Polarizable Nonvolatile Ferroelectric Gating in Monolayer MoS2 Phototransistors

材料科学 单层 铁电性 纳米技术 光电流 非易失性存储器 光电子学 光电二极管 电介质
作者
Guodong Meng,Junyi She,Hao Yu,Qiang Li,Xin Liu,Zongyou Yin,Yonghong Cheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.3c15533
摘要

Given the requirements for power and dimension scaling, modulating channel transport properties using high gate bias is unfavorable due to the introduction of severe leakages and large power dissipation. Hence, this work presents an ultrathin phototransistor with chemical-vapor-deposition-grown monolayer MoS2 as the channel and a 10.2 nm thick Al:HfO2 ferroelectric film as the dielectric. The proposed device is meticulously modulated utilizing an Al:HfO2 nanofilm, which passivates traps and suppresses charge Coulomb scattering with Al doping, efficiently improving carrier transport and inhibiting leakage current. Furthermore, a bipolar pulses excitable polarization method is developed to induce a nonvolatile electrostatic field. The MoS2 channel is fully depleted by the switchable and stable floating gate originating from remanent polarization, leading to a high detectivity of 2.05 × 1011 Jones per nanometer of gating layer (Jones nm–1) and photocurrent on/off ratio >104 nm–1, which are superior to the state-of-the-art phototransistors based on two-dimensional (2D) materials and ferroelectrics. The proposed polarizable nonvolatile ferroelectric gating in a monolayer MoS2 phototransistor promises a potential route toward ultrasensitive photodetectors with low power consumption that boast of high levels of integration.
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