In two-dimensional (2D) nanomaterial electronics, vertical field-effect transistors (VFETs), where charges flow perpendicular to the channel materials, hold promise due to the ease of forming ultrashort channel lengths by utilizing the thinness of 2D materials. However, the poor performance of p-type VFET arises from the lack of a gate-field-penetrating electrode with suitable work functions, which is essential for VFET operation. This motivated us to replace graphene (work function of ∼4.5 eV) with a high-work-function electrode to achieve the desired VFET characteristics. In this study, we demonstrate that WSe₂-based p-type VFETs with a high on/off ratio of ∼10⁵ can be realized using van-der-Waals contacts formed with high-work-function 2D metals (i.e., 2H-TaS₂, NbSe₂, and NbS₂), which form a p-type ohmic contact to the WSe₂ channel by suppressing Fermi-level pinning. Furthermore, we successfully fabricate a 2D metal-incorporating pseudocomplementary FET structure, demonstrating a great potential to significantly reduce the scaling factor by dense structure and vertical operation.

中文翻译：

---

通过使用费米能级无钉扎的 2D 金属电极实现的 P 型垂直 FET


在二维 （2D） 纳米材料电子学中，垂直场效应晶体管 （VFET） 的电荷垂直于沟道材料流动，由于利用 2D 材料的薄性很容易形成超短通道长度，因此前景广阔。然而，p 型 VFET 的性能不佳是由于缺乏具有合适功函数的栅极场穿透电极，这对于 VFET 操作至关重要。这促使我们用高功函数电极取代石墨烯（功函数为 ∼4.5 eV），以实现所需的 VFET 特性。在这项研究中，我们证明，使用由高功函数 2D 金属（即 2H-TaS₂、NbSe₂ 和 NbS₂）形成的范德华触点可以实现基于 WSe₂ 的 p 型 VFET，具有高开/关比 ∼10⁵，这些金属通过抑制费米能级钉扎形成与 WSe₂ 通道的 p 型欧姆接触。此外，我们成功制造了一种 2D 金属结合的伪互补 FET 结构，展示了通过致密结构和垂直操作显着降低缩放因子的巨大潜力。