보고서 정보
주관연구기관 |
성균관대학교 SungKyunKwan University |
연구책임자 |
유원종
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201700011260 |
과제고유번호 |
1711023104 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-10-12
|
키워드 |
이차원 나노소재.그래핀.붕화질소.황화몰리브덴.전자전송.터널링.전계효과트랜지스터.트래핑.도핑.2-dimensional nano-material.Graphene.Boron nitride.MoS2.Electronic tranport.Tunneling.Field effect transistor.Trapping.doping.
|
DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700011260 |
초록
▼
연구의 목적 및 내용
● 모바일 기기의 급속한 확대에 따라, 미래 소자의 경량화, 다기능화, 고기능화에 대한 요구가 급증하고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 2차원 (2D) 나노소재 [그래핀, h-BN (hexagonal boron nitride), MoS2 등]에 관한 연구가 급증하고 있다.
● 본 연구에서는 이러한 요구에 발맞추어 각종 2D 나노소재를 적층하여 복합구조를 제작하고 3D 기반 소자에서는 획득 불가능한 새로운 물리적, 전기적 성질을 구현하는 것이 목표이다.
●
연구의 목적 및 내용
● 모바일 기기의 급속한 확대에 따라, 미래 소자의 경량화, 다기능화, 고기능화에 대한 요구가 급증하고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 2차원 (2D) 나노소재 [그래핀, h-BN (hexagonal boron nitride), MoS2 등]에 관한 연구가 급증하고 있다.
● 본 연구에서는 이러한 요구에 발맞추어 각종 2D 나노소재를 적층하여 복합구조를 제작하고 3D 기반 소자에서는 획득 불가능한 새로운 물리적, 전기적 성질을 구현하는 것이 목표이다.
● 이를 위해 구체적인 방법으로 플라즈마 및 화학 도핑을 통해 2D 소재의 전기적 특성을 변화시키고 이종적층 기술을 개발하여 고기능/신기능 소자를 제작 및 구현하고자 하였다. 이러한 연구 배경을 통해 2D 나노소자 내의 전자전송 현상에 대해 실험과 이론적 해석을 하고 최종적으로 유연하고 투명한 미래 2D 소자 개발을 목표로 하였다.
연구결과
● 2D 나노소재의 전자 전송 및 광학 특성에 관한 기본적인 연구를 수행하였다. 이를 위해 WS2, WSe2 및 MoS2의 게이트 전압에 따른 전기적 및 광학 특성을 조사하였으며 2D 소재와 금속 계면 간의 전자전송 메커니즘을 분석하였다. 또한, 화학 도핑을 통하여 2D 소재의 전기적 특성을 변화시키고 축퇴 도핑을 통해 1013 cm-1 이상의 고농도 도핑을 구현하였다.
● 2D 나노소재를 이종적층 구조를 형성하여 신기능 및 고성능 소자를 구현하였다.
MoS2/hBN/Gr을 적층하여 유연하고 투명한 트랜지스터를 제작하였으며 MoS2와 그래핀을 적층하여 접촉 저항을 개선하여 이동도를 2배 정도 높인 고성능 트랜지스터를 제작하였다. 또한, MoS2와 hBN을 적층하고 화학 도핑을 적용하여 p-n 다이오드 및 터널링 소자를 구현하였다.
● 2D 나노소재에 플라즈마 처리를 통해 엣지 접촉을 형성하여 접촉저항을 70% 이상 크게 개선하는 연구를 진행하였으며 또한 플라즈마 처리를 통해 원자층 단위의 식각과 동시에 도핑 효과를 보이는 결과를 얻게 되었다. 이러한 연구를 통해 2D 나노소재와 대면적 처리가 가능한 플라즈마 처리 기술의 가능성을 확인하였다.
연구결과의 활용계획
● 본 연구를 통해 개발된 2차원소재 기반 소자는 미래반도체소자로서의 가능성이 확인되었으므로, 차년도 이후에는 소자의 신뢰성 확보, 특허등록을 통해 원천기술을 선점하고, 국내의 관련 반도체업체와의 협력을 통해 미래제품화할 수 있도록 개발된 기술을 제공할 계획
● 극소전력 및 최소한의 누설전력이 필수적인 휴대용 기기나 메모리 장치의 기본 동작단위 소자 설계 가이드라인 제공
● 2차원 복합구조 형성을 통해 신기능, 고기능, 고부가가치 2차원 나노소재 전자소자 개발
● 향후 이들 새로운 물질이 현존 실리콘 기반 IC를 대체하는 미래의 나노 전자소자, 광학소자, 에너지소자에 응용될 수 있는 설계 가이드 라인 제시
(출처 : 한글요약문 5p)
Abstract
▼
Purpose&contents
As needs for mobile electronic devices are rapidly increased and future devices are required to be lighter, more and better functionalized, more researches are recently being performed on 2-dimensional (2D) nano materials such as graphene, h-BN, MoS2 etc. Particularly
Purpose&contents
As needs for mobile electronic devices are rapidly increased and future devices are required to be lighter, more and better functionalized, more researches are recently being performed on 2-dimensional (2D) nano materials such as graphene, h-BN, MoS2 etc. Particularly in this proposed research, we stack various 2D nano materials so as to form composite device structures and demonstrate unique physical and electrical properties which cannot be attained by using 3D materials. Meanwhile, we pursue development of future flexible and transparent 2D electronic devices by conducting experiments and theoretical simulation on electronic transport in nano material structures forming 2D electron gas (2-DEG).
Result
● We conducted basic researches on electrical and photonic properties of 2D nano materials. The electrical and photonic properties of WS2, WSe2 and MoS2 were investigated depending on applied gate voltages and mechanism of electronic transport between 2D material and metal interface was also investigated. In addition, high concentration doping over 1013 cm-1 was achieved using degenerate chemical doping method.
● We achieved new functional devices using heterostructure of 2D nano materials.
Flexible and transparent transistor by stacking MoS2/hBN/Gr and high performance transistor by improving a contact resistance using stacked MoS2 and graphene were fabricated. The fabricated transistors showed 2 times higher field effect mobility. Furthermore, a p-n diode and tunneling device could be fabricated using stacked hBN/MoS2 heterostructure and chemical doping method.
● Using plasma treatment on 2D nano material, we could enhance a contact resistance by 70 % and achieve atomic level etching as well as doping effect.
Through these results, we could verify the potential of plasma treatment technique for large area 2D nano materials.
Expected Contribution
● Realization of new devices, high performance, and multifunctionality which are not possible for 3D materials
● Identifying new functionalities and high performance device structures through the formation of 2D material based structures
● Providing platform technology to develop ultrahigh speed photonic interconnects using 2D materials integrated with photonic circuits.
(출처 : SUMMARY 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18 5. 연구결과의 활용계획 ... 20 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 21 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 22 8. 참고문헌 ... 22 9. 연구성과 ... 23 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 24 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 24 12. 기타사항 ... 26별첨1 ... 28별첨2 ... 43끝페이지 ... 62
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.