손상된 기능 스스로 회복하는 자가치유 2차원 반도체 소자 개발

출처 : 한국연구재단
등록일 : 2021-09-27
조회 : 58

<div style="text-align: justify;" align="justify"><b><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 195);"><span style="color: rgb(0, 0, 0); font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;"></span></span><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">손상된 기능 스스로 회복하는 자가치유 2차원 반도체 소자 개발&nbsp;</span></font></b></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><b><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">결함 치유를 통해 소자의 성능을 획기적으로 높이는 기술 개발</span></b></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">□ 손상된 기능을 스스로 치유하는 초박막 반도체 소자가 소개됐다. 자가치유 특성을 통해 반도체 소자의 성능을 획기적으로 늘릴 단초가 될 것으로 기대된다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><br></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">□ 한국연구재단은 차승남 교수(성균관대학교) 연구팀(박상연 박사, 제 1저자)이 장승훈 박사(한국화학연구원)와 홍승현 교수(국민대학교)와의 공동연구로 기존 금속전극 대신 2차원 황화구리 (CuS) 전극을 새로이 제안, 자가치유 특성을 갖는 2차원 이황화 몰리브덴(MoS2) 기반 전자소자를 제작하여 소자의 성능을 크게 개선하는데 성공했다고 밝혔다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">□ 2차원 반도체 소재는 유연성과 투명성 등으로 인해 차세대 반도체 소재로서 주목받고 있으나, 원자층 수준의 얇은 두께로 인해 반도체 소자 제작 공정에서 손상되기 쉽다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">○ 특히 전극과 2차원 반도체 계면의 결함과 변칙성으로 인해 전자의 효과적인 이동이 어려워져 소자 특성이 크게 저하될 수 있다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">□ 이에 연구팀은 2차원 반도체 소재 결함의 자가치유 성능을 지니는 전극-반도체 소재 시스템을 제안하였다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">○ 2차원 이황화 몰리브덴의 결함은 대부분 황 원자의 결핍에 의해 발생된다. 황화구리 전극은 소재 내에 존재하는 잉여 황 원자를 2차원 이황화 몰리브덴의 황 원자 결핍 부위에 공급하여 결함을 치유한다. 이러한 결함의 치유는 2차원 반도체 소재 내의 전하 이동을 원활하게 하여, 소자 특성을 향상시킨다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">○ 연구팀은 결함 치유의 작동기작을 다양한 전기적, 분광학적 분석 및 제 1 원리 계산을 통해 규명하였다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><br></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">□ 자가치유 기능을 포함하는 2차원 이황화 몰리브덴 기반 트랜지스터 소자는 후면 게이트 구조에서 현재까지 보고된 가장 높은 전자이동도를 달성하였으며,</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">○ 소자의 높은 전자이동도와 광민감도를 나타내 차세대 유연/ 웨어러블 기기의 핵심 소자로서의 활용 가능성을 높였다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><br></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">□ 한편 연구팀은 자가치유 특성을 다양한 반도체 소자 적용할 수 있는 소재의 범위를 확장하고, 이의 성능 안정성을 개선하는 후속연구를 지속할 계획이다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 소재 분야 국제학술지 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)에 표지 논문(Frontispiece)으로 9월 4일 온라인 게재되었다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 195);"><a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102091" target="_blank"><br></a></span></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><div align="justify" style="text-align: justify;"><a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102091" target="_blank"><font color="#3a32c3" face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; color: rgb(0, 0, 0); font-family: 돋움, dotum;">👉 논문명:&nbsp;&nbsp;</span></font><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">Electrode-Induced Self-Healed Monolayer MoS2 for High Performance Transistors and Phototransistors</span><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">(Advanced Materials, 2021.09.26)</span></font></a></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><font color="#3a32c3" face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><div align="justify" style="text-align: justify;"><b><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">Abstract</span></b></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><br></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">Contact engineering for monolayered transition metal dichalcogenides (TMDCs) is considered to be of fundamental challenge for realizing high-performance TMDCs-based (opto) electronic devices. Here, an innovative concept is established for a device configuration with metallic copper monosulfide (CuS) electrodes that induces sulfur vacancy healing in the monolayer molybdenum disulfide (MoS2) channel. Excess sulfur adatoms from the metallic CuS electrodes are donated to heal sulfur vacancy defects in MoS2 that surprisingly improve the overall performance of its devices. The electrode-induced self-healing mechanism is demonstrated and analyzed systematically using various spectroscopic analyses, density functional theory (DFT) calculations, and electrical measurements. Without any passivation layers, the self-healed MoS2 (photo)transistor with the CuS contact electrodes show outstanding room temperature field effect mobility of 97.6 cm2 (Vs)−1, On/Off ratio > 108, low subthreshold swing of 120 mV per decade, high photoresponsivity of 1 × 104 A W−1, and detectivity of 1013 jones, which are the best among back-gated transistors that employ 1L MoS2. Using ultrathin and flexible 2D CuS and MoS2, mechanically flexible photosensor is also demonstrated, which shows excellent durability under mechanical strain. These findings demonstrate a promising strategy in TMDCs or other 2D material for the development of high performance and functional devices including self-healable sulfide electrodes.</span></div></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><font color="#3a32c3" face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102091" target="_blank"><font color="#3a32c3" face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; color: rgb(0, 0, 0); font-family: 돋움, dotum;">👉 논문보러가기:&nbsp;</span></font><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102091</span></font></a></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><br></div><div style="color: rgb(58, 50, 195); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;"><br></div></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 195);"><br></span></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 195);"><br></span></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 195);"><br></span></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 333);">※ 자세한 내용은 URL을 확인하시기 바랍니다.</span></div>

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