Flexible black phosphorus ambipolar transistors, circuits and AM demodulator

Nano Letters

Volumn 15, Issue 3, 2015, Pages 1883-1890

  Zhu, Weinan ^a   Yogeesh, Maruthi N ^a   Yang, Shixuan ^b   Aldave, Sandra H ^a,c   Kim, Joon Seok ^a   Sonde, Sushant ^a   Tao, Li ^a   Lu, Nanshu ^b   Akinwande, Deji ^a  

^a The University of Texas at Austin   (United States)

^b UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN   (United States)

^c UNIVERSITY OF THE BASQUE COUNTRY UPV EHU   (Spain)

Author keywords

AM demodulator; ambipolar conduction; amplifiers; flexible transistor; frequency doubler; phosphorene

Indexed keywords

AMPLIFICATION; AMPLIFIERS (ELECTRONIC); AMPLITUDE MODULATION; CARRIER MOBILITY; DEMODULATORS; FIELD EFFECT TRANSISTORS; FLEXIBLE ELECTRONICS; FREQUENCY DOUBLERS; PHOSPHORUS; TENSILE STRAIN;

AM DEMODULATORS; AMBIPOLAR CONDUCTION; FIELD EFFECT TRANSISTOR (FETS); FLEXIBLE TRANSISTORS; LAYERED SEMICONDUCTORS; MECHANICAL ROBUSTNESS; PHOSPHORENE; UNIAXIAL TENSILE STRAIN;

TRANSISTORS;

EID: 84924588018     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl5047329     Document Type: Article

References (68)

1. Akinwande, D.; Petrone, N.; Hone, J. Nat. Commun. 2014, 5678
2. Wang, Q. H.; Kalantar-Zadeh, K.; Kis, A.; Coleman, J. N.; Strano, M. S. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (11) 699-712
3. Schwierz, F. Proc. IEEE 2013, 101 (7) 1567-1584
4. Lee, J.; Ha, T. J.; Li, H.; Parrish, K. N.; Holt, M.; Dodabalapur, A.; Ruoff, R. S.; Akinwande, D. ACS Nano 2013, 7 (9) 7744-50
5. Lee, J.; Ha, T. J.; Parrish, K. N.; Chowdhury, S. F.; Tao, L.; Dodabalapur, A.; Akinwande, D. IEEE Electron Device Lett. 2013, 34 (2) 172-174
6. Petrone, N.; Meric, I.; Hone, J.; Shepard, K. L. Nano Lett. 2012, 13, 121-125
7. Chang, H. Y.; Yang, S.; Lee, J.; Tao, L.; Hwang, W. S.; Jena, D.; Lu, N.; Akinwande, D. ACS Nano 2013, 7 (6) 5446-52
8. Lee, G. H.; Yu, Y. J.; Cui, X.; Petrone, N.; Lee, C. H.; Choi, M. S.; Lee, D. Y.; Lee, C.; Yoo, W. J.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Nuckolls, C.; Kim, P.; Hone, J. ACS Nano 2013, 7 (9) 7931-6
9. Li, L.; Yu, Y.; Ye, G. J.; Ge, Q.; Ou, X.; Wu, H.; Feng, D.; Chen, X. H.; Zhang, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (5) 372-7
10. Liu, H.; Neal, A. T.; Zhu, Z.; Luo, Z.; Xu, X.; Tomanek, D.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8 (4) 4033-41
11. Kobayashi, T.; Bando, M.; Kimura, N.; Shimizu, K.; Kadono, K.; Umezu, N.; Miyahara, K.; Hayazaki, S.; Nagai, S.; Mizuguchi, Y.; Murakami, Y.; Hobara, D. Appl. Phys. Lett. 2013, 102 (2) 023112-4
12. Rahimi, S.; Tao, L.; Chowdhury, S. F.; Park, S.; Jouvray, A.; Buttress, S.; Rupesinghe, N.; Teo, K.; Akinwande, D. ACS Nano 2014, 8 (10) 10471-9
13. Bae, S.; Kim, H.; Lee, Y.; Xu, X.; Park, J. S.; Zheng, Y.; Balakrishnan, J.; Lei, T.; Kim, H. R.; Song, Y. I.; Kim, Y. J.; Kim, K. S.; Ozyilmaz, B.; Ahn, J. H.; Hong, B. H.; Iijima, S. Nat. Nanotechnol. 2010, 5 (8) 574-8
14. Kim, S.; Konar, A.; Hwang, W. S.; Lee, J. H.; Lee, J.; Yang, J.; Jung, C.; Kim, H.; Yoo, J. B.; Choi, J. Y.; Jin, Y. W.; Lee, S. Y.; Jena, D.; Choi, W.; Kim, K. Nat. Commun. 2012, 3, 1011
15. Cheng, R.; Jiang, S.; Chen, Y.; Liu, Y.; Weiss, N.; Cheng, H. C.; Wu, H.; Huang, Y.; Duan, X. Nat. Commun. 2014, 5, 5143
16. Ma, N.; Jena, D. Phys. Rev. X 2014, 4 (1) 011043
17. Jin, Z. H.; Li, X. D.; Mullen, J. T.; Kim, K. W. Phys. Rev. B 2014, 90 (4) 045422
18. Das, S.; Gulotty, R.; Sumant, A. V.; Roelofs, A. Nano Lett. 2014, 14 (5) 2861-6
19. Mitzi, D. B.; Kosbar, L. L.; Murray, C. E.; Copel, M.; Afzali, A. Nature 2004, 428 (6980) 299-303
20. Wei, C.-Y.; Shu-Hao, K.; Yu-Ming, H.; Wen-Chieh, H.; Adriyanto, F.; Yeong-Her, W. IEEE Electron Device Lett. 2011, 32 (1) 90-92
21. Hsu, H. H.; Chang, C. Y.; Cheng, C. H. IEEE Electron Device Letters 2013, 34 (6) 768-770
22. Nathan, A.; Ahnood, A.; Cole, M. T.; Lee, S.; Suzuki, Y.; Hiralal, P.; Bonaccorso, F.; Hasan, T.; Garcia-Gancedo, L.; Dyadyusha, A.; Haque, S.; Andrew, P.; Hofmann, S.; Moultrie, J.; Chu, D. P.; Flewitt, A. J.; Ferrari, A. C.; Kelly, M. J.; Robertson, J.; Amaratunga, G. A. J.; Milne, W. I. Proc. IEEE 2012, 100 (Special Centennial Issue) 1486-1517
23. Hsu, H.-H.; Chang, C.-Y.; Cheng, C.-H. IEEE Electron Device Letters 2013, 34 (6) 768-770
24. Li, Y. V.; Ramirez, J. I.; Sun, K. G.; Jackson, T. N. IEEE Electron Device Letters 2013, 34 (7) 891-893
25. Morita, A. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 1986, 39 (4) 227-242
26. Castellanos-Gomez, A.; Vicarelli, L.; Prada, E.; Island, J. O.; Narasimha-Acharya, K. L.; Blanter, S. I.; Groenendijk, D. J.; Buscema, M.; Steele, G. A.; Alvarez, J. V.; Zandbergen, H. W.; Palacios, J. J.; Van der Zant, H. S. J. 2D Materials 2014, 1 (2) 025001
27. Buscema, M.; Groenendijk, D. J.; Blanter, S. I.; Steele, G. A.; van der Zant, H. S. J.; Castellanos-Gomez, A. Nano Lett. 2014, 14 (6) 3347-3352
28. Buscema, M.; Groenendijk, D. J.; Steele, G. A.; van der Zant, H. S. J.; Castellanos-Gomez, A. Nat. Commun. 2014, 5, 4651
29. Deng, Y.; Luo, Z.; Conrad, N. J.; Liu, H.; Gong, Y.; Najmaei, S.; Ajayan, P. M.; Lou, J.; Xu, X.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8 (8) 8292-8299
30. Engel, M.; Steiner, M.; Avouris, P. Nano Lett. 2014, 14 (11) 6414-6417
31. Hong, T.; Chamlagain, B.; Lin, W.; Chuang, H.-J.; Pan, M.; Zhou, Z.; Xu, Y.-Q. Nanoscale 2014, 6 (15) 8978-8983
32. Tran, V.; Soklaski, R.; Liang, Y. F.; Yang, L. Phys. Rev. B 2014, 89 (23) 235319
33. Nayfeh, O. M. IEEE Electron Device Letters 2011, 32 (10) 1349-1351
34. Yeh, C. H.; Lain, Y. W.; Chiu, Y. C.; Liao, C. H.; Moyano, D. R.; Hsu, S. S.; Chiu, P. W. ACS Nano 2014, 8 (8) 7663-70
35. Xia, F.; Wang, H.; Jia, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 4458
36. Zhang, S.; Yang, J.; Xu, R.; Wang, F.; Li, W.; Ghufran, M.; Zhang, Y. W.; Yu, Z.; Zhang, G.; Qin, Q.; Lu, Y. ACS Nano 2014, 8 (9) 9590-6
37. Qiao, J.; Kong, X.; Hu, Z. X.; Yang, F.; Ji, W. Nat. Commun. 2014, 5, 4475
38. Wood, J. D.; Wells, S. A.; Jariwala, D.; Chen, K. S.; Cho, E.; Sangwan, V. K.; Liu, X.; Lauhon, L. J.; Marks, T. J.; Hersam, M. C. Nano Lett. 2014, 6964-6970
39. Kim, J.-S.; Liu, Y.; Zhu, W.; Kim, S.; Wu, D.; Tao, L.; Dodabalapur, A.; Lai, K.; Akinwande, D. Toward Air-Stable Multilayer Phosphorene Thin-Films and Transistors. 2014, arXiv:1412.0355. arXiv.org e-Print archive. http://arxiv.org/abs/1412.0355 (accessed Jan 2015).
40. Tao, L.; Lee, J.; Akinwande, D. J. Vac. Sci. Technol., B: Nanotechnol. Microelectron.: Mater., Process., Meas., Phenom. 2011, 29 (6) -
41. Popov, I.; Seifert, G.; Tománek, D. Phys. Rev. Lett. 2012, 108 (15) 156802
42. Das, S.; Demarteau, M.; Roelofs, A. ACS Nano 2014, 8 (11) 11730-8
43. Cai, Y.; Zhang, G.; Zhang, Y. W. Sci. Rep. 2014, 4, 6677
44. Chang, H. Y.; Zhu, W.; Akinwande, D. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (11) -
45. Du, Y.; Liu, H.; Deng, Y.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8 (10) 10035-42
46. Li, S. L.; Miyazaki, H.; Kumatani, A.; Kanda, A.; Tsukagoshi, K. Nano Lett. 2010, 10 (7) 2357-62
47. Guerriero, E.; Polloni, L.; Rizzi, L. G.; Bianchi, M.; Mondello, G.; Sordan, R. Small 2012, 8 (3) 356-61
48. Wang, H.; Wang, X.; Xia, F.; Wang, L.; Jiang, H.; Xia, Q.; Chin, M. L.; Dubey, M.; Han, S. J. Nano Lett. 2014, 14 (11) 6424-9
49. Ramón, M. E.; Parrish, K. N.; Chowdhury, S. F.; Magnuson, C. W.; Movva, H. C. P.; Ruoff, R. S.; Banerjee, S. K.; Akinwande, D. IEEE Trans. Nanotechnol. 2012, 11 (5) 877-883
50. Han, S. J.; Jenkins, K. A.; Valdes Garcia, A.; Franklin, A. D.; Bol, A. A.; Haensch, W. Nano Lett. 2011, 11 (9) 3690-3
51. Gray, P. R.; Hurst, P. J.; Meyer, R. G.; Lewis, S. H. Analysis and design of analog integrated circuits; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, 2008.
52. Razavi, B. Solid-State Circuits, IEEE Journal of 1999, 34 (3) 268-276
53. Parrish, K. N.; Akinwande, D. Appl. Phys. Lett. 2011, 99 (22) -
54. Wang, H.; Nezich, D.; Kong, J.; Palacios, T. IEEE J. Solid-State Circuits 2009, 30 (5) 547-549
55. Fan, J.; Yuen, J. D.; Wang, M.; Seifter, J.; Seo, J. H.; Mohebbi, A. R.; Zakhidov, D.; Heeger, A.; Wudl, F. Adv. Mater. 2012, 24 (16) 2186-90
56. Wang, H.; Hsu, A.; Ki Kang, K.; Kong, J.; Palacios, T. Gigahertz ambipolar frequency multiplier based on CVD graphene Proc. IEEE Electron Devices Meet. 2010, 23.6.1-23.6.4
57. Rutherglen, C.; Burke, P. Nano Lett. 2007, 7 (11) 3296-3299
58. Zhu, W. J.; Farmer, D. B.; Jenkins, K. A.; Ek, B.; Oida, S.; Li, X. S.; Bucchignano, J.; Dawes, S.; Duch, E. A.; Avouris, P. Appl. Phys. Lett. 2013, 102 (23) 233102
59. Fei, R.; Yang, L. Nano Lett. 2014, 14 (5) 2884-9
60. Elahi, M.; Khaliji, K.; Tabatabaei, S. M.; Pourfath, M.; Asgari, R. Modulation of electronic and mechanical properties of phosphorene through strain. 2014, arXiv:1407.7706. arXiv.org e-Print archive. http://arxiv.org/abs/1407.7706 (accessed Jan 2015).
61. Wei, Q.; Peng, X. H. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (25) 251914
62. Kim, K. S.; Zhao, Y.; Jang, H.; Lee, S. Y.; Kim, J. M.; Kim, K. S.; Ahn, J. H.; Kim, P.; Choi, J. Y.; Hong, B. H. Nature 2009, 457 (7230) 706-10
63. Argon, A. S.; Bessonov, M. Philos. Mag. 1977, 35 (4) 917-933
64. Lee, E. H. J. Appl. Mech. 1969, 36 (1) 1-6
65. Hook, T. B.; Ma, T. Appl. Phys. Lett. 1986, 48 (18) 1208-1210
66. Zhu, W. J.; Ma, T. P.; Zafar, S.; Tamagawa, T. IEEE Electron Device Lett. 2002, 23 (10) 597-599
67. Yeh, W. K.; Wang, C. C.; Hsu, C. W.; Fang, Y. K.; Wu, S. M.; Ou, C. C.; Lin, C. L.; Gan, K. J.; Weng, C. J.; Chen, P. Y.; Jiann-Shiun, Y.; Liou, J. J. Impact of oxide trap charge on performance of strained fully depleted SOI metal-gate MOSFET IEEE Int. Conf. Electron Devices Solid-State Circuits 2009, 197-200
68. Klauk, H.; Halik, M.; Zschieschang, U.; Eder, F.; Rohde, D.; Schmid, G.; Dehm, C. IEEE Trans. Electron Devices 2005, 52 (4) 618-622