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氧化石墨烯作为一种有前途的 MoS₂ 基电子器件空穴注入层。

Graphene oxide as a promising hole injection layer for MoS₂-based electronic devices.

机构信息

COMP, Department of Applied Physics, Aalto University School of Science , Espoo 00076, Finland.

出版信息

ACS Nano. 2014 Nov 25;8(11):11432-9. doi: 10.1021/nn504507u. Epub 2014 Nov 6.

DOI:10.1021/nn504507u
PMID:25347209
Abstract

The excellent physical and semiconducting properties of transition metal dichalcogenide (TMDC) monolayers make them promising materials for many applications. The TMDC monolayer MoS2 has gained significant attention as a channel material for next-generation transistors. However, while n-type single-layer MoS2 devices can be made with relative ease, fabrication of p-type transistors remains a challenge as the Fermi-level of elemental metals used as contacts are pinned close to the conduction band leading to large p-type Schottky barrier heights (SBH). Here, we propose the utilization of graphene oxide (GO) as an efficient hole injection layer for single-layer MoS2-based electronic and optoelectronic devices. Using first-principles computations, we demonstrate that GO forms a p-type contact with monolayer MoS2, and that the p-type SBH can be made smaller by increasing the oxygen concentration and the fraction of epoxy functional groups in GO. Our analysis shows that this is possible due to the high work function of GO and the relatively weak Fermi-level pinning at the MoS2/GO interfaces compared to traditional MoS2/metal systems (common metals are Ag, Al, Au, Ir, Pd, Pt). The combination of easy-to-fabricate and inexpensive GO with MoS2 could be promising for the development of hybrid all-2D p-type electronic and optoelectronic devices on flexible substrates.

摘要

过渡金属二硫属化物 (TMDC) 单层的优异物理和半导体性能使它们成为许多应用的有前途的材料。TMDC 单层 MoS2 作为下一代晶体管的沟道材料引起了极大的关注。然而,虽然可以相对容易地制造 n 型单层 MoS2 器件,但由于用作接触的元素金属的费米能级被钉扎在导带附近,导致大的 p 型肖特基势垒高度 (SBH),因此制造 p 型晶体管仍然是一个挑战。在这里,我们提出利用氧化石墨烯 (GO) 作为单层 MoS2 基电子和光电子器件的有效空穴注入层。使用第一性原理计算,我们证明 GO 与单层 MoS2 形成 p 型接触,并且通过增加 GO 中的氧浓度和环氧官能团的分数可以使 p 型 SBH 变小。我们的分析表明,这是由于 GO 的高功函数和与传统 MoS2/金属系统(常见金属为 Ag、Al、Au、Ir、Pd、Pt)相比,MoS2/GO 界面处的费米能级钉扎相对较弱所致。将易于制造且成本低廉的 GO 与 MoS2 结合起来,可能有望在柔性衬底上开发混合全二维 p 型电子和光电子器件。

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