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Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12085 (2022) Citer cet article

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Les propriétés électriques et optiques des dichalcogénures de métaux de transition (TMD) peuvent être efficacement modulées en ajustant leurs niveaux de Fermi. Pour développer un dispositif optoélectronique sélectionnable par porteur, nous avons étudié le MoTe2 intrinsèquement de type p, qui peut être changé en type n en chargeant un substrat de nitrure de bore hexagonal (h-BN) par l'application d'une tension d'écriture à l'aide d'une grille métallique sous une lumière ultraviolette profonde. La partie de type n de MoTe2 peut être obtenue localement en utilisant le motif de grille métallique, tandis que les autres parties restent de type p. De plus, nous pouvons contrôler le taux de transition vers le type n en appliquant une tension d'écriture différente (c'est-à-dire, - 2 à - 10 V), où les caractéristiques de type n deviennent saturées au-delà d'une certaine tension d'écriture. Ainsi, MoTe2 a été dopé électrostatiquement par un substrat h-BN chargé, et il a été constaté qu'un substrat h-BN plus épais était photochargé plus efficacement qu'un substrat plus fin. Nous avons également fabriqué une diode ap–n en utilisant un flocon MoTe2 de 0,8 nm d'épaisseur sur un substrat h-BN de 167 nm d'épaisseur, qui a montré un rapport de rectification élevé d'environ 10−4. Nos observations ouvrent la voie à l'extension de l'application des FET à base de TMD aux dispositifs de redressement à diodes, ainsi qu'aux applications optoélectroniques.

Le graphène, qui est l'un des matériaux bidimensionnels (2D) les plus intrigants pour les applications électroniques en raison de sa mobilité électronique élevée, de sa flexibilité, de sa conductivité thermique, de sa grande surface et de son imperméabilité aux gaz, a été largement étudié au cours des deux dernières décennies1,2,3,4,5,6,7,8. Malgré ses nombreux avantages pour une utilisation dans les matériaux électroniques, l'application du graphène pour les dispositifs de commutation est limitée en raison de sa nature sans espace à l'état vierge9. Cependant, les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), qui sont des matériaux semi-conducteurs 2D, présentent une large gamme de dopage et de dynamique de structure de bande, leur permettant d'être utilisés dans une large gamme d'optoélectronique et de nanoélectronique10,11,12,13. Les TMD sont composés de couches atomiques liées entre elles par les forces de van der Waals14 et ont de bons canaux de transport électroniques avec des centres de diffusion minimaux car ils ne possèdent pas de liaisons covalentes intercouches15,16. Par conséquent, la bande interdite et la structure en couches atomiquement minces des TMD 2D en font un matériau viable pour le canal actif des applications de transistors à effet de champ, telles que les photodétecteurs ultra-rapides17, l'électro- et la photo-catalyse, les supercondensateurs18, les biocapteurs, les dispositifs de stockage d'énergie et les dispositifs de mémoire, entre autres 19,20,21,22,23.

Dans le contexte des TMD à utiliser dans les applications de matériaux électroniques, MoTe2 a suscité un intérêt considérable en raison de ses fascinantes caractéristiques semi-conductrices, métalliques et supraconductrices24,25,26,27. La bande interdite directe de MoTe2 varie entre 0,88 et 1,1 eV selon la configuration du réseau et le nombre de couches28,29,30. De plus, étant donné que la bande interdite de MoTe2 est nettement plus petite que celles de MoS231,32 et WSe233,34, MoTe2 est un bon candidat pour les dispositifs optoélectroniques qui fournissent une réponse couvrant la région de longueur d'onde du proche infrarouge35. De plus, par rapport aux TMD à terminaison soufre, l'ancrage au niveau de Fermi à l'interface MoTe2-métal est nettement plus faible36. Malgré la bande interdite d'énergie étroite de ce matériau, de nombreuses méthodes ont été rapportées pour la modulation de bande et le contrôle de la polarité des porteurs de charge37,38. D'autre part, le nitrure de bore hexagonal (h-BN), un matériau isolant 2D, a récemment suscité un intérêt croissant en raison de sa robustesse mécanique, de sa conductivité thermique exceptionnelle due à ses fortes liaisons covalentes BN et de ses états de défaut de type donneur/accepteur qui contrôlent le mécanisme de dopage39,40.

Il est donc important de développer une méthode de dopage efficace pour les TMD 2D afin de favoriser leur application dans les applications électroniques semi-conductrices. Dans ce contexte, le dopage de MoTe2 peut être classé en deux types. La première méthode utilise un déclenchement électrostatique local, qui a été utilisé avec succès pour créer une jonction ap-n en polarisant une zone locale où le type de porteur de charge est opposé à celui des autres parties du flocon MoTe241,42. Bien que cette technique soit extrêmement adaptable, elle est particulièrement volatile lorsque la tension de grille est désactivée. La deuxième méthode consiste en un dopage atomique et une modification de surface par des procédés physiques et chimiques43,44. Ces procédés transforment durablement la matière ; cependant, les dopages de type p et de type n sont difficiles à combiner dans les zones locales d'un même dispositif. Il existe un autre moyen de manipuler le type de transporteur dans MoTe2. Cette méthode implique une ingénierie des contacts métalliques, qui utilise des électrodes métalliques à faible et à haute fonction de travail45,46. Par exemple, le platine, qui est un métal à travail d'extraction élevé, a été utilisé comme contact de source et de drain et le MoTe2 ambipolaire a été converti en un transistor à effet de champ (FET) unipolaire de type p47. Cependant, le transport unipolaire de type n de MoTe2 est extrêmement difficile à réaliser en raison de l'épinglage au niveau de Fermi et d'une variété limitée de métaux à faible travail de sortie. Ainsi, pour moduler le type de porteur et la concentration dans MoTe2, le développement d'une technique stable, non volatile et contrôlée est nécessaire pour ajuster les propriétés de MoTe2 du point de vue large des dispositifs électroniques.

Ici, nous présentons une stratégie prometteuse pour résoudre les difficultés susmentionnées. Plus précisément, nous utilisons une grille métallique localisée sur une région spécifique de MoTe2, où h-BN est utilisé comme matériau diélectrique dans la grille métallique, et son épaisseur joue un rôle vital dans le dopage électrostatique de MoTe2. Une région du MoTe2 est placée sur un substrat h-BN avec une grille métallique localisée en dessous, tandis que l'autre région est placée sur h-BN sans grille pour permettre le contrôle de l'effet de grille sur une région spécifique du MoTe2. Par la suite, un éclairage avec une lumière ultraviolette profonde (DUV) est effectué pour induire un transfert de charge vers les états de défaut de h-BN avec la grille métallique localisée en dessous. Ensuite, h-BN avec des états de défaut chargés fonctionne comme une électrode de grille pour provoquer un dopage électrostatique de la région MoTe2 localisée. Nous étudions également les caractéristiques des diodes p–n constituées de p-MoTe2 et n-MoTe2, qui sont fabriquées à l'aide de h-BN et d'une grille métallique.

Des nanoflakes h-BN et MoTe2 ont été fabriqués à l'aide de ruban adhésif et d'un processus d'exfoliation mécanique conventionnel, et la technique de transfert à sec a été utilisée pour préparer des empilements d'hétérostructures h-BN/MoTe2. Les figures 1a, b montrent un diagramme schématique et une image au microscope optique du FET à base d'hétérostructure h-BN / MoTe2, respectivement. Nous avons également examiné les flocons 2D à l'aide de la spectroscopie Raman, qui est une technique non destructive et précise pour déterminer l'effet de contrainte, la conductivité thermique, la structure de bande et l'adsorption de produits chimiques sur les surfaces des matériaux48,49,50. Pour éviter l'effet de chauffage, les spectres Raman ont été enregistrés à température ambiante à l'aide d'un laser d'une longueur d'onde de 514 nm et d'une faible puissance laser de 1,0 mW. La figure 1c montre les spectres Raman de MoTe2 et trois pics attribués à A1g (174,63/cm), E12g (237,87/cm) et B12g (291,97/cm). Les spectres Raman de h-BN sont fournis dans les informations supplémentaires de la Fig. S1, où nous avons observé un pic E2g dominant (1364,47 / cm). La figure 1d montre l'image topographique de microscopie à force atomique (AFM) et le profil de hauteur de l'hétérostructure h-BN/MoTe2, indiquant que les épaisseurs des composants h-BN et MoTe2 étaient respectivement de 2 et 0,8 nm.

(a) Schéma de principe d'un FET h-BN/MoTe2. (b) Image optique d'un FET h-BN/MoTe2. (c) Spectre Raman de MoTe2. ( d ) Image AFM et profil de hauteur d'un FET h-BN / MoTe2.

Le type de porteur de charge d'un TMD joue un rôle important dans la résistance d'interface entre le métal de contact et le semi-conducteur. Pristine MoTe2 peut être ambipolaire ou unipolaire, de type n ou de type p, en fonction de son état de dopage naturel36,51,52,53,54,55,56. Nous avons constaté que nos minces flocons de MoTe2 étaient de type p à l'état vierge. Ainsi, nous avons initialement fabriqué une couche mince de MoTe2 (0,8 nm) sur une couche épaisse de h-BN (167 nm). Un substrat Si/SiO2 a été utilisé, où Si a été dopé de manière dégénérée pour être utilisé comme grille arrière. Les images AFM et les profils de hauteur de h-BN et MoTe2 sont présentés dans les informations supplémentaires Fig. S2. Pristine MoTe2 (0, 8 nm) s'est avéré présenter un comportement de type p, comme le montrent les courbes de transfert (Ids - Vg - m) et (Ids - Vg - Si) données à la Fig. 2a et les informations supplémentaires de la Fig. S3a, respectivement. Au cours des mesures de la courbe de transfert, qui ont été effectuées dans le vide, la tension drain-source (Vds) a été fixée à 0, 5 V. De plus, nous avons étudié les caractéristiques de sortie du MoTe2 mince de type p vierge et constaté que les courbes I – V sont non linéaires, comme le montre la figure S3b, ce qui indique l'existence d'une barrière Schottky entre le MoTe2 mince et le contact métallique (Cr / Au). Par la suite, l'effet de dopage photo-induit a été étudié lorsque h-BN / MoTe2 était éclairé par DUV pendant différents intervalles de temps avec l'application d'une tension d'écriture (Vw.v) allant de - 2 à - 10 V, comme illustré à la Fig. 2a. Les tensions d'écriture sont appliquées à travers une grille métallique localisée (Cr/Au, 3/13 nm) pour remplir ou appauvrir les électrons dans les sites de défaut de la couche h-BN à l'aide d'un DUV dans le vide. Pour obtenir cet effet de dopage photo-induit, l'utilisation à la fois d'un DUV et d'une tension d'écriture est indispensable57. La figure 2a montre un FET MoTe2 vierge sur h-BN qui était initialement de type p, mais qui avait été converti en type n par un éclairage DUV et l'application d'une tension d'écriture. Initialement, l'application d'une tension d'écriture de - 2 V sous un éclairage de lumière DUV a entraîné un changement de polarité du MoTe2 vierge du type p au type n, comme le montre la figure 2a. En augmentant encore la tension d'écriture, la région MoTe2 au-dessus de la grille métallique localisée est devenue complètement de type n à une tension d'écriture de - 10 V58,59,60. De plus, des tensions d'écriture plus élevées ont entraîné plus de charges positives sur le flocon h-BN, ce qui a finalement fourni une tension de grille positive supplémentaire. Cet effet de dopage photo-induit de MoTe2 peut être attribué à un mécanisme impliquant l'appauvrissement en électrons des défauts de type donneur dans les flocons de h-BN, qui sont générés par la tension de grille négative lors de l'excitation optique DUV. Les électrons appauvris entrent dans la bande de conduction du h-BN puis sont transférés au MoTe2, laissant des défauts ionisés positivement à l'intérieur de la couche de h-BN, qui peuvent être observés sous un champ électrique externe (Vg−m). Par conséquent, ces défauts de type donneur chargés positivement dans le h-BN ont entraîné l'effet de dopage électrostatique de MoTe2.

( a ) Caractéristiques de transfert du FET MoTe2 (0, 8 nm) sur un substrat h-BN de 167 nm d'épaisseur avant et après dopage photo-induit sous éclairage DUV (5 min) avec des tensions d'écriture allant de - 2 à - 10 V. ( b ) Caractéristiques de transfert du FET MoTe2 (2, 4 nm) sur un substrat h-BN de 42 nm d'épaisseur. ( c ) Caractéristiques de transfert du FET MoTe2 mince (1, 6 nm) sur un substrat h-BN de 2 nm d'épaisseur. ( d ) Mobilité électronique et concentration en porteurs du FET MoTe2 (0, 8 nm) sur un substrat h-BN de 167 nm d'épaisseur après dopage photo-induit avec différentes tensions de grille métallique.

Pour déterminer si des défauts de type donneur existent à l'interface h-BN / MoTe2 ou à l'intérieur du h-BN lui-même, nous avons mesuré les caractéristiques de dopage photo-induit des films MoTe2 avec différentes épaisseurs de h-BN. Si le taux de dopage photo-induit est proportionnel à l'épaisseur du h-BN, alors on peut supposer que les défauts existent à l'intérieur du corps du h-BN ; cependant, si l'effet de dopage photo-induit provient de défauts à l'interface, il doit être indépendant de l'épaisseur de h-BN. Ainsi, nous avons fabriqué des FET MoTe2 minces (0, 8 à 2, 4 nm) avec différentes épaisseurs de h-BN pour révéler le rôle de l'épaisseur de h-BN dans l'effet de dopage photo-induit. Les caractéristiques de transfert de l'hétérostructure MoTe2 (2, 4 nm) / h-BN (42 nm) ont été mesurées avec une tension drain-source de 0, 5 V et une tension de grille métallique de - 4 à + 4 V, comme illustré à la Fig. 2b. L'AFM a confirmé les épaisseurs des couches MoTe2 et h-BN, comme indiqué dans les informations supplémentaires Fig. S4. Lorsque la tension d'écriture a été augmentée de - 2 à - 10 V, la polarité de MoTe2 est passée du type p au type n, mais elle ne s'est pas complètement convertie en type n, restant ambipolaire. De même, les caractéristiques de transfert d'un autre FET MoTe2 (1, 6 nm d'épaisseur) sur une couche mince de h-BN (2 nm) ont été évaluées et sont illustrées à la figure 2c. Dans ce cas, nous avons également observé que le MoTe2 vierge de type p ne changeait pas complètement sa polarité en type n et restait à nouveau ambipolaire. Les taux d'effet de dopage photo-induit sur les Fig. 2b, c sont en contraste avec ceux de la Fig. 2a, où les flocons de h-BN sous-jacents sont particulièrement épais. Nos résultats impliquent donc que le dopage photo-induit dans les hétérostructures h-BN/MoTe2 est attribué à la stimulation optique des états électroniques dans la couche h-BN, et l'épaisseur de cette couche h-BN joue un rôle important dans la détermination de l'étendue du dopage photo-induit. Il est également possible que des états de défaut de type donneur puissent exister à différentes profondeurs à l'intérieur des flocons de h-BN ; La figure S5 dans les informations supplémentaires montre une représentation schématique des défauts positifs restants dans les couches minces et épaisses de h-BN après un éclairage DUV avec l'application d'une tension d'écriture. Étant donné que DUV est éclairé par le dessus du flocon h-BN, les défauts positifs se trouvent davantage dans la partie supérieure du flocon h-BN. Pour comparer l'effet de dopage photo-induit à différentes tensions d'écriture, nous avons estimé la densité de porteurs du FET MoTe2. La concentration en porteurs de charge (ne) peut être calculée comme suit63 :

où Vth est la tension de seuil de transport d'électrons, Vg−m est la tension de grille métallique et e est la charge d'un électron (1,602 × 10−19 C). La valeur de capacité (Cg) de h-BN par unité de surface peut être calculée comme Cg = ε0 εr/d, où d est l'épaisseur de la couche de h-BN, ε0 est la permittivité du vide et εr est la constante diélectrique de h-BN. La figure S6a dans les informations supplémentaires montre les graphiques de capacité de grille en fonction de la fréquence pour différentes épaisseurs de h-BN, ce qui démontre que la capacité diminue avec une épaisseur de couche de h-BN croissante, comme indiqué sur la figure S6b. La figure 2d montre la concentration de porteurs d'électrons ne après dopage photo-induit sous l'application d'une tension d'écriture (Vw.v) en combinaison avec DUV pour un FET MoTe2 (0,8 nm) sur une couche h-BN épaisse (167 nm). La concentration en porteurs (ne) a été estimée à Vg−m = + 4 V après dopage photo-induit. De même, nous avons estimé ne à Vg−m = 0 V comme le montre la Fig. S6c, qui montre un comportement similaire mais le nombre de porteurs de charge est inférieur à ne à Vg−m = + 4 V. De plus, nous avons calculé la mobilité à effet de champ du FET MoTe2 à l'aide de l'équation suivante.

où W est la largeur du canal, L est la longueur du canal et \(\frac{{dI_{ds} }}{{dV_{g - m} }}\) représente la pente de la partie linéaire des caractéristiques de transfert du FET MoTe2 à un Vds appliqué de 0,5 V. La figure 2d montre la mobilité du FET MoTe2 (0,8 nm) sur une couche h-BN épaisse (167 nm) après l'application d'une tension d'écriture Vw .v en combinaison avec DUV. De plus, l'effet de dopage photo-induit s'est avéré stable pendant plusieurs jours. Le FET MoTe2 a démontré un effet de dopage de type n stable, comme indiqué dans les informations supplémentaires de la Fig. S7a.

Nous avons également étudié la dépendance du flocon MoTe2 à l'effet de dopage photo-induit. Pour cela, deux épaisseurs différentes de paillettes de MoTe2 ont été placées sur une couche de h-BN, et les courbes de transfert ont été mesurées après dopage photo-induit avec différentes tensions d'écriture. La figure 3a montre les courbes de transfert du FET MoTe2 (6,4 nm) sur h-BN (160 nm), qui présente un comportement ambipolaire à l'état vierge. En outre, nous avons examiné les caractéristiques de sortie de MoTe2 de type n épais et vierge et avons constaté que les courbes I – V ne sont pas linéaires, comme le montre la figure S8. Cependant, la tension d'écriture a été augmentée de - 2 à - 10 V, les caractéristiques de type n du FET MoTe2 ont été améliorées après dopage photo-induit. À titre de comparaison, nous avons examiné l'effet de dopage photo-induit dans un FET MoTe2 (46 nm) plus épais sur h-BN (165 nm), comme le montre la figure 3b. La courbe de transfert a indiqué les caractéristiques de type n du FET MoTe2 vierge, et il a été observé que le traitement de dopage photo-induit améliorait les propriétés de type n. Plus précisément, le flocon MoTe2 vierge présentait des caractéristiques de type p lorsque son épaisseur était <2, 4 nm, comme le montre la figure 2a – c, tandis que le flocon MoTe2 épais (46 nm) présentait des caractéristiques de type n à l'état vierge. Ces résultats indiquent qu'une jonction ap-n peut être formée dans de minces flocons de MoTe2 en utilisant une combinaison de traitement de dopage photo-induit et d'une grille métallique locale.

( a ) Caractéristiques de transfert du FET MoTe2 (6, 4 nm) sur un substrat h-BN de 160 nm d'épaisseur. ( b ) Caractéristiques de transfert du FET MoTe2 (46 nm) sur un substrat h-BN de 165 nm d'épaisseur.

Par la suite, nous avons utilisé la technique de dopage photo-induit pour préparer des régions de type n dans des régions locales de minces flocons MoTe2 (0, 8 à 2, 4 nm d'épaisseur) sur h-BN montés sur des grilles métalliques, tandis que les autres régions sont restées de type p, similaire à l'état primitif de MoTe2. Bien que le DUV ait éclairé toute la surface de la couche h-BN, seuls les défauts de type donneur au niveau des régions locales au-dessus de la grille métallique ont pu être chargés. Par conséquent, une diode ap – n a été obtenue dans le flocon MoTe2 entre les bornes S et D2, comme illustré à la Fig. 1a. De plus, la figure 4a montre les caractéristiques de sortie des diodes MoTe2 p – n avec différentes épaisseurs de h-BN après dopage photo-induit; l'encart de la Fig. 4a montre les courbes d'échelle logarithmique Ids - Vds, indiquant les caractéristiques de redressement. Étant donné que le taux de dopage photo-induit de MoTe2 dépend de l'épaisseur de la couche h-BN (voir Fig. 2), la fonction de la diode p – n devrait également dépendre de cette épaisseur. La figure 4b montre le rapport de redressement (RR) de la diode MoTe2 p – n pour différentes épaisseurs de h-BN, où le RR est défini par Ion à Vds = + 5 V divisé par Ioff à Vds = - 5 V. La valeur RR la plus élevée (~ 1,5 × 103) a été trouvée pour le flocon MoTe2 monté sur la couche de h-BN la plus épaisse (167 nm). Nous avons également étudié les caractéristiques de la diode MoTe2 p–n pour différentes épaisseurs de flocons MoTe2. Ainsi, la figure 4c montre les caractéristiques de sortie des diodes MoTe2 p – n avec différentes épaisseurs de MoTe2, et l'encart montre les courbes Ids-Vds sur une échelle logarithmique. Comme prévu, les caractéristiques des diodes n'ont généralement pas été observées dans les flocons MoTe2 avec des épaisseurs> 16 nm en raison du fait que la majorité des flocons seront dans l'état de type n (c'est-à-dire celui de l'état vierge). Comme le montre la figure 4d, un RR plus élevé a été obtenu pour les flocons MoTe2 plus minces.

( a ) Caractéristiques de sortie des diodes MoTe2 p – n sur des substrats h-BN d'épaisseurs différentes, où les épaisseurs des flocons MoTe2 variaient de 0, 8 à 2, 4 nm. ( b ) Rapport de redressement des diodes MoTe2 p – n sur des substrats h-BN d'épaisseurs différentes, où les épaisseurs des flocons MoTe2 variaient de 0, 8 à 2, 4 nm. ( c ) Caractéristiques de sortie des diodes MoTe2 p – n pour des flocons MoTe2 d'épaisseurs différentes. ( d ) Rapport de redressement des diodes MoTe2 p – n pour des flocons MoTe2 d'épaisseurs différentes, où les épaisseurs des flocons h-BN variaient de 160 à 167 nm.

Suite à notre examen de l'effet de dopage photo-induit avec une tension d'écriture négative de la grille métallique, qui repose principalement sur la présence de défauts de type donneur dans la couche h-BN, nous avons abordé la possibilité d'un dopage photo-induit inverse. À cette fin, un FET MoTe2 (0, 8 nm) sur une couche h-BN (167 nm) a été soumis à un éclairage DUV pendant 5 min avec une tension d'écriture positive pour la grille métallique, comme indiqué dans les informations supplémentaires Fig. S7b. Le même système a été utilisé en combinaison avec une tension d'écriture de - 10 V avant de commencer l'expérience, et le dopage photo-induit inverse a été étudié avec des tensions d'écriture positives allant de + 2 à + 10 V. Il a été constaté que la courbe de transfert changeait vers le type p lorsque la tension d'écriture augmentait, mais elle restait plus comme le type n même avec la tension d'écriture la plus élevée de + 10 V. Il convient également de noter ici que la densité des défauts de type accepteur était inférieure à celle des états de défaut de type donneur dans la couche h-BN.

Les cristaux massifs naturels de h-BN et MoTe2 ont été fournis par le graphène HQ. En utilisant du ruban adhésif dans un environnement de salle blanche, la méthode d'exfoliation mécanique a été utilisée pour obtenir des nanoflakes ultra-minces de h-BN et MoTe2 à partir de leurs formes en vrac. Une résine photosensible (SPR) et du lactate d'éthyle (EL) ont été déposés par centrifugation sur des substrats Si/SiO2 (SiO2 : 300 nm) au stade initial du processus de photolithographie. Par la suite, les motifs obtenus ont été exposés à un plasma d'oxygène pendant 5 min pour éliminer les résidus SPR et EL. Un évaporateur thermique a ensuite été utilisé pour évaporer Cr/Au (3/30 nm) pour les grands motifs, tandis que l'électrode inférieure composée de Cr/Au (3/13 nm) a été fabriquée à l'aide de techniques classiques de lithographie par faisceau d'électrons et d'évaporation thermique. Par la suite, un grand flocon de h-BN a été transféré à sec sur le dessus de l'électrode inférieure, tandis que l'autre reste était présent sur le substrat Si/SiO2. Le flocon MoTe2 a ensuite été transféré sur la couche h-BN à l'aide d'un micromanipulateur, comme illustré à la Fig. S9 dans les informations supplémentaires. A la fin de la procédure de transfert, le substrat a été placé sur une plaque chauffante à 90 ° C pour éliminer la vapeur des surfaces externes et des interfaces. Après chaque processus de transfert, les échantillons ont été nettoyés avec de l'acétone et du méthanol, et enfin séchés sous un flux de gaz N2. Les électrodes source/drain ont été fabriquées en utilisant la lithographie par faisceau d'électrons conventionnelle. Enfin, des contacts métalliques Cr/Au (10/80 nm) ont été déposés en utilisant une technique d'évaporation thermique.

Pour le traitement de dopage photo-induit, les FET MoTe2 sur h-BN ont été éclairés par une lumière DUV (λ = 220 nm, 11 mW cm-2). La microscopie optique et la spectroscopie Raman ont été utilisées pour examiner les flocons de MoTe2, et leurs épaisseurs ont été mesurées par AFM. Les propriétés de transport électrique ont été mesurées dans le vide à l'aide d'un compteur à source (Keithley 2400) et d'un picoampèremètre (Keithley 6485).

Nous avons rapporté ici la fabrication de transistors à effet de champ (FET) MoTe2 sur du nitrure de bore hexagonal (h-BN) avec une grille métallique localisée et avons constaté que le traitement de dopage photo-induit était le plus efficace pour les flocons MoTe2 plus minces montés sur une couche h-BN plus épaisse. L'utilisation d'une tension d'écriture négative sous éclairage ultraviolet profond (DUV) induit un dopage n du FET MoTe2, tandis que l'utilisation d'une tension d'écriture positive sous éclairage DUV induit un dopage p ; cette différence a été attribuée aux défauts de type donneur et accepteur présents dans le h-BN. De plus, il a été constaté que l'effet de dopage photo-induit devenait plus fort à mesure que la tension d'écriture augmentait. De plus, une tension d'écriture négative a entraîné un effet de dopage plus fort qu'une tension d'écriture positive, ce qui indique que les défauts de type donneur sont plus dominants que les défauts de type accepteur dans le h-BN. Ces observations démontrent clairement le succès de cette technique de dopage local sélectionnable, qui est applicable comme méthode de traitement post-fabrication.

Les données à l'appui des conclusions de cette étude sont disponibles sur demande raisonnable de l'auteur correspondant.

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Ce travail a été soutenu par la subvention de la National Research Foundation of Korea (NRF) financée par le gouvernement coréen (MSIT) (n° 2021R1A4A1031900 et le programme du Centre mondial de recherche et de développement n° 2018K1A4A3A01064272).

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Muhammad Asghar Khan et Muhammad Farooq Khan.

Department of Physics and Astronomy, and Graphene Research Institute-Texas Photonics Center International Research Center (GRI-TPC IRC), Université Sejong, Séoul, 05006, Corée

Muhammad Asghar Khan, Ghulam Dastgeer, Byung Min Ko et Jonghwa Eom

Département de génie électrique, Université Sejong, Séoul, 05006, Corée

Muhammad Farooq Khan, Shania Rehman et Harshada Patil

Département d'ingénierie de convergence pour les drones intelligents, Université Sejong, Séoul, 05006, Corée

Shania Rehman et Harshada Patil

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MAK, MFK et JE étaient responsables de la conception expérimentale et de l'interprétation ainsi que de la rédaction, de la révision et de la finalisation du manuscrit. SR, HP, GD et BMK ont effectué la mesure électrique et la caractérisation des échantillons.

Correspondance à Jonghwa Eom.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Khan, MA, Khan, MF, Rehman, S. et al. L'effet de dopage électrostatique non volatil dans les transistors à effet de champ MoTe2 contrôlés par du nitrure de bore hexagonal et une grille métallique. Sci Rep 12, 12085 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16298-w

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Reçu : 18 mai 2022

Accepté : 07 juillet 2022

Publié: 15 juillet 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-16298-w

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