Enhancing the Performance of MoS2 Field-Effect Transistors Using Self-Assembled Monolayers: A Promising Strategy to Alleviate Dielectric Layer Scattering and Improve Device Performance

单层 材料科学 二硫化钼 电介质 自组装单层膜 光电子学 场效应晶体管 晶体管 散射 图层(电子) 栅极电介质 纳米技术 光学 复合材料 电气工程 物理 工程类 电压
作者
Zhen Li,Junqing Wei,Xianggao Li,Shirong Wang,Guoxuan Qin
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:29 (17): 3988-3988 被引量:2
标识
DOI:10.3390/molecules29173988
摘要

Field-effect transistors (FETs) based on two-dimensional molybdenum disulfide (2D-MoS2) have great potential in electronic and optoelectronic applications, but the performances of these devices still face challenges such as scattering at the contact interface, which results in reduced mobility. In this work, we fabricated high-performance MoS2-FETs by inserting self-assembling monolayers (SAMs) between MoS2 and a SiO2 dielectric layer. The interface properties of MoS2/SiO2 were studied after the inductions of three different SAM structures including (perfluorophenyl)methyl phosphonic acid (PFPA), (4-aminobutyl) phosphonic acid (ABPA), and octadecylphosphonic acid (ODPA). The SiO2/ABPA/MoS2-FET exhibited significantly improved performances with the highest mobility of 528.7 cm2 V−1 s−1, which is 7.5 times that of SiO2/MoS2-FET, and an on/off ratio of ~106. Additionally, we investigated the effects of SAM molecular dipole vectors on device performances using density functional theory (DFT). Moreover, the first-principle calculations showed that ABPA SAMs reduced the frequencies of acoustic and optical phonons in the SiO2 dielectric layer, thereby suppressing the phonon scattering to the MoS2 channel and further improving the device’s performance. This work provided a strategy for high-performance MoS2-FET fabrication by improving interface properties.
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