p~+-MoS_2/WSe_2接合を用いたWse_2への低温オーミック電極の実現

摘要

層状半導体WSe2は面直方向の量子閉じ込めによるサブバンド準位が形成されるため、遠赤外光デバイスへの応用が期待されている。これまで、WSe2表面に金属を蒸着した電極形成では金属/WSe2界面でのピニング効果により、低温でのオーミック電極の実現が困難であった。この問題を解決するため、本研究では、p+-MoS2/WSe2 ファンデルワールス(vdW)接合を電極として用いたWSe2トランジスタを作製し、低温での伝導を評価した。劈開したh-BN, WSe2 (数層), p+-MoS2 (~30 nm), h-BN結晶を繰り返し転写し、図(a)のような構造を作製した。デバイスの顕微鏡写真を図(b)に示す。低温4.2 K、バックゲート電圧VBG=-70 Vにおいてオーミック伝導を実現した[図(c)]。短チャネルデバイスのソースドレイン電流の温度依存性からアレニウスプロットにより p+-MoS2/WSe2界面でのポテンシャル障壁を算出した[図(d)]。得られた障壁の高さj~40 meVは、過去に報告されたWSe2へのp型電極の障壁よりも低い値である。この結果は、界面でのピニング効果とそれに由来するショットキー障壁をvdW界面により回避できたことを示唆している。同様の手法で作製した長チャネルデバイスではWSe2の金属-絶縁体転移[図(e)]や Shubnikov-de Haas(SdH)振動[図(f)]を観測した。これは p+-MoS2/WSe2接合が低温でも十分低抵抗なオーミック電極として動作することの証左である。