Low-resistance contact has long been pursued in the two-dimensional (2D) electronic/optoelectronic device community. Still, an economy-efficient method highly compatible with the conventional 2D device fabrication process in laboratory remains to be explored. Herein, we report a plasma-optimized contact strategy for high-performance PdSe2 nanoflake-based field-effect transistors (FETs). Selenium vacancies created by air plasma can introduce p-type doping in the contact area, thus optimizing the device performance. The effect of plasma treatment on PdSe2 nanoflake is corroborated by high-resolution transmission electron microscopy, energy-dispersive x-ray spectroscopy spectrum, atomic force microscopy, and Kelvin probe force microscopy. The PdSe2 FET with plasma-optimized contact exhibits significantly improved field-effect carrier mobilities, current on/off ratios, and reduced contact resistance than that without plasma treatment fabricated from the same PdSe2 nanoflake. Moreover, this strategy has also been proven effective to prepare high-performance FETs based on 2D WSe2 and MoSe2 nanoflakes, further demonstrating its application prospect.

1.
C.
Tan
,
X.
Cao
,
X.-J.
Wu
,
Q.
He
,
J.
Yang
,
X.
Zhang
,
J.
Chen
,
W.
Zhao
,
S.
Han
,
G.-H.
Nam
,
M.
Sindoro
, and
H.
Zhang
,
Chem. Rev.
117
,
6225
(
2017
).
2.
C.
Chang
,
W.
Chen
,
Y.
Chen
,
Y.
Chen
,
Y.
Chen
,
F.
Ding
,
C.
Fan
,
H.
Fan
,
Z.
Fan
,
C.
Gong
,
Y.
Gong
,
Q.
He
,
X.
Hong
,
S.
Hu
,
W.
Hu
,
W.
Huang
,
Y.
Huang
,
W.
Ji
,
D.
Li
,
L.
Li
,
Q.
Li
,
L.
Lin
,
C.
Ling
,
M.
Liu
,
N.
Liu
,
Z.
Liu
,
K.
Loh
,
J.
Ma
,
F.
Miao
,
H.
Peng
et al,
Acta Phys. Chim. Sin.
37
,
2108017
(
2021
).
3.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
147
(
2011
).
4.
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
).
5.
F.
Wu
,
H.
Tian
,
Y.
Shen
,
Z.
Hou
,
J.
Ren
,
G.
Gou
,
Y.
Sun
,
Y.
Yang
, and
T.-L.
Ren
,
Nature
603
,
259
(
2022
).
6.
S.
Aftab
,
M. Z.
Iqbal
,
S.
Hussain
,
H. H.
Hegazy
,
F.
Kabir
,
S. H. A.
Jaffery
, and
G.
Koyyada
,
Chem. Eng. J.
469
,
144039
(
2023
).
7.
S.
Aftab
,
A. A.
AI-Kahtani
,
M. Z.
Iqbal
,
S.
Hussain
, and
G.
Koyyada
,
Adv. Mater. Technol.
8
,
2202168
(
2023
).
8.
S.
Aftab
,
M. Z.
Iqbal
,
M. W.
Iqbal
, and
M. A.
Shehzad
,
Laser Photonics Rev.
17
,
2200429
(
2023
).
9.
S.
Aftab
,
M. Z.
Iqbal
,
Z.
Haider
,
M. W.
Iqbal
,
G.
Nazir
, and
M. A.
Shehzad
,
Adv. Opt. Mater.
10
,
2201288
(
2022
).
11.
R. W.
Keyes
,
Rep. Prog. Phys.
68
,
2701
(
2005
).
12.
A.
Allain
,
J.
Kang
,
K.
Banerjee
, and
A.
Kis
,
Nat. Mater.
14
,
1195
(
2015
).
13.
D. S.
Schulman
,
A. J.
Arnold
, and
S.
Das
,
Chem. Soc. Rev.
47
,
3037
(
2018
).
14.
F.
Urban
,
G.
Lupina
,
A.
Grillo
,
N.
Martucciello
, and
A. D.
Bartolomeo
,
Nano Express
1
,
010001
(
2020
).
15.
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
(
2013
).
16.
Z.
Yang
,
C.
Kim
,
K. Y.
Lee
,
M.
Lee
,
S.
Appalakondaiah
,
C. H.
Ra
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
K.
Cho
,
E.
Hwang
,
J.
Hone
, and
W. J.
Yoo
,
Adv. Mater.
31
,
1808231
(
2019
).
17.
H.
Choi
,
B. H.
Moon
,
J. H.
Kim
,
S. J.
Yun
,
G. H.
Han
,
S. G.
Leep
,
H. Z.
Gul
, and
Y. H.
Lee
,
ACS Nano
13
,
13169
(
2019
).
18.
Y.
Liu
,
J.
Guo
,
E. B.
Zhu
,
L.
Liao
,
S. J.
Lee
,
M. N.
Ding
,
I.
Shakir
,
V.
Gambin
,
Y.
Huang
, and
X. F.
Duan
,
Nature
557
,
696
(
2018
).
19.
L.
Liu
,
L.
Kong
,
Q.
Li
,
C.
He
,
L.
Ren
,
Q.
Tao
,
X.
Yang
,
J.
Lin
,
B.
Zhao
,
Z.
Li
,
Y.
Chen
,
W.
Li
,
W.
Song
,
Z.
Lu
,
G.
Li
,
S.
Li
,
X.
Duan
,
A.
Pan
,
L.
Liao
, and
Y.
Liu
,
Nat. Electron.
4
,
342
(
2021
).
20.
Y.
Wang
,
J. C.
Kim
,
R. J.
Wu
,
J.
Martinez
,
X.
Song
,
J.
Yang
,
F.
Zhao
,
A.
Mkhoyan
,
H. Y.
Jeong
, and
M.
Chhowalla
,
Nature
568
,
70
(
2019
).
21.
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
(
2021
).
22.
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
(
2016
).
23.
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
).
24.
G.
Kwon
,
Y.-H.
Choi
,
H.
Lee
,
H.-S.
Kim
,
J.
Jeong
,
K.
Jeong
,
M.
Baik
,
H.
Kwon
,
J.
Ahn
,
E.
Lee
, and
M.-H.
Cho
,
Nat. Electron.
5
,
241
(
2022
).
25.
W.
Li
,
X.
Gong
,
Z.
Yu
,
L.
Ma
,
W.
Sun
,
S.
Gao
,
Ç.
Köroğlu
,
W.
Wang
,
L.
Liu
,
T.
Li
,
H.
Ning
,
D.
Fan
,
Y.
Xu
,
X.
Tu
,
T.
Xu
,
L.
Sun
,
W.
Wang
,
J.
Lu
,
Z.
Ni
,
J.
Li
,
X.
Duan
,
P.
Wang
,
Y.
Nie
,
H.
Qiu
,
Y.
Shi
,
E.
Pop
,
J.
Wang
, and
X.
Wang
,
Nature
613
,
274
(
2023
).
26.
S.
Cho
,
S.
Kim
,
J. H.
Kim
,
J.
Zhao
,
J.
Seok
,
D. H.
Keum
,
J.
Baik
,
D. H.
Choe
,
K. J.
Chang
,
K.
Suenaga
,
S. W.
Kim
,
Y. H.
Lee
, and
H.
Yang
,
Science
349
,
625
(
2015
).
27.
X.
Zhang
,
Z.
Kang
,
L.
Gao
,
B.
Liu
,
H.
Yu
,
Q.
Liao
,
Z.
Zhang
, and
Y.
Zhang
,
Adv. Mater.
33
,
2104935
(
2021
).
28.
X.
Zhang
,
H.
Yu
,
W.
Tang
,
X.
Wei
,
L.
Gao
,
M.
Hong
,
Q.
Liao
,
Z.
Kang
,
Z.
Zhang
, and
Y.
Zhang
,
Adv. Mater.
34
,
2109521
(
2022
).
29.
S.
Aftab
,
M. Z.
Iqbal
,
M. W.
Iqbal
,
M.
Asghar
, and
H.
Ullah
,
J. Mater. Chem. C
10
,
14795
(
2022
).
30.
J.
Zha
,
M.
Luo
,
M.
Ye
,
T.
Ahmed
,
X.
Yu
,
D.-H.
Lien
,
Q.
He
,
D.
Lei
,
J. C.
Ho
,
J.
Bullock
,
K. B.
Crozier
, and
C.
Tan
,
Adv. Funct. Mater.
32
,
2111970
(
2022
).
31.
G.
Zhang
,
M.
Amani
,
A.
Chaturvedi
,
C.
Tan
,
J.
Bullock
,
X.
Song
,
H.
Kim
,
D.-H.
Lien
,
M. C.
Scott
,
H.
Zhang
, and
A.
Javey
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
253102
(
2019
).
32.
L.-H.
Zeng
,
D.
Wu
,
S.-H.
Lin
,
C.
Xie
,
H.-Y.
Yuan
,
W.
Lu
,
S. P.
Lau
,
Y.
Chai
,
L.-B.
Luo
,
Z.-J.
Li
, and
Y. H.
Tsang
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1806878
(
2019
).
33.
W.
Nishiyama
,
T.
Nishimura
,
K.
Ueno
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
, and
K.
Nagashio
,
Adv. Funct. Mater.
32
,
2108061
(
2022
).
34.
A. D.
Oyedele
,
S.
Yang
,
L.
Liang
,
A. A.
Puretzky
,
K.
Wang
,
J.
Zhang
,
P.
Yu
,
P. R.
Pudasaini
,
A. W.
Ghosh
,
Z.
Liu
,
C. M.
Rouleau
,
B. G.
Sumpter
,
M. F.
Chisholm
,
W.
Zhou
,
P. D.
Rack
,
D. B.
Geohegan
, and
K.
Xiao
,
J. Am. Chem. Soc.
139
,
14090
(
2017
).
35.
M.
Long
,
Y.
Wang
,
P.
Wang
,
X.
Zhou
,
H.
Xia
,
C.
Luo
,
S.
Huang
,
G.
Zhang
,
H.
Yan
,
Z.
Fan
,
X.
Wu
,
X.
Chen
,
W.
Lu
, and
W.
Hu
,
ACS Nano
13
,
2511
(
2019
).
36.
Z. J.
Han
,
A. T.
Murdock
,
D. H.
Seo
, and
A.
Bendavid
,
2D Mater.
5
,
032002
(
2018
).
37.
A. N.
Hoffman
,
Y.
Gu
,
J.
Tokash
,
J.
Woodward
,
K.
Xiao
, and
P. D.
Rack
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
12
,
7345
(
2020
).
38.
T.
Das
,
D.
Seo
,
J. E.
Seo
, and
J.
Chang
,
Adv. Electron. Mater.
6
,
2000008
(
2020
).
39.
P.
Yang
,
J.
Zha
,
G.
Gao
,
L.
Zheng
,
H.
Huang
,
Y.
Xia
,
S.
Xu
,
T.
Xiong
,
Z.
Zhang
,
Z.
Yang
,
Y.
Chen
,
D.-K.
Ki
,
J. J.
Liou
,
W.
Liao
, and
C.
Tan
,
Nano-Micro Lett.
14
,
109
(
2022
).
40.
Y.
Zhao
,
J.
Qiao
,
Z.
Yu
,
P.
Yu
,
K.
Xu
,
S. P.
Lau
,
W.
Zhou
,
Z.
Liu
,
X.
Wang
,
W.
Ji
, and
Y.
Chai
,
Adv. Mater.
29
,
1604230
(
2017
).
41.
A. D.
Bartolomeo
,
A.
Pelella
,
X.
Liu
,
F.
Miao
,
M.
Passacantando
,
F.
Giubileo
,
A.
Grillo
,
L.
Iemmo
,
F.
Urban
, and
S.
Liang
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1902483
(
2019
).
42.
D. K.
Schroder
,
Semiconductor Material and Device Characterization
(
John Wiley & Sons, Inc.
,
Canada
,
2006
), p.
101
.
43.
L.
Pi
,
C.
Hu
,
W.
Shen
,
L.
Li
,
P.
Luo
,
X.
Hu
,
P.
Chen
,
D.
Li
,
Z.
Li
,
X.
Zhou
, and
T.
Zhai
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2006774
(
2021
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.