이황화몰리브덴과 이황화텅스텐 나노스크롤의 간접 밴드갭

이창회 건국대학교 대학원 2023 국내석사

전이금속 칼코겐화합물의 말린 구조는 센서, 마이크로 로켓, 슈퍼 커패시터 등 다양한 활용도를 가지고, 속이 비어있어 물질의 수송이나 저장에서 큰 이점을 지닌다. 하지만 전기적 밴드갭의 크기에 대한 연구가 적어 차세대 소자의 소재로서 활용에 제한점이 있었다. 이에 이소프로필알코올 용액을 통해 대표적인 2차원 물질인 이황화몰리브덴과 이황화텅스텐을 말고, 구조에 대해 분석하였다. 말린 구조는 다중 겹 물질과 같이 여러 겹 구조를 가지지만, 모든 층이 연결되어 있고, 내부에 빈 공간이 있어 다중 겹 물질과는 다른 전기, 광학적 특성을 지닌다. 이어서 밴드갭의 크기를 이온성 액체 트랜지스터와 광 발광 스펙트럼을 통해 결정하였다. 그 값은 말린 이황화몰리브덴의 전기적 밴드갭 1.88 eV, 광학적 밴드갭 1.6 eV, 말린 이황화텅스텐의 전기적 밴드갭 2.06 eV, 광학적 밴드갭 1.83 eV로 말린 구조가 형성되기 이전보다 감소한 것을 확인하였다. 또한 감소된 밴드갭은 간접 밴드갭의 형성에 의한 것을 확인하였다. 두 가지 방식으로 측정된 밴드갭의 크기로부터 각각 0.28 eV, 0.23 eV의 엑시톤 결합 에너지를 계산하였다. 밴드갭 변화의 원인을 파악하기 위하여 진행된 라만 측정에서는 스펙트럼 상에서 이황화몰리브덴의 경우 E12g 피크와 A1g 피크의 간격, 이황화텅스텐의 경우 E’ 피크와 A1g 피크의 간격의 증가를 확인했다. 이를 통해 말린 구조 형성에 의한 밴드갭 변화는 층간 상호작용에 의해 발생하는 것을 확인하였다. 이어 전계 효과 트랜지스터 특성으로부터 약 100배의 전하 이동도의 증가를 확인하였고, 이를 통해 구조적인 최적화를 통해서 말린 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐을 말리기 이전보다 높은 성능을 가지는 전계 효과 트랜지스터로서 활용할 수 있는 가능성을 확인했다. 본 연구에서는 대표적인 2차원 반도체인 이황화몰리브덴과 이황화텅스텐을 통해 말린 구조에서 변화된 밴드갭의 구체적인 값과 변화 원인에 대해 제시하였다. 이는 향후 응용 소자 개발에 큰 도움이 될 것이다. Rolled structure of transition metal dichalcogenides (TMDs) could be utilized in practical devices such as sensor, micro rocket, super capacitor. And it takes advantage in material transport and storage thus its core is empty. But lack of study for electrical and optical bandgap in rolled structure impedes further application for device. Here, atomically thin two-dimensional material, Molybdenum disulfide (MoS2) and Tungsten disulfide (WS2) are rolled into nanoscroll structure with isopropyl alcohol solution. Structure is also analyzed. Few layers are stacked in nanoscroll structure likely to multilayer material. But all the layers are continuous and hollow space is in the structure. Unique electrical, optical properties are shown in TMD nanoscroll due to its structure. Next, Bandgap is measured through ionic liquid transistor and photoluminescence(PL) measurement. The electrical bandgap of MoS2 nanoscroll is 1.88 eV and optical value is 1.60 eV. Similarly, electrical bandgap of WS2 nanoscroll is 2.06 eV while optical value is 1.83 eV. Both of nanoscrolls are showing reduced size of bandgap compared to sheet. And the transition into indirect bandgap is confirmed with PL. Comparing the size of optical and electrical bandgap, exciton binding energy of 0.28 eV for MoS2 nanoscroll, 0.23 eV for WS2 nanoscroll are extracted. Through the Raman spectroscopic measurement, increasing difference between E12g peak and A1g peak position is observed for MoS2 nanoscroll compared to monolayer MoS2 sheet. Similarly, in the case of WS2 nanoscroll, difference between 2LA(M)+E12g peak and A1g peak was increased compared to monolayer sheet. Through this, it was confirmed that the change in bandgap is originated from interlayer interaction. Subsequently, increased carrier mobility was confirmed from the field effect transistor structure. In this study, the representative TMDs, MoS2 and WS2 are formed nanoscroll structure. The specific values and causes of changed bandgap in MoS2, WS2 nanoscrolls are presented. This will be great help for future application of MoS2, WS2 nanoscrolls.

아르곤 플라즈마 처리를 통한 2차원 이황화몰리브덴(MoS2) 박막의 구조상전이 거동에 관한 연구

최명훈 연세대학교 대학원 2021 국내석사

2차원(Two Dimensional) 물질은 그래핀의 발견 이후 차세대 반도체 소자로 널리 연구되어왔다. 특히 이황화몰리브덴 (MoS2)은 우수한 모빌리티 특성과 층 수에 따라 다른 밴드갭 특성을 가지는 차세대 반도체 소자 후보 중 하나이다. 하지만 이황화몰리브덴(MoS2)은 metal contact과 높은 접촉 저항을 가지며 그에 따른 소자 성능 저하의 문제점을 가지고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 최근 연구되고 있는 분야 중 하나로 밴드갭 엔지니어링이 있으며, 이는 이황화몰리브덴(MoS2)의 구조상에 따른 밴드갭 차이를 이용하는 방법이다. 이황화몰리브덴(MoS2)은 동질이상이라는 복수의 구조상을 가지며 각 구조상에 따라 도체, 반도체 등 서로 다른 전기적 특성을 가진다. 이를 통해 반도체 성질을 가지는 육방형(Hexagonal, 2H) 구조상 대신 도체 성질을 가지는 팔면체(Octahedral, 1T) 구조를 이용하면 접촉 저항을 줄일 수 있다. 이를 구현하기 위한 연구도 꾸준히 이루어 지고 있으며 아르곤 플라즈마 처리도 이황화몰리브덴(MoS2)의 구조상전이 방법 중 하나이다. 아르곤 플라즈마 처리는 아르곤 이온의 물리적 충격을 이용한 운동 에너지 전달을 통해 이황화몰리브덴 (MoS2)의 구조상전이를 일으킨다. 본 연구에서는 물리적으로 박리된 단층 혹은 2층의 이황화몰리브덴(MoS2)에 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 방식의 아르곤 플라즈마 처리를 통해 플라즈마의 RF전력과 처리 시간에 따른 이화몰리브덴(MoS2)의 구조상전이 현상 및 거동에 대해 알아보고자 하였다. 이황화몰리브덴(MoS2)의 구조상 및 층 수는 라만분광법 및 PL로 판별하였다. 본 연구를 통해 이황화몰리브덴(MoS2)을 disordered 및 식각없이 육방형 (2H) 상에서 팔면체(1T)상으로 구조상전이 시키기 위해서는 특정 조건의 아르곤 플라즈마 처리가 필요함을 알 수 있었다. Two-dimensional (2D) materials have been widely researched as next generation semiconductor devices after graphene was discovered. Especially, MoS2 is one of the potential candidates for 2D channel material due to its high mobility and unique band gap property depending on the number of layers. Mono layered MoS2 has direct band gap of 1.8 eV which can decrease energy loss induced by phonon emission while bulk MoS2 and Si has indirect band gap of 1.2 eV and 1.14 eV, respectively. Despite of the forementioned advantages, high contact resistance between MoS2 and metal contact caused by van der Waals gap is one of the critical problems in terms of transistor performance. Phase transition of MoS2 can be a solution for decreasing contact resistance since MoS2 has several crystal phases which have different electrical properties to each other. For example, 2H phase of MoS2 is semiconducting, whereas its 1T phase is metallic. Various researches already introduced how to transform the phase of MoS2 and experimentally proved that 1T phase can effectively reduce the contact resistance. Argon plasma-treatment is one method to change the phase of MoS2 by kinetic energy transfer through ion bombardment. However, the effect of the plasma conditions such as RF (Radio Frequency) power on phase transition still lacks systematic investigation. Also, process condition of argon plasma-treatment should be set carefully because plasmatreatment process may create disordered phase or etch MoS2 layer. In this study, we demonstrated phase transition of MoS2 in various plasma conditions. Plasma RF power and time were controlled as variables and phase transition or etching were distinguished by Raman spectroscopy and PL. Mechanically exfoliated mono- or bilayered 2H-MoS2 from bulk MoS2 was used. Argon plasma-treatment was processed in CCP (Capacitively Coupled Plasma) system with 27.12 MHz RF generator. During argon plasma-treatment, temperature, pressure and argon gas flux were fixed to 30 ℃, 2 torr and 900 sccm, respectively. RF power was performed from 20W to 100W and time were controlled from 1s to 500s. Samples were measured before and after argon plasmatreatment by Raman spectroscopy and PL. 532nm ND:Yag laser was used both in Raman and PL. Raman and PL spectra of MoS2 has changed from 2H-phase to 1T-phase according to Ar plasma treatment condition. First, the phase transition of MoS2 from 2H to 1T is depending on RF power under the same plasma treatment time. As RF power is higher, phase transition occurred more quickly. As well as etching of MoS2 occurred at high RF power. Second, the phase transition is also plasma treatment time dependent. Under 10s of plasma treatment at various RF power, the phase has not changed. However, the phase of MoS2 starts to change after 20s. Until 50s of plasma-treatment, Raman peak of 2H is almost disappears and 1T peak is only detected. After 100s, crystallinity is broken and peak shows disordered phase. After 500s, monolayer MoS2 is etched.

이황화몰리브덴의 2차 기능화를 통한 전기화학 측정법을 이용한 은 이온 검출 센서 제작 기술 개발

서원석 고려대학교 대학원 2021 국내석사

다양한 분야에서 은 이온(Ag^+)의 잠재적 위험성 때문에 선택성, 감도, 정확하게 측정 가능한 은 이온 검출 시스템의 개발은 필수적이다. 본 연구에서는 이황화몰리브덴 기능화 된 표면에 단일 사이토신(SC)을 사용한 은 이온 검출 시스템에 대해 연구했다. 전기화학측정법을 위해 3전극 시스템을 제작하였고, 제작된 3전극 작업 전극 위에 3 레이어 이황화몰리브덴(MoS_2)을 전사(transfer)시켰다. 전사된 3 레이어 이황화몰리브덴의 기능화를 위해 아르곤 플라즈마 처리하여 황원자 공극을 형성시켰고, 그 자리에 3-Mercaptopropionic acid(MPA) 용액을 반응시켜 기능기인 카르복시기 그룹을 고정화 시켰다. 이 때, 황원자 공극의 형성되었음을 Cs-scanning transmission electron microscope(Cs-STEM)을 통해 광학적으로 증명하였다. 기능화 된 이황화몰리브덴 표면에 인공 유전자 합성 방법을 이용해 은 이온만을 포획(capture)하는 DNA 염기 서열 중 하나인 사이토신(C)에 기초한 전기화학 바이오센서를 제작하였다. 기능화 된 표면에 단일 사이토신을 고정시킨 후, 사이토신(C)-은 이온(Ag^+)-사이토신(C) 미스매칭(mismatching) 결합을 위해 은 이온 및 단일 사이토신이 함유된 용액에 반응시켰다. 은 이온 검출에 앞서 기능화 된 이황화몰리브덴 표면에 단일 사이토신의 안정적인 고정화 확인을 위해 순환전류전압분석법(cyclic voltammetry)와 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용했다. 은 이온의 반응 시간, 농도 증가에 따른 변화와 은 이온 선택성은 전기화학적 분석 방법 중 하나인 사각파 전압측정법(square wave voltammetry)를 이용했다. 제작된 시스템은 단일 사이토신을 은 이온 포획 물질로 이용해 많은 고정화로 효율이 높아짐에 따라 넓은 측정 범위, 검출 시스템의 가격 인하, 은 이온만을 검출하는 뛰어난 선택성 등의 효과를 기대할 수 있다. Due to the potential danger of silver ions in various fields, the development of selectivity, sensitivity and accurately measurable silver ion detection systems is essential. In this study, silver ion detection systems using single cytosine (SC) on functional surfaces of molybdenum disulfide were studied. A 3-electrode system was produced for electrochemical measurement, and 3-layer molybdenum disulfide was transferred over the manufactured working electrode. Argon plasma was treated to form a sulfur vacancy for the functionalization of the 3-layer molybdenum disulfide transferred, and a 3-Mercaptopropionic acid (MPA) solution was reacted to the site to fix the group of carboxyl. At this time, the formation of sulfur vacancy was demonstrated optically by Cs-scanning transmission electron microscopy(Cs-STEM). An electrochemical biosensor based on cytosine(C), one of the DNA base sequences that captures only silver ions, was produced using artificial genetic synthesis methods on the surface of functional molybdenum disulfide. After fixing a single cytosine to a functional surface, reacts to a solution containing a silver ion and a single cytosine, forming a cytosine(C)-silver ion(Ag^+)-cytosine(C) mismatching combination. Prior to silver ion detection, cyclic voltammetry and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to ensure stable immobilization of single cytosine on the surface of functionalization molybdenum disulfide. The reaction time of silver ions, the change with increasing concentration, and silver ion selectivity used square wave voltammetry, one of the methods of electrochemical analysis. The manufactured system uses single cytosine as a silver ion capture material to increase efficiency with a lot of immobilization, so it can expect the effects of wide measurement range, price reduction of the detection system, and excellent selectivity to detect silver ions only.

화학기상증착법으로 성장한 박막 형태의 단일층 이황화 몰리브덴을 이용한 광검출기 소자에 대한 연구

조계환 성균관대학교 일반대학원 2020 국내석사

TMDs, transition metal dichalcogenides, have superior electrical and thermal properties, and unique part of TMDs is that it is capable of controlling bandgap energy. So it has been studied in many years due to their outstanding characteristic. Among these TMDs, molybdenum disulfide(MoS2) which is formed with Molybdenum(Mo) and Sulfur(S) has excellent optoelectronic properties. Multilayer MoS2 has indirect bandgap energy as 1.3 eV, but monolayer MoS2 has direct bandgap as 1.8 eV because of quantum confinement effect. Also because it has high absorbance coefficient under light with wavelength from visual to infrared light, there are efficient generation of electron-hole pairs under the light. So when MoS2 photodetector is under the light, it is expected to have high photocurrent and photoresponse. However, although there are numerous studies about MoS2 photodetector, most of them use scotch tape method which is using scotch tape to mechanically exfoliate flakes from bulk material, and electron beam lithography. These methods not only take too much time to produce each devices but also thicknesses of materials are not constant, so they are not efficient to make mass production of electronic devices when industry tries to. This paper introduces to produce MoS2 photodetector with CVD growth of monolayer MoS2 film to increase production efficiency by reducing time, and also detectivity which is important parameter for characterization of photodetectors of the device on this paper is ~1012 Jones. 전이금속 칼코겐화합물은 우수한 전기적 성질, 화학적 성질과 기계적 성질, 열적 성질, 광학 성질 등을 가지고 있어 많은 연구가 진행되어 오고 있는 물질이다. 이 전이금속 칼코겐화합물은 밴드 구조 상 밴드갭의 조절이 가능한데, 전이금속 칼코겐화합물 물질 중 하나인 이황화 몰리브덴(MoS2)은 몰리브덴인 Mo와 황인 S로 구성되어 있으며, 다층의 이황화 몰리브덴으로 이루어진 이황화 몰리브덴 덩어리로는 1.3eV의 간접 밴드갭을 가지지만 단일층 이황화 몰리브덴은 양자 구속 효과 때문에 1.8eV의 직접 밴드갭을 가진다. 또한 이황화 몰리브덴 물질은 적외선 수준 파장의 빛에서 가시광선 수준 파장까지의 빛 아래에서 높은 흡수계수를 가지며 빛 에너지의 여기로 인하여 효율적인 전자 홀-쌍이 생성된다. 그렇기 때문에 이황화 몰리브덴을 활용한 광검출기는 빛을 쬐었을 때 높은 광전류와 광반응성을 기대할 수 있다. 하지만 보고된 이황화 몰리브덴을 이용한 광검출기에 대한 연구는 많이 있지만 주로 접착 테이프를 이용해 이황화 몰리브덴 덩어리에서 일부 조각을 박리하고 때어낸 조각의 두께를 다시 테이프로 박리하여 소자의 채널로 사용하는 방법으로 소자를 제작하기 때문에 하나의 광검출기 소자를 제작하기에는 많은 시간이 소요되고 박리된 이황화 몰리브덴의 두께 또한 일정하지 않으며 이는 산업계가 이황화 몰리브덴을 이용하여 제작하는 소자 대량생산에 적합하지 않다. 그렇기 때문에 본 논문에서는 전이금속 칼로겐화합물에 속하는 반도체 물질인 이황화 몰리브덴을 화학기상증착법을 통해 박막 형태의 단일층 이황화 몰리브덴을 제조하여 이를 이용한 광 검출기 소자를 제안한다. 박막 형태로 단일층 이황화 몰리브덴을 제조하여 소자를 제작한다면 이황화 몰리브덴을 이용한 광검출기 연구에서 주로 쓰이는 덩어리 박리 방법을 통한 광검출기 소자 제작보다 더 많은 수의 소자를 제작할 수 있으며 제작 시간 또한 줄일 수 있다. 이는 산업계가 이황화 몰리브덴을 이용한 광검출기를 제작하려고 할 때 대량 생산에 매우 용이할 것이다. 또 본 실험에서 제작한 광검출기 소자의 성능 지수인 비검출률 값은 ~1012 Jones의 성능을 갖는다.

알칼리 금속 조촉매를 활용한 이황화몰리브덴 (MoS2) 단일층 박막 성장에서 성장 메커니즘에 관한 연구

김유중 동국대학교 2017 국내석사

In recently years, two-dimensional semiconducting transition metal dichalcogenides have attracted much attention because of its unique structure as well as chemical and physical properties. Particularly, single-layer molybdenum disulfide (MoS2) exhibits outstanding optical properties. Many researchers utilize various seeding promoters to achieve the MoS2 thin layer. Composite organic compounds has low thermal stability. Here, we report MoS2 monolayer growth using inorganic seeding promoter containing alkali metal ions and the role of inorganic seeding promoter enhancing the nucleation of molybdenum disulfide by chemical vapor deposition. In this growth process, molybdenum oxide as precursor react with seeding promoter including alkali metal on the substrate, this reaction produces alkali metal molybdate, and then formed compounds play the nucleation sites in MoS2 growth. The presence of them increase partial pressure of molybdenum on substrate and is sulfurized to MoS2. In the study, we investigated the role of alkali metal ion is confirmed. A variety of measurement techniques were characterized high crystalline quality, uniformity and layer numbers of the fabricated MoS2 thin layer. Consequently, we suggest the growth mechanism of MoS2 by using the alkali metal ions as inorganic seeding promoter and expect this method paves the new routes for the advanced fundamental study and development of practical device applications with monolayer MoS2

대면적 고균일 이황화몰리브덴 나노박막의 저온합성에 대한 연구

임이랑 전북대학교 일반대학원 2016 국내석사

With emerging the importance of downsized, low-power, and flexible electronic devices, transition metal dichalcogenide nanomaterials including molybdenum disulfide (MoS2) have focused as a promising candidate for post-silicon electronic devices due to their extraordinary electrical, physical, and chemical properties. The development of MoS2-based electronics devices including photodetectors and thin film transistors hinges on overcoming the lack of reliable methodology for synthesizing large-area, homogeneous MoS2 nanosheets. Here we first suggest an appropriate solution for synthesizing wafer-scale, continuous, and stoichiometric MoS2 nanosheets with spatial homogeneity. A well-designed two-step chemical vapor deposition process at the low temperature of 450oC using single precursor films containing Mo and S was deliberately established for the synthesis of the MoS2. We also demonstrate that the homogeneous MoS2-based visible-light photodetector arrays were both fabricated on a 4-inch SiO2/Si wafer and polyimide film, revealing excellent photocurrent homogeneity and mechanical durability. We anticipate that a facile approach of low-temperature synthesis of homogeneous two-dimensional nanomaterials will be high demand for flexible and transparent electronic applications.

말린 이황화몰리브덴의 광학적 특성과 전기적 특성에 대한 연구

나정현 건국대학교 대학원 2017 국내석사

전이금속 칼코겐화합물(TMD: Transition Metal Dichalcogenides) 중 하나인 이황화몰리브덴은 자체적으로 밴드갭을 가지는 이차원 반도체 물질이다. 또한, 높은 전자 이동도와 On/Off 비를 가지기 때문에 트랜지스터 소자로 활용하기 위한 연구가 많이 보고되어 있다. 본 연구에서는 화학기상증착법으로 성장시킨 한 겹 이황화몰리브덴을 이소프로필알코올(IPA: isopropyl alcohol) 수용액을 이용하여 말아주고 그 구조를 분석하였다. 말린 구조는 많은 겹을 가진다는 점에서 다중 겹 구조와 유사하지만, 말린 구조의 중앙, 층과 층 사이에 공간이 있기 때문에 광학적 특성이 다중 겹 구조와 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 바깥쪽부터 안쪽까지 연결된 형태를 가지기 때문에 한 겹 이황화몰리브덴에 비해 전자 이동도가 향상됨을 확인하였다. MoS2, one of transition metal dichalcogenides(TMD) material, is 2-dimensinal semiconductor which has direct bandgap when it is monolayer. Recently, it has been concentrated on employing it as a transistor since it possesses high mobility and on/off ratio. In this paper, we analyzed rolled MoS2 curled by IPA solution. Rolled structure and multilayer structure are comparable in containing manifold layers, but optical properties shows rolled MoS2 contrasts with multilayer MoS2 by distinct core and interlayer distance. We confirmed increase of mobility after rolling monolayer MoS2.

길이 변화에 따라 기본 저항이 변하는 이황화몰리브덴/ZIF-8 기반 섬유형 웨어러블 이산화질소 가스 센서

심동훈 연세대학교 대학원 2023 국내석사

Recently, interest in the research of Molybdenum disulfide (MoS2) based nitrogen dioxide (NO2) gas sensor has been increased. The Metal Oxides (MOs)-based sensor that was previously studied has disadvantages such as high operation temperature because of desorption, and power consumption. The MoS2-based gas sensor gathered an attention due to its high selectivity and reaction to NO2 based on sulfur defects, and sizeable bandgap from 1.2 to 1.8 eV. In addition, MoS2-based gas sensor can desorb gas molecule more easily than MO based sensor. In addition, as a wearable device technology has recently received a lot of attention, research related to wearable form gas sensors is in progress. The advantage of wearable gas sensor is that individuals can directly check their gas exposure in real time by wearing gas sensor. However, most of the wearable gas sensors studied are only stable against bending. These gas sensors are vulnerable to length deformation, so if the length is deformed by an external force, the sensor could be easily damaged. Therefore, it is necessary to develop a sensor that can detect gas stably even under tensile strain. In this study, a fiber-type wearable NO2 sensor was fabricated by coating MoS2 and zeolite imidazolate framework-8 (ZIF-8) ink on conductive fibers by brush-painting method. The fabricated MoS2/ZIF-8 fiber-type sensor showed 17.8% sensitivity at 50 ppm NO2 gas at RT, which is higher sensitivity than only MoS2 fiber-type sensor due to advantage of the physisorption of ZIF-8. The fiber-type sensor can measure NO2 under tensile strain. The sensitivity of fiber-type sensor at 10 ppm NO2 exceeded 8.9% without tensile strain, and as the sensor was stretched, the sensitivity gradually increased, showing a sensitivity of 14% with 25% strain state. In addition, the base resistance increased as the sensor length increased, showing the possibility of using it as a strain sensor. The sensor produced through the research is expected to be applied to individuals in an industrial environment by using it as a wearable sensor such as smart clothing. 최근 이황화몰리브덴 기반 이산화질소 가스 센서 연구에 대한 관심이 지속적으로 늘어나고 있다. 기존 금속 산화물 기반 가스 센서는 이산화질소 탐지 이후 가스 탈착을 위해서 300 ⁰C 정도의 고온 열처리 과정이 필요하다는 단점이 있다. 이황화몰리브덴 기반 가스 센서는 황의 결함을 바탕으로 이산화질소에 대한 높은 선택성 및 반응, 1.2에서 1.8 eV까지 조절할 수 있는 밴드갭 등의 장점 및 금속 산화물에 비해 이산화질소 탈착이 쉽다는 장점으로 근래 이산화질소 가스 센서 물질로 각광받고 있다. 또한 웨어러블 디바이스 기술이 최근 크게 주목받으면서, 가스 센서도 웨어러블 형태로 제작하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 웨어러블 가스 센서를 착용하면 개개인이 실시간으로 가스 누출에 대해 직접 확인이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 지금까지 연구된 웨어러블 가스 센서는 대부분 굽힘에 대해서만 안정하였다. 이 가스 센서들은 길이 변형에 대해서는 취약하여 외부 충격에 의해 길이가 변형되면 센서가 손쉽게 손상될 수 있었다. 따라서 길이 변형에 대해서도 안정적으로 가스를 탐지할 수 있는 센서의 개발이 필요하다. 이번 연구에서는 이황화몰리브덴과 제올라이트 이미다졸레이트 프레임워크-8 (ZIF-8)을 혼합하여 제작한 잉크를 전도성 섬유에 브러쉬 페인팅 기법으로 코팅하여 섬유형 웨어러블 이산화질소 센서를 제작하였다. 제작한 섬유형 이산화질소 센서는 상온에서 50 ppm 이산화질소에 대해 17.8% 반응을 보여줬으며 이는 이황화몰리브덴 잉크만 사용하여 제작한 섬유형 센서에 비해 높았다. 반응이 더 좋아진 이유는 ZIF-8의 물리흡착으로 인한 이점 때문이다. 또한 제작한 섬유형 이산화질소 센서는 길이 변화에도 안정적으로 이산화질소를 측정해냈다. 상온에서 길이 변형 없는 상태에서 10 ppm의 이산화질소에 대해 8.9%를 넘는 반응을 보여줬으며, 센서 길이를 늘일수록 반응이 점차 증가하여 25% 늘린 상태에서 14%의 반응을 보여줬다. 반응속도는 길이 변화에도 크게 변하지 않아 평균값에서 4% 이하의 차이를 보여줬다. 또한 센서 길이를 늘일수록 기본 저항이 증가하여 길이 변화 측정 센서로의 활용 가능성을 보여줬다. 이번 연구를 통해 제작한 센서는 스마트 의류 등 웨어러블 센서로 활용하여 산업 환경에서 개개인에게 적용할 수 있을 것으로 예상한다.

Large scale Mos2 transistor on parylene-C

박제원 서울시립대학교 일반대학원 2023 국내석사

파릴렌-C 기판에 이황화몰리브덴 박막 트랜지스터를 제작하였다. 기판 물질인 파릴렌-C는 Chmical-Vapor Deposition 방식으로 공정을 진행하였다. 게이트 및 소스, 드레인은 E-beam evaporator을 이용하여 증착된 Ti/Au를 사용하였다. 채널 물질은 Chmical-Vapor Deposition 방식으로 증착된 이황화몰리브덴을 사용하였다. 게이트 절연막과 passivation은 스퍼터링을 공정을 통한 SiO2를 사용하였다. 구조는 bottom gate coplanar이다. 본 논문에서는 유연하고 생체적합한 파릴렌 기판에 이황화몰리브덴 트랜지스터를 Large scale로 최초로 연구해보았다. 또한 스퍼터링은 통한 SiO2 passivation을 진행할 시 트랜지스터가 p-type이 되는 것을 확인하였다. 채널 폭이 5, 10, 50㎛인 채널 길이는 5㎛이고 소자에 대하여 이동도는 5.96×10-4 cm2/V•s, 3.39×10-4 cm2/V•s, 4×10-3 cm2/V•s을 가지고 subthreshold slope 은 4.3×10-2, 1.4×10-1, 3.5×10-1mV/dec을 가지고 on/off ration는 6.09, 18.8, 20.4를 가지는 특성을 얻었다. Molybdenum disulfide thin film transistor was manufactured on a parylene-C substrate. Parylene-C, which is a substrate material, was deposited in a Chmical-Vapor Deposition method. Ti/Au deposited using an E-beam evaporator was used as the gate, source, and drain. As the channel material, molybdenum disulfide deposited by a Chchemical-Vapor Deposition method was used. SiO2 through a sputtering process was used as gate insulator and passivation. n this paper, we first studied molybdenum disulfide transistors on flexible and biocompatible parylene substrates with a large scale. In addition, it was confirmed that the transistor became a p-type when SiO2 passivation was performed through sputtering. The devices with W/L=5/5㎛, 10/5㎛, 50/5㎛ show ,respectively, a field effect mobility of 5.96×10-4 cm2/V•s, 3.39×10-4 cm2/V•s, 4×10-3 cm2/V•s , a subthreshold slope of 4.3×10-2, 1.4×10-1, 3.5×10-1mV/dec, an on/off ratio of 6.09, 18.8, 20.4.

수소 발생 반응을 위한 산화그래핀-이황화몰리브덴 복합체 : Graphene Oxide-Molybdenum Disulfide Composite for Hyudrogen Evolution Reaction

테오필 대구대학교 대학원 2017 국내석사

Efficient hydrogen evolution reaction through electrolysis at low over potentials holds a potential promise for clean energy. Herein, we report a high active and stable Molybdenum disulfide (MoS2) supported by graphene oxide (GO) for hydrogen evolution reaction (HER). The GO-MoS2 composite exhibits excellent catalytic activity of the hydrogen evolution reaction as well as a low over potential which is a positive effect for HER. The over potential of -0.6 V was obtained from the GO-MoS2 composite, and it is 3 times lower than that of MoS2 itself. It also exhibits a low resistance (250 Ω) comparing to the pristine GO (680 Ω) but little higher to that (95 Ω) of MoS2, demonstrating a relatively good conducting behavior compared to that of GO. Keywords: Molybdenum Disulfide, Graphene Dioxide and Hydrogen Evolution Reaction. 청정 에너지에 대한 잠재적 응용 가능성으로써 전기 분해를 통한 효율적 수소 발생 반응에 대한 연구를 진행하였다. 이를 위하여 간단한 화학적 방법으로 산화그래핀-이황화몰리브덴 화합물을 성공적으로 합성하였으며, 수소 발생 반응에 대한 전기 화학적 실험을 진행하였다. 화합물의 과전압은 -2.6 V 이었으며, 이는 산화그래핀의 과전압 1.6 V 과 이황화몰리브덴의 과전압 -0.6 V 보다 낮은 결과를 얻었다. 결과적으로 산화그래핀-이황화몰리브덴 화합물이 촉매로서 높은 전기화학적 활성도를 보였으며, 이는 이황화몰리브덴을 지지하는 산화그래핀이 촉매 역할을 하는 동시에 지지대로써 이온 및 전자의 이동을 원할히 하기 때문이다.