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.
References
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
).26.
L.
Esaki
, Phys. Rev.
109
, 603
(1958
).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
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.