화학 기상 증착 동안 오산화인으로 인 도핑 한 MoS2의 p형 전도 특성

Abstract

본 연구에서 삼산화 몰리브덴 (MoO3) 가루와 황 (S) 를 전구체로 활용하고 오산화 인 (P2O5)를 dopant 로 사용하여 화학 기상 증착법 (Chemical Vapor Deposition, CVD)를 통해 도핑 되지 않은 MoS2와 도핑 된 MoS2를 합성하였다. 이때 합성 된 삼각형 모양의 도핑 되지 않은 MoS2와 도핑 된 MoS2는 grain 크기가 각각 20um, 15um 을 광 현미경을 통해 확인했다. 각각의 성장한 MoS2의 층 수를 확인 하기 위해 라만 분광법 (Raman Spectroscopy)와 원자 힘 현미경 (Atomic Force Microscopy)를 수행하였다. 원자 힘 현미경을 측정 한 결과 도핑 되지 않은 MoS2 와 도핑 된 MoS2 의 두께는 ~0.6 nm ~ 0.9 nm 인 단일층을 갖는 것을 확인 하였고 라만 분광법을 분석 한 결과 라만 두 봉우리인 A1g와 E12g 모드의 차이는 각각 20.5 cm-1, 19.4 cm-1 이였다. 이는 단일층 범주에 속하였다. X-선 광전자 분광 분석 (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) 분석에서 도핑 된 MoS2 에서만 P 2p 봉우리만 관측 되었고 도핑 된 MoS2와 도핑 되지 않은 MoS2를 비교 하였을 때 도핑 된 MoS2의 Mo, S 봉우리들이 낮은 결합 에너지 방향으로 0.5 eV 정도 움직이는 것을 확인 하였다. 도핑 된 MoS2와 도핑 되지 않은 MoS2 를 사용하여 각각 전기장 효과 트랜지스터를 제작하여 전기적인 특성을 측정 하였을 때 도핑 되지 않은 MoS2는 on/off 비율이 105, 전계 효과 이동도가 29.7 cm2/Vs 인 n 타입 특성을 보였으며 도핑 된 MoS2는 on/off 비율이 103, 전계 효과 이동도가 0.023 cm2/Vs 인 p 타입 특성을 보였다. 제작 된 트랜지스터의 채널에서 전하 농도는 도핑 된 MoS2 에서는 1.01x1011 cm-2, 도핑 되지 않은 MoS2 에서는 6.47x1011 cm-2 를 보였다.