이온액 게이팅을 통한 이텔루륨화 몰리브데늄 나노 트랜지스터의 연구 = Research on MoTe₂ nano transistor with Ionic liquid gating

국문 초록 (Abstract)

국문초록
이온액 게이팅을 통한 이텔루륨화 몰리브데늄 나노 트랜지스터의 연구
본 논문에서는 이텔루륨화 몰리브데늄을 이용하여 Field Effect Transistor(FET)의 성능을 향상 시키는 연구를 진행하였다.
이텔루륨화 몰리브데늄을 suspended structure로 구성한 후 쿨롱 힘에 의해 suspended된 이텔루륨화 몰리브데늄을 아래로 당기어 tensile strain을 야기시키고 이를 통해 phase transition을 일으키는 semiconductor to metal transition transistor를 구성하였다. 이텔루륨화 몰리브데늄을 suspended 시킬경우 인위적인 외부힘을 가하지 않아도 일부 1T’-phase가 공존함을 확인하였다. 구성한 semiconductor to metal transition transistor는 off가 되지 않았음을 확인하였고 이는 일부의 1T’-phase로 인한것으로 추측할 수 있었다. 하지만 mobility는 타 이텔루륨화 몰리브데늄 FET 에 비해 매우 높은 ~80 (cm2/V*s)를 갖고 있음을 확인하였으므로 생성된 strain을 제거하는 방법에 대한 연구가 진행 된다면 높은 on/off ratio와 높은 mobility를 갖는 transistor를 기대할 수 있다.

Ionic liquid 도포를 통한 이텔루륨화 몰리브데늄의 성능 향상도 확인해 보고자 하였다. 본 논문에서는 ionic liquid 도포시 mobility와 gate efficiency가 도포전 보다 각각 약 18배, 39배 증가하며 sub-threshold swing(SS)이 약 36배 감소함을 확인하였다. 이는 ionic liquid가 가지는 높은 dielectric constant값과 EDL의 영향을 예상할 수 있었다. 또한 supported structure보다 suspended structure에서 ionic liquid를 도포할시에는 EDL이 한면이 아닌 모든 면에 형성이 되어 더 높은 gate efficiency와 mobility, 그리고 SS의 감소가 일어남을 예상할 수 있었다. 더 높은 gate efficiency로 인해 저전력 고효율의 FET를 제작할 수 있었고 낮은 SS를 유도함으로써 빠르게 작동하는 transistor의 가능성을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Abstract
Research on MoTe2 Nano Transistor with Ionic Liquid Gating
Hong, Jun Ho
Department of physics, Major in Quantum phases and devices
Graduate school of Konkuk university

In this thesis, we tried to improve molybdenum ditelluride(MoTe2) Field effect transistor(FET)’s performance.
MoTe2 has many phases like other TMD material. 2H-phase has semi conducting property and its mobility is about 40(cm2/V*s) on the other hand 1T’-phase has semi metallic property and its mobility is about 4000(cm2/V*s). From this base we can conceive the semiconductor-metal transition transistor. We fabricated suspended MoTe2 FET for semiconductor-metal transition transistor by using electrostatic force for tensile strain. But we found suspended MoTe2 channel has 2H-phase and 1T’phase co-exist even we didn’t set any other external force, and this some portion of 1T’-phase made problems such as no off-state. If we can find release the strain which is occurred by inevitable structural problems, we can fabricate improved performance FET.
Also we tried to improve FET performance by spreading ionic liquid droplet.
After spreading ionic liquid, we checked FET’s performance improved such as mobility and gate efficiency.
Furthermore, we spreading ionic liquid on suspended MoTe2 for more improve performance. Finally, we can construct low power, high efficiency FET.

목차 (Table of Contents)

• 1.서론 1
• 1.2. 이온액(Ionic Liquid) 4
• 2. 이론적 배경 6
• 2.1. Semiconductor to Metal phase transition transistor 6
• 2.2. 이온액 게이팅 FET 8
• 3.실험방법 9
• 3.1 실험장비 9
• 3.1.1. 원자 힘 현미경 (Atomic Force Microscope) 9
• 3.1.2. 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope) 10
• 3.1.3. 전자 빔 증착기(E-beam Evaporator) 11
• 3.1.4. 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 12
• 3.1.5. 임계점 건조기(Critical Point Dryer) 13
• 3.1.6. Keithley4200 & Vacuum Chamber Probestaion 14
• 3.2. 제작 방법 15
• 3.2.1. Supported Structure FET소자 제작 15
• 3.2.2. Suspended Structure FET 소자 제작 18
• 3.2.3. 이온액 도포 20
• 3. 실험 결과 21
• 3.1 Suspended MoTe2 FET 21
• 3.1.1. Suspended MoTe2의 특성 21
• 3.2. 이온액이 도포된 Supported structure FET 소자의 전기적 특성 27
• 3.3. 이온액이 도포된 Suspended FET 32
• 3.3.1. Double-EDL (Electric Double Layer) 34
• 3.3.2. Passivation 37
• 4.결론 39
• 참고문헌 40
• 국문초록 43