KR101937293B1 - Method of manufacturing for two-dimensional tin disulfide thin film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 산화주석 박막을 형성하는 단계 및 산화주석 박막을 황화처리하는 단계를 포함하는 이황화주석 박막 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a tin disulfide thin film comprising the steps of forming a tin oxide thin film on a substrate and sulfiding the tin oxide thin film.

Description

이차원 이황화주석 박막의 형성 방법{METHOD OF MANUFACTURING FOR TWO-DIMENSIONAL TIN DISULFIDE THIN FILM}METHOD OF MANUFACTURING FOR TWO-DIMENSIONAL TIN DISLFIDE THIN FILM [0002]

본 발명은 이차원 이황화주석(SnS2) 박막의 형성 방법에 관한 것으로, 구체적으로 원자층 증착법을 이용하여 형성한 산화주석 박막에 H2S 가스를 이용하여 산화주석 박막상을 황화처리하여 이황화주석 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a two- dimensional tin disulfide (SnS 2 ) thin film, and more particularly, to a tin oxide thin film formed by atomic layer deposition using a H 2 S gas, To a method for forming the same.

이황화주석 박막은 층상구조를 가지고 있는 n형 2차원 소재로 높은 전자이동도와 점멸비, 낮은 가격 때문에 스위칭 소자인 박막 트랜지스터에 채널 물질로 각광받고 있으며, 강한 부식저항성 덕분에 리튬 이온 전지에도 많은 주목을 받고 있다.The tin disulfide thin film is an n-type two-dimensional material having a layered structure. Due to its high electron mobility, flicker ratio and low cost, it is attracting attention as a channel material in a thin film transistor as a switching device. .

일반적으로, 스위칭 소자에서의 스케일 축소가 가속화되고 있음에 따라 단채널효과(short channel effect)에 따른 스위칭 소자 성능저하 등의 기존의 Si 채널의 한계점을 극복하려는 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 따라, 채널의 제한된 길이와 두께 내에서 소자 성능 저하가 거의 없고, 높은 전자이동도를 갖는 이차원 소재 채널 물질의 합성이 요구된다. In general, as scale reduction in a switching device is accelerated, much research is under way to overcome the limitations of the existing Si channel, such as degradation of a switching device due to a short channel effect. Accordingly, it is required to synthesize a two-dimensional material channel material having high electron mobility with little deterioration in device performance within a limited length and thickness of the channel.

이러한 이차원 소재의 박막을 성장시키는 증착방법으로는 원자층 증착법(ALD: atomic layer deposition)이 널리 사용되고 있다. 종래의 전사 방법이나 화학기상 증착법과는 달리 원자층 증착법은 사이클 수에 따라 두께가 결정되고, 박막의 균일성이 매우 뛰어나기 때문에 2차원 소재의 연속된 박막 형성과 층 수 제어에 매우 효과적인 증착방법이다.Atomic layer deposition (ALD) is widely used as a deposition method for growing a thin film of a two-dimensional material. Unlike the conventional transfer method or chemical vapor deposition method, the atomic layer deposition method has a thickness determined according to the number of cycles, and the uniformity of the thin film is very excellent. Therefore, the deposition method which is very effective for forming a continuous thin film of two- to be.

그러나, 2차원 소재의 층과 층 사이는 약한 반데르발스 결합(Van der Waals bonding)을 갖기 때문에 기상의 반응원료 사이의 화학반응에 의하여 박막을 형성하는 원자층 증착법으로 연속된 균일한 박막을 형성하고 두께를 제어하는데 어려움이 있다. However, due to the weak van der Waals bond between the layer and the layer of the two-dimensional material, atomic layer deposition, which forms a thin film by chemical reaction between the reaction materials of the vapor phase, forms a continuous uniform thin film And it is difficult to control the thickness.

또한, 원자층 증착법을 이용한 박막 증착시, 증착 온도는 반응원료에 의해 거의 결정되는데 고온 증착 시에 반응원료의 열분해가 일어나기 때문에 박막의 결정화를 위해서는 후열처리가 요구된다. 이러한 후열처리를 통한 결정화 방법은 열처리 온도에 따라 박막의 손상을 주거나 박막과 기판 사이의 표면에너지 차이가 클 경우 불연속적인 박막 형성 등의 문제가 발생되기 때문에 이를 해결하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. In addition, at the time of thin film deposition using the atomic layer deposition method, the deposition temperature is almost determined by the reaction material. Since thermal decomposition of the reaction material occurs at the time of high-temperature deposition, post-heat treatment is required for crystallization of the thin film. This crystallization method through post-heat treatment causes problems such as formation of discontinuous thin films when the thin film is damaged due to the heat treatment temperature or when the surface energy difference between the thin film and the substrate is large.

한국특허공보 제1512749호Korean Patent Publication No. 1512749 일본특허출원공개 1995-061818호Japanese Patent Application Laid-Open No. 1995-061818

따라서, 본 발명은 원자층 증착법에 의한 이차원 소재인 이황화주석의 박막의 합성과 두께 조절이 가능한 이황화주석의 박막을 형성하는 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for forming a thin film of tin disulfide capable of synthesizing a thin film of a two-dimensional material by an atomic layer deposition method and controlling the thickness thereof.

또한, 본 발명은 이황화주석 박막의 손상이 발생하지 않고, 결정화가 진행된 대면적의 연속되고 균일한 이황화주석 박막을 형성하는 방법을 제공하고자 한다. It is another object of the present invention to provide a method for forming a continuous and uniform tin disulfide thin film having a large area on which crystallization proceeds without causing damage to the tin disulfide thin film.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 산화주석 박막을 형성하는 단계; 및 산화주석 박막을 황화처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이황화주석 박막 형성 방법을 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: forming a tin oxide thin film on a substrate; And a step of sulfiding the tin oxide thin film.

또한, 본 발명의 산화주석 박막은 원자층 증착법으로 형성될 수 있으며, 황화처리는 황화수소 가스로 열처리하는 이황화주석 박막 형성 방법을 제공할 수 있다. The tin oxide thin film of the present invention can be formed by an atomic layer deposition method, and the sulfidation treatment can provide a method of forming a tin disulfide thin film by heat treatment with a hydrogen sulfide gas.

또한, 본 발명의 원자층 증착법은, 기판 상에 주석 원료를 공급하는 단계; 주석 원료를 퍼지하는 단계; 산소 원료를 공급하는 단계; 및 산소 원료를 퍼지하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the atomic layer deposition method of the present invention includes the steps of: supplying a tin material on a substrate; Purging the tin material; Supplying an oxygen source; And purifying the oxygen source.

또한, 본 발명의 원자층 증착법은, 상온 내지 300℃ 범위에서 실시될 수 있으며, 황화처리는 300℃ 내지 400℃ 범위에서 실시되는 이황화주석 박막 형성 방법을 제공할 수 있다. In addition, the atomic layer deposition method of the present invention can be performed at a temperature ranging from room temperature to 300 ° C, and the sulphiding treatment can be performed at a temperature ranging from 300 ° C to 400 ° C.

또한, 본 발명의 산화주석 박막의 두께는 원자층 증착법의 사이클 수에 따라 결정되며, 이황화주석 박막의 두께는 산화주석 박막의 두께에 의해 결정될 수 있다. The thickness of the tin oxide thin film of the present invention is determined by the number of cycles of the atomic layer deposition method, and the thickness of the tin disulfide thin film can be determined by the thickness of the tin oxide thin film.

또한, 본 발명의 기판은, 형성되는 이황화주석 박막보다 높은 표면 에너지를 갖는 물질로 이루어지고, 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화지르코늄, 산화하프늄 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함할 수 있다. Further, the substrate of the present invention is made of a material having a surface energy higher than that of the tin disulfide thin film to be formed, and may include at least one oxide selected from aluminum oxide, titanium dioxide, zirconium oxide, and hafnium oxide.

또한, 본 발명의 주석 원료는, 이염화주석, 사염화주석, 테트라키스-디메틸아미노 주석, 테트라키스-디에틸아미노 주석, 테트라키스-에틸메틸아미노 주석, 비스-비스-트리메틸실릴-아미노 주석, 테트라메틸 주석, 테트라에틸 주석, 트리메틸-페닐 주석, 디메틸라미노-2-메틸-2-프로폭시-주석(Ⅱ), 아세틸아세톤 주석 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. Further, the tin raw material of the present invention can be obtained by reacting a tin compound such as tin dichloride, tin tetrachloride, tetrakis-dimethylamino tin, tetrakis-diethylamino tin, tetrakis-ethylmethylamino tin, bis- Methyl-2-propoxy-tin (II), acetylacetone tin, and the like.

또한, 본 발명의 산소 원료는, 물, 산소 기체, 공기, 질소와 산소의 혼합 가스, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 오존, 과산화수소, 산소 플라즈마 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The oxygen source of the present invention may include at least one selected from water, oxygen gas, air, a mixed gas of nitrogen and oxygen, methanol, ethanol, isopropanol, ozone, hydrogen peroxide and oxygen plasma.

본 발명은 황화주석 박막의 층의 수와 두께를 조절할 수 있고, 대면적에서 균일한 고순도의 이황화주석 박막을 형성할 수 있다. The present invention can control the number and the thickness of the tin sulfide thin film, and can form a highly pure tin disulfide thin film uniform in a large area.

또한, 본 발명은 서브-나노미터 수준의 얇은 두께를 갖는 이황화주석 박막을 형성할 수 있다. Further, the present invention can form a tin disulfide thin film having a thickness of a sub-nanometer level.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이황화주석 박막을 형성하는 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이황화주석 박막을 형성하는 방법의 개략적인 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 원자층 증착법의 사이클 수에 따른 산화주석 박막의 두께 변화와 이황화주석 박막의 두께 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석 표면의 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석의 화학적 결합을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석의 화학적 결합을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석 박막의 상변화와 결정화도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석 박막의 상변화와 결정화도를 나타내는 그래프, 표면의 사진 및 화학적 결합을 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic flow chart of a method of forming a tin disulfide thin film according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a method of forming a tin disulfide thin film according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are graphs showing a change in the thickness of the tin oxide thin film and a change in the thickness of the tin disulfide thin film according to the number of cycles in the atomic layer deposition method according to an embodiment of the present invention. FIG.
4 is a photograph of a tin disulfide surface formed in accordance with one embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the chemical bonding of tin disulphide formed according to one embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the chemical bonding of tin disulfide formed according to another embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a phase change and a degree of crystallization of a tin disulfide thin film formed according to another embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a phase change and a crystallization degree of a tin disulfide thin film formed in accordance with another embodiment of the present invention, a photograph of the surface, and chemical bonding.

이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따른 이황화주석 박막의 형성 방법에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of forming a tin disulfide thin film according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다. Prior to explanation, elements having the same configuration are denoted by the same reference numerals in different embodiments, and only other elements will be described in the other embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이황화주석 박막을 형성하는 방법의 개략적인 순서도이다. 도 1을 참조하면, 기판 위에 산화주석 박막을 형성하는 단계(S1) 및 형성된 산화주석 박막을 황화처리하여(S2), 이황화주석을 형성할 수 있다. 1 is a schematic flow chart of a method of forming a tin disulfide thin film according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a step (S1) of forming a tin oxide thin film on a substrate and a step (S2) of forming a tin oxide thin film to form tin disulphide can be performed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이황화주석 박막을 형성하는 방법의 개략적인 개념도이다. 도 2에 기재된 바와 같이, 기판(10)에 증착된 산화주석(20)을 H2S 가스로 열처리를 실시하면, 산화주석(20)은 황화주석(30)으로 변환된다. 이 때, 원 재료인 산화주석(20)의 두께에 따라, 이차원 소재인 황화주석(30)을 나노미터 단위로 복수의 층으로 제어할 수 있고, 균일한 황화주석(30) 박막을 형성할 수 있다. 2 is a schematic diagram of a method of forming a tin disulfide thin film according to an embodiment of the present invention. 2, when the tin oxide 20 deposited on the substrate 10 is subjected to heat treatment with H2S gas, the tin oxide 20 is converted into tin sulfide 30. At this time, depending on the thickness of the tin oxide 20, which is a raw material, tin sulfide 30 as a two-dimensional material can be controlled in a plurality of layers in a nanometer scale, and a uniform thin film of tin (30) have.

구체적으로, 산화주석(20) 박막을 형성하는 단계는 SiO2 기판과 Al2O3기판 표면 상에 황화주석(30) 박막을 원자층 증착법(ALD)으로 수행할 수 있다. 원자층 증착법은 알려진 ALD 장비를 통해서 구현될 수 있다. Specifically, to form a tin oxide (20) film is SiO 2 A thin film of tin sulfide (30) can be performed on the substrate and the Al 2 O 3 substrate surface by atomic layer deposition (ALD). Atomic layer deposition methods can be implemented through known ALD equipment.

본 발명의 일 실시 형태에서, 기판(10)은 산화알루미늄(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄 (HfO2) 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the substrate 10 include one or more oxide selected from aluminum oxide (Al 2 O 3), titanium dioxide (TiO 2), zirconium oxide (ZrO 2), hafnium oxide (HfO 2) .

또한, 본 발명의 일 실시 형태에서, 산화주석(20)은 일산화주석(SnO), 이산화주석(SnO2), 삼산화주석(Sn2O3) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. Further, in one embodiment of the present invention, the tin oxide 20 may include at least one selected from among tin monoxide (SnO), tin dioxide (SnO 2 ), and tin (Sn 2 O 3 ) It is not.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에서, 기판(10) 상에 산화주석(20) 박막을 형성하는 단계(S1)는, 기판(10) 상에 주석 원료를 주입하는 단계, 주석 원료를 퍼지하는 단계, 산소 원료를 주입하는 단계, 산소 원료를 퍼지하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the step S1 of forming a thin film of tin oxide 20 on the substrate 10 includes the steps of injecting a tin material on the substrate 10, purifying the tin material , Injecting the oxygen source, and purifying the oxygen source.

한편, 본 발명의 일 실시 형태에서, 주석 원료로 이염화주석(SnCl2), 사염화주석(SnCl4), 테트라키스-디메틸아미노 주석(Tetrakis(Dimethylamino)tin), 테트라키스-디에틸아미노 주석(Tetrakis(diethylamido)tin), 테트라키스-에틸메틸아미노 주석(Tetrakis(ethylmethylamino)tin), 비스-비스-트리메틸실릴-아미노 주석(Bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin), 테트라메틸 주석(Tetramethyltin), 테트라에틸 주석(Tetraethyltin), 트리메틸-페닐 주석(Trimethyl(phenyl)tin), 디메틸라미노-2-메틸-2-프로폭시-주석(Ⅱ)(Dimethylamino-2-methyl-2-propoxy-tin(II)), 아세틸아세톤 주석(Sn(acac)2) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. On the other hand, in one embodiment of the present invention, as a tin raw material, tin dichloride (SnCl 2 ), tin tetrachloride (SnCl 4 ), tetrakis (Dimethylamino) tin, tetrakis-diethylamino tin Tetrakis (ethylmethylamino) tin, Bis (bis (trimethylsilyl) amino] tin, Tetramethyltin, Tetraethyltin, trimethyl (phenyl) tin, dimethylamino-2-methyl-2-propoxy-tin (II) ), And acetylacetone tin (Sn (acac) 2).

또한, 본 발명의 일 실시 형태에서, 산소 원료로 물, 산소 기체, 공기, 질소와 산소의 혼합 가스, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 오존, 과산화수소, 산소 플라즈마 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the oxygen raw material may include at least one selected from water, oxygen gas, air, a mixed gas of nitrogen and oxygen, methanol, ethanol, isopropanol, ozone, hydrogen peroxide and oxygen plasma.

본 발명의 일 실시 형태에서, 산화주석(20) 박막을 형성하는 단계(S1)는 증착 온도를 상온 내지 300℃에서 수행할 수 있지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다. In one embodiment of the present invention, the step (S1) of forming the tin oxide (20) thin film can be performed at a temperature of from room temperature to 300 캜, but the present invention is not necessarily limited thereto.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에서, 기판(10)은 SiO2 또는 Al2O3일 수 있고, 예를 들어, Al2O3 기판은 ALD 방법으로 SiO2 기판 위에 Al2O3 박막을 형성하는 형태로 이루어질 수 있다. Further, in one embodiment of the present invention, the substrate 10 may be SiO 2 or Al 2 O 3. For example, an Al 2 O 3 substrate may be formed by forming an Al 2 O 3 thin film on an SiO 2 substrate by ALD Or the like.

본 발명의 일 실시 형태에서, Al2O3 박막은 ALD 방법을 사용하여 SiO2 기판 위에 증착 온도 350℃에서 4nm 두께의 박막을 형성하였고, 이러한 본 발명의 기판(10) 형성의 온도와 두께가 반드시 한정되지는 않는다. In one embodiment of the present invention, the Al 2 O 3 thin film was formed on the SiO 2 substrate using ALD method to form a thin film having a thickness of 4 nm at a deposition temperature of 350 ° C., and the temperature and thickness of the substrate 10 of the present invention But is not necessarily limited to.

본 발명의 일 실시 형태에서, SiO2 박막과 Al2O3 박막을 선택한 이유는 박막의 표면에너지 때문이다. 구체적으로, SiO2 박막의 표면에너지는 이황화주석 박막보다 작고, Al2O3 박막의 표면에너지는 황화주석 박막보다 크기 때문에 계면 사이의 표면에너지에 차이에 따른 이황화주석의 상전이 및 표면 형상 변화를 비교하기 위한 것이다. In one embodiment of the present invention, the reason why the SiO 2 thin film and the Al 2 O 3 thin film are selected is due to the surface energy of the thin film. Specifically, since the surface energy of the SiO 2 thin film is smaller than that of the tin disulfide thin film and the surface energy of the Al 2 O 3 thin film is larger than that of the tin sulphide thin film, the phase transition of the tin- .

또한, 본 발명의 일 실시 형태에서, 황화주석(30) 박막 형성 방법에 있어서, H2S 가스를 이용하여 산화주석(20) 박막 상에 황화처리하는 단계는, 급속열처리장비(RTA)에서 진행되었으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다. In the embodiment of the present invention, the step of sulfiding the tin oxide (20) thin film by using the H 2 S gas in the tin sulfide (30) thin film forming method is performed in a rapid thermal annealing equipment However, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시 형태에서, H2S 가스를 이용하여 산화주석(20) 박막상에 황화처리하는 단계는 H2S (3.5%) 및 Ar의 혼합 가스를 5분 동안 100 mtorr 압력에서 300℃ 내지 400℃ 의 온도 범위에서 수행될 수 있다. In one embodiment of the present invention, H 2 S gas method comprising sulfiding the tin oxide (20) thin film by using the H 2 S gas mixture (3.5%), and Ar at 100 mtorr pressure for 5 minutes and 300 ℃ Lt; 0 > C to 400 < 0 > C.

도 3a 및 도 3b는 원자층 증착법을 이용하여 사이클 수에 따른 산화주석(20) 박막의 두께 변화와 H2S 가스를 이용하여 황화처리를 통해 생성된 황화주석(30) 박막의 두께 변화를 보여주는 그래프이다. FIGS. 3A and 3B are graphs showing changes in the thickness of the tin oxide (20) thin film according to the number of cycles and the thickness variation of the tin sulfide (30) thin film produced through sulfidation using H 2 S gas using atomic layer deposition Graph.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 가로축은 산화주석 원자층 증착법의 싸이클 수이고 세로축은 증착된 일산화주석 및 이산화주석의 두께(도 3a)와 H2S 가스를 이용하여 산화주석 박막 상에 황화처리하여 형성된 황화주석의 두께 변화(도 3b)를 나타낸다. 3A and 3B, the abscissa represents the number of cycles of the tin oxide atomic layer deposition process, and the ordinate represents the thickness of the deposited tin monoxide and tin dioxide (FIG. 3A) and the H 2 S gas on the tin oxide thin film (Fig. 3B) of the tin sulfide formed by sulfiding treatment.

원자층 증착법으로 일산화주석 및 이산화주석 박막을 형성할 경우, 도 2a에도시된 바와 같이, 원자층 증착법의 싸이클 수에 따라 박막의 두께가 비례적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, H2S 가스를 일산화주석 박막 및 이산화주석에 황화처리 할 경우, 일산화주석 및 이산화주석 박막의 두께가 증가함에 따라 산화주석의 박막 두께 또한 증가하는 현상이 관찰되며, 이는 산화주석 박막의 두께 변화를 통해 이황화주석의 두께를 제어할 수 있음을 의미한다.When the tin monoxide and tin dioxide thin films are formed by the atomic layer deposition method, the thickness of the thin film is proportional to the number of cycles of the atomic layer deposition method as shown in FIG. 2A. Further, as shown in FIG. 3B, when the H 2 S gas is sulfided to the tin monoxide film and the tin dioxide film, the film thickness of the tin oxide film is also increased as the thickness of the tin monoxide film and the tin dioxide film is increased , Which means that the thickness of the tin disulfide can be controlled by changing the thickness of the tin oxide thin film.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석 표면의 사진이다. 4 is a photograph of a tin disulfide surface formed in accordance with one embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 4는 SiO2 기판(도 4a 및 도 4b)과 Al2O3 기판(도 4c 내지 도 4e) 상에 증착된 일산화주석(SnO) 박막에, 각각 황화처리를 300℃, 400℃, 450℃에서 진행했을 시에 합성된 이황화주석 표면의 사진이다. 한편, 본 발명의 일 실시 형태에서는 일산화주석 박막의 두께를 15nm로 고정하였다. Specifically, Figure 4 is a SiO 2 substrate (Fig. 4a and 4b) and Al 2 O 3 substrate (Figure 4c through 4e) in monoxide tin (SnO) thin film deposited on each of the sulfiding 300 ℃, 400 ℃ , And the surface of tin disulfide synthesized at 450 ° C. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the thickness of the tin monoxide film was fixed at 15 nm.

도 4a에 도시된 바와 같이, SiO2 기판 상에 증착된 일산화주석 박막을 300℃에서 황화처리를 진행하였을 경우, 박막 표면이 거칠지 않고 연속된 매우 균일한 박막이 형성된 것을 관찰할 수 있었다. 이에 반하여, 도 4b에 도시된 바와 같이, 400℃에서 황화처리를 진행하였을 경우, 박막 표면이 거칠어지는 문제가 발생하며 연속되지 않고 불균일한 박막이 형성된 것을 관찰할 수 있었다. As shown in FIG. 4A, when a thin film of tin monoxide deposited on a SiO 2 substrate was subjected to sulfiding treatment at 300 ° C, it was observed that a thin and uniform thin film was formed without a rough surface. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the sulfidation treatment was carried out at 400 ° C, the surface of the thin film was roughened, and a non-uniform thin film was formed.

그 이유는, 상대적으로 SiO2 기판보다 높은 황화주석의 표면에너지로 인해 전체 에너지를 낮추는 방향으로 박막이 형성되기 때문으로, 연속된 박막이 형성되기 보다는 아일랜드(island) 형태로 박막이 형성되기 때문이다. This is because the thin film is formed in the island shape rather than the continuous thin film because the thin film is formed in a direction to lower the total energy due to the surface energy of the tin sulfide relatively higher than the SiO 2 substrate .

그러나, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, Al2O3 기판 상에 증착된 일산화주석 박막을 각각 300℃와 400℃에서 황화처리를 진행한 경우에는, 박막 표면이 거칠지 않고 연속된 균일한 박막이 형성된 것을 관찰할 수 있었다. However, as shown in FIGS. 4C and 4D, when the tin monoxide deposited on the Al 2 O 3 substrate is subjected to sulphidation at 300 ° C. and 400 ° C., the surface of the thin film is not rough, The formation of the thin film was observed.

그 이유는, 상대적으로 Al2O3 기판의 표면에너지보다 낮은 이황화주석의 표면에너지 때문이다. 그러나, 도 4e에 도시된 바와 같이, 450℃에서 황화처리를 진행했을 시에는 박막이 거칠어지고, 손상을 입는 문제점이 일어남을 알 수 있었다. 따라서, 황화처리의 온도는 300℃ 내지 400℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다. The reason for this is due to the surface energy of tin disulphide, which is relatively lower than the surface energy of the Al 2 O 3 substrate. However, as shown in FIG. 4E, when the sulfidation treatment was performed at 450 ° C, it was found that the thin film was rough and damaged. Therefore, the temperature of the sulfidation treatment is preferably set in the range of 300 ° C to 400 ° C.

도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 SiO2 기판 상에서 증착된 일산화주석 박막을 300℃ 내지 400℃에서 황화처리를 진행한 경우, 합성된 황화주석의 Sn(도 5a), S(도 5b) 및 O(도 5c)의 화학적 결합을 보여주는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship between Sn (FIG. 5A) and S (FIG. 5B) of the synthesized tin sulfide when the thin film of tin monoxide deposited on the SiO 2 substrate according to the embodiment of the present invention is subjected to sulfiding treatment at 300 ° C. to 400 ° C., And O (Figure 5c).

구체적으로, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, SiO2 기판 상에 증착된 일산화주석을 300℃, 350℃ 및 400℃에서 황화처리를 진행하였을시, X선 광전자분광(x-ray photoelectron spectroscopy) 분석의 Sn(도 5a) 및 S(도 5b)의 스펙트럼이 하나의 화학적 결합으로 보이지 않고 여러 화합적 결합이 혼합되어 있음을 확인할 수 있다. 이를 통해, SiO2 기판 상에 형성된 일산화주석은 황화처리 이후 이황화주석의 단일막이 아닌 일황화주석과 이황화주석이 혼합된 형태로 생성되었음을 알 수 있다. More specifically, as shown in FIGS. 5A to 5C, when the tin monoxide deposited on the SiO 2 substrate was subjected to sulfiding treatment at 300 ° C, 350 ° C, and 400 ° C, X-ray photoelectron spectroscopy ) Analysis shows that the spectrum of Sn (FIG. 5A) and S (FIG. 5B) is not seen as a single chemical bond and that various harmonic bonds are mixed. As a result, it can be seen that the tin monoxide formed on the SiO 2 substrate was formed as a mixture of tin disulphide and tin disulphide, which is not a single film of tin disulphide after the sulfiding treatment.

또한, 도 5a를 참조하면, 400℃ 이상의 높은 온도에서 황화처리를 하게 되면 Sn 성분이 포함된 혼합상이 생성되는 것을 알 수 있다. 즉, Sn 또한 높은 표면에너지로 인해 연속된 박막을 형성하기보다는 주로 아일랜드 형태로 성장을 하기 때문에, 비교적 낮은 표면에너지를 갖는 SiO2 기판 위에서 균일한고 연속적인 황화주석 박막을 성장시키기 매우 어려움을 알 수 있다. Also, referring to FIG. 5A, it can be seen that when the sulfuration treatment is performed at a temperature of 400 ° C or higher, a mixed phase containing Sn components is produced. That is, it is difficult to grow a uniform and continuous tin sulphide thin film on a SiO 2 substrate having a relatively low surface energy because Sn grows mainly in island form rather than forming a continuous thin film due to high surface energy. have.

또한, 도 5c를 참조하면, SiO2 기판 상에 증착된 일산화 주석을 황화처리를 진행하였을시 O의 결합을 나타내는 그래프에서, Sn과 O의 결합 피크가 관찰되는 것을 보아 일산화주석 박막에 황화처리를 통해 황화주석 성장이 완벽히 시행되지 않았음을 알 수 있다. In addition, referring to FIG. 5C, in the graph showing the bond of O when the sulfide treatment of the tin monoxide deposited on the SiO 2 substrate is proceeded, the binding peak of Sn and O is observed, It can be seen that the tin sulfide growth was not completely performed.

또한, 도 5c를 참조하면, SiO2 기판 상에 증착된 일산화주석을 400℃에서 H2S 가스로 황화처리를 진행하였을시 O의 결합을 나타내는 그래프에서, 기판의 Si과 O의 결합이 관찰된다. 이는, 일반적으로 X선 광전자분광법은 표면 부근의 매우 얇은 영역에서만 신호를 검출하기 때문에, Si 의 신호가 관찰되었다는 것은 연속적이지 않은 박막 형성으로 인하여 기판이 일부가 표면에 드러났음을 의미한다. 이러한 사항은 전술한 도 4b의 표면 형상에서 관찰한 사실을 뒷받침하는 결과로 볼 수 있다.In addition, referring to FIG. 5C, in the graph showing the bond of O when selenization of tin monoxide deposited on a SiO 2 substrate at 400 ° C with H 2 S gas is observed, bonding of Si and O to the substrate is observed . This means that X-ray photoelectron spectroscopy detects signals only in very thin regions near the surface, so that the observation of Si signals means that some of the substrate is exposed to the surface due to non-continuous film formation. This can be seen as a result of observing the above-described surface profile of FIG. 4B.

도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, Al2O3 기판 상에서 증착된 일산화주석 박막을 300℃ 내지 400℃에서 황화처리를 진행하였을시에 합성된 이황화주석의 Sn (도 6a), S (도 6b) 및 O (도 6c)의 화학적 결합을 보여주는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the relationship between Sn (Fig. 6A) and S (tantalum disulfide) synthesized in the sulfide treatment of a tin monoxide thin film deposited on an Al 2 O 3 substrate at 300 ° C to 400 ° C according to another embodiment of the present invention. Fig. 6B) and O (Fig. 6C).

도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, Al2O3 기판 상에 증착된 일산화주석을 각각 300℃, 350℃ 및 400℃ 에서 황화처리를 진행하였을시, 합성된 박막은 이황화주석의 화학적 성분 및 결합을 가지고 있는 것을 관찰할 수 있다. As shown in FIGS. 6A to 6C, when the tin monoxide deposited on the Al 2 O 3 substrate was subjected to sulphation treatment at 300 ° C, 350 ° C, and 400 ° C, respectively, the synthesized thin film had a chemical composition of tin disulphide Linkage. ≪ / RTI >

구체적으로, 황화처리 온도에 관계없이 Sn (도 6a)와 S (도 6b)의 결합 피크들이 이황화주석의 결합에너지 값을 갖고 있는 것으로 확인할 수 있다.Specifically, it can be confirmed that the binding peaks of Sn (FIG. 6A) and S (FIG. 6B) have binding energy values of tin disulfide irrespective of the sulfurization treatment temperature.

또한, Al2O3 기판 상에 증착된 일산화 주석을 400℃ 에서 황화처리를 진행하였을시, O의 결합을 나타내는 그래프(도 6c)에서는 Al과 O의 결합 피크가 관찰되지 않고, Sn과 O의 결합 피크 역시 관찰되지 않은 것으로 보아, 황화처리를 통해 혼합상이 아닌 이황화주석 단일상 박막이 생성된 것을 확인할 수 있다. In addition, when the tin monoxide deposited on the Al 2 O 3 substrate was subjected to the sulfidation treatment at 400 ° C, the bonding peak of Al and O was not observed in the graph showing the bond of O (FIG. 6c) As no binding peak was observed, it was confirmed that a single thin film of disulfide disulfide was produced by sulfiding treatment.

도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석 박막의 상변화와 결정화도를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 7a은 SiO2 기판에 증착된 일산화박막을 각각 300℃, 350℃ 및 400℃ 황화처리 온도별로 합성된 황화주석 박막의 상변화 결정화도를 나타내는 XRD(X-ray Diffraction) 그래프이고, 도 7b는 Al2O3 기판상에 증착된 일산화박막을 각각 300℃, 350℃ 및 400℃ 황화처리 온도별로 합성된 황화주석 박막의 상변화 결정화도를 나타내는 XRD 그래프이다. 7 is a graph showing a phase change and crystallinity of a tin disulfide thin film formed according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 7A is an X-ray diffraction (XRD) graph showing the phase change crystallinity of the tin sulfide thin film synthesized by the sulfidation treatment temperatures of 300 ° C., 350 ° C. and 400 ° C., respectively, on the SiO 2 substrate, 7b is an XRD graph showing the phase change crystallinity of a tin sulfide thin film synthesized by a sulphidation treatment temperature of 300 ° C, 350 ° C and 400 ° C, respectively, on a monooxide thin film deposited on an Al 2 O 3 substrate.

도 7a를 참조하면, SiO2 기판 위에서 형성된 황화주석 박막은 단일한 화학상으로 형성되지 않고, 이황화주석과 일황화주석의 결정구조를 갖는 두 가지 물질의 혼합상을 띄고 있는 것으로 관찰된다. 그러나, 도 7b를 참조하면, Al2O3 기판 위에서 형성된 황화 주석 박막은 이황화주석의 단일상이 황화처리 온도에 관계없이 형성된 것을 확인하였다.Referring to FIG. 7A, it is observed that the tin sulfide thin film formed on the SiO 2 substrate is not formed in a single chemical form but has a mixed phase of two materials having a crystal structure of tin disulfide and tin sulfide. However, referring to FIG. 7B, it was confirmed that the tin sulfide thin film formed on the Al 2 O 3 substrate formed a single phase of tin disulfide regardless of the sulphiding temperature.

따라서, 일산화주석 박막을 H2S 가스로 황화처리하여 황화주석 박막을 형성할 때는 황화주석 박막보다 표면에너지가 큰 기판 위에서 합성하는 것이 표면에너지가 작은 기판에서 합성하는 것보다 유리함을 알 수 있다.Therefore, when a tin monoxide thin film is subjected to sulfidation with H 2 S gas to form a tin sulfide thin film, synthesis on a substrate having a surface energy larger than that of a tin sulfide thin film is more advantageous than synthesis on a substrate having a small surface energy.

또한, H2S 가스를 이용하여 일산화주석 위에 황화처리하는 경우, 황화처리 온도는 상변화에 영향을 미치지 못하지만, 황화처리 온도가 증가함에 따라 XRD 피크의 크기가 커지고, 반가폭이 감소하는 것으로 보아 황화처리 온도가 증가할수록 황화주석의 결정화도는 증가하는 것을 확인하였다.In addition, when the sulfide treatment is performed on tin monoxide using H 2 S gas, the sulphidation temperature does not affect the phase change. However, as the sulphidation temperature increases, the XRD peak becomes larger and the half- It was confirmed that the crystallinity of tin sulfide increased with increasing sulphide treatment temperature.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따라 형성된 이황화주석 박막의 상변화와 결정화도를 나타내는 그래프, 표면 형상의 사진 및 화학적 결합을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 8a는 Al2O3 기판 상에 증착된 이산화주석(SnO2) 박막을 각각 300℃, 350℃ 및 400℃ 황화처리 온도별로 합성된 황화주석 박막의 상변화와 결정화도를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8b는 Al2O3 기판 상에 증착된 이산화주석 박막을 400℃에서 황화처리를 진행하여 합성된 황화주석 표면의 사진이고, 도 8c는 Al2O3 기판 상에서 성장한 황화주석 박막의 O 와의 화학적 결합을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing a phase change and crystallization degree of a tin disulfide thin film formed according to another embodiment of the present invention, a photograph of a surface shape, and chemical bonding. Specifically, FIG. 8A is a graph showing the phase change and the degree of crystallization of a tin oxide thin film (SnO 2 ) deposited on an Al 2 O 3 substrate, respectively, at a temperature of 300 ° C., 350 ° C., and 400 ° C., respectively . 8B is a photograph of the surface of tin sulfide synthesized by subjecting a tin dioxide film deposited on an Al 2 O 3 substrate to a sulfidation treatment at 400 ° C, and FIG. 8C is a photograph of the surface of a tin sulfide film grown on an Al 2 O 3 substrate, ≪ / RTI >

도 8a를 참조하면, 이산화주석 박막을 황화처리를 통해 합성된 황화주석 박막은 결정화가 되지 않은 것을 XRD 그래프의 피크가 관찰되지 않는 사실로 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8A, a tin sulfide thin film synthesized by sulfiding a tin dioxide thin film can be confirmed as a fact that the peak of the XRD graph can not be observed when no crystallization occurs.

또한, 도 7b를 참조하면, 중간 부위의 다수 지점에서 알맹이들이 존재하는 것으로 보아, 황화처리 도중에 박막에 손상이 가해진 것을 관찰할 수 있고, 이를 통해, 400℃ 보다 더 높은 온도에서는 황화처리를 실시하기 어렵다는 것을 알 수 있다. 또한, 물질의 결정화는 열처리 온도에 따른 의존도가 높기 때문에 황화주석의 결정화가 어렵다는 것 역시 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 7B, it can be seen that damage is applied to the thin film during the sulfidation treatment, as a result of the existence of the tablets at many points in the middle portion, whereby the sulfidation treatment is performed at a temperature higher than 400 ° C It can be seen that it is difficult. It can also be seen that the crystallization of the material is difficult due to the high dependence of the heat treatment temperature on crystallization of the tin sulfide.

도 8c을 참조하면, 300℃ 와 350℃ 에서 Sn과 O 원소 결합 피크가 존재하는 것으로 보아, 황화처리가 제대로 진행되지 않은 것을 알 수 있다. 이는 이산화주석 박막에서 Sn과 O의 결합에너지가, 일산화주석에서의 Sn과 O원소의 결합에너지보다 강하기 때문에 더 높은 온도에서 황화처리가 필요하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 400℃에서 황화처리를 실시하면 단일막이 아닌 일황화주석과 이황화주석, 주석이 혼합된 박막이 생성된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8C, Sn and O element binding peaks exist at 300 ° C and 350 ° C, indicating that the sulphide treatment is not proceeding properly. It can be seen that the binding energy of Sn and O in the tin dioxide thin film is stronger than the binding energy of Sn and O elements in the tin monoxide, so that the sulphide treatment is required at a higher temperature. However, when the sulphide treatment is performed at 400 ° C, it can be seen that a thin film mixed with tin sulphide, tin disulfide and tin, which is not a single film, is produced.

따라서, 산화주석 박막을 황화처리하여 황화주석 박막을 형성할 때는, Sn과 O의 결합력이 강한 이산화주석 박막보다는, Sn과 O의 결합력이 약한 일산화주석 박막을 황화처리하는 것이 더 유리함을 알 수 있다. Therefore, it is more advantageous to sinter a tin monoxide thin film having a weak binding force between Sn and O than a tin dioxide thin film having a strong binding force between Sn and O when forming a tin sulphide thin film by sulfiding a tin oxide thin film .

전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and are not intended to limit the invention to the embodiments, and the scope of the present invention is not limited by the above- And all changes or modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims and the equivalents shall be construed as being included within the scope of the present invention.

10 기판
20 산화주석
30 황화주석
10 substrate
20 tin oxide
30 Tin Sulfide

Claims (11)

산화알루미늄 기판 상에 일산화주석 박막을 형성하는 단계;
상기 일산화주석 박막을 황화처리하는 단계; 및
상기 황화처리는 황화수소 가스로 300℃내지 400℃범위에서 열처리하여 단일상의 이황화주석 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 산화알루미늄 기판의 표면 에너지는, 형성되는 상기 이황화주석 박막의 표면 에너지보다 큰 것을 특징으로 하는 단일상의 이황화주석 박막 형성 방법.
Forming a tin monoxide thin film on an aluminum oxide substrate;
Sulfiding the tin monoxide thin film; And
Wherein the sulfiding treatment comprises a step of forming a single phase tin disulfide thin film by heat treatment in a range of 300 ° C to 400 ° C with a hydrogen sulfide gas,
Wherein the surface energy of the aluminum oxide substrate is greater than the surface energy of the tin disulfide thin film to be formed.
제 1 항에 있어서,
상기 일산화주석 박막은 원자층 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단일상의 이황화주석 박막 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the tin monoxide thin film is formed by atomic layer deposition.
삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 원자층 증착법은,
상기 기판 상에 주석 원료를 공급하는 단계;
상기 주석 원료를 퍼지하는 단계;
산소 원료를 공급하는 단계; 및
상기 산소 원료를 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일상의 이황화주석 박막 형성 방법.
3. The method of claim 2,
In the atomic layer deposition method,
Supplying a tin material on the substrate;
Purging the tin material;
Supplying an oxygen source; And
And purging the oxygen source to form a single phase tin disulfide thin film.
제 4 항에 있어서,
상기 원자층 증착법은, 상온 내지 300℃범위에서 실시되는 것을 특징으로 하는 단일상의 이황화주석 박막 형성 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the atomic layer deposition method is performed at a temperature ranging from room temperature to 300 占 폚.
삭제delete 제 5 항에 있어서,
상기 일산화주석 박막의 두께는 상기 원자층 증착법의 사이클 수에 따라 결정되며, 상기 이황화주석 박막의 두께는 상기 일산화주석 박막의 두께에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 단일상의 이황화주석 박막 형성 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the thickness of the tin monoxide thin film is determined according to the number of cycles of the atomic layer deposition method and the thickness of the tin disulfide thin film is determined by the thickness of the tin monoxide thin film.
삭제delete 삭제delete 제 4 항에 있어서,
상기 주석 원료는, 이염화주석, 사염화주석, 테트라키스-디메틸아미노 주석, 테트라키스-디에틸아미노 주석, 테트라키스-에틸메틸아미노 주석, 비스-비스-트리메틸실릴-아미노 주석, 테트라메틸 주석, 테트라에틸 주석, 트리메틸-페닐 주석, 디메틸라미노-2-메틸-2-프로폭시-주석(Ⅱ아세틸아세톤 주석 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일상의 이황화주석 박막 형성 방법.
5. The method of claim 4,
The tin material may be at least one selected from the group consisting of tin dichloride, tin tetrachloride, tetrakis-dimethylamino tin, tetrakis-diethylaminotin, tetrakis-ethylmethylaminotin, bis-bis-trimethylsilyl- A method for forming a single-phase tin disulfide thin film characterized by comprising at least one selected from ethyl tin, trimethyl-phenyl tin, dimethylamino-2-methyl-2-propoxy-tin (II acetyl acetone tin.
제 4 항에 있어서,
상기 산소 원료는, 물, 산소 기체, 공기, 질소와 산소의 혼합 가스, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 오존, 과산화수소, 산소 플라즈마 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일상의 이황화주석 박막 형성 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the oxygen raw material comprises at least one selected from the group consisting of water, oxygen gas, air, a mixed gas of nitrogen and oxygen, methanol, ethanol, isopropanol, ozone, hydrogen peroxide and oxygen plasma .
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