KR102000338B1 - 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법 - Google Patents
금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법이 제공된다. 상기 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 보호막을 형성하는 단계, 및 상기 보호막이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막을 결정화시키는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 보호막이 형성된 기판을 열처리하여 금속 칼코겐 화합물 박막을 결정화 시키는 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법에 관련된 것이다.
고성능 위주의 지난 세월 동안의 수요와 달리, 디자인과 인간친화적인 제품을 선호하는 현 추세에 따라 유연하고 투명한 차세대 전자 제품의 관심이 증가하고 있다. 이와 같이, 유연 소자의 개발은 유연 디스플레이, 웨어러블 컴퓨터, 헬스케어, 로봇, 그리고 에너지 분야에 이르는 광범위한 영역에서 응용할 수 있다.
하지만, 기존 벌크 및 박막 기반의 전자 소자는 유연하지 않기에 압축·인장에 의한 수명 단축의 문제가 존재하며, 낮은 전하 이동도, 불안정한 계면 상태, 낮은 신뢰성 등의 문제점들이 존재하여 차세대 전자 제품에 적용에 어려움이 있다. 따라서, 초경량, 초박막, 고집적뿐만 아니라, 투명 및 유연 특성을 이룰 수 있는 새로운 전자 소재가 요구되고 있다. 이후 이와 같은 새로운 전자 소재에 대한 연구가 최근 몇 년 동안 활발히 진행 중이다.
특히, 2차원 분자층 구조를 가지는 새로운 소재들은 벌크에서 나타나지 않았던 새로운 물리적, 화학적, 전기적, 광학적 등 특성으로 인해 차세대 전자 재료들로서 각광받고 있다. 특히, 그 중 이황화 몰리브덴(molybdenum disulfide, MoS2), 이황화 텅스텐(Tungsten disulfide, WS2), 이황화 주석(Tin disulfide, SnS2)와 같은 칼코겐 화합물(Chalcogenide)은 그래핀이 갖지 못하는 전자 에너지 밴드를 갖고 있으며 전하의 이동도 또한 비교적 높아서 지난 10여년 동안 가장 많은 연구가 진행되고 있는 2차원 재료이다.
이에 따라, 칼코겐 화합물에 대한 많은 연구개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0048873(출원번호: 10-2015-0149510, 출원인: 연세대학교 산학협력단)에는, 알칼리 금속염이 로딩된 진공 챔버를 준비하는 단계(a), 및 상기 진공 챔버에 할라이드 리간드를 가지는 전구체 및 반응물질을 주입하여 CVD에 의해 전이금속 칼코겐 화합물을 합성하는 단계(b)를 포함하는 CVD를 이용한 전이금속 칼코겐 화합물 합성 방법이 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 높은 온도에서 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정화가 가능한 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성이 향상된 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 금속 칼코겐 화합물 박막의 오염이 감소된 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고신뢰성의 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 보호막을 형성하는 단계, 및 상기 보호막이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막을 결정화시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법은, 상기 보호막이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막을 결정화시키는 단계에서, 상기 보호막은, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막이 증발되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판 상에 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 칼코겐 원소를 포함하는 반응 가스 및 금속을 포함하는 전구체를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보호막은, 산화 알루미늄(Al2O3)를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 제1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 반응층(reaction layer)을 형성하는 단계, 및 상기 반응층이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 제2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반응층이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 제2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계는, 상기 반응층 상에 칼코겐 원소를 포함하는 소스 가스를 제공하는 단계, 및 상기 반응층이 상기 소스 가스와 반응하여 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막으로 변형되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막은, 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막보다 결정성이 높은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반응층은, 금속 또는 금속 산화물을 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 보호막을 형성하는 단계, 및 상기 보호막이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막을 결정화시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 금속 칼코겐 화합물 박막은, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 상기 보호막이 형성됨에 따라, 더욱 높은 온도에서 열처리될 수 있다. 이에 따라, 결정성이 향상된 고신뢰성의 금속 칼코겐 화합물 박막이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 장법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 제1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 반응층을 형성하는 단계, 및 상기 반응층이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 제2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법은, 한번의 열처리 공정으로 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물이 형성됨에 따라, 이종 접합된 물질 사이의 확산 현상이 방지되고, 접합력이 향상됨은 물론, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성이 향상될 수 있다. 결과적으로 공정 과정이 간소화 되고, 공정 시간이 단축된 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 열처리 온도에 따른 상태를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 열처리 온도에 따른 상태를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 열처리 온도에 따른 상태를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 열처리 온도에 따른 상태를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법이 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 공정을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도2를 참조하면, 기판(100)이 준비될 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은, 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 금속 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다.
상기 기판(100) 상에 금속 칼코겐 화합물 박막(110)이 형성될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100) 상에 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)을 형성하는 단계는, 상기 기판(100) 상에 반응 가스 및 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 반응 가스와 상기 전구체가 반응하여 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스는 칼코겐(chalcogen) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 칼코겐 원소는, 황(sulfur, S), 셀레늄(selenium, Se), 텔루륨(tellurium, Te)중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전구체는, 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 주석(tin, Sn), 텅스텐(tungsten, W) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판(100) 상에 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)이 형성된 후, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110) 상에 보호막(120)이 형성될 수 있다(S130). 예를 들어, 상기 보호막(120)은, 30nm 두께의 산화 알루미늄(Al2O3)막일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 보호막(120)은, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD), 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD)등으로 형성될 수 있다.
상기 보호막(120)이 형성된 상기 기판(100)은 열처리되어, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)이 결정화(crystallization)될 수 있다(S140). 상기 보호막(120)이 형성된 상기 기판(100)이 열처리되어, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)이 결정화되는 단계에서, 상기 보호막(120)은, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)이 증발되는 것을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로 말하면, 기상 증착법으로 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막은, 결정성을 향상시키기 위하여 열처리될 수 있다. 또한, 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성을 더욱 향상시키기 위하여, 열처리 단계에서 더욱 높은 온도가 요구될 수 있다. 하지만, 열처리 단계에서 온도가 높아짐에 따라, 금속 칼코겐 화합물 박막이 증발(evaporation)되거나, 상(phase)이 변하는 현상이 발생하여 금속 칼코겐 화합물 박막의 품질이 저하될 수 있다.
이 경우, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110) 상에 형성된 상기 보호막(120)은, 열처리 단계에서 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)이 증발되지 않도록 보호함에 따라, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)은 더욱 높은 온도에서 열처리 될 수 있다. 또한, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110) 상에 상기 보호막(120)이 형성됨에 따라, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)의 외부 노출에 따른 오염이 방지될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법은, 상기 기판(100)을 준비하는 단계, 상기 기판(100) 상에 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)을 형성하는 단계, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110) 상에 상기 보호막(120)을 형성하는 단계, 및 상기 보호막(120)이 형성된 상기 기판(100)을 열처리하여, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막(110)을 결정화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 결정성이 향상된 고신뢰성의 금속 칼코겐 화합물 박막이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법이 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(200)이 준비될 수 있다(S210). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(200)은, 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 금속 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다.
상기 기판(200) 상에 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)이 형성될 수 있다(S220). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(200) 상에 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)을 형성하는 단계는, 상기 기판(200) 상에 반응 가스 및 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 반응 가스와 상기 전구체가 반응하여 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스는 칼코겐(chalcogen) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 칼코겐 원소는, 황(sulfur, S), 셀레늄(selenium, Se), 텔루륨(tellurium, Te)중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전구체는, 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 주석(tin, Sn), 텅스텐(tungsten, W) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판(200) 상에 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)이 형성된 후, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210) 상에 반응층(220)이 형성될 수 있다(S230). 예를 들어, 상기 반응층(220)은, 금속 또는 금속 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응층(120)은, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD), 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD)등으로 형성될 수 있다.
상기 반응층(220)이 형성된 상기 기판(200)은 열처리되어, 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응층(220)이 형성된 상기 기판(200)이 열처리되어, 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)이 형성되는 단계는, 상기 반응층(220) 상에 칼코겐 원소를 포함하는 소스 가스를 제공하는 단계, 및 상기 반응층(220)이 상기 소스 가스와 반응하여 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)으로 변형되는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)은, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210) 상에 형성될 수 있다.
상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210) 및 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)은, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술된 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법에서 설명된 바와 같이, 열처리 됨에 따라 결정성이 향상될 수 있다. 다만, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210) 및 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)이 열처리되는 과정이 다름에 따라, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210) 및 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)의 결정성이 서로 다를 수 있다.
다시 말해, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)은, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)이 형성된 후 열처리될 수 있다. 반면, 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(220)은, 상기 반응층(220)이 열처리되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)은, 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)보다 결정성이 높을 수 있다.
상술된 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법과 달리, 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물을 제조하기 위하여 접합 구조물 각각에 대하여 증착 및 열처리 공정이 수행되는 경우, 공정 과정과 시간이 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 접합 구조물 각각에 대해 증착 및 열처리 공정이 수행됨에 따라, 이종 접합된 물질 사이에 확산(diffusion)이 발생하거나 접합력(adhesion)이 약해지는 문제가 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 장법은, 상기 기판(200)을 준비하는 단계, 상기 기판(200) 상에 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210) 상에 상기 반응층(220)을 형성하는 단계, 및 상기 반응층(220)이 형성된 상기 기판(200)을 열처리하여, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210) 상에 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막(230)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법은, 한번의 열처리 공정으로 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물이 형성됨에 따라, 이종 접합된 물질 사이의 확산 현상이 방지되고, 접합력이 향상됨은 물론, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막(210)의 결정성이 향상될 수 있다. 결과적으로 공정 과정이 간소화 되고, 공정 시간이 단축된 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법이 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법에 대한 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막 제조
기판 상에 황(S)을 포함하는 반응 가스 및 주석(Sn)을 포함하는 전구체를 제공하여 원자층 증착법으로 주석 황화물(SnS2) 박막을 형성하였다. 이후, 주석 황화물(SnS2) 박막 상에 원자층 증착법을 사용하여 30nm 두께의 산화 알루미늄(Al2O3)박막을 형성하고, 열처리 하여 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조하였다.
비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막 제조
기판 상에 황(S)을 포함하는 반응 가스 및 주석(Sn)을 포함하는 전구체를 제공하여 원자층 증착법으로 주석 황화물(SnS2) 박막을 형성하고, 열처리 하여 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조하였다.
상술된 실시 예 및 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 구조가 아래 <표 1>을 통하여 정리된다.
| 구분 | 구조 |
| 실시 예 | SnS2 박막 + Al2O3 박막 |
| 비교 예 | SnS2 박막 |
도 5는 본 발명의 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 열처리 온도에 따른 상태를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 상기 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막을 350℃의 온도에서 열처리한 경우, 2theta에 따른 intensity(a.u)를 측정하여 XRD(X-Ray Diffraction)그래프를 나타내고, 400℃의 온도에서 열처리한 경우, 2theta에 따른 intensity(a.u.)를 측정하여 XRD(X-Ray Diffraction)그래프를 나타내었다.
도 5에서 알 수 있듯이, 상기 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막이 350℃의 온도에서 열처리된 경우, 15의 2theta에서 피크(peak)가 나타나는 것이 확인되지만, 400℃의 온도에서 열처리된 경우, 피크가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 비교 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막은, 400℃의 온도에서 열처리되는 경우 증발된다는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 열처리 온도에 따른 상태를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막을 열처리 되기 전의 경우(asdep), 350℃의 온도에서 열처리한 경우, 400℃의 온도에서 열처리한 경우, 500℃의 온도에서 열처리한 경우, 600℃의 온도에서 열처리한 경우, 및 800℃의 온도에서 열처리한 경우에 대해 2theta에 따른 intensity(a.u)를 측정하여 XRD(X-Ray Diffraction)그래프를 나타내었다.
도 6에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막은, 350℃의 온도에서 열처리한 경우, 400℃의 온도에서 열처리한 경우, 500℃의 온도에서 열처리한 경우, 및 600℃의 온도에서 열처리한 경우, 15의 2theta에서 피크(peak)가 나타나는 것이 확인되지만, 열처리 되기 전의 경우, 및 800℃의 온도에서 열처리된 경우, 피크가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 보호막을 형성하는 것이, 더욱 높은 온도에서 열처리되어 결정성이 향상된 고신뢰성의 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 방법임을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100, 200: 기판
110: 금속 칼코겐 화합물 박막
120: 보호막
220: 제1 금속 칼코겐 화합물 박막
220: 반응층
230: 제2 금속 칼코겐 화합물 박막
110: 금속 칼코겐 화합물 박막
120: 보호막
220: 제1 금속 칼코겐 화합물 박막
220: 반응층
230: 제2 금속 칼코겐 화합물 박막
Claims (8)
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계;
상기 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 보호막을 형성하는 단계; 및
상기 보호막이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막을 결정화시키는 단계를 포함하되,
상기 보호막은, 산화 알루미늄(Al2O3)를 포함하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 보호막이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막을 결정화시키는 단계에서,
상기 보호막은, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막이 증발되는 것을 방지하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 기판 상에 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 칼코겐 원소를 포함하는 반응 가스 및 금속을 포함하는 전구체를 제공하는 단계를 포함하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법.
- 삭제
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 제1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계;
상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 반응층(reaction layer)을 형성하는 단계; 및
상기 반응층이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 제2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 반응층이 형성된 상기 기판을 열처리하여, 상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 제2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계는,
상기 반응층 상에 칼코겐 원소를 포함하는 소스 가스를 제공하는 단계; 및
상기 반응층이 상기 소스 가스와 반응하여 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막으로 변형되는 단계를 포함하고,
상기 제1 금속 칼코겐 화합물 박막은, 상기 제2 금속 칼코겐 화합물 박막보다 결정성이 높은 것을 포함하는 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제5 항에 있어서,
상기 반응층은, 금속 또는 금속 산화물을 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법.
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