We report ambipolar charge transport in α-molybdenum ditelluride (MoTe2) flakes, whereby the temperature dependence of the electrical characteristics was systematically analyzed. The ambipolarity of the charge transport originated from the formation of Schottky barriers at the metal/MoTe2 contacts. The Schottky barrier heights as well as the current on/off ratio could be modified by modulating the electrostatic fields of the back-gate voltage (V bg) and drain-source voltage (V ds). Using these ambipolar MoTe2 transistors we fabricated complementary inverters and amplifiers, demonstrating their feasibility for future digital and analog circuit applications.

The controlled synthesis of large-area, atomically thin molybdenum ditelluride (MoTe2) crystals is crucial for its various applications based on the attractive properties of this emerging material. In this work, we developed a chemical vapor deposition synthesis to produce large-area, uniform, and highly crystalline few-layer 2H and 1T' MoTe2 films. It was found that these two different phases of MoTe2 can be grown depending on the choice of Mo precursor. Because of the highly crystalline structure, the as-grown few-layer 2H MoTe2 films display electronic properties that are comparable to those of mechanically exfoliated MoTe2 flakes. Our growth method paves the way for the large-scale application of MoTe2 in high-performance nanoelectronics and optoelectronics.

Two-dimensional layered crystals could show phonon properties that are markedly distinct from those of their bulk counterparts, because of the loss of periodicities along the c-axis directions. Here we investigate the phonon properties of bulk and atomically thin α-MoTe2 using Raman spectroscopy. The Raman spectrum of α-MoTe2 shows a prominent peak of the in-plane E(1)2g mode, with its frequency upshifting with decreasing thickness down to the atomic scale, similar to other dichalcogenides. Furthermore, we find large enhancement of the Raman scattering from the out-of-plane B(1)2g mode in the atomically thin layers. The B(1)2g mode is Raman inactive in the bulk, but is observed to become active in the few-layer films. The intensity ratio of the B(1)2g to E(1)2g peaks evolves significantly with decreasing thickness, in contrast with other dichalcogenides. Our observations point to strong effects of dimensionality on the phonon properties of MoTe2.

Two-dimensional (2D) layered semiconductors are very promising for post-silicon ultrathin channels and flexible electronics due to the remarkable dimensional and mechanical properties. Besides molybdenum disulfide (MoS2), the first recognized 2D semiconductor, it is also important to explore the wide spectrum of layered metal chalcogenides (LMCs) and to identify possible compounds with high performance. Here we report the fabrication of high-performance top-gated field-effect transistors (FETs) and related logic gates from monolayer tin disulfide (SnS2), a non-transition metal dichalcogenide. The measured carrier mobility of our monolayer devices reaches 50 cm(2) V(-1) s(-1), much higher than that of the back-gated counterparts (~1 cm(2) V(-1) s(-1)). Based on a direct-coupled FET logic technique, advanced Boolean logic gates and operations are also implemented, with a voltage gain of 3.5 and output swing of >90% for the NOT and NOR gates, respectively. The superior electrical and integration properties make monolayer SnS2 a strong candidate for next-generation atomic electronics.

Growth of a uniform oxide film with a tunable thickness on two-dimensional transition metal dichalcogenides is of great importance for electronic and optoelectronic applications. Here we demonstrate homogeneous surface oxidation of atomically thin WSe2 with a self-limiting thickness from single- to trilayers. Exposure to ozone (O3) below 100 °C leads to the lateral growth of tungsten oxide selectively along selenium zigzag-edge orientations on WSe2. With further O3 exposure, the oxide regions coalesce and oxidation terminates leaving a uniform thickness oxide film on top of unoxidized WSe2. At higher temperatures, oxidation evolves in the layer-by-layer regime up to trilayers. The oxide films formed on WSe2 are nearly atomically flat. Using photoluminescence and Raman spectroscopy, we find that the underlying single-layer WSe2 is decoupled from the top oxide but hole-doped. Our findings offer a new strategy for creating atomically thin heterostructures of semiconductors and insulating oxides with potential for applications in electronic devices.

Significant recent progress has been achieved in the fabrication of tunnel field-effect transistors (TFETs) utilizing transition metal dichalcogenides (TMDCs) materials, particularly focusing on out-of-plane heterojunction structures. Due to the inherent limitations of doping technology for TMDCs, there have been limited investigations into the development of in-plane TFETs. In this study, we present the realization of an in-plane TFET based on a single crystal of multilayer MoTe2, utilizing a regioselective doping technique through laser irradiation. By constructing a p+/i/n++ homojunction structure, a band-to-band tunneling dominated performance with a minimum subthreshold swing value of 75 mV/dec and an on/off ratio of 105 was obtained at a low temperature. Furthermore, the “OFF” and “ON” state currents of the TFET operation were smaller than the gated diode operation in this structure, which is consistent with the tunneling mechanism.

We investigated the photoluminescence (PL) from single-layer MoS2 on VO2 platelets grown on SiO2, where the insulating and metallic phases can coexist above a bulk transition temperature of 340 K, due to the inhomogeneous strain. We found that the intensity of PL from MoS2 on metallic VO2 is higher than that on the insulating counterpart, resulting in spatially varying PL even at the sub-micrometer scale. In contrast to the intensity, the PL peak energies were observed to be nearly identical on insulating and metallic VO2, indicating that the influences of charge transfer, strain, and dielectric screening on MoS2 are comparable, regardless of the phase state. Thus, the observed difference in PL intensity is due to the difference in refractive indices of insulating and metallic VO2, leading to the phase-dependent Fabry–Pérot interference effect. We performed numerical simulations for the emission from MoS2 supported on the VO2-based Fabry–Pérot interferometer. The calculated emission intensity ratio on insulating and metallic VO2 well reproduces the experimental observations. These results suggest a strategy for controlling PL from two-dimensional semiconductors in a spatial and reconfigurable manner.