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Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 12085 (2022) Citar este artículo

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Las propiedades eléctricas y ópticas de los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) se pueden modular de forma eficaz ajustando sus niveles de Fermi. Para desarrollar un dispositivo optoelectrónico seleccionable por portadora, investigamos MoTe2 de tipo p intrínseco, que se puede cambiar a tipo n cargando un sustrato de nitruro de boro hexagonal (h-BN) mediante la aplicación de un voltaje de escritura usando una puerta de metal bajo condiciones de profundidad. luz ultravioleta. La parte de tipo n de MoTe2 se puede obtener localmente utilizando el patrón de puerta de metal, mientras que las otras partes siguen siendo de tipo p. Además, podemos controlar la tasa de transición al tipo n aplicando un voltaje de escritura diferente (es decir, −2 a −10 V), donde las características del tipo n se saturan más allá de un cierto voltaje de escritura. Por lo tanto, MoTe2 se dopó electrostáticamente con un sustrato de h-BN cargado y se descubrió que un sustrato de h-BN más grueso se fotocargaba de manera más eficiente que uno más delgado. También fabricamos un diodo ap-n utilizando una escama MoTe2 de 0,8 nm de espesor en un sustrato h-BN de 167 nm de espesor, que mostró una alta relación de rectificación de ~ 10−4. Nuestras observaciones allanan el camino para expandir la aplicación de FET basados en TMD a dispositivos de rectificación de diodos, junto con aplicaciones optoelectrónicas.

El grafeno, que es uno de los materiales bidimensionales (2D) más intrigantes para aplicaciones electrónicas debido a su alta movilidad de electrones, flexibilidad, conductividad térmica, gran área superficial e impermeabilidad a los gases, se ha estudiado ampliamente durante las últimas dos décadas1,2 ,3,4,5,6,7,8. A pesar de sus muchos méritos para su uso en materiales electrónicos, la aplicación de grafeno para dispositivos de conmutación está restringida debido a su naturaleza sin espacios en estado prístino9. Sin embargo, los dicalcogenuros de metales de transición (TMD), que son materiales semiconductores 2D, exhiben una amplia gama de dinámicas de estructura de banda y dopaje, lo que les permite ser utilizados en una amplia gama de optoelectrónica y nanoelectrónica10,11,12,13. Los TMD están compuestos por capas atómicas unidas por fuerzas de van der Waals14 y tienen buenos canales de transporte electrónico con centros de dispersión mínimos porque no poseen enlaces covalentes entre capas15,16. Por lo tanto, la banda prohibida y la estructura de capas atómicamente delgadas de los TMD 2D los convierten en un material viable para el canal activo de aplicaciones de transistores de efecto de campo, como fotodetectores ultrarrápidos17, electrocatálisis y fotocatálisis, supercondensadores18, biosensores, dispositivos de almacenamiento de energía, y dispositivos de memoria, entre otros 19,20,21,22,23.

En el contexto de los TMD para su uso en aplicaciones de materiales electrónicos, MoTe2 ha ganado un gran interés debido a sus fascinantes características semiconductoras, metálicas y superconductoras24,25,26,27. La banda prohibida directa de MoTe2 varía entre 0,88 y 1,1 eV según la configuración de la red y el número de capas28,29,30. Además, dado que la banda prohibida de MoTe2 es significativamente menor que la de MoS231,32 y WSe233,34, MoTe2 es un buen candidato para dispositivos optoelectrónicos que brindan una respuesta que cubre la región de longitud de onda del infrarrojo cercano35. Además, en comparación con los TMD terminados en azufre, la fijación de nivel de Fermi en la interfaz MoTe2-metal es significativamente más débil36. A pesar de la estrecha banda prohibida de energía de este material, se han informado numerosos métodos para la modulación de banda y el control de la polaridad del portador de carga37,38. Por otro lado, el nitruro de boro hexagonal (h-BN), un material aislante 2D, ha atraído un interés creciente debido a su robustez mecánica, su conductividad térmica excepcional debido a sus fuertes enlaces covalentes BN y su defecto similar al donante/aceptor. estados que controlan el mecanismo de dopaje39,40.

Por lo tanto, es importante desarrollar un método de dopaje eficiente para TMD 2D para promover su aplicación en aplicaciones electrónicas semiconductoras. En este contexto, el dopaje de MoTe2 se puede clasificar en dos tipos. El primer método emplea activación electrostática local, que se ha utilizado con éxito para crear una unión ap-n al polarizar un área local donde el tipo de portador de carga es opuesto al de otras partes de la escama de MoTe241,42. Aunque esta técnica es extremadamente adaptable, es particularmente volátil cuando el voltaje de la puerta está apagado. El segundo método consiste en el dopaje atómico y la modificación de la superficie mediante procesos físicos y químicos43,44. Estos procesos transforman permanentemente el material; sin embargo, el dopaje tipo p y tipo n es difícil de combinar en las áreas locales de un solo dispositivo. Hay otra forma de manipular el tipo de portador en MoTe2. Este método involucra la ingeniería de contactos metálicos, que hace uso de electrodos metálicos de baja y alta función de trabajo45,46. Por ejemplo, el platino, que es un metal de alta función de trabajo, se ha utilizado como fuente y contacto de drenaje y el MoTe2 ambipolar se convirtió en un transistor de efecto de campo (FET) de tipo p unipolar47. Sin embargo, el transporte de tipo n unipolar de MoTe2 es extremadamente difícil de lograr debido a la fijación de nivel de Fermi y una variedad limitada de metales de baja función de trabajo. Por lo tanto, para modular el tipo de portador y la concentración en MoTe2, es necesario el desarrollo de una técnica estable, no volátil y controlada para ajustar las propiedades de MoTe2 desde la perspectiva amplia de los dispositivos electrónicos.

Aquí, presentamos una estrategia prometedora para abordar las dificultades antes mencionadas. Más específicamente, empleamos una puerta de metal localizada en una región específica de MoTe2, donde h-BN se usa como material dieléctrico en la puerta de metal, y su grosor juega un papel vital en el dopaje electrostático de MoTe2. Una región de MoTe2 se coloca en un sustrato h-BN con una puerta de metal localizada debajo, mientras que la otra región se coloca en h-BN sin puerta para permitir el control del efecto de puerta en una región específica de MoTe2. Posteriormente, se lleva a cabo la iluminación con luz ultravioleta profunda (DUV) para inducir la transferencia de carga a los estados defectuosos de h-BN con la puerta de metal localizada debajo. Luego, h-BN con estados de defectos cargados funciona como un electrodo de puerta para provocar el dopaje electrostático de la región MoTe2 localizada. También investigamos las características de los diodos p-n que consisten en p-MoTe2 y n-MoTe2, que se fabrican utilizando h-BN y una puerta de metal.

Los nanoflakes de h-BN y MoTe2 se fabricaron con cinta adhesiva y un proceso de exfoliación mecánica convencional, y se utilizó la técnica de transferencia en seco para preparar pilas de heteroestructuras de h-BN/MoTe2. La Figura 1a, b muestra un diagrama esquemático y una imagen de microscopio óptico del FET basado en heteroestructura h-BN/MoTe2, respectivamente. También examinamos las escamas 2D mediante espectroscopia Raman, que es una técnica precisa y no destructiva para determinar el efecto de deformación, la conductividad térmica, la estructura de bandas y la adsorción de productos químicos en las superficies de los materiales48,49,50. Para evitar el efecto de calentamiento, los espectros Raman se registraron a temperatura ambiente utilizando un láser con una longitud de onda de 514 nm y una potencia láser baja de 1,0 mW. La Figura 1c muestra los espectros Raman de MoTe2 y tres picos asignados a A1g (174,63/cm), E12g (237,87/cm) y B12g (291,97/cm). Los espectros Raman de h-BN se proporcionan en la información complementaria Fig. S1, donde observamos un pico E2g dominante (1364.47 / cm). La Figura 1d muestra la imagen topográfica de microscopía de fuerza atómica (AFM) y el perfil de altura de la heteroestructura h-BN/MoTe2, lo que indica que los espesores de los componentes h-BN y MoTe2 eran de 2 y 0,8 nm, respectivamente.

(a) Diagrama esquemático de un FET h-BN/MoTe2. (b) Imagen óptica de un FET h-BN/MoTe2. ( c ) Espectro Raman de MoTe2. (d) Imagen AFM y perfil de altura de un FET h-BN/MoTe2.

El tipo de portador de carga de un TMD juega un papel importante en la resistencia de interfaz entre el metal de contacto y el semiconductor. Pristine MoTe2 puede ser ambipolar o unipolar, de tipo n o de tipo p, según su estado de dopaje natural36,51,52,53,54,55,56. Descubrimos que nuestros finos copos de MoTe2 eran de tipo p en estado prístino. Por lo tanto, inicialmente fabricamos una capa delgada de MoTe2 (0,8 nm) sobre una capa gruesa de h-BN (167 nm). Se empleó un sustrato de Si/SiO2, en el que el Si se dopó de forma degenerativa para su uso como puerta trasera. Las imágenes AFM y los perfiles de altura de h-BN y MoTe2 se muestran en la información complementaria Fig. S2. Se encontró que MoTe2 prístino (0.8 nm) exhibe un comportamiento de tipo p, como se muestra en las curvas de transferencia (Ids - Vg-m) y (Ids - Vg-Si) que se muestran en la Fig. 2a y la información complementaria de la Fig. S3a, respectivamente. Durante las mediciones de la curva de transferencia, que se realizaron en el vacío, el voltaje entre drenaje y fuente (Vds) se fijó en 0,5 V. Además, investigamos las características de salida del MoTe2 de tipo p delgado y prístino y descubrimos que las curvas I-V son no lineales como se muestra en la Fig. S3b, lo que indica la existencia de una barrera de Schottky entre el delgado MoTe2 y el contacto metálico (Cr/Au). Posteriormente, se investigó el efecto de dopaje fotoinducido cuando se iluminó h-BN/MoTe2 con DUV durante varios intervalos de tiempo con la aplicación de un voltaje de escritura (Vw.v) que oscilaba entre −2 y −10 V, como se muestra en la Fig. 2a. Los voltajes de escritura se aplican a través de una puerta de metal localizada (Cr/Au, 3/13 nm) para llenar o agotar los electrones en los sitios defectuosos de la capa h-BN con la ayuda de un DUV en el vacío. Para lograr este efecto de dopaje fotoinducido, es fundamental el uso tanto de un DUV como de un voltaje de escritura57. La figura 2a muestra un FET MoTe2 prístino en h-BN que inicialmente era de tipo p, pero que se convirtió en tipo n mediante iluminación DUV y la aplicación de un voltaje de escritura. Inicialmente, la aplicación de un voltaje de escritura de -2 V bajo iluminación de luz DUV resultó en un cambio en la polaridad del MoTe2 prístino de tipo p a tipo n, como se muestra en la Fig. 2a. Al aumentar aún más el voltaje de escritura, la región de MoTe2 sobre la puerta de metal localizada se volvió completamente de tipo n a un voltaje de escritura de -10 V58,59,60. Además, los voltajes de escritura más altos dieron como resultado más cargas positivas en la escama de h-BN, lo que eventualmente proporcionó un voltaje de puerta positivo adicional. Este efecto de dopaje fotoinducido de MoTe2 se puede atribuir a un mecanismo que involucra el agotamiento de electrones de defectos similares a donantes en los copos de h-BN, que son generados por el voltaje de puerta negativo en la excitación óptica DUV61,62. Los electrones agotados ingresan a la banda de conducción del h-BN y luego se transfieren al MoTe2, dejando defectos ionizados positivamente dentro de la capa de h-BN, que se pueden observar bajo un campo eléctrico externo (Vg−m). En consecuencia, estos defectos de tipo donante cargados positivamente en el h-BN dieron como resultado el efecto de dopaje electrostático de MoTe2.

( a ) Características de transferencia de MoTe2 (0,8 nm) FET en un sustrato h-BN de 167 nm de espesor antes y después del dopaje fotoinducido bajo iluminación DUV (5 min) con voltajes de escritura que van desde − 2 a − 10 V. ( b ) Transferir las características del FET MoTe2 (2,4 nm) en un sustrato h-BN de 42 nm de espesor. ( c ) Transferir las características del FET MoTe2 delgado (1,6 nm) en un sustrato h-BN de 2 nm de espesor. ( d ) Movilidad de electrones y concentración de portadores del FET MoTe2 (0,8 nm) en un sustrato h-BN de 167 nm de espesor después del dopaje fotoinducido con diferentes voltajes de puerta de metal.

Para investigar si existen defectos similares a los de los donantes en la interfaz h-BN/MoTe2 o dentro del propio h-BN, medimos las características de dopaje fotoinducidas de las películas de MoTe2 con varios espesores de h-BN. Si la tasa de dopaje fotoinducida es proporcional al espesor de h-BN, entonces se puede suponer que los defectos existen dentro del cuerpo de h-BN; sin embargo, si el efecto de dopaje fotoinducido se origina en defectos en la interfaz, debe ser independiente del espesor de h-BN. Por lo tanto, fabricamos FET MoTe2 delgados (0.8-2.4 nm) con diferentes espesores de h-BN para revelar el papel del espesor de h-BN en el efecto de dopaje fotoinducido. Las características de transferencia de la heteroestructura MoTe2 (2,4 nm)/h-BN (42 nm) se midieron con un voltaje de fuente de drenaje de 0,5 V y un voltaje de puerta de metal de -4 a +4 V, como se muestra en la Fig. 2b. AFM confirmó los espesores de las capas de MoTe2 y h-BN, como se muestra en la información complementaria de la Fig. S4. A medida que el voltaje de escritura aumentó de -2 a -10 V, la polaridad de MoTe2 cambió de tipo p a tipo n, pero no se convirtió completamente a tipo n, permaneciendo ambipolar. De manera similar, se evaluaron las características de transferencia de otro FET MoTe2 (1, 6 nm de espesor) en una capa delgada (2 nm) de h-BN y se muestran en la Fig. 2c. En este caso, también observamos que el MoTe2 prístino de tipo p no cambió completamente su polaridad a tipo n y nuevamente permaneció ambipolar. Las tasas de efecto de dopaje fotoinducido en la Fig. 2b, c contrastan con las de la Fig. 2a, donde los copos de h-BN subyacentes son particularmente gruesos. Por lo tanto, nuestros hallazgos implican que el dopaje fotoinducido en heteroestructuras h-BN/MoTe2 se atribuye a la estimulación óptica de estados electrónicos dentro de la capa h-BN, y el grosor de esta capa h-BN juega un papel importante en la determinación del alcance de dopaje fotoinducido. También es posible que existan estados defectuosos similares a los de los donantes a diferentes profundidades dentro de las escamas de h-BN; La figura S5 en la información complementaria muestra una representación esquemática de los defectos positivos restantes en capas delgadas y gruesas de h-BN después de la iluminación DUV con la aplicación de un voltaje de escritura. Dado que DUV se ilumina desde la parte superior de la escama de h-BN, los defectos positivos se encuentran más en la parte superior de la escama de h-BN. Para comparar el efecto de dopaje fotoinducido a diferentes voltajes de escritura, estimamos la densidad de portadores del MoTe2 FET. La concentración de portadores de carga (ne) se puede calcular de la siguiente manera63:

donde Vth es el voltaje umbral de transporte de electrones, Vg−m es el voltaje de la puerta de metal y e es la carga de un electrón (1.602 × 10−19 C). El valor de capacitancia (Cg) de h-BN por unidad de área se puede calcular como Cg = ε0 εr/d, donde d es el espesor de la capa de h-BN, ε0 es la permitividad del vacío y εr es la constante dieléctrica de h -BN. La figura S6a en la información complementaria muestra los gráficos de capacitancia de puerta frente a frecuencia para diferentes espesores de h-BN, lo que demuestra que la capacitancia disminuye con un espesor de capa de h-BN creciente, como se muestra en la figura S6b. La figura 2d muestra la concentración ne del portador de electrones después del dopaje fotoinducido bajo la aplicación de un voltaje de escritura (Vw.v) en combinación con DUV para un FET MoTe2 (0,8 nm) en una capa gruesa (167 nm) de h-BN. La concentración de portadores (ne) se estimó en Vg−m = + 4 V después del dopaje fotoinducido. De manera similar, estimamos ne en Vg−m = 0 V como se muestra en la figura S6c, que muestra un comportamiento similar pero el número de portadores de carga es menor en comparación con ne en Vg−m = + 4 V. Además, calculamos la movilidad de efecto de campo del MoTe2 FET usando la siguiente ecuación.

donde W es el ancho del canal, L es la longitud del canal y \(\frac{{dI_{ds} }}{{dV_{g - m} }}\) representa la pendiente de la parte lineal de las características de transferencia de el MoTe2 FET a un Vds aplicado de 0,5 V. La Figura 2d muestra la movilidad del MoTe2 (0,8 nm) FET en una capa gruesa (167 nm) de h-BN después de la aplicación de un voltaje de escritura Vw.v en combinación con DUV. Además, se descubrió que el efecto de dopaje fotoinducido era estable durante varios días. El MoTe2 FET demostró un efecto de dopaje de tipo n estable como se muestra en la información complementaria Fig. S7a.

También investigamos la dependencia de las escamas de MoTe2 del efecto de dopaje fotoinducido. Para ello, se colocaron dos espesores diferentes de escamas de MoTe2 sobre una capa de h-BN y se midieron las curvas de transferencia después del dopaje fotoinducido con varios voltajes de escritura. La figura 3a muestra las curvas de transferencia del FET MoTe2 (6,4 nm) en h-BN (160 nm), que exhibe un comportamiento ambipolar en estado prístino. Además, hemos examinado las características de salida del MoTe2 de tipo n grueso prístino y encontramos que las curvas I-V no son lineales, como se muestra en la Fig. S8. Sin embargo, el voltaje de escritura aumentó de -2 a -10 V, las características de tipo n del MoTe2 FET mejoraron después del dopaje fotoinducido. A modo de comparación, examinamos el efecto de dopaje fotoinducido en un FET MoTe2 (46 nm) más grueso en h-BN (165 nm), como se muestra en la Fig. 3b. La curva de transferencia indicó las características de tipo n del FET MoTe2 prístino, y se observó que el tratamiento de dopaje fotoinducido mejoró las propiedades de tipo n. Más específicamente, la escama de MoTe2 prístina exhibió características de tipo p cuando su espesor era < 2.4 nm, como se muestra en la Fig. 2a-c, mientras que la escama de MoTe2 gruesa (46 nm) exhibió características de tipo n en estado prístino. Estos resultados indican que la unión ap-n se puede formar en escamas delgadas de MoTe2 usando una combinación de tratamiento de dopaje fotoinducido y una puerta de metal local.

( a ) Características de transferencia del FET MoTe2 (6,4 nm) en un sustrato h-BN de 160 nm de espesor. ( b ) Características de transferencia del FET MoTe2 (46 nm) en un sustrato h-BN de 165 nm de espesor.

Posteriormente, empleamos la técnica de dopaje fotoinducido para preparar regiones de tipo n en regiones locales de copos delgados de MoTe2 (0,8–2,4 nm de espesor) en h-BN montados en puertas de metal, mientras que las otras regiones permanecieron de tipo p, similar a el estado prístino de MoTe2. Aunque el DUV iluminó toda el área de la capa h-BN, solo se pudieron cargar los defectos de tipo donante en las regiones locales sobre la puerta de metal. En consecuencia, se obtuvo un diodo ap-n en la escama de MoTe2 entre los terminales S y D2, como se muestra en la Fig. 1a. Además, la Fig. 4a muestra las características de salida de los diodos p-n MoTe2 con diferentes espesores de h-BN después del dopaje fotoinducido; el recuadro de la Fig. 4a muestra las curvas de escala logarítmica Ids - Vds, que indican las características de rectificación. Dado que la tasa de dopaje fotoinducida de MoTe2 depende del grosor de la capa de h-BN (ver Fig. 2), se espera que la función del diodo p-n también dependa de este grosor. La Figura 4b muestra la relación de rectificación (RR) del diodo MoTe2 p–n para diferentes espesores de h-BN, donde el RR está definido por Ion en Vds = + 5 V dividido por Ioff en Vds = − 5 V. El valor de RR más alto (~ 1,5 × 103) para la escama de MoTe2 montada en la capa más gruesa de h-BN (167 nm). También investigamos las características del diodo MoTe2 p-n para diferentes espesores de escamas de MoTe2. Por lo tanto, la Fig. 4c muestra las características de salida de los diodos MoTe2 p-n con varios espesores de MoTe2, y el recuadro muestra las curvas Ids-Vds en una escala logarítmica. Como era de esperar, las características del diodo generalmente no se observaron en las escamas de MoTe2 con espesores > 16 nm debido al hecho de que la mayoría de las escamas estarán en el estado de tipo n (es decir, el estado prístino). Como se muestra en la Fig. 4d, se logró un RR más alto para copos de MoTe2 más delgados.

( a ) Características de salida de los diodos MoTe2 p – n en sustratos h-BN de diferentes espesores, donde los espesores de las escamas de MoTe2 oscilaron entre 0,8 y 2,4 nm. ( b ) Relación de rectificación de los diodos p – n de MoTe2 en sustratos h-BN de diferentes espesores, donde los espesores de las escamas de MoTe2 oscilaron entre 0,8 y 2,4 nm. ( c ) Características de salida de los diodos MoTe2 p – n para escamas de MoTe2 de diferentes espesores. ( d ) Relación de rectificación de los diodos MoTe2 p – n para escamas de MoTe2 de diferentes espesores, donde los espesores de las escamas de h-BN oscilaron entre 160 y 167 nm.

Tras nuestro examen del efecto de dopaje fotoinducido con un voltaje de escritura negativo de la puerta de metal, que se basa principalmente en la presencia de defectos similares a los de los donantes en la capa de h-BN, pasamos a abordar la posibilidad de fotoinducción inversa. dopaje Para este propósito, un FET MoTe2 (0.8 nm) en una capa h-BN (167 nm) se sometió a iluminación DUV durante 5 min con un voltaje de escritura positivo para la puerta de metal, como se muestra en la información complementaria Fig. S7b. El mismo sistema se usó en combinación con un voltaje de escritura de − 10 V antes de comenzar el experimento, y se investigó el dopaje fotoinducido inverso con voltajes de escritura positivos que oscilaron entre + 2 y + 10 V. Se encontró que la curva de transferencia cambiaba hacia tipo p a medida que aumentaba el voltaje de escritura, pero se mantuvo más como tipo n incluso con el voltaje de escritura más alto de + 10 V. También se debe tener en cuenta aquí que la densidad de defectos similares al aceptor fue menor que la del donante. como estados de defecto en la capa h-BN.

Los cristales a granel naturales de h-BN y MoTe2 fueron proporcionados por grafeno HQ. Usando cinta adhesiva en un entorno de sala limpia, se utilizó el método de exfoliación mecánica para obtener nanoflakes ultrafinos de h-BN y MoTe2 a partir de sus formas a granel. Se recubrieron por rotación sustratos de Si/SiO2 (SiO2: 300 nm) con un fotorresistente (SPR) y lactato de etilo (EL) en la etapa inicial del proceso de fotolitografía. Posteriormente, los patrones obtenidos se expusieron a plasma de oxígeno durante 5 min para eliminar los residuos de SPR y EL. A continuación, se utilizó un evaporador térmico para evaporar Cr/Au (3/30 nm) para los patrones grandes, mientras que el electrodo inferior compuesto de Cr/Au (3/13 nm) se fabricó mediante litografía por haz de electrones convencional y técnicas de evaporación térmica. Posteriormente, una escama grande de h-BN se transfirió en seco a la parte superior del electrodo inferior, mientras que el resto estaba presente en el sustrato de Si/SiO2. Luego, la escama de MoTe2 se transfirió a la capa de h-BN con un micromanipulador, como se muestra en la Fig. S9 en la información complementaria. Al final del procedimiento de transferencia, el sustrato se colocó en una placa caliente a 90 °C para eliminar el vapor de las superficies e interfaces externas. Después de cada proceso de transferencia, las muestras se limpiaron con acetona y metanol, y finalmente se secaron bajo un flujo de gas N2. Los electrodos de fuente/drenaje se fabricaron utilizando litografía de haz de electrones convencional. Finalmente, los contactos metálicos de Cr/Au (10/80 nm) se depositaron mediante una técnica de evaporación térmica.

Para el tratamiento de dopaje fotoinducido, los FET MoTe2 en h-BN se iluminaron con luz DUV (λ = 220 nm, 11 mW cm−2). Se usaron microscopía óptica y espectroscopía Raman para examinar las escamas de MoTe2 y se midió su espesor mediante AFM. Las propiedades de transporte eléctrico se midieron en vacío utilizando un medidor de fuente (Keithley 2400) y un picoamperímetro (Keithley 6485).

En este documento informamos sobre la fabricación de transistores de efecto de campo (FET) de MoTe2 en nitruro de boro hexagonal (h-BN) con una puerta de metal localizada y descubrimos que el tratamiento de dopaje fotoinducido fue más efectivo para copos de MoTe2 más delgados montados en un h-más grueso. capa BN. El uso de un voltaje de escritura negativo bajo iluminación ultravioleta profunda (DUV) indujo el dopaje n del MoTe2 FET, mientras que el uso de un voltaje de escritura positivo bajo iluminación DUV indujo el dopaje p; esta diferencia se atribuyó a los defectos de tipo donante y aceptor presentes en el h-BN. Además, se encontró que el efecto de dopaje fotoinducido se hizo más fuerte a medida que aumentaba el voltaje de escritura. Además, un voltaje de escritura negativo resultó en un efecto de dopaje más fuerte que un voltaje de escritura positivo, lo que indica que los defectos de tipo donante son más dominantes que los defectos de tipo aceptor en el h-BN. Estas observaciones demuestran claramente el éxito de esta técnica de dopaje local seleccionable, que es aplicable como método de tratamiento posterior a la fabricación.

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles previa solicitud razonable al autor correspondiente.

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Este trabajo fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MSIT) (No. 2021R1A4A1031900 y el Programa del Centro de Investigación y Desarrollo Global No. 2018K1A4A3A01064272).

Estos autores contribuyeron por igual: Muhammad Asghar Khan y Muhammad Farooq Khan.

Departamento de Física y Astronomía, e Instituto de Investigación del Grafeno-Centro Internacional de Investigación del Centro de Fotónica de Texas (GRI–TPC IRC), Universidad de Sejong, Seúl, 05006, Corea

Muhammad Asghar Khan, Ghulam Dastgeer, Byung Min Ko y Jonghwa Eom

Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Sejong, Seúl, 05006, Corea

Muhammad Farooq Khan, Shania Rehman y Harshada Patil

Departamento de Ingeniería de Convergencia para Drones Inteligentes, Universidad de Sejong, Seúl, 05006, Corea

Shania Rehman y Harshada Patil

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MAK, MFK y JE fueron responsables del diseño experimental y la interpretación, así como la redacción, revisión y finalización del manuscrito. SR, HP, GD y BMK realizaron la medición eléctrica y la caracterización de muestras.

Correspondencia a Jonghwa Eom.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Khan, MA, Khan, MF, Rehman, S. et al. El efecto de dopaje electrostático no volátil en transistores de efecto de campo MoTe2 controlados por nitruro de boro hexagonal y una puerta de metal. Informe científico 12, 12085 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16298-w

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Recibido: 18 mayo 2022

Aceptado: 07 julio 2022

Publicado: 15 julio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16298-w

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