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SCOPUS
SCIE
국가R&D연구논문Interface engineering for a stable chemical structure of oxidized-black phosphorus <i>via</i> self-reduction in AlO<sub>x</sub> atomic layer deposition
저자
Kim, Dae-Kyoung ; Chae, Jimin ; Hong, Seok-Bo ; Park, Hanbum ; Jeong, Kwang-Sik ; Park, Hyun-Woo ; Kwon, Se-Ra ; Chung, Kwun-Bum ; Cho, Mann-Ho
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
22896-22907(12쪽)
제공처
<P>We evaluated the change in the chemical structure between dielectrics (AlOx and HfOx) grown by atomic layer deposition (ALD) and oxidized black phosphorus (BP), as a function of air exposure time. Chemical and structural analyses of the oxidized phosphorus species (PxOy) were performed using atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, first-principles density functional theory calculations, and the electrical characteristics of field-effect transistors (FETs). Based on the combined experiments and theoretical investigations, we clearly show that oxidized phosphorus species (PxOy, until exposed for 24 h) are significantly decreased (self-reduction) during the ALD of AlOx. In particular, the field effect characteristics of a FET device based on Al2O3/AlOx/oxidized BP improved significantly with enhanced electrical properties, a mobility of ∼253 cm<SUP>2</SUP> V<SUP>−1</SUP> s<SUP>−1</SUP> and an on-off ratio of ∼10<SUP>5</SUP>, compared to those of HfO2/HfOx/oxidized BP with a mobility of ∼97 cm<SUP>2</SUP> V<SUP>−1</SUP> s<SUP>−1</SUP> and an on-off ratio of ∼10<SUP>3</SUP>-10<SUP>4</SUP>. These distinct differences result from a significantly decreased interface trap density (<I>D</I>it ∼ 10<SUP>11</SUP> cm<SUP>−2</SUP> eV<SUP>−1</SUP>) and subthreshold gate swing (SS ∼ 270 mV dec<SUP>−1</SUP>) in the BP device caused by the formation of stable energy states at the AlOx/oxidized BP interface, even with BP oxidized by air exposure.</P>
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