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Aug 01, 2023

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Abstract 고성능 p형 2차원(2D) 트랜지스터는 2D 나노전자공학의 기본입니다. 그러나 고품질의 대규모 p형 2D를 생성할 수 있는 안정적인 방법이 부족합니다.

추상적인

고성능 p형 2차원(2D) 트랜지스터는 2D 나노전자공학의 기본입니다. 그러나 고품질의 대규모 p형 2D 반도체를 생성하기 위한 신뢰할 수 있는 방법과 적절한 금속화 프로세스가 부족하다는 점은 해당 분야의 향후 개발을 위해 해결해야 할 중요한 과제를 나타냅니다. 여기에서는 페르미 레벨 조정 1T' 위상 반금속 접촉 전극을 사용하여 확장 가능한 p형 2D 단결정 2H-MoTe2 트랜지스터 어레이의 제조를 보고합니다. 비정상적인 입자 성장을 통해 다결정 1T'-MoTe2를 2H 다형체로 변환함으로써 저온(~500°C)에서 초대형 단결정 도메인과 공간적으로 제어되는 단결정 어레이를 갖춘 4인치 2H-MoTe2 웨이퍼를 제작했습니다. . 또한 리소그래피 패터닝과 1T' 반금속 및 2H 반도체의 층별 통합을 통해 온칩 트랜지스터를 시연합니다. 1T'-MoTe2 전극의 일함수 변조는 3D 금속(Au) 패드를 증착하여 달성되었으며, 그 결과 접합 인터페이스의 최소 접촉 저항(~0.7kΩ·μm)과 거의 0에 가까운 쇼트키 장벽 높이(~14meV)가 생성되었습니다. 2H-MoTe2 트랜지스터에서 높은 온 상태 전류(~7.8μA/μm)와 온/오프 전류 비율(~105)로 이어집니다.

UNIST 신소재공학부 ​​권순용 교수 연구팀이 몰리브덴 텔루륨을 이용한 고성능 p형 반도체 소자 제조에 획기적인 성과를 거두었다. 화합물 반도체(MoTe2). 이 선구적인 기술은 초미세 기술이 중요한 차세대 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 산업에 적용할 가능성이 매우 높습니다.

CMOS 장치는 p형 반도체와 n형 반도체의 상보적 결합을 기반으로 합니다. 저전력 소모로 알려진 CMOS 소자는 PC, 스마트폰 등 일상 전자 기기에 널리 사용되고 있다. 실리콘 기반 CMOS가 널리 보급되어 있는 반면, 얇은 구조로 인해 미래 반도체의 잠재적 후보로 2차원 재료에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 그러나 이러한 재료에 3차원 금속 전극을 형성하는 경우 제조 공정에서 문제가 발생하여 계면에서 다양한 결함이 발생합니다.

이번 연구에서는 권 교수팀과 이종훈 교수팀이 주도하여 독특한 성질을 나타내는 것으로 알려진 MoTe2-a 화합물을 활용한 고성능 p형 반도체 소자 개발에 중점을 두었습니다. 화학반응을 통해 박막을 형성할 수 있는 화학기상증착법(CVD)을 이용해 고순도의 대면적 4인치 MoTe2 웨이퍼 합성에 성공했다.

핵심 혁신은 전하 캐리어가 진입하는 것을 방지하는 2차원 반금속 효과적으로 변조하는 장벽층 위에 3차원 금속을 증착하여 일함수를 제어하는 ​​데 있습니다. 더욱이, 이 접근법은 2차원 금속에 대한 보호막 역할을 하는 3차원 금속을 활용하여 수율을 향상시키고 트랜지스터 어레이 장치 구현을 가능하게 합니다.

장소라 UNIST 신소재공학과 석·박통합 과정은 “우리 연구의 중요성은 MoTe2를 넘어서는 것”이라고 설명했다. "개발된 장치 제조 방법은 다양한 2차원 재료에 적용될 수 있으며, 이 분야에서 더 발전할 수 있는 문을 열어줍니다."

이번 연구는 UNIST 재료공학과 권순용 교수(공동교신저자), 이종훈 교수(공동교신저자), UNIST 재료과학부 송승욱 박사(공동교신저자)가 공동으로 수행했다. 펜실베니아대학교 윤아람 박사(공동 제1저자), 장소라(공동 제1저자).

이번 획기적인 연구 결과는 2023년 8월 7일 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판 공식 게재를 앞두고 게재됐다. 본 연구는 UNIST 2020년 연구비, 기초과학연구원, 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐다. NRF)는 과학기술정보통신부(MSIT)의 지원을 받아 제작되었습니다.