TMD 계열의 2 차원 물질들은 차세대 반도체 재료로서 각광받고 있지만, 아직은 해결 해야할 과제들이 많이 남아 있다. 특히 최근의 연구에 따르면 2 차원 TMD 기반의 FET에서 큰 전기적 이력현상이 자주 보고되고 있다. 이렇게 큰 전기적 이력현상은 TMD FET 소자의 회로적인 응용을 방해하고 소자의 성능을 저하 시킨다. 이러한 이력현상은 주로 반도체 채널과 절연층 사이 계면에 존재하는 트랩에 의해 유발되는데, 이러한 트랩들은 주로 친수성인 절연층 표면에 존재하는 수산기(hydroxyl group)분자들로 구성되어 있다. 본 논문에서는 2 차원 TMD 소자의 큰 전기적 이력현상을 해결하기 위해, ...
TMD 계열의 2 차원 물질들은 차세대 반도체 재료로서 각광받고 있지만, 아직은 해결 해야할 과제들이 많이 남아 있다. 특히 최근의 연구에 따르면 2 차원 TMD 기반의 FET에서 큰 전기적 이력현상이 자주 보고되고 있다. 이렇게 큰 전기적 이력현상은 TMD FET 소자의 회로적인 응용을 방해하고 소자의 성능을 저하 시킨다. 이러한 이력현상은 주로 반도체 채널과 절연층 사이 계면에 존재하는 트랩에 의해 유발되는데, 이러한 트랩들은 주로 친수성인 절연층 표면에 존재하는 수산기(hydroxyl group)분자들로 구성되어 있다. 본 논문에서는 2 차원 TMD 소자의 큰 전기적 이력현상을 해결하기 위해, 소수성 유기물질 유전체 BCB(benzocyclobutene)를 반도체 채널과 절연층 사이에 삽입하여 수산기 분자들을 제거하는 방법을 채택하였다. 실험에서는 대표적인 n-형 TMD 물질인 MoS2와 p-형 TMD 물질인 MoTe2를 이용한 FET를 제작하였고 이들 소자의 절연층에 BCB를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 전송특성 (transfer characteristic)을 비교하여 전기적인 이력현상의 변화를 관찰하였다. 또한 이로부터 트랩의 농도를 정량적으로 구해 내어 확인하였으며, C-V 측정을 통해 보다 엄밀히 규명해 내었다. 특히 이 과정에서 기존의 2 차원 FET 에 적용하기 어려웠던 C-V 측정법을 수정하여 새로운 방식의 활용법을 제시하였다. 이와 같은 방법으로 전기적 이력현상을 약 20 % 수준으로 감소시켰다. 전하의 이동도의 경우 두 배 가량 증가 하였다. 한편 이러한 성과를 바탕으로 작은 범위의 전압에서 구동이 가능한 저전압 구동 2 차원 TMD FET 소자를 만드는 연구를 추가로 시도하였고, 성공적으로 완수하였다. BCB 절연체를 활용한 계면 처리 기술은 향후 차세대 2 차원 TMD 기반 소자들의 안정성과 높은 성능을 보장하여 그 미래를 앞당기는데 큰 도움이 될 것이다.
TMD 계열의 2 차원 물질들은 차세대 반도체 재료로서 각광받고 있지만, 아직은 해결 해야할 과제들이 많이 남아 있다. 특히 최근의 연구에 따르면 2 차원 TMD 기반의 FET에서 큰 전기적 이력현상이 자주 보고되고 있다. 이렇게 큰 전기적 이력현상은 TMD FET 소자의 회로적인 응용을 방해하고 소자의 성능을 저하 시킨다. 이러한 이력현상은 주로 반도체 채널과 절연층 사이 계면에 존재하는 트랩에 의해 유발되는데, 이러한 트랩들은 주로 친수성인 절연층 표면에 존재하는 수산기(hydroxyl group)분자들로 구성되어 있다. 본 논문에서는 2 차원 TMD 소자의 큰 전기적 이력현상을 해결하기 위해, 소수성 유기물질 유전체 BCB(benzocyclobutene)를 반도체 채널과 절연층 사이에 삽입하여 수산기 분자들을 제거하는 방법을 채택하였다. 실험에서는 대표적인 n-형 TMD 물질인 MoS2와 p-형 TMD 물질인 MoTe2를 이용한 FET를 제작하였고 이들 소자의 절연층에 BCB를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 전송특성 (transfer characteristic)을 비교하여 전기적인 이력현상의 변화를 관찰하였다. 또한 이로부터 트랩의 농도를 정량적으로 구해 내어 확인하였으며, C-V 측정을 통해 보다 엄밀히 규명해 내었다. 특히 이 과정에서 기존의 2 차원 FET 에 적용하기 어려웠던 C-V 측정법을 수정하여 새로운 방식의 활용법을 제시하였다. 이와 같은 방법으로 전기적 이력현상을 약 20 % 수준으로 감소시켰다. 전하의 이동도의 경우 두 배 가량 증가 하였다. 한편 이러한 성과를 바탕으로 작은 범위의 전압에서 구동이 가능한 저전압 구동 2 차원 TMD FET 소자를 만드는 연구를 추가로 시도하였고, 성공적으로 완수하였다. BCB 절연체를 활용한 계면 처리 기술은 향후 차세대 2 차원 TMD 기반 소자들의 안정성과 높은 성능을 보장하여 그 미래를 앞당기는데 큰 도움이 될 것이다.
Although their significance has become very important recently, two-dimensional (2D) transistion metal dichalcogenide semiconductor (TMD) based transistors still suffer from the hysteric characteristics induced by the defect traps located at the dielectric/TMD channel interface. The hexagonal boron ...
Although their significance has become very important recently, two-dimensional (2D) transistion metal dichalcogenide semiconductor (TMD) based transistors still suffer from the hysteric characteristics induced by the defect traps located at the dielectric/TMD channel interface. The hexagonal boron nitride (h-BN), a two - dimensional dielectric material, has been proposed for resolving the issue and their results were promising. However, h-BN is basically expensive due to its special growth processes and additional elaborate processes are still requested for h-BN flake to be incorporated in device fabrications. Therefore, we introduce a new alternative, hydroxyl - group free organic dielectric divinyl - tetra methyl disiloxane - bis (benzocyclobutene) (BCB) between the channel and conventional SiO2 dielectric. it has hydrophobic property and simple deposition procedure of spin-casting. Here, we fabricated n-channel MoS2 and p-channel MoTe2 transistors with the BCB polymer on hydrophilic oxide dielectric. As a result, the electrical hysteresis in the two type of 2-dimensional TMD FETs were significantly reduced to less than ~ 20 % of initial value after treated with hydrophobic BCB dielectric while their mobilities increased by factor of two. Such improvements are certainly attributed to the use of the hydroxyl-group free organic dielectric, since high density interface traps are related to hydroxyl-groups located on hydrophilic SiO2. This concept of interface trap reduction is extended to stable low voltage operation in 2D MoTe2 FET with 30 nm BCB/10 nm Al2O3 bilayer dielectric, which operates well at 1 V. We conclude that the interface engineering employing the BCB dielectric offers practical benefits for the high performance and stable operation of TMD-based transistors brightening the future of 2D TMD electronics.
Although their significance has become very important recently, two-dimensional (2D) transistion metal dichalcogenide semiconductor (TMD) based transistors still suffer from the hysteric characteristics induced by the defect traps located at the dielectric/TMD channel interface. The hexagonal boron nitride (h-BN), a two - dimensional dielectric material, has been proposed for resolving the issue and their results were promising. However, h-BN is basically expensive due to its special growth processes and additional elaborate processes are still requested for h-BN flake to be incorporated in device fabrications. Therefore, we introduce a new alternative, hydroxyl - group free organic dielectric divinyl - tetra methyl disiloxane - bis (benzocyclobutene) (BCB) between the channel and conventional SiO2 dielectric. it has hydrophobic property and simple deposition procedure of spin-casting. Here, we fabricated n-channel MoS2 and p-channel MoTe2 transistors with the BCB polymer on hydrophilic oxide dielectric. As a result, the electrical hysteresis in the two type of 2-dimensional TMD FETs were significantly reduced to less than ~ 20 % of initial value after treated with hydrophobic BCB dielectric while their mobilities increased by factor of two. Such improvements are certainly attributed to the use of the hydroxyl-group free organic dielectric, since high density interface traps are related to hydroxyl-groups located on hydrophilic SiO2. This concept of interface trap reduction is extended to stable low voltage operation in 2D MoTe2 FET with 30 nm BCB/10 nm Al2O3 bilayer dielectric, which operates well at 1 V. We conclude that the interface engineering employing the BCB dielectric offers practical benefits for the high performance and stable operation of TMD-based transistors brightening the future of 2D TMD electronics.
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