Yttrium-doping-induced metallization of molybdenum disulfide for ohmic contacts in two-dimensional transistors

二硫化钼 欧姆接触 兴奋剂 材料科学 跨导 光电子学 场效应晶体管 晶体管 薄脆饼 半导体 纳米技术 冶金 电气工程 氧化物 复合材料 电压 工程类 图层(电子)
作者
Jianfeng Jiang,Lin Xu,Luojun Du,Lü Li,Guangyu Zhang,Chenguang Qiu,Lian‐Mao Peng
出处
期刊:Nature electronics [Springer Nature]
卷期号:7 (7): 545-556 被引量:106
标识
DOI:10.1038/s41928-024-01176-2
摘要

The van der Waals systems could be used to overcome the issue of Fermi-level pinning in contacts of transistors based on two-dimensional semiconductors. However, the lack of advanced-node-lithography-compatible methods limits the use of such materials in wafer-scale integrated manufacturing. Here we report a yttrium-doping approach to convert semiconducting molybdenum disulfide (MoS2) into metallic MoS2. The approach, which is compatible with advanced-node wafer-scale integration, improves the band alignment and provides ohmic device contacts. It is based on a solid-state-source three-step doping method involving plasma, deposition and annealing, and can provide ångström-thickness surface doping. The yttrium-doped MoS2 acts as a metallic buffer that improves charge carrier transfer from the metal electrode to semiconducting MoS2. With this approach, we fabricate self-aligned, 10-nm-channel-length MoS2 field-effect transistors on two-inch wafers with an average contact resistances of 69 Ω µm and total resistances of 235 Ω µm. Our devices exhibit an ON-current density of 1.22 mA µm–1 at a drain voltage of 0.7 V, a ballistic ratio of 79% and a transconductance of 3.2 mS µm–1. A yttrium-doped metallic two-dimensional buffer layer can be used to improve charge carrier transport between the metal contacts and semiconductor channel in molybdenum-disulfide-based transistors.
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