KR101960809B1 - 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자 - Google Patents

단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 상부에 배치되는 제1전극 및 제2전극; 상기 기판 상부에 배치되며 상기 제1전극에 연결되는 제1이차원 반도체; 상기 기판 상부에 배치되며 상기 제1이차원 반도체와 상기 제2전극을 연결하는 제2이차원 반도체; 상기 기판 하부에서 상기 제2이차원 반도체와 동일 수직선상에 배치되며, 복수개의 게이트 사이에 양자점을 형성하는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극에 연결되며, 주파수 제어를 통하여 상기 양자점의 단일 전자 방출 주기를 조절하는 신호 발생기를 포함하는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자를 제공한다.

Description

단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자{SEMI CONDUCTOR DEVICE COMPRISING SINGLE-ELECTRON PUMP}
본 발명의 일실시예는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.
최근 양자표준삼각형(Quantum Metrology Triangle)을 위한 양자전류 표준(Quantum Current Standard)에 관한 응용분야의 발달로 인하여 나노와이어 또는 양자점에서의 단전자 펌프(Single Electron Pump)가 각광받고 있다.
단전자 펌프는 기가 헤르츠(GHz) 단위의 펌핑 주파수에서 펌핑 전류량의 정확성이 우수하다. 또한, 단전자 펌프의 병렬화도 간단하게 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 높은 자계(high magnetic field)에서 단전자 펌프는 펌프 전류량의 정확성이 더욱 향상된다.
한편, 기존 반도체 소자는 n타입 반도체 물질에서 방출되는 다수의 전자가 p형 반도체 물질과의 경계면에서 재결합하여 다수의 광자가 출력되는 구조를 가지고 있다. 따라서, 반도체 소자의 세밀하고 정확한 전류 제어가 어렵다는 문제가 잇다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단전자 펌프를 이용하여 정확한 전류량 조절이 가능한 반도체 소자를 제공하는데 있다.
또한, 단전자펌프에서 출력된 단일 전자들에 의해 단일 광자들을 원하는 주파수로 출력할 수 있는 반도체 소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 상부에 배치되는 제1전극 및 제2전극; 상기 기판 상부에 배치되며 상기 제1전극에 연결되는 제1이차원 반도체; 상기 기판 상부에 배치되며 상기 제1이차원 반도체와 상기 제2전극을 연결하는 제2이차원 반도체; 상기 기판 하부에서 상기 제2이차원 반도체와 동일 수직선상에 배치되며, 복수개의 게이트 사이에 양자점을 형성하는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극에 연결되며, 주파수 제어를 통하여 상기 양자점의 단일 전자 방출 주기를 조절하는 신호 발생기를 포함하는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
상기 제1이차원 반도체는 p타입 이차원 반도체이며, 상기 제2이차원 반도체는 n타입 이차원 반도체일 수 있다.
상기 제1 및 제2　이차원　반도체　물질은 각각 전이금속 디칼코게나이드일 수 있다.
상기 제1이차원 반도체는 WS2를 포함하고, 상기 제2이차원 반도체는 MoS2를 포함할 수 있다.
상기 신호 발생기는 상기 게이트 전극의 두께에 따라 0.9eV 내지 2eV사이의 에너지 갭을 변화시킬 수 있다.
상기 기판은 h-BN(hexagonal-boron nitride) 층인 단전자 펌프를 포함할 수 있다.
상기 제1이차원 반도체의 일단과 상기 제2이차원 반도체의 일단은 상호 중첩되어 중첩 영역을 형성할 수 있다.
상기 게이트 전극은 상기 중첩 영역과 겹치지 않도록 상기 제2이차원 반도체와 동일 수직선상에 배치될 수 있다.
본 발명인 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자는 전자 단위로 전류를 흘려 보낼 수 있고, 이에 따라 미세한 전류를 매우 정확한 수준으로 제어할 수 있다.
또한, 적외선에서부터 가시광선을 포함하는 다양한 파장대역의 광자를 방출할 수 있다.
또한, 단전자펌프에서 출력된 단일 전자들에 의해 단일 광자들을 원하는 주파수로 출력할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른　단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자의 개념도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자의 단면도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단전자 펌프를 설명하기 위한 도면이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른　단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자의 개념도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자의 단면도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자는 단전자 펌프(10), 기판(20), 제1전극(31), 제2전극(32), 제1이차원 반도체(41), 제2이차원 반도체(42)를 포함할 수 있다.
기판(20)은 h-BN(hexagonal-boron nitride)층일 수 있다. h-BN은 육방정계(hexagonal)의 격자구조를 가지며 전기 절연성을 지닌다. h-BN은 원자수준에서 아주 평평하고, 그래핀의 격자 상수값과 유사한 0.250nm의 격자 상수값을 가진다. h-BN은 열적 안정성 및 기계적 강도가 매우 뛰어나며, 열전도율이 크고 고온 하에서 전기 절연성의 저하가 적다.
제1전극(31) 및 제2전극(31)은 기판(20) 상에 상호 이격되어 배치될 수 있다. 제1전극(31)은 제1　이차원　반도체(41)와 연결되고, 제2전극(32)은 제2　이차원　반도체(42)와 연결된다.
제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은 제1　이차원　반도체(41)와 제2　이차원　반도체(42)가 중첩된 영역(p-n 접합구조)(50)을 사이에 두고, 제1　이차원　반도체(41)와 제2　이차원　반도체(42)상에 각각 형성될 수 있다.
이때, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은 제1　이차원　반도체(41) 또는 제2　이차원　반도체(42)의 타단과 중첩되도록 형성된 것이면 특별히 이에 제한되지 않지만, 제1 전극(31)이 제1　이차원　반도체(41)에서 제2　이차원　반도체(42)와 중첩되지 않은 타단과 접촉되도록 형성될 수 있고, 제2 전극(32)은 제2　이차원　반도체(42)의 타단과 접촉되도록 형성될 수 있다.
즉, 제1 전극(31)은 제1 이차원　반도체(41)의 타단 표면에 적층되고, 제2 전극(32)은 제2　이차원　반도체(42)의 타단 표면에 적층될 수 있다.
또한 제1 전극(31)은 제1　이차원　반도체(41)의 일부 표면의 면적과 동일하거나 더 작을 수 있고, 또는 면적이 더 커 제1　이차원　반도체(41)에서 제2　이차원　반도체(42)와 중첩되지 않은 타단 표면을 완전히 덮도록 형성될 수 있다.
제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은　반도체　소자에 사용되는 통상의 전극 소재라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 제1 전극(31)은 Pt 일 수 있으며, 제2 전극(32)은 Ti/Au 일 수 있다. 다만 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)의 위치는 제1 이차원 반도체(41) 및 제2　이차원　반도체(42)에 따라 바뀔 수 있다.
제1 전극(31) 및 제2 전극(32)의 두께는 예를 들면, 50 내지 100 ㎚일 수 있다.
제1이차원 반도체(41)는 기판(20) 상부에 배치되며 제1전극(31)에 연결될 수 있다.
제2이차원 반도체(42)는 기판(20) 상부에 배치되며 제1이차원 반도체(41)와 제2전극(32)을 연결할 수 있다.
제1이차원 반도체(41)의 일단과 제2이차원 반도체(42)의 일단은 상호 중첩되어 중첩 영역(50)을 형성할 수 있다.
구체적으로 제1 이차원 반도체(41)와 제2　이차원　반도체(42)는 서로 마주보되, 제1　이차원　반도체(41)의 일단 표면 상에 제2　이차원　반도체(42)의 일단이 적층되어 중첩되도록 형성될 수 있다.
도1 및 도 2에 도시된 반도체 소자는 제2　이차원　반도체(42)가 제1이차원 반도체(41)의 상부에 적층된 형태이나, 제1 이차원 반도체(41) 및 제2　이차원　반도체(42)의 위치는 원하는 목적 또는 용도에 따라 바뀔 수 있다. 구체적으로 제2　이차원　반도체(42)의 일단 표면 상에 제1　이차원　반도체(41)의 일단이 중첩되도록 형성될 수 있다.
제1이차원 반도체(41) 및 2　이차원　반도체(42)는 각각 전이금속 디칼코게나이드일 수 있다. 전이금속 디칼코게나이드 물질은 서로 중첩되어 p-n 접합구조를 형성하는 물질에 따라 p 타입 또는 n 타입으로 사용될 수 있다. 구체적으로 제1이차원 반도체(41) 및 제2이차원 반도체(42)는 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, MoTe2, WTe2, TiS2, TiSe2　및 TiTe2　로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
구체적으로 제1　이차원　반도체(41)가 p 타입　반도체　물질이면, 제2　이차원　반도체(42)는 n 타입　반도체　물질이고, 제1　이차원　반도체(41)가 n 타입　반도체이면 제2　이차원　반도체(42)는 p 타입　반도체　물질일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 제1　이차원　반도체(41)는 p 타입　반도체　물질인 WS2이고, 제2　이차원　반도체(42)는 n 타입　반도체　물질인 MoS2일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 위에 설명한 다양한 전이금속 디칼코게나이드 물질이 선택되어 사용될 수 있다.
Mo와 W는 같은 족의 금속으로 원자 사이즈의 차이(공유결합 반경 차이: 0.08 Å)가 금속(Mo)과 S의 간격(1.54 Å)에 비해 매우 작으므로 중심 금속 원소가 변경되더라도 격자 부정합이 거의 발생하지 않으므로, MoS2와 WS2가 결합되었을 때, 이들이 중첩된 부위는 격자 부정합이 최소화 될 수 있다.
제1 이차원 반도체(41) 및 제2　이차원　반도체(42)는 각각 1 내지 7 ㎚의 두께를 가질 수 있다.
단전자 펌프(100)는 제1게이트 전극(11), 제2게이트 전극(12) 및 신호 발생기(13)를 포함할 수 있다.
게이트 전극(11, 12)은 기판(20) 하부에서 제2이차원 반도체(42)와 동일 수직선상에 배치되며, 2개의 게이트 사이에 양자점(QD)을 형성할 수 있다.
게이트 전극(11, 12)은 중첩 영역(50)과 겹치지 않도록 제2이차원 반도체(42)와 동일 수직선상에 배치될 수 있다. 즉, 게이트 전극(11, 12)은 n타입 이차원 반도체인 제2이차원 반도체(42)와 동일 수직선상에 위치하도록 배치될 수 있으며, 이 때, p타입 반도체인 제1이차원 반도체(41)와 중첩되는 중첩 영역(50)을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다.
제1 이차원 반도체(41) 및 제2　이차원　반도체(42)의 중첩 영역(50)의 넓이는 게이트 전극(11, 12)의 넓이에 따라 결정될 수 있다. 즉, 제2이차원 반도체(42)에서 중첩 영역(5)을 제외한 나머지 영역의 넓이는 게이트 전극(11, 12) 영역의 넓이 보다 크게 형성되어야 하므로, 중첩 영역(50)의 넓이는 제2이차원 반도체(42)의 넓이에서 게이트 전극(11, 12)의 넓이를 뺀 값보다 작아야 한다. 즉, 중첩 영역(50), 게이트 전극(11, 12) 영역, 제2이차원 반도체(42) 영역의 넓이는 하기 수학식 1에 따른 조건을 만족해야 한다.
[수학식 1]
Figure 112018003912671-pat00001
본 발명의 일실시예에서, 게이트 전극(11, 12) 영역의 넓이는 제2이차원 반도체(42) 상에 배치된 게이트 전극(11, 12)의 넓이와 양저점(QD)의 간극의 넓이를 합한 의미로 사용될 수 있다.
이와 같이, 게이트 전극(11, 12)이 제1이차원 반도체(41)와 중첩되지 않는 제2이차원 반도체(42) 영역상에 배치됨으로써 게이트 전극(11, 12)에 의하여 제2이차원 반도체(42)에서 출력되는 단일 전자는 중첩 영역(50)으로 이동하여 단일 전자-홀 재결합을 통하여 단일 광자가 출력될 수 있다.
게이트 전극(11, 12)에 포함된 제1게이트(11) 및 제2 게이트(12)는 제 1 방향을 따라 기판(20) 하부에 배치된다. 제1게이트(11) 및 제2 게이트(12)는 제 2 방향을 따라 소정의 간격으로 이격된다. 예시적으로, 게이트(11, 12) 각각은 75nm의 너비를 가질 수 있다. 2개의 게이트(11, 12)는 75nm 간격으로 위치할 수 있다. 제1게이트(11) 및 제2 게이트(12) 사이의 간극에는 양자점(QD)이 형성된다.
이하에서, 상술된 구성요소들의 동작이 설명된다. 2개의 게이트(11, 12)에 인가되는 전압은 음전압일 것이다. 제 1게이트(11)에는 신호 발생기(13)로부터 신호(RF)가 공급된다. 이 경우, 제 1게이트(11)에 대응하는 양자점(QD)의 에너지 장벽이 신호(RF)에 따라 변화하면서, 전자의 펌핑 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제 1게이트(11)에 대응하는 양자점(QD)의 에너지 장벽은 입구 장벽(entrance barrier)일 수 있다. 제 2게이트(12)에 대응하는 양자점(QD)의 에너지 장벽은 출구 장벽(exit barrier)일 수 있다. 입구 장벽(entrance barrier)은 신호(RF)에 의해 낮아지거나 높아질 수 있다. 입구 장벽이 낮아질 경우, 단일 전자가 양자점(QD) 내부로 유입될 것이다. 이 후, 입구 장벽이 높아질 경우, 양자점(QD) 내부로 유입된 단일전자는 출구 장벽(exit barrier)을 넘어 외부로 유출될 것이다. 즉, 제1게이트(11)에 인가되는 신호(RF)에 따라 단일 전자가 펌핑된다. 다시 말해서, 단전자 펌프는 단일 전자의 펌핑 동작을 통해, 정확한 펌핑 전류 제어가 가능하다. 예시적으로, 펌핑 전류는 피코-스케일(pico-scale)의 범위를 가질 수 있다.
예시적으로, 도면에 도시되지는 않았지만, 단전자 펌프는 제 1 내지 제 2 게이트(11, 12)에 서로 다른 전압을 공급하는 전압 발생기를 더 포함할 수 있다.
신호 발생기(13)는 제1게이트 전극(11)에 연결되며, 주파수 제어를 통하여 양자점(QD)의 단일 전자 방출 주기를 조절할 수 있다. 신호 발생기(13)는 신호(RF)를 생성하여 제 1게이트(11)에 생성된 신호(RF)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기(13)는 무선 주파수를 갖는 신호(RF)를 생성하여 제 1게이트(11)에 공급할 수 있다. 무선 주파수는 10[kHz] 내지 300,000[MHz] 범위의 주파수를 가질 수 있다. 예시적으로, 신호(RF)의 주파수는 10[MHz] 내지 1[GHz]의 범위에 포함될 수 있다.
신호 발생기(13)는 양자점(QD)의 너비에 따라 0.9eV 내지 2eV사이의 에너지 갭을 변화시킬 수 있다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단전자 펌프를 설명하기 위한 도면이다.
단전자 펌프(100)는 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123), 중앙 게이트(130), 및 신호 발생기(140)를 포함한다.
제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123)은 제 1 방향을 따라 기판(200)의 하부에 배치된다. 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123)은 제 2 방향을 따라 소정의 간격으로 이격된다. 예시적으로, 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123) 각각은 75nm의 너비를 가질 수 있다. 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123)은 75nm 간격으로 위치할 수 있다. 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123)은 소정의 갭(gap)을 갖는다.
중앙 게이트(130)는 제 2 방향을 따라, 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123)의 갭(gap) 상에 제공된다. 중앙 게이트(130)는 양자점(QD)의 서브밴드 에너지 간격을 조절할 수 있다. 예를 들어, 중앙 게이트 전압(VMG)이 높아질수록 양자점(QD)의 서브밴드 에너지 간격은 커진다. 예시적으로, 양자점(QD)의 서브밴드 에너지 간격이 커짐으로서 펌핑 전류의 평활면의 편평도가 개선될 수 있다.
이하에서, 상술된 구성요소들의 동작이 설명된다. 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123)에 인가되는 전압들(VG1~VG3)은 음전압일 것이다. 중앙 게이트(130)에 인가되는 전압(VMG)은 양전압일 것이다. 제 1 스플릿-게이트(121)에 신호(RF)가 공급된다. 이 경우, 제 1 스플릿-게이트(121)에 대응하는 양자점(QD)의 에너지 장벽이 신호(RF)에 따라 변화하면서, 전자의 펌핑 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스플릿-게이트(121)에 대응하는 양자점(QD)의 에너지 장벽은 입구 장벽(entrance barrier)일 수 있다. 제 2 스플릿-게이트(122)에 대응하는 양자점(QD)의 에너지 장벽은 출구 장벽(exit barrier)일 수 있다. 입구 장벽(entrance barrier)은 신호(RF)에 의해 낮아지거나 높아질 수 있다. 입구 장벽이 낮아질 경우, 단일 전자가 양자점(QD) 내부로 유입될 것이다. 이 후, 입구 장벽이 높아질 경우, 양자점(QD) 내부로 유입된 단위전자는 출구 장벽(exit barrier)을 넘어 외부로 유출될 것이다. 즉, 제 1 스플릿-게이트(121)에 인가되는 신호(RF)에 따라 단일 전자가 펌핑된다. 다시 말해서, 단전자 펌프(100)는 단일 전자의 펌핑 동작을 통해, 정확한 펌핑 전류 제어가 가능하다. 예시적으로, 펌핑 전류는 피코-스케일(pico-scale)의 범위를 가질 수 있다.
예시적으로, 도면에 도시되지는 않았지만, 단전자 펌프(100)는 제 1 내지 제 3 스플릿-게이트들(121~123) 및 중앙 게이트(130)에 서로 다른 전압을 공급하는 전압 발생기를 더 포함할 수 있다.
신호 발생기는 게이트 전극에 연결되며, 주파수 제어를 통하여 양자점의 단일 전자 방출 주기를 조절할 수 있다. 신호 발생기는 신호(RF)를 생성하여 제 1스플릿-게이트에 생성된 신호(RF)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기는 무선 주파수를 갖는 신호(RF)를 생성하여 제 1스플릿-게이트에 공급할 수 있다. 무선 주파수는 10[kHz] 내지 300,000[MHz] 범위의 주파수를 가질 수 있다. 예시적으로, 신호(RF)의 주파수는 10[MHz] 내지 1[GHz]의 범위에 포함될 수 있다.
신호 발생기는 양자점의 너비에 따라 0.9eV 내지 2eV사이의 에너지 갭을 변화시킬 수 있다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단전자 펌프를 적용할 경우, N타입 반도체로부터 단일 전자가 방출되고, P타입 반도체와의 경계면(중첩 영역)에서 단일 전자-홀 재결합을 통하여 단일 광자를 출력하게 된다. 이 때, 양자점의 두께에 따라 0.9eV 내지 2eV사이의 에너지 갭을 변화시킬 수 있으며, 적외선에서부터 가시광선을 포함하는 다양한 파장대역의 광자를 방출할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 100: 단전자 펌프
11: 제1게이트
12: 제2게이트
121: 제1스플릿-게이트
122: 제2스플릿-게이트
123: 제3스플릿-게이트
130: 중앙 게이트
13, 140: 신호 발생기
20: 기판
31: 제1전극
32: 제2전극
41: 제1이차원 반도체
42: 제2이차원 반도체

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상부에 배치되는 제1전극 및 제2전극;
    상기 기판 상부에 배치되며 상기 제1전극에 연결되는 제1이차원 반도체;
    상기 기판 상부에 배치되며 상기 제1이차원 반도체와 상기 제2전극을 연결하는 제2이차원 반도체;
    상기 기판 하부에서 상기 제2이차원 반도체와 동일 수직선상에 배치되며, 복수개의 게이트 사이에 양자점을 형성하는 게이트 전극; 및
    상기 게이트 전극에 연결되며, 주파수 제어를 통하여 상기 양자점의 단일 전자 방출 주기를 조절하는 신호 발생기를 포함하는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1이차원 반도체는 P타입 이차원 반도체이며, 상기 제2이차원 반도체는 N타입 이차원 반도체인 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2　이차원　반도체　물질은 각각 전이금속 디칼코게나이드인 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1이차원 반도체는 WS2를 포함하고, 상기 제2이차원 반도체는 MoS2를 포함하는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 상기 양자점의 너비에 따라 0.9eV 내지 2eV사이의 에너지 갭을 변화시키는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 h-BN(hexagonal-boron nitride) 층인 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1이차원 반도체의 일단과 상기 제2이차원 반도체의 일단은 상호 중첩되어 중첩 영역을 형성하는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 상기 중첩 영역과 겹치지 않도록 상기 제2이차원 반도체와 동일 수직선상에 배치되는 단전자 펌프를 포함하는 반도체 소자.
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