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해외동향기술

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p-형 2차원 반도체를 제조할 수 있는 새로운 기술 ndsl 상세보기

과학기술분류

전기/전자;재료

저자

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

키워드

1. 반도체; 질소; 전이 금속; 텅스텐 디설파이드 2. semiconductor; nitrogen; transition metal; tungsten disulfide

등록일

20181203

NDSL OPENAPI

초록
싱가포르 국립대학(National University of Singapore)과 A*STAR의 연구진은 높은 반응성을 가진 질소 원자를 사용해서 WS2 박막 속의 도펀트를 제어할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다. 이 기술은 2차원 전이금속 디칼코게나이드(transition metal dichalcogenides, TMDC)를 도핑하기 위한 신뢰할 수 있는 방법이 될 것이다. 텅스텐 디설파이드(tungsten disulfide, WS2)와 같은 원자적으로 얇은 2차원 TMDC는 뛰어난 물리적, 전자적, 광전자적인 특성을 가진다. 2차원 TMDC의 제조에서 상당한 진전이 있지만, 2차원 반도체이 매우 얇기 때문에 단층 또는 수 층 TMDC 속에 도펀트를 도입하는데 이온 주입과 같은 기술을 사용할 수 없다. 2차원 TMDC를 효율적으로 도핑할 수 없기 때문에 전계효과 트랜지스터에 에너지 효율적인 TMDC를 적용하는 것이 힘들었다. WS2와 같은 TMDC는 전형적인 n형 반도체이고, p 형을 가진 TMDC를 만들 수 있는 신뢰할 수 있는 방법은 없다. 2차원 TMDC 소자는 CMOS 기술을 사용해서 n 형 CMOS-FET(field-effect transistor)로 만들어진다. p-형 2차원 TMDC 기반의 CMOS-FET를 제조할 수 있는 효율적인 방법이 부족하기 때문에 차세대 전자장치, 광전자장치 등을 개발하는데 문제가 있다. 이번 연구진은 이온 주입이나 플라즈마 주입과 같은 현재의 도핑 기술과 달리 구조적인 손상을 가지지 않는 2차원 TMDC 기반의 CMOS-FET 속에 p-형 도핑을 할 수 있는 효과적인 기술을 개발했다. 이번 연구진은 세라믹 공동(空洞) 속에 이온화된 질소 원자를 생성하기 위해서 플라즈마를 사용했고, 질소 이온을 가지도록 전기장을 인가했다. 이것은 300℃에서 질소 원자가 WS2와 반응하게 만들었다. 구조 속에 질소를 주입하는 개질 방법은 높은 화학적 활성도와 낮은 운동 에너지를 가지고 있었다. 이것은 원자 규모에서 도펀트를 제어하는데 이상적이다. 다른 도핑 방법과는 달리, 이 방법은 TMDC 층에 손상을 주지 않으면서 황을 질소로 대체한다. 이 연구결과는 2차원 반도체인 TMDC 기반의 초저전력 논리 회로 및 스마트 센서와 같은 차세대 전자 및 광전자 기술의 개발을 가속화시키는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 또한 비파괴적인 단순한 제조 기술은 전자 산업의 변화에 필요한 보다 에너지 효율적인 2차원 박막을 제조하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 ACS Nano에 “Direct n- to p-type channel conversion in monolayer/few-layer WS2 field-effect transistors by atomic nitrogen treatment” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acsnano.7b08261).