유영동 배정환 2022-02 31674 https://aurora.ajou.ac.kr/handle/2018.oak/20873 학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :에너지시스템학과,2022. 2 단일층 MoS2는 직접밴드갭과 강한 빛-물질 상호작용으로 인해 광전자공학 및 전자공학과 같은 다양한 응용분야에 사용할 수 있다. 이러한 응용을 위해서는 단일층 MoS2의 대면적 균일 합성이 필수적이다. 하지만 고체분말을 사용하는 전통적인 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법은 기판 중앙에 두꺼운 MoS2 막을 생성하고 가장자리 일부분만 MoS2 단일층을 형성하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 단일층 MoS2의 대면적 균일 합성을 위한 새로운 carbon cloth-assisted 화학기상증착법을 제시한다. 합성된 단일층 MoS2를 현미경 분석 및 분광 분석을 통해 대면적 균일 합성을 확인하였다. 반응시간을 조절하여 단일층 MoS2의 성장을 과정을 밝혔다. 또한 탄소분말을 사용하여 탄소물질의 환원 특성에 기인한 단일층 MoS2 대면적 균일 합성인 것을 확인하였다. 마지막으로 carbon cloth-assisted 화학기상증착법을 WS2에 적용시킴으로써 다른 단일층 TMDC(Transition metal dichalcogenides)의 대면적 균일 합성에 적용할 수 있음을 보여준다. 키워드 : 탄소-보조 화학기상증착법, 성장과정, 단일층, MoS2, WS2 1. 서론 1 1.1. 연구 배경 1 1.1.1. 2차원 물질 1 1.1.2. 그래핀 3 1.1.3. 전이금속 칼코겐 화합물 4 1.1.4. 합성 방법 9 1.2. 연구 목적 11 2. 실험 방법 및 분석 13 2.1. 합성 방법 13 2.1.1. 단일층 MoS2 및 WS2 합성을 위한 전통적인 화학기상증착법 13 2.1.2. 단일층 MoS2 및 WS2 합성을 위한 Carbon cloth-assisted 화학기상증착법 16 2.1.3. 단일층 MoS2 합성을 위한 Carbon powder-assisted 화학기상증착법 17 2.2. 특성 분석 18 2.2.1. 현미경 분석 18 2.2.1-1. 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 18 2.2.1-2. 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscopy, TEM) 18 2.2.1-3. 원자힘현미경 (Atomic Force Microscopy, AFM) 19 2.2.2. 분광 분석 20 2.2.2-1. 라만 분광법 (Raman spectroscopy) 20 2.2.2-2. 광발광 분광법 (Photoluminescence spectroscopy, PL) 20 3. 결과 및 논의 21 3.1. 전통적인 화학기상증착법에서 성장한 두꺼운 필름 및 단일층 MoS2 21 3.2. Carbon cloth-assisted 화학기상증착법에서 성장한 단일층 MoS2 24 3.3. Carbon powder-assisted 화학기상증착법에서 성장한 단일층 MoS2 37 3.4. Carbon-assisted 화학기상증착법에서 성장한 MoS2의 성장 메커니즘 40 3.5. 다른 전이금속 칼코겐 화합물인 WS2에 적용 44 4. 결론 48 kor The Graduate School, Ajou University 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다. 탄소-보조 화학기상증착법을 통한 2차원 반도체 MoS2 및 WS2의 대면적 균일 합성에 관한 연구 Large-area uniform synthesis of two-dimensional semiconducting MoS2 and WS2 through a carbon-assisted chemical vapor deposition method Thesis 아주대학교 일반대학원 일반대학원 에너지시스템학과 2022. 2 Master I804:41038-000000031674 https://dcoll.ajou.ac.kr/dcollection/common/orgView/000000031674 Carbon-assisted chemical vapor deposition method MoS2 Monolayer WS2 growth mechanism 단일층 성장과정 탄소-보조 화학기상증착법 Monolayer MoS2 can be used in a variety of applications such as optoelectronics and electronics due to its direct bandgap and strong light-material interaction. For these applications, large-area uniform synthesis of monolayer MoS2 is essential. However, the conventional chemical vapor deposition (CVD) method using solid powder has a problem in that a thick MoS2 film is formed in the center of the substrate and a MoS2 monolayer is formed only at a portion of the edge. In this study, we present a novel carbon cloth-assisted chemical vapor deposition method for large-area uniform synthesis of monolayer MoS2. The synthesized monolayer MoS2 was confirmed to be uniformly synthesized over a large-area through microscopic analysis and spectroscopic analysis. The growth process of monolayer MoS2 was revealed by controlling the reaction time. In addition, it was confirmed that monolayer MoS2 large-area uniform synthesis due to the reduction properties of carbon materials using carbon powder. Finally, by applying the carbon cloth-assisted chemical vapor deposition method to WS2, we show that it can be applied to the large-area uniform synthesis of other monolayer transition metal dichalcogenides(TMDC). Keywords : Carbon-assisted chemical vapor deposition method, growth mechanism, Monolayer, MoS2, WS2