Enhancement of Temperature Coefficient of Resistance in MoTe2 through APTES Surface Functionalization

Abstract

In this study, CVD-grown 2H-MoTe₂ was investigated as a thermoresistive material for microbolometer applications. Because bolometric sensitivity is strongly related to the temperature coefficient of resistance （TCR）, APTES （（3-aminopropyl）triethoxysilane） surface functionalization was employed to modify the temperature-dependent carrier transport of MoTe₂. Prior to APTES treatment, surface oxidation was introduced to stabilize the MoTe₂ surface and facilitate functionalization, and vapor-phase coating was used to minimize mechanical damage to the thin flakes. Supported and suspended MoTe₂ devices were fabricated, and their temperature-dependent resistance was measured before and after APTES treatment. The absolute TCR value increased after APTES vapor coating in both device structures. Arrhenius analysis further showed an increase in effective activation energy, suggesting that the enhanced TCR is associated with modified thermally activated transport. In addition, back-gated FET measurements suggested that APTES treatment modified the electrostatic environment and carrier transport characteristics of MoTe2, as indicated by changes in the transfer characteristics after functionalization. These results demonstrate that APTES-based surface functionalization is a promising approach for improving the thermal sensitivity of CVD-grown 2H-MoTe₂ microbolometer devices.|본 연구에서는 화학기상증착법（CVD）으로 성장된 2H-MoTe₂를 마이크로볼로미터 응용을 위한 열 저항 감지 물질로 평가하였다. 볼로미터의 감도는 온도 변화에 따른 저항 변화율인 저항온도계수（TCR） 와 밀접한 관련이 있으므로, 본 연구에서는 MoTe₂의 온도 의존적 전하 수송 특성을 조절하기 위해 APTES （（3-aminopropyl）triethoxysilane） 기반 표면 기능화를 적용하였다. APTES 처리에 앞서 MoTe₂ 표 면의 안정성을 향상시키고 후속 기능화를 용이하게 하기 위해 표면 산화를 도입하였으며, 얇은 MoTe₂ 플레이크의 기계적 손상을 최소화하기 위해 기상 코팅 공정을 사용하였다. 지지형 및 부유형 MoTe₂ 소자를 제작하고, APTES 처리 전후의 온도 의존적 저항 특성을 측정하 였다. 측정 결과, 두 소자 구조 모두에서 APTES 기상 코팅 후 절대 TCR 값이 증가하였다. 또한 Arrhenius 분석을 통해 APTES 처리 후 유효 활성화 에너지가 증가함을 확인하였으며, 이는 TCR 향상이 온도 의존 적 전하 수송 특성의 변화와 관련되어 있음을 시사한다. 추가적으로, back-gated FET 측정을 통해 APTES 처리 후 MoTe2의 gate 전압 의존적 전하 수송 특성이 변화함을 확인하였으며, 이는 APTES 표면 기능화가 MoTe2 채널의 전기적 환경 및 전하 수송 특성에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 이러한 결과는 APTES 기반 표면 기능화가 CVD 성장 2H-MoTe₂ 마이크로볼로미터 소자의 열 감도 향상을 위한 유망한 접근법 임을 보여준다.