We report high performance p-type field-effect transistors based on single layered (thickness, ∼0.7 nm) WSe(2) as the active channel with chemically doped source/drain contacts and high-κ gate dielectrics. The top-gated monolayer transistors exhibit a high effective hole mobility of ∼250 cm(2)/(V s), perfect subthreshold swing of ∼60 mV/dec, and I(ON)/I(OFF) of >10(6) at room temperature. Special attention is given to lowering the contact resistance for hole injection by using high work function Pd contacts along with degenerate surface doping of the contacts by patterned NO(2) chemisorption on WSe(2). The results here present a promising material system and device architecture for p-type monolayer transistors with excellent characteristics.

Semiconductor heterostructures are the fundamental platform for many important device applications such as lasers, light-emitting diodes, solar cells, and high-electron-mobility transistors. Analogous to traditional heterostructures, layered transition metal dichalcogenide heterostructures can be designed and built by assembling individual single layers into functional multilayer structures, but in principle with atomically sharp interfaces, no interdiffusion of atoms, digitally controlled layered components, and no lattice parameter constraints. Nonetheless, the optoelectronic behavior of this new type of van der Waals (vdW) semiconductor heterostructure is unknown at the single-layer limit. Specifically, it is experimentally unknown whether the optical transitions will be spatially direct or indirect in such hetero-bilayers. Here, we investigate artificial semiconductor heterostructures built from single-layer WSe2 and MoS2. We observe a large Stokes-like shift of ∼ 100 meV between the photoluminescence peak and the lowest absorption peak that is consistent with a type II band alignment having spatially direct absorption but spatially indirect emission. Notably, the photoluminescence intensity of this spatially indirect transition is strong, suggesting strong interlayer coupling of charge carriers. This coupling at the hetero-interface can be readily tuned by inserting dielectric layers into the vdW gap, consisting of hexagonal BN. Consequently, the generic nature of this interlayer coupling provides a new degree of freedom in band engineering and is expected to yield a new family of semiconductor heterostructures having tunable optoelectronic properties with customized composite layers.

We report here the first degenerate n-doping of few-layer MoS2 and WSe2 semiconductors by surface charge transfer using potassium. High-electron sheet densities of ~1.0 × 10(13) cm(-2) and 2.5 × 10(12) cm(-2) for MoS2 and WSe2 are obtained, respectively. In addition, top-gated WSe2 and MoS2 n-FETs with selective K doping at the metal source/drain contacts are fabricated and shown to exhibit low contact resistances. Uniquely, WSe2 n-FETs are reported for the first time, exhibiting an electron mobility of ~110 cm(2)/V·s, which is comparable to the hole mobility of previously reported p-FETs using the same material. Ab initio simulations were performed to understand K doping of MoS2 and WSe2 in comparison with graphene. The results here demonstrate the need of degenerate doping of few-layer chalcogenides to improve the contact resistances and further realize high performance and complementary channel electronics.

Transition metal dichalcogenides, such as MoS2 and WSe2, have recently gained tremendous interest for electronic and optoelectronic applications. MoS2 and WSe2 monolayers are direct bandgap and show bright photoluminescence (PL), whereas multilayers exhibit much weaker PL due to their indirect optical bandgap. This presents an obstacle for a number of device applications involving light harvesting or detection where thicker films with direct optical bandgap are desired. Here, we experimentally demonstrate a drastic enhancement in PL intensity for multilayer WSe2 (2–4 layers) under uniaxial tensile strain of up to 2%. Specifically, the PL intensity of bilayer WSe2 is amplified by ∼35× , making it comparable to that of an unstrained WSe2 monolayer. This drastic PL enhancement is attributed to an indirect to direct bandgap transition for strained bilayer WSe2, as confirmed by density functional theory (DFT) calculations. Notably, in contrast to MoS2 multilayers, the energy difference between the direct and indirect bandgaps of WSe2 multilayers is small, thus allowing for bandgap crossover at experimentally feasible strain values. Our results present an important advance toward controlling the band structure and optoelectronic properties of few-layer WSe2 via strain engineering, with important implications for practical device applications.

Abstract A novel strategy for preparing large‐area, oriented silicon nanowire (SiNW) arrays on silicon substrates at near room temperature by localized chemical etching is presented. The strategy is based on metal‐induced (either by Ag or Au) excessive local oxidation and dissolution of a silicon substrate in an aqueous fluoride solution. The density and size of the as‐prepared SiNWs depend on the distribution of the patterned metal particles on the silicon surface. High‐density metal particles facilitate the formation of silicon nanowires. Well‐separated, straight nanoholes are dug along the Si block when metal particles are well dispersed with a large space between them. The etching technique is weakly dependent on the orientation and doping type of the silicon wafer. Therefore, SiNWs with desired axial crystallographic orientations and doping characteristics are readily obtained. Detailed scanning electron microscopy observations reveal the formation process of the silicon nanowires, and a reasonable mechanism is proposed on the basis of the electrochemistry of silicon and the experimental results.

Two-dimensional layered semiconductors present a promising material platform for band-to-band-tunneling devices given their homogeneous band edge steepness due to their atomically flat thickness. Here, we experimentally demonstrate interlayer band-to-band tunneling in vertical MoS2/WSe2 van der Waals (vdW) heterostructures using a dual-gate device architecture. The electric potential and carrier concentration of MoS2 and WSe2 layers are independently controlled by the two symmetric gates. The same device can be gate modulated to behave as either an Esaki diode with negative differential resistance, a backward diode with large reverse bias tunneling current, or a forward rectifying diode with low reverse bias current. Notably, a high gate coupling efficiency of ∼80% is obtained for tuning the interlayer band alignments, arising from weak electrostatic screening by the atomically thin layers. This work presents an advance in the fundamental understanding of the interlayer coupling and electron tunneling in semiconductor vdW heterostructures with important implications toward the design of atomically thin tunnel transistors.

The development of low-resistance source/drain contacts to transition-metal dichalcogenides (TMDCs) is crucial for the realization of high-performance logic components. In particular, efficient hole contacts are required for the fabrication of p-type transistors with MoS2, a model TMDC. Previous studies have shown that the Fermi level of elemental metals is pinned close to the conduction band of MoS2, thus resulting in large Schottky barrier heights for holes with limited hole injection from the contacts. Here, we show that substoichiometric molybdenum trioxide (MoOx, x < 3), a high work function material, acts as an efficient hole injection layer to MoS2 and WSe2. In particular, we demonstrate MoS2 p-type field-effect transistors and diodes by using MoOx contacts. We also show drastic on-current improvement for p-type WSe2 FETs with MoOx contacts over devices made with Pd contacts, which is the prototypical metal used for hole injection. The work presents an important advance in contact engineering of TMDCs and will enable future exploration of their performance limits and intrinsic transport properties.

Empirical studies of information retrieval methods show that good retrieval performance is closely related to the use of various retrieval heuristics, such as TF-IDF weighting. One basic research question is thus what exactly are these necessary heuristics that seem to cause good retrieval performance. In this paper, we present a formal study of retrieval heuristics. We formally define a set of basic desirable constraints that any reasonable retrieval function should satisfy, and check these constraints on a variety of representative retrieval functions. We find that none of these retrieval functions satisfies all the constraints unconditionally. Empirical results show that when a constraint is not satisfied, it often indicates non-optimality of the method, and when a constraint is satisfied only for a certain range of parameter values, its performance tends to be poor when the parameter is out of the range. In general, we find that the empirical performance of a retrieval formula is tightly related to how well it satisfies these constraints. Thus the proposed constraints provide a good explanation of many empirical observations and make it possible to evaluate any existing or new retrieval formula analytically.

Software toolkits play an essential role in information retrieval research. Most open-source toolkits developed by academics are designed to facilitate the evaluation of retrieval models over standard test collections. Efforts are generally directed toward better ranking and less attention is usually given to scalability and other operational considerations. On the other hand, Lucene has become the de facto platform in industry for building search applications (outside a small number of companies that deploy custom infrastructure). Compared to academic IR toolkits, Lucene can handle heterogeneous web collections at scale, but lacks systematic support for evaluation over standard test collections. This paper introduces Anserini, a new information retrieval toolkit that aims to provide the best of both worlds, to better align information retrieval practice and research. Anserini provides wrappers and extensions on top of core Lucene libraries that allow researchers to use more intuitive APIs to accomplish common research tasks. Our initial efforts have focused on three functionalities: scalable, multi-threaded inverted indexing to handle modern web-scale collections, streamlined IR evaluation for ad hoc retrieval on standard test collections, and an extensible architecture for multi-stage ranking. Anserini ships with support for many TREC test collections, providing a convenient way to replicate competitive baselines right out of the box. Experiments verify that our system is both efficient and effective, providing a solid foundation to support future research.

In this work, the operation of n- and p-type field-effect transistors (FETs) on the same WSe2 flake is realized,and a complementary logic inverter is demonstrated. The p-FET is fabricated by contacting WSe2 with a high work function metal, Pt, which facilities hole injection at the source contact. The n-FET is realized by utilizing selective surface charge transfer doping with potassium to form degenerately doped n+ contacts for electron injection. An ON/OFF current ratio of >10(4) is achieved for both n- and p-FETs with similar ON current densities. A dc voltage gain of >12 is measured for the complementary WSe2 inverter. This work presents an important advance toward realization of complementary logic devices based on layered chalcogenide semiconductors for electronic applications.