Contact-Engineered Electrical Properties of MoS2 Field-Effect Transistors via Selectively Deposited Thiol-Molecules

본 논문에서 이차원 n형 반도체 물질 중 하나인 이황화몰리브덴(MoS2)의 전기적, 광학적 특성과 MoS2의 황 공격자(sulfur vacancy)에 alkanethiol 분자가 흡착 된다는 성질을 이용하여 전극 금속과 MoS2 사이에 분자를 위치시켜, 전하 주입 특성을 증가 시키는 연구를 수행 하였다. Alkanethiol 분자가 MoS2 표면에 흡착되는 성질을 이용하여 금속 전극과의 접합부에만 선택적으로 분자 처리를 수행 함으로서, 기존의 전하 주입 특성을 증가 시키기 위해 수행 되었던 여러 방법들의 단점인, 소자 제작이 어렵고 수율이 낮은 문제를 해결 할 수 있는 방법을 제시하였다. 온도를 바꾸어가며 소자의 전기적 특성을 측정 함으로서 소자의 activation energy가 대폭 감소하여 전하 주입 특성이 좋아 지는 것을 확인하였고, 위의 방법을 통해 선택적 처리를 수행하여 트랜지스터의 소스와 드레인 전극 중 하나에만 분자를 처리 함으로서 비대칭적인 activation energy를 갖는 소자를 제작하고, 전기적 데이터도 비대칭적이라는 것을 확인 하였다.

Abstract: Although two-dimensional (2D) molybdenum disulfide (MoS2) has gained much attention due to its unique electrical and optical properties, the limited electrical contact to 2D semiconductors still impedes to realize high-performance 2D MoS2-based devices. In this regard, many studies have been conducted to improve the carrier injection properties by inserting functional paths, such as graphene or hexagonal boron nitride, between electrodes and 2D semiconductors. The reported strategies, however, require relatively time-consuming and low-yield transfer processes on sub-μm MoS2 flakes. Here, we suggest a simple contact-engineering method, introducing chemically adsorbed thiol-molecules as thin tunneling barriers between the metal electrodes and MoS2 channels. The selectively deposited thiol-molecules via the vapor-deposition process provide additional tunneling paths at the contact regions, improving the carrier injection properties with lower activation energies in MoS2 field-effect transistors. Additionally, by inserting thiol-molecules at the only one contact region, asymmetric carrier-injection was feasible depending on the temperature and gate bias.

Authors: Kyungjune Cho, Jinsu Pak, Jae-Keun Kim, Keehoon Kang, Tae-Young Kim, Jiwon Shin, Barbara Yuri Choi, Seungjun Chung* and Takhee Lee*

Advanced Materials
Publication Date (Web): March 23, 2018
DOI: 10.1002/adma.201705540

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705540