Probing Out-of-Plane Charge Transport in Black Phosphorus with Graphene-Contacted Vertical Field-Effect Transistors

Nano Letters

Volumn 16, Issue 4, 2016, Pages 2580-2585

  Kang, Junmo ^a   Jariwala, Deep ^a   Ryder, Christopher R ^a   Wells, Spencer A ^a   Choi, Yongsuk ^a,c,d   Hwang, Euyheon ^c,d   Cho, Jeong Ho ^a,c,d   Marks, Tobin J ^a,b   Hersam, Mark C ^a,b  

^a Northwestern University   (United States)

^b NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^c Sungkyunkwan University   (South Korea)

^d Sungkyunkwan University   (South Korea)

Author keywords

heterostructure; Phosphorene; Schottky barrier; short channel; van der Waals

Indexed keywords

CARRIER TRANSPORT; ENERGY GAP; GRAPHENE; GRAPHENE TRANSISTORS; HETEROJUNCTIONS; NARROW BAND GAP SEMICONDUCTORS; PHOSPHORUS; RECONFIGURABLE HARDWARE; SCHOTTKY BARRIER DIODES; TEMPERATURE; THRESHOLD VOLTAGE; TRANSISTORS; TRANSITION METALS; VAN DER WAALS FORCES; WIDE BAND GAP SEMICONDUCTORS;

CHARGE TRANSPORT MECHANISMS; DEVICE CHARACTERISTICS; OPTOELECTRONIC PROPERTIES; PHOSPHORENE; SCHOTTKY BARRIERS; SHORT CHANNELS; VAN DER WAALS; VERTICAL FIELD EFFECT TRANSISTORS;

FIELD EFFECT TRANSISTORS;

GRAPHITE; SULFIDE; TRANSITION ELEMENT;

TRANSISTOR;

GRAPHITE; SULFIDES; TRANSISTORS, ELECTRONIC; TRANSITION ELEMENTS;

EID: 84964841392     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00144     Document Type: Article

References (45)

1. Li, L.; Yu, Y.; Ye, G. J.; Ge, Q.; Ou, X.; Wu, H.; Feng, D.; Chen, X. H.; Zhang, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 372-377 10.1038/nnano.2014.35
2. Liu, H.; Neal, A. T.; Zhu, Z.; Luo, Z.; Xu, X.; Tománek, D.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8, 4033-4041 10.1021/nn501226z
3. Yan, R.; Fathipour, S.; Han, Y.; Song, B.; Xiao, S.; Li, M.; Ma, N.; Protasenko, V.; Muller, D. M.; Jena, D.; Xing, H. G. Nano Lett. 2015, 15, 5791-5798 10.1021/acs.nanolett.5b01792
4. Zhu, W.; Yogeesh, M. N.; Yang, S.; Aldave, S. H.; Kim, J. S.; Sonde, S.; Tao, L.; Lu, N.; Akinwande, D. Nano Lett. 2015, 15, 1883-1890 10.1021/nl5047329
5. Buscema, M.; Groenendijk, D. J.; Blanter, S. I.; Steele, G. A.; van der Zant, H. S.; Castellanos-Gomez, A. Nano Lett. 2014, 14, 3347-3352 10.1021/nl5008085
6. Yuan, H.; Liu, X.; Afshinmanesh, F.; Li, W.; Xu, G.; Sun, J.; Lian, B.; Curto, A. G.; Ye, G.; Hikita, Y.; Shen, Z.; Zhang, S.-C.; Chen, X.; Brongersma, M.; Hwang, H. Y.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 707-713 10.1038/nnano.2015.112
7. Ling, X.; Wang, H.; Huang, S.; Xia, F.; Dresselhaus, M. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015, 112, 4523-4530 10.1073/pnas.1416581112
8. Xia, F.; Wang, H.; Jia, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 4458 10.1038/ncomms5458
9. Fei, R.; Yang, L. Nano Lett. 2014, 14, 2884-2889 10.1021/nl500935z
10. Gillgren, N.; Wickramaratne, D.; Shi, Y.; Espiritu, T.; Yang, J.; Hu, J.; Wei, J.; Liu, X.; Mao, Z.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Bockrath, B.; Barlas, B.; Lake, R. K.; Ning Lau, C. 2D Mater. 2015, 2, 011001 10.1088/2053-1583/2/1/011001
11. Li, L.; Ye, G. J.; Tran, V.; Fei, R.; Chen, G.; Wang, H.; Wang, J.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Yang, L.; Chen, X. H.; Zhang, Y. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 608-613 10.1038/nnano.2015.91
12. 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 10.1063/1.4803920
13. Luo, X.; Lu, X.; Koon, G. K. W.; Castro Neto, A. H.; Özyilmaz, B.; Xiong, Q.; Quek, S. Y. Nano Lett. 2015, 15, 3931-3938 10.1021/acs.nanolett.5b00775
14. Boulfelfel, S. E.; Seifert, G.; Grin, Y.; Leoni, S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 85, 014110 10.1103/PhysRevB.85.014110
15. Shulenburger, L.; Baczewski, A. D.; Zhu, Z.; Guan, J.; Tomanek, D. Nano Lett. 2015, 15, 8170-8175 10.1021/acs.nanolett.5b03615
16. Morita, A. Appl. Phys. A: Solids Surf. 1986, 39, 227-242 10.1007/BF00617267
17. Gong, C.; Zhang, H.; Wang, W.; Colombo, L.; Wallace, R. M.; Cho, K. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 053513 10.1063/1.4817409
18. Geim, A. K.; Grigorieva, I. V. Nature 2013, 499, 419-425 10.1038/nature12385
19. Yu, W. J.; Li, Z.; Zhou, H.; Chen, Y.; Wang, Y.; Huang, Y.; Duan, X. Nat. Mater. 2012, 12, 246-252 10.1038/nmat3518
20. Lemaitre, M. G.; Donoghue, E. P.; McCarthy, M. A.; Liu, B.; Tongay, S.; Gila, B.; Kumar, P.; Singh, R. K.; Appleton, B. R.; Rinzler, A. G. ACS Nano 2012, 6, 9095-9102 10.1021/nn303848k
21. Ojeda-Aristizabal, C.; Bao, W.; Fuhrer, M. S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013, 88, 035435 10.1103/PhysRevB.88.035435
22. Moriya, R.; Yamaguchi, T.; Inoue, Y.; Morikawa, S.; Sata, Y.; Masubuchi, S.; Machida, T. Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 083119 10.1063/1.4894256
23. Avsar, A.; Vera-Marun, I. J.; Tan, J. Y.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Castro Neto, A. H.; Özyilmaz, B. ACS Nano 2015, 9, 4138-4145 10.1021/acsnano.5b00289
24. Favron, A.; Gaufres, E.; Fossard, F.; Phaneuf-L'Heureux, A.-L.; Tang, N. Y. W.; Levesque, P. L.; Loiseau, A.; Leonelli, R.; Francoeur, S.; Martel, R. Nat. Mater. 2015, 14, 826-832 10.1038/nmat4299
25. 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, 14, 6964-6970 10.1021/nl5032293
26. Island, J. O.; Steele, G. A.; Zant, H. S. J.; Castellanos-Gomez, A. 2D Mater. 2015, 2, 011002 10.1088/2053-1583/2/1/011002
27. Koenig, S. P.; Doganov, R. A.; Schmidt, H.; Castro Neto, A. H.; Özyilmaz, B. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 103106 10.1063/1.4868132
28. Georgiou, T.; Jalil, R.; Belle, B. D.; Britnell, L.; Gorbachev, R. V.; Morozov, S. V.; Kim, Y. J.; Gholinia, A.; Haigh, S. J.; Makarovsky, O.; Eaves, L.; Ponomarenko, L. A.; Geim, A. K.; Novoselov, K. S.; Mishchenko, A. Nat. Nanotechnol. 2012, 8, 100-103 10.1038/nnano.2012.224
29. Yang, H.; Heo, J.; Park, S.; Song, H. J.; Seo, D. H.; Byun, K.-E.; Kim, P.; Yoo, I.; Chung, H.-J.; Kim, K. Science 2012, 336, 1140-1143 10.1126/science.1220527
30. Heo, J.; Byun, K. E.; Lee, J.; Chung, H. J.; Jeon, S.; Park, S.; Hwang, S. Nano Lett. 2013, 13, 5967-5971 10.1021/nl403142v
31. Hlaing, H.; Kim, C. H.; Carta, F.; Nam, C. Y.; Barton, R. A.; Petrone, N.; Hone, J.; Kymissis, I. Nano Lett. 2015, 15, 69-74 10.1021/nl5029599
32. Myoung, N.; Seo, K.; Lee, S. J.; Ihm, G. ACS Nano 2013, 7, 7021-7027 10.1021/nn402919d
33. Nagahama, T.; Kobayashi, M.; Akahama, Y.; Endo, S.; Narita, S.-I. J. Phys. Soc. Jpn. 1985, 54, 2096-2099 10.1143/JPSJ.54.2096
34. Chen, Y.-F.; Fuhrer, M. S. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 236803 10.1103/PhysRevLett.95.236803
35. Meric, I.; Han, M. Y.; Young, A. F.; Özyilmaz, B.; Kim, P.; Shepard, K. L. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 654-659 10.1038/nnano.2008.268
36. Kadlec, J. Solid-State Electron. 1974, 17, 469-475 10.1016/0038-1101(74)90077-X
37. Gadzuk, J. W. J. Appl. Phys. 1970, 41, 286-291 10.1063/1.1658335
38. Schmidlin, F. W. J. Appl. Phys. 1966, 37, 2823-2832 10.1063/1.1782131
39. Lin, Y. F.; Li, W.; Li, S. L.; Xu, Y.; Aparecido-Ferreira, A.; Komatsu, K.; Sun, H.; Nakaharai, S.; Tsukagoshi, K. Nanoscale 2014, 6, 795-799 10.1039/C3NR03677D
40. Das, S.; Chen, H.-Y.; Penumatcha, A. V.; Appenzeller, J. Nano Lett. 2013, 13, 100-105 10.1021/nl303583v
41. Xie, Q.; Xu, J.; Taur, Y. IEEE Trans. Electron Devices 2012, 59, 1569-1579 10.1109/TED.2012.2191556
42. Chaudhry, A.; Kumar, M. J. IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 2004, 4, 99-109 10.1109/TDMR.2004.824359
43. McCarthy, M. A.; Liu, B.; Rinzler, A. G. Nano Lett. 2010, 10, 3467-3472 10.1021/nl101589x
44. Miao, J.; Zhang, S.; Cai, L.; Scherr, M.; Wang, C. ACS Nano 2015, 9, 9236-9243 10.1021/acsnano.5b04036
45. Duay, J.; Elliott, J.; Shear, J. B.; Stevenson, K. J. Anal. Chem. 2015, 87, 10109-10116 10.1021/acs.analchem.5b02804