Precursor Engineering of Atomic Layer Deposition for Top-Gate Insulators on Monolayer MoS2 Transistors
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Integration of ultrathin, high-quality gate insulators is critical to the success of two-dimensional (2D) semiconductor transistors in next-generation nanoelectronics. Here, we investigate the impact of atomic layer deposition (ALD) precursor choice on the nucleation and growth of insulators on monolayer MoS 2 . Surveying a series of aluminum (AlO x ) precursors, we observe that increasing the length of the ligands reduces the nucleation delay of alumina on monolayer MoS 2, a phenomenon that we attribute to improved van der Waals dispersion interactions with the 2D material. Using the precursor triisobutylaluminum (TIBA), we achieve uniform coverage of ∼3 nm AlO x on MoS 2 after just 30 cycles. We also build top-gated transistors with alumina seed layers grown by different precursors, demonstrating how the nucleation behavior of the seed layer influences the device behavior. With a bilayer stack of TIBA-AlO x and HfO 2 as the top-gate insulator, we achieve n -type MoS 2 transistors with negligible hysteresis, small and positive threshold voltage, ∼80 mV/dec subthreshold swing at room temperature, and a top-gate equivalent oxide thickness of 0.95 nm. Through this work, we develop a simple, industry-compatible, all-ALD process for depositing a top-gate insulator directly on monolayer MoS 2, and we elucidate critical insights into how the ALD chemistry can be tuned to improve insulator deposition.
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- Titre Crossref
- Precursor Engineering of Atomic Layer Deposition for Top-Gate Insulators on Monolayer MoS<sub>2</sub> Transistors
- Date Crossref
- 08/09/2025
- Éditeur
- American Chemical Society (ACS)
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Stanford University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Department of Chemical Engineering pays non établi dans la noticeInstitution
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Department of Electrical Engineering pays non établi dans la noticeInstitution
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Materials Science and Engineering pays non établi dans la noticeInstitution
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Department of Chemistry pays non établi dans la noticeInstitution
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Department of Energy Science & Engineering pays non établi dans la noticeInstitution
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