A tunneling rectifier prepared from vertically stacked two-dimensional (2D) materials composed of chemically doped graphene electrodes and hexagonal boron nitride (h-BN) tunneling barrier was demonstrated. The asymmetric chemical doping to graphene with linear dispersion property induces rectifying behavior effectively, by facilitating Fowler-Nordheim tunneling at high forward biases. It results in excellent diode performances of a hetero-structured graphene/h-BN/graphene tunneling diode, with an asymmetric factor exceeding 1000, a nonlinearity of ∼40, and a peak sensitivity of ∼12 V−1, which are superior to contending metal-insulator-metal diodes, showing great potential for future flexible and transparent electronic devices.

1.
J. G.
Simmons
,
J. Appl. Phys.
34
,
2581
2590
(
1963
).
2.
J. A.
Bean
,
A.
Weeks
, and
G. D.
Boreman
,
IEEE J. Quantum Electron.
47
(
1
),
126
135
(
2011
).
3.
J. A.
Bean
,
B. B.
Tiwari
,
G. H.
Bernstein
,
P.
Fay
, and
W.
Porod
,
J. Vac. Sci. Technol. B
27
,
11
(
2009
).
4.
M. R.
Abdel-Rahman
,
F. J.
González
, and
G. D.
Boreman
,
Electron. Lett.
40
,
116
(
2004
).
5.
S.
Grover
and
G.
Moddel
,
IEEE J. Photovoltaics
1
(
1
),
78
83
(
2011
).
6.
M.
Dagenais
,
K.
Choi
,
F.
Yesilkoy
,
A. N.
Chryssis
, and
M. C.
Peckerar
,
Proc. SPIE
7605
,
76050E
(
2010
).
7.
C.
Fumeaux
,
W.
Herrmann
,
F. K.
Kneubühl
, and
H.
Rothuizen
,
Infrared Phys. Technol.
39
,
123
183
(
1998
).
8.
I. E.
Hashem
,
N. H.
Rafat
, and
E. A.
Soliman
,
IEEE J. Quantum Electron.
49
,
72
79
(
2013
).
9.
P.
Maraghechi
,
A.
Foroughi-Abari
,
K.
Cadien
, and
A. Y.
Elezzabi
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
253503
(
2011
).
10.
Y.-J.
Yu
,
Y.
Zhao
,
S.
Ryu
,
L. E.
Brus
,
K. S.
Kim
, and
P.
Kim
,
Nano Lett.
9
,
3430
3434
(
2009
).
11.
H.-J.
Shin
,
W. M.
Choi
,
D.
Choi
,
G. H.
Han
,
S.-M.
Yoon
,
H.-K.
Park
,
S.-W.
Kim
,
Y. W.
Jin
,
S. Y.
Lee
,
J. M.
Kim
,
J.-Y.
Choi
, and
Y. H.
Lee
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
15603
15609
(
2010
).
12.
Y.
Shi
,
K. K.
Kim
,
A.
Reina
,
M.
Hofmann
,
L.-J.
Li
, and
J.
Kong
,
ACS Nano
4
,
2689
2694
(
2010
).
13.
G.
Giovannetti
,
P. A.
Khomyakov
,
G.
Brocks
,
V. M.
Karpan
,
J. V. D.
Brink
, and
P. J.
Kelly
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
026803
(
2008
).
14.
J.
Wu
,
L.
Xie
,
Y.
Li
,
H.
Wang
,
Y.
Ouyang
,
J.
Guo
, and
H.
Dai
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
19668
19671
(
2011
).
15.
T.
Kato
,
L.
Jiao
,
X.
Wang
,
H.
Wang
,
X.
Li
,
L.
Zhang
,
R.
Hatakeyama
, and
H.
Dai
,
Small
7
,
574
577
(
2011
).
16.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
I.
Meric
,
C.
Lee
,
L.
Wang
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
722
726
(
2010
).
17.
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
F.
Schedin
,
M. I.
Katsnelson
,
L.
Eaves
,
S. V.
Morozov
,
A. S.
Mayorov
,
N. M. R.
Peres
,
A. H.
Castro Neto
,
J.
Leist
,
A. K.
Geim
,
L. A.
Ponomarenko
, and
K. S.
Novoselov
,
Nano Lett.
12
,
1707
1710
(
2012
).
18.
G.-H.
Lee
,
Y.-J.
Yu
,
C.
Lee
,
C.
Dean
,
K. L.
Shepard
,
P.
Kim
, and
J.
Hone
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
243114
(
2011
).
19.
S.
Bae
,
H.
Kim
,
Y.
Lee
,
X.
Xu
,
J.-S.
Park
,
Y.
Zheng
,
J.
Balakrishnan
,
T.
Lei
,
H. R.
Kim
,
Y. I.
Song
,
Y.-J.
Kim
,
K. S.
Kim
,
B.
Özyilmaz
,
J.-H.
Ahn
,
B. H.
Hong
, and
S.
Iijima
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
574
578
(
2010
).
20.
K. H.
Lee
,
H.-J.
Shin
,
J.
Lee
,
I.-Y.
Lee
,
G.-H.
Kim
,
J.-Y.
Choi
, and
S.-W.
Kim
,
Nano Lett.
12
,
714
718
(
2012
).
21.
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
F.
Schedin
,
A.
Mishchenko
,
T.
Georgiou
,
M. I.
Katsnelson
,
L.
Eaves
,
S. V.
Morozov
,
N. M. R.
Peres
,
J.
Leist
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
, and
L. A.
Ponomarenko
,
Science
335
,
947
950
(
2012
).
22.
A. C.
Ferrari
and
D. M.
Basko
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
235
246
(
2013
).
23.
K. K.
Kim
,
A.
Reina
,
Y.
Shi
,
H.
Park
,
L.-J.
Li
,
Y. H.
Lee
, and
J.
Kong
,
Nanotechnology
21
,
285205
(
2010
).
24.
S.
Krishnan
,
E.
Stefanakos
, and
S.
Bhansali
,
Thin Solid Films
516
,
2244
2250
(
2008
).
25.
B. D.
Kong
,
C.
Zeng
,
D. K.
Gaskill
,
K. L.
Wang
, and
K. W.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
263112
(
2012
).
26.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4863840 for electrical characteristics of GBG-TD depending on the low temperature, chemical doping effects of h-BN layer, and comparison of rectifying characteristics with conventional diodes.
27.
A.
Koszewski
,
F.
Souchon
,
Ch.
Dieppedale
,
D.
Bloch
, and
T.
Ouisse
,
J. Micromech. Microeng.
23
,
045019
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.