열처리 기법으로 구현된 이황화몰리브덴 양자점의 구조 및 광 특성 연구

Abstract

최근 구조적 특징과 더불어 반도체로서의 역할이 가능한 물질인 이황화 몰리브덴 (MoS2) 박막을 삼산화 몰리브덴 (MoO3) 파우더와 황 (S) 파우더를 전구체로 활용한 화학기상 증착법을 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 이용하여 합성하고 그 특성을 분석하고 열처리 기법 (Thermal annealing)을 사용하여 양자점을 구현하였다. 이 공정을 통해 기존의 CVD 기법에서 보이던 삼각형 모양의 MoS2 Cluster들을 확인하고, 약 2.25cm2 의 영역에서 연속적인 단층 (Single layer)의 MoS2 박막이 증착 된 것을 확인할 수 있었다. 합성한 MoS2 박막을 평가하기 위해 라만 분광법 (Raman Spectroscopy, Raman), 광루미네선스 분석 (Photoluminescence, PL), X-선 광전자 분광 분석 (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS), 원자 힘 현미경 분석 (Atomic Force Microscopy, AFM)을 수행하였다. 성장된 MoS2 박막에 열처리 기법을 사용하여 양자점 (Quantum dot, QD)을 구현하였으며 AFM, PL 분석을 통하여 확인하였다. Raman, AFM 분석 결과 성장된 MoS2은 0.65 nm 높이를 갖는 단층을 갖는 것을 확인하였고, MoS2 벌크 (bulk) 물질과 성분 분석 비교 결과 성장된 박막이 MoS2 로 확인되었다. 형성된 MoS2 QD는 AFM 분석 결과 4 -7 nm 의 크기로 확인되었고, PL 측정 결과 양자 구속 효과 (Quantum confine effect, QCE)로 인해 밴드갭 (band gap)이 기존의 1.8 eV 에서 2.15 – 2.25 eV의 변화된 것을 확인하였다. 이러한 공정은 기존의 공정보다 넓은 영역에서의 높은 밀도의 QD 형성이 가능하며, 비교적 쉬운 공정 과정을 통하여 QD를 형성할 수 있는 가능성이 기여된다.