KR102584656B1 - 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층의 상부 면에 적층되어 제1 2차원 물질의 불순물층과 이종 접합을 형성하는 제2 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층과 이격되며, 제1 2차원 물질의 불순물층의 상부 면에 적층되어 제2 2차원 물질의 불순물층과 이종 접합을 형성하는 제3 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층의 하부 면에 형성되는 절연성 2차원 물질층; 절연성 2차원 물질 하부면에 형성되는 게이트 전극; 제1 2차원 물질의 불순물층에 형성되는 드레인 전극; 및 제3 2차원 물질의 불순물층에 형성되는 소스 전극;을 포함하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자가 제공된다.
Description
본 발명은 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자에 관한 것이다.
2차원 물질(2D MATERIAL)이란 수 나노미터의 원자가 한 겹으로 배열돼 있는 물질이다. 특히 2차원 얇은 막으로 이루어진 물질들을 판데르발스 상호작용(van der Waals interaction)을 이용하여 수직으로 쌓은 구조인 이종구조(heterostructure)는 특이한 특성을 갖는다. 이러한 2차원 물질은 얇고 잘 휘면서 단단한 특성을 갖고 있어 반도체는 물론 태양전지, 디스플레이 등에 적용하기 위한 연구가 이어지고 있다.
하지만, 2차원 물질을 이용하여 쌍극성 접합 소자(BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR, BJT)를 구현하는 경우, 높은 게이트 전압에서만 구동하므로 전력 소모가 크며 광 검출기에 적용하기에는 적합하지 않은 문제가 있었다.
공개 논문 1 : The Molecular Mechanism of Nanodroplet Stability (Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1800745)
본 발명의 목적은 낮은 게이트 전압에서도 구동이 가능한 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 광 검출기에 적용 가능한 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자
또한, 본 발명의 목적은 h-BN 유전 물질을 포함하는 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층의 상부 면에 적층되어 제1 2차원 물질의 불순물층과 이종 접합을 형성하는 제2 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층과 이격되며, 제1 2차원 물질의 불순물층의 상부 면에 적층되어 제2 2차원 물질의 불순물층과 이종 접합을 형성하는 제3 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층의 하부 면에 형성되는 절연성 2차원 물질층; 절연성 2차원 물질 하부면에 형성되는 게이트 전극; 제1 2차원 물질의 불순물층에 형성되는 드레인 전극; 및 제3 2차원 물질의 불순물층에 형성되는 소스 전극;을 포함하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자가 제공된다.
일 실시예에서, 절연성 2차원 물질은 h-BN인일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 2차원 물질의 불순물층, 제2 2차원 물질의 불순물층 및 제3 2차원 물질의 불순물층은 전이금속 디칼코게나이드인 2차원 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전이금속 디칼코게나이드는 MoS2, WS2, TaS2, HfS2, ReS2, TiS2, NbS2, SnS2, MoSe2, WSe2, TaSe2, HfSe2, ReSe2, TiSe2, NbSe2, SnSe2, MoTe2, WTe2, TaTe2, HfTe2, ReTe2, TiTe2, NbTe2, SnTe2 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 2차원 물질의 불순물층은 n 타입이고, 제2 2차원 물질의 불순물층은 p 타입이고, 제3 2차원 물질의 불순물층은 n 타입이되, 제1 2차원 물질의 불순물층, 제2 2차원 물질의 불순물층 및 제3 2차원 물질의 불순물층은 npn 접합을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 2차원 물질의 불순물층 및 제3 2차원 물질의 불순물층은 MoS2이고, 제2 2차원 물질의 불순물층은 WSe2일 수 있다.
일 실시예에서, 게이트 전극에 특정 전압 보다 작은 전압이 인가되면 다이오드로 동작하고, 게이트 전극에 특정 전압보다 큰 전압이 인가되면 트랜지스터로 동작할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 게이트 전극; 게이트 전극 상부에 형성되는 h-BN을 포함하는 절연층; 절연층 상부에 서로 이격되는 형성되는 제1 2차원 물질의 불순물층 및 제3 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층 및 제3 2차원 물질의 불순물층 사이의 절연층 상부에 형성되며 제1 2차원 물질의 불순물층 및 제3 2차원 물질의 불순물층 각각에 대해 이종 접합을 형성하는 제2 2차원 물질의 불순물층; 제1 2차원 물질의 불순물층 상부에 형성되는 소스 전극; 및 제3 2차원 물질의 불순물층 상부에 형성되는 드레인 전극 을 포함하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 낮은 게이트 전압에서도 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자를 구동하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 목적은 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자를 광 검출기에 적용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 목적은 h-BN 유전 물질을 포함하는 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자가 가능하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 트랜스터의 광학 이미지를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 다이오드 영역에서 동작시 광 검출에 따른 전류 발생을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 다이오드 영역에서 동작시 광 검출 성능을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 MOSFET에서 동작시 광 검출에 따른 전류 발생을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 MOSFET에서 동작시 광 검출 성능을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 트랜스터의 광학 이미지를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 다이오드 영역에서 동작시 광 검출에 따른 전류 발생을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 다이오드 영역에서 동작시 광 검출 성능을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 MOSFET에서 동작시 광 검출에 따른 전류 발생을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 MOSFET에서 동작시 광 검출 성능을 나타낸 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a는 종래의 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 광학 이미지를 나타낸다. 구체적으로, 종래의 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자는 SiO2 기판 위에 n 타입 2차원 물질 MoS2를 적층하고, n 타입 2차원 물질 MoS2 위에 p 타입 2차원 물질 WSe2 를 수직 적층하고, 다시 p 타입 2차원 물질 WSe2 위에 n 타입 2차원 물질 MoS2를 적층함으로써 npn(MoS2/WSe2/MoS2) 접합을 형성한다. 도 1b는 종래 2차원 물질 기반의 쌍극성 전압의 동작을 나타낸 그래프이다. 도 1a에 도시된 종래의 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자는 도 1b에 도시된 바와 같이, 5V 이상의 높은 전압에서 구동하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 트랜지스터가 높은 전압에서 구동하는 경우에는 높은 소비전력 및 짧은 수명을 야기할 수 있다. 또한, 높은 구동 전압이 요구되기에 작은 에너지를 갖는 광을 검출하기 위한 광 검출기에 적용하기에는 한계가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 서로 이격된 제1 2차원 물질의 불순물층(2100), 제3 2차원 물질의 불순물층(2200) 및 제1 2차원 물질의 불순물층(2100) 및 제3 2차원 물질의 불순물층(2200) 사이에 형성된 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)은 제1 2차원 물질의 불순물층(2100) 및 제3 2차원 물질의 불순물층(2200) 각각에 대해 이종 접합(np 또는 pn 접합)을 형성하므로, 제1 2차원 물질의 불순물층(2100), 제2 2차원 물질의 불순물층(2300) 및 제3 2차원 물질의 불순물층(2200)은 npn 접합을 형성할 수 있다. 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 제1 2차원 물질의 불순물층(2100)에 연결되는 드레인 전극(2500) 및 제3 2차원 물질의 불순물층(2200)에 연결되는 소스 전극(2600)을 포함할 수 있다. 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 하부에 h-BN 전연 물질을 포함하는 유전체 층을 포함할 수 있다. 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 유전체 층 하부에 게이트 전극(2700)을 포할 수 있다.
일 실시예에서, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 제1 2차원 물질의 불순물층(2100)을 포함할 수 있다. 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 제1 2차원 물질의 불순물층(2100)의 상부 면 일부 영역에 적층된 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)을 포함할 수 있다. 이 때, 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)은 제1 2차원 물질의 불순물층(2100) 과 이종 접합을 형성할 수 있다. 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)의 상부 면 일부 영역에 적층된 제3 2차원 물질의 불순물층(2200)을 포함할 수 있다. 이 때, 제3 2차원 물질의 불순물층(2200)은 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)과 pn 접합을 형성할 수 있으며, 제3 2차원 물질의 불순물층(2200)은 제3 2차원 물질의 불순물층(2200) 과 이격되도록 적층될 수 있다. 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 기판 하부에 절연 물질을 포함하는 절연층(2400)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 2차원 물질의 불순물층(2100) 및 제3 2차원 물질의 불순물층(2200)은 MoS2, WS2, TaS2, HfS2, ReS2, TiS2, NbS2, SnS2, MoSe2, WSe2, TaSe2, HfSe2, ReSe2, TiSe2, NbSe2, SnSe2, MoTe2, WTe2, TaTe2, HfTe2, ReTe2, TiTe2, NbTe2, SnTe2 등 중 어느 하나의 전이금속 디칼코게나이드를 2차원 물질로 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)은 MoS2, WS2, TaS2, HfS2, ReS2, TiS2, NbS2, SnS2, MoSe2, WSe2, TaSe2, HfSe2, ReSe2, TiSe2, NbSe2, SnSe2, MoTe2, WTe2, TaTe2, HfTe2, ReTe2, TiTe2, NbTe2, SnTe2 등 중 어느 하나의 전이금속 디칼코게나이드를 2차원 물질로 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 2차원 물질의 불순물층(2100) 및 제3 2차원 물질의 불순물층(2200)은 MoS2이고, 제2 2차원 물질의 불순물층(2300)은 WSe2일 수 있다.
일 실시예에서 2차원 절연 물질은 질화붕소(hexagonal boron nitride ,h-BN)일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 트랜스터의 광학 이미지를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 기판 위에 제1 n 타입 2차원 물질 MoS2를 적층하고, n 타입 2차원 물질 MoS2 위에 p 타입 2차원 물질 WSe2 를 수직 적층하고, p 타입 2차원 물질 WSe2 위에 제2 n 타입 2차원 물질 MoS2를 적층함으로써 npn(MoS2/WSe2/MoS2) 접합을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4a는 게이트 전압(Vg)가 특정 전압(예, 0V) 보다 작은 경우의 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)의 동작, 도 4b는 게이트 전압(Vg)가 특정 전압 보다 큰 경우의 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)의 동작을 나타낸다.
도 4a에서, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 드레인 및 소스 간의 전압(VDS)가 특정 전압 보다 작은 경우에는 드레인 및 소스 사이의 전류(IDS) 낮은 전류가 일정하게 유지된다. 하지만, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 드레인 및 소스 간의 전압(VDS)가 특정 전압 보다 경우에는 차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자는 드레인 및 소스 간의 전압(VDS)이 증가함에 따라 드레인 및 소스 사이의 전류(IDS)가 일정하게 증가한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 게이트 전압(Vg)가 특정 전압 보다 작은 경우에는 다이오드의 특성을 갖는다.
여기서, 특정 전압은 절연층을 형성하는 2차원 물질의 농도, 두께, 높이 등에 따라 조절될 수 있다.
도 4b에서, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 드레인 및 소스 간의 전압(VDS)가 특정 전압(VTH) 이상이 되면, 드레인 및 소스 사이의 전류(IDS)는 급격히 증가하다가 특정 값에 세츄레이션된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 게이트 전압(Vg)이 특정 전압 보다 큰 경우에는 트랜지스터의 특성을 갖는다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자의 다이오드 영역에서 동작 및 트랜지스터 영역에서 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)의 다이오드 영역에서 동작시 광 검출에 따른 전류 발생, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)의 다이오드 영역에서 동작시 광 검출 성능을 나타내고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)의 트랜지스터 영역에서 동작시 광 검출에 따른 전류 발생을 나타내며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)의 트랜지스터 영역에서 동작시 광 검출 성능을 나타낸다. 여기서, 검정색 선(빛을 조사하지 않을 때, 암전류), 파랑색 내지 보라색은 순차적으로 더 파워를 갖는 레이저 광을 조사했을 때의 생성 전류를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 트랜지스터 영역에서 동작시 다이오드 영역에 동작시 보다 암전류가 더 낮음을 확인할 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 광 검출 성능 및 민감도는 다이오드 영역 및 트랜지스터 영역에서 동작시에 비슷한 성능을 갖지만, 광원 세기에 따른 안정성 및 신뢰성은 트랜지스터 영역에서 동작시에 더 높은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 종래의 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자와 달리 본 발명에 따른 트랜지스터는 h-BN을 포함하는 절연층(2400)을 사용함으로써 낮은 전압에서 구동이 가능하며, 종래의 2차원 물질을 이용한 쌍극성 접합 소자는 전위 언덕이 1개인 반면 본 발명의 따른 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자(2000)는 전위 언덕이 2개가 형성되어 전압에 의해 캐리어들의 이동을 효과적으로 조절하는 것이 가능하며 낮은 암전류를 갖는 이점이 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
2000: 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자
2100: 제1 2차원 물질의 불순물층
2200: 제3 2차원 물질의 불순물층
2300: 제2 2차원 물질의 불순물층
2400: 절연층
2500: 드레인 전극
2600: 소스 전극
2700: 게이트 전극
2100: 제1 2차원 물질의 불순물층
2200: 제3 2차원 물질의 불순물층
2300: 제2 2차원 물질의 불순물층
2400: 절연층
2500: 드레인 전극
2600: 소스 전극
2700: 게이트 전극
Claims (13)
- 제1 2차원 물질의 불순물층;
상기 제1 2차원 물질의 불순물층의 상부 면에 적층되어 상기 제1 2차원 물질의 불순물층과 이종 접합을 형성하는 제2 2차원 물질의 불순물층;
상기 제1 2차원 물질의 불순물층과 이격되며, 상기 제1 2차원 물질의 불순물층의 상부 면에 적층되어 상기 제2 2차원 물질의 불순물층과 이종 접합을 형성하는 제3 2차원 물질의 불순물층;
상기 제1 2차원 물질의 불순물층의 하부 면에 형성되고, h-BN를 사용하는 절연성 2차원 물질층;
상기 절연성 2차원 물질 하부면에 형성되는 게이트 전극;
상기 제1 2차원 물질의 불순물층에 형성되는 드레인 전극; 및
상기 제3 2차원 물질의 불순물층에 형성되는 소스 전극;
을 포함하고,
상기 제2 2차원 물질의 불순물층은 상기 제1 2차원 물질의 불순물층 상에 수직으로 적층되는 구조인, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층, 상기 제2 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 전이금속 디칼코게나이드의 2차원 물질을 포함하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제3항에 있어서,
상기 전이금속 디칼코게나이드는 MoS2, WS2, TaS2, HfS2, ReS2, TiS2, NbS2, SnS2, MoSe2, WSe2, TaSe2, HfSe2, ReSe2, TiSe2, NbSe2, SnSe2, MoTe2, WTe2, TaTe2, HfTe2, ReTe2, TiTe2, NbTe2, SnTe2 중 어느 하나인, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층은 n 타입이고, 상기 제2 2차원 물질의 불순물층은 p 타입이고, 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 n 타입이되,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층, 상기 제2 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 npn 접합을 형성하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 MoS2이고,
상기 제2 2차원 물질의 불순물층은 WSe2인, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 게이트 전극에 특정 전압 보다 작은 전압이 인가되면 다이오드로 동작하고,
상기 게이트 전극에 상기 특정 전압보다 큰 전압이 인가되면 트랜지스터로 동작하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상부에 형성되는 h-BN을 포함하는 절연층;
상기 절연층 상부에 서로 이격되는 형성되는 제1 2차원 물질의 불순물층 및 제3 2차원 물질의 불순물층;
상기 제1 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층 사이의 상기 절연층 상부에 형성되며 상기 제1 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층 각각에 대해 이종 접합을 형성하되, 상기 제1 2차원 물질의 불순물층 상에 수직으로 적층되는 구조인 제2 2차원 물질의 불순물층;
상기 제1 2차원 물질의 불순물층 상부에 형성되는 소스 전극; 및
상기 제3 2차원 물질의 불순물층 상부에 형성되는 드레인 전극
을 포함하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층, 상기 제2 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 전이금속 디칼코게나이드의 2차원 물질을 포함하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제9항에 있어서,
상기 전이금속 디칼코게나이드는 MoS2, WS2, TaS2, HfS2, ReS2, TiS2, NbS2, SnS2, MoSe2, WSe2, TaSe2, HfSe2, ReSe2, TiSe2, NbSe2, SnSe2, MoTe2, WTe2, TaTe2, HfTe2, ReTe2, TiTe2, NbTe2, SnTe2 중 어느 하나인, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제10항에 있어서,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층은 n 타입이고, 상기 제2 2차원 물질의 불순물층은 p 타입이고, 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 n 타입이되,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층, 상기 제2 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 npn 접합을 형성하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 2차원 물질의 불순물층 및 상기 제3 2차원 물질의 불순물층은 MoS2이고,
상기 제2 2차원 물질의 불순물층은 WSe2인, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
- 제8항에 있어서,
상기 게이트 전극에 특정 전압 보다 작은 전압이 인가되면 다이오드로 동작하고,
상기 게이트 전극에 상기 특정 전압 보다 큰 전압이 인가되면 트랜지스터로 동작하는, 2차원 물질 기반의 쌍극성 접합 소자.
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