Spatially controlled doping of two-dimensional SnS2 through intercalation for electronics

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作者
Yongji Gong,Hongtao Yuan,Chun-Lan Wu,Peizhe Tang,Shize Yang,Ankun Yang,Guodong Li,Bofei Liu,Jorik van de Groep,Mark L. Brongersma,Matthew F. Chisholm,Shengbai Zhang,Wu Zhou,Yi Cui
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:13 (4): 294-299 被引量:325
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0069-3
摘要

Doped semiconductors are the most important building elements for modern electronic devices 1 . In silicon-based integrated circuits, facile and controllable fabrication and integration of these materials can be realized without introducing a high-resistance interface2,3. Besides, the emergence of two-dimensional (2D) materials enables the realization of atomically thin integrated circuits4-9. However, the 2D nature of these materials precludes the use of traditional ion implantation techniques for carrier doping and further hinders device development 10 . Here, we demonstrate a solvent-based intercalation method to achieve p-type, n-type and degenerately doped semiconductors in the same parent material at the atomically thin limit. In contrast to naturally grown n-type S-vacancy SnS2, Cu intercalated bilayer SnS2 obtained by this technique displays a hole field-effect mobility of ~40 cm2 V-1 s-1, and the obtained Co-SnS2 exhibits a metal-like behaviour with sheet resistance comparable to that of few-layer graphene 5 . Combining this intercalation technique with lithography, an atomically seamless p-n-metal junction could be further realized with precise size and spatial control, which makes in-plane heterostructures practically applicable for integrated devices and other 2D materials. Therefore, the presented intercalation method can open a new avenue connecting the previously disparate worlds of integrated circuits and atomically thin materials.
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