Graphene binding on black phosphorus enables high on/off ratios and mobility

石墨烯 欧姆接触 材料科学 黑磷 电子迁移率 光电子学 异质结 限制 无缝回放 单层 磷烯 纳米技术 凝聚态物理 图层(电子) 物理 工程类 机械工程
作者
Fanrong Lin,Zhonghan Cao,Feiping Xiao,Jiawei Liu,Jia-Bin Qiao,Minmin Xue,Zhili Hu,Ying Liu,Huan Lü,Zhuhua Zhang,Jens Martin,Qingjun Tong,Wanlin Guo,Yanpeng Liu
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:11 (2): nwad279-nwad279 被引量:8
标识
DOI:10.1093/nsr/nwad279
摘要

ABSTRACT Graphene is one of the most promising candidates for integrated circuits due to its robustness against short-channel effects, inherent high carrier mobility and desired gapless nature for Ohmic contact, but it is difficult to achieve satisfactory on/off ratios even at the expense of its carrier mobility, limiting its device applications. Here, we present a strategy to realize high back-gate switching ratios in a graphene monolayer with well-maintained high mobility by forming a vertical heterostructure with a black phosphorus multi-layer. By local current annealing, strain is introduced within an established area of the graphene, which forms a reflective interface with the rest of the strain-free area and thus generates a robust off-state via local current depletion. Applying a positive back-gate voltage to the heterostructure can keep the black phosphorus insulating, while a negative back-gate voltage changes the black phosphorus to be conductive because of hole accumulation. Then, a parallel channel is activated within the strain-free graphene area by edge-contacted electrodes, thereby largely inheriting the intrinsic carrier mobility of graphene in the on-state. As a result, the device can provide an on/off voltage ratio of >103 as well as a mobility of ∼8000 cm2 V−1 s−1 at room temperature, meeting the low-power criterion suggested by the International Roadmap for Devices and Systems.
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