INTEGRATED CIRCUITS BASED ON BILAYER MoS2 TRANSISTORS

 "Integrated Circuits Based on Bilayer MoS₂ Transistors". H. Wang, L. Yu, Y. -H. Lee, Y. Shi, A. Hsu, M. L. Chin, L. -J Li, M. Dubey, J. Kong, T. Palacios. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl302015v

Two-dimensional (2D) materials, such as molybdenum disulfide (MoS₂), have been shown to exhibit excellent electrical and optical properties. The semiconducting nature of MoS₂ allows it to overcome the shortcomings of zero-bandgap graphene, while still sharing many of graphene’s advantages for electronic and optoelectronic applications. Discrete electronic and optoelectronic components, such as field-effect transistors, sensors, and photodetectors made from few-layer MoS₂ show promising performance as potential substitute of Si in conventional electronics and of organic and amorphous Si semiconductors in ubiquitous systems and display applications. An important next step is the fabrication of fully integrated multistage circuits and logic building blocks on MoS₂ to demonstrate its capability for complex digital logic and high-frequency ac applications. This paper demonstrates an inverter, a NAND gate, a static random access memory, and a five-stage ring oscillator based on a direct-coupled transistor logic technology. The circuits comprise between 2 to 12 transistors seamlessly integrated side-by-side on a single sheet of bilayer MoS₂. Both enhancement-mode and depletion-mode transistors were fabricated thanks to the use of gate metals with different work functions.

Los materiales bidimensionales (2D), tales como el disulfuro de molibdeno (MoS₂), han mostrado que exhiben excelentes propiedades eléctricas y ópticas. La naturaleza semiconductora del MoS₂ permite superar las limitaciones de la brecha de energía nula del grafeno, y al mismo tiempo comparte muchas de las ventajas del grafeno para las aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas. Los componentes electrónicos y optoelectrónicos discretos, tales como los transistores de efecto de campo, los sensores, y los fotodetectores hechos de algunas capas de MoS₂ muestran un desempeño prometedor como substitutos potenciales del Si en la electrónica convencional y de los semiconductores orgánicos y de Si amorfo en todos los sistemas y en las aplicaciones de proyección. Un importante paso a seguir es la fabricación de circuitos multietapas completamente integrados y la fabricación de bloques de construcción lógicos en MoS₂ para demostrar su capacidad de formar parte en aplicaciones ac de alta frecuencia y en aplicaciones de lógica digital compleja. Este trabajo muestra un inversor, una compuerta NAND, una memoria de acceso aleatorio estático, y un oscilador de anillo de cinco etapas basados en una tecnología de lógica de transistores acoplados directamente. Los circuitos comprenden de 2 a 12 transistores integrados lado por lado, sin uniones, sobre una capa individual de MoS₂ bicapa. Ambos, los transistores en el modo de incremento y en el modo de depleción, fueron fabricados gracias al uso de metales compuerta con diferentes funciones de trabajo.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302015v