반도체실험 Chemical Vapor Deposition and Electrical Measurements of TMDC

소개

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목차

1. CVD 합성 원리를 서술하고, powder CVD 합성과 MOCVD 합성의 차이점을 3가지 이상 설명하시오.
2. 주어진 3개의 Photoluminescence data는 crystal image (PL_crystal.jpeg)에 표시된 3개의 points 에서 측정한 각각의 data (순서 무작위) 이다. PL graph를 plot 하고, 각 data가 point A, B, C 중 어떤 point 에서 측정한 data인지 근거와 함께 서술하시오. (가로축은 eV로, 세로축은 intensity로 plot, 한 graph에 data 동시에 plot)
3. 주어진 device image로부터, channel width (W) 및 length (L)를 계산하고 (OM image의 3번과 4번 전극 사이 channel), 이 device로부터 얻을 수 있는 데이터인 IV curve 및 transfer curve (Vd = 0.1 V)를 plot하시오.
4. 3번 문제에서 plot한 IV curve와 transfer curve를 통해 얻을 수 있는 정보와 계산 값들에 대해 기술하시오. 참고로, field effect mobility 계산식과 oxide capacitance는 다음과 같습니다.

Reference

본문내용

Chemical vapor deposition(CVD)은 chemical precursor를 사용하여 chemical reaction과 surface adsorption을 통해 thin film을 증착하는 기술이다. CVD는 Figure 1의 과정으로 진행된다. 먼저 reaction gas가 chamber로 들어와 precursor reaction이 일어난다. (CVD의 precursor는 thermal stability, 충분한 volatility를 가지고 있어야 하며 inorganic, metal-organic, organometallic 물질 모두 후보가 될 수 있다.) 이후 열, 전기장, 빛의 형태로 에너지를 받아 화학반응을 일으킬 수 있는 상태로 activate된 precursor gas molecule이 substrate를 향해 diffusion한다. 그리고 adsorption이 일어난다. 이렇게 표면과의 반응이 일어나며, surface diffusion을 통해 thin film이 쌓이거나 연속적인 network를 형성한다. 반응에서 생긴 by-product는 desorption 후 exhaust를 통해 제거된다. CVD process에서는 가장 느린 process가 전체 process의 속도를 결정하며, chemical reaction은 Deal-Grove model을 따른다.

Metal-Organic CVD(MOCVD)는 precursor로 metal 원자 및 carbon, 산소 등과 결합하여 형성된 유기물을 사용한다. Original source가 대부분 실온에서 액체이므로 기화 과정을 거쳐 반응기에 주입된다. 또한 금속 유기화합물의 분해 온도가 낮기 때문에 저온에서 박막 성장이 가능하며, deposition을 거치면 polycrystalline을 관찰할 수 있다. Precursor의 유량과 반응기의 온도와 압력을 조절하여 박막 조성이나 성장속도를 제어할 수 있다. 하지만 AsH3과 PH3 등의 gas는 toxic하다는 단점이 있다.

참고자료

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· Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, CAMBRIDGE(2009)
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· Near-unity photoluminescence quantum yield in MoS2, M. Amani et al., Science, 350 (6264), 1065-1068 (2015)
· Atomically thin MoS2 : A new direct-gap semiconductor, Kin Fai Mak et al.,
· Transition Metal Dichalcogenides, AMBER & School of Chemistry - Trinity College Dublin, ASIN Group (2009)
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· Space-confined vapor deposition synthesis of two dimensional materials, Shasha Zhou et al., Nano Research (2017)