Covalently interconnected transition metal dichalcogenide networks via defect engineering for high-performance electronic devices

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作者
Stefano Ippolito,Adam G. Kelly,Rafael Furlan de Oliveira,Marc‐Antoine Stoeckel,Daniel Iglesias,Ahin Roy,Clive Downing,Zan Bian,Lucia Lombardi,Yarjan Abdul Samad,Valeria Nicolosi,Andrea C. Ferrari,Jonathan N. Coleman,Paolo Samorı́
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:16 (5): 592-598 被引量:130
标识
DOI:10.1038/s41565-021-00857-9
摘要

Solution-processed semiconducting transition metal dichalcogenides are at the centre of an ever-increasing research effort in printed (opto)electronics. However, device performance is limited by structural defects resulting from the exfoliation process and poor inter-flake electronic connectivity. Here, we report a new molecular strategy to boost the electrical performance of transition metal dichalcogenide-based devices via the use of dithiolated conjugated molecules, to simultaneously heal sulfur vacancies in solution-processed transition metal disulfides and covalently bridge adjacent flakes, thereby promoting percolation pathways for the charge transport. We achieve a reproducible increase by one order of magnitude in field-effect mobility (µFE), current ratio (ION/IOFF) and switching time (τS) for liquid-gated transistors, reaching 10−2 cm2 V−1 s−1, 104 and 18 ms, respectively. Our functionalization strategy is a universal route to simultaneously enhance the electronic connectivity in transition metal disulfide networks and tailor on demand their physicochemical properties according to the envisioned applications. A defect-engineering strategy exploiting dithiolated molecules enables the formation of covalently interconnected networks based on solution-processed transition metal disulfides, leading to devices with enhanced electrical performance and improved characteristics.
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