mote2フィールドエフェクトトランジスタのための自己組織化単層ドーピング：遷移金属ジカルコゲニドのPNドーピング課題の克服

遷移金属ジカルコゲニド（TMD）は、シリコンベースの電子デバイスの統合制限を潜在的に克服できる次世代半導体材料として大きな注目を集めています。ただし、シリコンベースの半導体のものとは異なり、電気特性を効果的に制御するための確立されたPNドーピング方法がないため、TMDを半導体として利用することは課題です。イオン移植などの従来のPNドーピング方法は、TMDに格子損傷を誘発する可能性があります。したがって、格子損傷を最小限に抑えながらショットキーバリアを制御できる化学ドーピング方法が望ましい。ここでは、1.1 eVの直接バンドギャップのために、六角形の相を持ち、電子と穴の同時輸送を可能にするため、六角形の相を持ち、偏極電界効果トランジスタ（FET）特性を示します。化学ドーパントとして自己組織化された単層（SAMS）を使用して、両極Mote2 FETにおけるPまたはN型ユニポーラFETの製造を実証します。具体的には、化学ドーピングのためにSAMSとして、1H、1H、2H、2H PerfluOROOCTYLTRIETHOXYSILANEおよび（3-アミノプロピル）トリエトキシシランを使用しています。選択的なSAMは、SAMの双極子効果により、Mote2 FETの穴と電荷輸送能力をそれぞれ18.4倍および4.6倍効果的に増加させます。さらに、SAMコーティングによるMOTE2のラマンシフトは、成功したPおよびN型ドーピングを確認します。最後に、SAMSドープのMote2 FETを使用して相補的なインバーターの製造を実証します。これは、非補完的なインバーターと比較して明確なフルスイング機能を示します。

Transition metal dichalcogenides (TMDs) have gained significant attention as next-generation semiconductor materials that could potentially overcome the integration limits of silicon-based electronic devices. However, a challenge in utilizing TMDs as semiconductors is the lack of an established PN doping method to effectively control their electrical properties, unlike those of silicon-based semiconductors. Conventional PN doping methods, such as ion implantation, can induce lattice damage in TMDs. Thus, chemical doping methods that can control the Schottky barrier while minimizing lattice damage are desirable. Here, we focus on the molybdenum ditelluride (2H-MoTe2), which has a hexagonal phase and exhibits ambipolar field-effect transistor (FET) properties due to its direct band gap of 1.1 eV, enabling concurrent transport of electrons and holes. We demonstrate the fabrication of p- or n-type unipolar FETs in ambipolar MoTe2 FETs using self-assembled monolayers (SAMs) as chemical dopants. Specifically, we employ 1H,1H,2H,2H perfluorooctyltriethoxysilane and (3-aminopropyl)triethoxysilane as SAMs for chemical doping. The selective SAMs effectively increase the hole and electron charge transport capabilities in MoTe2 FETs by 18.4- and 4.6-fold, respectively, due to the dipole effect of the SAMs. Furthermore, the Raman shift of MoTe2 by SAM coating confirms the successful p- and n-type doping. Finally, we demonstrate the fabrication of complementary inverters using SAMs-doped MoTe2 FETs, which exhibit clear full-swing capability compared to undoped complementary inverters.