance of low-temperature annealed MgZnO/ZTO thin-film transistors

HAO Yunpeng; WANG Chao; GUO Liang; SUN Yu; XU Linbo

doi:10.3724/CJLCD.2026-0085

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Effect of AZO electrode thickness on the performance of low-temperature annealed MgZnO/ZTO thin-film transistors

Display Technology and Applications | 更新时间：2026-09-16

- Effect of AZO electrode thickness on the performance of low-temperature annealed MgZnO/ZTO thin-film transistors
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 41, Issue 8, Pages: 1134-1143(2026)
- 作者机构：
  
  1.延边职业技术学院装备制造与智能控制系，吉林延吉 133002
  2.吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室，吉林长春 130118
  3.吉林省建筑电气综合节能重点实验室，吉林长春 130118
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.3724/CJLCD.2026-0085
  CLC： TN321⁺.5
- CSTR：32172.14.CJLCD.2026-0085
- Received：14 May 2026，
  
  Revised：2026-07-14，
  
  Published：05 August 2026
- 稿件说明：
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HAO Yunpeng, WANG Chao, GUO Liang, et al. Effect of AZO electrode thickness on the performance of low-temperature annealed MgZnO/ZTO thin-film transistors[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(8): 1134-1143.
DOI：

HAO Yunpeng, WANG Chao, GUO Liang, et al. Effect of AZO electrode thickness on the performance of low-temperature annealed MgZnO/ZTO thin-film transistors[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(8): 1134-1143. DOI： 10.3724/CJLCD.2026-0085. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0085.

摘要

为适配柔性电子低温制备需求，本文采用300 ℃低温退火工艺，制备了以铝锌氧化物薄膜（AZO）为透明电极的MgZnO/ZTO薄膜晶体管（TFT），并系统研究AZO电极厚度（110 nm、165 nm、220 nm、275 nm）对器件性能的影响。利用紫外-可见分光计、原子力显微镜、扫描电镜、X射线光电子能谱技术对薄膜进行表征测试，结果表明，AZO电极厚度为165 nm时器件性能最佳，场效应迁移率为0.482 cm²·V

¹·s

¹，阈值电压为6.362 V，亚阈值摆幅为3.418 V/dec，电流开关比可以达到10

数量级。经分析认为，当AZO电极为165 nm时，薄膜中的氧空位浓度处于最佳，适当的氧空位浓度为薄膜提供了充足的载流子从而提高了导电性，有效地保障了电荷的注入与传输效率。同时本文对器件进行了正偏压应力（PBS）和负偏压应力（NBS）稳定性的测试，该器件在栅偏置压力为±20 V、应力时间为1 000 s时，阈值电压偏移仅为+1.99 V与-3.62 V，其稳定性略优于传统的ITO电极器件。最终结果表明，当AZO电极厚度为165 nm时，低温退火下的MgZnO/ZTO-TFT具有良好的电学性能与稳定性，为低温无铟透明TFT器件的制备提供了可行性方案。

Abstract

To meet the low-temperature fabrication requirement of flexible electronics，MgZnO/ZTO TFT with aluminum zinc oxide（AZO） transparent electrodes were fabricated via a low-temperature annealing process at 300 ℃. The effects of AZO electrode thickness （110 nm， 165 nm， 220 nm， and 275 nm） on device performance were systematically investigated. The thin films were characterized by ultraviolet-visible spectrophotometry（UV-Vis）， atomic force microscopy（AFM）， scanning electron microscopy （SEM）， and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）.The results show that the device with an AZO electrode thickness of 165 nm exhibits the optimal electrical performance， achieving a field-effect mobility of 0.482 cm²·V

-1

·s

-1

， a threshold voltage of 6.362 V， a subthreshold swing of 3.418 V/dec， and an on/off current ratio up to the order of 10

. Analysis reveals that the oxygen vacancy concentration in the thin film reaches an optimal level at the AZO thickness of 165 nm. The appropriate oxygen vacancy concentration provides sufficient carriers for the thin film to enhance electrical conductivity， which effectively guarantees the injection and transport efficiency of charge carriers.Furthermore， the positive bias stress（PBS） and negative bias stress（NBS） stability of the device were evaluated. Under a gate bias stress of ±20 V for 1 000 s， the threshold voltage shifts are only +1.99 V and -3.62 V， respectively， and the stability is slightly superior to that of conventional ITO-based devices. The final results demonstrate that the low-temperature annealed MgZnO/ZTO-TFT with a 165 nm-thick AZO electrode possesses favorable electrical properties and bias stability， providing a feasible strategy for the fabrication of low-temperature indium-free transparent TFT devices.

关键词

Keywords

references

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