Contrallable P-type method for WSe2 using Octadecyltrichlorosilane (OTS)

Octadecyltrichlorosilane (OTS)을 사용한 WSe2의 농도조절이 가능한 P형 도핑 방법

최근 3차원 반도체의 물질적인 한계를 극복하기 위해 2차원 전이금속 칼코게나이드(TMD)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 TMD 물질의 도핑 방법에 대한 수많은 연구에도 불구하고 대부분이 n채널 물질인 MoS2에 대한 것에 국한되어 있다. 게다가 이전의 TMD 도핑 기술 연구 결과는 채널이 도체화 될 정도의 매우 높은 농도의 도핑 현상만을 보여주었다. 이 연구에서 우리는 WSe2로 만든 p형 채널 트랜지스터에서 Octaecyltrichlorosilane(OTS)층의 농도 조절로 제어가 가능한 약한 농도의 p형 도핑기술을 보여준다. 이 p형 도핑 현상은 OTS의 메틸기(-CH3)그룹에 의한 양성 쌍극자모멘트가 WSe2내의 전자 농도를 낮추는데서 기인한다. 제어가 가능한 p형 도핑은 $2.1{\times}10^{11}cm^{-2}$ 사이에서 $5.2{\times}10^{11}cm^{-2}$로 degenerate되지 않은 정도로 WSe2 기반의 광, 전기적인 소자에서 적절한 농도로 최적화 될 수 있다. (도핑 정도에 따른 문턱전압 상승, 전류 on/off율 상승, 전계효과 이동도 상승, 광응답성 하락, 광검출성 하락) 또한 OTS에서 비롯한 p도핑 효과는 대기중에서 오랜시간이 지나도 작은 성능 변화만을 보여주며(60시간 후 18~34% 문턱전압 감소변화량) $120^{\circ}C$의 열처리를 통하여 저하된 성능이 거의 완벽하게 회복된다. 이 연구는 Raman 분광법과 전기적, 광학적 측정을 통하여 분석되었으며 OTS 도핑현상이 WSe2 박막의 두께와 무관함 또한 확인했다.