유기금속화학기상증착법으로 성장된 이황화몰리브덴과 그래핀 상부 전극 구조의 이차원 소재/실리콘 이종 접합 광소자

Abstract

이차원 물질은 고유의 우수한 광 특성에 기인하여 기존의 실리콘 기반 광전자소자의 한계를 돌파하기 위한 후보 물질로서 활발히 탐구되어 왔다. 그러나, 평평하고 얇고 균일한 이차원 물질을 합성하는 것은 이차원 물질을 실제로 응용하기 위해서 가장 중요하며, 해결하기 어려운 문제이다. 유기금속화학기상증착법은 위와 같은 요구 조건을 모두 충족시키면서, 기존의 고체 전구체 기반 화학기상증착법의 한계를 뛰어넘는 합성기술이다. 본 연구에서는, 가시광선 검출에 적합한 1.2 ~ 1.8 eV의 밴드갭을 갖는 이차원 물질인 이황화몰리브덴을 유기금속화학기상증착법으로 합성하여 실리콘과 이종 접합을 형성하고, 그래핀을 상부전극으로 이용하는 광소자를 제작하였다. 제작 소자는 이황화몰리브덴과 실리콘의 이종 접합에 의해 정류 특성을 보이는 다이오드로서 동작하며, 역방향 바이어스를 인가하여 광 검출기로 응용할 수 있음을 확인하였다. 광 검출기로서, 가시광선 전 대역에 걸쳐 광 검출 성능을 보였으며, 기존의 실리콘 기반 광 소자보다 우수한 광 반응도를 달성하였다 또한, 35 ns의 빠른 광 반응 속도를 확보하였으므로, 본 연구에서 개발된 이종 접합 광소자의 차세대 이미지센서 픽셀 광소자로서 응용 가능성을 확인하였다.