As the semiconductor device is scaled down, the operation speed and the degree of integration are increased, but the power consumption becomes a big problem. Therefore, although the power consumption can be reduced by a tunneling transistor having a low operating voltage, it is necessary to compensate for the low operation current and on/off ratio. A two-dimensional semiconductor material can be formed of a thin layer in $\dot{A}$, which can increase the operating current and on/off ratio and lower the subthreshold swing. In addition, bandgap can be adjusted according to the number of layers, so that a band structure capable of tunneling can be provided and the device characteristics can be improved due to no dangling bond on the surface.
By utilizing the advantages of such a two-dimensional material, we fabricate P-type tunneling field effect transistor to improve electrical characteristics. Molybdenum was used as n-lyaer and tungsten diselenide was used as p-layer in order to have an excellent band structure in tunneling. To implement a P-type tunneling field effect transistor, a tungsten diselenide was palced on the molybdenum disulfide for control of the gate. In addition, to improve the gate control and subthreshold swing, ion gel was used as gate insulator and other metal materials were used for source/drain region to reduce contact resistance. As a result, it has a low subthreshold swing and a high on current. As a result, we confirmed the low subthreshold swing and high on/off ratio. In this paper, we propose the possibility of fabricating low-power tunneling field effect transistor by using two-dimensional semiconductor materials.
반도체 소자가 소형화 됨에 따라 동작 속도와 집적도가 증가하였지만, 전력 소모의 증가라는 문제가 대두되고 있다. 이에 낮은 동작 전압을 가지는 터널링 트랜지스터로 전력 소모를 낮출 수 있지만, 동작전류와 점멸비가 낮아 이를 보완해야 되는 상황이다. 2차원 반도체 물질은 $\dot{A}$ 단위의 얇은 층을 얻을 수 있어 동작전류와 점멸비를 증가 시킬 수 있고 문턱전압 이하 스윙을 낮출 수 있다. 또한 층수에 따라 밴드갭 조절이 가능하며 터널링이 가능한 밴드 구조를 가질 수 있고 표면에 댕글링 본드가 없어 소자 특성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은2차원 물질의 장점을 이용한 이종접합 기반의 P형 터널링 트랜지스터를 제작하여 전기적인 특성을 향상시키고자 한다. 터널링에 우수한 밴드구조를 갖기 위해 N형 2차원 반도체 물질로는 이황화 몰리브덴을 P형 2차원 반도체 물질로는 텅스텐 디셀레나이드를 사용하였고 P형 터널링 트랜지스터를 구현하기 위해 텅스텐 디셀레나이드를 게이트와 맞닿는 상단에 위치시켰다. 게이트 제어성과 문턱전압 이하의 스윙을 개선시키기 위해 이온겔 물질을 게이트 절연체로 이용하였고 소스/드레인 영역에 다른 금속물질을 사용하여 접촉저항을 줄였다. 그 결과 낮은 문턱전압 이하 스윙과 높은 동작전류를 가지는 것을 확인하였다. 본 논문을 통해 2차원 반도체 물질이 저전력 터널링 트랜지스터 소자 제작에 가능성이 있다는 것을 제시하고자 한다.
