• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.292-292
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• 2016

Transition metal dichalcogenides (TMDs) with a two-dimensional layered structure have been considered highly promising materials for next-generation flexible, wearable, stretchable and transparent devices due to their unique physical, electrical and optical properties. Recent studies on TMD devices have focused on developing a suitable doping technique because precise control of the threshold voltage ($V_{TH}$) and the number of tightly-bound trions are required to achieve high performance electronic and optoelectronic devices, respectively. In particular, it is critical to develop an ultra-low level doping technique for the proper design and optimization of TMD-based devices because high level doping (about $10^{12}cm^{-2}$) causes TMD to act as a near-metallic layer. However, it is difficult to apply an ion implantation technique to TMD materials due to crystal damage that occurs during the implantation process. Although safe doping techniques have recently been developed, most of the previous TMD doping techniques presented very high doping levels of ${\sim}10^{12}cm^{-2}$. Recently, low-level n- and p-doping of TMD materials was achieved using cesium carbonate ($Cs_2CO_3$), octadecyltrichlorosilane (OTS), and M-DNA, but further studies are needed to reduce the doping level down to an intrinsic level. Here, we propose a novel DNA-based doping method on $MoS_2$ and $WSe_2$ films, which enables ultra-low n- and p-doping control and allows for proper adjustments in device performance. This is achieved by selecting and/or combining different types of divalent metal and trivalent lanthanide (Ln) ions on DNA nanostructures. The available n-doping range (${\Delta}n$) on the $MoS_2$ by Ln-DNA (DNA functionalized by trivalent Ln ions) is between $6{\times}10^9cm^{-2}$ and $2.6{\times}10^{10}cm^{-2}$, which is even lower than that provided by pristine DNA (${\sim}6.4{\times}10^{10}cm^{-2}$). The p-doping change (${\Delta}p$) on $WSe_2$ by Ln-DNA is adjusted between $-1.0{\times}10^{10}cm^{-2}$ and $-2.4{\times}10^{10}cm^{-2}$. In the case of Co-DNA (DNA functionalized by both divalent metal and trivalent Ln ions) doping where $Eu^{3+}$ or $Gd^{3+}$ ions were incorporated, a light p-doping phenomenon is observed on $MoS_2$ and $WSe_2$ (respectively, negative ${\Delta}n$ below $-9{\times}10^9cm^{-2}$ and positive ${\Delta}p$ above $1.4{\times}10^{10}cm^{-2}$) because the added $Cu^{2+}$ ions probably reduce the strength of negative charges in Ln-DNA. However, a light n-doping phenomenon (positive ${\Delta}n$ above $10^{10}cm^{-2}$ and negative ${\Delta}p$ below $-1.1{\times}10^{10}cm^{-2}$) occurs in the TMD devices doped by Co-DNA with $Tb^{3+}$ or $Er^{3+}$ ions. A significant (factor of ~5) increase in field-effect mobility is also observed on the $MoS_2$ and $WSe_2$ devices, which are, respectively, doped by $Tb^{3+}$-based Co-DNA (n-doping) and $Gd^{3+}$-based Co-DNA (p-doping), due to the reduction of effective electron and hole barrier heights after the doping. In terms of optoelectronic device performance (photoresponsivity and detectivity), the $Tb^{3+}$ or $Er^{3+}$-Co-DNA (n-doping) and the $Eu^{3+}$ or $Gd^{3+}$-Co-DNA (p-doping) improve the $MoS_2$ and $WSe_2$ photodetectors, respectively.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권6호
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• pp.1-6
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• 2011

투명 산화물 반도체 (Transparent Oxide-TFT)를 활성층과 소스/드레인, 게이트 전극층으로 동시에 사용한 비결정 indium zinc oxide (a-IZO), 절연층으로 co-sputtered $HfO_2-Al_2O_3$ (HfAIO)을 적용하여 실온에서 RF-magnetron 스퍼터 공정에 의해 제작하였다. TFT의 게이트 절연막으로써 $HfO_2$ 는 그 높은 유전상수( > 20)에도 불구하고 미세결정구조와 작은 에너지 밴드갭 (5.31eV) 으로 부터 기인한 거친계면특성, 높은 누설전류의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 어떠한 추가적인 열처리 공정 없이 co-sputtering에 의해 $HfO_2$와 $Al_2O_3$를 동시에 증착함으로써 구조적, 전기적 특성이 TFT 의 절연막으로 더욱 적합하게 향상되어진 $HfO_2$ 박막의 변화를 x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometer (SE)를 통해 분석하였다. XRD 분석은 기존 $HfO_2$ 의 미세결정 구조가 $Al_2O_3$와의 co-sputter에 의해 비결정 구조로 변한 것을 확인 시켜 주었고, AFM 분석을 통해 $HfO_2$ 의 표면 거칠기를 비교할 수 있는 RMS 값이 2.979 nm 인 것에 반해 HfAIO의 경우 0.490 nm로 향상된 것을 확인하였다. 또한 SE 분석을 통해 $HfO_2$ 의 에너지 밴드 갭 5.17 eV 이 HfAIO 의 에너지 밴드 갭 5.42 eV 로 향상 되어진 것을 알 수 있었다. 자유 전자 농도와 그에 따른 비저항도를 적절하게 조절한 활성층/전극층 으로써의 IZO 물질과 게이트 절연층으로써 co-sputtered HfAIO를 적용하여 제작한 Oxide-TFT 의 전기적 특성은 이동도 $10cm^2/V{\cdot}s$이상, 문턱전압 2 V 이하, 전류점멸비 $10^5$ 이상, 최대 전류량 2 mA 이상을 보여주었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제11권4호
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• pp.138-147
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• 2001

수평 전기로에서 $ZnIn_{2}S_{4}$ 다결정을 합성하여 HWE(Hot Wall Epitaxy)방법으로 $ZnIn_{2}S_{4}$ 단결정 박막을 반절연성 GaAs(100) 기판 위에 성장시겼다. $ZnIn_{2}S_{4}$ 단결정 박막은 증발원의 온도를 $610^{\circ}C$, 기판의 온도를 $450^{\circ}C$로 성장시켰고 성장 속도는 0.5$\mu\textrm{m}$/hr로 확인되었다. $ZnIn_{2}S_{4}$ 단결정 박막의 결정성의 조사에서 $10^{\circ}$K에서 광발광 (photoluminescence) 스펙트럼이 433nm (2.8633 eV)에서 exciton emission 스펙트럼이 가장 강하게 나타났으며, 또한 이중결정 X-선 요동곡성 (DCRC)의 반폭치(FWHM)도 133 arcsec로 가장 작아 최적 성장 조건임을 알 수 있었다. Hall 효과는 van der Pauw 방법에 의해 측정되었으며, 온도에 의존하는 운반자 농도와 이동도는 $293^{\circ}$K에서 각각 $8.51{\times}10^{17}electron{\textrm}{cm}^{-3}$, 291$\textrm{cm}^2$/V-s 였다. $ZnIn_{2}S_{4}$ 단결정 박막의 광전류 단파장대 봉우리들로부터 $10^{\circ}$K에서 측정된 ${\Delta}$Cr(crystal field splitting)은 0.1678 eV, ${\Delta}$So (spin orbit coupling)는 0.0148eV였다. $10^{\circ}$K의 광발광 측정으로부터 고품질의 결정에서 볼 수 있는 free exciton 과 매우 강한 세기의 중성 주개 bound exciton 등의 피크가 관찰되었다. 이때 증성 주개 bound exciton 의 반치폭과 결합 에너지는 각각 9meV와 26meV였다. 또한 Haynes rule에 의해 구한 불순물의 활성화 에너지는 130meV였다.