iCVD 기반 고분자 박막을 이용한 금속-중간층-반도체 접촉을 통한 WSe2 트랜지스터의 페르미 레벨 디피닝

Abstract

이차원 반도체 물질인 전이금속 칼코겐 화합물은 원자 규모의 매우 얇은 두께를 가지는 특성으로 인해 단채널 효과에 대한 내성이 강하기 때문에 기존의 실리콘 기반 소자의 스케일링 한계를 극복할 반도체 물질로서 활발하게 연구되고 있다. 또한 전이금속 칼코겐 화합물은 반도체로서 적합한 에너지 밴드갭, 높은 이동도와 높은 온/오프 전류 비율 및 우수한 기계적 안정성을 갖는 장점이 있기 때문에 차세대 로직 트랜지스터의 채널 물질로서 높은 가능성과 잠재성을 지니고 있다. 하지만 금속과 전이금속 칼코겐 화합물의 계면에서 형성되는 강한 페르미 레벨 피닝 현상은 전이금속 칼코겐 화합물의 전하 중성 준위 부근에 페르미 준위를 고정시켜 소스/드레인 접촉의 쇼트키 장벽 높이의 조절이 제한된다. 이러한 페르미 레벨 피닝 현상의 결과로, 트랜지스터의 극성을 제어하기 어려워지고, 높은 접촉 저항과 낮은 캐리어 이동도와 같이 전기적 특성의 열화로 이어진다. 본 연구에서는 전이금속 칼코겐 화합물인 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 채널 위에 손상없이 대면적으로 균일한 증착이 가능한 iCVD 기반 고분자 박막을 소스/드레인 금속과 반도체 채널 사이의 중간층으로 증착한 금속-중간층-반도체 접촉 엔지니어링을 통해 페르미 레벨 피닝을 안정적으로 억제하고 접촉 금속의 일함수에 따라 유동적으로 쇼트키 장벽 높이를 조절하여 WSe2 트랜지스터의 극성을 제어하였다.