• Title/Summary/Keyword: Dichalcogenide

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DNA 템플릿을 활용한 전이금속 칼코겐화합물 트랜지스터 기반 바이오센서 연구

  • O, Ae-Ri;Gang, Dong-Ho;Park, Jin-Hong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2015.08a
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    • pp.213.1-213.1
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    • 2015
  • Field effect transistors (FETs)를 기반으로 한 바이오센서는 빠른 응답속도, 저비용, label-free 등을 이유로 각광받고 있다. 그러나 3D 구조를 기반으로 한 FETs 바이오센서의 낮은 sensitivity의 한계점을 지니며, 이를 극복하기 위해 1D 구조의 나노튜브 등을 활용하였으나 여전히 높은 sensitivity의 확보는 힘들다. 최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위해 이차원 반도체 물질 중 하나인 Transition metal dichalcogenide (TMD)를 이용하여, 700 이상의 sensitivity를 지니는 pH센서 및 100 이상의 sensitivity를 지니는 바이오센서가 보고되었다. 하지만 이보다 더 높은 정확성 및 반응성을 높이기 위한 연구는 부족한 실정이다. 우리는 DNA 템플릿을 이용하여, TMD FET 기반 pH 및 바이오센서의 반응성을 극대화시키는 연구를 선보인다. DNA는 7~8정도의 유전상수 (K)를 가지는 물질로 기존 $SiO_2$(K=3.9)보다 높은 유전상수를 가지며 두께를 0.7 nm로 매우 얇게 형성할 수 있는 장점이 있다. 이는 FET 기반 바이오센서의 표면 캐패시턴스를 높여 sensitivity를 극대화할 수 있으며, 기존에 사용된 high-k 기반 바이오센서와 비교하여도 약 10배 이상의 sensitivity 향상을 노릴 수 있다. 또한, TMD 물질로 우리는 $WSe_2$를 선택하였으며, pH 용액의 receptor로써 우리는 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)를 활용하였고, 템플릿으로 사용된 DNA는 DX tile 및 Ring type의 두 가지를 사용하였다. 추가로, DNA의 phosphate backbone을 중성화시키고 DNA의 base pairing의 charge 안정화를 위해 구리 이온($Cu^{2+}$) 및 란타넘족($Tb^{3+}$)을 추가하였다. 완성된 바이오센서의 pH 센싱을 위해 우리는 pH 6,7,8의 표준 용액을 사용하였으며, 재현성 및 반복성의 확인하였다.

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CVD 및 PVD를 이용한 2차원 TMDC 성장연구

  • Jeong, Jong-Wan;Hussain, Sajjad;Kim, Hyeji
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2014.02a
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    • pp.115.2-115.2
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    • 2014
  • 2004년에 최초의 2D 물질인 그래핀이 발표된 이후로 그래핀에 대한 관심이 매우 높다. 그래핀은 매우 높은 캐리어 이동도와 높은 광학 투과도, 높은 기계적 강도, 뛰어난 유연성등 다양하고, 뛰어난 물리적, 광학적, 기계적 성질을 갖고 있다. 이러한 뛰어난 성질로 인해 초고속 전자소자, 유연소자, 투명전극, 광학소자등 다양한 분야의 응용이 기대되어, 현재 물리학, 화학, 재료등 여러분야에서 활발히 연구가 진행되고 있다. 이러한 활발한 연구에도 불구하고 그래핀이 가진 기본적인 물리적 특성인 "제로 밴드갭" 특성으로 인해 낮은 소모전력이 요구되는 전자소자와 또한 광학소자로서의 응용에 한계를 보이고 있는 것이 사실이다. 그래핀의 기본적인 물리적 성질인 "제로 밴드갭"에서 탈출해 밴드갭을 증가하기 위해 나노리본, 바이레이어 그래핀등, 다양한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 이를 통한 밴드갭의 증가량은 충분히 크지않아서 그래핀의 전자 및 광학적 응용이 아직까지는 매우 어렵다. 이러한 그래핀의 물질적 한계에 비추어 최근에 그래핀과 달리 충분한 밴드갭이 있어 반도체 특성을 가지는 Transition Metal DichalCogenide (TMDC) 물질에 대한 관심이 매우 높다. TMDC물질은 그래핀과 같이 2차원 물질로서 극히 얇으며, 또한 밴드갭을 가지고 있다. 따라서 실리콘과 같이 전자소자, 광학소자의 응용이 더욱 현실적으로 가능하다. 가장 대표적인 물질은 MoS2, WS2등을 들수 있다. TMDC 물질의 연구에서 가장 기본적으로 선행되어야할 연구분야는 바로 물질 성장에 있으며, 본 연구에서는 가장 대표적인 성장방법인 화학기상증착(CVD), 스퍼터링-물리적기상증착 (PVD)를 이용한 MoS2, WS2등의 TMDC의 성장연구에 대해 논의하고자 한다.

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Investigation on 2D Transition Metal Chalcogenide Using Angular-Resolved Photoelectron Spectroscopy (각도분해 광전자 분광법을 이용한 2차원 전이금속 칼코겐 화합물의 전자구조 연구)

  • Park, Soohyung
    • Ceramist
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    • v.22 no.4
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    • pp.350-356
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    • 2019
  • Recently, transition metal dichalcogenide (TMDC) monolayers have been the subject of research exploring the physical phenomenon generated by low dimensionality and high symmetry. One of the keys to understanding new physical observations is the electronic band structure of 2D TMDCs. Angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) is, to this point, the best technique for obtaining information on the electronic structure of 2D TMDCs. However, through ARPES research, obtaining the long-range well-ordered single crystal samples always proves a challenging and obstacle presenting issue, which has been limiting towards measuring the electronic band structures of samples. This is particularly true in general 2D TMDCs cases. Here, we introduce the approach, with a mathematical framework, to overcome such ARPES limitations by employing the high level of symmetry of 2D TMDCs. Their high symmetry enables measurement of the clear and sharp electronic band dispersion, which is dominated by the band dispersion of single-crystal TMDCs along the two high symmetry directions Γ-K and Γ-M. In addition, we present two important studies and observations for the direct measuring of the exciton binding energy and charge transfer of 2D TMDCs, both being established by the above novel approach.

Study on the wettability of precuesor solution for MoS2 film by spin coating (스핀코팅에 의한 MoS2 박막 합성을 위한 전구체 용액의 젖음성에 관한 연구)

  • Kim, Min-Gyeong;Park, Yeong-Bae;Lee, Gyu-Hwan
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2015.05a
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    • pp.160-161
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    • 2015
  • 탄소 원자들이 육각형의 벌집 모양으로 배열된 그래핀은 강철보다 200배 이상 강하며, 다이아몬드보다 2배 이상 열전도율이 높으며, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하며, 실리콘보다 100배 이상 전자가 빠르게 움직일 수 있는 장점이 있다. 그래핀의 이러한 기계적, 열적, 전기적 특성은 에너지 밴드 갭이 없는 그래핀의 전자구조에서 근거하고 있다. 그러나 이러한 에너지 밴드 갭이 없는 그래핀은 반도체가 아닌 준금속의 특성을 보이며, 전자산업의 핵심소자인 트랜지스터로의 상용화에 큰 장벽이 되고 있다. 이러한 그래핀의 단점을 보완하고자 그래핀 이외의 2D 물질에 주목하기 시작하였으며, 그 가운데 최근 $MoS_2$과 같은 Transiton-Metal dichalcogenide(TMD)에 대한 관심이 급증하고 있다. TMD 중 대표적인 물질인 MoS2는 단일 층이 직접 전이 밴드 갭을 가진 반도체로서 전자회로와 발광 다이오드에 이용될 잠재적 가능성을 가진 재료이다. 본 연구에서는 이러한 MoS2 박막 형성을 하기 위해서 대면적이고 저비용으로 만들 수 있는 spin coating을 이용하려고 한다. spin coating을 이용하여 박막을 얻기 위해서는 좋은 wettability가 필수적이므로 이를 개선하기 위하여 용액, 전처리에 따른 wettability를 비교한 후, 열처리를 하여 그 표면을 관찰하고 Raman spectroscopy를 이용하여 분석하여 최적의 조건을 찾기 위한 실험을 하였다.

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DC Sputtering Process of 2-Dimensional Tungsten Disulfide Thin Films on Soda-Lime Glass Substrates (DC 스퍼터링을 이용한 소다라임 유리 기판상에 2차원 황화텅스텐 박막 형성 공정)

  • Ma, Sang Min;Kwon, Sang Jik;Cho, Eou Sik
    • Journal of the Semiconductor & Display Technology
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    • v.17 no.3
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    • pp.31-35
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    • 2018
  • Tungsten disulfide($WS_2$) thin films were directly deposited by direct-current(DC) sputtering and annealed by rapid thermal processing(RTP) to materialize two-dimensional p-type transition metal dichalcogenide (TMDC) thin films on soda-lime glass substrates without any complicated exfoliation/transfer process. $WS_2$ thin films deposited at various DC sputtering powers from 80 W to 160W were annealed at different temperatures from $400^{\circ}C$ to $550^{\circ}C$ considering the melting temperature of soda-lime glass. The optical microscope results showed the stable surface morphologies of the $WS_2$ thin films without any defects. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results and the Hall measurement results showed stable binding energies of W and S and high carrier mobilities of $WS_2$ thin films.

A Study on the Characteristics of 2-Dimensinal Molybdenum Disulfide Thin Films formed on Sapphire Substrates by DC Sputtering and Rapid Thermal Annealing (DC 스퍼터링 및 급속 열처리 공정을 이용한 사파이어 기판상에 형성된 2차원 황화몰리브덴 박막의 특성에 관한 연구)

  • Qi, Yuanrui;Ma, Sang Min;Jeon, Yongmin;Kwon, Sang Jik;Cho, Eou-Sik
    • Journal of the Semiconductor & Display Technology
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    • v.21 no.3
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    • pp.105-109
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    • 2022
  • For the realization of higher reliable transition metal dichalcogenide layer, molybdenum disulfide was formed on sapphire substrate by direct current sputtering and subsequent rapid thermal annealing process. Unlike RF sputtered MoS2 thin films, DC sputtered showed no irregular holes and protrusions after annealing process from scanning electron microscope images. From atomic force microscope results, it was possible to investigate that surface roughness of MoS2 thin films were more dependent on DC sputtering power then annealing temperature. On the other hand, the Raman scattering spectra showed the dependency of significant E12g and A1g peaks on annealing temperatures.

Synthesis and Electrochemical Properties of FexNbS2/C Composites as an Anode Material for Li Secondary Batteries

  • Kim, Yunjung;Kim, Jae-Hun
    • Corrosion Science and Technology
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    • v.21 no.4
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    • pp.250-257
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    • 2022
  • Transition metal sulfide materials have emerged as a new anode material for Li secondary batteries owing to their high capacity and rate capability facilitated by fast Li-ion transport through the layered structure. Among these materials, niobium disulfide (NbS2) has attracted much attention with its high electrical conductivity and high theoretical capacity (683 mAh g-1). In this study, we propose a facile synthesis of FexNbS2/C composite via simple ball milling and heat treatment. The starting materials of FeS and Nb were reacted in the first milling step and transformed into an Fe-Nb-S composite. In the second milling step, activated carbon was incorporated and the sulfide was crystallized into FexNbS2 by heat treatment. The prepared materials were characterized by X-ray diffraction, electron spectroscopies, and X-ray photoelectron spectroscopy. The electrochemical test results reveal that the synthesized FexNbS2/C composite electrode demonstrates a high reversible capacity of more than 600 mAh g-1, stable cycling stability, and excellent rate performance for Li-ion battery anodes.

A Brief Review of Research and Development, Market Trends for Ultra-Small and High-Sensitivity Nano Biosensors (초소형 고감도 나노 바이오 센서의 연구개발 및 시장 동향)

  • Hyeong Gi Park;Jun-Won Kook;Kwon-Young Choi;Jae-Hyun Lee
    • Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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    • v.36 no.6
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    • pp.556-562
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    • 2023
  • This paper presents the development and market trends of nano biosensors. These biosensors must possess high sensitivity and selectivity to effectively detect diseases. Presently, many research groups are focusing on the field-effect transistor aspect of nano biosensors, which can identify diseases such as Down syndrome, bladder cancer, breast cancer, and numerous other cancers, utilizing graphene and transition metal dichalcogenide materials. In the case of in-vitro diagnostics, the use of nano biosensors has been rapidly growing since the onset of the COVID-19 pandemic. This paper also discusses market trends and the outlook for both national and international enterprises engaged in the nano biosensor field. Nano biosensors are expected to play a beneficial and significant role soon, contributing to the early diagnosis of diseases and subsequently improving patient outcomes.

Poly-4-vinylphenol and Poly (melamine-co-formaldehyde)-based Tungsten Diselenide (WSe2) Doping Method

  • Nam, Hyo-Jik;Park, Hyung-Youl;Park, Jin-Hong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2015.08a
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    • pp.194.1-194.1
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    • 2015
  • Transition metal dichalcogenide (TMD) with layered structure, has recently been considered as promising candidate for next-generation flexible electronic and optoelectronic devices because of its superior electrical, optical, and mechanical properties.[1] Scalability of thickness down to a monolayer and van der Waals expitaxial structure without surface dangling bonds (consequently, native oxides) make TMD-based thin film transistors (TFTs) that are immune to the short channel effect (SCE) and provide very high field effect mobility (${\sim}200cm^2/V-sec$ that is comparable to the universal mobility of Si), respectively.[2] In addition, an excellent photo-detector with a wide spectral range from ultraviolet (UV) to close infrared (IR) is achievable with using $WSe_2$, since its energy bandgap varies between 1.2 eV (bulk) and 1.8 eV (monolayer), depending on layer thickness.[3] However, one of the critical issues that hinders the successful integration of $WSe_2$ electronic and optoelectronic devices is the lack of a reliable and controllable doping method. Such a component is essential for inducing a shift in the Fermi level, which subsequently enables wide modulations of its electrical and optical properties. In this work, we demonstrate n-doping method for $WSe_2$ on poly-4-vinylphenol and poly (melamine-co-formaldehyde) (PVP/PMF) insulating layer and adjust the doping level of $WSe_2$ by controlling concentration of PMF in the PVP/PMF layer. We investigated the doping of $WSe_2$ by PVP/PMF layer in terms of electronic and optoelectronic devices using Raman spectroscopy, electrical measurements, and optical measurements.

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Development and Application of Electrode for a New Secondary Aqueous Cell (새로운 수용성 2차 전지용 전극의 개발과 응용)

  • Hwang, Kum-Sho
    • Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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    • v.41 no.2
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    • pp.165-170
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    • 2005
  • Al-Zn alloy/$MnO_2$, seawater cell was considered as a primary aqueous cell with an average voltage range from 1.0 to 1.1V, and the electrolyte of seawater was uptaken into the cell. Eventually, the capacity of its usage will be used for long-term. However, the more use of this cell, the higher corrosion phenomenon of the electrode occurred. Due to its corrosion phenomenon, one main default has been observed with gradual decrease during a discharge process. In this research, a common-used active material for anode was $LiNiO_2$. An active material for cathode, $Zn_{X}FeS_2$ was synthesized in high temperature by uptaken a small amount of 1.3 wt% of ZnS into $FeS_2$, one of the transition-metal dichalcogenides in high temperature. Consequently, based on their usages shown above, this secondary aqueous lithium cell could be more developed. This cell was shown as remarkable charge/discharge performance during the charge/discharge processes. This cathode with active material was given a considerable efficiency of inserting $Li^+$ ions. Moreever, in accordance with the characteristic of the crystal structure for $Zn_{x}FeS_2$, a small amount of ZnS was added which made it possible to reduce prominently velocity of corrosion during the charge/discharge cycle. By applying those merits, Al-Zn alloy/$MnO_2$ seawater cell will be used as a fundamental data in order to transform into a secondary aqueous cell.