Level of integration in integrated circuit to extend Moore’s law reaches the limit. So, to extend Moore’s law, low power circuit technology is needed. In this thesis, by taking advantage of the fact that the work functions of graphene and graphite are different, the diode characteristics were observed in a device using graphene and graphite as electrodes on both sides of MoS$_2$. In particular, the device operates as a Dirac-source Schottky diode, in which the current rapidly increases according to the bias voltage by using the drastic change in the electron carrier density from the linear band structure of graphene. Additionally, in same device, we found that our Dirac-source triode works as a DS-FET.
Limitations of integrated circuits, the performance of transistors as well as diodes must overcome the limitations of conventional MOSFETs. Several researches have been proposed to overcome this problem, but the tunnel field-effect transistors (TFETs) is the most promising among them. In this thesis, a heterojunction TFET was studied using monolayer MoS$_2$, which is a two-dimensional n-type semiconductor material, and bulk black phosphorus and WSe$_2$, which are two-dimensional p-type semiconductor materials.
소형화에 따른 전력 소모의 급증으로 집적회로의 집적화는 한계에 도달하였고, 이를 극복하기 위한 대안의 필요성이 대두되고 있다. 본 학위 논문에서는 2차원 반도체 물질군인 전이 금속 디칼코게나이드 중, 이황화몰리브덴 양쪽에 그래핀과 그래파이트를 전극으로 사용한 소자에서의 다이오드 특성을 확인하였다. 특히, 그래핀의 선형 밴드구조에 따른 급격한 전하 밀도의 변화를 이용하여 하나의 소자에서 바이어스 전압에 따라 전류가 급격하게 증가하는 디락소스 쇼트키 다이오드와 게이트 전압에 따라 전류가 급격히 변하는 디락소스 트랜지스터가 작동됨을 확인하였다. 또한, 전이 금속 디칼코게나이드에 금속 접촉을 시키는 경우 발생하는 페르미 준위 고정문제를 2차원 금속인 그래핀과 그래파이트를 사용하여 해결하였다.
집적회로의 한계에 따라 다이오드 뿐만 아니라 트랜지스터의 성능도 모스펫의 한계를 극복해야한다. 이를 극복하기 위하여 여러 방식들이 제안되고 있지만, 그 중 가장 주목 받는 것은 터널 전계 효과 트랜지스터이다. 본 학위 논문에서는 2차원 n형 반도체 물질인 단층 이황화몰리브덴과, 2차원 p형 반도체 물질인 두꺼운 흑린, 이셀레나이드화 텅스텐으로 이종접합 터널 전계 효과 트랜지스터를 구현하였다.
