We demonstrate a vertical field-effect transistor based on a graphene/MoSe2 van der Waals (vdW) heterostructure. The vdW interface between the graphene and MoSe2 exhibits a Schottky barrier with an ideality factor of around 1.3, suggesting a high-quality interface. Owing to the low density of states in graphene, the position of the Fermi level in the graphene can be strongly modulated by an external electric field. Therefore, the Schottky barrier height at the graphene/MoSe2 vdW interface is also modulated. We demonstrate a large current ON-OFF ratio of 105. These results point to the potential high performance of the graphene/MoSe2 vdW heterostructure for electronics applications.

1.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
(
2013
).
2.
T.
Georgiou
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
S. V.
Morozov
,
Y.-J.
Kim
,
A.
Gholinia
,
S. J.
Haigh
,
O.
Makarovsky
,
L.
Eaves
,
L. A.
Ponomarenko
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
, and
A.
Mishchenko
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
100
(
2013
).
3.
W. J.
Yu
,
Z.
Li
,
H.
Zhou
,
Y.
Chen
,
Y.
Wang
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nat. Mater.
12
,
246
(
2013
).
4.
R.
Moriya
,
T.
Yamaguchi
,
Y.
Inoue
,
S.
Morikawa
,
Y.
Sata
,
S.
Masubuchi
, and
T.
Machida
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
083119
(
2014
).
5.
T.
Yamaguchi
,
R.
Moriya
,
Y.
Inoue
,
S.
Morikawa
,
S.
Masubuchi
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
T.
Machida
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
223109
(
2014
).
6.
L.
Britnell
,
R. M.
Ribeiro
,
A.
Eckmann
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
A.
Mishchenko
,
Y. J.
Kim
,
R. V.
Gorbachev
,
T.
Georgiou
,
S. V.
Morozov
,
A. N.
Grigorenko
,
A. K.
Geim
,
C.
Casiraghi
,
A. H. C.
Neto
, and
K. S.
Novoselov
,
Science
340
,
1311
(
2013
).
7.
W. J.
Yu
,
Y.
Liu
,
H.
Zhou
,
A.
Yin
,
Z.
Li
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
952
(
2013
).
8.
A.
Avsar
,
J. Y.
Tan
,
T.
Taychatanapat
,
J.
Balakrishnan
,
G. K. W.
Koon
,
Y.
Yeo
,
J.
Lahiri
,
A.
Carvalho
,
A. S.
Rodin
,
E. C. T.
O'Farrell
,
G.
Eda
,
A. H.
Castro Neto
, and
B.
Özyilmaz
,
Nat. Commun.
5
,
4875
(
2014
).
9.
D.
Akinwande
,
N.
Petrone
, and
J.
Hone
,
Nat. Commun.
5
,
5678
(
2014
).
10.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
11.
S.
Tongay
,
J.
Zhou
,
C.
Ataca
,
K.
Lo
,
T. S.
Matthews
,
J.
Li
,
J. C.
Grossman
, and
J.
Wu
,
Nano Lett.
12
,
5576
(
2012
).
12.
H.
Peelaers
and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
86
,
241401
(
2012
).
13.
J.
Kang
,
S.
Tongay
,
J.
Zhou
,
J.
Li
, and
J.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
012111
(
2013
).
14.
J. S.
Ross
,
S.
Wu
,
H.
Yu
,
N. J.
Ghimire
,
A. M.
Jones
,
G.
Aivazian
,
J.
Yan
,
D. G.
Mandrus
,
D.
Xiao
,
W.
Yao
, and
X.
Xu
,
Nat. Commun.
4
,
1474
(
2013
).
15.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
I.
Meric
,
C.
Lee
,
L.
Wang
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
722
(
2010
).
16.
T.
Taychatanapat
and
P.
Jarillo-Herrero
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
166601
(
2010
).
17.
S. M.
Sze
and
K. K.
Ng
,
Physics of Semiconductor Devices
, 3rd ed. (
Wiley
,
New York
,
2007
), p.
134
.
18.
Y.
Sata
,
R.
Moriya
,
T.
Yamaguchi
,
Y.
Inoue
,
S.
Morikawa
,
N.
Yabuki
,
S.
Masubuchi
, and
T.
Machida
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
54
,
04DJ04
(
2015
).
19.
R.
Moriya
,
T.
Yamaguchi
,
Y.
Inoue
,
Y.
Sata
,
S.
Morikawa
,
S.
Masubuchi
, and
T.
Machida
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
223103
(
2015
).
20.
A.
Kumar
and
P. K.
Ahluwalia
,
Physica B
407
,
4627
(
2012
).
21.
C.
Subhash
and
K.
Jitendra
,
Semicond. Sci. Technol.
11
,
1203
(
1996
).
22.
M.
Missous
and
E. H.
Rhoderick
,
J. Appl. Phys.
69
,
7142
(
1991
).
23.
D.
Sinha
and
J. U.
Lee
,
Nano Lett.
14
,
4660
(
2014
).
You do not currently have access to this content.