This study demonstrates a low-temperature Ohmic contact to WSe2 using a van der Waals (vdW) junction between highly p-doped MoS2 (p+-MoS2) and WSe2. p+-MoS2 exhibits a large work function comparable to that of a well-known metal such as Pt. Owing to its layered crystal structure, p+-MoS2 can easily be exfoliated to obtain atomically flat, freshly cleaved surfaces. Moreover, it is stable in air; therefore, this material can be used as an efficient hole-injection contact to a transition metal dichalcogenide semiconductor like WSe2. An h-BN encapsulated WSe2 field effect transistor (FET) was fabricated, having electrical contacts in the form of two flakes of exfoliated p+-MoS2. The fabricated FET demonstrated Ohmic contact behavior under hole doping between room temperature (295 K) and liquid helium temperature (4.2 K). Further, owing to the low contact resistance of the p+-MoS2/p-WSe2 junction, metal-to-insulator transition of WSe2 was observed upon hole doping, as well as quantum oscillation under the application of a magnetic field. On the basis of the Arrhenius plot, a potential barrier height of ∼41 meV at the p+-MoS2/p-WSe2 junction was determined; we infer that this value is limited by the carrier depletion region of p+-MoS2 at the junction. Overall, this appears to indicate potential high performance of the p+-MoS2/WSe2 vdW Ohmic contact.

1.
A.
Prakash
and
J.
Appenzeller
,
ACS Nano
11
,
1626
(
2017
).
2.
W.
Zhao
,
Z.
Ghorannevis
,
L.
Chu
,
M.
Toh
,
C.
Kloc
,
P.-H.
Tan
, and
G.
Eda
,
ACS Nano
7
,
791
(
2013
).
3.
A.
Arora
,
M.
Koperski
,
K.
Nogajewski
,
J.
Marcus
,
C.
Faugeras
, and
M.
Potemski
,
Nanoscale
7
,
10421
(
2015
).
4.
R.
Roldán
,
J. A.
Silva-Guillén
,
M. P.
López-Sancho
,
F.
Guinea
,
E.
Cappelluti
, and
P.
Ordejón
,
Ann. Phys.
526
,
347
(
2014
).
5.
T. Y.
Jeong
,
H.
Kim
,
S.-J.
Choi
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
K. J.
Yee
,
Y.-S.
Kim
, and
S.
Jung
,
Nat. Commun.
10
,
3825
(
2019
).
6.
S.
Das
and
J.
Appenzeller
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
103501
(
2013
).
7.
S.
Das
,
R.
Gulotty
,
A. V.
Sumant
, and
A.
Roelofs
,
Nano Lett.
14
,
2861
(
2014
).
8.
H.-J.
Chuang
,
X.
Tan
,
N. J.
Ghimire
,
M. M.
Perera
,
B.
Chamlagain
,
M. M.-C.
Cheng
,
J.
Yan
,
D.
Mandrus
,
D.
Tománek
, and
Z.
Zhou
,
Nano Lett.
14
,
3594
(
2014
).
9.
H.
Kim
,
G. H.
Ahn
,
J.
Cho
,
M.
Amani
,
J. P.
Mastandrea
,
C. K.
Groschner
,
D.-H.
Lien
,
Y.
Zhao
,
J. W.
Ager
,
M. C.
Scott
,
D. C.
Chrzan
, and
A.
Javey
,
Sci. Adv.
5
,
eaau4728
(
2019
).
10.
Y.
Jung
,
M. S.
Choi
,
A.
Nipane
,
A.
Borah
,
B.
Kim
,
A.
Zangiabadi
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
W. J.
Yoo
,
J.
Hone
, and
J. T.
Teherani
,
Nat. Electron.
2
,
187
(
2019
).
11.
Y.
Sata
,
R.
Moriya
,
S.
Masubuchi
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
T.
Machida
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
56
,
04CK09
(
2017
).
12.
H. C. P.
Movva
,
A.
Rai
,
S.
Kang
,
K.
Kim
,
B.
Fallahazad
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
E.
Tutuc
, and
S. K.
Banerjee
,
ACS Nano
9
,
10402
(
2015
).
13.
S.
Xu
,
Z.
Wu
,
H.
Lu
,
Y.
Han
,
G.
Long
,
X.
Chen
,
T.
Han
,
W.
Ye
,
Y.
Wu
,
J.
Lin
,
J.
Shen
,
Y.
Cai
,
Y.
He
,
F.
Zhang
,
R.
Lortz
,
C.
Cheng
, and
N.
Wang
,
2D Mater.
3
,
021007
(
2016
).
14.
M. V.
Gustafsson
,
M.
Yankowitz
,
C.
Forsythe
,
D.
Rhodes
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
J.
Hone
,
X.
Zhu
, and
C. R.
Dean
,
Nat. Mater.
17
,
411
(
2018
).
15.
B.
Fallahazad
,
H. C. P.
Movva
,
K.
Kim
,
S.
Larentis
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
S. K.
Banerjee
, and
E.
Tutuc
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
086601
(
2016
).
16.
S.
Xu
,
J.
Shen
,
G.
Long
,
Z.
Wu
,
Z-Q
Bao
,
C.-C.
Liu
,
X.
Xiao
,
T.
Han
,
J.
Lin
,
Y.
Wu
,
H.
Lu
,
J.
Hou
,
L.
An
,
Y.
Wang
,
Y.
Cai
,
K. M.
Ho
,
Y.
He
,
R.
Lortz
,
F.
Zhang
, and
N.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
067702
(
2017
).
17.
K. L.
Seyler
,
P.
Rivera
,
H.
Yu
,
N. P.
Wilson
,
E. L.
Ray
,
D. G.
Mandrus
,
J.
Yan
,
W.
Yao
, and
X.
Xu
,
Nature
567
,
66
(
2019
).
18.
K.
Tran
,
G.
Moody
,
F.
Wu
,
X.
Lu
,
J.
Choi
,
K.
Kim
,
A.
Rai
,
D. A.
Sanchez
,
J.
Quan
,
A.
Singh
,
J.
Embley
,
A.
Zepeda
,
M.
Campbell
,
T.
Autry
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
N.
Lu
,
S. K.
Banerjee
,
K. L.
Silverman
,
S.
Kim
,
E.
Tutuc
,
L.
Yang
,
A. H.
MacDonald
, and
X.
Li
,
Nature
567
,
71
(
2019
).
19.
C.
Jin
,
E. C.
Regan
,
A.
Yan
,
M.
Iqbal Bakti Utama
,
D.
Wang
,
S.
Zhao
,
Y.
Qin
,
S.
Yang
,
Z.
Zheng
,
S.
Shi
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
S.
Tongay
,
A.
Zettl
, and
F.
Wang
,
Nature
567
,
76
(
2019
).
20.
E. C.
Regan
,
D.
Wang
,
C.
Jin
,
M. I.
Bakti Utama
,
B.
Gao
,
X.
Wei
,
S.
Zhao
,
W.
Zhao
,
Z.
Zhang
,
K.
Yumigeta
,
M.
Blei
,
J. D.
Carlström
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
S.
Tongay
,
M.
Crommie
,
A.
Zettl
, and
F.
Wang
,
Nature
579
,
359
(
2020
).
21.
Y.
Tang
,
L.
Li
,
T.
Li
,
Y.
Xu
,
S.
Liu
,
K.
Barmak
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
A. H.
MacDonald
,
J.
Shan
, and
K. F.
Mak
,
Nature
579
,
353
(
2020
).
22.
D. S.
Schulman
,
A. J.
Arnold
, and
S.
Das
,
Chem. Soc. Rev.
47
,
3037
(
2018
).
23.
J. R.
Durán Retamal
,
D.
Periyanagounder
,
J.-J.
Ke
,
M.-L.
Tsai
, and
J.-H.
He
,
Chem. Sci.
9
,
7727
(
2018
).
24.
Y.
Liu
,
N. O.
Weiss
,
X.
Duan
,
H.-C.
Cheng
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nat. Rev. Mater.
1
,
16042
(
2016
).
25.
A. V.
Kretinin
,
Y.
Cao
,
J. S.
Tu
,
G. L.
Yu
,
R.
Jalil
,
K. S.
Novoselov
,
S. J.
Haigh
,
A.
Gholinia
,
A.
Mishchenko
,
M.
Lozada
,
T.
Georgiou
,
C. R.
Woods
,
F.
Withers
,
P.
Blake
,
G.
Eda
,
A.
Wirsig
,
C.
Hucho
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
A. K.
Geim
, and
R. V.
Gorbachev
,
Nano Lett.
14
,
3270
(
2014
).
26.
D. G.
Purdie
,
N. M.
Pugno
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
A. C.
Ferrari
, and
A.
Lombardo
,
Nat. Commun.
9
,
5387
(
2018
).
27.
H.-J.
Chuang
,
B.
Chamlagain
,
M.
Koehler
,
M. M.
Perera
,
J.
Yan
,
D.
Mandrus
,
D.
Tománek
, and
Z.
Zhou
,
Nano Lett.
16
,
1896
(
2016
).
28.
A. R.
Kim
,
Y.
Kim
,
J.
Nam
,
H.-S.
Chung
,
D. J.
Kim
,
J.-D.
Kwon
,
S. W.
Park
,
J.
Park
,
S. Y.
Choi
,
B. H.
Lee
,
J. H.
Park
,
K. H.
Lee
,
D.-H.
Kim
,
S. M.
Choi
,
P. M.
Ajayan
,
M. G.
Hahm
, and
B.
Cho
,
Nano Lett.
16
,
1890
(
2016
).
29.
M. R.
Laskar
,
D. N.
Nath
,
L.
Ma
,
E. W.
Lee
,
C. H.
Lee
,
T.
Kent
,
Z.
Yang
,
R.
Mishra
,
M. A.
Roldan
,
J.-C.
Idrobo
,
S. T.
Pantelides
,
S. J.
Pennycook
,
R. C.
Myers
,
Y.
Wu
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
092104
(
2014
).
30.
J.
Suh
,
T.-E.
Park
,
D.-Y.
Lin
,
D.
Fu
,
J.
Park
,
H. J.
Jung
,
Y.
Chen
,
C.
Ko
,
C.
Jang
,
Y.
Sun
,
R.
Sinclair
,
J.
Chang
,
S.
Tongay
, and
J.
Wu
,
Nano Lett.
14
,
6976
(
2014
).
31.
S.
Das
,
M.
Demarteau
, and
A.
Roelofs
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
173506
(
2015
).
32.
H.
Gao
,
J.
Suh
,
M. C.
Cao
,
A. Y.
Joe
,
F.
Mujid
,
K.-H.
Lee
,
S.
Xie
,
P.
Poddar
,
J.-U.
Lee
,
K.
Kang
,
P.
Kim
,
D. A.
Muller
, and
J.
Park
,
Nano Lett.
20
,
4095
(
2020
).
33.
P.
Schmidt
,
F.
Vialla
,
S.
Latini
,
M.
Massicotte
,
K.-J.
Tielrooij
,
S.
Mastel
,
G.
Navickaite
,
M.
Danovich
,
D. A.
Ruiz-Tijerina
,
C.
Yelgel
,
V.
Fal'ko
,
K. S.
Thygesen
,
R.
Hillenbrand
, and
F. H. L.
Koppens
,
Nat. Nanotechnol.
13
,
1035
(
2018
).
34.
M.
Onodera
,
S.
Masubuchi
,
R.
Moriya
, and
T.
Machida
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
59
,
010101
(
2020
).
35.
Y.
Liu
,
H.
Wu
,
H.-C.
Cheng
,
S.
Yang
,
E.
Zhu
,
Q.
He
,
M.
Ding
,
D.
Li
,
J.
Guo
,
N. O.
Weiss
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nano Lett.
15
,
3030
(
2015
).
36.
H. C. P.
Movva
,
B.
Fallahazad
,
K.
Kim
,
S.
Larentis
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
S. K.
Banerjee
, and
E.
Tutuc
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
247701
(
2017
).
37.
A.
Allain
,
J.
Kang
,
K.
Banerjee
, and
A.
Kis
,
Nat. Mater.
14
,
1195
(
2015
).
38.
S.
McDonnell
,
A.
Azcatl
,
R.
Addou
,
C.
Gong
,
C.
Battaglia
,
S.
Chuang
,
K.
Cho
,
A.
Javey
, and
R. M.
Wallace
,
ACS Nano
8
,
6265
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.