Lanthanide‐doped indium zinc oxide (Ln‐IZO) was employed as the active channel layer (ACT) of thin film transistors (TFTs). The, Ln‐IZO, single‐1 ACT‐based TFT exhibited a high mobility and a small threshold voltage shift (∆VTH) within −1 V after 1‐hour negative bias temperature illumination stress (NBTIS). However, the corresponding ∆ VTH of 1‐hour positive bias temperature stress (PBTS) was as large as over 8 V. Optimized stacked structures of the ACT were adopted and obtained a significantly improved stability of PBTS. TFTs based on double‐2 ACT (Ln‐IZO/IGZO‐1) and triple‐2 ACT (Ln‐IZO/IGZO‐1/IGZO‐2) exhibited significantly lower ∆VTHs of 1.79 and 1.62 V under PBTS, respectively. Meanwhile, the excellent NBTIS stability with ∆VTH within −1 V was maintained for both double‐2‐ and triple‐2‐based TFTs. Furthermore, an appreciated VTH uniformity was obtained for triple‐2‐based TFTs, with a narrow range width of only 0.5 V. At the same time, we proposed a PBTS fitting model, using the stretched power‐law function, ∆ VTH = kTr for the deterioration of Ln‐oxide TFTs under long‐term operation. According to the proposed model, the ∆VTH could be maintained within 6 V even after 200‐hour PBTS for TFT based on triple‐2.

The top gate self‐alignment (TGSA) Praseodymium‐doped indium zinc oxide (PrIZO) thin film transistor (TFT) was fabricated with different process condition in our production line, and high field effect mobility of 40.83 cm 2 V ‐1 s ‐1 was obtained by regulating the GI and ILD parameters. At the same time, the devices show excellent stability with PBTS of 0.52 V and NBTIS of ‐0.9 V, indicating its potential in overcoming the trade‐off between mobility and reliability.

Ln‐IZO based target was employed to deposit as a channel layer in amorphous Ln‐In‐Zn‐O thin‐film transistors. Here, we use the carrier/barrier bilayer stacked AOS TFTs to improve the mobility and stability. High mobility Ln‐oxide is for better charge transport. The barrier layer is fine‐tuned for better reliability. After optimization of the stacked structure of the active layer and the parameters of the PV SiO 2 layer, the devices exhibited superior electric properties. The device shows high mobility (35.4 cm 2 /Vs) and small voltage shifts (1.1/‐1.5 V) of PBTS (positive bias temperature stress) and NBTIS (negative bias temperature illumination stress). We fabricated a 14 inch notebook liquid crystal display (LCD) with the Demux 1:3 circuit design using the high performance bilayer stacked TFTs.

Abstract It is generally accepted that there is a trade-off relationship between mobility and stability for oxide thin film transistor (TFT) devices. Different doping ratios of Ln praseodymium (Pr) into indium (In) zinc (Zn) oxide have been employed as the active layer to get 1# and 2# amorphous oxide semiconductor (AOS) TFTs in this work. The 1#-based TFTs exhibited a high mobility of 49.84 cm2 V−1 s−1 due to the increased concentration of In. By further elevating the Pr doping ratio of the film, the 2#-based TFT obtained both a good mobility of 26.65 cm2 V−1 s−1, and a promising stability, showing a positive-bias temperature stress (PBTS) stability of ∆VTH = 1.56 V and a negative-bias temperature illumination stress (NBTIS) stability of ∆VTH = −1.47 V. It was revealed that the low energy charge transfer state of Pr in 2# film absorbs the visible light, leading to suppressed photo-induced carriers and thus a good illumination reliability of the 2#-based TFTs. In practice, the LCD panel based 2# ACT TFT shows a well stable performance even under 10000-nit illumination. The result indicates a promising strategy to accelerate the commercialization of AOS TFTs to large-panel display production.