Faible variabilité dans les dispositifs de MoS2 en monolayer synthétiques

Malgré un grand intérêt pour les applications de tissus bidimensionnels (2D) tels que le MoS2, la plupart des études se sont jusqu'à présent concentrées sur un ou quelques dispositifs. Ici, nous examinons la variabilité de centaines de transistors en MoS2 en monolayer synthétisé par dépôt chimique en phase vapeur. Une fabrication ultraclean produit une rugosité de surface faible d'environ 3 Å et une variabilité étonnamment basse des paramètres clés des dispositifs, compte tenu de la nature atomiquement mince du matériau. La variation de la tension de seuil et une très faible hystérésis suggèrent des variations de densité de charge et des pièges aussi faibles que ∼10^11 cm−2. Trois méthodes d'extraction (effet de champ, fonction Y et mobilité effective) révèlent indépendamment des mobilités de 30 à 45 cm²/V/s (10e à 90e percentile ; valeur maximale ∼48 cm²/V/s) sur des surfaces >1 cm². Les propriétés électriques sont remarquablement immunisées contre la présence de régions en double couche, qui ne provoquent que de faibles décalages de bande de conduction (∼55 meV) mesurés par microscopie à sonde de Kelvin, un ordre de grandeur inférieur aux variations d'énergie dans des films de Si de même épaisseur. Les données sont également utilisées comme intrants pour des simulations de circuits Monte Carlo afin de comprendre les effets de la variabilité des matériaux sur la variation des circuits. Ces avancées répondent à des étapes clés manquantes requises pour intégrer les semi-conducteurs 2D dans des systèmes fonctionnels.