We propose a semi-suspended device structure and construct nanogapped, hysteresis-free field-effect transistors (FETs), based on the van der Waals stacking technique. The structure, which features a semi-suspended channel above a submicrometer-long wedge-like nanogap, is fulfilled by transferring ultraclean boron nitride-supported MoS2 channels directly onto dielectric-spaced vertical source/drain stacks. Electronic characterization and analyses reveal a high overall device quality, including ultraclean channel interfaces, negligible electrical scanning hysteresis, and Ohmic contacts in the structures. The unique hollow FET structure holds the potential for exploiting reliable electronics as well as nanofluid and pressure sensors.
References
1.
Y.-C.
Huang
, Y.
Liu
, C.
Ma
, H.-C.
Cheng
, Q.
He
, H.
Wu
, C.
Wang
, C.-Y.
Lin
, Y.
Huang
, and X.
Duan
, Nat. Electron.
3
, 59
–69
(2020
).2.
B. L.
Li
, J.
Wang
, H. L.
Zou
, S.
Garaj
, C. T.
Lim
, J.
Xie
, N. B.
Li
, and D. T.
Leong
, Adv. Funct. Mater.
26
, 7034
–7056
(2016
).3.
B.
Liu
, L.
Chen
, G.
Liu
, A. N.
Abbas
, M.
Fathi
, and C.
Zhou
, ACS Nano
8
, 5304
–5314
(2014
).4.
L.
Liu
, K.
Ye
, C.
Lin
, Z.
Jia
, T.
Xue
, A.
Nie
, Y.
Cheng
, J.
Xiang
, C.
Mu
, B.
Wang
, F.
Wen
, K.
Zhai
, Z.
Zhao
, Y.
Gong
, Z.
Liu
, and Y.
Tian
, Nat. Commun.
12
, 3870
(2021
).5.
C.
Ma
, D.
Xu
, P.
Wang
, Z.
Lin
, J.
Zhou
, C.
Jia
, J.
Huang
, S.
Li
, Y.
Huang
, and X.
Duan
, Nano Res.
14
, 3395
–3401
(2021
).6.
J.
Ping
, Z.
Fan
, M.
Sindoro
, Y.
Ying
, and H.
Zhang
, Adv. Funct. Mater.
27
, 1605817
(2017
).7.
M.
Tannarana
, G. K.
Solanki
, S. A.
Bhakhar
, K. D.
Patel
, V. M.
Pathak
, and P. M.
Pataniya
, ACS Sustainable Chem. Eng.
8
, 7741
–7749
(2020
).8.
S.
Wagner
, C.
Yim
, N.
McEvoy
, S.
Kataria
, V.
Yokaribas
, A.
Kuc
, S.
Pindl
, C.-P.
Fritzen
, T.
Heine
, G. S.
Duesberg
, and M. C.
Lemme
, Nano Lett.
18
, 3738
–3745
(2018
).9.
S. B.
Desai
, S. R.
Madhvapathy
, A. B.
Sachid
, J. P.
Llinas
, Q.
Wang
, G. H.
Ahn
, G.
Pitner
, M. J.
Kim
, J.
Bokor
, C.
Hu
, H.-S. P.
Wong
, and A.
Javey
, Science
354
, 99
–102
(2016
).10.
M.-Y.
Li
, S.-K.
Su
, H.-S. P.
Wong
, and L.-J.
Li
, Nature
567
, 167
–170
(2019
).11.
S.-L.
Li
, K.
Tsukagoshi
, E.
Orgiu
, and P.
Samori
, Chem. Soc. Rev.
45
, 118
–151
(2016
).12.
Y.
Liu
, X.
Duan
, H.-J.
Shin
, S.
Park
, Y.
Huang
, and X.
Duan
, Nature
591
, 43
–53
(2021
).13.
F.
Wu
, H.
Tian
, Y.
Shen
, Z.
Hou
, J.
Ren
, G.
Gou
, Y.
Sun
, Y.
Yang
, and T.-L.
Ren
, Nature
603
, 259
–264
(2022
).14.
J.
Shu
, G.
Wu
, Y.
Guo
, B.
Liu
, X.
Wei
, and Q.
Chen
, Nanoscale
8
, 3049
–3056
(2016
).15.
X.
Zou
, J.
Wang
, C.-H.
Chiu
, Y.
Wu
, X.
Xiao
, C.
Jiang
, W.-W.
Wu
, L.
Mai
, T.
Chen
, J.
Li
, J. C.
Ho
, and L.
Liao
, Adv. Mater.
26
, 6255
–6261
(2014
).16.
X.
Cui
, G.-H.
Lee
, Y. D.
Kim
, G.
Arefe
, P. Y.
Huang
, C.-H.
Lee
, D. A.
Chenet
, X.
Zhang
, L.
Wang
, F.
Ye
, F.
Pizzocchero
, B. S.
Jessen
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, D. A.
Muller
, T.
Low
, P.
Kim
, and J.
Hone
, Nat. Nanotechnol.
10
, 534
–540
(2015
).17.
G.-H.
Lee
, X.
Cui
, Y. D.
Kim
, G.
Arefe
, X.
Zhang
, C.-H.
Lee
, F.
Ye
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, P.
Kim
, and J.
Hone
, ACS Nano
9
, 7019
–7026
(2015
).18.
B.
Liang
, A.
Wang
, J.
Zhou
, S.
Ju
, J.
Chen
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, Y.
Shi
, and S.
Li
, ACS Appl. Mater. Interfaces
14
, 18697
–18703
(2022
).19.
L.
Wang
, I.
Meric
, P. Y.
Huang
, Q.
Gao
, Y.
Gao
, H.
Tran
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, L. M.
Campos
, D. A.
Muller
, J.
Guo
, P.
Kim
, J.
Hone
, K. L.
Shepard
, and C. R.
Dean
, Science
342
, 614
–617
(2013
).20.
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
–3034
(2015
).21.
A.
Dankert
, L.
Langouche
, M. V.
Kamalakar
, and S. P.
Dash
, ACS Nano
8
, 476
–482
(2014
).22.
C. D.
English
, G.
Shine
, V. E.
Dorgan
, K. C.
Saraswat
, and E.
Pop
, Nano Lett.
16
, 3824
–3830
(2016
).23.
T. Y.
Hung
, S.-Y.
Wang
, C.-P.
Chuu
, Y.-Y.
Chung
, A.-S.
Chou
, F.-S.
Huang
, T.
Chen
, M.-Y.
Li
, C.-C.
Cheng
, J.
Cai
, C.-H.
Chien
, W.-H.
Chang
, H.-S. P.
Wong
, and L.-J.
Li
, in International Electron Devices Meeting
, 2020
.24.
G.
Pande
, J.-Y.
Siao
, W.-L.
Chen
, C.-J.
Lee
, R.
Sankar
, Y.-M.
Chang
, C.-D.
Chen
, W.-H.
Chang
, F.-C.
Chou
, and M.-T.
Lin
, ACS Appl. Mater. Interfaces
12
, 18667
–18673
(2020
).25.
P.-C.
Shen
, C.
Su
, Y.
Lin
, A.-S.
Chou
, C.-C.
Cheng
, J.-H.
Park
, M.-H.
Chiu
, A.-Y.
Lu
, H.-L.
Tang
, M. M.
Tavakoli
, G.
Pitner
, X.
Ji
, Z.
Cai
, N.
Mao
, J.
Wang
, V.
Tung
, J.
Li
, J.
Bokor
, A.
Zettl
, C.-I.
Wu
, T.
Palacios
, L.-J.
Li
, and J.
Kong
, Nature
593
, 211
–217
(2021
).26.
Y.
Wang
, J. C.
Kim
, R. J.
Wu
, J.
Martinez
, X.
Song
, J.
Yang
, F.
Zhao
, K. A.
Mkhoyan
, H. Y.
Jeong
, and M.
Chhowalla
, Nature
568
, 70
–74
(2019
).27.
S.-L.
Li
, H.
Miyazaki
, H.
Hiura
, C.
Liu
, and K.
Tsukagoshi
, ACS Nano
5
, 500
–506
(2011
).28.
S.-L.
Li
, H.
Miyazaki
, A.
Kumatani
, A.
Kanda
, and K.
Tsukagoshi
, Nano Lett.
10
, 2357
–2362
(2010
).29.
G.
Ghibaudo
, Electron. Lett.
24
, 543
(1988
).30.
H.-Y.
Chang
, W.
Zhu
, and D.
Akinwande
, Appl. Phys. Lett.
104
, 113504
(2014
).31.
J.
Wang
, Q.
Yao
, C.-W.
Huang
, X.
Zou
, L.
Liao
, S.
Chen
, Z.
Fan
, K.
Zhang
, W.
Wu
, X.
Xiao
, C.
Jiang
, and W.-W.
Wu
, Adv. Mater.
28
, 8302
–8308
(2016
).32.
X.
Cui
, E.-M.
Shih
, L. A.
Jauregui
, S. H.
Chae
, Y. D.
Kim
, B.
Li
, D.
Seo
, K.
Pistunova
, J.
Yin
, J.-H.
Park
, H.-J.
Choi
, Y. H.
Lee
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, P.
Kim
, C. R.
Dean
, and J. C.
Hone
, Nano Lett.
17
, 4781
–4786
(2017
).33.
S.-L.
Li
, K.
Komatsu
, S.
Nakaharai
, Y.-F.
Lin
, M.
Yamamoto
, X.
Duan
, and K.
Tsukagoshi
, ACS Nano
8
, 12836
–12842
(2014
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.
