Electrical contacts to monolayer WSe2 with Sc, Ti, Pd and Pt metals

Abstract

전이금속 찰코젠 화합물 (TMDC) 의 본연의 성질을 탐구하기 위해 낮은 접촉저항을 갖게 하는 것은 가장 큰 난제였다. 큰 접촉저항은 금속과 찰코겐화합물의 표면에 형성되는 쇼키 장벽(Schottky barrier) 으로 인해 기인한다. 낮은 쇼트 키 장벽을 형성하는 것은 TMDC의 금속 일 함수를 조정하는 것에 달려있기 때문에 쇼트 키 장벽 높이와 접촉 금속의 일 함수 사이의 관계를 탐구하는 것은 중요하다. 이 연구에서, 단일 층 WSe2 FET는 Sc (3.5eV), Ti (4.3eV) 및 Pd (5.1eV)를 사용하여 다양한 일 함수를 가지는 금속과 접촉하고 그 접촉 특성을 비교하였다. 밴드 정렬에 따르면, 전자 주입은 Sc와 Ti 접촉에 의해 더 지배적 일 것으로 예상되었고, 정공 주입은 Pd에 유익했다. 그러나, 실험결과 페르미 준위는 밸런스 밴드 최고점의 근처에 고정되어 있기 때문에, 금속 일 함수에 관계없이 모든 소자에서 p 형 FET 특성 만이 검출되었다. 또한 진공 레벨보다 4.84eV 낮은 에너지 준위에 페르미 레벨이 고정되는 것을 계산해 낼 수 있었다. 팔라듐 접촉에서는 87meV의 쇼키 장벽이 존재하였고 티타늄과 스칸듐에서는 각각 151meV, 192meV의 쇼키 장벽을 가지는 것을 알 수 있었고 이는 밴드 정렬을 사용한 유추와는 완전히 다른 결과였습니다. 이 발견은 2 차원 시스템에서 단순히 페르미 레벨 고정현상으로 인하여 단순히 반도체에 접촉 금속의 일 함수를 조정하는 것이 접촉 저항을 예측하기에 충분하지 않다는 내용을 뜻한다.

The formation of low resistance metal contacts is the biggest problem to investigate the intrinsic properties of transition metal dicalcogenides (TMDCs). High contact resistance is caused by the Schottky barrier formed between metal-TMDC junctions. Without a reliable substitution doping process, achieving a low Schottky barrier depends on adjusting the metal work function of the TMDC. It is therefore important to explore the relationship between the Schottky barrier height and the work function of the contact metal. In this study, a single-layer WSe2 FET was contacted with various metal work functions with Sc (3.5 eV), Ti (4.3 eV) and Pd (5.1 eV) and their contact properties were compared. According to band alignment, electron injection was expected to be more dominant by Sc and Ti contacts, and hole injection was beneficial to Pd. However, since the Fermi level is fixed near the maximum valence, only the p-type FET characteristic is detected regardless of the metal work function. The Fermi level is calculated to be 4.84 eV below the vacuum level. In addition, Pd has a minimum Schottky barrier of 87meV with Ti and Sc in the order of 151meV and 192meV and it is a completely different result from analogy with band alignment. This finding provides that in the two-dimensional system simply adjusting the work function of the contact metal due to the presence of Fermi level pinning is not sufficient to predict the contact resistance