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한국전기전자재료학회 전기전자재료학회논문지 전기전자재료학회논문지 제29권 제9호
발행연도
2016.1
수록면
576 - 580 (5page)

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대표적인 2차원 물질인 그래핀(graphene)은 우수한 전기적, 광학적, 기계적 특성으로 인해서 다양한 연구 분야에 연구 되어 왔다. 특히, 그래핀은 원자 규격의 두께(약 0.4 nm)를 가지고 있으며, 높은 전도도(약2×105 cm2/Vs), 우수한 광투과도(98%) 및 영률(Young’s modulus, 1,100 GPa) 등의 특성을 나타낸다. 하지만 그래핀은 자연 상태에서는 밴드갭이 존재하지 않아서, 반도체 물질로 활용되기 어려워 광소자 등의 활용에 제한이 따른다 [5]. 이러한 그래핀의 제한적인 특성을 대체하기 위해 2차원 층상구조를 가지는 반도체 전이금속 칼코겐 화합물(transition metal dichalcogenides, TMDs)인 MoS2, WS2, MoSe2, WSe2 등의 물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전이금속 칼코겐 화합물은 양자구속효과(quantum confinement effect)에 의해 벌크(bulk) 구조의 경우 간접 천이형(indirect transition) 반도체, 단층(single layered) 구조의 경우 직접 천이형(direct transition) 반도체 특성을 나타낸다. 특히 단층 전이금속 칼코겐 화합물은 직접 천이형 반도체로서 높은 효율의 광-디바이스에 응용이 가능하다. 또한 전이금속 칼코겐 화합물들은 두께의 조정으로 반도체 물성 및 밴드갭의 조율이 가능하다는 독특한 특성을 가지고 있다. 하지만 원자 단층 구조의 전이금속 칼코겐 화합물을 기계적, 화학적 방법으로 박리시키거나 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 방법으로 합성하는 방법 등은 기술적 제한 요소로 인해서 현재까지도 많은 연구들이 진행 중에 있다. 2차원 물질의 층상구조는 선행 연구를 통해서 레이저 식각(laser etching)을 수행 시 레이저 강도(laser power)와 레이저 조사 시간(exposure time)으로 다층 구조의 MoS2의 두께를 제어 할 수 있는 가능성을 제시한 바가 있다. 본 논문에서는 레이저 식각에 의해서 간접 천이형 반도체 물질인 대면적 MoSe2을 직접 천이형 반도체 물질로 치환할 수 있는 가능성을 라만(Raman) 분석과 광 발광(photoluminescence, PL) 분광분석을 통하여 입증 하고자 한다. 레이저 식각으로 MoSe2의 층수 제어 연구 결과들은 원자 단위의 소자 제작에서의 기존 문제점을 해결할 수 있는 가능성을 보여주며, 2차원 물질을 활용한 고효율 광 전자 디바이스 응용에 적용될 수 있는 가능성을 보여줄 것이다.
#MoSe2 #Laser etching #TMDs #Raman #Photoluminescence

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