그레이스케일 열스캔 프로브 리소그래피 기반 2D TMD 스트레인 라테랄 이종접합

초록

그레이스케일 t‑SPL로 제작한 나노리듹을 이용해 MoS₂ 단층을 비대칭 인장 변형시키고 KPFM으로 전자기능 변화를 확인하였다
그 후 마스크 없이 Au 나노와이어를 증착해 변형된 영역과 비변형 영역 사이에 비대칭 전류 차단 특성을 갖는 라테랄 이종접합을 구현하였다

상세 분석

본 연구는 열스캔 프로브 리소그래피(t‑SPL)의 그레이스케일 기능을 활용해 530 nm 주기의 나노리듹 배열을 정밀하게 제작한 뒤, MoS₂ 단층 및 다층을 이 템플릿 위에 전이시켜 비대칭 인장 변형을 유도한 점이 핵심이다
t‑SPL은 140 nm 두께의 PPA 폴리머 위에 열 팁을 접촉시켜 1 nm 깊이 해상도와 10 nm 가로 해상도로 29°와 37° 기울기의 faceted ridge를 구현한다
MoS₂는 PDMS 스탬프를 통해 템플릿에 전이되며, PDMS와 PPA의 탄성 차이(8 × 10⁻⁴ GPa 대 0.3 GPa) 때문에 리듹의 왼쪽 면에만 지속적인 인장 응력이 남는다
KPFM 측정에서 접촉 전위 차(CPD)가 리듹 왼쪽 면에서 130 mV(단층)·150 mV(다층) 정도 감소함을 확인했으며, 이는 인장 변형에 의해 전자 친화도가 상승했음을 의미한다
또한 Raman과 PL 측정에서 변형된 MoS₂는 라만 강도와 광발광 강도가 각각 2배·2.9배 증가했으며, 이는 변형에 따른 밴드 구조 조절을 시사한다
이후 80° 각도로 Au를 증착해 리듹의 평면부에만 Au 나노와이어가 형성되도록 하였으며, Au와 MoS₂ 접촉부는 변형된 영역과 비변형 영역이 교대로 배열된 라테랄 이종접합을 만든다
KPFM으로 Au‑MoS₂ 접촉부를 조사하면, Au 위에서는 전위가 상승하고 MoS₂ 변형면에서는 감소하는 비대칭 전위 프로파일이 나타나며, 이는 Schottky 장벽이 변형에 따라 조절됨을 보여준다
결과적으로, 마스크 없이 구현된 Au‑MoS₂ 라테랄 이종접합은 전류 흐름이 한쪽 방향에서는 Ohmic, 반대쪽에서는 Schottky 특성을 보여 비대칭 전자 수집 기능을 제공한다
이 접근법은 2D 반도체의 전자·광학 특성을 나노스케일에서 정밀하게 설계할 수 있는 새로운 스트레인 엔지니어링 플랫폼을 제시한다