We investigate low-frequency noise in MoS2 Schottky barrier field-effect transistors whose hysteresis is negligible attributed to atomic layer deposited Al2O3 passivation layer and vacuum annealing process. As the hysteretic behavior in MoS2 transistors caused by extrinsic trapping/de-trapping behavior of electrons by water molecules at the surface lead continuously decrease or increase of drain current flowing through the MoS2 layer, hysteresis should be prohibited in low frequency noise measurement. We observe 1/f noise characteristics of MoS2 transistor follow carrier number fluctuation with correlated mobility fluctuation models in strong inversion condition. Additionally, transistors composed of the 4 and 7 MoS2 layers show abnormal 1/f noise characteristics, and this abnormality have been reported in transistors which consist of few layer of two-dimensional material such as graphene and MoS2 layers.
최근 전기적, 기계적으로 뛰어난 특성을 가지는 Graphene의 발견으로 전 세계적으로 2차원 소재에 대한 관심도가 높아 지고 있다. 하지만 Graphene의 경우 bandgap이 없기 때문에 Transistor로 만들 경우 낮은 On/off ratio를 가지게 되고, 이는 소자에 적용하는데 있어서 큰 문제가 된다. 하지만 MoS2의 경우 얇은 2차원 소재로 Flexible하거나 Transparent한 전자소자에 응용이 가능 할 뿐만 아니라 Bandgap을 가지고 있어서 뛰어난 On/off ratio 특성을 보이기 때문에 새로운 채널 물질로 큰 각광을 받고 있으며, MoS2를 이용한 전자소자들이 구현 되고 있다.
하지만 MoS2와 같은 2차원 소재의 경우 외부 환경에 의해서 영향을 많이 받게 되고, MoS2를 이용한 전자소자는 공기에 노출 되어 있을 경우 큰 Hysteresis를 발생시켜 소자의 안정적인 동작을 할 수 없게 된다. 이러한 문제를 해결 하기 위해서 본 논문에서는 Al2O3 Passivation을 통하여 Hysteresis를 제거하였으며, 소자가 안정적인 동작을 할 수 있도록 만들고 분석 하였다.
또한, 소자 내부에 내재되어있는 1/f Noise는 White Noise나 외부 Noise와 같이 제거 될 수 없기 때문에 이러한 Application의 성능을 결정 짓는 중요한 요소 이다. 따라서 MoS2를 이용하여 여러 전자소자를 응용하기 위해서는 1/f Noise를 이해하는 것이 매우 중요 하다고 할 수 있다.
본 연구에서는 Hysteresis가 제거 된 MoS2 Transistor에 대한 1/f Noise의 분석을 진행 하였고, Bi-layer MoS2의 경우 Carrier number fluctuation과 Correlated mobility fluctuation Model을 따르는 것을 확인 하였다. 또한 Bi-layer와 마찬가지로 Hysteresis가 제거된 4layer, 7layer MoS2의 1/f Noise를 분석 함으로써, 최초로 MoS2에서 Layer가 변함에 따라 Noise 경향이 변하는 것을 확인 하였다. 이는 이차원 물질의 Van der Waals gap을 가지는 특이한 특성을 Carrier number fluctuation model에 적용 함으로서 설명 될 수 있다.
