핫픽업 전사기술을 이용한 고성능 WSe2 기반 전계효과 트랜지스터의 제작
High-performance WSe2 field-effect transistors fabricated by hot pick-up transfer technique
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초록
원자층 두께의 전이금속 칼코겐화합물(transition-metal dichalcogenide, TMD) 기반 반도체 소재는 그래핀과 비슷한 구조의 이차원구조를 지니는 소재로서 조절 가능한 밴드갭 뿐만 아니라 우수한유연성, 투명성 등 다양한 장점으로 인해 다양한 미래사회의 전자소자에 활용될 수 있는 소재로서 각광받고 있다. 하지만 이러한 TMD 소재들은 수분과 산소에 매우 취약하다는 단점 때문에 대기안정성을 해결할 수 있는 다양한 시도가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 핫픽업 전사기술을 이용하여 TMD 반도체 소재 중 하나인 WSe2 와 이차원 절연체 h-BN와의 수직 헤테로 구조를 제작하여 WSe2의 대기안정성을 향상시키기 위한 연구를 수행하였으며, h-BN/WSe2 구조를 활용하여 WSe2 기반 고성능 전계효과 트랜지스터 제작에 대한 연구를 수행하였다. 제작된 소자의 전기적 특성을 분석한 결과, h-BN에의해 표면이 안정화된 WSe2 기반 소자는 대기안정성 뿐만 아니라 150 cm2/Vs의 상온 정공 이동도, 3×106의 온/오프 전류비, 192 mV/decade의 서브문턱스윙 등 우수한 전기적 특성을 갖는다는 것 또한확인할 수 있었다.
Abstract
Recently, the atomically thin transition-metal dichalcogenide (TMD) semiconductors have attracted much attention owing to their remarkable properties such as tunable bandgap with high carrier mobility, flexibility, transparency, etc. However, because these TMD materials have a significant drawback that they are easily degraded in an ambient environment, various attempts have been made to improve chemical stability. In this research article, I report a method to improve the air stability of WSe2 one of the TMD materials via surface passivation with an h-BN insulator, and its application to field-effect transistors (FETs). With a modified hot pick-up transfer technique, a vertical heterostructure of h-BN/WSe2 was successfully made, and then the structure was used to fabricate the top-gate bottom-contact FETs. The fabricated WSe2-based FET exhibited not only excellent air stability, but also high hole mobility of 150 cm2/Vs at room temperature, on/off current ratios up to 3×106, and 192 mV/decade of subthreshold swing.
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