基于大规模氮掺杂石墨烯电极实现欧姆接触的高性能单层MoS2场效应晶体管
材料科学
2019-07-24 v1
摘要
单层MoS2与电极之间的有限肖特基势垒和较大接触电阻是开发高性能场效应晶体管（FETs）的主要瓶颈，阻碍了低温下谷自旋输运等本征量子行为的研究。人们已开发出栅极可调石墨烯电极平台以改善MoS2 FETs的性能。然而，本征石墨烯的功函数与MoS2导带之间的本征失配导致FETs的阈值电压较大，因此仅在极高栅极电压和载流子浓度（~10^13 cm^-2）下才能观察到欧姆接触行为。本文中，我们利用具有高空穴本征电子载流子密度的化学气相沉积（CVD）氮掺杂石墨烯，在适中栅极电压下实现了欧姆接触的高性能单层MoS2 FETs。该CVD氮掺杂石墨烯与单层MoS2混合FETs平台展现出-54.2 V的大负向偏移阈值电压，以及在零栅极电压下的无势垒欧姆接触。相较于本征石墨烯电极平台，氮掺杂石墨烯的透明接触使单层MoS2 FETs的导通电流提升214%，场效应载流子迁移率提高四倍。热退火前后的输运测量以及拉曼和X射线光电子能谱分析表明，CVD氮掺杂石墨烯中的原子C-N键是电子掺杂主导效应的原因。大规模氮掺杂石墨烯电极为高性能器件开发和独特量子行为研究提供了有前景的器件平台。
引用
@article{arxiv.1907.07883,
title = {High-performance monolayer MoS2 field-effect transistor with large-scale nitrogen-doped graphene electrodes for Ohmic contact},
author = {Dongjea Seo and Dong Yun Lee and Junyoung Kwon and Jea Jung Lee and Takashi Taniguchi and Kenji Watanabe and Gwan-Hyoung Lee and Keun Soo Kim and James Hone and Young Duck Kim and Heon-Jin Choi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.07883},
year = {2019}
}
备注
25 pages, 4 figures