초록 ▼

■ 밴드 갭의 부재로 인한 그래핀의 한계로 인해 대안물질로 최근 연구 개발되는 물질인 Transition Metal Dichalcogenide (TMD) 계열의 Molybdenum Disulfide (MoS₂)를 전자소자에 적용하는 연구는 차세대 고성능 플렉시블 전자소자 개발의 핵심 기술이다. 본 과제에서는 그 기반 기술이 되는 solution 방법을 통한 우수한 특성의 MoS₂ 박막 형성 공정의 개발과 향후 대면적의 양산성 높은 전자소자에 적용을 목표로 연구를 진행하였다. 또한 합성한 MoS

■ 밴드 갭의 부재로 인한 그래핀의 한계로 인해 대안물질로 최근 연구 개발되는 물질인 Transition Metal Dichalcogenide (TMD) 계열의 Molybdenum Disulfide (MoS₂)를 전자소자에 적용하는 연구는 차세대 고성능 플렉시블 전자소자 개발의 핵심 기술이다. 본 과제에서는 그 기반 기술이 되는 solution 방법을 통한 우수한 특성의 MoS₂ 박막 형성 공정의 개발과 향후 대면적의 양산성 높은 전자소자에 적용을 목표로 연구를 진행하였다. 또한 합성한 MoS₂박막을 대면적 기판에 transfer 하는 기술 개발을 통해 최종적으로 저온 공정이 가능한 고성능 플렉시블 MoS₂ 전자소자의 기반 기술을 연구하였다.

『최종 목표』: Solution 방법을 이용한 대면적 MoS₂ 박막 형성 및 차세대 플렉시블 박막트랜지스터 기반 기술 연구
▶ Solution-based MoS₂ 결정 형성 및 물리적/화학적 특성 분석
▶ Solution-based MoS₂ 결정의 rigid 및 flexible 기판 상에 균일한 transfer 공정 확립
▶ Rigid 및 flexible 기판 상에서의 solution-based MoS₂ TFT 소자 제작/평가 및 특성변화 mechanism 이해

■ Spin coating법을 이용한 대면적 MoS₂합성 및 특성 평가
고품질의 대면적 MoS₂ 박막을 형성하기 위해 양산공정에 적합한 spin-coating 방법을 이용한 박막 합성법을 확립하였다. 다양한 precursor chemistry 탐색을 통해 최종적으로 dimethylformamide:n-butylamine:2-aminoethanol = 4.5:4.5:1 비율의 용매와 (NH₄)₂MoS₄용질의 최적합 조건을 확립하였다. 이후 2-step 열처리 공정을 최적화하여 고품질의 MoS₂박막을 2-inch 사이즈의 대면적으로 합성하였다. 또한 다양한 물리적/화학적 분석을 통해 박막의 미세구조 및 특성을 평가하였으며 용액의 농도를 조절함으로써 합성되는 MoS₂ 두께를 평균 1~5 layer까지 ±1 layer 균일도로 조절할 수 있음을 확인하였다.

■ Rigid 기판 상에서의 MoS₂ FET 제작 및 특성 평가
FET 제작을 위해 합성된 MoS₂ 박막을 rigid 기판으로 transfer하는 공정을 최적화하였다.이후, FET 제작 공정을 set-up 하고 전기적 특성을 분석하여 ~10²의 I_on/off와 2×10^-5 cm²/Vs의 mobility를 확보하였다. 또한 MoS₂ FET 특성 향상을 위해, atomic layer deposition(ALD)으로 형성된 high-k 유전막을 이용한 passivation 공정을 진행하였고 ~10⁵의 I_on/off와 0.02 cm²/Vs의 mobility를 달성하였다. 최종적으로는 top-gated FET를 제작하여 1 V의 V_D에서 0.24 cm²/Vs의 향상된 mobility 특성을 얻을 수 있었다.

■ Flexible 기판 상에서의 MoS₂ FET 제작 및 특성 평가
Flexible FET 제작을 위해 합성된 MoS₂ 박막을 flexible 기판으로 transfer 하는 공정을 set-up하고 최적화하여 flexible FET로의 적용 가능성을 평가하였다. Si 기반이 아닌 polyimide (PI) 기판 상에 저온 (≤200℃)에서 성장한 ~30 nm의 ALD high-k 유전막을 사용하여 bottom-gated FET를 제작하였고, rigid 기판 상에서와 유사한 ~10⁴의 I_on/off와 0.25 cm²/Vs의 mobility 특성을 확보하였다.