2D transition metal dichalcogenides (TMDs) have attracted a great attention due to its unique electrical, optical, and chemical properties in recent years. Although graphene shows a high mobility up to $10^6 cm^2/Vs$, its absence of a bandgap seriously limits its application for an active channel material in optoelectronic devices such as photodetecting and switching device applications. Alternatively, Molybdenum disulfide ($MoS_2$), one of the most widely studied semiconducting TMDs, shows a thickness-dependent energy bandgap and band structure: indirect bandgap of 1.2eV in a bulk $MoS_2$ and direct bandgap of 1.8eV in a monolayer form. Furthermore, its atomic-scale thickness, lack of dangling bonds and flexibility could enable a wide range of next-generation nanoelectronic devices. Despite these promising properties of $MoS_2$, the lack of understanding and control over $MoS_2$ surface functionalization shows limitations on its properties and applications, because surface functionalization can offer useful platform to modify the electronic, optical and catalytic properties and fully harness the capabilities of $MoS_2$. Thus, in this thesis, we focus on the surface chemistry of $MoS_2$ to broaden the applicability for scalable processing and device integration.
그래핀이 발견된 이후 기본적으로 유연하고 투명한 특성을 가지는 원자수준의 두께를 가지는 2차원 재료에 대한 관심이 증가하였다. 특히 차세대 2차원 반도체 물질로 각광받는 이황화몰리브덴은 그래핀과 비교되는, 두께에 따른 밴드갭이 달라지는 특성을 띠고 있다. 단층의 이황하몰리브덴의 경우 약 1.8eV의 직접 밴드갭을 가짐으로써 빛을 흡수하고 내보내는 발광 효과가 우수하며, 투명성과 유연성이 높아 차세대 초소형 전자소자 핵심 소재로 그 가치가 높아지고 있다. 본 연구에서는 이황화몰리브덴의 표면개질을 통해 전기적 / 광학적 특성변화를 이룸으로써 다양한 소자로의 적용가능성을 확대시키고자 한다. 먼저 이황화몰리브덴의 도핑 농도를 조절하고자, 황과 수소 원자 그룹이 끝 단에 존재하는 띠올 그룹을 활용하였으며 띠올 그룹을 가지고 있는 분자의 반대편 끝에 있는 다양한 작용기들에 의한 도핑농도 조절 가능성을 확인하였다. 또한 이황화몰리브덴을 박리하는 한 방법인 리튬 삽입법의 단점을 해결하고자 용액공정의 열처리 법을 도입하였으며, 원래의 반도체 특성을 가지는 상변화와 표면개질을 동시에 진행함에 따라 고 분산성의 이황화몰리브덴 분산용액 제조 및 수소센서로의 적용가능성을 확인하였다. 추가적으로, 제작된 이황화몰리브덴 분산용액을 사용하여 추가적으로 백금 나노입자를 이황화몰리브덴 표면에 붙임으로써 고민감성의 이산화질소 센서를 제작하였다.
