이차원 반도체 물질로 대표적인 전이금속 칼코겐 화합물(Transition metal dichalcogenides, TMD) 중 이황화 몰리브덴(Molybdenum disulfide, MoS₂)은 우수한 특성으로 인해 전자재료 분야에서 큰 주목을 받고 있는 반도체 물질이다. 이차원 물질 그래핀은 에너지 밴드 갭이 없는 준금속 특성으로 인해 트랜지스터와 같은 전자 소자에 응용되기 어렵다. 이와 달리, 매장량이 풍부하고 층 수에 따라 전자 밴드 구조가 달라지는 특이한 반도체 특성을 갖는 이황화 몰리브덴은 전자산업의 핵심 소자인 트랜지스터로 상용화가 가능하기 때문에 전이금속 칼코겐 화합물 중 가장 활발히 연구가 진행되고 있다.
이황화 몰리브덴으로 고성능 트랜지스터를 제작하기 위해서 대기중에 있는 산소와 수분 흡착을 막는 보호막 증착 과정이 필요하다. 기존에 보고된 High-k dielectric을 포함한 산화물 봉지층(Encapsulation)은 MoS₂ 트랜지스터 특성에 부정적인 영향을 미치기 때문에 고성능 트랜지스터의 보호막으로서는 부적합하다. 산화물의 단점을 보완하면서 폴리머 보호막보다 더 간단한 방식으로 봉지층을 형성시킬 수 있는 물질이 감광제이다.
Negative 감광제로 알려진 SU-8을 Encapsulation 막으로 활용한 연구는 많이 보고되고 있다. 하지만 Negative 감광제와 달리 reversable한 특성을 가지고 높은 resolution을 지닌 Positive 감광제를 이용한 Encapsulation 연구는 보고 된 적이 없다. 따라서 본 연구에서는 Positive 감광제로 사용될 수 있는 AZ® 5214E 봉지층을 이용한 MoS₂ 전계 효과 트랜지스터 특성 분석을 최초로 보고한다.
트랜지스터의 특성을 향상시키 위한 방법으로 Positive 감광제 봉지층의 적합성에 대해 판단하기 위해 Encapsulation 전후의 트랜지스터 특성 변화에 대해서 실험했다. Encapsulation 전후의 I-V 측정을 통한 전기적 성능 변화를 확인하고, 그 원인을 해석하기 위해 Raman spectroscopy를 이용하여 MoS₂의 구조적인 변화를 분석하였다.
또한 캐리어 농도가 일정하지 않은 자연 광물상태의 이황화 몰리브덴의 특성을 고려하여 25개의 소자를 제작해 평균 전기적 특성 및 Intrinsic mobility와 컨택 저항을 계산해서 비교하였다.