초록 ▼

연구개요
본 과제에서는 그래핀 또는 이차원 전이금속 칼코겐화합물(TMDs) 물질을 이용하여 적층형 접합을 제작하고 수직방향으로 일어나는 전도 특성에 대해 연구를 수행하였다. 이제껏 이차원 물질의 연구가 박막의 면 방향으로 일어나는 전도 특성에 집중되어 왔는데 적층형 접합구조에 대한 연구는 새로운 물리현상의 발견 뿐 만 아니라 소자측면에서도 획기적인 개발 성과를 달성할 수 있었다.

연구 목표대비 연구결과
· 기존에 발표된 전이금속 칼코겐 이차원 물질을 이용한 van der Waals heterojunction

연구개요
본 과제에서는 그래핀 또는 이차원 전이금속 칼코겐화합물(TMDs) 물질을 이용하여 적층형 접합을 제작하고 수직방향으로 일어나는 전도 특성에 대해 연구를 수행하였다. 이제껏 이차원 물질의 연구가 박막의 면 방향으로 일어나는 전도 특성에 집중되어 왔는데 적층형 접합구조에 대한 연구는 새로운 물리현상의 발견 뿐 만 아니라 소자측면에서도 획기적인 개발 성과를 달성할 수 있었다.

연구 목표대비 연구결과
· 기존에 발표된 전이금속 칼코겐 이차원 물질을 이용한 van der Waals heterojunction p-n diode (WSe₂/MoS₂ p-n접합 등)는 contact 전극이 ohmic 특성을 가지지 않고 Schottky barrier를 가지고 있어서 p-n 접합에 대한 특성 연구가 어려웠는데, 본 연구를 통하여 개발한 MoTe2 homojunction p-n diode는 접합에서 생기는 포텐셜 장벽에 대한 연구를 진행할 수 있어 매우 중요한 의미를 가짐.

· 본 연구에서 개발한 Gd-WSe₂-Pt 수직형 p-i-n diode는 current density가 매우 높고, turn-on threshold 전압이 작으면서도 정류특성 (I_Forward/I_Backward ~ 10⁴)이 우수하여 향후 2차원 소재 기반 소자응용에 크게 기여할 것으로 전망함.

· 본 연구에서 개발한 p-BP/n-MoS₂/p-BP 접합형(bipolar) 트랜지스터에서 common-emitter 전류이득율이 10.1 정도로 관찰됨. p-BP/n-MoS₂/p-BP 접합형(bipolar) 트랜지스터의 특성을 좀 더 향상시킬 수 있으면 flexible 기판에 적용 가능한 접합형 트랜지스터로서 응용 분야를 확대해 나갈 수 있으리라 기대됨.

연구개발결과의 중요성
· 전극과 TMDs 사이의 interface 부분에 불순물이 생기지 않도록 새로운 소자 아키텍처를 개발하여 스위칭 on-off 비율을 대폭 증가시키는 연구를 진행하였고, 적층형 아키텍처는 개념상 전하채널 길이가 절연 박막층 두께에 해당되며, 원자층 단위가 channel length가 되므로 초고주파소자로 이용할 경우 cutoff 진동수를 매우 높일 수 있다는 것을 보여주었다.

· 실리콘 기판 through-hole 플랫폼에서 전이금속 칼코겐화합물 박막 양쪽에 증착하는 전극 금속에 의한 도핑을 이용하여 이차원 전이금속 칼코겐화합물로 이루어진 P-I-N diode를 개발하였다. 또한, 전이금속 칼코겐화합물 기반 능동소자 즉, 접합형 트랜지스터 (bipolar transistor)를 제작하고 특성 및 작동을 연구하였다. 적층형 구조에서는 접합 면적을 매우 크게 만들 수 있기 때문에 photon 들을 더 많이 흡수하거나 광전자를 더 많이 생성할 수 있으므로 optoelectronics 응용 면에서 매우 중요하다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구개발의 필요성 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 19
• 끝페이지 ... 25