P-type electrical contacts for 2D transition-metal dichalcogenides

二硒化钨 工作职能 材料科学 半导体 兴奋剂 过渡金属 光电子学 接触电阻 费米能级 纳米技术 化学 电子 物理 催化作用 量子力学 生物化学 图层(电子)
作者
Yan Wang,Jong Chan Kim,Yang Li,Kyung Yeol,Seokmo Hong,Minsu Kim,Hyeon Suk Shin,Hu Young Jeong,Manish Chhowalla
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:610 (7930): 61-66 被引量:198
标识
DOI:10.1038/s41586-022-05134-w
摘要

Digital logic circuits are based on complementary pairs of n- and p-type field effect transistors (FETs) via complementary metal oxide semiconductor technology. In three-dimensional (3D) or bulk semiconductors, substitutional doping of acceptor or donor impurities is used to achieve p- and n-type FETs. However, the controllable p-type doping of low-dimensional semiconductors such as two-dimensional (2D) transition-metal dichalcogenides (TMDs) has proved to be challenging. Although it is possible to achieve high-quality, low-resistance n-type van der Waals (vdW) contacts on 2D TMDs1-5, obtaining p-type devices by evaporating high-work-function metals onto 2D TMDs has not been realized so far. Here we report high-performance p-type devices on single- and few-layered molybdenum disulfide and tungsten diselenide based on industry-compatible electron beam evaporation of high-work-function metals such as palladium and platinum. Using atomic resolution imaging and spectroscopy, we demonstrate near-ideal vdW interfaces without chemical interactions between the 2D TMDs and 3D metals. Electronic transport measurements reveal that the Fermi level is unpinned and p-type FETs based on vdW contacts exhibit low contact resistance of 3.3 kΩ µm, high mobility values of approximately 190 cm2 V-1 s-1 at room temperature, saturation currents in excess of 10-5 A μm-1 and an on/off ratio of 107. We also demonstrate an ultra-thin photovoltaic cell based on n- and p-type vdW contacts with an open circuit voltage of 0.6 V and a power conversion efficiency of 0.82%.
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