보고서 정보
주관연구기관 |
성균관대학교 SungKyunKwan University |
연구책임자 |
김길호
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-03 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201800006050 |
과제고유번호 |
1711030074 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2018-05-12
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키워드 |
그라핀.보른 나이트라이드.나노기술.이차원 물질.전기적 특성.전자소자.터널링소자.양자현상.나노기술복합.Graphene.Boron Nitride.Nanotechnology.2D materials.Electrical property.Electronics.Tunneling device.Quantum transport.Nanotechnology complex.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800006050 |
초록
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연구의 목적 및 내용
최종목표: 그라핀/그라핀, 그라핀/Boron Nitride (BN), 및 그라핀/밴드갭을 가진 이차원물질 전자전송의 양자소자 및 전자소자 응용 연구
○ 그라핀/그라핀, 그라핀/BN, 및 그라핀/밴드갭을 가진 이차원물질을 접합하여 전자 전송이 향상된 그라핀 양자 소자 개발 연구
○ 다양한 이차원 물질 (MoS2, WSe2, HfSe2, MoSe2, WS2)/BN의 트랜지스터 제작 및 양자 전자전송 연
연구의 목적 및 내용
최종목표: 그라핀/그라핀, 그라핀/Boron Nitride (BN), 및 그라핀/밴드갭을 가진 이차원물질 전자전송의 양자소자 및 전자소자 응용 연구
○ 그라핀/그라핀, 그라핀/BN, 및 그라핀/밴드갭을 가진 이차원물질을 접합하여 전자 전송이 향상된 그라핀 양자 소자 개발 연구
○ 다양한 이차원 물질 (MoS2, WSe2, HfSe2, MoSe2, WS2)/BN의 트랜지스터 제작 및 양자 전자전송 연구
○ 그라핀/그라핀, 그라핀/BN, 및 그라핀/밴드갭을 가진 이차원물질을 이용한 적층구조에 다른 양자전송 연구
연구결과
1차년도: 그라핀/BN 을 이용한 전자 소자 제작
○ BN encapsulation 방법을 이용한 BN/그라핀/BN 소자 제작 및 Hall bar 모양 제작
○ 그라핀 및 BN의 격자방향에 따른 전자 이동 특성 연구 (상온 conductance 1% 이내 관측)
○ 차후 극저온 연구를 통한 Moire pattern에 따른 전자 이동 특성 연구 예정
○ Mono 및 Bi layer 그라핀 양자홀현상 관측 (전자이동도 최대 250,000 cm2/Vs 달성)
○ Spin 양자 현상: 그라핀과 Co 전극을 이용, Spin diffusion/Non-local spin valve 현상 연구 보고
2차년도: 이차원 물질 트랜지스터 제작 및 양자 현상을 포함한 전자 전송 연구 (MoS2, WSe2)
○ MoS2 및 WSe2 FET 소자 제작 완료
○ Hydrazine을 이용한 1초 도핑법 개발 보고 (이차원물질 극성 변화 연구)
○ BN encapsulation 및 그라핀 전극을 이용한 MoS2 양자 소자 개발 연구 (홀이동도 3,000 cm2/Vs 달성)
○ HfSe2 기반 FET 소자 제작 및 상온/저온 전기적 특성 변화 연구 보고 (Metal-Insulator transition 보고)
○ 건식전사법 최적화, 이차원물질 기반 이종접합구조 소자의 품질 향상
○ 그라핀 및 MoS2 계면사이에서 발생하는 Random telegraph noise 관측
3차년도: 이차원 물질을 이용한 pn junction 소자 연구
○ n-type MoS2 및 p-type WSe2 이종접합구조 소자 제작 연구 보고 및 이중채널 응용 전자 소자 제안
○ MoS2/WSe2 이중채널소자에서 ambipolar 특성을 관측 하였으며, 광응답 특성 연구 보고
○ 산화흑연을 이용한 수소센서 소자 개발 (Dielectrophoresis 기법 활용, 이차원물질 층수 조절 연구)
○ p-type 그라핀 및 n-type MoS2를 활용, 이종접합구조 소자 연구
○ PN 정션 소자 개발 및 광응답 특성 연구 보고, 그라핀 전극 사용시 향상된 광응답 특성 관측
○ 미달성부분: Super lattice/Moire pattern을 기반으로한 극저온 전하 이동특성 연구 부분, Ohmic 전극 연구와 함께 추가로 중견 후속 연구에서 진행 예정
최종 연구 결과
○ 이차원물질 기반 이종접합구조 소자 성공적 개발 및 총 19편의 국제 SCI 저널 논문 게재
연구결과의 활용계획
○ 본 연구에서 얻어진 이차원물질전사법, 이종접합구조 및 이차원물질 응용 소자 제작 기술은 앞으로 개발될 다양한 이차원물질 기반 반도체 소자의 원천 기술로 활용 가능
○ 그라핀을 대체할 밴드갭을 가진 반도체; MoS2 및 WSe2에 대한 연구 결과는 앞으로 실리콘을 대체할 새로운 이차원물질 기반 응용 소자의 실용화를 선도
○ 그라핀/BN, 그라핀/밴드갭을 가진 물질 등의 이종접합구조 소자는 이차원 물질 기반 실용 소자의 안정성을 높일 것이며, 고집적 및 초고속 반도체, 새로운 개념의 나노 단위 소자 개발에 기여
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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Purpose&contents
Final goal: The study of electrical transport with quantum device and application electronics fabricated by Graphene/Graphene, Graphene/Boron Nitride and Graphene/Transition Metal Dichalcogenides(TMD)
○ Development of graphene quantum device fabricated by Graphene/Graphene, Gr
Purpose&contents
Final goal: The study of electrical transport with quantum device and application electronics fabricated by Graphene/Graphene, Graphene/Boron Nitride and Graphene/Transition Metal Dichalcogenides(TMD)
○ Development of graphene quantum device fabricated by Graphene/Graphene, Graphene/BN and Graphene/TMD for enhancing the electrical transport
○ Fabrication of field-effect transistor (FET) and study of quantum electrical transport using various 2D materials such as MoS2, WSe2, HfSe2, MoSe2, WS2)/BN
○ Quantum transport on 2D material based heterostructure (Graphene/Graphene, Graphene/BN and Graphene/TMD)
Result
First year: Fabrication of graphene/BN heterostructure
○ Development of BN/Graphene/BN structure and hall bar pattern using BN encapsulation method
○ Electrical transport in graphene/BN structure with lateral and longitudinal direction (Conductance difference less than 1% at room-temperature)
○ Planed to study the electrical transport of graphene moire pattern at ultra low-temperature
○ Observation of quantum hall effect in Mono and Bi layer graphene (Mobility: 250,000 cm2/Vs)
○ Spin quantum effect: Using graphene and Co electrode, Report on spin diffusion/Non-local spin valve
Second year: Fabrication of 2D material based FETs/Study of quantum transport (MoS2, WSe2)
○ Development of MoS2 and WSe2 FETs
○ Development of 1 second doping method using Hydrazine (Modifying the polarity of major carriers)
○ Study of BN encapsulation/graphene contact for MoS2 quantum device (Hall mobility 3,000 cm2/Vs)
○ Observation of metal-insulator transition in HfSe2 based FETs
○ Optimization of Dry-transfer method for improving the device quality
○ Observation of Random telegraph noise in interface between graphene and MoS2
Third year: Study of 2D material based pn-junction device
○ Development of dual-channel structure fabricated by n-type MoS2 and p-type WSe2
○ Study of ambipolar transport with photoresponse in MoS2/WSe2 heterostructure
○ Development of H2 sensor using GO (Dielectrophoresis method for modifying the layer thickness)
○ Study of 2D material based heterostructure using n-, p-type (MoS2 and graphene)
○ Delayed project: Super lattice/Moire pattern based electrical results -> Study in follow-up project
Expected Contribution
○ Utilize the transfer method and the fabrication method of heterostructure and 2D material based application electronics for developing the 2D material based semiconductor devices
○ Leading the realization of 2D material based application electronics by the experimental results of band-gap 2D materials such as MoS2 and WSe2
○ Contribution for enhancing the stability of 2D material based electronics and developing the highly integrated circuit/High-speed semiconductor devices with heterostructure-fabrication technique (Graphene/BN and Graphene/Band-gap materials)
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 14
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 16
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 33
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 33
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 34
- 8. 참고문헌 ... 34
- 9. 연구성과 ... 35
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 43
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 43
- 12. 기타사항 ... 43
- 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 44
- 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 60
- 끝페이지 ... 79
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