Two-dimensional MoS2 as a new material for electronic devices

Turkish Journal of Physics

Volumn 38, Issue 3, 2014, Pages 478-496

  Izyumskaya, Natalia ^a   Demchenko, Denis O ^b   Avrutin, Vitaliy ^a   Özgür, Ümit ^a   Morkoç, Hadis ^a  

^a Virginia Commonwealth University   (United States)

^b VIRGINIA COMMONWEALTH UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

2 dimensional semiconductor; Chemical vapor deposition; Exfoliation; Field effect transistor; Molybdenum disulfide MoS2; Transition metal dichalcogenide; Van der Waals heterostructures

Indexed keywords

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION; COMPUTER CIRCUITS; DEFECT DENSITY; ELECTRON DEVICES; ELECTRONIC EQUIPMENT; ENERGY GAP; GRAPHENE; HETEROJUNCTIONS; INTERFACES (MATERIALS); LAYERED SEMICONDUCTORS; MOLYBDENUM COMPOUNDS; MONOLAYERS; OPTOELECTRONIC DEVICES; PHOTOTRANSISTORS; THERMOELECTRIC EQUIPMENT; TRANSISTORS; TRANSITION METALS; VAN DER WAALS FORCES; FIELD EFFECT TRANSISTORS; SELENIUM COMPOUNDS; TUNGSTEN COMPOUNDS;

EXFOLIATION; FUNDAMENTAL PROPERTIES; HIGH ELECTRON MOBILITY; LARGE-AREA ELECTRONICS; MOLYBDENUM DISULFIDE; POTENTIAL DEVICE APPLICATIONS; TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES; VAN DER WAALS; MULTILAYERED MATERIALS;

FIELD EFFECT TRANSISTORS; SULFUR COMPOUNDS;

EID: 84910112007     PISSN: 13000101     EISSN: 13036122     Source Type: Journal    
DOI: 10.3906/fiz-1407-16     Document Type: Article

References (133)

1. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666-669.
2. Schwierz, F. Nature Nanotechnol. 2010, 5, 487-496.
3. Dean, C. R.; Young, A. F.; Meric, I.; Lee, C.; Wang, L.; Sorgenfrei, S.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kim, P.; Shepard K. L. et al. Nature Nanotech. 2010, 5, 722-726.
4. Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.; Khotkevich, V. V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. P. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 10451-10453.
5. Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. Nature Nanotechnol. 2011, 6, 147-150.
6. Fang, H.; Chuang, S; Chang, T. C.; Takei, K.; Takahashi, T.; Javey, A. Nano Lett. 2012, 12, 3788-3792.
7. Liu, W.; Kang, J.; Sarkar, D.; Khatami, Y.; Jena, D.; Banerjee, K. Nano Lett. 2013, 13, 1983-1990.
8. Friend, R. H.; Yoffe, A. D. Adv. Phys. 1987, 36, 1-94.
9. Thurston, T. R.; Wilcoxon, J. P. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 11-17.
10. Abrams, B. L.; Wilcoxon, J. P. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2005, 30, 153-182.
11. Wilcoxon, J. P.; Newcomer, P. P.; Samara, G. A. J. Appl. Phys. 1997, 81, 7934-7944.
12. Tenne, R.; Redlich, M. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1423-1434.
13. Mak, K. F.; Lee, C.; Hone, J.; Shan, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev Lett. 2010, 105, 136805.
14. Matte, H. S. S. R.; Gomathi, A.; Manna, A. K.; Late, D. J.; Datta, R.; Pati, S. K.; Rao, C. N. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4059-4062.
15. Lee, C.; Li, Q.; Kalb, W.; Liu, X. Z.; Berger, H.; Capick, R. W.; Hone, J. Science 2010, 328, 76-79.
16. Kam, K. K.; Parkinson, B. A. J. Phys. Chem. 1982, 86, 463-467.
17. Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L. J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nature Chemistry 2013, 5, 263-275.
18. Splendiani, A.; Sun, L.; Zhang, Y.; Li, T.; Kim, J.; Chim, C. Y.; Galli, G.; Wang, F. Nano Lett. 2010, 10, 1271-1275.
19. Lebegue, S.; Eriksson, O. Phys. Rev. B 2009, 79, 115409.
20. Kuc, A., Zibouche, N.; Heine, T. Phys. Rev. B 2011, 83, 245213.
21. Ellis, J. K.; Lucero, M. J.; Scuseria, G. E. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 261908.
22. Kumar, A.; Ahluwalia, P. K. Eur. Phys. J. B 2012, 85, 186-187.
23. Kadantsev, E. S.; Hawrylak, P. Solid State Commun. 2012, 152, 909-913.
24. Jin, W.; Yeh, P. C.; Zaki, N.; Zhang, D.; Sadowski, J. T.; Al-Mahboob, A.; van der Zande, A. M.; Chenet, D. A.; Dadap, J. I.; Herman, I. P. et al. Phys. Rev. Lett. 2013, 111, 106801.
25. Terrones, H.; Terrones, M. J. Mater. Res. 2014, 29, 373-377.
26. Chen, Y.; Xi, J.; Dumcenco, D. O.; Liu, Z.; Suenaga, K.; Wang, D.; Shuai, Z.; Huang, Y. S.; Xie. L. ACS Nano 2013, 7, 4610-4615.
27. Kosmider, K.; Fernandez-Rossier, J. Phys. Rev. B2013, 87, 075451.
28. Bao, W.; Cai, X.; Kim, D.; Sridhara, K.; Fuhrer, M. S. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 042104.
29. Radisavljevic, B., Whitwick, M. B.; Kis, A. ACS Nano 2011, 5, 9934-9938.
30. Wang, H.; Yu, L.; Lee, Y. H.; Shi, Y.; Hsu, A.; Chin, M. L.; Li, L. J.; Dubey, M.; Kong, J.; Palacios, T. Nano Lett. 2012, 12, 4674-4680.
31. Radisavljevic, B.; Whitwick, M. B.; Kis, A. Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 043103.
32. Lembke, D.; Kis, A. ACS Nano 2012, 6, 10070-10075.
33. Kaul, A. B. J. Mater. Res. 2014, 29, 348-352.
34. Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L. J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nature Chemistry 2013, 5, 263-275.
35. Jariwala, D.; Sangwan, V. K.; Lauhon, L. J.; Marks, T. J.; Hersam, M. C. ACS Nano 2014, 8, 1102-1120.
36. Podberezskaya, N. V.; Magarill, S. A.; Pervukhina, N. V.; Borisov, S. V. J. Struct. Chem. 2001, 42, 654-681.
37. Dickinson, R. G.; Pauling, L. J. Am. Chem. Soc. 1923, 45, 1466-1471.
38. Wakabayashi, N.; Smith, H. G.; Nicklow, R. M. Phys. Rev. B 1975, 12, 659-665.
39. Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L. J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nature Chemistry 2013, 5, 263-275.
40. Eda, G.; Yamaguchi, H.; Voiry, D.; Fujita, T.; Chen, M.; Chhowalla, M. Nano Lett. 2011, 11, 5111-5116.
41. Baglio, J. A.; Calabrese, G. S.; Kamieniecki, E.; Kershaw, R.; Kublia, C. P.; Ricco, A. J. J. Electrochem. Soc. 1982, 129, 1461-1472.
42. Kam, K. K.; Parkinson, B. A.; Kam, K. K.; Parkinson, B. A. J. Phys. Chem. 1982, 86, 463-467.
43. Mattheiss, L. F. Phys. Rev. B 1973, 8, 3719-3725.
44. Huisman, R.; de Jonge, R.; Haas, C.; Jellinek, F. J. Solid State Chem. 1971, 3, 56-59.
45. Bullett, D. W. J. Phys. C 1978, 11, 4501-4508.
46. Bromley, R. A.; Murray, R. B.; Yoffe, A. D. J. Phys. C 1972, 5, 759-764.
47. Coehoorn, R.; Haas, C.; Dijkstra, J.; Flipse, C.; De Groot, R. A.; Wold, A. Phys. Rev. B 1987, 35, 6195-6199.
48. Coehoorn, R.; Haas, C.; De Groot, R. A. Phys. Rev. B 1987, 35, 6203-6210.
49. Hedin, L.; Lundquist, B. I. J. Phys. C 1971, 4, 2064-2070.
50. Karn, K. K.; Chang, C. L.; Lynch, D. W. J. Phys. C 1984, 17, 4031-4037.
51. Perdew, J. P.; Zunger, A. Phys. Rev. B 1981, 23, 5048-5057.
52. Boker, T.; Severin, R.; Muller, A.; Janowitz, C.; Manzke, R.; Voff, D.; Kruger, P.; Mazur, A.; Pollmann, J. Phys. Rev. B 2001, 64, 235305.
53. Bachelet, G. B.; Hamann, D. R.; Schluter, M. Phys. Rev. B 1982, 26, 4199-4210.
54. Ceperly, D. M.; Alder, B. J. Phys. Rev. Lett. 1980, 45, 566-571.
55. Lebegue, S.; Eriksson, O. Phys. Rev. B 2009, 79, 115409.
56. Kou, L.; Frauenheim, T.; Chen, C. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 1730-1736.
57. Guo, H.; Lu, N.; Wang, L.; Wu, X.; Zeng, X. C. J. Phys. Chem. Lett. C 2014, 118, 7242-7249.
58. Kang, J.; Li, J. In MoS2, Lecture Notes in Nanoscale Science and Technology 21 ; Wang, Z. M., Ed., Springer International Publishing: Cham, Switzerland, 2014.
59. Conley, H. J.; Wang, B.; Ziegler, J. I.; Haglund, R. F.; Pantelides, S. T.; Bolotin, K. I. Nano Lett. 2013, 13, 3626-3630.
60. Lu, P.; Wu, X.; Guo, W.; Zeng, X. C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 13035-13039.
61. Scalise, E.; Houssa, M.; Pourtois, G.; Afanasev, V.; Stesmans, A. Nano Res. 2012, 5, 43-49.
62. Yun, W. S.; Han, S. W.; Hong, S. C.; Kim, I. G.; Lee, J. D. Phys. Rev. B 2012, 85, 033305.
63. Bertolazzi, S.; Brivio, J.; Kis, A. ACS Nano 2011, 5, 9703-9709.
64. Ramasubramaniam, A.; Naveh, D.; Towe, E. Phys. Rev. B 2011, 84, 205325.
65. Newaz, A. K. M.; Prasai, D.; Ziegler, J. I; Caudel, D.; Robinson, S.; Haglund, R. F. Jr.; Bolotin, K. I. Solid State Commun. 2013, 155, 49-52.
66. Fivaz, R.; Mooser, E. Phys. Rev. 1967, 163, 743-755.
67. Ghatak, S.; Pal, A. N.; Ghosh, A. ACS Nano 2011, 5, 7707-7712.
68. Jariwala, D.; Sangwan, V. K.; Late, D. J.; Johns, J. E.; Dravid, V. P.; Marks, T. J.; Lauhon, L. J.; Hersam, M. C. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 173107.
69. Kaasbjerg, K.; Thygesen, K. S.; Jacobsen, K. W. Phys. Rev. B 2012, 85, 115317.
70. Jena, D.; Konar, A. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 136805.
71. Ma, N.; Jena, D. Phys. Rev. X 2014, 4, 011043.
72. Liu, H.; Ye, P. D. IEEE Electron Device Lett. 2012, 33, 546-548.
73. Liu, H.; Xu, K.; Zhang, X. J.; Ye, P. D. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 152115.
74. Radisavljevic, B.; Kis, A. Nat. Mater. 2013, 12, 815-822.
75. Das, S.; Chen, H. Y.; Penumatcha, A. V.; Appenzeller, J. Nano Lett. 2013, 13, 100-113.
76. Popov, I.; Seifert, G.; Tomanek, D. Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 156802.
77. Liu, H.; Si, M.; Najmaei, S.; Neal, A. T.; Du, Y.; Ajayan, P. M.; Lou, L.; Ye, P. D. Nano Lett. 2013, 13, 2640-2646.
78. Liu, H.; Neal, A. T.; Ye, P. D. ASC Nano 2012, 6, 8563-8569.
79. Pradhan, N. R.; Rhodes, D.; Zhang, Q.; Talapatra, S.; Terrones, M.; Ajayan, P. M.; Balicas, L. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 123105.
80. Li, H.; Wu, J.; Yin, Z.; Zhang, H. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1067-1075.
81. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiand, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666-669.
82. Coleman, J. N.; Lotya, M.; O'Neill, A.; Bergin, S. D.; King, P. J.; Khan, U.; Young, K.; Gaucher, A.; De, S.; Smith, R. J. et al. Science 2011, 331, 568-571.
83. Lee, K.; Kim, H. Y.; Lotya, M.; Coleman, J. N.; Kim, G. T.; Duesberg, G. S. Adv. Mater. 2011, 23, 4178-4182.
84. Smith, R. J.; Ronan, J.; King, P. J.; Lotya, M.; Wirtz, C.; Khan, U.; De, S.; O'Neill, A.; Duesberg, G. S.; Grunlan, J. C. et al. Adv. Mater. 2011, 23, 3944-3948.
85. Benavente, E.; Santa Ana, M. A.; Mendizabal, F.; Gonzalez, G. Coordin. Chem. Rev. 2002, 224, 87-109.
86. Joensen, P.; Frindt, R. F.; Morrison, S. R. Mater. Res. Bull. 1986, 21, 457-461.
87. Schumacher, A.; Scandella, L.; Kruse, N.; Prins, R. Surf. Sci. Lett. 1993, 289, L595-L598.
88. Jimenez Sandoval, S.; Yang, D.; Frindt, R. F.; Irwin, J. C. Phys. Rev. B 1991, 44, 3955-3961.
89. Zeng, Z. Y.; Yin, Z. Y.; Huang, X.; Li, H.; He, Q. Y.; Lu, G.; Boey, F.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11093-11097.
90. Zheng, J.; Zhang, H.; Dong, S.; Liu, Y.; Nai, C. T.; Shin, H. S.; Jeong, H. Y.; Liu, B; Loh, K. P. Nature Communications 2014, 5, 2995-2999.
91. Liu, Y.; Nan, H.; Wu, X.; Pan, W.; Wang, W.; Bai, J.; Zhao, W.; Sun, L.; Wang, X.; Ni, Z. ACS Nano 2013, 7, 4202-4207.
92. Castellanos-Gomez, A.; Barkelid, M.; Goossens, A. M.; Calado, V. E.; van der Zant, H. S. J.; Steele, G. A. Nano Lett. 2012, 12, 3187-3190.
93. Lee, Y. H.; Zhang, X. Q.; Zhang, W.; Chang, M. T.; Lin, C. T.; Chang, K. D.; Yu, Y. C.; Wang, J. T. W.; Chang, C. S.; Li, L. J. et al. Adv. Mater. 2012, 24, 2320-2325.
94. Zande, A. M.; Huang, P. Y.; Chenet, D. A.; Berkelbach, T. C.; You, Y.; Lee, G. H.; Heinz, T. F.; Reichman, D. R.; Muller, D. A.; Hone J. Nat. Mater. 2013, 12, 554-561.
95. Yu, Y.; Li, C.; Liu, Y.; Su, L.; Zhang, Y.; Cao, L. Sci. Rep. 2013, 3, 1866-1870.
96. Najmaei, S.; Liu, Z.; Zhou, W.; Zou, X.; Shi, G.; Lei, S.; Yakobson, B. I.; Idrobo, J. C.; Ajayan, P. M.; Lou, J. Nat. Mater. 2013, 12, 754-759.
97. Mann, J.; Ma, Q.; Odenthal, P. M.; Isarraraz, M.; Le, D.; Preciado, E.; Barroso, D.; Yamaguchi, K.; von Son Palacio, G.; Nguyen, A. et al. Adv. Mater. 2014, 26, 1399-1404.
98. Yu, Y.; Li, C.; Liu, Y.; Su, L.; Zhang, Y.; Cao, L. Scientific Reports 2013, 3, 1866.
99. Endler, I.; Leonhardt, A.; Konig, U.; van den Berg, H.; Pitschke, W.; Sottke, V. Surface and Coatings Technology 1999, 120-121, 482-488.
100. Wang, X. H.; Feng, H. B.; Wu, Y. M.; Jiao, L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5304-5307.
101. Sharma, D.; Amani, M.; Motayed, A.; Shah, P. B; Birdwell, A. G.; Najmaei, S.; Ajayan, P. M.; Lou, J.; Dubey, M.; Li, Q. et al. Nanotechnology 2014, 25, 155702.
102. Liu, K. K.; Zhang, W.; Lee, Y. H.; Lin, Y. C.; Chang, M. T.; Su, C. Y.; Chang, C. S.; Li, H.; Shi, Y.; Zhang, H. et al. Nano Lett. 2012, 12, 1538-1544.
103. Benameur, M.; Radisavljevic, B.; Sahoo, S.; Berger, H.; Kis, A. http://lanl.arxiv.org/abs/1006.1048v1, 2010.
104. Koma, A.; Sunouchi, K.; Miyajima, T. J. Vac. Sci. Technol. B 1985, 3, 724-729.
105. Koma, A.; Yoshimura, K. Surf. Sci. 1986, 174, 556-560.
106. Ohuchi, F. S.; Shimada, T.; Parkinson, B. A. J. Cryst. Growth 1991, 111, 1033-1037.
107. Ohuchi, F. S.; Parkinson, B. A.; Ueno, K.; Koma, A. J. Appl. Phys. 1990, 68, 2168-2172.
108. Geim, A. K.; Grigorieva, I. V. Nature 2013, 499, 419-423.
109. Terrones, H.; Lopez-Urias, F.; Terrones, M. Sci. Rep. 2013, 3, 1549-1555.
110. Lu, N.; Guo, H.; Wang, L.; Wu, X.; Zeng, X. C. Nanoscale 2014, 6, 4566-4570.
111. Shi, Y.; Zhou, W.; Lu, A. Y.; Fang, W.; Lee, Y. H.; Hsu, A. L.; Kim, S. M.; Kim, K. K.; Yang, H. Y.; Li, L. J. et al. Nano Lett. 2012, 12, 2784-2791.
112. Ji, Q.; Zhang, Y.; Gao, T.; Zhang, Y.; Ma, D.; Liu, M.; Chen, Y.; Qiao, X.; Tan, P. H.; Kan, M. et al. Nano Lett. 2013, 13, 3870-3877.
113. Cheon, J.; Gozum, J. E.; Girolami, G. S. Chem. Mater. 1997, 9, 1847-1853.
114. Zhan, Y.; Liu, Z.; Najmaei, S.; Ajayan, P. M.; Lou, J. Small 2012, 8, 966-971.
115. Ellas, A. L.; Perea-Lopez, N.; Castro-Beltran, A.; Berkdemir, A.; Lv, R.; Feng, S.; Long, A. D.; Hayashi, T.; Kim, Y. A.; Endo, M. et al. ACS Nano 2013, 7, 5235-5242.
116. Gutierrez, H. R.; Perea-Lopez, N.; Ellas, A. L.; Berkdemir, A.; Wang, B.; Lv, R.; Lopez-Urlas, F.; Crespi, V. H.; Terrones, H.; Terrones, M. Nano Lett. 2013, 13, 3447-3454.
117. Song, J. G.; Park, J.; Lee, W.; Choi, T.; Jung, H.; Lee, C. W.; Hwang, S. H.; Myoung, J. M.; Jung, J. H.; Kim, S. H. et al. ACS Nano 2013, 7, 11333-11340.
118. Scharf, T. W.; Prasad, S. V.; Dugger, M. T.; Kotula, P. G.; Goeke, R. S.; Grubbs, R. K. Acta Mater. 2006, 54, 4731-4743.
119. Scharf, T. W.; Prasad, S. V.; Mayer, T. M.; Goeke, R. S.; Dugger, M. T. J. Mater. Res. 2004, 19, 3443-3446.
120. Kumar, N; Najmaei, S; Cui, Q; Ceballos, F; Ajayan, P. M.; Lou, J; Zhao, H. Phys. Rev. B 2013, 87, 161403.
121. Malard, L. M.; Alencar, T. V.; Barboza, A. M.; Mak, K. F.; de Paula. A. M. Phys. Rev. B 2013, 87, 201401.
122. Brivio, J.; Alexander, D. T. L.; Kis, A. Nano Lett. 2011, 11, 5148-5153.
123. Chang, H. Y.; Yang, S.; Lee, J.; Tao, L.; Hwang, W. S. ACS Nano 2013, 7, 5446-5452.
124. Salvatore, G. A.; Munzenrieder, N.; Barraud, C.; Petti, L.; Zysset, C.; Buthe, L.; Ensslin, K.; Troster, G. ACS Nano 2013, 7, 8809-8813.
125. Chang, H. Y.; Yang, S.; Lee, J.; Tao, L.; Hwang, W. S.; Jena, D.; Lu, N.; Akinwande, D. ACS Nano 2013, 7, 5446-5452.
126. Li, H.; Yin, Z. Y.; He, Q. Y.; Huang, X.; Lu, G.; Fam, D. W. H.; Tok, A. I. Y.; Zhang, Q.; Zhang, H. Small 2012, 8, 63-67.
127. Zhu, C.; Zeng, Z.; Li, H.; Li, F.; Fan, C.; Zhang, H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5998-6001.
128. Bertolazzi, S.; Krasnozhon, D.; Kis, A. ACS Nano 2013, 7, 3246-3252.
129. Gourmelon, E.; Lignier, O.; Hadouda, H.; Couturier, G.; Bernede, J. C.; Tedd, J.; Pouzed, J.; Salardenne, J. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1997, 46, 115-121.
130. Yin, Z. Y.; Li, H.; Li, H.; Jiang, L.; Shi, Y. M.; Sun, Y. H.; Lu, G.; Zhang, Q.; Chen, X. D.; Zhang, H. ACS Nano 2012, 6, 74-80.
131. Lee, H. S.; Min, S. W.; Chang, Y. G.; Park, M. K.; Nam, T.; Kim, H.; Kim, J. H.; Ryu, S.; Im, S. Nano Lett. 2012, 12, 3695-3700.
132. Lopez-Sanchez, O.; Lembke, D.; Kayci, M.; Radenovic, A.; Kis, A. Nature Nanotechnology 2013, 8, 497-501.
133. Yoon, Y.; Ganapathi, K.; Salahuddin, S. Nano Lett. 2011, 11, 3768-3773.