Controllable Carrier Doping in Two-Dimensional Materials Using Electron-Beam Irradiation and Scalable Oxide Dielectrics

材料科学 石墨烯 兴奋剂 光电子学 电介质 原子层沉积 纳米技术 载流子 氧化物 薄膜 冶金
作者
Lu Wang,Zejing Guo,Qing Lan,Wenqing Song,Zhipeng Zhong,Kun‐Lin Yang,Tuoyu Zhao,Hai Huang,Cheng Zhang,Wu Shi
出处
期刊:Micromachines [MDPI AG]
卷期号:14 (11): 2125-2125 被引量:3
标识
DOI:10.3390/mi14112125
摘要

Two-dimensional (2D) materials, characterized by their atomically thin nature and exceptional properties, hold significant promise for future nano-electronic applications. The precise control of carrier density in these 2D materials is essential for enhancing performance and enabling complex device functionalities. In this study, we present an electron-beam (e-beam) doping approach to achieve controllable carrier doping effects in graphene and MoS2 field-effect transistors (FETs) by leveraging charge-trapping oxide dielectrics. By adding an atomic layer deposition (ALD)-grown Al2O3 dielectric layer on top of the SiO2/Si substrate, we demonstrate that controllable and reversible carrier doping effects can be effectively induced in graphene and MoS2 FETs through e-beam doping. This new device configuration establishes an oxide interface that enhances charge-trapping capabilities, enabling the effective induction of electron and hole doping beyond the SiO2 breakdown limit using high-energy e-beam irradiation. Importantly, these high doping effects exhibit non-volatility and robust stability in both vacuum and air environments for graphene FET devices. This methodology enhances carrier modulation capabilities in 2D materials and holds great potential for advancing the development of scalable 2D nano-devices.

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