Study about Physicochemical Properties of Molybdenum Oxytelluride Thin Films

Abstract

Molybdenum ditelluride (MoTe2) as a transition metal dichalcogenide has attracted considerable interest due to its tunable bandgap, cost-effectiveness, and high chemical stability. Due to its various advantages, MoTe2 is a promising candidate for memory applications, light emitting diodes, and photosensors. Molybdenum oxytelluride thin films (TFs) were fabricated by radio frequency (RF) magnetron co-sputtering at various ratios of Mo and Te and the physicochemical properties of the MOT TFs were investigated and the results were showed in chapter 1. We confirmed the segregated morphology of the pure Mo TF by scanning electron microscopy. The needle-like structure was evolved on the surface of MOT TF with 40% of Te checked by atomic force microscopy. This caused the largest root mean square roughness value and hydrophobic property was verified with contact angle measurement. X-ray photoelectron spectroscopy results revealed that the major oxidation states of Mo from Te-poor to Te-rich TFs were changed from high (+6) to low (+4 and/or +2). From X-ray diffraction results, molybdenum oxide peaks were evolved from the TFs with 40 and 55% of Te. Ultraviolet photoelectron spectroscopy and Kelvin probe measurement evinced that work function of the MOT TFs was increased as the composition of Te increased. The electric conductivities of MOT TFs were higher than those of pure Mo and Te TFs which were confirmed by four-point probe measurements. We studied the physicochemical properties of MOT TFs depending on different annealing temperatures and the results were described in chapter 2. Scanning electron microscopy and atomic force microscopy results showed that the grain size and roughness were the largest at 773 K among annealing temperatures. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) results showed that Mo played a major role in the formation of grains rather than Te. The dominant species on the surface were molybdenum oxide and tellurium oxide as annealing temperature increased, which was deduced by X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS) results. X-Ray diffraction (XRD) patterns indicate that molybdenum oxytelluride thin films exhibit an orthorhombic MoO3 structure at 773 K. Ultraviolet photoelectron spectroscopy measurement evinced that the work function increased due to molybdenum oxide and tellurium oxide as annealing temperature increased. Four-point probe results showed that molybdenum oxytelluride thin films tend to have higher electrical conductivity at 298 and 573 K than 773 and 973 K. |전이금속 다이칼코게나이드로서의 MoTe2는 조정 가능한 밴드갭, 비용 효율성 및 높은 화학적 안정성으로 인해 상당한 관심을 끌고 있다. 다양한 장점으로 인해 MoTe2는 메모리 애플리케이션, 발광 다이오드 및 광센서의 유망한 후보이다. 본 논문의 제1장에서는 Mo와 Te의 다양한 비율로 무선주파수(RF) 마그네트론 공동 스퍼터링으로 몰리브데넘 옥시텔루라이드(MOT) 박막(TF)을 제작하였으며 MOT박막의 물리화학적 특성을 조사했다. 우리는 주사 전자 현미경 (SEM)으로 스캔하여 순수한 Mo 박막의 분리된 형태를 확인했다. 바늘 모양의 구조는 주사 탐침 현미경 (AFM)으로 Te 40%인 MOT 박막 표면에서 확인했다. 이로 인해 가장 큰 루트 평균 제곱 거칠기 값이 발생하고 접촉각 (CA) 측정으로 소수성 특성이 검증되었다. X선 광전자 분광법 (XPS) 결과 Te-poor에서 Te-rich TF로 Mo의 주요 산화 상태가 높은(+6)에서 낮은(+4 및/또는 +2)으로 변경되었다. X선 회절 (XRD) 결과로부터 몰리브데넘 산화물 피크는 Te가 40% 및 55%인 박막에서 진화했다. 자외선 광전자 분광법 (UPS)과 켈빈 프로브 (KP) 측정은 Te의 조성이 증가함에 따라 MOT 박막의 일함수가 증가함을 증명했다. MOT 박막의 전기전도도는 4점 프로브 측정으로 확인된 순수 Mo 및 Te 박막보다 높았다. 2장에서는 서로 다른 열처리 온도에 따른 MOT 박막의 물리화학적 특성을 연구했다. 주사 전자 현미경 (SEM)과 주사 탐침 현미경 (AFM) 결과는 입자 크기와 거칠기가 어닐링 온도 중 773 K로 가장 큰 것으로 나타났다. 에너지 분산형 X선 분광법(EDX) 결과는 Te보다 Mo가 곡물 형성에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주었다. 표면의 지배적인 종은 열처리 온도가 증가함에 따라 몰리브데넘 산화물과 텔루륨 산화물이었는데, 이는 X-Ray 광전자 분광법(XPS) 결과로 추론되었다. X-Ray 회절(XRD) 패턴은 몰리브데넘 옥시텔루라이드 박막이 773 K에서 직교하는 MoO3 구조가 나타났다. 자외선 광전자 분광법 (UPS) 측정 결과 열처리 온도가 증가할수록 몰리브데넘 산화물과 텔루륨 산화물로 인해 일함수가 증가하는 것으로 나타났다. 4점 조사 결과 몰리브데넘 옥시텔루라이드 박막은 773 및 973 K보다 298 및 573 K에서 전기 전도도가 높은 경향이 있다.