Black phosphorus (BP) has drawn immense interest because of its peculiar characteristics, and strain engineering studies have been widely conducted to investigate the properties of BP. However, performances of BP based FETs under high degree of strain have not been thoroughly studied yet. In this thesis, the performances of uniaxially strained few-layer BP FETs are investigated by means of first-principles based quantum transport simulations.
Interestingly, AD pMOSFET sustains high performance under intense strain conditions, and it suggests that AD pMOSFET has great potential for high performance stretchable electronic devices. On the other hand, BP TFETs show high dependency on the transport direction and the thickness of BP. Moreover, 2L ZD TFET is able to be enhanced by imposing strong compressive strain along the [100] direction. Thus, owing to its high $I_{ON}$/$I_{OFF}$ and low subthreshold swing, we suggest that uniaxially strained 2L ZD TFETs can be utilized for low-power electronics.
흑린의 특성을 분석하기 위해 최근에 많은 연구들이 이어지고 있으며, 그 중에서도 strain engineering을 통해 흑린의 전자기적 특성이 어떻게 변형되는지에 대한 연구가 수행되었다. 하지만 아직까지 강한 스트레인에 의한 효과를 제일원리 계산으로 철저하게 고려하여 소자의 성능 변화를 분석한 연구는 없다. 따라서 이번 연구에서는 스트레인에 의해 변형된 흑린 구조를 가지고 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 (Metal-Oxide-Semiconductor FET: MOSFET)와 터널링 전계 효과 트랜지스터 (Tunnel FET: TFET) 두 가지 소자에 대하여 양자 수송 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 적정한 스트레인을 가해줬을 경우 zigzag 방향 FET의 성능을 armchair 방향 FET의 수준까지 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 특히, zigzag 방향 p-type MOSFET의 경우 강한 인장력에도 높은 성능을 유지하여 고성능 유연소자로의 적용 가능성을 보였다. 반면에 흑린 TFET은 전송 방향과 두께에 따라 성능이 크게 좌우됨을 보였다. 특히, 복층 흑린 TFET의 경우에는 [100] 방향으로 강한 압축력을 받았을 경우, 그 성능이 향상 되어 높은 $I_{ON}$/$I_{OFF}$와 낮은 SS를 보임으로써 저전력 소자로의 적용 가능성을 나타내었다.
