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투명한 극성 유전체를 이용한 그래핀의 일함수 조절과 안정성 향상
신소명 세종대학교 대학원 물리학과 2015 국내석사
그래핀의 2차원적인 특성은 그래핀의 표면준위를(surface potential) 외부인자로 쉽게 제어함으로써 넓은 영역의 일함수 영역을 얻어낼 수 있도록 해준다. 이러한 넓은 영역의 일함수는 다양한 소자 내 확장된 전극 응용으로 활용할 수 있기 때문에 그래핀의 응용측면에서 매우 중요하다. 일함수의 증가와 감소를 고유의 그래핀 페르미 에너지를 중심으로 보면 페르미 레벨 down-shift, 즉 일함수의 증가는 매우 쉽게 얻어질 수 있다. 그러나 반대의 경우는 실험적으로는 상대적 제한이 있다. 또한 전반적으로 표면준위 변화가 쉽게 제어되는 반면 이런 방법들의 안정성은 매우 떨어진다. 무엇보다 표면준위에 제어가 많은 경우 molecular doping, charge transfer 등의 방법으로 제시 되어 왔기 때문에 안정성 문제는 해결하기 어려웠다. 우리는 이 논문에서 무기 박막을 이용하는 안정된 일함수 감소 방법을 제시하고자한다. LiF는 알려진 절연체 중에 제일 큰 밴드갭을 가진 투명한 쌍극자 유전체이다. 이 큰 극성 유전체물질로 인한 표면의 쌍극자 상호작용의 전자 도핑을 통해 그래핀 work function을 줄일 수 있다. LiF/Graphene 적층 구조의 도입은 두가지 중요한 이점을 제공한다. 모빌리티 향상과 페리미-레벨 조절된(도핑된) 스테이트의 안정성. 전자는 LiF의 높은 dielectric 환경으로부터 전하를 띈 불순물들의 차단(screening)이 증가했기 때문에 일어나고 후자는 그래핀 위에 LiF층의 셀프 페시베이션(self-passivation) 효과 때문이다. 분자 흡착이나 화학적 결합으로 기초한 불안정한 도핑 방법과 달리, Si 프로세스와 호환할 수 있는, 높은 극성 유전체 인터페이스를 사용한 일함수 엔지니어링 접근은 신뢰할 수 있는 방법을 제공할 수 있고 전자 기기에 그래핀 응용을 늘릴 수 있을 것으로 보인다.
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