2차원소재를 이용한 high performance FET 개발

Abstract

기존 실리콘 기반 반도체는 풍부한 매장량과 다양한 전기적 특성으로 인한 장점을 가지고 있지만 전자 이동도가 낮고 물리적 특성에 한계가 있다. 또한 고성능과 더불어 인간 친화적 장치에 대한 응용이 필요한 시대에 실리콘은 불투명하고 물리적 변형에 취약하기 때문에 차세대 전자회로에 대한 한계성이 보이기 시작하였다.

이를 해결하고자 여러 차세대 물질들이 많이 연구되고 있는데, 그중 층상구조를 가지는 transition metal dichalcogenide(TMDC) 물질은 우수한 전기적, 물리적, 광학적 특성을 가지면서 전도유망한 물질로 떠오르고 있다. 그중 본 연구에서는 SnS2라는 TDMC와 유사한 층상구조를 가지는 14족의 stannum(Sn)과 16족의 sulfur(S)의 S-Sn-S 결합으로 이루어진 물질로 field effect transistor(FET)를 제작하여 전기적 특성을 확인하였다.

제작된 SnS2 FET는 p++ type SiO2 90 ㎚ Silicon 기판에 제작되었으며, insulator의 종류에 따라 SnS2 channel의 Coulombic scattering effect에 따른 전기적 특성 변화를 확인하였다.

또한 본 연구에서 도입된 SnS2 FET의 source, drain 전극의 metal contact이 아닌 graphene contact을 이용하여 반도체-금속간의 Schottky barrier를 줄여 on current와 mobility 증가시켜 semiconducting 특성을 개선하였다. 그리고 source, drain 전극 구조를 lateral 구조가 아닌 vertical 구조를 이용하여 off current 저하로 인한 on/off ratio가 증가함을 확인하였다.

Graphene contact의 Dirac voltage를 통하여 SnS2 FET의 threshold voltage를 조절하여 논리 연산 회로 및 집적회로의 다양한 설계를 할 수 있음을 확인하였다.