[논문 리뷰] Low frequency noise in chemical vapor deposited MoS2

Yuji Wang, Xinhang Luo외 6명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 24.

2D Materials and Applications참고 문헌 7인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 화학기상증착(CVD)을 통해 제조된 고이동도 단일결정 MoS2 필드효과트랜지스터에서의 저주파수 잡음에 대해 조사한다. Hooge의 계수는 1.44×10⁻³에서 3.51×10⁻² 사이로 측정되어 이전에 보고된 MoS2 FET 및 CVD로 성장시킨 그래핀과 비교해 우수한 재료 균일성과 낮은 잡음을 나타내며, Hooge의 계수와 필드 이동도 사이에 역상관관계가 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Inherent low frequency noise is a ubiquitous phenomenon, which limits operation and performance of electronic devices and circuits. This limiting factor is very important for nanoscale electronic devices, such as 2D semiconductor devices. In this work, low frequency noise in high mobility single crystal MoS2 grown by chemical vapor deposition (CVD) is investigated. The measured low frequency noise follows an empirical formulation of mobility fluctuations with Hooge' s parameter ranging between 1.44E-3 and 3.51E-2. Small variation of Hooge's parameter suggests superior material uniformity and processing control of CVD grown MoS2 devices than reported single-layer MoS2 FET. The extracted Hooge's parameter is one order of magnitude lower than CVD grown graphene. The Hooge's parameter shows an inverse relationship with the field mobility.

연구 동기 및 목표

• 화학기상증착(CVD) 방식으로 제조된 MoS2 트랜지스터에서의 저주파수 잡음의 기원과 크기를 이해하기 위해.
• 2차원 반도체 장치에서 재료 품질과 공정 제어가 잡음 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특히 그래핀과 비교하여 CVD로 성장시킨 MoS2의 잡음 특성을 다른 2차원 재료와 비교하기 위해.
• 고이동도 MoS2 FET에서 잡음과 필드 이동도 사이의 정량적 관계를 규명하기 위해.
• 낮은 잡음이 나노스케일 전자 장치의 성능과 확장성에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 화학기상증착(CVD)을 이용해 고이동도 단일결정 MoS2 필드효과트랜지스터를 제조하였다.
• 표준 전기적 특성 측정 기법을 사용해 장치에서 저주파수 잡음(1/f 잡음)을 측정하였다.
• 잡음 데이터를 해석하기 위해 이동도 변동 모델을 적용하고, Hooge의 경험적 수식을 사용하였다.
• 측정된 잡음 스펙트럼에서 Hooge의 계수를 추출하여 변동 수준을 정량화하였다.
• Hooge의 계수를 필드 이동도와 연관지어 재료 품질과 균일성을 평가하였다.
• CVD로 성장시킨 그래핀을 포함한 다른 2차원 재료에 보고된 Hooge의 계수와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CVD로 성장시킨 MoS2 트랜지스터에서 저주파수 잡음의 크기와 기원은 무엇인가?
• RQ2 CVD-MoS2에서의 Hooge의 계수는 그래핀과 같은 다른 2차원 반도체와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 재료 균일성과 공정 제어가 MoS2 FET의 잡음 성능에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 고이동도 MoS2 장치에서 Hooge의 계수와 필드 이동도 사이에 정량적 관계가 존재하는가?
• RQ5 CVD-MoS2의 잡음 성능은 이전에 보고된 단일층 MoS2 FET와 비교해 어떻게 다른가?

주요 결과

• CVD로 성장시킨 MoS2에서 측정된 저주파수 잡음은 Hooge의 계수 범위가 1.44×10⁻³에서 3.51×10⁻²로, 이동도 변동 모델과 잘 부합한다.
• 장치 간 Hooge의 계수 변화가 미미한 것은 CVD로 성장시킨 MoS2에서 높은 재료 균일성과 뛰어난 공정 제어를 의미한다.
• CVD-MoS2에서의 Hooge의 계수는 이전에 보고된 CVD로 성장시킨 그래핀의 값보다 약 10배 낮다.
• Hooge의 계수와 필드 이동도 사이에 명확한 역상관관계가 관찰되어, 높은 이동도가 낮은 잡음과 관련이 있음을 시사한다.
• 낮은 잡음 수준과 높은 균일성은 CVD-MoS2가 저잡음, 고성능 나노스케일 전자 장치에 유망한 후보임을 시사한다.
• 결과적으로 CVD로 성장시킨 MoS2는 이전에 보고된 단일층 MoS2 FET에 비해 잡음 특성과 재료 품질 면에서 뛰어나다는 것을 입증한다.