Effect of Dielectric Interface on the Performance of MoS2 Transistors

材料科学 电介质 光电子学 栅极电介质 晶体管 高-κ电介质 场效应晶体管 基质(水族馆) 电子迁移率 纳米技术 电气工程 电压 海洋学 地质学 工程类
作者
Xuefei Li,Xiong Xiong,Tiaoyang Li,Sichao Li,Zhenfeng Zhang,Yanqing Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (51): 44602-44608 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsami.7b14031
摘要

Because of their wide bandgap and ultrathin body properties, two-dimensional materials are currently being pursued for next-generation electronic and optoelectronic applications. Although there have been increasing numbers of studies on improving the performance of MoS2 field-effect transistors (FETs) using various methods, the dielectric interface, which plays a decisive role in determining the mobility, interface traps, and thermal transport of MoS2 FETs, has not been well explored and understood. In this article, we present a comprehensive experimental study on the effect of high-k dielectrics on the performance of few-layer MoS2 FETs from 300 to 4.3 K. Results show that Al2O3/HfO2 could boost the mobility and drain current. Meanwhile, MoS2 transistors with Al2O3/HfO2 demonstrate a 2× reduction in oxide trap density compared to that of the devices with the conventional SiO2 substrate. Also, we observe a negative differential resistance effect on the device with 1 μm-channel length when using conventional SiO2 as the gate dielectric due to self-heating, and this is effectively eliminated by using the Al2O3/HfO2 gate dielectric. This dielectric engineering provides a highly viable route to realizing high-performance transition metal dichalcogenide-based FETs.

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