We demonstrate a tunnel diode composed of a vertical MoS2/SiO2/Si heterostructure. A MoS2 flake consisting four areas of different thicknesses functions as a gate terminal of a silicon field-effect transistor. A thin gate oxide allows tunneling current to flow between the n-type MoS2 layers and p-type Si channel. The tunneling-current characteristics show multiple negative differential resistance features, which we interpret as an indication of different conduction-band alignments of the MoS2 layers of different thicknesses. The presented tunnel device can be also used as a hybrid-heterostructure device combining the advantages of two-dimensional materials with those of silicon transistors.

1.
Y.
Omura
,
S.
Horiguchi
,
M.
Tabe
, and
K.
Kishi
,
IEEE Electron Device Lett.
14
,
569
(
1993
).
2.
H.
Majima
,
Y.
Saito
, and
T.
Hiramoto
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2001
,
733
.
3.
A.
Zaslavsky
,
C.
Aydin
,
S.
Luryi
,
S.
Cristoloveanu
,
D.
Mariolle
,
D.
Fraboulet
, and
S.
Deleonibus
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
1653
(
2003
).
4.
J.
Noborisaka
,
K.
Nishiguchi
,
H.
Kageshima
,
Y.
Ono
, and
A.
Fujiwara
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
112102
(
2010
).
5.
K.
Takashina
,
Y.
Ono
,
A.
Fujiwara
,
Y.
Takahashi
, and
Y.
Hirayama
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
236801
(
2006
).
6.
J.
Noborisaka
,
K.
Nishiguchi
, and
A.
Fujiwara
,
Sci. Rep.
4
,
6950
(
2014
).
7.
S.
Saito
,
D.
Hahimoto
,
H.
Shimizu
,
H.
Hmamura
,
R.
Tsuchiya
,
Y.
Matsui
,
T.
Mine
,
T.
Arai
,
N.
Sugii
,
K.
Torii
,
S.
Kimura
, and
T.
Onai
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
45
,
L679
(
2006
).
8.
J.
Noborisaka
,
K.
Nishiguchi
,
Y.
Ono
,
H.
Kageshima
, and
A.
Fujiwara
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
033503
(
2011
).
9.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
M. I.
Katsneison
,
I. V.
Grigorieva
,
S. V.
Dubonos
, and
A. A.
Firsov
,
Nature
438
,
197
(
2005
).
10.
Y.
Zhang
,
Y.-W.
Tan
,
H. L.
Stormer
, and
P.
Kim
,
Nature
438
,
201
(
2005
).
11.
A.
Kuc
,
N.
Zibouche
, and
T.
Heine
,
Phys. Rev. B
83
,
245213
(
2011
).
12.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
699
(
2012
).
13.
L.
Li
,
G. J.
Ye
,
Q.
Ge
,
X.
Ou
,
H.
Wu
,
D.
Feng
,
X. H.
Chen
, and
Y.
Zhang
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
372
(
2014
).
14.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
147
(
2011
).
15.
Y.
Yoon
,
K.
Ganapathi
, and
S.
Salahuddin
,
Nano Lett.
11
,
3768
(
2011
).
16.
Z.
Yin
,
H.
Li
,
H.
Li
,
L.
Jiang
,
Y.
Shi
,
Y.
Sun
,
G.
Lu
,
Q.
Zhang
,
X.
Chen
, and
H.
Zhang
,
ACS Nano
6
,
74
(
2012
).
17.
H. S.
Lee
,
S.-W.
Min
,
Y.-G.
Chang
,
M. K.
Park
,
T.
Nam
,
H.
Kim
,
J. H.
Kim
,
S.
Ryu
, and
S.
Im
,
Nano Lett.
12
,
3695
(
2012
).
18.
D.
Xiao
,
G. B.
Liu
,
W.
Feng
,
X.
Xu
, and
W.
Yao
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
196802
(
2012
).
19.
K. F.
Mak
,
K.
He
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
494
(
2012
).
20.
A.
Splendiani
,
L.
Sun
,
Y.
Zhang
,
T.
Li
,
J.
Kim
,
C. Y.
Chim
,
G.
Galli
, and
F.
Wang
,
Nano Lett.
10
,
1271
(
2010
).
21.
K.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
22.
R. S.
Sundaram
,
M.
Engel
,
A.
Lombardo
,
R.
Krupke
,
A. C.
Ferrari
,
Ph.
Avouris
, and
M.
Steiner
,
Nano Lett.
13
,
1416
(
2013
).
23.
Y.
Ye
,
Z.
Ye
,
M.
Gharghi
,
H.
Zhu
,
M.
Zhao
,
Y.
Wang
,
X.
Yin
, and
X.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
193508
(
2014
).
24.
A.
Castellanos-Gomez
,
M.
Buscema
,
R.
Molenaar
,
L.
Jansen
,
H. S. J.
van der Zant
, and
G. A.
Steele
,
2D Mater.
1
,
011002
(
2014
).
25.
C.
Lee
,
H.
Yan
,
L. E.
Brus
,
T. F.
Heinz
,
J.
Hone
, and
S.
Ryu
,
ACS Nano
4
,
2695
(
2010
).
27.
W. J.
Yu
,
Y.
Liu
,
H.
Zhou
,
A.
Yin
,
Z.
Li
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
952
(
2013
).
28.
K.
Roy
,
M.
Padmanabhan
,
S.
Goswami
,
T. P.
Sai
,
G.
Ramalingam
,
S.
Raghavan
, and
A.
Ghosh
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
826
(
2013
).
29.
W.
Zhang
,
C. P.
Chuu
,
J. K.
Huang
,
C. H.
Chen
,
M. L.
Tsai
,
Y. H.
Chang
,
C. T.
Liang
,
Y. Z.
Chen
,
Y. L.
Chueh
,
J. H.
He
,
M. Y.
Chou
, and
L. J.
Li
,
Sci. Rep.
4
,
3826
(
2014
).
30.
C.
Zhang
,
A.
Johnson
,
C. L.
Hsu
,
L. J.
Li
, and
C. K.
Shih
,
Nano Lett.
14
,
2443
(
2014
).
You do not currently have access to this content.