▣ 1차년도 핵심 연구내용: 용액공정 고품질 2D TMDC 소재 확보 및 물리/화학적 균일 박막화 기술 개발 ▶ 액상박리법을 이용한 p형/n형 2D TMDC 소재 개발 (p형: MoS2, n형: WSe2) ■ 고품질의 2D TMDC 소재를 확보하기 위해 Ion intercalation법을 적용하며, 2D TMDC 나노 플레이크의 결점최소화 및 층간 분리효율 향상을 위해 두 단계 공정을 적용함. 층간 침투성이 우수한 Li+이온을 투입하여 층간 간격을 일정수준 확보 후, tetraheptylammonium bromide(THAB)와 같은 큰 양이온 크기를 갖는 알킬사슬 양이온을 투입하여 층간 간격을 확장하여, 고품질의 단층 2D TMDC를 대량 확보하는 기술을 개발. ▶ 2D TMDC 플레이크의 물리적 자기배열을 통한 균일 초박막 개발 ■ 2D TMDC 플레이크의 기판표면과 플레이크간 물리적 자기배열을 유도하기 위해 알킬사슬이 달린 surface-anchoring alkyl ligands(SALs)를 플레이크에 반응시켜 알킬사슬에 의한 반데르발스 상호작용에 의한 자기배열을 유도하는 연구를 수행함. ■ 2D MoS2 TMDC의 SALs의 후보 물질로써는 현재 알킬사슬을 가진 molybdenum halide 계열의 분자나 TMDC와 배위결합을 유도할 수 있는 alkylamine 계열의 분자를 사용할 예정이며, WSe2의 경우에는 tungsten/selenium halide 계열의 물질을 후보로 고려중임. ▶ 2D TMDC 플레이크의 화학적 자기연결을 통한 결점최소화 초박막 개발 ■ MoS2와 WSe2의 전구체(precursor)를 2D TMDC 분산된 용액에 첨가하여 박막형성 후 열처리를 통해 플레이크-플레이크간 화학적 자기결합을 유도함. ■ MoS2와 WSe2 플레이크간 화학적 자기연결을 유도하기 위한 후보 전구체(precursor)로는 MoS2 경우에는 Ammoniummolybdatetetrahydrate((NH4)6Mo7O24·4H2O)와 thiourea, 그리고 molybdenum halide 계열의 배위결합체를 고려하고 있으며, WSe2 경우에는 sodium tungstate dehydrate (Na2WO4·2H2O), ammonium tungstate ((NH4)10H2(W2O7)6), 또는 tungsten carbonyl (W(CO)6)를 고려함. ▣ 2차년도 핵심 연구내용: 2D TMDC의 대면적 인쇄기술 및 p-n형 이종접합 논리회로 개발 ■ 1차년도에 개발된 2D TMDC 대량합성 기술과 물리적 자기배열, 그리고 화학적 자기연결에 관한 연구성과를 바탕으로 2D TMDC의 대면적 인쇄전자용 잉크화 연구 및 프린팅 기술개발을 수행함. ■ 인쇄기술을 적용하여 p형 및 n형 2D TMDC 반도체층의 대면적 어레이 및 마이크로 패턴기술을 확보하고, 이를 통해 최종적으로 p-n형 이종접합 2D TMDC 기반 논리회로 인쇄기술 확보. ▶ 인쇄전자 공정을 통한 수직형 쇼트키 장벽 트랜지스터와 p-n 접합 논리회로 개발 ■ 인쇄공정을 통해 패턴된 2D TMDC 소재를 통해 구현된 p-n 접합 나노소자의 정류회로 분석을 통해 p-n 접합 다이오드로써의 동작성능을 평가하며, 고성능 논리회로를 구성하는 단위소자 개발을 수행함. ▶ 인쇄전자 공정을 이용한 p-n형 이종접합 논리회로 소자의 대면적화 기술 개발 ■ 전과정 인쇄기술을 적용하여 p-n형 2D TMDC 반도체층과 함께, 전도성 CNT 잉크, 고분자 절연체를 대면적 패턴화 기술을 개발하며, 이를 기반으로 p-n형 이종접합 논리회로의 대면적 집적화 기술 확보. ■ 인쇄전자 공정 및 잉크화 소재가 적용된 논리회로의 성능 최적화를 위해 공정 및 소재변수를 파악하여, 최종적으로 저전력‧고속 구동 가능한 p-n형 이종접합 논리회로의 대면적 패턴기술 확보.