High-Mobility Flexible Transistors with Low-Temperature Solution-Processed Tungsten Dichalcogenides

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作者
Tian Carey,Oran Cassidy,Kevin Synnatschke,Eoin Caffrey,James Garcia,Shixin Liu,Harneet Kaur,Adam G. Kelly,Jose Munuera,Cian Gabbett,Domhnall O’Suilleabhain,Jonathan N. Coleman
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (3): 2912-2922 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c11319
摘要

The investigation of high-mobility two-dimensional (2D) flakes beyond molybdenum disulfide (MoS2) will be necessary to create a library of high-mobility solution-processed networks that conform to substrates and remain functional over thousands of bending cycles. Here we report electrochemical exfoliation of large-aspect-ratio (>100) semiconducting flakes of tungsten diselenide (WSe2) and tungsten disulfide (WS2) as well as MoS2 as a comparison. We use Langmuir-Schaefer coating to achieve highly aligned and conformal flake networks, with minimal mesoporosity (∼2-5%), at low processing temperatures (120 °C) and without acid treatments. This allows us to fabricate electrochemical transistors in ambient air, achieving average mobilities of μMoS2 ≈ 11 cm2 V-1 s-1, μWS2 ≈ 9 cm2 V-1 s-1, and μWSe2 ≈ 2 cm2 V-1 s-1 with a current on/off ratios of Ion/Ioff ≈ 2.6 × 103, 3.4 × 103, and 4.2 × 104 for MoS2, WS2, and WSe2, respectively. Moreover, our transistors display threshold voltages near ∼0.4 V with subthreshold slopes as low as 182 mV/dec, which are essential factors in maintaining power efficiency and represent a 1 order of magnitude improvement in the state of the art. Furthermore, the performance of our WSe2 transistors is maintained on polyethylene terephthalate (PET) even after 1000 bending cycles at 1% strain.
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