Strain-Free Layered Semiconductors for 2D Transistors with On-State Current Density Exceeding 1.3 mA μm–1

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作者
Congwei Tan,Jianfeng Jiang,Jingyue Wang,Mengshi Yu,Teng Tu,Xiaoyin Gao,Junchuan Tang,Congcong Zhang,Yichi Zhang,Xuehan Zhou,Liming Zheng,Chenguang Qiu,Hailin Peng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (9): 3770-3776 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c00820
摘要

High-mobility and air-stable two-dimensional (2D) Bi2O2Se semiconductor holds promise as an alternative fast channel material for next-generation transistors. However, one of the key challenges remaining in 2D Bi2O2Se is to prepare high-quality crystals to fabricate the high-performance transistors with a high on-state current density. Here, we present the free-standing growth of strain-free 2D Bi2O2Se crystals. An ultrahigh Hall mobility of 160 000 cm2 V-1 s-1 is measured in strain-free Bi2O2Se crystals at 2 K, which enables the observation of Shubnikov-de Haas quantum oscillations and shows substantially higher (>4 times) mobility over previous in-plane 2D crystals. The fabricated 2D transistors feature an on-off current ratio of ∼106 and a record-high on-state current density of ∼1.33 mA μm-1, which is comparable to that of commercial Si and Ge n-type field-effect transistors (FETs) for similar channel length. Strain-free 2D Bi2O2Se provides a promising material platform for studying novel quantum phenomena and exploration of high-performance low-power electronics.
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