Graphene has been focused as an attractive candidate for future optoelectronic applications due to their high electric conductivity, excellent optical transparency, and extremely thin layered structure. Nevertheless, short carrier lifetime and weak absorption limit the photo-responsivity up to the range of a few mA/W. To overcome this advantages, heterostructures of graphene with 2D semiconductors have been reported. $MoTe_2$, one of the 2D semiconductors, is favorable to NIR range photo-detecting due to its small bandgap (0.9~1.1 eV). The major advantage of $MoTe_2$/Graphene photodetectors is carrier injection from $MoTe_2$ to graphene, while opposite carrier remains trapped in the $MoTe_2$ layer. Injected carriers are moved through the graphene which has high carrier mobility. In this study, $MoTe_2$ was transferred on monolayer dry-transferred graphene with pick-up transfer method. Source/Drain was contacted only graphene channel and $MoTe_2$ was fitted with graphene precisely. The fabricated $MoTe_2$/Graphene phototransistor showed high photo-responsivity (~40 A/W @ 10 nW) which compared with a silicon-based photodetector.
In addition, it was observed photocurrent polarity change occurs with increasing laser intensity. For figuring out the reason of phenomenon, some variables were removed with measurement and analyzing. Furthermore, the phase transition of $MoTe_2$ was observed by Raman measurement with drain bias. In short, photocurrent polarity change was analyzed and it was verified that this phenomenon is related to the phase transition of $MoTe_2$. Consequently, this phase-transition-originated photocurrent polarity change is expected to be applied to a future memory device, sensor and optoelectronic devices.
그래핀은 높은 전기 전도도, 뛰어난 투명성, 가장 얇은 물질로써 미래의 광전자 소자 응용을 위한 물질로 각광 받아왔다. 그럼에도 불구하고, 짧은 캐리어 수명과 적은 흡수율로 인해 수 mA/W의 작은 광반응도를 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 그래핀과 다른 이차원 물질의 이종접합에 대한 연구가 최근 보고되고 있다. 이텔루르화 몰리브덴은 0.9 eV ~ 1.1 Ev의 작은 밴드갭 특성으로 근적외선 영역의 광검출기에 적용될 물질로 연구되고 있다. 이텔루르화 몰리브덴과 그래핀 이종접합 광검출기의 장점은 이텔루르화 몰리브덴에서 그래핀으로 한 종류의 캐리어가 넘어가고 다른 종류의 캐리어는 이텔루르화 몰리브덴에 머무른다는 점이다. 그래핀으로 넘어간 캐리어의 경우 그래핀의 높은 이동도에서 계속해서 이동하게 된다. 본 논문에서, 이텔루르화 몰리브덴은 미리 건식 전사 된 그래핀 위에 픽업 전사 방법을 통해 적층된다. 소스/드레인 금속은 그래핀 채널과만 접촉하고 이텔루르화 몰리브덴 조각은 그래핀 채널 크기와 맞도록 소자를 제작하였다. 본 논문의 이텔루르화 몰리브덴/그래핀 광트랜지스터은 기존 실리콘 기반의 광검출기와 비교하여 큰 광반응도 (~40 A/W)를 가진다.
더하여, 본 논문에서는 레이저 세기의 증가에 따라 광전류의 역전 현상이 관찰되었다. 원인을 분석하기 위해, 측정과 분석을 통해 몇몇의 변수는 제거되었다. 더 나아가, 드레인 전압을 가해주며 라만분석을 한 결과 이텔루르화 몰리브덴의 상 변이가 관찰되었다. 따라서, 본 논문에서는 레이저 세기 증가에 따른 광전류의 역전 현상을 이텔루르화 몰리브덴의 상변이와 관련하여 분석을 하였다. 결과적으로, 이텔루르화 몰리브덴의 상변이에 의한 광전류 역전현상은 미래 메모리, 센서, 광전자 소자에 적용될 것으로 기대한다.
