산소 플라즈마 처리를 통한 산화 알루미늄 보호층이 증착된 $MoS_2$ 트랜지스터의 전자 공여체 결함 치유

Abstract

전이 금속 디칼코게나이드 계열의 구성원인 이황화 몰리브덴($MoS_2$)은 고도로 통합된 확장 가능한 트랜지스터를 위한 유망한 채널 재료입니다. 그러나 황 공석($V_s$)과 같은 본질적인 도너 결함 상태는 채널의 특성을 저하시키고 원하지 않는 n-도핑을 유발할 수 있습니다. 본 연구에서는 플라즈마 처리에 의한 손상으로부터 $MoS_2$ 채널을 보호하기 위해 산화알루미늄($Al_2O_3$) 보호층이 있는 상태에서 산소 플라즈마를 사용하여 단일층 $MoS_2$에서 전자 공여체 결함 상태를 치유하는 방법을 제안합니다. $Al_2O_3$ 보호층이 존재하는 경우에도 산소 원자에 의한 $MoS_2$의 전자 공여체 결함 상태의 성공적인 치유는 X선 광전자 분광법, 광발광 및 라만 분광법으로 확인되었습니다. 또한, 3.82 x $10^{12}$ cm$^{-2}$의 캐리어 농도 감소에도 불구하고 제안된 접근 방식은 최적의 조건에서 18% 전류 및 44% 이동도 증가를 나타냅니다. 또한 금속-절연체 전이 현상은 5.7 x $10^{12}$ cm$^{-2}$의 전자 농도에서 발생하며 향상된 채널 품질을 반영합니다. 마지막으로, 산소 플라즈마 처리 후 국소화된 상태로 작용하는 $V_s$의 감소로 인해 모든 게이트 전압($V_G$) 영역에서 감소된 활성화 에너지($E_a$)가 관찰되었습니다. 우리의 연구는 플라즈마 공정을 활용하여 2차원 재료의 결함을 치유하고 전기적 특성을 향상시켜 차세대 전자 장치 개발을 위한 길을 열 수 있음을 보여줍니다.