KR101830524B1 - Two-dimensional large-area metal chalcogenide single crystals and method for manufactruing the same - Google Patents

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조욱
황영훈
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울산과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a two-dimensional large-area metal chalcogenide single crystal, and a manufacturing method thereof. The two-dimensional large-area metal chalcogenide single crystal comprises: at least one of metal elements of group 3 to group 14 in the periodic table; and at least one chalcogen element of group 16 in the periodic table, and has the diameter or the length of 15 mm or thicker. The present invention can provide a large-area and high-quality two-dimensional large-area metal chalcogenide single crystal.

Description

대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정 및 이의 제조방법{TWO-DIMENSIONAL LARGE-AREA METAL CHALCOGENIDE SINGLE CRYSTALS AND METHOD FOR MANUFACTRUING THE SAME} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large-area two-dimensional metal-chalcogenide single crystal and a method for manufacturing the same. 2. Description of the Related Art TWO-DIMENSIONAL LARGE-AREA METAL CHALCOGENIDE SINGLE CRYSTALS AND METHOD FOR MANUFACTRUING THE SAME

본 발명은, 대면적 벌크 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a large-area bulk two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal and a manufacturing method thereof.

벌크 전이금속-칼코겐화합물은 전기적, 자기적 및 광학적으로 큰 이방성을 가지고 있고, 그래핀과 같이 한층으로 분리 가능한 2차원 물질로 특히 밴드갭을 가지고 있으므로, 실리콘 기반 반도체를 대체할 차세대 핵심 소재로 인정받고 있다.Bulk transition metal-chalcogen compounds are two-dimensional materials that have large electrical, magnetic, and optical anisotropy and are separable as graphene. Especially, they have a bandgap, which is the next generation core material to replace silicon-based semiconductors. It is acknowledged.

벌크 전이금속-칼코겐화합물은 이황화몰리브덴(MoS2)을 제외하면 자연계에서는 거의 존재하지 않기 때문에 인공 합성을 통하여 2차원 물질로 제조되고 있으며, 벌크 전이금속 칼코겐 화합물은 일반적으로 2단 화학기상 수송법으로 제조되고 있다. Bulk transition metal-chalcogen compounds are produced in two-dimensional materials through artificial synthesis because they are almost nonexistent in natural systems except molybdenum disulphide (MoS 2 ). Bulk transition metal chalcogen compounds are generally produced by two-stage chemical vapor transport Are manufactured by the method.

종래의 화학 기상 수송법은 수평 방향으로 2단(two-zone)의 온도 영역을 원료부(source part)-성장부(growth part) 각각 분리하여 온도 기울기를 주어서 단결정 덩어리 소재를 제조하는 가장 일반적인 방법이며, 2단 화학 기상 수송법으로 제조된 2차원 물질은 대부분 수 mm 이내로 크기가 매우 제한적이고, 공급 비용이 높아 전자기기의 부품, 반도체 소재로의 활용에 제한적이다. In the conventional chemical vapor transport method, the two-zone temperature region in the horizontal direction is divided into a source part and a growth part, and a temperature gradient is applied to the single part to produce a single crystal lump material. , And the two-dimensional chemical materials produced by the two-stage chemical vapor transportation method are very limited in size within a few millimeters, and the supply cost is so high that they are limited to the use as electronic parts and semiconductor materials.

본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대면적이고 고품질의 벌크 금속-칼코겐화합물을 형성하여, 전자기기 및 반도체 소재에 활용도가 높은, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a large-area two-dimensional metal-chalcogenide single crystal having high bulk bulk- .

또한, 본 발명은, 화학기상 수송법에서 3단 온도 영역을 구성하여 대면적의 단결정을 형성할 수 있고, 소재의 공급 비용을 줄일 수 있는, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention also provides a method for producing a large-area two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal capable of forming a large-area single crystal by constituting a three-stage temperature region in a chemical vapor transportation method and reducing the supply cost of a material .

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 하나의 양상은, 주기율표 3족 내지 14족의 금속 원소 중 1종 이상; 및 주기율표 16족의 칼코겐 원소 중 1종 이상; 을 포함하고, 15 mm 이상의 직경 또는 길이를 갖는 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정에 관한 것이다.According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: at least one metal element selected from Group 3 to Group 14 of the periodic table; And at least one chalcogen element of group 16 of the periodic table; And a large-area two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal having a diameter or a length of 15 mm or more.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속 원소는, 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo), 테크네늄(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티모니(Sb), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 탈륨(Tl), 납(Pb), 및 비스무트(Bi)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 칼코겐 원소는, 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the metal element may be at least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, (Ni), Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Tc, (Ru), Rh, Rh, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Wherein the chalcogen element is at least one element selected from the group consisting of sulfur (S), selenium (Se) and selenium (Se) and at least one element selected from the group consisting of mercury (Hg), thallium (Tl), lead (Pb), and bismuth Tellurium (Te), and the like.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MX2또는 MX(여기서, M은 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이며, X는 주기율표 16족의 칼코겐 원소이다)로 표시되는, 2원계 전이금속-칼코겐화합물일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the metal-chalcogen compound single crystal may be selected from the group consisting of MX 2 or MX (wherein M is a transition metal element of Group 3 to 12 of the periodic table and X is a chalcogen element of Group 16 of the periodic table) , Which may be a bivalent transition metal-chalcogen compound.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaX'bXc(여기서, M은 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이고, X' 및 X는 서로 상이하고, 주기율표 16족의 칼코겐 원소이며, a, b, 및 c는 50 이하의 유리수이다)로 표시되는, 3원계 전이금속-칼코겐화합물일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the metal-chalcogen compound single crystal may be represented by M a X ' b X c (wherein M is a transition metal element of Group 3 through Group 12 of the periodic table, X' and X are mutually different , A chalcogen element of Group 16 of the periodic table, and a, b, and c are rational numbers of 50 or less).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaM'bXc(여기서, M 및 M'는 서로 상이하고, 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이고, X는 주기율표 16족의 칼코겐 원소이며, a, b, 및 c는 50 이하의 유리수이다)로 표시되는, 3원계 전이금속-칼코겐화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal-chalcogen compound single crystal may be represented by M a M ' b X c (wherein M and M' are different from each other and are a transition metal element of Group 3 through Group 12 of the periodic table and X Is a chalcogen element of Group 16 of the periodic table, and a, b, and c are rational numbers of 50 or less).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaM'bXcX'd(여기서, M 및 M'은 서로 상이하고, 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이고, X 및 X'는 서로 상이하고, 주기율표 16족의 칼코겐 원소이며, a, b, c 및 d는 50 이하의 유리수이다)로 표시되는, 4원계 전이금속-칼코겐화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal-chalcogen compound single crystal is represented by M a M ' b X c X' d , wherein M and M 'are different from each other, and the transition metal element of Groups 3 to 12 of the periodic table , X and X 'are different from each other, and are a chalcogen element of Group 16 of the periodic table, and a, b, c and d are rational numbers of 50 or less).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, FeTe, NiTe2, CoTe2, MoS2, MoTe2, MoSe2, TiSe2, TiTe2, WTe2, WSe2, MoS2(1-x)Se2x, MoSe2 (1-x)Te2x, WSe2(1-x)Te2x, WS2(1-x)Te2x, TiSe2(1-x)Te2x, WTiSe2, MoWTe2, MoNbSe2, TiTaSe2, MoWSe2(1-x)Te2x, WTiS2(1-x)Se2x, NbS2(1-x)Se2x, NbSe2(1-x)Te2x, TiS2(1-x)Se2x, ReS2(1-x)Se2x,및 ReSe2(1-x)Te2x(여기서, X는 유리수이다)로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the metal-chalcogenide single crystal, FeTe, NiTe 2, CoTe 2 , MoS 2, MoTe 2, MoSe 2, TiSe 2, TiTe 2, WTe 2, WSe 2, MoS 2 ( 1-x) Se 2x, MoSe 2 (1-x) Te 2x, WSe 2 (1-x) Te 2x, WS 2 (1-x) Te 2x, TiSe 2 (1-x) Te 2x, WTiSe 2, MoWTe 2, MoNbSe 2 , TiTaSe 2, MoWSe 2 (1-x) Te 2x, WTiS 2 (1-x) Se 2x, NbS 2 (1-x) Se 2x, NbSe 2 (1-x) Te 2x, TiS comprise a 2 (1-x) Se 2x , ReS 2 (1-x) Se 2x, and ReSe 2 (1-x) Te 2x 1 or more from the group consisting of (wherein, x is a rational number) .

본 발명의 다른 양상은, According to another aspect of the present invention,

시료 원료가 밀봉된 석영관을 결정 성장로의 중앙에 위치시키는 단계; 단결정을 제조하는 단계; 및 상기 결정 성장로를 냉각하는 단계; 를 포함하고, 상기 시료 원료는, 주기율표 3족 내지 14족의 금속 원소 중 1종 이상; 및 주기율표 16족의 칼코겐 원소 중 1종 이상; 을 포함하며, 상기 단결정을 제조하는 단계는, 상기 결정 성장로에 형성된 3단 온도 영역을 이용하여 단결정을 제조하는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법에 관한 것이다. Placing a quartz tube sealed with the sample raw material at the center of the crystal growth furnace; Producing a single crystal; And cooling the crystal growth furnace; Wherein the sample material is at least one of metal elements of group 3 to group 14 of the periodic table; And at least one chalcogen element of group 16 of the periodic table; Wherein the step of producing the single crystal is to produce a single crystal using a three-stage temperature region formed in the crystal growth furnace.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 3단 온도 영역은, 상기 결정 성장로의 깊이 방향에 따라 순차적으로, 각각 원료물질 영역; 결정성장 영역; 및 활성화 영역; 으로 정의하고, 상기 결정성장 영역은, 상기 원료물질 영역 및 상기 활성화 영역과 상이한 온도로 조절될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the three-stage temperature region is divided into a raw material region; A crystal growth region; And an activation region; , And the crystal growth region can be adjusted to a temperature different from the raw material region and the activation region.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 원료물질 영역 및 상기 결정성장 영역은, 100 ℃ 내지 200 ℃의 온도 차이를 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the raw material region and the crystal growth region may have a temperature difference of 100 ° C to 200 ° C.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 활성화 영역은, 상기 원료물질 영역과 동일하거나 또는 상이한 온도로 조절되는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the activation region may be controlled to a temperature which is the same as or different from that of the raw material region.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 활성화 영역은, 상기 원료물질 영역과 100 ℃ 이하의 온도 차이를 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the activation region may have a temperature difference of 100 DEG C or less from the raw material region.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단결정을 제조하는 단계는, 원료물질 영역, 결정성장 영역 및 활성화 영역을 예열하는 단계; 상기 원료물질 영역의 온도를 하강시켜 온도구배 역을 형성하는 단계; 및 상기 원료물질 영역의 온도를 상승시키고, 상기 결정성장 영역의 온도를 하강시켜 결정을 성장시키는 단계; 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the single crystal may include the steps of preheating the raw material region, the crystal growth region and the activation region; Forming a temperature gradient region by lowering the temperature of the raw material region; And raising the temperature of the raw material region and lowering the temperature of the crystal growth region to grow crystals; . ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 예열하는 단계는, 15 ℃/h 내지 25 ℃/h의 속도로 800 ℃ 내지 1200 ℃의 온도까지 승온시킨 이후에 40시간 내지 50시간 동안 온도를 유지할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the preheating step can maintain the temperature for 40 to 50 hours after raising the temperature to 800 to 1200 DEG C at a rate of 15 DEG C / h to 25 DEG C / h .

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 온도구배 역을 형성하는 단계는, 상기 원료물질 영역을 3 ℃/h 내지 5 ℃/h의 속도로 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도까지 하강시키고, 상기 원료물질 영역의 온도는, 상기 결정성장 영역의 온도 보다 낮은 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the temperature gradient region may include lowering the raw material region to a temperature of 600 ° C to 1000 ° C at a rate of 3 ° C / h to 5 ° C / h, The temperature of the region may be lower than the temperature of the crystal growth region.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 결정을 성장시키는 단계는, 상기 원료물질 영역을 3 ℃/h 내지 5 ℃/h의 속도로 800 ℃ 내지 1200 ℃의 온도까지 승온시키고, 상기 결정성장 영역을 3 ℃/h 내지 5 ℃/h의 속도로 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도까지 하강시키며, 상기 승온 및 하강 이후에 15일 내지 20일 동안 온도를 유지하고, 상기 원료물질 영역의 온도는, 상기 결정영역의 온도보다 높으며, 상기 활성화 영역은, 상기 원료물질 영역과 동일한 온도 조건을 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step of growing the crystal includes heating the raw material region to a temperature of 800 ° C to 1200 ° C at a rate of 3 ° C / h to 5 ° C / h, The temperature of the raw material region is lowered to a temperature of 600 ° C to 1000 ° C at a rate of 3 ° C / h to 5 ° C / h, and the temperature is maintained for 15 days to 20 days after the temperature rise and fall, Region, and the activation region may have the same temperature condition as the raw material region.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시료원료는, Bridgman 법을 이용하고, 1000 ℃ 내지 1200 ℃ 온도에서 결정 성장시켜 형성된 금속 및 칼코겐 원소의 다결정 또는 단결정일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the raw material of the sample may be a polycrystalline or single crystal of metal and chalcogen elements formed by crystal growth at a temperature of 1000 ° C to 1200 ° C using Bridgman's method.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시료 원료는, 할로겐 원소, 할로겐화-금속 및 할로겐화-칼코겐; 중 1종 이상의 수송 매체를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the sample material is selected from the group consisting of a halogen element, a halogenated-metal and a halogenated-chalcogen; One or more transport media.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 냉각하는 단계는, 결정 성장로를 2 ℃/h 내지 4℃/h의 속도로 350 ℃ 내지 450 ℃까지 하강시키는 제1 냉각단계; 및 제1 냉각단계 이후에 5 ℃/h 내지 10 ℃/h 속도로 상온까지 하강시키는 제2 냉각단계; 를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cooling step includes a first cooling step of lowering the crystal growth furnace from 350 DEG C to 450 DEG C at a rate of 2 DEG C / h to 4 DEG C / h; And a second cooling step of lowering the temperature to a room temperature at a rate of 5 ° C / h to 10 ° C / h after the first cooling step; . ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 냉각하는 단계 이후에, 상기 결정성장 영역의 온도를 원료물질 영역에 비하여 150 ℃ 내지 250 ℃ 높게 온도를 상승시키고, 상기 온도에서 5시간 내지 10시간 동안 유지하여 상기 결정성장 영역에서 미반응 원료 및 불순물을 제거하는 단계; 를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, after the cooling step, the temperature of the crystal growth region is raised by 150 to 250 DEG C higher than that of the raw material region and maintained at the above temperature for 5 to 10 hours Removing unreacted raw materials and impurities in the crystal growth region; As shown in FIG.

본 발명은, 대면적이고 고품질의 벌크 2차원 금속-칼코겐 화합물 단결정을 제공할 수 있다. 본 발명에 의한 2차원 금속-칼코겐 화합물 단결정은, 기존의 화학기상 수송법으로 제조되거나 또는 시판 및 보고된 금속-칼코겐 화합물 단결정에 비하여 2 배 이상의 크기를 갖고, 기존의 실리콘 기반 반도체를 대체할 수 있는 전자기기의 부품소재로 활용할 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a large-sized, high-quality bulk two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal. The two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal according to the present invention can be produced by a conventional chemical vapor transport method or has a size more than twice as large as that of commercially available and reported metal-chalcogen compound single crystals, It can be used as a component material of an electronic device that can be used.

본 발명은, 2단 화학기상 수송법에 따른 단결정의 크기 제한을 극복하여, 대면적의 고품질 벌크 단결정을 제조하는 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 의한 제조방법은, 결정 성장 시 측면성장만을 배타적으로 촉진시켜 대면적 단결정을 형성할 수 있고, 대면적 벌크 단결정의 제조비용을 낮출 수 있다.The present invention can provide a method of manufacturing a large-area two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal which overcomes the size limitation of a single crystal according to a two-stage chemical vapor transport method and produces a large-area high-quality bulk single crystal. The manufacturing method according to the present invention can exclusively promote side growth only during crystal growth, thereby forming a large-area single crystal and reducing the manufacturing cost of the large-area bulk single crystal.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 수직 브리지만 장치의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 시료 원료를 제조하는 단계에서 온도 조절을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 단결정 제조하는 단계에서 결정 성장로에 형성된 3단 온도영역에 대한 예를 간략하게 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 벌크 WSe2단결정의 크기를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 벌크 WSe2단결정의 XRD 및 성분분석의 결과를 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exemplary flow chart of a method for manufacturing a large-area two-dimensional metal-chalcogenide single crystal of the present invention, according to one embodiment of the present invention.
Figure 2a illustrates, by way of example, a cross section of a vertical bridge only apparatus, in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2B is an illustration of temperature control in the step of preparing the sample raw material of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
3 schematically shows an example of a three-stage temperature region formed in a crystal growth furnace in the step of producing a single crystal of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
4 shows the size of a bulk WSe 2 single crystal produced according to Example 1 of the present invention.
5 shows the results of XRD and component analysis of a bulk WSe 2 single crystal produced according to Example 1 of the present invention.

이하 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 본 명세서에서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms used in this specification are terms used to appropriately express the preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, the intention of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. In this specification, the definitions of these terms shall be based on the contents throughout this specification.

본 발명은, 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, 기존의 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정에 비하여 2배 내지 10배의 크기를 갖는 대면적이고, 고품질의 벌크 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정을 제공할 수 있다. The present invention relates to a two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal. According to one embodiment of the present invention, the two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal is twice as large as a conventional two- High-quality bulk two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal having a size of 1 to 10 times larger than that of the bulk single-dimensional metal-chalcogen compound single crystal.

본 발명의 일 예로, 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, 10 mm 이상; 15 mm 이상; 또는 20 nm 이상; 또는 15 내지 100 mm의 직경 또는 길이를 갖는 대면적일 수 있다. In one example of the present invention, a two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal has a crystal grain size of 10 mm or more; 15 mm or more; Or 20 nm or more; Or 15 to 100 mm in diameter or length.

본 발명의 일 예로, 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, 주기율표 3족 내지 14족의 금속 원소 중 1종 이상; 및 주기율표 16족의 칼코겐 원소 중 1종 이상; 을 포함하고, 2원계, 3원계, 또는 4원계의 합금인 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정을 제공할 수 있고, 바람직하게는 1종 이상의 전이금속을 포함하는 2원계, 3원계, 또는 4원계 전이금속-칼코겐화합물 단결정일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional metal-chalcogenide single crystal is at least one of the metal elements of Group 3 to Group 14 of the periodic table; And at least one chalcogen element of group 16 of the periodic table; A three-element system, or a quaternary system, which is a binary system, a ternary system, or a quaternary system including a transition metal, Transition metal-chalcogen compound single crystal.

예를 들어, 상기 금속 원소는, 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo), 테크네늄(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티모니(Sb), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 탈륨(Tl), 납(Pb), 및 비스무트(Bi)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.For example, the metal element may be at least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, (Cu), Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Molybdenum, Tc, Ru, (Rh), Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Ir, Hg ), Thallium (Tl), lead (Pb), and bismuth (Bi).

예를 들어, 상기 칼코겐 원소는, 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. For example, the chalcogen element may include at least one element selected from the group consisting of sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te).

예를 들어, 상기 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, MX2또는 MX로 표시되는 2원계 금속-칼코겐화합물일 수 있다. 상기 M은 주기율표 3족 내지 14족에서 선택된 금속 원소이고, 바람직하게는 3족 내지 12족의 전이금속이며, X는 주기율표 16족에서 선택된 칼코겐 원소일 수 있다. For example, the two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal may be a binary metal-chalcogen compound represented by MX 2 or MX. M is a metal element selected from Group 3 to Group 14 of the periodic table, preferably a transition metal of Group 3 to Group 12, and X may be a chalcogen element selected from Group 16 of the periodic table.

예를 들어, 상기 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaX'bXc로 표시되는 3원계 금속-칼코겐화합물일 수 있다. 상기 M은 주기율표 3족 내지 14족에서 선택된 금속 원소이고, 바람직하게는 3족 내지 12족의 전이금속일 수 있다. 상기 X' 및 X는 서로 상이하고, 주기율표 16족의 칼코겐 원소이고, a, b, 및 c는 50 이하의 유리수이며, 화합물 내에서 금속의 산화수 및/또는 화학량론에 맞추어 적절하게 선택될 수 있다.For example, the two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal may be a ternary metal-chalcogen compound represented by M a X ' b X c . The M is a metal element selected from Group 3 to Group 14 of the periodic table, preferably a transition metal of Groups 3 to 12. X 'and X are different from each other and are a chalcogen element of Group 16 of the periodic table, and a, b, and c are rational numbers of 50 or less, and can be appropriately selected according to the oxidation number and / or stoichiometry of the metal in the compound. have.

예를 들어, 상기 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaM'bXc로 표시되는 3원계 금속-칼코겐화합물일 수 있다. 상기 M 및 M'은, 서로 상이하고, 주기율표 3족 내지 14족에서 선택된 금속 원소이고, 바람직하게는, 3족 내지 12족의 전이금속 원소일 수 있다. 상기 X는 주기율표 16족에서 선택된 칼코겐 원소이고, a, b, 및 c는 50 이하의 유리수이며, 화합물 내에서 금속의 산화수 및/또는 화학량론에 맞추어 적절하게 선택될 수 있다.For example, the two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal may be a ternary metal-chalcogen compound represented by M a M ' b X c . The M and M 'are different from each other and are a metal element selected from Group 3 to Group 14 of the periodic table, preferably a transition metal element of Groups 3 to 12. X is a chalcogen element selected from Group 16 of the periodic table, and a, b, and c are free ratios of 50 or less, and can be appropriately selected according to the oxidation number and / or stoichiometry of the metal in the compound.

예를 들어, 상기 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaM'bXcX'd로 표시되는 4원계 금속-칼코겐화합물일 수 있다. 상기 M 및 M'은, 서로 상이하고, 주기율표 3족 내지 14족에서 선택된 금속 원소이고, 바람직하게는, 3족 내지 12족의 전이금속 원소일 수 있다. 상기 X' 및 X는 서로 상이하고, 주기율표 16족의 칼코겐 원소이고, a, b, c 및 d는 50 이하의 유리수이며, 화합물 내에서 금속의 산화수 및/또는 화학량론에 맞추어 적절하게 선택될 수 있다.For example, the two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal may be a quaternary metal-chalcogen compound represented by M a M ' b X c X' d . The M and M 'are different from each other and are a metal element selected from Group 3 to Group 14 of the periodic table, preferably a transition metal element of Groups 3 to 12. X ' and X are different from each other and are chalcogen elements of Group 16 of the periodic table, and a, b, c and d are rational numbers of 50 or less and are appropriately selected according to the oxidation number and / or stoichiometry of the metal in the compound .

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정은, FeTe, NiTe2, CoTe2, MoS2, MoTe2, MoSe2, TiSe2, TiTe2, WTe2, WSe2, MoS2(1-x)Se2x, MoSe2(1-x)Te2x, WSe2(1-x)Te2x, WS2(1-x)Te2x, TiSe2(1-x)Te2x, WTiSe2, MoWTe2, MoNbSe2, TiTaSe2, MoWSe2(1-x)Te2x, WTiS2(1-x)Se2x, NbS2(1-x)Se2x, NbSe2(1-x)Te2x, TiS2(1-x)Se2x, ReS2(1-x)Se2x,및 ReSe2(1-x)Te2x(여기서, X는 유리수이다)로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the two-dimensional metal-chalcogenide single crystal, FeTe, NiTe 2, CoTe 2, MoS 2, MoTe 2, MoSe 2, TiSe 2, TiTe 2, WTe 2, WSe 2, MoS 2 (1-x) Se 2x , MoSe 2 (1-x) Te 2x, WSe 2 (1-x) Te 2x, WS 2 (1-x) Te 2x, TiSe 2 (1-x) Te 2x, WTiSe 2, MoWTe 2, MoNbSe 2 , TiTaSe 2, MoWSe 2 (1-x) Te 2x, WTiS 2 (1-x) Se 2x, NbS 2 (1-x) Se 2x, NbSe 2 (1-x) Te 2x, TiS comprise a 2 (1-x) Se 2x , ReS 2 (1-x) Se 2x, and ReSe 2 (1-x) Te 2x 1 or more from the group consisting of (wherein, X is a rational number) .

본 발명은, 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제조방법은, 화학기상 수송법을 이용한 단결정 제조 시 성장로 내에 3단 온도 영역을 형성하여 단결정 성장에서 크기 제한을 해결하여, 대면적의 고품질 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정을 제공할 수 있다. The present invention relates to a method for producing a two-dimensional metal-chalcogenide single crystal, and in the method for producing a single crystal using a chemical vapor transport method, a three-step temperature region is formed in a growth furnace To solve the size limitation in single crystal growth, thereby providing a large-area high-quality two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른, 본 발명의 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것으로, 시료 원료를 준비하는 단계(S1); 시료 원료를 결정 성장로 내에 위치시키는 단계(S2); 단결정을 제조하는 단계(S3); 및 냉각하는 단계(S4); 를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the manufacturing method will be described with reference to Fig. 1, wherein Fig. 1 is a cross-sectional view of a large-area two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal according to an embodiment of the present invention (S1) of preparing a sample raw material; Placing the sample material in a crystal growth furnace (S2); Producing a single crystal (S3); And cooling (S4); . ≪ / RTI >

본 발명의 일 예로, 시료 원료를 준비하는 단계(S1)는, 원하는 단결정을 위한 반응 원소를 포함하는 단결정(single crystal) 및 다결정(polycrystal)으로 이루어진 시료 원료를 제조하고, 이를 분쇄하여 앰플에 밀봉하는 단계이다.In one embodiment of the present invention, the step (S1) of preparing the sample raw material comprises preparing a sample raw material consisting of single crystal and polycrystal including reactive elements for a desired single crystal, grinding the same and sealing it in an ampule .

예를 들어, 상기 앰플은, 석영관일 수 있고, 상기 시료 원료는, 순도가 4N (99.99%) 이상일 수 있다.For example, the ampoule may be a quartz tube and the purity of the sample material may be greater than or equal to 4N (99.99%).

예를 들어, 상기 시료 원료는, 원료 물질을 포함하는 단결정(single crystal) 및 다결정(polycrystal) 형태이며, 브리지만(Bridgman) 법을 이용하여 결정 성장시켜 형성된 금속 및 칼코겐 원소의 다결정 또는 단결정일 수 있다. For example, the raw material of the sample may be a single crystal or a polycrystal including raw materials and may be a polycrystalline or single crystal of a metal and a chalcogen element formed by crystal growth using Bridgman's method .

예를 들어, 도 2a를 참조하면, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수직 브리지만 장치의 단면을 예시적으로 나타낸 것으로, 실리코니트(siliconit)를 발열체로 사용하여 자체 제작한 형태로 최고온부 온도가 대략 1600 ℃ 정도까지는 유지되는 수직 브리지만 전기로에 앰플에 밀봉된 원료 물질을 주입한다. 다음으로, 도 2b의 제시한 바와 같이, 20 ℃/h로 550 ℃ 내지 650 ℃까지 승온한 이후 20시간 내지 25시간 동안 유지하여 원료 물질을 액상화하고, 다음으로, 최고온도부의 온도를 상승시켜 결정성장 온도를 형성하고, 상기 온도를 유지하여 결정성장을 시작할 수 있다. 이와 같이, 2단계로 온도를 상승시키므로, 반응관이 폭발하는 것을 방지하고, 원료 물질이 완전히 섞이도록 하여 결정성장을 시작할 수 있다. 상기 최고온도부의 온도 및 온도유지 시간은, 원료물질의 종류와 화합물의 결합형태, 예를 들어, 2원계, 3원계 화합물 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 10 ℃/h의 승온 속도로 1000 ℃ 내지 1150 ℃로 상승시키고, 5일 내지 6일 동안 유지하여 결정 성장시킬 수 있다. 결정 성장 이후에, 5 ℃/h의 하강 속도로 일정 온도까지 냉각한 이후 자연 냉각한다. 이는 원료물질의 결정 성장이 끝나더라도 고온 상태의 결정이 급격히 냉각되게 되면 냉각에 의한 과냉각이 유도되고, 그 결과, 추가 핵생성에 의한 다결정화가 진행되는 것을 방지하고, 열응력에 의한 전위결합의 발생에 따른 단결정의 품질 저하를 방지할 수 있다. 다음으로, 합성한 시료 원료를 미세 분말로 분쇄하여 앰플에 밀봉한다. For example, referring to FIG. 2A, FIG. 2A illustrates an exemplary cross-section of a vertical bridge only device in accordance with an embodiment of the present invention. In FIG. 2A, a siliconit is used as a heating element, Only the vertical bridge where the highest temperature is maintained at about 1600 ° C is injected into the electric furnace with the raw material sealed in the ampoule. Next, as shown in FIG. 2B, the temperature of the raw material is liquefied by maintaining the temperature at a temperature of 20O < 0 > C / h from 550 to 650 DEG C for 20 to 25 hours, A growth temperature can be formed, and the temperature can be maintained to start crystal growth. As described above, since the temperature is raised in two steps, the reaction tube is prevented from exploding, and the crystal growth can be started by completely mixing the raw materials. The temperature and the temperature holding time of the highest temperature part can be appropriately selected depending on the kind of the raw material and the bonding form of the compound, for example, a binary system, a ternary compound or the like. For example, the crystal growth can be carried out by raising the temperature to 1000 占 폚 to 1150 占 폚 at a heating rate of 10 占 폚 / h, and maintaining the temperature for 5 days to 6 days. After the crystal growth, it is cooled down to a constant temperature at a descending rate of 5 DEG C / h and then naturally cooled. This is because even if the crystal growth of the raw material is terminated, the supercooling due to cooling is induced when the crystal in the high temperature state is rapidly cooled, and as a result, the polycrystallization due to the additional nucleation is prevented from progressing, The quality of the single crystal can be prevented from deteriorating. Next, the synthesized sample raw material is pulverized into fine powder and sealed in an ampoule.

예를 들어, 상기 시료 원료는, 수송 매체를 더 포함할 수 있으며, 상기 수송 매체는, 할로겐화-금속; 할로겐화-칼코겐; 및 할로겐; 중 1종 이상을 포함하고, 상기 수송 매체의 예로는, 요오드(I2), 염소(Cl2), 브롬(Br2), 할로겐화-금속(주기율표 3족 내지 14족), 할로겐화-칼코겐(주기율표 16족) 및 이들의 복합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.For example, the sample material may further comprise a transport medium, the transport medium being selected from the group consisting of a halogenated metal; Halogenated-chalcogen; And halogen; (I 2 ), chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ), halogenated-metal (Periodic Table 3 to 14), halogenated-chalcogen Group 16 of the Periodic Table of Elements), and combinations thereof.

예를 들어, 상기 할로겐의 경우에는 앰플 단위체적당 5~10 mg/cm3의 비율로 첨가하며, 할로겐화-금속 및 할로겐화-칼코겐 물질은 mole 비율로 적절하게 조절하여 칭량할 수 있다.For example, in the case of the halogen, it is added at a rate of 5 to 10 mg / cm 3 per ampoule unit, and the halogenated-metal and halogenated-chalcogen materials can be weighed appropriately by mole ratio.

본 발명의 일 예로, 시료 원료를 결정 성장로 내에 위치시키는 단계(S2)는, 시료 원료가 밀봉된 석영관을 결정 성장로의 중앙에 위치시키는 단계이며, 상기 결정 성장로는, 3단의 화학 기상 수송법 수평 전기로일 수 있다. 상기 결정 성장로는, 원료물질 영역, 결정성장 영역, 및 활성화 영역으로 구성되며, 하기의 단결정을 제조하는 단계(S3)에서 보다 구체적으로 설명한다. According to an embodiment of the present invention, the step (S2) of placing the sample material in the crystal growth furnace is a step of positioning the quartz tube sealed with the sample material at the center of the crystal growth furnace, Meteorological transport can be a horizontal electric furnace. The crystal growth furnace is composed of a raw material region, a crystal growth region, and an activation region, and will be described in more detail in a step S3 of manufacturing the following single crystal.

본 발명의 일 예로, 단결정을 제조하는 단계(S3)는, 결정 상장로 내에서 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정을 성장시키는 단계이며, 상기 결정 성장로에 형성된 3단 온도 영역을 이용하는 3단 화학 기상 수송(chemical vapor transport)법으로 단결정을 성장시키다. 이러한 3단 온도 영역은, 각각 독립적인 구성으로 형성되고, 효율적인 온도 전달과 제어가 가능하다. 또한, 3단 온도 영역은, 결정 성장 시 과포화도(supersaturation)를 임의로 조절하여 다단(multiple) 핵생성(nucleation)을 억제함과 동시에 측면성장(lateral growth)만을 배타적으로 촉진시켜 대면적의 고품질 벌크 단결정을 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step (S3) of producing a single crystal is a step of growing a two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal in a crystal filamentary furnace, wherein the three- Single crystal is grown by chemical vapor transport method. These three-stage temperature regions are formed independently of each other, and efficient temperature transfer and control are possible. In addition, the three-stage temperature region can control multiple nucleation by arbitrarily adjusting the supersaturation during crystal growth, and exclusively promote lateral growth, thereby obtaining a large-sized high-quality bulk single crystal Can be prepared.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 단결정 제조하는 단계에서 결정 성장로에 형성된 3단 온도영역을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 3에서 상기 3단 온도 영역은, 상기 결정 성장로의 깊이 방향에 따라 순차적으로, 각각 원료물질 영역(T1); 결정성장 영역(T2); 및 활성화 영역(T3); 으로 정의될 수 있다. 상기 3단 온도 영역은, 시료 원료의 위치 및/또는 온도 분포에 따라 정의될 수 있고, 3단 온도 영역은, 상기 제조방법의 각 공정에 따라 동일하거나 또는 상이한 온도로 조절될 수 있다. For example, referring to FIG. 3, FIG. 3 illustrates a three-step temperature region formed in a crystal growth furnace in the step of manufacturing a single crystal according to the present invention. In FIG. 3, Sequentially in the direction of the depth of the raw material region T1; A crystal growth region T2; And an activation region (T3); . ≪ / RTI > The three-stage temperature region can be defined according to the position and / or the temperature distribution of the raw material of the sample, and the three-stage temperature region can be adjusted to the same or different temperature according to each step of the production method.

예를 들어, 원료물질 영역(T1)은, 결정 성장로에서 시료 원료가 위치한 영역 및 그 주변으로 정의한다. For example, the raw material region T1 is defined as a region in which the sample material is located in the crystal growth furnace and its surroundings.

예를 들어, 결정성장 영역(T2)은, 원료 물질들이 결합하여 단결정이 성장되는 영역이며, 결정성장 영역(T2)은, 각 공정에 따라 원료물질 영역(T1) 및 활성화 영역(T3)과 동일하거나 상이한 온도로 조절될 수 있다. 예를 들어, 결정성장 영역(T2)은, 원료물질 영역(T1)과 100 ℃ 내지 200 ℃의 온도 차이를 가질 수 있고, 바람직하게는 원료물질 영역(T1)에 비하여 100 ℃ 내지 200 ℃의 낮은 온도에서 결정 성장이 이루어질 수 있다. 상기 온도 차이가 100 ℃ 미만일 경우에, 결정성장 영역(T2)의 온도가 원료물질 영역(T1)의 온도에 지나치게 가까워 핵생성이 잘 이루어지지 않아 원하는 단결정을 얻는 것이 어렵고, 상기 온도 차이가 200 ℃를 초과할 경우에, 예를 들어, 원료물질 영역(T1)에 비하여 200 ℃ 초과하여 낮은 온도를 유지할 경우에, 활발한 핵생성 때문에 작은 크기의 단결정이 무작위로 결합된 다결정 형태가 발생할 수 있으므로, 바람직하지 않다. For example, the crystal growth region T2 is a region where raw materials are combined and a single crystal is grown, and the crystal growth region T2 is the same as the raw material region T1 and the activation region T3 Or may be adjusted to a different temperature. For example, the crystal growth region T2 may have a temperature difference of 100 占 폚 to 200 占 폚 with the raw material region T1, and preferably has a lower temperature of 100 占 폚 to 200 占 폚 than the raw material region T1 Crystalline growth can be achieved at temperature. When the temperature difference is less than 100 占 폚, the temperature of the crystal growth region T2 is too close to the temperature of the raw material region T1, so that nuclei are not generated well and it is difficult to obtain a desired single crystal. The polycrystalline shape in which a small size single crystal is randomly bonded due to active nucleation can be generated, for example, when the temperature is maintained at a temperature lower than 200 DEG C as compared with the raw material region T1, I do not.

예를 들어, 활성화 영역(T3)은, 원료물질 영역(T1)와 결정성장 영역(T2) 간의 온도구배(thermal gradient)를 조절하고 결정 성장 시 항상성을 유지하는 완충 영역이다. 예를 들어, 원료물질 영역(T1) 및 결정성장 영역(T2) 간의 온도구배가 클 경우에, 결정 성장 시간 동안 항상성의 유지가 어렵지만, 활성화 영역(T3)에 의해서 원료물질 영역(T1) 및 결정성장 영역(T2)의 온도구배를 낮추어 항상성을 유지하고, 양질의 대면적 벌크 단결정의 성장이 가능해진다. 활성화 영역(T3)은, 각 공정에 따라 원료물질 영역(T1)과 동일하거나 또는 상이한 온도로 조절될 수 있고, 바람직하게는 활성화 영역(T3)은, 원료물질 영역(T1)과 100 ℃ 이하의 온도 차이를 가질 수 있다. For example, the activation region T3 is a buffer region that regulates the thermal gradient between the raw material region T1 and the crystal growth region T2 and maintains homeostasis during crystal growth. For example, when the temperature gradient between the raw material region T1 and the crystal growth region T2 is large, it is difficult to maintain the homeostasis during the crystal growth time. However, in the activation region T3, The temperature gradient of the growth region T2 is lowered to maintain the homogeneity and the growth of a large-area bulk single crystal of good quality becomes possible. The activation region T3 may be controlled to a temperature equal to or different from that of the raw material region T1 depending on each process, It may have a temperature difference.

본 발명의 일 예로, 단결정을 제조하는 단계(S3)는, 예열하는 단계(S3a); 온도구배 역을 형성하는 단계(S3b); 및 결정을 성장시키는 단계(S3c); 를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step (S3) of producing a single crystal includes a preheating step (S3a); Forming a temperature gradient region (S3b); And growing a crystal (S3c); . ≪ / RTI >

예를 들어, 예열하는 단계(S3a)는, 원료물질 영역(T1), 결정성장 영역(T2) 및 활성화 영역(T3)을 예열하는 단계이며, 특정 온도로 예열한 이후에 단결정 형성을 위한 반응 원소들이 충분히 반응할 수 있도록 유지할 수 있다. 원료물질 영역(T1), 결정성장 영역(T2) 및 활성화 영역(T3)을 동일한 온도로 예열할 수 있고, 예를 들어, 15 ℃/h 내지 25 ℃/h; 20 ℃/h 내지 22 ℃/h; 또는 20 ℃/h의 속도로 800 ℃ 내지 1200 ℃; 또는 1000 ℃ 내지 1100 ℃의 온도까지 승온시킨 이후에 40시간 내지 50시간; 45시간 내지 50시간; 또는 48시간 동안 온도를 유지할 수 있다. For example, the preheating step S3a is a step of preheating the raw material region T1, the crystal growth region T2 and the activation region T3, and after preheating to a specific temperature, the reaction element Can be kept sufficiently responsive. The raw material region T1, the crystal growth region T2 and the activation region T3 can be preheated to the same temperature, for example, 15 ° C / h to 25 ° C / h; 20 [deg.] C / h to 22 [deg.] C / h; Or 800 ° C to 1200 ° C at a rate of 20 ° C / h; Or from 40 to 50 hours after the temperature is raised to a temperature of 1000 to 1100 占 폚; 45 hours to 50 hours; Alternatively, the temperature can be maintained for 48 hours.

예를 들어, 온도구배 역을 형성하는 단계(S3b)는, 원료물질 영역(T1)의 온도를 하강시켜 온도구배 역을 형성하는 단계이다. 예를 들어, 원료물질 영역(T1)을 3 ℃/h 내지 5 ℃/h; 또는 4 ℃/h의 속도로 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도까지 하강시킬 수 있다. 온도구배 역을 형성하는 단계(S3b)에서 결정성장 영역(T2) 및 활성화 영역(T3)은 예열하는 단계(S3a)에서 조절된 온도로 유지되고, 결정성장 영역(T2)은 원료물질 영역(T1) 보다 높은 온도를 갖는다. 이는, 시료 원료가 밀봉된 앰플 내의 고온의 결정성장 영역(T2) 부분에 존재하는 불순물 등을 저온의 원료물질 영역(T1)으로 이송시켜 결정성장 영역(T2)을 깨끗하게 만들 수 있다. For example, the step S3b of forming the temperature gradient region is a step of lowering the temperature of the raw material region T1 to form a temperature gradient region. For example, the raw material region T1 is heated at a rate of 3 DEG C / h to 5 DEG C / h; Or at a rate of 4 캜 / h to a temperature of 600 캜 to 1000 캜. The crystal growth region T2 and the activation region T3 are maintained at the regulated temperature in the preheating step S3a in the step S3b of forming the temperature gradient region and the crystal growth region T2 is maintained in the raw material region T1 ). ≪ / RTI > This makes it possible to transfer impurities or the like present in the high temperature crystal growth region T2 of the ampule in which the sample raw material is sealed to the low temperature raw material region T1 to clean the crystal growth region T2.

예를 들어, 결정을 성장시키는 단계(S3c)는, 원료물질 영역(T1)의 온도를 상승시키고, 결정성장 영역(T2)의 온도를 하강시켜 결정을 성장시키는 단계이다. 원료물질 영역(T1)은, 3 ℃/h 내지 5 ℃/h; 또는 4 ℃/h의 속도로 800 ℃ 내지 1200 ℃의 온도까지 승온시키고, 결정성장 영역(T2)은, 3 ℃/h 내지 5 ℃/h; 또는 4 ℃/h의 속도로 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도까지 하강시키고, 상기 승온 및 하강 이후에 15일 내지 20일; 또는 15일 동안 상기 조절된 온도로 유지될 수 있다. 결정을 성장시키는 단계(S3c)에서 원료물질 영역(T1)은, 결정성장 영역(T2) 보다 높은 온도로 조절되고, 결정성장 영역(T2)은 원료물질 영역(T1)의 온도 보다 낮은 온도에서 결정성장 온도를 형성하고 유지된다. 또한, 활성화 영역(T3)은, 원료물질 영역(T1)과 동일한 온도 조건으로 조절되며, 결정을 성장시키는 단계(S3c)에서 결정성장 영역(T2)의 조절된 온도가 낮아지는 것을 방지하여 과포화(supersaturation) 상태에서 핵생성(nucleation)을 억제하여 대면적화에 필요한 측면(lateral) 방향의 성장은 촉진시킬 수 있다. For example, the step of growing crystals S3c is a step of raising the temperature of the raw material region T1 and lowering the temperature of the crystal growth region T2 to grow crystals. The raw material region T1 has a temperature of 3 DEG C / h to 5 DEG C / h; Or 4 ° C / h to 800 ° C to 1200 ° C, and the crystal growth region T2 is heated at a rate of 3 ° C / h to 5 ° C / h; Or at a rate of 4 DEG C / h to a temperature of 600 DEG C to 1000 DEG C, and from 15 days to 20 days after the temperature rise and fall; Or may be maintained at the regulated temperature for 15 days. The raw material region T1 is controlled to a temperature higher than the crystal growth region T2 and the crystal growth region T2 is controlled at a temperature lower than the temperature of the raw material region T1 in the step S3c of growing the crystal, The growth temperature is formed and maintained. The activation region T3 is controlled to the same temperature condition as the source material region T1 and prevents the regulated temperature of the crystal growth region T2 from being lowered in the step S3c of growing the crystal, Supersaturation inhibits nucleation and promotes growth in the lateral direction necessary for large-scale growth.

본 발명의 일 예로, 냉각하는 단계(S4)는, 결정을 성장시키는 단계(S3c) 이후에 결정 성장로를 냉각하는 단계이다. 예를 들어, 2 ℃/h 내지 4℃/h의 속도로 350 ℃ 내지 450 ℃까지 하강시키는 제1 냉각단계; 및 제1 냉각단계 이후에 5℃/h 내지 10 ℃/h 속도로 상온까지 급속으로 하강시키는 제2 냉각단계; 를 포함할 수 있다. 제1 냉각단계에서 온도 하강 속도로 천천히 냉각시켜 충분한 결정화를 유도하고, 제2 냉각단계에서 상온까지 급냉하여 냉각되는 동안 해리되는 원소의 양을 최대한 줄임으로써 조성비와 동일하거나 또는 조성비에 근접한 단결정을 얻을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cooling step S4 is a step of cooling the crystal growth furnace after the step S3c of growing the crystal. For example, from 350 ° C to 450 ° C at a rate of 2 ° C / h to 4 ° C / h; And a second cooling step of rapidly lowering the temperature to a normal temperature at a rate of 5 ° C / h to 10 ° C / h after the first cooling step; . ≪ / RTI > A sufficient amount of crystallization is induced in the first cooling step by slow cooling to induce sufficient crystallization and the amount of the dissociated elements during cooling is quenched to a maximum temperature in the second cooling step to obtain a single crystal having the same composition ratio or close to the composition ratio .

본 발명의 일 예로, 결정 성장로를 냉각하는 단계(S4) 이후에, 미반응 원료 및 불순물을 제거하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 결정성장 영역(T2)의 온도를 원료물질 영역(T1)에 비하여 150 ℃ 내지 250 ℃ 높게 온도를 상승시키고, 상기 온도에서 5시간 내지 10시간 동안 유지하여 결정성장 영역(T2)에서 결정성장 영역(T2)의 표면에 흡착되어 있는 수송 매체, 불순물, 미반응 원료 등을 제거할 수 있다.The method may further include a step (S5) of removing unreacted raw materials and impurities after the step (S4) of cooling the crystal growth furnace as an example of the present invention. For example, Is heated to a temperature higher by 150 to 250 占 폚 than the raw material region T1 and maintained at the above temperature for 5 to 10 hours to be adsorbed on the surface of the crystal growth region T2 in the crystal growth region T2 Transport media, impurities, unreacted raw materials, and the like can be removed.

본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.The present invention is not limited thereto but may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention as set forth in the following claims, The present invention can be variously modified and changed.

제조예Manufacturing example 1 One

(1) WSe2 단결정 제조(1) WSe2 Single crystal manufacturing

앰플을 산소-프로판 불꽃으로 내경 9 mm, 두께 1 mm, 길이 12 cm인 석영관의 끝을 시드가 형성되기 쉽도록 원추형으로 가공하였다. 이것을 세척액(H2O:K2Cr2O7:H2SO4)속에 24시간 담갔다가 세척한 후 증류수, 아세톤, 메탄올, 증류수 순서로 여러 번 세척하여 건조시켰다. 이때, 원료인 W과 Se 물질이 용융상태에서 석영관 내부 벽과 반응하는 것을 방지하기 위하여 성장온도 보다 높은 1300℃ 부근에서 성장관 내부를 완전히 불투명하게 탄소 코팅하여 사용하였다. 원료 물질은 공기 중에서 쉽게 산화되므로 5% HNO3과 5% HCl로 산화피막을 제거한 후, 탄소 코팅한 석영관 속에 W(3N)과 Se(5N)을 전체 질량이 6g정도인 시료를 넣어 2×10-6torr로 진공 배기하여 봉입하였다. 다음으로, 밀봉한 성장용 석영관을 알루미나 튜브에 넣고, 앰플이 기울어지는 것을 방지하기 위하여 알루미나 튜브와 앰플 사이에 석영 링을 넣어 고정한 후 수동으로 내려 전기로의 최고온부 위치에서 1 cm 정도 아래에 원추형의 끝부분이 위치하도록 장착하였다. 전기로의 온도 조절은 마이크로 컴퓨터 온도 조절 프로그램으로 제어하면서 결정 성장을 시작하였다. 도 2의 온도 조절을 이용하고, 셀레늄(Se)이 포함된 원료 물질의 경우 높은 증기압으로 인하여 일정 온도 이상 승온시킬 경우 반응관이 폭발할 수 있기 때문에 실온에서부터 10 ℃/h의 비율로 600 ℃까지 승온한 후 24 시간 동안 유지하여 원료 물질을 액상화하였다. 다음으로, 10 ℃/h의 비율로 1000 ℃ 내지 1150 ℃로 승온하여 반응관이 폭발하는 것을 방지하고 원료물질이 완전히 섞이도록 하여 결정성장을 시작하였다. 상기 온도에서 7 일 동안 유지한다. 마지막으로, 결정성장이 끝난 후 5 ℃/h 비율로 일정 온도까지 서서히 냉각시킨 후 자연 냉각하였다.The ampoule was cone-shaped with an oxygen-propane flame so that the end of a quartz tube with an inner diameter of 9 mm, a thickness of 1 mm and a length of 12 cm could be easily formed into a seed. This was immersed in a washing solution (H 2 O: K 2 Cr 2 O 7 : H 2 SO 4 ) for 24 hours, washed, and then washed several times in the order of distilled water, acetone, methanol and distilled water. In order to prevent the W and Se materials from reacting with the inner wall of the quartz tube in the molten state, the inside of the casting tube was completely opaque carbon coated at about 1300 ° C. higher than the growth temperature. Since the raw material is easily oxidized in air, the oxide film is removed with 5% HNO 3 and 5% HCl, and W (3N) and Se (5N) are put into a carbon coated quartz tube. Lt; -6 > torr. Next, a sealed quartz tube for growth was placed in an alumina tube, and a quartz ring was inserted between the alumina tube and the ampoule to prevent the ampule from tilting. Then, the tube was manually lowered and conical Was mounted so that the end portion of the tube was positioned. The temperature of the electric furnace was controlled by a microcomputer temperature control program, and crystal growth was started. When the temperature of the raw material containing selenium (Se) is controlled by the temperature control shown in FIG. 2 and the temperature of the raw material including the selenium (Se) is increased due to the high vapor pressure, the reaction tube may explode. Therefore, After heating, the raw material was liquefied by keeping it for 24 hours. Next, the temperature was raised from 1000 ° C to 1150 ° C at a rate of 10 ° C / h to prevent the reaction tube from exploding, and the crystal growth was started so that the raw materials were completely mixed. This temperature is maintained for 7 days. Finally, after the crystal growth was completed, the mixture was gradually cooled to a constant temperature at a rate of 5 ° C / h and then cooled naturally.

실시예Example 1 One

제조예 1에서 획득한 원료물질은, 미세 분말로 분쇄한 다음 미리 준비된 내경 10 mm, 두께 2 mm, 길이 10 cm인 한쪽 끝이 막혀있는 가공된 앰플에 요오드(I2)를 수송매체로하여 mole 비율로 전체 질량이 6g 정도가 되게 칭량하여 2×10- 6torr정도의 진공에서 밀봉하였다. 밀봉된 앰플은 3단의 화학 기상 수송법 수평 전기로에 장착한 이후 20 ℃/h의 속도로 1200 ℃온도까지 상승시키고 48시간 동안 유지하였다. 다음으로, 원료물질 영역의 온도는 4 ℃/h속도로 1000 ℃온도까지 하강하고, 48 시간 동안 유지하였다. 이어서, 원료물질 영역의 온도는 4 ℃/h속도로 1200 ℃온도까지 상승시키고, 결정성장 영역은 4 ℃/h로 1000 ℃온도까지 하강시켜 15일 동안 유지하면서 결정성장 시켰다. 이때, 활성화 영역은, 원료물질 영역과 동일한 온도이다. 결정 성장이 끝난 후, 전기로는 2 ℃/h속도로 400 ℃까지 냉각시킨 이후, 상온까지 급속 냉각시켰다. 상온까지 도달한 이후에 결정성장 영역의 온도는 200 ℃온도까지 상승시켜 6 시간 동안 유지한 이후 자연 냉각시켰다. 석영관을 분리하여 WSe2단결정을 획득하였다. 상기 WSe2단결정은, 이미지 및 XRD와 EDS를 통하여 구조 분석하여 도 4 및 도 5에 나타내었다.The raw material obtained in Preparation Example 1 was pulverized into fine powder, and then treated with iodine (I 2 ) as a transport medium to a processed ampoule having an inner diameter of 10 mm, a thickness of 2 mm and a length of 10 cm, 6g to the total mass of the degree to be weighed in the ratio 2 × 10 - sealed in a vacuum of about 6 torr. The sealed ampoules were mounted in a three-stage chemical vapor transport horizontal electric furnace and then elevated to a temperature of 1200 DEG C at a rate of 20 DEG C / h and held for 48 hours. Next, the temperature of the raw material region was lowered to 1000 캜 at a rate of 4 캜 / h and maintained for 48 hours. Then, the temperature of the raw material region was raised to 1200 占 폚 at a rate of 4 占 폚 / h, and the crystal growth region was crystallized while being maintained at a temperature of 4 占 폚 / h to 1000 占 폚 for 15 days. At this time, the activation region is at the same temperature as the raw material region. After the crystal growth was completed, the electric furnace was cooled to 400 DEG C at a rate of 2 DEG C / h, and then rapidly cooled to room temperature. After reaching the room temperature, the temperature of the crystal growth region was raised to 200 ° C., maintained for 6 hours, and then naturally cooled. The quartz tube was separated to obtain WSe 2 single crystals. The WSe 2 single crystal was subjected to structural analysis through image, XRD and EDS, and shown in FIGS. 4 and 5.

도 4 및 도 5를 살펴보면, 실시예 1에서 제조된 WSe2는 35 mm의 길이를 가지며, 이는 시판되는 제품(2D semiconductor (3x3 mm2), hq graphene(5x5 mm2), SPI 사(3x3 mm2)의 WSe2)에 비하여 월등하게 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 구조분석에서 XRD 패턴에서 WSe2단결정을 확인하였고, EDS 성분 분석에서 단결정 성분비를 확인하였다. 4 and 5, the WSe 2 produced in Example 1 has a length of 35 mm, which is a commercially available product (2D semiconductor (3 x 3 mm 2 ), hq graphene ( 5 x 5 mm 2 ), SPI yarn (3 x 3 mm 2 ), which is much larger than WSe 2 ). In the structural analysis, WSe 2 single crystals were confirmed in the XRD pattern, and the single crystal component ratio was confirmed in the EDS component analysis.

본 발명은, 3단 온도 영역을 결정 성장 과정에 적용하여, 기존에 시판되는 금속-칼코겐 화합물 단결정에 비하여 월등하게 큰 대면적의 벌크 단결정을 제공할 수 있으며, 고품질의 단결정을 경제적인 비용으로 제공할 수 있고, 반도체 소재로의 활용도를 향상시킬 수 있다. The present invention can be applied to a crystal growth process in a three-step temperature region, which can provide a large-sized bulk single crystal that is much larger than conventional metal-chalcogen compound single crystals, and can provide a high-quality single crystal at an economical cost And can be utilized as a semiconductor material.

Claims (20)

주기율표 3족 내지 14족의 금속 원소 중 1종 이상; 및 주기율표 16족의 칼코겐 원소 중 1종 이상; 을 포함하고, 15 mm 이상의 직경 또는 길이를 갖는, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정으로서,
상기 단결정은
시료 원료가 밀봉된 석영관을 결정 성장로의 중앙에 위치시키는 단계;
단결정을 제조하는 단계; 및
상기 결정 성장로를 냉각하는 단계;
를 포함하고,
상기 시료 원료는, 주기율표 3족 내지 14족의 금속 원소 중 1종 이상; 및
주기율표 16족의 칼코겐 원소 중 1종 이상;
을 포함하며,
상기 단결정을 제조하는 단계는, 상기 결정 성장로에 형성된 3단 온도 영역을 이용하고,
상기 3단 온도 영역은 상기 결정 성장로의 중앙에 위치한 석영관의 깊이 방향에 따라 원료 주입구로부터 순차적으로, 각각 원료물질영역;
결정성장 영역;및
활성화 영역;으로 정의하고,
상기 결정성장 영역은, 상기 원료물질 영역 및 상기 활성화 영역과 상이한 온도로 조절되거나,
상기 단결정을 제조하는 단계는,
원료물질 영역, 결정성장 영역 및 활성화영역을 예열하는 단계;
상기 원료물질 영역의 온도를 하강시켜 온도구배 역을 형성하는 단계; 및
상기 원료물질 영역의 온도를 상승시키고, 상기 결정성장 영역의 온도를 하강시켜 결정을 성장시키는 단계;
로 제조되는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정.
At least one metal element selected from Group 3 to Group 14 of the periodic table; And at least one chalcogen element of group 16 of the periodic table; And having a diameter or a length of 15 mm or more, wherein the large-area two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal,
The single crystal
Placing a quartz tube sealed with the sample raw material at the center of the crystal growth furnace;
Producing a single crystal; And
Cooling the crystal growth furnace;
Lt; / RTI >
Wherein the sample material is at least one of metal elements of group 3 to group 14 of the periodic table; And
At least one chalcogen element of group 16 of the periodic table;
/ RTI >
Wherein the step of fabricating the single crystal uses a three-step temperature region formed in the crystal growth furnace,
The three-stage temperature region is sequentially formed from the raw material injection port along the depth direction of the quartz tube located at the center of the crystal growth furnace.
A crystal growth region; and
Active area ", and "
Wherein the crystal growth region is adjusted to a temperature different from the raw material region and the activation region,
The step of producing the single crystal may include:
Pre-heating the raw material region, the crystal growth region and the activation region;
Forming a temperature gradient region by lowering the temperature of the raw material region; And
Increasing the temperature of the raw material region and lowering the temperature of the crystal growth region to grow crystals;
Wherein the metal-chalcogen compound single crystals are produced by a process comprising the steps of:
제1항에 있어서,
상기 금속 원소는, 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo), 테크네늄(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티모니(Sb), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 탈륨(Tl), 납(Pb), 및 비스무트(Bi)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 칼코겐 원소는, 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정.
The method according to claim 1,
The metal element may be at least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technenium (Tc), ruthenium (Ru) (Cd), In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Ir, Hg, Thal Tl), lead (Pb), and bismuth (Bi)
Wherein the chalcogen element comprises at least one element selected from the group consisting of sulfur (S), selenium (Se) and tellurium (Te).
제1항에 있어서,
상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MX2 또는 MX(여기서, M은 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이고, X는 주기율표 16족의 칼코겐 원소이다)로 표시되는, 2원계 전이금속-칼코겐화합물인 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정.
The method according to claim 1,
Wherein the metal-chalcogen compound single crystal is a binary transition metal-chalcogenide compound represented by MX 2 or MX (wherein M is a transition metal element of Group 3 to 12 of the periodic table and X is a chalcogen element of Group 16 of the periodic table) Chalcogen compound. ≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaX'bXc(여기서, M은 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이고, X' 및 X는 서로 상이하고, 주기율표 16족의 칼코겐 원소이며, a, b, 및 c는 50 이하의 유리수이다)로 표시되는, 3원계 전이금속-칼코겐화합물인 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정.
The method according to claim 1,
Wherein the metal-chalcogen compound single crystal is represented by M a X ' b X c wherein M is a transition metal element of Group 3 to 12 of the periodic table, X' and X are different from each other, and are chalcogen elements of Group 16 of the periodic table , and a, b, and c are rational numbers of 50 or less.) A large-area two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal, wherein the compound is a ternary transition metal-chalcogen compound.
제1항에 있어서,
상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaM'bXc(여기서, M 및 M'는 서로 상이하고, 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이고, X는 주기율표 16족의 칼코겐 원소이며, a, b, 및 c는 50 이하의 유리수이다)로 표시되는, 3원계 전이금속-칼코겐화합물인 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정.
The method according to claim 1,
The metal-chalcogen compound single crystal is represented by the following formula: M a M ' b X c wherein M and M' are different from each other and are a transition metal element of Group 3 to 12 of the periodic table, X is a chalcogen element of Group 16 of the periodic table , and a, b, and c are rational numbers of 50 or less.) A large-area two-dimensional metal-chalcogen compound single crystal, wherein the compound is a ternary transition metal-chalcogen compound.
제1항에 있어서,
상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, MaM'bXcX'd(여기서, M 및 M'은 서로 상이하고, 주기율표 3족 내지 12족의 전이금속 원소이고, X 및 X'는 서로 상이하고, 주기율표 16족의 칼코겐 원소이며, a, b, c 및 d는 50 이하의 유리수이다)로 표시되는, 4원계 전이금속-칼코겐화합물인 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정.
The method according to claim 1,
The metal-chalcogen compound single crystal may be represented by M a M ' b X c X' d wherein M and M 'are different from each other and are a transition metal element of Group 3 to Group 12 of the periodic table, and X and X' And a quaternary transition metal-chalcogen compound represented by the following formula (1), wherein a, b, c, and d are rational numbers of 50 or less. Single crystal.
제1항에 있어서,
상기 금속-칼코겐화합물 단결정은, FeTe, NiTe2, CoTe2, MoS2, MoTe2, MoSe2, TiSe2, TiTe2, WTe2, WSe2, MoS2(1-x)Se2x, MoSe2(1-x)Te2x, WSe2(1-x)Te2x, WS2(1-x)Te2x, TiSe2(1-x)Te2x, WTiSe2, MoWTe2 , MoNbSe2, TiTaSe2, MoWSe2(1-x)Te2x, WTiS2(1-x)Se2x, NbS2(1- x)Se2x, NbSe2(1-x)Te2x, TiS2(1-x)Se2x, ReS2(1-x)Se2x, 및 ReSe2(1-x)Te2x(여기서, X는 유리수이다)로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함하는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정.
The method according to claim 1,
The metal-chalcogenide single crystal, FeTe, NiTe 2, CoTe 2 , MoS 2, MoTe 2, MoSe 2, TiSe 2, TiTe 2, WTe 2, WSe 2, MoS 2 (1-x) Se 2x, MoSe 2 (1-x) Te 2x, WSe 2 (1-x) Te 2x, WS 2 (1-x) Te 2x, TiSe 2 (1-x) Te 2x, WTiSe 2, MoWTe 2, MoNbSe 2 , TiTaSe 2, MoWSe 2 (1-x) Te 2x, WTiS 2 (1-x) Se 2x, NbS 2 (1- x) Se 2x, NbSe 2 (1-x) Te 2x, TiS 2 (1-x ) Se 2x, ReS 2 (1-x) Se 2x, and ReSe 2 (1-x) Te 2x comprising at least one from the group consisting of (wherein, x is a rational number) Large-area two-dimensional metal-chalcogenide single crystal.
시료 원료가 밀봉된 석영관을 결정 성장로의 중앙에 위치시키는 단계;
단결정을 제조하는 단계; 및
상기 결정 성장로를 냉각하는 단계;
를 포함하고,
상기 시료 원료는, 주기율표 3족 내지 14족의 금속 원소 중 1종 이상; 및 주기율표 16족의 칼코겐 원소 중 1종 이상; 을 포함하며,
상기 단결정을 제조하는 단계는, 상기 결정 성장로에 형성된 3단 온도 영역을 이용하고, 단결정을 제조하는 것인 상기 3단 온도 영역은 결정 성장로의 중앙에 위치한 석영관의 깊이 방향에 따라 원료 주입구로부터 순차적으로, 각각 원료물질영역; 결정성장 영역; 및 활성화 영역;으로 정의하고,
상기 결정성장 영역은, 상기 원료물질 영역 및 상기 활성화 영역과 상이한 온도로 조절되거나,
상기 단결정을 제조하는 단계는,
원료물질 영역, 결정성장 영역 및 활성화영역을 예열하는 단계;
상기 원료물질 영역의 온도를 하강시켜 온도구배 역을 형성하는 단계; 및
상기 원료물질 영역의 온도를 상승시키고, 상기 결정성장 영역의 온도를 하강시켜 결정을 성장시키는 단계; 를 포함하는,
대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
Placing a quartz tube sealed with the sample raw material at the center of the crystal growth furnace;
Producing a single crystal; And
Cooling the crystal growth furnace;
Lt; / RTI >
Wherein the sample material is at least one of metal elements of group 3 to group 14 of the periodic table; And at least one chalcogen element of group 16 of the periodic table; / RTI >
The step of producing the single crystal may include a step of forming a single crystal by using a three-step temperature region formed in the crystal growth furnace, and the three-step temperature region in which a single crystal is produced, Sequentially from the raw material region; A crystal growth region; And an activation region,
Wherein the crystal growth region is adjusted to a temperature different from the raw material region and the activation region,
The step of producing the single crystal may include:
Pre-heating the raw material region, the crystal growth region and the activation region;
Forming a temperature gradient region by lowering the temperature of the raw material region; And
Increasing the temperature of the raw material region and lowering the temperature of the crystal growth region to grow crystals; / RTI >
Method for manufacturing a large-area two-dimensional metal-chalcogenide single crystal.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 원료물질 영역 및 상기 결정성장 영역은, 100 ℃ 내지 200 ℃의 온도 차이를 갖는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the raw material region and the crystal growth region have a temperature difference of 100 占 폚 to 200 占 폚.
제8항에 있어서,
상기 활성화 영역은, 상기 원료물질 영역과 동일하거나 또는 상이한 온도로 조절되는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the activation region is controlled to a temperature equal to or different from that of the raw material region.
제8항에 있어서,
상기 활성화 영역은, 상기 원료물질 영역과 100 ℃ 이하의 온도 차이를 갖는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the activation region has a temperature difference with the raw material region of 100 占 폚 or less.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 예열하는 단계는, 15 ℃/h 내지 25 ℃/h의 속도로 800 ℃ 내지 1200 ℃의 온도까지 승온시킨 이후에 40시간 내지 50시간 동안 온도를 유지하는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the preheating step maintains the temperature for a period of from 40 hours to 50 hours after raising the temperature from 800C to 1200C at a rate of from 15C / h to 25C / h, A method for producing a single crystal of a cogen compound.
제8항에 있어서,
상기 온도구배 역을 형성하는 단계는, 상기 원료물질 영역을 3 ℃/h 내지 5 ℃/h의 속도로 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도까지 하강시키고,
상기 원료물질 영역의 온도는, 상기 결정성장 영역의 온도보다 낮은 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The step of forming the temperature gradient region may include lowering the raw material region to a temperature of 600 ° C to 1000 ° C at a rate of 3 ° C / h to 5 ° C / h,
Wherein the temperature of the raw material region is lower than the temperature of the crystal growth region.
제8항에 있어서,
상기 결정을 성장시키는 단계는,
상기 원료물질 영역을 3 ℃/h 내지 5 ℃/h의 속도로 800 ℃ 내지 1200 ℃의 온도까지 승온시키고,
상기 결정성장 영역을 3 ℃/h 내지 5 ℃/h의 속도로 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도까지 하강시키며,
상기 승온 및 하강 이후에 15일 내지 20일 동안 온도를 유지하고,
상기 원료물질 영역의 온도는, 상기 결정성장 영역의 온도 보다 높으며,
상기 활성화 영역은, 상기 원료물질 영역과 동일한 온도 조건을 갖는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein growing the crystal comprises:
Raising the temperature of the raw material region from 800 ° C to 1200 ° C at a rate of 3 ° C / h to 5 ° C / h,
The crystal growth region is lowered at a rate of 3 ° C / h to 5 ° C / h to a temperature of 600 ° C to 1000 ° C,
The temperature is maintained for 15 days to 20 days after the temperature rise and fall,
The temperature of the raw material region is higher than the temperature of the crystal growth region,
Wherein the activation region has the same temperature condition as that of the raw material region.
제8항에 있어서,
상기 시료원료는, Bridgman 법을 이용하고, 1000 ℃ 내지 1200 ℃ 온도에서 결정 성장시켜 형성된 금속 및 칼코겐 원소의 다결정 또는 단결정인 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the sample material is a polycrystalline or single crystal of a metal and a chalcogen element formed by crystal growth at a temperature of 1000 ° C to 1200 ° C using Bridgman's method.
제8항에 있어서,
상기 시료 원료는, 할로겐 원소, 할로겐화-금속 및 할로겐화-칼코겐; 중 1종 이상의 수송 매체를 더 포함하는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The sample material may be selected from the group consisting of a halogen element, a halogenated-metal and a halogenated-chalcogen; Wherein the carrier medium further comprises at least one transport medium. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제8항에 있어서,
상기 냉각하는 단계는,
2 ℃/h 내지 4℃/h의 속도로 350 ℃ 내지 450 ℃까지 하강시키는 제1 냉각단계; 및
제1 냉각단계 이후에 5℃/h 내지 10℃/h 속도로 상온까지 하강시키는 제2 냉각단계; 를 포함하는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the cooling step comprises:
A first cooling step of lowering the temperature from 350 ° C to 450 ° C at a rate of 2 ° C / h to 4 ° C / h; And
A second cooling step of lowering the temperature to a room temperature at a rate of 5 ° C / h to 10 ° C / h after the first cooling step; Wherein the second metal-chalcogen compound single crystal is a single-crystal single crystal.
제8항에 있어서,
상기 냉각하는 단계 이후에, 상기 결정성장 영역의 온도를 원료물질 영역에 비하여 150 ℃ 내지 250 ℃ 높게 온도를 상승시키고, 상기 온도에서 5시간 내지 10시간 동안 유지하여 상기 결정성장 영역에서 미반응 원료 및 불순물을 제거하는 단계; 를 더 포함하는 것인, 대면적 2차원 금속-칼코겐화합물 단결정의 제조방법.
9. The method of claim 8,
After the cooling step, the temperature of the crystal growth region is raised by 150 to 250 DEG C higher than that of the raw material region and maintained at the temperature for 5 to 10 hours to remove unreacted starting materials and / Removing impurities; Wherein the metal-chalcogen compound single crystal further comprises a metal-chalcogenide compound.
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