KR101564438B1 - Multilayer device having intrinsic layered-type single crystal material and method for preparing the same - Google Patents

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이길호
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Abstract

제1 전극; 제2 전극; 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 층상구조를 갖는 단결정 물질;을 포함하는 적층형 소자가 제공된다. 본 발명의 적층형 소자는 단결정층의 양면에 직접 증착으로 접합된 금속전극이 공기 중에 노출되지 않아 산화 및 부식되지 않으며, 소자의 접합 전기 전도도가 높을 뿐 아니라, 간편한 벽개 기법을 통해 단결정 물질을 제조하여 원자크기의 채널 길이를 갖는 나노 소자의 제조에 응용될 수 있다.A first electrode; A second electrode; And a single crystal material having a layered structure between the first electrode and the second electrode. In the laminated device of the present invention, the metal electrode bonded directly to both surfaces of the single crystal layer is not oxidized and corroded because the metal electrode is not exposed to the air, and not only the electrical conductivity of the device is high, but also the single crystal material is manufactured by a simple cleavage technique Can be applied to the fabrication of nanodevices having an atomic size channel length.

Description

선천성 적층형 단결정 물질을 포함하는 적층형 소자 및 그의 제조방법{MULTILAYER DEVICE HAVING INTRINSIC LAYERED-TYPE SINGLE CRYSTAL MATERIAL AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a multi-layered device including a congenial multi-layered single crystal material,

본 발명은 적층형 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선천성 적층형 단결정 물질을 사용한 원자층 단위의 두께를 갖는 적층형 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a layered device having a thickness of an atomic layer unit using a congenital laminated single crystal material and a method of manufacturing the same.

적층형 소자란 절연체, 반도체 또는 금속 등의 물질을 수직방향으로 쌓은 구조를 가지는 소자를 말하며, 그 두께를 수 내지 수백 nm로 얇게 함으로써 크기는 작으면서도 높은 집적도를 필요로 하는 메모리 또는 중앙처리장치와 같은 능동소자 응용에 필수적으로 요구된다. 대부분의 물질은 높은 온도에서 기화시킨 기체를 다시 증착시키는 열증착기법 또는 이온화된 영족기체(noble gas)를 가속시켜 물질타겟을 타격함으로써 떨어져 나오는 물질을 증착시키는 스퍼터링(sputtering)기법으로 만들어지기 때문에 무정형의 형태를 가지게 된다. 이때 증착된 물질 안에 발생된 불순물 또는 격자결함은 소자작동 시 소자의 성능을 저하시키고 작동불량을 유발하는 전력손실 및 열발생의 원인이 된다. 현재의 증착 기술로는 피할 수 없는 이러한 문제점은 소자의 크기가 작아지고 집적도가 높아질수록 상대적으로 그 효과가 크게 발생하기 때문에 좀 더 고성능의 나노소자개발에 걸림돌이 되고 있다.A multilayered device is a device having a structure in which a material such as an insulator, semiconductor, or metal is stacked in a vertical direction, and a memory or a central processing unit that requires a small size and a high integration degree by thinning its thickness to several hundreds of nanometers It is essential for active device applications. Since most materials are made by thermal evaporation techniques that re-vaporize the vaporized gas at high temperatures or sputtering techniques that vaporize the material by hitting the target by accelerating the ionized noble gas, . In this case, impurities or lattice defects generated in the deposited material deteriorate the performance of the device during operation of the device and cause power loss and heat generation that cause malfunction. This problem, which can not be avoided by the current deposition technique, is relatively hindered as the size of the device becomes smaller and the degree of integration becomes higher, which hinders the development of a higher performance nano device.

반면, 선천성 적층형 단결정 물질은 선천적으로 불순물 또는 격자결함을 최소한으로 가지는 단결정성을 가진다. 또한 c-결정축을 따라서 층상구조를 가지기 때문에 원자결합세기의 이방성(異方性)이 매우 커서 벽개(劈開)기법을 통해 매우 얇은 원자층 단위의 두께로 가공할 수 있다. 선천성 적층형 단결정 물질의 대표적인 예로는 전도체인 흑연, 절연체인 육방정 질화붕소, 반도체 또는 초전도체인 전이 금속 디칼코제나이드(dichalcogenide) 등이 있다. 이러한 선천성 적층형 단결정 물질은 자연적으로 형성되기 때문에 그 특성이 균일하며 원자크기의 단위로 매우 촘촘하고 주기적으로 적층되어 있어 극소형 소자에 응용가능성이 크다.On the other hand, the congenial laminated monocrystalline material inherently has a single crystal structure with at least impurity or lattice defects. In addition, due to the layered structure along the c-crystal axis, the anisotropy of the atomic bond strength is very large and can be processed into a very thin atomic layer thickness by cleavage. Representative examples of the inherent laminated single crystal material include graphite as a conductor, hexagonal boron nitride as an insulator, and transition metal dichalcogenide as a semiconductor or a superconductor. Since these congenial laminated single crystal materials are naturally formed, their characteristics are uniform, and they are stacked very closely and periodically in units of atomic size, which is highly applicable to very small devices.

선천성 적층형 단결정 물질로부터 적층형 소자를 제작하는 현재의 기술은 벽개한 물질을 미리 준비된 금속전극에 전사시키는 기법을 사용한다. 하지만 이러한 전사기법을 통해 만들어진 벽개된 물질과 금속전극 사이의 접합은 전기전도도가 낮아 소자의 성능을 떨어뜨리는 단점이 있다. 그 이유에는 벽개된 물질과 금속전극 사이의 접합이 약한 반 데르 발스(van der Waals)힘에만 의존한다는 점과 미리 준비된 금속전극이 벽개된 물질의 전사기법 시행도중에 공기중의 산소 및 수분과 결합하여 산화되거나 부식된다는 점이 있다.Current technology for fabricating a layered device from a congenial laminated monocrystalline material uses a technique of transferring the cleaved material to a previously prepared metal electrode. However, the junction between the cleaved material and the metal electrode made by this transfer technique has a disadvantage in that the electrical conductivity is low and the performance of the device is deteriorated. The reason for this is that the bond between the cleaved material and the metal electrode depends only on weak van der Waals forces and that the prepared metal electrode combines with oxygen and moisture in the air during the transferring technique of the cleaved material They are oxidized or corroded.

본 발명의 목적은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 단결정층의 양면에 직접 증착으로 접합된 금속전극이 공기 중에 노출되지 않아 산화되거나 부식되지 않음으로써 소자의 접합 전기 전도도가 높을 뿐 아니라, 간편한 벽개 기법을 통해 단결정 물질로서 제조하여 원자크기의 채널 길이를 갖는 나노 소자의 제조에 응용될 수 있는 적층형 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, in which metal electrodes bonded directly to both surfaces of a single crystal layer are not exposed to air and are not oxidized or corroded, Layered device, which can be applied to the fabrication of a nano device having a channel length of an atomic size manufactured as a single crystal material through the technique of the present invention, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 층상구조를 갖는 단결정 물질;을 포함하는 적층형 소자가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a first electrode; A second electrode; And a single crystal material having a layered structure between the first electrode and the second electrode.

상기 단결정 물질이 c-결정축을 따라 층상구조를 가질 수 있다.The single crystal material may have a layered structure along the c-crystal axis.

상기 제1 또는 제2 전극과 상기 단결정 물질이 접하는 면과 상기 단결정 물질의 c-결정축에 수직한 면이 이루는 각의 평균값이 0° 내지 20°일 수 있다.The average value of the angle formed by the plane where the first or second electrode and the single crystal material are in contact with the plane perpendicular to the c-crystal axis of the single crystal material may be 0 ° to 20 °.

상기 단결정 물질의 c-결정축 방향의 두께가 0.3 내지 1,000 nm 일 수 있다.The thickness of the single crystal material in the c-crystal axis direction may be 0.3 to 1,000 nm.

상기 단결정 물질이 전도체, 부도체, 반도체 및 초전도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The single crystal material may include any one selected from the group consisting of a conductor, an insulator, a semiconductor, and a superconductor.

상기 단결정 물질이 그래핀, 그래파이트, 육방정 질화붕소, 몰리브덴 디설파이드(molybdenum disulfide), 텅스텐 디설파이드(tungsten disulfide), 나이오븀 디설파이드(niobium disulfide), 탄탈륨 디설파이드(tantalum disulfide), 아이언 디셀레나이드(iron diselenide), 코발트 디셀레나이드 (cobalt diselenide), 지르코늄 나이트라이드 클로라이드(zirconium nitride chloride), 니오븀 디셀레나이드(niobium diselenide), 비스무스 스트론튬 칼슘 카파 옥사이드(bismuth strontium calcium copper oxide), 및 란타늄 스트론튬 카파 옥사이드(lanthanum strontium copper oxide) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.Wherein the single crystalline material is selected from the group consisting of graphene, graphite, hexagonal boron nitride, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, niobium disulfide, tantalum disulfide, iron diselenide ), Cobalt diselenide, zirconium nitride chloride, niobium diselenide, bismuth strontium calcium copper oxide, and lanthanum oxide (lanthanum strontium copper oxide).

상기 제1 또는 제2 전극이 전이 금속, 13족 금속, 희토류 금속, 초전도 금속 및 자성 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first or second electrode may include at least one selected from the group consisting of a transition metal, a Group 13 metal, a rare earth metal, a superconducting metal, and a magnetic metal.

상기 제1 또는 제2 전극이 Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Sn, Al, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Co, Nb, Ni, NbN, NbTiN, GdN, Pb 및 Cu-페로브스카이트(perovskite)계 세라믹 물질 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first or second electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Sn, Al, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Yb, Lu, Co, Nb, Ni, NbN, NbTiN, GdN, Pb and Cu-perovskite ceramic materials.

상기 제1 전극의 두께가 30 내지 100nm 일 수 있다.The thickness of the first electrode may be 30 to 100 nm.

상기 제2 전극의 두께는 60 내지 200nm 일 수 있다.The thickness of the second electrode may be 60 to 200 nm.

상기 적층형 소자는 기억 소자 또는 논리 회로 소자에 사용될 수 있다.The stacked element can be used for a storage element or a logic circuit element.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, 층상구조를 갖는 단결정 물질의 벽개된 일면에 제1 전극을 형성하는 단계(단계 1); 및 상기 일면의 반대 방향에 위치하는 단결정 물질의 벽개된 타면에 제2 전극을 형성하는 단계(단계 2)를 포함하는 적층형 소자의 제조방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first electrode on a cleaved side of a single crystal material having a layered structure (step 1); And forming a second electrode on the other side of the cleaved side of the single crystal material located in the opposite direction of the first side (step 2).

상기 적층형 소자의 제조방법은, 단계 1 전에, 제1 기판의 일면에 희생층과 지지층을 순차적으로 적층하는 단계(단계 a); 적층형 단결정 물질을 벽개하여 층상구조를 갖는 단결정 물질을 준비하는 단계(단계 b); 및 상기 단계 b의 단결정 물질의 벽개된 일면을 단계 a의 지지층에 접하도록 부착하는 단계(단계 c);를 추가로 포함하고, 단계 1과 단계 2의 사이에, 상기 단계 1의 상기 희생층을 제거하여 상기 제1 기판을 분리하는 단계(단계 d); 상기 단계 d의 제1 전극 상에 제2 기판을 부착하는 단계(단계 e); 및 상기 단계 e의 상기 지지층을 제거하는 단계(단계 f);를 추가로 포함할 수 있다.The method of manufacturing a laminate-type device includes: a step (step a) of laminating a sacrificial layer and a supporting layer sequentially on one surface of a first substrate before step 1; Preparing a single crystal material having a layered structure by cleaving the layered single crystal material (step b); And attaching the cleaved one side of the single crystal material of step b to be in contact with the support layer of step a (step c), further comprising the steps of: bumping the sacrificial layer of step 1 between step 1 and step 2 Removing the first substrate (step d); Attaching a second substrate on the first electrode of step d) (step e); And removing the support layer of step e) (step f).

상기 희생층은 폴리(4-스티렌설포닉산)(poly(4-styrenesulfonic acid)), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 및 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The sacrificial layer may include at least one selected from the group consisting of poly (4-styrenesulfonic acid), polyvinyl alcohol, and polypropylene carbonate. have.

상기 지지층은 폴리메틸글루타르이미드(polydimethylglutarimide)를 포함하는 유기고분자 물질일 수 있다.The support layer may be an organic polymer material including polydimethylglutarimide.

상기 제1 또는 제2 기판은 유리, 사파이어, 실리카, 및 마이카로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The first or second substrate may include any one selected from the group consisting of glass, sapphire, silica, and mica.

상기 제1 또는 제2 전극은 전자빔 리소그래피, 포토 리소그래피, 열 증착 및 스퍼터링 증착으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있다.The first or second electrode may be formed by any one method selected from the group consisting of electron beam lithography, photolithography, thermal deposition, and sputter deposition.

상기 단계 d의 희생층 제거는 물에 용해시켜 수행할 수 있다.Removal of the sacrificial layer in step d may be performed by dissolving in water.

상기 단계 f의 지지층 제거는 N-메틸피롤리디논 용액에 용해시켜 수행할 수 있다.The removal of the support layer in step f) can be carried out by dissolving in a solution of N-methylpyrrolidinone.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, 상술한 적층형 소자를 포함하는 컴퓨팅 소자가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a computing device including the above-described layered device can be provided.

본 발명의 적층형 소자는 단결정층의 양면에 직접 증착으로 접합된 금속전극이 공기 중에 노출되지 않아 산화 및 부식되지 않으며, 소자의 접합 전기 전도도가 높을 뿐 아니라, 간편한 벽개 기법을 통해 단결정 물질을 가공하여 원자크기의 채널 길이를 갖는 나노 소자의 제조에 응용될 수 있는 효과가 있다.In the laminated device of the present invention, the metal electrode bonded directly to both surfaces of the single crystal layer is not oxidized and corroded because the metal electrode is not exposed to the air, and the electrical conductivity of the device is high, and the single crystal material is processed by a simple cleavage technique There is an effect that can be applied to the manufacture of nano devices having an atomic size channel length.

도 1은 본 발명의 선천성 적층형 단결정 물질을 포함하는 적층형 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 적층형 소자의 제조방법을 공정별 단면도로 순차적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조되는 적층형 소자의 광학 현미경 이미지를 공정별로 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 AFM 이미지이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 저항의 온도 의존도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 자기장에 대한 dV/dI 그래프(a) 및 마이크로파를 가해준 상태에서의 I-V 특성(b)을 나타낸 그래프이다.
도 9는 비교예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 자기장에 대한 dV/dI 그래프(a) 및 마이크로파를 가해준 상태에서의 I-V 특성(b)을 나타낸 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view of a layered device including the congenial laminated single crystal material of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a multilayered device according to the present invention.
3 is an optical microscope image of the laminate device manufactured in Example 1 of the present invention.
4 is an AFM image of a Josephson junction fabricated according to Comparative Example 1;
5 is a graph showing the temperature dependence of the resistance of the Josephson junction fabricated according to Example 1. FIG.
6 is a graph showing the current-voltage characteristics of the Josephson junction fabricated according to Example 1. FIG.
7 is a graph showing current-voltage characteristics of a Josephson junction fabricated according to Comparative Example 1. FIG.
8 is a graph showing a dV / dI graph (a) of the magnetic field of the Josephson junction fabricated according to Example 1 and an IV characteristic (b) of the microwave applied state.
9 is a graph showing a dV / dI graph (a) of the magnetic field of the Josephson junction manufactured according to Comparative Example 1 and an IV characteristic (b) of the Josephson junction in a state in which microwave is applied.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The invention is capable of various modifications and may have various embodiments, and particular embodiments are exemplified and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본원에서 사용한 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 발명의 선천성 적층형 단결정 물질을 포함하는 적층형 소자의 단면 구조를 도 1에 나타내었다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 선천성 적층형 단결정 물질을 포함하는 적층형 소자의 구조에 대해 설명하도록 한다.Fig. 1 shows a cross-sectional structure of a layered device including the congenial laminated single crystal material of the present invention. Hereinafter, with reference to FIG. 1, the structure of a layered device including the congenial laminated single crystal material of the present invention will be described.

도 1에 따르면, 본 발명의 적층형 소자는, 제1 전극(20), 제2 전극(22) 및 제1 전극(20)과 제2 전극(22) 사이에 층상구조를 갖는 단결정 물질(10)을 포함한다.1, a laminated device according to the present invention includes a first electrode 20, a second electrode 22, a single crystal material 10 having a layered structure between the first electrode 20 and the second electrode 22, .

이때, 단결정 물질(10)은 c-결정축을 따라 층상구조를 가지고, 제1 또는 제2 전극과 상기 단결정 물질이 접하는 면과 상기 단결정 물질의 c-결정축에 수직한 면이 이루는 각의 평균값이 0° 내지 20°, 바람직하게는 0° 내지 10°, 보다 바람직하게는 0° 내지 5°, 보다 더욱 바람직하게는 0°이다.At this time, the single crystal material 10 has a layered structure along the c-crystal axis, and the average value of the angle formed by the plane contacting the first or second electrode and the single crystal material and the plane perpendicular to the c- ° to 20 °, preferably 0 ° to 10 °, more preferably 0 ° to 5 °, and even more preferably 0 °.

단결정 물질(10)은 적층형 물질의 벽개(cleavage)에 의해 제조한 것으로, 단결정 물질(10)의 c-결정축 방향의 두께를 0.3 내지 1,000 nm의 범위로 원자층 단위의 두께로 가공할 수 있다.The single crystal material 10 is produced by cleavage of a layered material, and the thickness of the single crystal material 10 in the direction of the c-axis can be adjusted within the range of 0.3 to 1,000 nm to the thickness of the atomic layer unit.

단결정 물질(10)은 전도체, 부도체, 반도체, 자성체, 초전도체 등 다양한 전기적 특성을 가질 수 있다. 그 예로서 전도체인 그래핀, 그래파이트, 부도체인 육방정 질화붕소, 반도체인, 몰리브덴 디설파이드(molybdenum disulfide), 텅스텐 디설파이드(tungsten disulfide), 나이오븀 디설파이드(niobium disulfide), 탄탈륨 디설파이드(tantalum disulfide), 자성체인 아이언 디셀레나이드(iron diselenide), 코발트 디셀레나이드 (cobalt diselenide), 초전도체인 지르코늄 나이트라이드 클로라이드(zirconium nitride chloride), 니오븀 디셀레나이드(niobium diselenide), 비스무스 스트론튬 칼슘 카파 옥사이드(bismuth strontium calcium copper oxide), 란타늄 스트론튬 카파 옥사이드(lanthanum strontium copper oxide) 등을 단독 또는 함께 적용할 수 있다.The single crystal material 10 may have various electrical characteristics such as a conductor, a non-conductor, a semiconductor, a magnetic body, and a superconductor. Examples thereof include hexagonal boron nitride which is a conductor such as graphene, graphite and nonconductor, semiconductor, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, niobium disulfide, tantalum disulfide, Iron diselenide, cobalt diselenide, superconductor zirconium nitride chloride, niobium diselenide, bismuth strontium calcium copper oxide, and the like. oxide, lanthanum strontium copper oxide, etc. may be used alone or together.

제1 또는 제2 전극(20, 22)은 전이 금속, 13족 금속, 희토류 금속, 초전도 금속 및 자성 금속 등을 단독 또는 함께 사용할 수 있다.The first or second electrode 20, 22 may be a transition metal, a Group 13 metal, a rare earth metal, a superconducting metal, and a magnetic metal, either singly or in combination.

예를 들면, 제1 또는 제2 전극(20, 22)은 Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Sn, Al, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Co, Nb, Ni, NbN, NbTiN, GdN, Pb 및 Cu-페로브스카이트(perovskite)계 세라믹 물질 등의 다양한 물질을 단독 또는 함께 사용하여 다양한 특성을 갖는 적층형 소자에 적용할 수 있다.For example, the first and second electrodes 20 and 22 may be made of any one of Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Sn, Al, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, A variety of materials such as Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Co, Nb, Ni, NbN, NbTiN, GdN, Pb and Cu- perovskite- The present invention is not limited thereto.

상기 제1 전극(20)의 두께는 30 내지 100 nm인 것이 바람직하고, 상기 제2 전극(22)의 두께는 제1 전극(20) 두께의 두 배 가량인 60 내지 200 nm인 것이 바람직하다.The thickness of the first electrode 20 is preferably 30 to 100 nm and the thickness of the second electrode 22 is preferably 60 to 200 nm which is twice the thickness of the first electrode 20.

상술한 본 발명의 적층형 소자는 기억 소자 또는 논리 회로 소자에 사용될 수 있다.
The above-described laminated element of the present invention can be used for a memory element or a logic circuit element.

이하, 본 발명의 적층형 단결정 물질을 포함하는 적층형 소자의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a multilayered device including the layered single crystal material of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 적층형 소자의 제조방법을 공정별 단면도로 순차적으로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 적층형 소자의 제조방법을 상세히 설명하도록 한다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a multilayered device according to the present invention. The method of manufacturing the laminated device of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

먼저, 층상구조를 갖는 단결정 물질(10)의 벽개(cleavage)된 일면에 제1 전극(20)을 형성한다(단계 1).First, a first electrode 20 is formed on a cleaved surface of a single crystal material 10 having a layered structure (step 1).

제1 전극(20)의 형성은 통상적으로 반도체 제조기법에서 사용되는 포토 리소그래피(photo lithography) 또는 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography)와 같은 마이크로패터닝 또는 나노패터닝, 열증착, 스퍼터링 증착 등이 적용될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.The formation of the first electrode 20 may be performed by micropatterning or nano patterning such as photo lithography or electron-beam lithography, thermal deposition, sputtering, etc., which are typically used in semiconductor manufacturing techniques , But is not limited thereto.

다음으로, 상기 일면의 반대 방향에 위치하는 단결정 물질(10)의 벽개된 타면에 제2 전극(22)을 형성한다(단계 2).Next, the second electrode 22 is formed on the cleaved other surface of the single crystal material 10 located in the opposite direction of the one surface (Step 2).

제2 전극(22)의 형성 방법은 상술한 제1 전극(20)의 형성 방법과 동일하다.The method of forming the second electrode 22 is the same as the method of forming the first electrode 20 described above.

단계 1 전에, 단계 a 내지 단계 c가 수행될 수 있다.Prior to step 1, steps a to c may be performed.

상세하게는, 제1 기판(30)의 일면에 희생층(40)과 지지층(50)을 순차적으로 적층한다(단계 a).In detail, a sacrificial layer 40 and a supporting layer 50 are sequentially stacked on one surface of the first substrate 30 (step a).

희생층(40)은 폴리(4-스티렌설포닉산)(poly(4-styrenesulfonic acid)), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate)등에 의해 형성할 수 있고, 지지층(50)은 폴리메틸글루타르이미드(polydimethylglutarimide) 기반의 유기고분자 등에 의해 형성할 수 있다.The sacrificial layer 40 may be formed of poly (4-styrenesulfonic acid), polyvinyl alcohol, polypropylene carbonate or the like, May be formed by an organic polymer based on polydimethylglutarimide.

상기 제1 기판(30)은 유리, 사파이어, 실리카, 및 마이카 등의 부도체를 사용할 수 있다.The first substrate 30 may be made of glass, sapphire, silica, and mica.

단계 a에 의해, 제1 기판(30)-희생층(40)-지지층(50)으로 이루어진 적층체가 준비될 수 있다.By Step a, a laminate composed of the first substrate 30 - the sacrificial layer 40 - the support layer 50 can be prepared.

또한, 적층형 단결정 물질을 벽개하여 층상구조를 갖는 단결정 물질(10)을 준비한다(단계 b).Further, a single crystal material 10 having a layered structure is prepared by cleaving the layered single crystal material (step b).

상기 적층형 단결정 물질은 상하 결정축(c-결정축)을 따라 층상구조를 가지므로 원자 결합 세기의 이방성이 매우 커서 벽개 기법을 통해 매우 얇은 원자층 단위의 두께로 가공이 가능하다.Since the layered type single crystal material has a layered structure along the upper and lower crystal axes (c-crystal axis), the anisotropy of the atomic bonding strength is very large, so that it can be processed to a very thin atomic layer thickness by the cleavage technique.

벽개란 결정질 고체가 기계적인 타격을 받으면 일정한 방향을 따라 잘 쪼개지는 성질을 뜻한다. Cleavage is a property in which a crystalline solid breaks well along a certain direction when subjected to a mechanical blow.

상기 벽개는 스카치 테이프와 같은 점착성 물질을 이용하여 이루어질 수 있다. 상세하게는, 점착성 테이프에 선천성 적층형 단결정 물질을 붙여 놓고, 붙여진 상기 선천성 적층형 단결정 물질에 또 다른 점착성 테이프를 붙였다 떼는 작업을 반복적으로 수행하여 수 nm의 원자층 단위의 얇은 두께를 갖는 단결정 물질(10)을 얻을 수 있다. 예를 들면, 그래파이트로부터 벽개에 의하여 단층 또는 복층의 그래핀층을 얻을 수 있다. 그러나, 벽개 방법이 상기 방법에 한정되는 것은 아니다.The cleavage may be made using a sticky material such as a scotch tape. Specifically, a congenial laminated single crystal material is attached to the adhesive tape, and another adhesive tape is stuck on the attached conformational laminated single crystal material to repeatedly carry out the operation. Thus, a single crystal material 10 having a thin thickness of several nm in atomic layer ) Can be obtained. For example, a single-layered or multi-layered graphene layer can be obtained from the graphite by cleavage. However, the cleavage method is not limited to the above method.

상기 단계 a와 단계 b는 순차적으로 수행될 필요가 없으며, 어느 단계를 먼저 수행하거나 동시에 수행하여도 무방하다.The steps a and b do not need to be performed sequentially, and any of the steps may be performed first or simultaneously.

다음으로, 상기 단계 b의 단결정 물질의 벽개된 일면을 단계 a의 지지층에 접하도록 부착한다(단계 c).Next, the cleaved one side of the monocrystalline material of step b is adhered to the support layer of step a (step c).

상세하게는, 상기 단계 a의 결과물인 제1 기판(30)-희생층(40)-지지층(50)로 이루어진 적층체의 지지층(50) 상에 단결정 물질(10)을 부착하여 제1 기판(30)-희생층(40)-지지층(50)-단결정 물질(10)로 이루어진 적층체가 제조될 수 있다.In detail, the single crystal material 10 is attached to the support layer 50 of the laminate composed of the first substrate 30, the sacrificial layer 40 and the support layer 50, 30 - sacrificial layer 40 - support layer 50 - single crystal material 10 can be produced.

상기 단계 1과 단계 2 사이에, 단계 d 내지 단계 f가 수행될 수 있다.Between step 1 and step 2, step d to step f may be performed.

층상구조를 갖는 단결정 물질(10)의 벽개된 일면에 제1 전극(20)을 형성하는 단계(단계 1) 이후, 상기 단계 1의 희생층(40)을 제거하여 제1 기판(30)을 분리한다(단계 d).After the first electrode 20 is formed on the cleaved side of the single crystal material 10 having the layered structure (step 1), the sacrifice layer 40 of the step 1 is removed to separate the first substrate 30 (Step d).

희생층(40)의 제거에 의해 단계 d의 결과물로서 지지층(50)-단결정 물질(10)-제1 전극(20)으로 이루어진 적층체가 남을 수 있다.The removal of the sacrificial layer 40 may leave a stack of the support layer 50 - the single crystal material 10 - the first electrode 20 as a result of step d.

희생층(40) 제거 방법은 상기 단계 1의 결과물인 적층체를 용기에 담은 물의 수면에 띄워 희생층(40)을 용해시키는 방법으로 수행하는 것이 바람직하며, 이에 따라, 희생층(40)은 수용성 물질을 사용하는 것이 바람직하다.The sacrificial layer 40 is preferably formed by dissolving the sacrificial layer 40 on the water surface of water contained in the resultant laminate as a result of the step 1, It is preferable to use a substance.

이후, 상기 단계 d의 제1 전극 상에 제2 기판을 부착한다(단계 e).Then, a second substrate is attached on the first electrode of step d (step e).

제2 기판(32)은 상술한 제1 기판(30)과 동일한 소재를 사용할 수 있다.The second substrate 32 may be made of the same material as the first substrate 30 described above.

단계 e의 결과물인 적층체는 건조시킨 후, 90 내지 120℃에서 가열하여 제1 전극(20)과 제2 기판(32) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.The resultant laminate of step e may be dried and then heated at 90 to 120 캜 to improve the adhesion between the first electrode 20 and the second substrate 32.

다음으로, 상기 단계 e의 상기 지지층(50)을 제거한다(단계 f).Next, the support layer 50 of step e is removed (step f).

지지층(50)은 N-메틸피롤리디논 용액 등으로 녹여내어 제거할 수 있으며, 지지층(50)의 소재에 따라 적절한 용액을 선택할 수 있다.The support layer 50 may be removed by dissolving it in an N-methylpyrrolidinone solution or the like, and an appropriate solution may be selected depending on the material of the support layer 50.

이후, 상기 단계 e에 따라 지지층(50)이 제거된 단결정 물질(10)의 제1 전극(20)이 형성된 일면에 대응하는 타면에 제2 전극(22)을 형성하는 상기 단계 2가 수행될 수 있다.
The step 2 of forming the second electrode 22 on the other surface corresponding to one surface of the first electrode 20 of the single crystal material 10 from which the support layer 50 has been removed may be performed according to step e) have.

이상과 같은 제조방법에 따라 제조된 본 발명의 선천성 단결정 물질을 포함하는 적층형 소자는 벽개된 단결정 물질(10)의 양면에 제1 및 제2 전극(20, 22)이 직접 증착되었기 때문에 접합부분의 제1 및 제2 전극(20, 22)은 공기 중에 노출되지 않아 산화 및 부식되지 않을 수 있으며, 소자의 전기 전도도가 향상될 수 있다. 또한, 단결정 물질(10)이 벽개 기법을 통해 원자층 단위의 얇은 두께를 갖기 때문에 원자 크기의 채널길이를 가지는 나노소자 제조에 본 발명이 적용될 수 있다.Since the first and second electrodes 20 and 22 are directly deposited on both sides of the cleaved single crystal material 10, the multi-layered device including the congenial single crystal material of the present invention manufactured according to the above- The first and second electrodes 20 and 22 may not be exposed to the air and may not be oxidized and corroded, and the electrical conductivity of the device may be improved. In addition, since the single crystal material 10 has a thin thickness at the atomic layer level through the cleavage technique, the present invention can be applied to manufacture of a nano device having an atomic size channel length.

또한, 본 발명의 선천성 단결정 물질을 포함하는 적층형 소자는 앞서 설명한 바와 같이 제1 및 제2 전극(20, 22)으로서 일반금속뿐 아니라 초전도 금속 또는 자성 금속도 사용될 수 있다. 본 발명에 초전도 금속을 적용할 경우, 초전도 소자의 기본단위인 조셉슨 접합(Josephson junction)을 제조하는 데 응용할 수 있고, 자성 금속을 적용할 경우, 메모리 소자인 스핀밸브 트랜지스터(spin valve transistor)를 제조할 수도 있다.As described above, the first and second electrodes 20 and 22 may be formed of a superconducting metal or a magnetic metal, as well as a conventional metal, in the laminated device including the congenial single crystal material of the present invention. When a superconducting metal is applied to the present invention, it can be applied to manufacture a Josephson junction, which is a basic unit of a superconducting element. When a magnetic metal is applied, a spin valve transistor You may.

한편, 선천성 적층형 단결정 물질에는 도체, 부도체, 반도체 그리고 초전도체에 이르는 다양한 성질의 물질이 많이 발견되고 있으므로, 본 발명은 다양한 성질의 적층형 소자제작에 응용할 수 있으며, 이와 같은 적층형 소자를 포함하는 컴퓨팅 소자를 제조할 수도 있다.
On the other hand, since a large number of materials having various properties ranging from a conductor, a non-conductor, a semiconductor and a superconductor are found in the congenial laminated single crystal material, the present invention can be applied to the production of a laminate type device having various properties. .

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, this is for illustrative purposes only, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

실시예Example 1:  One: 조셉슨Josephson 접합의 제조 Manufacturing of joints

먼저 스핀코터(spin coater)를 이용하여 실리카로 이루어진 부도체 기판상에 희생층으로 폴리4-스티렌설포닉산(poly(4-styrenesulfonic acid)) 수용액 물질을 도포하였다. 이때 스핀코터의 속도는 약 3000 rpm 정도로 30초간 회전시킨 후 200℃의 핫플레이트 상에서 90초 동안 가열하였다. 이후 지지층으로 폴리메틸글루타르이미드(polydimethylglutarimide)를 스핀코터를 이용하여 도포하였다. 이때 스핀코터의 속도는 약 3000rpm 정도로 30초간 회전시킨 후 200℃의 핫플레이트 상에서 20분간 가열하여 폴리메틸글루타르이미드 층의 두께를 약 1 ㎛로 형성시켰다.First, an aqueous solution of poly (4-styrenesulfonic acid) was applied as a sacrificial layer on a non-conductive substrate made of silica using a spin coater. The spin coater was rotated at about 3000 rpm for 30 seconds and then heated on a hot plate at 200 DEG C for 90 seconds. Then, polydimethylglutarimide was applied as a support layer using a spin coater. At this time, the spin coater was rotated at about 3000 rpm for about 30 seconds, and then heated on a hot plate at 200 캜 for 20 minutes to form a polymethylglutarimide layer with a thickness of about 1 탆.

또한, 스카치 테이프에 선천성 적층형 단결정 물질인 그래파이트를 붙여놓고 다른 스카치 테이프로 반복적으로 2~5회 붙였다 떼면서 벽개하여 43nm 두께의 단결정층인 그래핀층을 준비하여 상기 준비된 기판-희생층-지지층에 접착시켰다.In addition, graphite, which is a congenial laminated single crystal material, was stuck to a scotch tape, and then repeatedly stuck with another scotch tape two to five times, and cleaved off to prepare a graphene layer, which was a single crystal layer with a thickness of 43 nm, and adhered to the prepared substrate- sacrificial layer- .

다음으로, 첫 번째 Ti/Al/Au(5nm/50nm/5nm) 초전도 전극을 단결정층에 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography)를 통하여 패터닝하고, 여기에 사용된 전자빔 레지스트(electron-beam resist) PMMA는 50℃의 자일렌(xylene) 용액에 10분간 담궈 제거하였다.Next, the first Ti / Al / Au (5 nm / 50 nm / 5 nm) superconducting electrode is patterned on the single crystal layer through electron-beam lithography, and the electron- And immersed in xylene solution at 50 캜 for 10 minutes to remove.

이후, 비커에 상온의 물을 담고, 전극이 형성된 상기 구조물을 띄움으로써 희생층을 녹이고 지지층-단결정층-전극으로 이루어진 적층체를 부도체 기판으로부터 분리했다. 상기 지지층-단결정층-전극으로 이루어진 적층체를 물에서 건져내어 또 다른 유리 기판이 전극과 접하도록 뒤집어 붙였다. 이를 상온에서 10분간 두어 표면의 물기를 건조시키고, 110℃의 핫플레이트 상에서 10분간 가열하여 전극과 부도체 기판간의 접착력을 향상시켰다.Then, the sacrificial layer was melted by immersing the beaker at room temperature in water and the structure having the electrode formed thereon, and the laminate composed of the support layer-single crystal layer-electrode was separated from the nonconductive substrate. The laminate composed of the support layer-single crystal layer-electrode was taken out from the water and turned over so that another glass substrate was in contact with the electrode. This was dried at room temperature for 10 minutes to dry the surface water and heated on a hot plate at 110 ° C for 10 minutes to improve the adhesion between the electrode and the nonconductive substrate.

다음으로, 80℃의 N-메틸피롤리디논(N-methyl pyrrolidinone) 용액에 적층체를 30분간 담가 지지층을 녹여 제거하고, 단결정층의 상기 초전도 전극이 형성된 반대측 표면에 또 다른 두 번째 Ti/Al/Au(5nm/200nm/5nm) 초전도 전극을 상기 전극을 형성하는 동일한 방법으로 형성하여 조셉슨 접합을 제조하였다.Next, the laminate was immersed in N-methyl pyrrolidinone solution at 80 ° C for 30 minutes to dissolve and remove the support layer, and another second Ti / Al (Al) layer was formed on the opposite surface of the single- / Au (5 nm / 200 nm / 5 nm) superconducting electrodes were formed by the same method for forming the above electrodes to produce Josephson junctions.

상기 실시예에서 첫 번째 Ti/Al/Au(5nm/50nm/5nm) 초전도 전극이 형성된 모습(a), 또 첫 번째 초전도 전극이 형성된 단결정층이 다른 실리카 부도체 기판에 뒤집어 붙여지고 지지층이 제거된 모습(b), 및 단결정층의 타면에 두 번째 Ti/Al/Au(5nm/200nm/5nm) 초전도 전극이 형성되어 소자가 완성된 모습(c)의 광학 현미경 이미지를 도 3에 나타내었다.
(A) in which the first Ti / Al / Au (5 nm / 50 nm / 5 nm) superconducting electrode is formed in the above embodiment, and the single crystal layer in which the first superconducting electrode is formed is inverted on another silica non- (b), and a second Ti / Al / Au (5 nm / 200 nm / 5 nm) superconducting electrode was formed on the other surface of the single crystal layer. FIG.

비교예Comparative Example 1: 종래의  1: Conventional 조셉슨Josephson 접합 join

비교예 1의 조셉슨 접합은 [H. B. Heersche et al ., Nature 446, 56-59 (March 2007)] 논문 내용에 따라 제조된 것이다. 상기 조셉슨 접합은 실리카 기판상에 그래파이트를 기계적으로 박리한 그래핀에 의해 제조되었으며 그래핀층이 얇게 형성된 곳에 전자빔 리소그래피 방법으로 두 개의 초전도 전극을 형성하였다. 초전도 전극은 Ti/Al(10/70nm) 이중층으로 형성하였으며, 상기 두 개의 초전도 전극은 그래핀층 상의 동일한 평면에 위치하도록 제조하였다. 이와 같이 제조된 조셉슨 접합의 전극간의 거리는 100 내지 500nm의 범위로 형성되었다.The Josephson junction of Comparative Example 1 is described in HB Heersche et al . , Nature 446 , 56-59 (March 2007)]. The Josephson junction was fabricated by graphene mechanically stripped of graphite on a silica substrate and two superconducting electrodes were formed by electron beam lithography where the graphene layer was thin. The superconducting electrodes were formed of Ti / Al (10 / 70nm) bilayer, and the two superconducting electrodes were fabricated to be located on the same plane on the graphene layer. The distance between the electrodes of the Josephson junction thus fabricated was in the range of 100 to 500 nm.

비교예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지를 도 4에 나타내었다.
An AFM (Atomic Force Microscope) image of the Josephson junction fabricated according to Comparative Example 1 is shown in FIG.

[시험예] [Test Example]

시험예Test Example 1: 저항의 온도 의존도 1: Temperature dependence of resistance

실시예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 온도에 따른 저항 변화를 분석한 결과를 도 5에 나타내었다.FIG. 5 shows the results of analyzing the resistance change according to the temperature of the Josephson junction fabricated according to Example 1. FIG.

상세하게는, 실시예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 비저항(ρc)의 온도 의존도를 나타낸 것이다.In detail, the temperature dependence of the resistivity (r c ) of the Josephson junction fabricated according to Example 1 is shown.

저항의 최대값은 50 K 부근에서 나타났으며, 이는 온도변화에 따라 반대 양상을 보이는 두 가지 요소로 설명할 수 있다. 저항은 전하이동도(mobility)와 전하수송자밀도 (carrier density)의 곱에 반비례 한다. 온도가 올라감에 따라 전하이동도는 감소하는 반면 열적 들뜸에 의한 전하수송자밀도는 증가하는 양상을 보이며, 이들의 경쟁에 의해 저항이 온도에 따라 비선형적으로 변하게 된다. 그래파이트의 이런 특성에 대해서는 기존의 연구가 이루어진 바 있으며 그래파이트 특유의 성질이라고 할 수 있다. 본 조셉슨 접합구조에서는 그래파이트 저항을 측정할 때 금속/그래파이트의 접합저항을 포함하게 된다. 그럼에도 불구하고 그래파이트의 비저항(0.1~10 mWm)과 유사한 값을 보이는 것과 고유의 비선형적 온도의존성을 보이는 것으로 보아 금속/그래파이트의 접합저항이 매우 작아 이상적인 접합이 형성되었음을 알 수 있다.
The maximum value of the resistance appeared around 50 K, which can be explained by two factors that are opposite in the change of temperature. The resistance is inversely proportional to the product of the charge mobility and the carrier transport density. As the temperature increases, the charge mobility decreases, while the charge carrier density due to thermal excitation increases. The competition causes the resistance to change nonlinearly with temperature. Such characteristics of graphite have been studied in advance and can be said to be graphite-specific properties. This Josephson junction structure will include the metal / graphite junction resistance when measuring the graphite resistance. Nevertheless, it shows that the resistivity of graphite is similar to that of graphite (0.1 ~ 10 mWm) and that it has inherent nonlinear temperature dependence. Therefore, it can be seen that the ideal junction is formed because the resistance of metal / graphite is very small.

시험예Test Example 2: 전류-전압 특성 2: Current-voltage characteristics

실시예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 전류-전압 특성을 분석하여 도 6에 나타내었고, 비교예 1의 조셉슨 접합의 다양한 게이트 전압에 따른 전류-전압 특성을 도 7에 나타내었다.The current-voltage characteristics of the Josephson junction fabricated according to Example 1 are shown in FIG. 6, and the current-voltage characteristics according to the various gate voltages of the Josephson junction of Comparative Example 1 are shown in FIG.

도 6에 따르면, 실시예 1의 조셉슨 접합에서는 약 0.8 mA의 임계전류 이내에서 전압이 0 V로서 초전류가 흐른다는 것을 보여주며 조셉슨 접합이 잘 형성되었음을 알 수 있다. 조셉슨 접합은 초전도체와 금속간의 접합저항이 매우 작고 채널 길이(즉, 그래파이트의 두께)가 통상 약 300 nm 이하로 짧은 경우에 나타날 수 있으며 실시예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합은 이와 같은 특성을 만족한다는 것을 알 수 있다.According to Fig. 6, the Josephson junction of Example 1 shows that a supercurrent flows with a voltage of 0 V within a critical current of about 0.8 mA, indicating that the Josephson junction is well formed. Josephson junctions can occur when the junction resistance between the superconductor and the metal is very small and the channel length (i.e., the thickness of the graphite) is typically as short as about 300 nm or less, and the Josephson junction manufactured according to Example 1 satisfies this characteristic .

도 7에 따르면, 비교예 1의 조셉슨 접합은 게이트 전압에 따라 임계전류의 범위가 다소 달라지나 대략 100nA 내외에서 초전류가 흐르는 것으로 나타났으며 실시예 1에 비해 임계전류의 범위가 작은 것으로 나타났다.According to FIG. 7, the Josephson junction of the comparative example 1 has a range of the threshold current depending on the gate voltage, but a supercurrent flows at about 100 nA. The threshold current is smaller than that of the first embodiment.

본 발명의 조셉슨 접합의 접합 크기를 조절하여 임계전류의 크기를 제어할 수 있을 것으로 판단된다.
The magnitude of the critical current can be controlled by controlling the junction size of the Josephson junction of the present invention.

시험예Test Example 3: 자기장에 대한  3: for the magnetic field dVdV // dIdI 및 마이크로파를 가한 상태에서의 전류-전압 특성 And a current-voltage characteristic in a state in which a microwave is applied

실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 조셉슨 접합의 (a)자기장에 대한 dV/dI 그래프 및 (b)마이크로파를 가해준 상태에서의 I-V 특성을 분석하여 도 8 및 도 9에 각각 나타내었다. The dV / dI graph of the (a) magnetic field and (b) the I-V characteristic of the Josephson junction fabricated according to Example 1 and Comparative Example 1 were analyzed and shown in FIGS. 8 and 9, respectively.

도 8 및 도 9에 따르면, (a)의 자기장에 대한 dV/dI 그래프는 자기장에 대해 임계전류가 반복적으로 커졌다 작아졌다 하는 특성이 보이며 이를 프라운호퍼 패턴 (Fraunhofer pattern) 이라고 한다. 또한, (b)에서 마이크로파를 가해주었을 때 I-V 특성에서 계단 형태의 그래프가 나타나는데 이를 샤피로 스텝 (Shapiro step)이라고 한다. 상기 두 가지 현상은 조셉슨 접합 고유의 특징으로서 조셉슨 접합이 제대로 형성되었음을 보여준다.Referring to FIGS. 8 and 9, the dV / dI graph for the magnetic field in (a) shows that the threshold current is repeatedly increased and decreased with respect to the magnetic field, which is called a Fraunhofer pattern. In (b), when a microwave is applied, a graph of a step-like shape appears in the I-V characteristic, which is referred to as a Shapiro step. These two phenomena are characteristic of the Josephson junction and show that the Josephson junction is well formed.

본 발명의 실시예 1에 따라 형성된 조셉슨 접합에서 종래의 비교예 1에 따른 조셉슨 접합과 마찬가지로 프라운호퍼 패턴과 샤피로 스텝이 나타났으므로, 본 발명에 따라 조셉슨 접합이 제대로 형성되었음을 알 수 있다.In the Josephson junction formed in accordance with Embodiment 1 of the present invention, as in the Josephson junction according to the conventional Comparative Example 1, the Fraunhofer pattern and the Shapiro step are shown, indicating that the Josephson junction is properly formed according to the present invention.

10: 단결정 물질 20: 제1 전극
22: 제2 전극 30: 제2 기판
32: 제2 기판 40: 희생층
50: 지지층
10: single crystal material 20: first electrode
22: second electrode 30: second substrate
32: second substrate 40: sacrificial layer
50: Support layer

Claims (20)

층상구조를 갖는 단결정 물질의 벽개된 일면에 제1 전극을 형성하는 단계(단계 1); 및
상기 일면의 반대 방향에 위치하는 단결정 물질의 벽개된 타면에 제2 전극을 형성하는 단계(단계 2)를 포함하고,
단계 1 전에,
제1 기판의 일면에 희생층과 지지층을 순차적으로 적층하는 단계(단계 a);
적층형 단결정 물질을 벽개하여 층상구조를 갖는 단결정 물질을 준비하는 단계(단계 b); 및
상기 단계 b의 단결정 물질의 벽개된 일면을 단계 a의 지지층에 접하도록 부착하는 단계(단계 c);를 포함하고,
단계 1과 단계 2의 사이에,
상기 단계 1의 상기 희생층을 제거하여 상기 제1 기판을 분리하는 단계(단계 d);
상기 단계 d의 제1 전극 상에 제2 기판을 부착하는 단계(단계 e); 및
상기 단계 e의 상기 지지층을 제거하는 단계(단계 f); 를 포함하는 적층형 소자의 제조방법.
Forming a first electrode on a cleaved side of the single crystal material having a layered structure (step 1); And
(Step 2) of forming a second electrode on the cleaved other surface of the single crystal material located in the opposite direction of the one surface,
Before step 1,
Sequentially stacking a sacrificial layer and a supporting layer on one surface of the first substrate (step a);
Preparing a single crystal material having a layered structure by cleaving the layered single crystal material (step b); And
(Step c) of attaching the cleaved one side of the monocrystalline material of step b to the support layer of step a,
Between step 1 and step 2,
Removing the sacrificial layer of step 1 to separate the first substrate (step d);
Attaching a second substrate on the first electrode of step d) (step e); And
Removing the support layer of step e) (step f); Wherein the step (c) comprises the steps of:
제1항에 있어서,
상기 희생층은 폴리(4-스티렌설포닉산)(poly(4-styrenesulfonic acid)), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 및 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
The sacrificial layer may include at least one selected from the group consisting of poly (4-styrenesulfonic acid), polyvinyl alcohol, and polypropylene carbonate. Wherein the step (c) comprises the steps of:
제1항에 있어서,
상기 지지층은 폴리메틸글루타르이미드(polydimethylglutarimide)를 포함하는 유기고분자 물질인 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the support layer is an organic polymer material including polydimethylglutarimide.
제1항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 기판은 유리, 사파이어, 실리카, 및 마이카로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first or second substrate comprises any one selected from the group consisting of glass, sapphire, silica, and mica.
제1항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 전극은 전자빔 리소그래피, 포토 리소그래피, 열 증착 및 스퍼터링 증착으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first or second electrode is formed by any one method selected from the group consisting of electron beam lithography, photolithography, thermal deposition, and sputtering deposition.
제1항에 있어서,
상기 단계 d의 희생층 제거는 물에 용해시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the removal of the sacrificial layer in the step (d) is performed by dissolving in water.
제1항에 있어서,
상기 단계 f의 지지층 제거는 N-메틸피롤리디논 용액에 용해시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the removal of the support layer in step (f) is carried out by dissolving in a solution of N-methylpyrrolidinone.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극; 상기 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 층상구조를 갖는 단결정 물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
The first electrode; The second electrode; And a single crystal material having the layered structure between the first electrode and the second electrode.
제1항에 있어서,
상기 단결정 물질이 c-결정축을 따라 층상구조를 갖는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the single crystal material has a layered structure along the c-crystal axis.
제9항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 전극과 상기 단결정 물질이 접하는 면과 상기 단결정 물질의 c-결정축에 수직한 면이 이루는 각의 평균값이 0° 내지 20°인 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein an average value of the angle formed by the plane where the first or second electrode and the single crystal material are in contact with the plane perpendicular to the c-crystal axis of the single crystal material is 0 ° to 20 °.
제1항에 있어서,
상기 단결정 물질의 c-결정축 방향의 두께가 0.3 내지 1,000 nm 인 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the single crystal material in the c-axis direction is 0.3 to 1,000 nm.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단결정 물질이 전도체, 부도체, 반도체 및 초전도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the single crystal material comprises any one selected from the group consisting of a conductor, an insulator, a semiconductor, and a superconductor.
제13항에 있어서,
상기 단결정 물질이 그래핀, 그래파이트, 육방정 질화붕소, 몰리브덴 디설파이드(molybdenum disulfide), 텅스텐 디설파이드(tungsten disulfide), 나이오븀 디설파이드(niobium disulfide), 탄탈륨 디설파이드(tantalum disulfide), 아이언 디셀레나이드(iron diselenide), 코발트 디셀레나이드 (cobalt diselenide), 지르코늄 나이트라이드 클로라이드(zirconium nitride chloride), 니오븀 디셀레나이드(niobium diselenide), 비스무스 스트론튬 칼슘 카파 옥사이드(bismuth strontium calcium copper oxide), 및 란타늄 스트론튬 카파 옥사이드(lanthanum strontium copper oxide) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the single crystalline material is selected from the group consisting of graphene, graphite, hexagonal boron nitride, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, niobium disulfide, tantalum disulfide, iron diselenide ), Cobalt diselenide, zirconium nitride chloride, niobium diselenide, bismuth strontium calcium copper oxide, and lanthanum oxide (lanthanum strontium copper oxide. < RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 전극이 전이 금속, 13족 금속, 희토류 금속, 초전도 금속 및 자성 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first or second electrode comprises at least one selected from the group consisting of a transition metal, a Group 13 metal, a rare earth metal, a superconducting metal, and a magnetic metal.
제1항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 전극이 Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Sn, Al, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Co, Nb, Ni, NbN, NbTiN, GdN, Pb 및 Cu-페로브스카이트(perovskite)계 세라믹 물질 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
The first or second electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Fe, Sn, Al, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Wherein at least one selected from the group consisting of Yb, Lu, Co, Nb, Ni, NbN, NbTiN, GdN, Pb and Cu-perovskite ceramic material is contained.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극의 두께가 30 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode has a thickness of 30 to 100 nm.
제9항에 있어서,
상기 제2 전극의 두께는 60 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the thickness of the second electrode is 60 to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 적층형 소자는 기억 소자 또는 논리 회로 소자에 사용되는 것을 특징으로 하는 적층형 소자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stacked element is used for a storage element or a logic circuit element.
삭제delete
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