SAM/graphene 기판 MoS2 직접성장을 통한 MoS2/graphene 이중구조에서의 계면 향상 및 트랜지스터 성능 향상

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 이차원 소재인 이황화몰리브덴(MoS2)과 그래핀(Graphene)의
이중접합 구조를 화학기상증착법(CVD)으로 직접 합성하는 과정에서 발생하는 그래핀
결함을 억제하는 방법을 제시한다. 일반적으로 그래핀을 기판으로 MoS2 를 성장시킬
경우, 고온 공정과 전구체 반응으로 인해 그래핀의 결함이 증가하는 연구 사례들이
존재한다. 또한 MoS2 합성 과정에서 핵 생성 밀도를 억제하며 결정의 크기를
키우는데 도움을 주는 염화나트륨 (NaCl)이 수분과 반응하여 생성하는 물 수용성
층(water-soluble layer 과 잔류 Na 에 의한 MoS2/graphene 계면 오염이 발생한다.
Graphene 에 발생하는 결함과 MoS2/graphene 계면에 존재하는 물 수용성층은
MoS2/graphene 이중접합구조 응용에 제한을 주게 된다.
이를 해결하기 위해 결함이 존재하는 그래핀에 자가조립단분자(Self-assembled
monolayers, SAMs)를 도입하여 MoS₂ 성장 중 graphene 손상을 최소화하였다.
Graphene 손상을 최소화하며 MoS2 와 graphene 계면 사이에 존재하는 물 수용성
층을 줄일 수 있었으며 잔류 Na 에 의한 SiO2 를 보호하여 MoS2/graphene
트랜지스터의 안정성을 높일 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study presents a strategy to suppress graphene defects that arise during the direct synthesis of MoS2/graphene heterostructures via chemical vapor deposition (CVD). When MoS2 is grown on graphene, high-temperature processing and precursor reactions typically increase defect density in the graphene layer. In addition, NaCl—commonly used to reduce nucleation density and promote larger MoS2 crystal domains—reacts with moisture to form a water-soluble layer, and residual Na leads to contamination at the MoS2/graphene interface. Both the graphene defects and the water-soluble interfacial layer significantly limit the applicability of MoS2/graphene heterostructures. To address these issues, we introduce self-assembled monolayers (SAMs) onto defect-containing graphene to minimize graphene degradation during MoS2 growth. This approach effectively suppresses damage to the graphene layer, reduces the formation of the water-soluble interfacial layer, and protects the underlying SiO2 from Na-induced residues. As a result, the stability of MoS2/graphene transistors is substantially enhanced.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차 ⅱ
• 국문초록 ⅲ
• 제 1 장 서론
• 1.1 이차원소재 1
• 1.2 이차원소재의 이중접합 구조 및 응용 3
• 1.3 연구 배경 및 목적 5
• 제 2 장 실험 방법
• 2.1 그래핀 합성 및 전사 방법 7
• 2.1.1 화학기상증착법을 통한 그래핀 합성 7
• 2.1.2 그래핀 전사 8
• 2.2 이황화 몰리브덴 합성 10
• 제 3 장 본론
• 3.1 그래핀 결함 생성 및 변화 12
• 3.2 그래핀 결함 생성 원인 15
• 3.3 자기조립단분자막 코팅 및 그래핀 결함 치유 17
• 3.3.1 ODTS 코팅을 통한 그래핀 보호 효과 확인 22
• 3.4 ODTS 열 분해 및 그래핀 결함 치유 메커니즘 24
• 3.5 물 수용층 분석 및 잔류 나트륨 측정 26
• 3.5.1 잔류 Na 비교 및 절연층 상태 분석 28
• 3.6 이중접합구조 트랜지스터 안정성 평가 31
• 제 4 장 결론
• 참고문헌 36
• Abstract 42