양극성 이황화몰리브덴 트랜지스터의 전기적 특성과 응용

Abstract

이차원 양극성 반도체는 독특한 물리적 특성과 게이트 제어 가능성으로 주목받고 있지만, 작은 밴드갭을 가진 반도체를 사용한 양극성 트랜지스터는 낮은 On/Off 전류 비율($I_{on}/I_{off}$)을 가지는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 큰 밴드갭을 갖는 이차원 반도체를 사용할 수 있으나, 페르미 준위 고정과 금속-반도체 사이 트랩으로 인해 양극성 트랜지스터 구현이 어렵다. 본 학위논문에서는 이황화몰리브덴($MoS_2$) 트랜지스터에 하부전극을 적용하여 게이트 제어 효율을 극대화함으로써 양극성 구동을 확인하였다. 특히 양극성 $MoS_2$ 트랜지스터의 하부전극 금속 종류와 게이트 영역의 정도에 따른 전기적 특성을 분석하고, 이를 활용하여 정류기와 인버터를 제안하였다. 본 학위논문에서 제안한 게이트 전압의 영향을 받지 않는 채널은 기존 드레인 전압 유도 효과에 의한 전류 변화 양상을 더욱 극대화한다. 그 결과 약 $3 \times 10^(6)$의 정류비를 가진 정류기와 최대 24의 전압 이득을 갖는 인버터를 구현할 수 있었다. 또한, 본 연구에서는 전체 채널 영역이 게이트 전압의 영향을 받는 양극성 $MoS_2$ 트랜지스터의 온도에 따른 캐리어 이동도, ON 전류, 문턱전압 이하 기울기의 경향성을 확인하였으며 정류기와 인버터의 온도에 따른 성능 변화를 확인해보았다.