We demonstrate non-volatile, n-type, back-gated, MoS2 transistors, placed directly on an epitaxial grown, single crystalline, PbZr0.2Ti0.8O3 (PZT) ferroelectric. The transistors show decent ON current (19 μA/μm), high on-off ratio (107), and a subthreshold swing of (SS ∼ 92 mV/dec) with a 100 nm thick PZT layer as the back gate oxide. Importantly, the ferroelectric polarization can directly control the channel charge, showing a clear anti-clockwise hysteresis. We have self-consistently confirmed the switching of the ferroelectric and corresponding change in channel current from a direct time-dependent measurement. Our results demonstrate that it is possible to obtain transistor operation directly on polar surfaces, and therefore, it should be possible to integrate 2D electronics with single crystalline functional oxides.

1.
G. H.
Haertling
,
J. Am. Ceram. Soc.
82
,
797
(
1999
).
2.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
699
(
2012
).
3.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
147
(
2011
).
4.
S.
Kim
,
A.
Konar
,
W.-S.
Hwang
,
J. H.
Lee
,
J.
Lee
,
J.
Yang
,
C.
Jung
,
H.
Kim
,
J.-B.
Yoo
,
J.-Y.
Choi
,
Y. W.
Jin
,
S. Y.
Lee
,
D.
Jena
,
W.
Choi
, and
K.
Kim
,
Nat. Commun.
3
,
1011
(
2012
).
5.
Y.
Yoon
,
K.
Ganapathi
, and
S.
Salahuddin
,
Nano Lett.
11
,
3768
(
2011
).
6.
7.
E. B.
Song
,
B.
Lian
,
S.
Min Kim
,
S.
Lee
,
T. K.
Chung
,
M.
Wang
,
C.
Zeng
,
G.
Xu
,
K.
Wong
,
Y.
Zhou
,
H. I.
Rasool
,
D. H.
Seo
,
H. J.
Chung
,
J.
Heo
,
S.
Seo
, and
K. L.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
042109
(
2011
).
8.
X.
Hong
,
J.
Hoffman
,
A.
Posadas
,
K.
Zou
,
C. H.
Ahn
, and
J.
Zhu
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
033114
(
2010
).
9.
N.
Park
,
H.
Kang
,
J.
Park
,
Y.
Lee
,
Y.
Yun
,
J.
Lee
,
S.
Lee
,
Y. H.
Lee
, and
D.
Suh
,
ACS Nano
9
,
10729
(
2015
).
10.
H. S.
Lee
,
S. W.
Min
,
M. K.
Park
,
Y. T.
Lee
,
P. J.
Jeon
,
J. H.
Kim
,
S.
Ryu
, and
S.
Im
,
Small
8
,
3111
(
2012
).
11.
C.
Ko
,
Y.
Lee
,
Y.
Chen
,
J.
Suh
,
D.
Fu
,
A.
Suslu
,
S.
Lee
,
J. D.
Clarkson
,
H. S.
Choe
,
S.
Tongay
,
R.
Ramesh
, and
J.
Wu
,
Adv. Mater.
28
,
2923
(
2016
).
12.
F. A.
McGuire
,
Z.
Cheng
,
K.
Price
, and
A. D.
Franklin
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
093101
(
2016
).
13.
X. W.
Zhang
,
D.
Xie
,
J. L.
Xu
,
Y. L.
Sun
,
X.
Li
,
C.
Zhang
,
R. X.
Dai
,
Y. F.
Zhao
,
X. M.
Li
,
X.
Li
, and
H. W.
Zhu
,
IEEE Electron Device Lett.
36
,
784
(
2015
).
14.
A.
Lipatov
,
P.
Sharma
,
A.
Gruverman
, and
A.
Sinitskii
,
ACS Nano
9
,
8089
(
2015
).
15.
A.
Nguyen
,
P.
Sharma
,
T.
Scott
,
E.
Preciado
,
V.
Klee
,
D.
Sun
,
I. H.
Lu
,
D.
Barroso
,
S.
Kim
,
V. Y.
Shur
,
A. R.
Akhmatkhanov
,
A.
Gruverman
,
L.
Bartels
, and
P. A.
Dowben
,
Nano Lett.
15
,
3364
(
2015
).
16.
C.
Zhou
,
X.
Wang
,
S.
Raju
,
Z.
Lin
,
D.
Villaroman
,
B.
Huang
,
H. L.-W.
Chan
,
M.
Chan
, and
Y.
Chai
,
Nanoscale
7
,
8695
(
2015
).
17.
M. M.
Benameur
,
B.
Radisavljevic
,
J. S.
Héron
,
S.
Sahoo
,
H.
Berger
, and
A.
Kis
,
Nanotechnology
22
,
125706
(
2011
).
18.
Y.
Ye
,
Z. J.
Wong
,
X.
Lu
,
X.
Ni
,
H.
Zhu
,
X.
Chen
,
Y.
Wang
, and
X.
Zhang
,
Nat. Photonics
9
,
733
(
2015
).
19.
H.
Qiu
,
L.
Pan
,
Z.
Yao
,
J.
Li
,
Y.
Shi
, and
X.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
123104
(
2012
).
20.
B. W. H.
Baugher
,
H. O. H.
Churchill
,
Y.
Yang
, and
P.
Jarillo-herrero
,
Nano Lett.
13
,
4212
4216
(
2013
).
21.
X.
Chen
,
Z.
Wu
,
S.
Xu
,
L.
Wang
,
R.
Huang
,
Y.
Han
,
W.
Ye
,
W.
Xiong
,
T.
Han
,
G.
Long
,
Y.
Wang
,
Y.
He
,
Y.
Cai
,
P.
Sheng
, and
N.
Wang
,
Nat. Commun.
6
,
6088
(
2015
).
22.
B.
Radisavljevic
and
A.
Kis
,
Nat. Mater.
12
,
815
(
2013
).
23.
J. T.
Ye
,
Y. J.
Zhang
,
R.
Akashi
,
M. S.
Bahramy
,
R.
Arita
, and
Y.
Iwasa
,
Science
338
(
80
),
1193
(
2012
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.