Transparent Large-Area MoS2 Phototransistors with Inkjet-Printed Components on Flexible Platforms

본 논문에서는 화학기상증착(CVD) 공정으로 합성한 대면적 이황화몰리브덴(MoS2)과 저비용 인쇄공정을 이용해, 높은 유연성과 투과도를 가지는 투명 포토트랜지스터 구현에 대한 연구 결과를 보고했다. 단분자층 MoS2 반도체층을 유연한 플라스틱 기판 (PEN) 에 전사한 후, 유기 전극 및 절연층을 잉크젯 공정으로 인쇄하여 투명하며 유연한 소자를 제작할 수 있었다. 모든 제작 공정이 공기 중에서 이루어졌고, 특히 잉크와 대면적MoS2 필름간의 wetting 특성 및 인쇄 공정 최적화를 통해 기존에 보고된 MoS2 FETs와 비교할만한 전기적 특성을 가지는 소자 제작에 성공하였다. 특히, 섭씨 180도 이하에서 전 제작 공정이 가능하기 때문에 PEN기판의 손상과 유연성 저하 없이 1,000번 이상의 굽힘 테스트 동안 전기적 특성이 유지됐고, 전극, 절연층, 반도체층이 모두 높은 투과도를 가지고 있어 가시광선 영역에서 전체 소자의 투명도가 ~70 % 이상으로 측정됐다. 유연한 유기구성요소를 단분자층 초박막 MoS2에 접목한 본 연구를 통해, 향후 저비용 소프트 일렉트로닉스나 웨어러블 포토 센서 구현이 가능할 것이라 기대한다.

Abstract: Two-dimensional (2D) transition-metal dichalcogenides (TMDCs) have gained considerable attention as an emerging semiconductor due to their promising atomically thin film characteristics with good field-effect mobility and a tunable band gap energy. However, their electronic applications have been generally realized with conventional inorganic electrodes and dielectrics implemented using conventional photolithography or transferring processes that are not compatible with large-area and flexible device applications. To facilitate the advantages of 2D TMDCs in practical applications, strategies for realizing flexible and transparent 2D electronics using low-temperature, large-area, and low-cost processes should be developed. Motivated by this challenge, we report fully printed transparent chemical vapor deposition (CVD)-synthesized monolayer molybdenum disulfide (MoS2) phototransistor arrays on flexible polymer substrates. All the electronic components, including dielectric and electrodes, were directly deposited with mechanically tolerable organic materials by inkjet-printing technology onto transferred monolayer MoS2, and their annealing temperature of < 180 °C allows the direct fabrication on commercial flexible substrates without additional assisted-structures. By integrating the soft organic components with ultra-thin MoS2, the fully printed MoS2 phototransistors exhibits excellent transparency and mechanically stable operation.

Authors: Tae-Young Kim†, Jewook Ha†, Kyungjune Cho, Jinsu Pak, Jiseok Seo, Jongjang Park, Jae-Keun Kim, Seungjun Chung*, Yongtaek Hong*, Takhee Lee* (서울대)

ACS Nano, Just Accepted Manuscript
Publication Date (Web): August 25, 2017
DOI: 10.1021/acsnano.7b04893

Publication Date (Web): August 25, 2017

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.7b04893