iCVD기반 고유전율 하이브리드 절연체를 응용한 상부 게이트 구조 단일 층 MoS2 트랜지스터의 성능 개선

Abstract

전이금속 칼코겐화합물은 높은 투명성, 유연성 및 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 박막 트랜지스터의 채널 소재로 촉망받고 있으며, 이 중 이황화 몰리브덴은 2차원 N형 반도체 소재로 널리 사용되고 있다. 이황화 몰리브덴의 경우, 비교적 높은 온-오프 전류 비율, 높은 이동도, 뛰어난 유연성을 가지고 있다. 뿐만 아니라 원자층 두께의 얇은 특성을 이점으로 Short Channel Effect에 대한 강한 내성을 갖기 때문에 차세대 로직 트랜지스터의 채널 소재로서 많은 관심을 받고 있다. 하지만, 여전히 기존 실리콘 기반 트랜지스터에 비해 많은 부분에서 해결해야 할 문제들이 있다. 대표적으로 실제로 로직 트랜지스터에 적용되었을 때 채널의 도핑 이슈, 컨택 저항 이슈 및 절연층 과의 계면 이슈들로 인해 이차원 소재가 갖는 잠재성 대비 현저히 낮은 이동도 특성을 보인다는 단점을 갖고 있다. 특히 상부 게이트 구조의 이차원 소재 기반 박막 트랜지스터의 경우 이차원 물질의 불포화 결합 부재로 인한 ALD 공정과의 부조화로 인해 계면 특성 열등하다. 나쁜 계면 특성은 이동도 및 스위칭 특성 저하의 원인이기 때문에 고성능 트랜지스터 구현을 위해 반드시 해결되어야 하는 이슈이다. 본 연구에서는, 최근에 새롭게 개발된 iCVD기반 고유전율 하리브리드 물질을 이황화 몰리브덴 채널 소재의 상부 절연막으로 적용함으로써 우수한 계면 특성을 갖는 트랜지스터를 개발하였다. 나아가 하이브리드 유전막 기반 이차원 트랜지스터와 Al2O3유전막 기반 이차원 트랜지스터의 포논 스케터링 팩터 및 채널 활성화 에너지 비교를 통해 하이브리드 유전막의 이황화 몰리브덴 채널 소재에 대한 계면 우수성을 증명하였다.