이차원 SnSe₂ 전자소재의 Cl 도핑에 따른 고온 전도 물성 고찰

Study on the Change of Electrical Properties of two-dimensional SnSe2 Material via Cl doping under a High Temperature Condition

Cl 불순물 도핑에 따른 SnSe₂ 이차원 전자소재의 고온(300~450 K) 전도 물성 변화를 고찰하였다. 고상합성법을 통하여, 도핑이 없는 SnSe₂ 소재와 Cl이 도핑된 $SnSe_{1.994}Cl_{0.006}$ 소재를 합성하였으며, X선 회절 실험을 통하여, 두 재료 모두 불순물 없는 단일상이 형성되었음을 확인하였다. 비저항의 온도의존성 측정을 통하여, 전기 전도 mechanism이 Cl 도핑에 의해 hopping 전도에서 축퇴 전도로의 전이가 일어남을 관찰할 수 있었으며, 홀효과 측정을 통해 그러한 전도 mechanism의 전이가, Cl의 효과적인 donor 역할에 따른 자유전자의 농도 증가에서 기인한 것임을 확인하였다. 온도에 따른 전자이동도의 변화 분석을 통하여, 도핑이 없는 SnSe₂의 고온 전기 전도는 grain boundary 산란이 지배적인 영향을 미치는 반도체 전도 특성을 보이는 반면, Cl 도핑에 따라 grain boundary 산란 효과가 저하되는 금속 전도 특성을 보인다는 것을 알 수 있었다.

We study on the change of electrical properties of two-dimensional (2D) SnSe₂ materials with respect to Cl doping as $SnSe_{1.994}Cl_{0.006}$ under a high temperature condition. (300~450 K) By the simple solid-state reaction method, non-and Cl-doped 2D SnSe₂ materials are successfully synthesized with negligible impurities as confirmed by X-ray diffraction. From the temperature dependence of resistivity, it is observed that the conduction mechanism is changed from hopping to degenerate conduction with Cl doping. By Hall effect measurement, an increase on electron carrier concentration from ~7×10¹⁶ to ~3×10¹⁸cm⁻³ with Cl doping verifies that Cl is an effective electron donor which results in the encouraged carrier concentration. Detailed analysis for temperature dependent Hall mobility reveals that the electrical transports in high temperature regime are governed by the grain boundary-controlled mechanism for non-doped SnSe₂, which is effectively suppressed by Cl-doping as entering metallic transport regime.