Electrical Properties of Synthesized Large-Area MoS2 Field- Effect Transistors Fabricated with Inkjet-Printed Contacts

본 논문에서 화학기상증착(CVD) 공정으로 제작된 이차원 이황화몰리브덴(MoS2) 반도체 물질과 대면적, 저비용 공정으로 각광 받고 있는 인쇄 공정으로 제작된 은 전극을 이용하여 제작된 전계트랜지스터 (FETs) 에 대한 연구 결과를 최초로 보고하였다. 기존에 보고된 MoS2 FETs는 기계적이나 화학적 exploitation방법을 통해 반도체 층이 형성되었고, photolithography 공정을 이용하여 전극이 제작되었기 때문에 대면적으로 소자 제작이 어려웠고, 비싸고 복잡한 공정이 요구된다는 단점이 있었다. 이러한 단점을 극복하고자, CVD공정의 최적화를 통해 우수한 전기적 특성을 가지는 MoS2 반도체 재료를 균일하게 성장시킬 수 있었고, 은 잉크와 대면적MoS2 필름간의 wetting 특성 및 인쇄 공정 (잉크 젯팅, 건조/소결 공정 등) 최적화를 통해 기존에 보고된 MoS2 FETs와 비교할만한 전기적 특성을 가지는 소자 제작에 성공하였다. 또한 대면적 공정으로 제작된 소자의 전기적 특성 분석을 위해 MoS2 반도체 층과 은 전극간의 접촉 저항 추출과 전기적/광학적 스트레스 하에서의 신뢰성 분석을 수행하였다. 이 연구에서 보고한 원천기술을 통해 향후 대면적 박막전자소자를 저비용으로 쉽고 빠르게 제작할 수 있을 것이라 기대하고 있다.

Abstract: We report the electrical properties of synthesized large-area monolayer molybdenum disulfide (MoS2) field-effect transistors (FETs) with low-cost inkjet-printed Ag electrodes. The monolayer MoS2 film was grown by chemical vapor deposition (CVD) method, and the top-contact Ag source/drain electrodes (S/D) were deposited onto the films using a low-cost drop-on-demand inkjet-printing process without any masks and surface treatments. The electrical characteristics of FETs were comparable to those fabricated by conventional deposition methods such as photo or electron beam lithography. The contact properties between the S/D and the semiconductor layer were also evaluated using the Y-function method and an analysis of the output characteristic at the low drain voltage regimes. Furthermore, the electrical instability under positive gate-bias stress was studied to investigate the charge trapping mechanism of the FETs. CVD-grown large-area monolayer MoS2 FETs with inkjet-printed contacts may represent an attractive approach for realizing large-area and low-cost thin-film electronics.

Authors: Tae-Young Kim (서울대), Matin Amani (UC Berkeley), Geun Ho Ahn (UC Berkeley), Younggul Song (서울대), Ali Javey (UC Berkeley), Seungjun Chung* (UC Berkeley), Takhee Lee* (서울대)

ACS Nano, Just Accepted Manuscript
Publication Date (Web): January 28, 2016
DOI: 10.1021/acsnano.5b07942