MoS2 트랜지스터 성능향상을 위한 1,2-디클로로에탄 용액을 이용한 선택적 도핑

Abstract

MoS2 기반의 전계효과 트랜지스터 제작 시 금속과 MoS2 접합계면에 발생하는 페르미 준위 피닝 현상으로 인해 쇼트키 장벽이 증가하여 결국 접촉저항이 증가하는 문제가 있다. 본 연구에서는 이를 개선하기 위한 도핑 공정의 새로운 방법으로 1,2-dichloroethane 용액을 사용하여 접촉영역에만 선택적으로 도핑하는 화학적 도핑 방법을 제시한다. 또한 채널 층에는 감광제를 페시베이션 층으로 사용하여 도핑용액의 침투를 막아 의도하지 않은 영역의 도핑 효과를 억제한다. 도핑이 선택적으로 되었음을 확인하기 위해 광학적 특성 측정이 가능한 X선 광전자 분광법과 라만 분광법 측정을 진행하였다. 그 결과 감광제가 도포되어 도핑 된 MoS2 플레이크와 도핑 되지 않은 MoS2 플레이크의 비교 시 피크의 변화가 없으며, 감광제가 도포되지 않고 도핑 된 MoS2 플레이크와의 비교 시 피크의 변화가 관측되었다. 또한 전기적 특성 측정을 통해 도핑 효과를 확인하였다. 전계효과 이동도는 4.07 cm2/V·s에서 31.5 cm2/V·s로 증가하였으며, subthreshold swing은 1.26 V/decade에서 0.401 V/decade로 감소하였음을 확인하였다. 본 연구에 사용된 도핑 방식은 다른 2차원 물질기반의 소자제작에 적용되어 상용화를 앞당길 것으로 기대한다.|When fabricating MoS2-based field effect transistors, the Schottky barrier increases due to the Fermi level pinning phenomenon that occurs at the interface between metal and MoS2, resulting in an increase in contact resistance. This study presents chemical doping that selectively dopes only the contact region using a 1,2-dichloroethane solution as a new method of doping process to improve this. In addition, a photoresist is used as a passivation layer in the channel layer to prevent penetration of the doping solution and suppress the doping effect in an unintended region. To confirm that the doping was selective, X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy, which can measure optical properties, were performed. In the XPS results, the main core level of the MoS2 flake with blocked layer did not shift, whereas that of the MoS2 flake without blocked layer changed by approximately 0.24 eV. In the case of the MoS2 flakes with a blocked layer, the vibrational modes of the Raman peak position did not shift. Conversely, the two Raman peak positions of the MoS2 flake without blocked layer red-shifted. In addition, the doping effect was confirmed through electrical property measurement. It was confirmed that the field effect mobility increased from 4.07 cm2/V·s to 31.5 cm2/V·s, and the subthreshold swing decreased from 1.26 V/decade to 0.401 V/decade. The doping method used in this study is expected to play an important role in accelerating commercialization by being applied to other two-dimensional materials.