The lack of low temperature processable, high-performance p-type oxide thin-film transistors (TFTs) limits their implementation in monolithically integrated back-end-of-line (BEOL) CMOS circuitries. In this work, we demonstrate a reactive magnetron-sputtered SnO_x TFT with unprecedented hole field-effect mobility (μ_FE-hole) of 38.7 cm²/V·s, as well as an on/off current ratio (I_on/off) of 2.5 × 10³ and lower subthreshold swing (SS) of 240.9 mV/dec when compared to reported works on p-type oxide-based TFTs. Material characterization correlated with the SnO_x TFTs’ electrical behavior elucidated the performance to the structural and compositional phase modulation of the SnO_x thin films, modulated by O₂ partial pressure during deposition and post-encapsulation annealing. By integrating the SnO_x TFT with an IGZO TFT in both planar and stacked complementary FET-like form, we demonstrated a true oxide-based CMOS inverter, achieving one of the highest voltage gains of 57 and the lowest static power consumption down to 34 pW for both on and off states.

中文翻译：

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p 型氧化物薄膜晶体管，具有前所未有的空穴场效应迁移率，适用于适用于单片 3D 集成的类全氧化物 CMOS CFET 逆变器


由于缺乏低温可加工的高性能 p 型氧化物薄膜晶体管 （TFT），限制了它们在单片集成后端 （BEOL） CMOS 电路中的实现。在这项工作中，我们展示了一种反应磁控溅射 SnO_x TFT，与报道的 p 型氧化物基 TFT 相比，它具有前所未有的 38.7 cm²/V·s 的空穴场效应迁移率（μ_{FE 空穴}），以及 2.5 × 10³ 的开/关电流比（I_开/关）和 240.9 mV/dec 的较低亚阈值摆幅 （SS）。与 SnO_x 相关的材料表征TFT 的电性能阐明了 SnO_x 薄膜的结构和成分相位调制性能，在沉积和封装后退火过程中受 O₂ 分压调制。通过将 SnO_x TFT 与平面和堆叠互补 FET 形式的 IGZO TFT 集成在一起，我们展示了真正的基于氧化物的 CMOS 逆变器，在导通和关断状态下实现了 57 的最高电压增益和低至 34 pW 的最低静态功耗之一。