Drain-Induced Multifunctional Ambipolar Electronics Based on Junctionless MoS2

双极扩散 材料科学 光电子学 晶体管 PMOS逻辑 二极管 NMOS逻辑 异质结 整改 逆变器 纳米技术 电气工程 电压 电子 物理 量子力学 工程类
作者
Jungi Song,Suyeon Lee,Yongwook Seok,Y. Ko,Hanbyeol Jang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Kayoung Lee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (5): 4320-4328 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c09876
摘要

Applying a drain bias to a strongly gate-coupled semiconductor influences the carrier density of the channel. However, practical applications of this drain-bias-induced effect in the advancement of switching electronics have remained elusive due to the limited capabilities of its current modulation known to date. Here, we show strategies to largely control the current by utilizing drain-bias-induced carrier type switching in an ambipolar molybdenum disulfide (MoS2) field-effect transistor with Pt bottom contacts. Our CMOS-compatible device architecture, incorporating a partially gate-coupled p–n junction, achieves multifunctionality. The ambipolar MoS2 device operates as an ambipolar transistor (on/off ratios exceeding 107 for both NMOS and PMOS), a rectifier (rectification ratio of ∼3 × 106), a reversible negative breakdown diode with an adjustable breakdown voltage (on/off ratio exceeding 109 with a maximum current as high as 10–4 A), and a photodetector. Finally, we demonstrate a complementary inverter (gain of ∼24 at Vdd = 1.5 V), which is highly facile to fabricate without the need for complex heterostructures and doping processes. Our study provides strategies to achieve high-performance ambipolar MoS2 devices and to effectively utilize drain bias for electrical switching.
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