非晶氧化物半导体（AOSs）由于其宽带隙、优异的电学特性、低关态电流以及与低温工艺的兼容性，已被广泛研究用于下一代显示器、透明电子器件和柔性设备[[1], [2], [3], [4]]。特别是AOS薄膜晶体管（TFTs）受到了极大关注，因为尽管它们是非晶结构，但仍能展现出与晶体半导体相当的电学性能，使其非常适合用于机械柔性和可靠的电子系统，如可折叠或可穿戴设备[[5], [6], [7], [8]]。基于ZnO的氧化物TFT的最新进展进一步表明，优化掺杂成分和界面钝化对于提高迁移率和抑制非晶氧化物通道中的偏压应力诱导的不稳定性至关重要[9]。
在AOS材料中，氧化铟锌（IZO）是最有前景的通道材料之一，因为它具有高迁移率和光学透明度[[10], [11], [12]]。然而，包括基于IZO的AOS TFTs在内的器件在偏压应力下常常会遭受电不稳定性的影响，这主要是由于氧空位的形成[13,14]。为了解决这一问题，人们使用了能与氧形成强键的掺杂剂来减少与空位相关的缺陷并提高可靠性[[15], [16], [17]]。最近关于掺杂ZnO基氧化物TFT的研究表明，即使掺杂剂浓度的微小变化也会显著影响与氧空位相关的陷阱的形成，从而导致电学性能和稳定性的显著变化[18]。特别是铪（Hf）因其强的Hf–O键合能力和高氧亲和力而受到广泛关注，这些特性可以抑制缺陷状态并提高阈值电压稳定性[19,20]。先前关于Hf–In–Zn–O TFT的研究也报告了由于减少了与空位相关的缺陷而提高了偏压应力下的可靠性[21]。然而，过量的Hf掺入会通过降低载流子浓度来降低电子传输效率，从而导致众所周知的迁移率与稳定性之间的权衡，因为自由载流子密度的减少会阻碍电子传输并降低迁移率[22]。
类似的缺陷抑制和稳定性增强效果也在Hf-In-Zn-O TFTs中得到报道，其中Hf-O键合减少了偏压应力下的陷阱并提高了ΔVth的稳定性。尽管精确的成分控制非常重要，但大多数先前的研究依赖于使用固定Hf浓度的单靶溅射[20,23,24]。这种方法存在固有的局限性，因为它需要多个靶材来制备不同的成分组合，限制了连续掺杂趋势的探索，并且时间和成本效率较低。因此，系统地优化AOS TFTs中的Hf浓度仍然具有挑战性。
在这项研究中，引入了一种使用两个靶材的共溅射技术：一个不含Hf的IZO靶材和一个含有Hf的HIZO靶材。通过调节射频功率和沉积时间，我们制备了具有相同厚度和恒定In:Zn比例的薄膜，同时系统地改变了Hf的浓度。这种方法无需准备多个靶材即可精确和连续地控制通道成分，从而为研究Hf掺杂水平与器件性能之间的关系提供了有效平台。共溅射的IZO/HIZO薄膜在成分、结构和电学性能方面进行了全面表征。通过扫描电子显微镜结合能量分散X射线光谱（SEM–EDS）和X射线光电子能谱（XPS）确认了元素组成和Hf的掺入量，而原子力显微镜（AFM）用于评估表面形态和粗糙度。通过分析光学透射率、带隙和Urbach能量来探测局域态的密度。从传输曲线测量中提取了阈值电压、场效应迁移率和亚阈值摆幅等电学性能，并采用传输线方法（TLM）来分解接触电阻和通道电阻。此外，还通过负偏压温度应力（NBTS）和正偏压温度应力（PBTS）评估了器件的稳定性。
总体而言，这项工作证明了共溅射是一种实现AOS TFTs精细成分控制的多功能且实用的方法，能够系统地探索迁移率与稳定性之间的基本权衡。结果不仅阐明了Hf浓度在控制可靠性和载流子传输中的作用，还确立了共溅射作为一种适用于研究多组分氧化物半导体的通用方法。
