High-performance flexible nanoscale transistors based on transition metal dichalcogenides

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作者
Alwin Daus,Sam Vaziri,Victoria Chen,Çağıl Köroğlu,Ryan W. Grady,Connor S. Bailey,Hye Ryoung Lee,Kirstin Schauble,Kevin Brenner,Eric Pop
出处
期刊:Nature electronics [Nature Portfolio]
卷期号:4 (7): 495-501 被引量:205
标识
DOI:10.1038/s41928-021-00598-6
摘要

Two-dimensional (2D) semiconducting transition metal dichalcogenides could be used to build high-performance flexible electronics. However, flexible field-effect transistors (FETs) based on such materials are typically fabricated with channel lengths on the micrometre scale, not benefitting from the short-channel advantages of 2D materials. Here, we report flexible nanoscale FETs based on 2D semiconductors; these are fabricated by transferring chemical-vapour-deposited transition metal dichalcogenides from rigid growth substrates together with nano-patterned metal contacts, using a polyimide film, which becomes the flexible substrate after release. Transistors based on monolayer molybdenum disulfide (MoS2) are created with channel lengths down to 60 nm and on-state currents up to 470 μA μm−1 at a drain–source voltage of 1 V, which is comparable to the performance of flexible graphene and crystalline silicon FETs. Despite the low thermal conductivity of the flexible substrate, we find that heat spreading through the metal gate and contacts is essential to reach such high current densities. We also show that the approach can be used to create flexible FETs based on molybdenum diselenide (MoSe2) and tungsten diselenide (WSe2). By transferring two-dimensional semiconductors from rigid growth substrates together with nano-patterned metal contacts, flexible field-effect transistors can be fabricated with channel lengths down to 60 nm.
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