KR101813985B1 - Method for manufacturing single crystalline molybdenum disulfide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단결정 이황화 몰리브덴 박막의 제조방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 단결정 이황화몰리브덴 박막을 기판상에 원하는 위치 및 두께로 형성할 수 있으며, 이를 이용하여 박막트랜지스터를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법에 의하면 성장 위치를 제어함으로써 고품질 단결정의 이황화몰리브덴을 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 박막트랜지스터의 제조방법에 의하면 단결정 이황화몰리브덴 박막의 성장 두께 및 위치를 제어하여 매트릭스 정렬 위치를 조절할 수 있어 플렉시블 디스플레이에 적용가능한 박막트랜지스터를 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor using a monolithic molybdenum disulfide thin film formed on a substrate at a desired position and thickness .
According to the manufacturing method of the monocrystalline molybdenum disulfide thin film of the present invention, molybdenum disulfide of high quality single crystal can be produced by controlling the growth position. In addition, according to the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, it is possible to control the growth thickness and position of the mono-crystalline molybdenum disulfide thin film to adjust the matrix alignment position, thereby manufacturing a thin film transistor applicable to a flexible display.
Description
본 발명은 단결정 이황화 몰리브덴 박막의 제조방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 단결정 이황화몰리브덴 박막을 기판상에 원하는 위치 및 두께로 형성할 수 있으며, 이를 이용하여 박막트랜지스터를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor using a monolithic molybdenum disulfide thin film formed on a substrate at a desired position and thickness .
이황화몰리브덴(MoS2)은 전이금속 디칼코게나이드 화합물(Transition Metal Dichalcogenides,TMDs)로서 결정은 그래핀(Graphene)과 같이 van der Waals 인력에 의해 서로 결합된 단일층으로 형성된다. 이러한 TMDs Monolayer(MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, MoTe2)는 약 1.8~1.85 eV의 직접천이형 밴드 갭 에너지(Direct Band gap Energy)를 가지고 있어 트랜지스터와 같은 전자 이미터(Emitter) 및 검출기와 같은 광학 장치에 사용될 수 있다.Molybdenum disulfide (MoS 2 ) is a transition metal dichalcogenide (TMDs), and crystals are formed as a single layer bonded together by van der Waals attraction, such as Graphene. The TMDs monolayer (MoS 2 , WS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , and MoTe 2 ) has a direct band gap energy of about 1.8 to 1.85 eV, And optical devices such as detectors.
또한 이황화 몰리브덴은 최근 Flexible Display를 구현하기 위한 연성을 갖는 신소재 물질로 Oxide TFT, Graphene TFT를 대체하여 적용될 수 있는 물질로 각광받고 있다.In addition, molybdenum disulfide has recently emerged as a new material with ductility to realize flexible display and can be used as a substitute for oxide TFT and graphene TFT.
상기 이황화 몰리브덴은 덩어리에서 조각을 얻어내는 방식의 한계를 화학기상증착법으로 극복해 나가고 있지만 여전히 대면적으로 성장하기 어렵다는 한계를 가지고 있으며, 불규칙적인 크기와 위치를 가지는 삼각형 구조가 일반적으로 랜덤하게 성장하게 된다. 따라서 디스플레이에 적용하기 위한 박막트랜지스터(TFT)의 제조시 그 두께 및 위치를 제어하기 어렵다는 문제점을 가지고 있다. The above-mentioned molybdenum disulfide overcomes the limitation of the method of obtaining the pieces from the lump by the chemical vapor deposition method, but it has a limitation that it is still difficult to grow to a large area, and the triangular structure having irregular size and position generally grows at random do. Therefore, it is difficult to control the thickness and the position of the thin film transistor (TFT) for manufacturing a display.
여기서 화학기상증착법(chemical vapor deposition)은 원하는 물질을 포함하고 있는 기체나 고체 상태의 원료를 반응튜브 안에 모아 고온의 열로부터 에너지를 받아서 분해 및 재결합을 하게 되어 원하는 물질을 기판에 증착시키는 기술이다. Here, chemical vapor deposition (CVD) is a technique of collecting a gas or a solid material containing a desired substance into a reaction tube and receiving energy from high temperature heat to decompose and recombine to deposit a desired substance on a substrate.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 방법으로서, 산화물로 패턴을 형성한 다음 기판을 반응실의 중앙에 위치시키고 CVD를 이용하여 기상상태의 Molybdenum trioxide(MoO3)와 황(Sulfur)을 반응시켜 증착하는 방법이 있다. As a conventional method for solving such problems, there is a method of forming a pattern with an oxide and then placing the substrate at the center of the reaction chamber and depositing Molybdenum trioxide (MoO3) and sulfur in a gaseous state by CVD .
그러나 이러한 종래의 방법도 패턴 내부에서 삼각형들이 임의로 성장되어 병합되는 방식으로 제조되는바, 패턴의 모양과 상관없이 삼각형 구조체들의 단순 병합된 모양의 형태를 가지게 된다. However, such a conventional method is also manufactured in such a manner that triangles are arbitrarily grown and merged in the pattern, so that they have a simple merged shape of the triangular structures regardless of the shape of the pattern.
따라서 종래 기술로는 완전한 패턴 모양의 구조를 가지는 단결정 이황화 몰리브덴의 제조가 불가능하다 할 수 있으며, 이를 해결하기 위한 새로운 이황화몰리브덴의 성장 원리 및 제조방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is impossible to manufacture monocrystalline molybdenum disulfide having a complete patterned structure in the prior art. To solve this problem, there is a need to develop new molybdenum disulfide growth method and manufacturing method.
본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성한 다음 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴 박막을 제조하는 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다. 이는 몰리브덴(Mo) 패턴층의 측면의 활성화에너지가 낮아지게 됨에 따라 측면을 중심으로 핵생성이 촉진되어 패턴의 내부로 성장이 이루어짐으로써 전면에 균일하게 패턴을 형성시킬 수 있는 기술이다. The inventors of the present invention completed the present invention by developing a method of forming a monolithic molybdenum disulfide thin film by forming a molybdenum (Mo) pattern layer on a substrate and then sulfonating it. As the activation energy of the side surface of the molybdenum (Mo) pattern layer is lowered, nucleation is promoted around the side surface to grow into the pattern, thereby forming a uniform pattern on the entire surface.
따라서, 본 발명의 목적은 기판상에 성장 위치 및 두께 제어가 가능할 뿐만 아니라, 고품질 단결정의 대면적 이황화몰리브덴 박막을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high-quality monocrystalline molybdenum disulfide thin film of high quality as well as controlling the growth position and thickness on a substrate.
본 발명의 다른 목적은 고품질 단결정의 이황화몰리브덴 박막을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a thin film transistor using a molybdenum disulfide thin film of high quality single crystal.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계; 및 상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a molybdenum (Mo) pattern layer on a substrate; And a step of sulfonating the molybdenum pattern layer to form a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern of monocrystalline molybdenum disulfide.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 황(S)을 상기 몰리브덴패턴층으로 유입하여 술폰화한다.In a preferred embodiment, the step of forming the monocrystalline molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern comprises introducing sulfur (S) into the molybdenum pattern layer to sulfonate.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 각각의 몰리브덴패턴의 가장자리에서 핵생성이 이루어진 다음, 안쪽으로 성장하여 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴이 형성된다.In a preferred embodiment, the step of forming the monolithic molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern nucleates at the edge of each molybdenum pattern and then grows inward to form a monolithic molybdenum disulfide thin film pattern.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 화학기상증착법(CVD법)을 이용하며, 상기 황(S)을 녹는점 이상의 온도로 가열하여 유입한다.In a preferred embodiment, the step of forming the monolithic molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern is performed by a chemical vapor deposition (CVD) method, heating to a temperature above the melting point of the sulfur (S).
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 화학기상증착법(CVD법)을 이용하며, 상기 황(S)의 원료로서 H2S 기체소스 또는 H2SO4 액체소스를 이용할 수 있다.In a preferred embodiment, the step of forming the monolithic molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern uses a chemical vapor deposition (CVD) method, and a source of H 2 S gas or H 2 SO 4 A liquid source can be used.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 몰리브덴패턴층의 두께와 유입되는 상기 황(S)의 양을 조절하여 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴을 단일박막 또는 다층박막으로 형성한다.In a preferred embodiment, the single crystal molybdenum disulfide thin film pattern is formed into a single thin film or a multilayer thin film by controlling the thickness of the molybdenum pattern layer and the amount of sulfur (S) introduced.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기판은 세라믹 또는 금속 소재로 이루어질 수 있는데, Al2O3, SiO2, ZnO, ITO, SiC, Si 등과 같은 세라믹 소재 또는 Al, Au, Ag, W 등과 같은 금속 소재를 이용할 수 있다.In a preferred embodiment, the substrate may be formed of a ceramic or a metal material, and may be formed of a ceramic material such as Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, ITO, SiC, or Si or a metal material such as Al, Au, Can be used.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 포토레지스트(PR)패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트패턴 상에 몰리브덴(Mo)을 증착하는 단계; 및 상기 포토레지스트패턴을 제거하여 몰리브덴패턴층을 형성하는 단계;를 포함한다.In a preferred embodiment, the step of forming the molybdenum (Mo) pattern layer comprises: forming a photoresist (PR) pattern on the substrate; Depositing molybdenum (Mo) on the photoresist pattern; And removing the photoresist pattern to form a molybdenum pattern layer.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 몰리브덴(Mo)층을 증착하는 단계; 상기 몰리브덴층 상에 포토레지스트(PR)패턴을 형성하는 단계; 및 식각공정을 이용하여 몰리브덴을 식각하고, 상기 포토레지스트패턴을 제거하여 몰리브덴패턴층을 형성하는 단계;를 포함한다.In a preferred embodiment, the forming of the molybdenum (Mo) pattern layer includes depositing a molybdenum (Mo) layer on the substrate; Forming a photoresist (PR) pattern on the molybdenum layer; And etching the molybdenum using an etching process and removing the photoresist pattern to form a molybdenum pattern layer.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한 기판상에 구비하고자 하는 박막트랜지스터(TFT)의 매트릭스 정렬 위치를 결정하는 단계; 결정된 상기 박막트랜지스터의 매트릭스 정렬 위치에 대응하도록 상기 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계; 상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계; 및 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 단결정 이황화몰리브덴 박막을 이용한 박막트랜지스터의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a thin film transistor (TFT), the method comprising: determining a matrix alignment position of a thin film transistor (TFT) Forming a molybdenum (Mo) pattern layer on the substrate so as to correspond to a matrix alignment position of the determined thin film transistor; The method comprising the molybdenum pattern layer sulfonated to form a single crystalline molybdenum disulfide (MoS 2) a thin film pattern; And forming an electrode on the monocrystalline molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern. The present invention also provides a method of manufacturing a thin film transistor using the monocrystalline molybdenum disulfide thin film.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 황(S)을 상기 몰리브덴패턴층으로 유입하여 술폰화한다.In a preferred embodiment, the step of forming the monocrystalline molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern comprises introducing sulfur (S) into the molybdenum pattern layer to sulfonate.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 각각의 몰리브덴패턴의 가장자리에서 핵생성이 이루어진 다음, 안쪽으로 성장하여 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴이 형성된다.In a preferred embodiment, the step of forming the monolithic molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern nucleates at the edge of each molybdenum pattern and then grows inward to form a monolithic molybdenum disulfide thin film pattern.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 화학기상증착법(CVD법)을 이용하며, 상기 황(S)을 녹는점 이상의 온도로 가열하여 유입한다.In a preferred embodiment, the step of forming the monolithic molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern is performed by a chemical vapor deposition (CVD) method, heating to a temperature above the melting point of the sulfur (S).
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 화학기상증착법(CVD법)을 이용하며, 상기 황(S)의 원료로서 H2S 기체소스 또는 H2SO4 액체소스를 이용할 수 있다.In a preferred embodiment, the step of forming the monolithic molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern uses a chemical vapor deposition (CVD) method, and a source of H 2 S gas or H 2 SO 4 A liquid source can be used.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 몰리브덴패턴층의 두께와 유입되는 상기 황(S)의 양을 조절하여 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴을 단일박막 또는 다층박막으로 형성한다.In a preferred embodiment, the single crystal molybdenum disulfide thin film pattern is formed into a single thin film or a multilayer thin film by controlling the thickness of the molybdenum pattern layer and the amount of sulfur (S) introduced.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.The present invention has the following excellent effects.
먼저, 본 발명의 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법에 의하면 성장 위치를 제어함으로써 고품질 단결정의 이황화몰리브덴을 제조할 수 있는 효과가 있다.First, according to the manufacturing method of the monocrystalline molybdenum disulfide thin film of the present invention, molybdenum disulfide of high quality single crystal can be produced by controlling the growth position.
또한, 본 발명의 박막트랜지스터의 제조방법에 의하면 단결정 이황화몰리브덴 박막의 성장 두께 및 위치를 제어하여 매트릭스 정렬 위치를 조절할 수 있어 플렉시블 디스플레이에 적용가능한 박막트랜지스터를 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, it is possible to control the growth thickness and position of the mono-crystalline molybdenum disulfide thin film to adjust the matrix alignment position, thereby manufacturing a thin film transistor applicable to a flexible display.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막을 제조하기 위한 화학기상장치(CVD)의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단결정 이황화몰리브덴 박막의 성장 메카니즘을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴을 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단결정 이황화몰리브덴 박막의 Raman mapping 분석결과를 보여주는 사진 및 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막을 이용한 박막트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a method for manufacturing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a chemical vapor deposition apparatus (CVD) for producing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a growth mechanism of a monocrystalline molybdenum disulfide thin film produced according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a photograph showing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film pattern manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph and a graph showing Raman mapping analysis results of a monocrystalline molybdenum disulfide thin film produced according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film transistor using a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to another embodiment of the present invention.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a flow chart for explaining a method for manufacturing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a method for producing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법은 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계 및 상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.1 and 2, a method of manufacturing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention includes forming a molybdenum (Mo) pattern layer on a substrate, forming a molybdenum pattern layer by sulfonating the molybdenum pattern layer, MoS 2 ) thin film pattern.
먼저, 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성한다(S10). 이때, 상기 몰리브덴(Mo)패턴층은 구비하고자 하는 박막트랜지스터(TFT)의 매트릭스 정렬 위치에 대응하도록 형성한다. First, a molybdenum (Mo) pattern layer is formed on a substrate (S10). At this time, the molybdenum (Mo) pattern layer is formed so as to correspond to a matrix alignment position of a thin film transistor (TFT) to be provided.
상기 기판은 박막트랜지스터(TFT)의 기판으로 사용되는 소재를 사용할 수 있는데, Al2O3, SiO2, ZnO, ITO, SiC, Si 등과 같은 세라믹 소재나, Al, Au, Ag, W 등과 같은 금속 소재를 사용할 수 있다.The substrate may be a material used as a substrate of a thin film transistor (TFT), and may be a ceramic material such as Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, ITO, SiC, or Si, or a metal such as Al, Au, Materials can be used.
상기 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 방법으로 다양한 방법을 사용할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 PR패턴을 이용하여 형성하였다.Various methods can be used for forming the molybdenum (Mo) pattern layer. In the embodiment of the present invention, a PR pattern is used.
도 2에서와 같이, 기판(100) 상에 포토레지스트(PR)를 형성한 다음, 노광공정을 통하여 포토레지스트패턴(110)을 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트패턴은 구비하고자 하는 박막트랜지스터(TFT)의 매트릭스 정렬 위치에 몰리브덴패턴층이 형성될 수 있도록 제어하여 패터닝한다. 이어서, 상기 포토레지스트패턴(110) 상에 몰리브덴(Mo)을 증착한다. 이때, 상기 몰리브덴(Mo)의 두께는 0.7 내지 10㎚의 범위내에서 형성하는 것이 바람직하다. 계속해서 상기 포토레지스트패턴을 제거하여 몰리브덴패턴층(120)을 형성한다.As shown in FIG. 2, a photoresist PR is formed on a
한편, 상기 몰리브덴(Mo)패턴층은 다음과 같은 공정으로도 형성할 수 있다.Meanwhile, the molybdenum (Mo) pattern layer may be formed by the following process.
즉, 상기 기판 상에 몰리브덴(Mo)층을 증착하고, 증착된 상기 몰리브덴층 상에 포토레지스트(PR)패턴을 형성한 다음, 식각공정을 이용하여 몰리브덴을 식각하고, 상기 포토레지스트패턴을 제거하여 상기 몰리브덴패턴층을 형성할 수 있다.That is, a molybdenum (Mo) layer is deposited on the substrate, a photoresist (PR) pattern is formed on the deposited molybdenum layer, the molybdenum is etched using the etching process, the photoresist pattern is removed The molybdenum pattern layer may be formed.
상기 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성한 다음, 상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴(130)을 형성한다(S20).Forming a molybdenum (Mo) layer pattern on the substrate, and then sulfonated by the molybdenum pattern layer alcohol to form a single crystalline molybdenum disulfide (MoS 2) thin-film pattern (130) (S20).
상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계(S20)는 황(S)을 상기 몰리브덴패턴층(120)으로 유입하여 술폰화하는 방법을 사용한다. 이때, 술폰화를 수행하기 위하여 화학기상증착법(CVD법)을 이용하였으며, 상기 황(S)을 녹는점 이상의 온도로 가열하여 유입시켰다.Step (S20) of forming the single crystalline molybdenum disulfide (MoS 2), a thin film pattern is to introduce a sulfur (S) as the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막을 제조하기 위한 화학기상장치(CVD)의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단결정 이황화몰리브덴 박막의 성장 메카니즘을 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴을 보여주는 사진이다.FIG. 3 is a schematic view of a chemical vapor deposition apparatus (CVD) for producing a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view showing a growth mechanism of a monocrystalline molybdenum disulfide thin film produced according to an embodiment of the present invention And FIG. 5 is a photograph showing a monolithic molybdenum disulfide thin film pattern manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 화학기상장치(10)의 챔버(11) 내로 상기 몰리브덴패턴층(120)이 형성된 기판(110)을 배치시키고, 상기 몰리브덴패턴층(120)에 황이 유입되도록 흘려보내준다. 이때, 상기 황(S)은 녹는점(약 112℃) 이상의 온도로 가열하여 유입시킴으로서 술폰화가 이루어지도록 한다. 여기서 상기 황(S)은 50Torr 하에서 600 내지 800℃ 범위의 온도범위에서 가열하는 것이 바람직하며, 질소 또는 아르곤(Ar)가스를 주입하여 상기 황(S)이 상기 몰리브덴패턴층(120)으로 균일하게 유입될 수 있도록 조절한다. 한편, 상기 황(S)의 원료로서 H2S 기체소스 또는 H2SO4 액체소스를 이용할 수도 있다.3, the
이때, 상기 몰리브덴패턴층(120)에 황(S)이 유입되면 술폰화(Sulferization)가 이루어지게 되며, 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴(130)으로 성장한다.At this time, when sulfur (S) flows into the
도 4를 참조하면, 단결정 이황화몰리브덴 박막의 성장 메카니즘을 확인할 수 있다. 먼저, 상기 몰리브덴패턴층에 상기 황(S)이 유입되면, 각 몰리브덴패턴의 가장자리에서는 핵생성이 이루어지게 된다. 이는 패터닝된 각각의 몰리브덴패턴의 가장자리에서의 결합에너지가 낮기 때문에 핵생성이 먼저 이루어지게 되는 것이며, 계속해서 성장이 촉진된다. 생성된 핵은 성장을 하게 되는데, 성장과 함께 병합이 이루어지게 되며, 계속해서 안쪽으로 성장과 병합이 반복되어 결국 단결정의 이황화몰리브덴박막으로 성장하게 된다.Referring to FIG. 4, the growth mechanism of the single crystal molybdenum disulfide thin film can be confirmed. First, when sulfur (S) flows into the molybdenum pattern layer, nucleation occurs at the edges of each molybdenum pattern. This is because the bonding energy at the edge of each patterned molybdenum pattern is low, so nucleation is performed first, and the growth is continuously promoted. The resulting nuclei are grown, merged together with growth, and then repeatedly grown and merged inward, eventually growing into monolithic molybdenum disulfide thin films.
도 5를 참조하면, 상기 몰리브텐패턴층의 가장자리에서부터 핵생성이 이루어진다음, 성장과 병합이 반복되어 단결정의 이황화몰리브덴박막으로 성장하게 됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that nucleation is generated from the edge of the molybdenum pattern layer, and then the growth and the merge are repeated to grow into a monocrystalline molybdenum disulfide thin film.
한편, 상기 기판상에 형성하는 상기 몰리브덴패턴층의 두께와 함께, 유입되는 상기 황(S)의 양을 조절함으로써, 단결정 이황화몰리브덴박막을 단일박막 또는 다층박막으로 형성할 수 있다.On the other hand, the molybdenum disulfide thin film can be formed into a single thin film or a multilayer thin film by adjusting the amount of the sulfur (S) introduced together with the thickness of the molybdenum pattern layer formed on the substrate.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단결정 이황화몰리브덴 박막의 Raman mapping 분석결과를 보여주는 사진 및 그래프이다.6 is a photograph and a graph showing Raman mapping analysis results of a monocrystalline molybdenum disulfide thin film produced according to an embodiment of the present invention.
도 6에서, E1 2g 와 Alg는 각각 MoS2 원자들의 수직과 수평 진동 피크를 보여주고 있다. 여기서, E1 2g 와 Alg 사이의 차이가 박막의 두께를 보여주고 있는 것인데, 20 내지 22 cm-1의 값을 가진다는 것을 박막이 단일층으로 전면에 균일하게 성장되었음을 보여주는 것이다.In Fig. 6, E 1 2g and A lg show the vertical and horizontal vibration peaks of MoS 2 atoms, respectively. Here, the difference between E 1 2g and A 1g shows the thickness of the thin film, which is 20 to 22 cm -1 , indicating that the thin film is uniformly grown over the entire surface as a single layer.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 몰리브덴패턴층을 기판상에 형성함으로써 형성되는 이황화몰리브덴박막의 위치를 제어할 수 있으며, 술폰화 과정을 통해 고품질의 단결정 이황화몰리브덴박막을 형성할 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention can control the position of the molybdenum disulfide thin film formed by forming the molybdenum pattern layer on the substrate, and can form a high quality monocrystalline molybdenum disulfide thin film through the sulfonation process.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴박막의 제조방법은 이황화몰리브덴 이외에도 이황화텅스텐(WeS2)의 성장에도 적용될 수 있다.Meanwhile, the manufacturing method of the monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to the embodiment of the present invention can be applied to the growth of tungsten disulfide (WeS 2 ) in addition to molybdenum disulfide.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막을 이용한 박막트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film transistor using a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막을 이용한 박막트랜지스터의 제조방법은 기판상에 구비하고자 하는 박막트랜지스터(TFT)의 매트릭스 정렬 위치를 결정하는 단계(S100)와, 결정된 상기 박막트랜지스터의 매트릭스 정렬 위치에 대응하도록 상기 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계(S200)와, 상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계(S300) 및 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴 상에 전극을 형성하는 단계(S400)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 7, a method of fabricating a thin film transistor using a monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to another embodiment of the present invention includes a step (S100) of determining a matrix alignment position of a thin film transistor (TFT) so as to correspond to the determined matrix alignment of the thin film transistor and a step (S200) of forming a molybdenum (Mo) pattern layer on the substrate, the molybdenum pattern layer sulfonated to form a single crystalline molybdenum disulfide (MoS 2) thin film pattern step (S300), and comprises a step (S400) of forming the single crystalline molybdenum disulfide (MoS 2) electrode on the thin film pattern.
먼저, 기판상에 구비하고자 하는 박막트랜지스터(TFT)의 매트릭스 정렬 위치를 결정한다(S100). 이어서, 결정된 상기 박막트랜지스터의 매트릭스 정렬 위치에 대응하도록 상기 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성한다(S200). First, a matrix alignment position of a thin film transistor (TFT) to be provided on a substrate is determined (S100). Subsequently, a molybdenum (Mo) pattern layer is formed on the substrate so as to correspond to the determined matrix alignment positions of the thin film transistors (S200).
플렉시블 디스플레이에 적용가능한 박막트랜지스터의 경우 대면적의 이황화몰리브덴박막 제작이 어려운바, 본 발명의 실시예에서는 구비하고자 하는 박막트랜지스터의 매트릭스 정렬 위치에 미리 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성함으로써 이를 해결하였다. In the case of a thin film transistor applicable to a flexible display, it is difficult to manufacture a large-sized molybdenum disulfide thin film. In the embodiment of the present invention, a molybdenum (Mo) pattern layer is formed at a matrix alignment position of the thin film transistor.
계속해서, 상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성한다(S300).Subsequently, the sulfonated the molybdenum pattern layer single crystal molybdenum disulfide (MoS 2) to form a thin film pattern (S300).
마지막으로, 상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴 상에 전극을 형성(S400)하여 박막트랜지스터의 제조를 완성한다.Finally, an electrode is formed on the monocrystalline molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern (S400) to complete the manufacture of the thin film transistor.
상술한 것으로 제외하고는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.Except for the above, the method for manufacturing the monocrystalline molybdenum disulfide thin film according to the embodiment of the present invention is the same as the method for producing the molybdenum disulfide thin film, so a detailed description thereof will be omitted.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.
10: 화학기상장치 11: 챔버
100: 기판 110: 포토레지스트패턴
120: 몰리브덴패턴층 130: 이황화몰리브덴박막패턴10: Chemical vapor deposition apparatus 11: Chamber
100: substrate 110: photoresist pattern
120: molybdenum pattern layer 130: molybdenum disulfide thin film pattern
Claims (10)
상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 화학기상증착법(CVD법)을 이용하는데, 황(S)을 녹는점 이상의 온도로 가열하고 상기 몰리브덴패턴층으로 유입하여 술폰화하여 형성하며, 각각의 몰리브덴패턴의 가장자리에서 핵생성이 이루어진 다음 삼각형 구조의 이황화몰리브덴(MoS2) 결정상들이 가장자리에서 안쪽으로 성장하고 병합하여 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법.Forming a molybdenum (Mo) pattern layer on the substrate; And
Includes,; by sulfonating the molybdenum pattern layer forming a single crystalline molybdenum disulfide (MoS 2) thin film pattern
The step of forming the monocrystalline molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern is performed by chemical vapor deposition (CVD), heating to a temperature above the melting point of sulfur (S), flowing into the molybdenum pattern layer , The molybdenum disulfide molybdenum thin film is formed by nucleation at the edges of the respective molybdenum patterns, and then molybdenum disulfide (MoS 2 ) crystal grains having a triangular structure are grown inward from the edges and merged to form a monocrystalline molybdenum disulfide thin film pattern. Way.
상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 상기 황(S)의 원료로서 H2S 기체소스 또는 H2SO4 액체소스를 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the monolithic molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern uses an H 2 S gas source or a H 2 SO 4 liquid source as the raw material of the sulfur (S).
상기 몰리브덴패턴층의 두께와 유입되는 상기 황(S)의 양을 조절하여 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴을 단일박막 또는 다층박막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the molybdenum disulfide thin film pattern is formed into a single thin film or a multilayer thin film by controlling the thickness of the molybdenum pattern layer and the amount of the sulfur (S) introduced into the molybdenum disilicide molybdenum thin film.
상기 기판은 세라믹 또는 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the substrate is made of a ceramic or a metal material.
상기 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 포토레지스트(PR)패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트패턴 상에 몰리브덴(Mo)을 증착하는 단계; 및
상기 포토레지스트패턴을 제거하여 몰리브덴패턴층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The step of forming the molybdenum (Mo) pattern layer
Forming a photoresist (PR) pattern on the substrate;
Depositing molybdenum (Mo) on the photoresist pattern; And
And removing the photoresist pattern to form a molybdenum pattern layer. The method of manufacturing a monolithic molybdenum disulfide thin film according to claim 1,
상기 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 몰리브덴(Mo)층을 증착하는 단계;
상기 몰리브덴층 상에 포토레지스트(PR)패턴을 형성하는 단계; 및
식각공정을 이용하여 몰리브덴을 식각하고, 상기 포토레지스트패턴을 제거하여 몰리브덴패턴층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 이황화몰리브덴 박막의 제조방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The step of forming the molybdenum (Mo) pattern layer
Depositing a molybdenum (Mo) layer on the substrate;
Forming a photoresist (PR) pattern on the molybdenum layer; And
Etching the molybdenum using an etching process, and removing the photoresist pattern to form a molybdenum pattern layer. The method of manufacturing a monolithic molybdenum disulfide thin film according to claim 1,
결정된 상기 박막트랜지스터의 매트릭스 정렬 위치에 대응하도록 상기 기판상에 몰리브덴(Mo)패턴층을 형성하는 단계;
상기 몰리브덴패턴층을 술폰화하여 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계; 및
상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 단결정 이황화몰리브덴(MoS2) 박막패턴을 형성하는 단계는 화학기상증착법(CVD법)을 이용하는데, 황(S)을 녹는점 이상의 온도로 가열하고 상기 몰리브덴패턴층으로 유입하여 술폰화하여 형성하며, 각각의 몰리브덴패턴의 가장자리에서 핵생성이 이루어진 다음 삼각형 구조의 이황화몰리브덴(MoS2) 결정상들이 가장자리에서 안쪽으로 성장하고 병합하여 단결정 이황화몰리브덴 박막패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 이황화몰리브덴 박막을 이용한 박막트랜지스터의 제조방법.Comprising: determining a matrix alignment position of a thin film transistor (TFT) to be provided on a substrate;
Forming a molybdenum (Mo) pattern layer on the substrate so as to correspond to a matrix alignment position of the determined thin film transistor;
The method comprising the molybdenum pattern layer sulfonated to form a single crystalline molybdenum disulfide (MoS 2) a thin film pattern; And
And forming an electrode on the monocrystalline molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern,
The step of forming the monocrystalline molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film pattern is performed by chemical vapor deposition (CVD), heating to a temperature above the melting point of sulfur (S), flowing into the molybdenum pattern layer , The molybdenum disulfide molybdenum thin film is nucleated at the edges of the respective molybdenum patterns and then the trivalent molybdenum disulfide (MoS 2 ) crystal phases are grown inward from the edges and merged to form a monocrystalline molybdenum disulfide thin film pattern. A method of manufacturing a thin film transistor.
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