KR102020495B1 - 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법 - Google Patents

전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

타겟 조성과 동일한 화학양론비를 갖는 박막을 제조하기 위해, 추가적인 칼코겐 원소를 공급할 수 있는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하는 단계; 및 (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계에서 기판 상에 분말 상태의 칼코겐 원소를 배치하여, 전자빔 조사에 의해 상기 분말 상태의 칼코겐 원소를 기화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하는 단계; 및 (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스를 주입하는 것을 특징으로 한다.

Description

전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법{METHOD OF MAMUFACTURING TRANSITION METAL DICHALCOGENIDE THIN FILM}
본 발명은 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스퍼터링 공정 및 전자빔 조사 시 발생하는 칼코겐 원소의 결핍을 보충하기 위해, 추가적인 칼코겐 원소를 공급할 수 있는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 나노 스케일의 전자 소자에 활용되는 반도체 물질로 전이금속 칼코겐화합물에 대한 관심이 급증하고 있다. 전이금속 칼코겐화합물은 MX2의 화학식으로 표현되며, 여기서 M은 주기율표 4족 내지 6족의 전이금속 원소이고, X는 주기율표 7족인 S, Se, Te 등의 칼코겐 원소이다. 이러한 전이금속 칼코겐화합물은 흑연과 유사한 층상구조를 가지며, 전기적 특성으로 인해 전자 소자에 적용하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
MoS2는 대표적인 전이금속 칼코겐화합물 소재로, 몰리브덴(Mo)이 황(S) 사이에 개재된 샌드위치 구조로 되어 있다. MoS2는 원자 간에 매우 강한 공유결합을 통해 층을 이루고 있다. 반면, 각 층들끼리는 약한 반데르발스 결합을 하는 이차원 층상구조를 갖는다.
대표적인 MoS2 제조 방법으로는 잉크 형태의 MoS2를 제조하여 기판 위에 적용하는 방법과 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용한 증착 방법이 제시된 바 있다. 잉크를 이용한 방법은 리튬 이온을 이용하기 때문에 가연성 및 희소성이 문제가 되며, 또한 형성된 MoS2의 균일성 또한 낮은 문제점이 있다. CVD를 이용한 방법은 700℃ 이상의 고온이 필요할 뿐만 아니라 균일한 막을 형성하기 쉽지 않다.
또한, 산업 현장에서 가장 널리 사용되고 있는 양산 공정인 스퍼터링 공정은 스퍼터링 증착 시 동작압력이 낮을수록 경량원소가 부족해진다. 예를 들어, MoS2와 WS2에서 경량원소인 S(원자량 32)에 비하면 Mo(원자량 96)는 중량원소이고, W(원자량 184)는 초중량원소이다. Mo와 W에 비해 질량이 가벼운 S는 스퍼터링 공정 중에 직진성이 떨어져서 기판에 도달되는 비율이 적을 수 있어 S의 결핍 현상이 발생하게 된다. 또한, 압력이 낮으면 경량원소에 비해 중량원소가 탄도수송의 경향을 보이기 때문에, 동작압력을 높이는 것이 중량원소의 탄도수송을 저지하기 위한 방법이라고 할 수 있다. 이에 따라, WS2는 MoS2보다 높은 동작압력에서 화학양론비를 만족할 수 있다.
도 1을 참조하면, 압력이 높을수록 경량원소인 Ti의 비율이 높아지고, 압력이 낮을수록 중량원소인 W의 비율이 높아지는 결과를 보여준다.
이처럼, 전이금속 칼코겐화합물 박막을 제조하는 과정에서 스퍼터링 증착 시 구성 원소인 황의 결핍 현상이 주로 발생하게 되며, 화학양론비의 조정이 제대로 이루어지지 않는 경우 타겟 조성과 동일한 화학양론비를 갖는 박막을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1655757호(2016.09.02. 등록)가 있으며, 상기 문헌에는 이황화몰리브덴 박막의 제조방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 타겟 조성과 동일한 화학양론비를 갖는 박막을 제조하기 위해, 추가적인 칼코겐 원소를 공급할 수 있는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하는 단계; 및 (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계에서 기판 상에 분말 상태의 칼코겐 원소를 배치하여, 전자빔 조사에 의해 상기 분말 상태의 칼코겐 원소를 기화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하는 단계; 및 (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스를 주입하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1실시예 또는 제2실시예에 있어서, 상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 전이금속은 Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta 및 Ti 중에서 선택되고, 상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 칼코겐 원소는 S, Se 및 Te 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1실시예 또는 제2실시예에 있어서, 상기 스퍼터링 공정 및 전자빔 조사는 600℃ 이하의 기판 온도에서 수행될 수 있다.
상기 제1실시예 또는 제2실시예에 있어서, 상기 스퍼터링 공정은 RF 파워 5~20W, 공정 압력 20mTorr 이하에서 수행되고, 상기 전자빔 조사는 RF 파워 50~300W, DC 전압 50~3000V, 조사 시간 0.5~20분으로 수행될 수 있다.
제2실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서, 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스 총 100부피%에 대하여, 칼코겐 원소 함유 가스 0.05~10부피%를 주입할 수 있다.
본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 스퍼터링 공정 및 전자빔 처리가 600℃ 이하의 온도에서 수행되며, 스퍼터링 공정 및 전자빔 조사 시 발생하는 칼코겐 원소의 결핍을 보충하기 위해, 추가적인 칼코겐 원소를 박막에 공급할 수 있다.
본 발명의 전이금속 칼코겐화합물 박막은 두께가 수 nm 이내이므로 투명하고 유연한 특성, 특히 벌크 또는 통상적인 두께의 박막 상태에서 간접천이 특성을 나타내던 소재가 단일 층 또는 수 층 이내의 두께로 제조되면 직접천이 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 챔버 압력에 따른 구성 원소 Ti, W 각각의 농도를 나타낸 것이다.
도 2는 스퍼터링 공정 후 전자빔 조사가 이루어지는 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 황(S)의 상 평형 그래프이다.
도 4는 [300W 1000V], [300W, 2000V], [300W 3000V] 각각의 조건에서 전자빔 조사 시간에 따른 기판의 온도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 기판 상에 황 분말을 공급하여 전자빔 후처리하는 과정을 나타낸 것이다.
도 6은 챔버 내부 및 상기 챔버에 연결된 가스 장치를 나타낸 것이다.
도 7은 [20W 5mTorr 5min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 MoS2 샘플의 XPS S 2p peak 결과이다.
도 8은 [20W 5mTorr 5min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 MoS2 + H2S 샘플의 XPS S 2p peak 결과이다.
도 9는 [20W 5mTorr 5min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 MoS2 샘플(a) 및 MoS2 + H2S 샘플(b)의 Raman 결과이다.
도 10은 [20W 10mTorr 7min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 WS2 샘플(a) 및 WS2 + H2S 샘플(b)의 Raman 결과이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
MoS2, WS2와 같은 전이금속 칼코겐화합물은 그래핀을 대체할 수 있는 이차원 물질로 주목받고 있으며, 일반적으로 MX2의 화학식으로 표현된다. 이때, M은 Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta 및 Ti 중에서 선택되는 전이금속 원소이고, X는 S, Se, Te와 같은 칼코겐 원소이다. 이러한 전이금속 칼코겐화합물들은 원리적으로 구성 원자들과 이차원적인 상호작용만 한다. 따라서, 전이금속 칼코겐화합물들에서 캐리어들의 수송은 통상적인 박막이나 벌크와는 전혀 다르게, 탄도 수송 양상을 나타내며, 이로부터 고이동도, 고속, 저전력 특성 구현이 가능하다.
이차원 구조의 칼코겐 화합물의 특성상 수 nm 정도의 얇고 균일한　박막을 성막시키는 것이 필요하다. 한편, 스퍼터링 공정에서 결정질의 박막을 직접 형성할 수도 있으나, 이 경우 박막의 균일도가 문제시되는 바, 본 발명에서는 균일도 측면에서 유리한 비정질 박막을 스퍼터링 공정으로 우선 증착한다.
스퍼터링 공정에 있어서, 기공이나 결함이 최소화된 비정질의 박막을 얻기 위해서 RF 파워를 최소화하고, 스퍼터 건과 기판 사이의 거리를 일정거리 이상으로 유지하여　증착율을 최소로 유지함으로써, 비정질이지만　균일한 원자배열을 최대한 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 스퍼터링 공정 이후에 전자빔 조사를 통해 결정화한다. 전자빔 조사는 원자 재배열을 일으켜 MoS2, WS2 등의 이차원 구조를 형성시킨다. 전자빔 조사의 공정 온도는 600℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이하일 수 있으며, 상기 전자빔 조사의 공정 온도에 따라 가열되는 기판의 온도 역시 600℃ 이하, 200℃ 이하일 수 있고, 공정 시간은 1분 혹은 그 이하일 수 있다.
또한, 상기 스퍼터링 공정은 RF 파워 5~20W, 공정 압력 20mTorr 이하에서 수행되고, 상기 전자빔 조사는 RF 파워 50~300W, DC 전압 50~3000V, 조사 시간 0.5~20분으로 수행될 수 있다.
도 2는 스퍼터링 공정 후 전자빔 조사가 이루어지는 과정을 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 기판 상에 MoS2를 스퍼터링으로 증착한 후 전자빔으로 후처리함으로써, 증착된 전이금속 칼코겐화합물의 결정성이 증가하는 것을 보여준다.
전이금속 칼코겐화합물 타겟 및 전자빔 소스는 하나의 챔버 내에 배치되는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는 서로 다른 챔버에 배치될 수도 있다. 상기 전자빔 소스는 전자빔을 발생시키는 장치, 시스템을 의미하며, 해당 장치, 시스템에 칼코겐원소가 포함됨으로써 전자빔과 함께 칼코겐 원소가 증기 형태로 챔버 내에 공급될 수 있다.
본 발명에서는 전이금속 칼코겐화합물 박막을 10층 이하로 형성하여, 전술한 바와 같은 2차원 반도체적인 특성이 발휘되는 것이 바람직하다. 그 결과, 전이금속 칼코겐화합물은 10nm 또는 그 이하의 두께로 형성될 수 있다.
이때, 전이금속 칼코겐화합물은 600℃ 이하의 온도에서 증착 가능한 스퍼터링 공정이 수행되는 것이 바람직하며, 이 경우, 전자빔 처리 역시 600℃ 이하에서 수행될 수 있어, 전이금속 칼코겐화합물 박막 형성이 전체적으로 600℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 스퍼터링에 의한 전이금속 칼코겐화합물 박막을 증착할 경우, 증착된 전이금속 칼코겐화합물의 원자 재배열을 통한 결정화가 요구되는데 결정화는 주로 고온 열처리 방법이 이용된다. 그러나, 고온 열처리 방법의 경우 긴 공정 시간 및 고온에 따른 제조 비용이 상승하는 바, 본 발명에서는 저온에서 수행 가능하고 공정 시간이 짧은 전자빔 처리를 이용하여 전이금속 칼코겐화합물의 결정화를 수행하였다.
본 발명의 칼코겐화합물, 예를 들어 MoS2 조성(화학양론비 Mo : S = 1 : 2)을 갖는 타겟을 이용하여 스퍼터링 증착을 할 때, Mo에 비해 질량이 가벼운 S는 스퍼터링 시에 직진성이 떨어져서 기판에 도달되는 비율이 Mo에 비해 적기 때문에 S의 결핍 현상이 발생하게 된다. 따라서, 증착되는 박막에서도 타겟 조성과 동일한 1 : 2의 화학양론비를 갖는 MoS2 박막을 제조하기 위해 다음과 같은 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1실시예, 제2실시예는 증착되는 박막에서도 타겟 조성과 동일한 화학양론비를 갖는 박막을 제조하기 위한 방법으로, 칼코겐 원소의 결핍을 보충하기 위해 챔버 내부에 추가적인 칼코겐 원소를 공급할 수 있다.
먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하는 단계 및 (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계를 포함한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 공정 후 전자빔 조사가 이루어지는 과정에서 기판 상에 분말 상태의 칼코겐 원소를 배치하여, 전자빔 조사에 의해 상기 분말 상태의 칼코겐 원소를 기화시킴으로써, 박막에 증기 형태의 황 소스를 공급할 수 있다. 상기 분말 상태의 칼코겐 원소는 전자빔 소스 내부, 챔버의 특정영역 또는 기판의 가장자리에 배치될 수 있다.
상기 분말 상태의 칼코겐 원소는 분말이 배치되는 기판 내 공간의 크기, 증착 시 사용되는 대상 기판의 크기, 가열되는 기판 홀더의 온도 등에 따라 그 함량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 대상 기판의 크기가 직경 2inch 기준으로 분말 상태의 칼코겐 원소는 대략 0.5~2.0g 정도 배치될 수 있으나, 타겟 조성과 동일한 화학양론비를 고려하여 그 함량을 조절할 수 있다.
도 5(a)는 황 분말이고, (b) 및 (c)는 황 분말을 기판 상에 투입한 후, MoS2 또는 WS2 샘플을 적절히 배치한 것이다. (d)는 황 분말이 위치한 곳에 미세한 구멍이 있는 뚜껑을 덮고 전자빔 처리를 진행하는 것이다.
도 3을 참조하면, 5x10-4atm(약 0.4torr) 압력에서 황의 승화점이 약 119℃이므로, 전자빔 공정(8x10-4 torr)에서는 이보다 훨씬 낮은 승화온도를 갖는다.
따라서, 전자빔 공정에서 기판 홀더 및 기판을 가열시키는 온도로도 충분히 황의 기화가 이루어질 수 있어, 황은 분말 상태에서 증기 상태로의 전환이 상대적으로 용이한 원소라고 할 수 있다.
도 4는 [300W 1000V], [300W, 2000V], [300W 3000V] 각각의 조건에서 전자빔 조사 시간에 따른 기판의 온도 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 300W 1000V 조건에서 1분 조사 시 기판의 온도가 102℃를 나타내고 300W 3000V 조건에서 1분 조사 시 기판의 온도가 591℃를 나타내었다.
본 발명의 제2실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하는 단계 및 (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스를 주입할 수 있다.
상기 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스는 전자빔이 조사되는 부분 또는 챔버 내부로 주입되어, 박막에 가스 형태의 칼코겐 원소를 공급할 수 있다.
상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서, 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스 총 100부피%에 대하여, 칼코겐 원소 함유 가스 0.05~10부피%를 주입할 수 있다.
도 6은 챔버 내부 및 상기 챔버에 연결된 가스 장치를 나타낸 것이다. 가스가 챔버에 주입되는 경로는 메인 챔버 및 전자빔 건(electron beam gun, EB gun)을 통한 2가지 경로가 있다. 스퍼터링 공정에서는 가스가 메인 챔버로 주입되고, 전자빔 공정에서는 EB gun으로 주입된다. 통상의 스퍼터링 공정에서는 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 플라즈마를 형성시켜 증착 공정을 수행하나, 본 발명에서 제시하는 것처럼 Ar과 황화수소(H2S)의 혼합가스를 사용하게 되면 플라즈마 형성시 H2S 가스가 해리되어 증착 과정 중에 S의 추가 공급이 기판으로 이루어질 수 있음을 보여준다.
도 7은 [20W 5mTorr 5min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 MoS2 샘플의 XPS S 2p peak 결과이다. 스퍼터링을 통한 비정질의 MoS2 박막(as-dep)에서는 S-S, S-Mo 결합이 혼재하고, 전자빔 공정 조건이 1kV, 3kV 일 때 S-Mo 결합만 남아있음을 보여준다.
도 8은 [20W 5mTorr 5min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 MoS2 + H2S 샘플의 XPS S 2p peak 결과이다. 스퍼터링을 통한 비정질의 MoS2 박막(as-dep)에서와 전자빔 공정 조건이 1kV일 때, S-S, S-Mo 결합이 모두 혼재하고, 3kV일 때 S-S 결합이 일부 남아있음을 보여준다.
하기 [표 1]은 XPS survey spectra에서 계산한 MoS2 박막의 원소비를 나타낸 것으로, 스퍼터링 조건 [20W 5mTorr 5min] 및 전자빔 조건 [300W 1000V 1min / 300W 3000V 1min]에서 측정되었다.
[표 1]
Figure 112017070920673-pat00001
[표 1]을 참조하면, 스퍼터링 공정과 전자빔 공정에서 Ar만 사용했을 때 S/Mo 비율이 2.67(as-dep), 1.94(1kV), 1.54(3kV)인 반면, 스퍼터링 공정과 전자빔 공정에서 Ar + H2S(7%) 사용했을 때는 S/Mo 비율이 4.48(as-dep), 2.17(1kV), 1.91(3kV)를 나타내었다.
따라서, 전자빔 공정에서 Ar 가스와 함께 황화수소(H2S)를 사용한 경우, MoS2 박막 내에 황의 공급이 이루어진 것을 확인할 수 있다.
하기 [표 2]는 XPS survey spectra에서 계산한 WS2 박막의 원소비를 나타낸 것으로, 스퍼터링 조건 [20W 10mTorr 7min] 및 전자빔 조건 [300W 1000V 1min / 300W 3000V 1min]에서 측정되었다.
[표 2]
Figure 112017070920673-pat00002
[표 2]를 참조하면, 스퍼터링 공정과 전자빔 공정에서 Ar만 사용했을 때 S/W 비율이 1.37(as-dep), 1.28(1kV), 1.04(3kV)인 반면, 스퍼터링 공정과 전자빔 공정에서 Ar + H2S(7%) 사용했을 때는 S/W 비율이 4.66(as-dep), 1.89(1kV), 1.66(3kV)를 나타내었다.
따라서, 전자빔 공정에서 Ar 가스와 함께 황화수소(H2S)를 사용한 경우, WS2 박막 내에 황의 공급이 이루어진 것을 확인할 수 있으며, 혼합 가스 100부피%에 대하여, 칼코겐 원소 함유 가스 0.05~10부피%를 주입하는 것이 바람직하다.
도 9는 [20W 5mTorr 5min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 MoS2 샘플(a) 및 MoS2 + H2S 샘플(b)의 Raman 결과이고, 도 10은 [20W 10mTorr 7min][300W 1min] 스퍼터링 및 전자빔 후처리 조건에서 WS2 샘플(a) 및 WS2 + H2S 샘플(b)의 Raman 결과이다.
Raman 분석에서는 황화수소(H2S)의 유무에 따른 결과가 크게 다르지 않아 형성되는 박막의 결정성에는 큰 차이를 보이지 않는 것으로 확인된다.
한편, Ar 가스만을 이용하여 스퍼터링을 진행하는 경우, as-dep에서 MoS2는 375, 400cm-1 부근에서 미약한 피크가 존재하여 증착 당시에서도 극히 일부의 결정질 MoS2가 박막 내에 존재하는 것으로 판단되고, WS2의 경우에도 350, 413cm-1 부근에서 내부에 존재하는 일부 결정질 WS2의 존재로 미약한 피크가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
하지만, 아르곤(Ar)과 황화수소(H2S)의 혼합가스를 이용한 스퍼터링 공정을 수행할 경우, as-dep 상태에서 위에 언급된 MoS2 및 WS2 결정성을 확인할 수 있는 특성 피크가 사라진 것을 확인하였다. 이는 추가 황 공급으로 인하여 스퍼터링 증착 당시에는 MoS2 및 WS2 박막 모두 비정질로 존재하는 것으로 보인다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하여 박막을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물 박막에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서 기판 상에 분말 상태의 칼코겐 원소를 배치하여, 전자빔 조사에 의해 상기 분말 상태의 칼코겐 원소를 기화시켜 전이금속 칼코겐화합물 박막에 증기 형태의 칼코겐 원소를 공급하는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
  2. (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 10층 이하의 전이금속 칼코겐화합물을 증착하여 박막을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물 박막에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고,
    상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스를 주입하며,
    상기 (a) 단계에서 플라즈마가 형성되고, 상기 플라즈마 형성 시 (b) 단계의 전자빔을 조사하면, 칼코겐 원소 함유 가스가 해리되어 상기 전이금속 칼코겐화합물 박막에 증착되는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 전이금속은 Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta 및 Ti 중에서 선택되고,
    상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 칼코겐 원소는 S, Se 및 Te 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스퍼터링 공정 및 전자빔 조사는 600℃ 이하의 기판 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스퍼터링 공정은 RF 파워 5~20W, 공정 압력 20mTorr 이하에서 수행되고,
    상기 전자빔 조사는 RF 파워 50~300W, DC 전압 50~3000V, 조사 시간 0.5~20분으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서, 불활성 가스 및 칼코겐 원소 함유 가스 총 100부피%에 대하여, 칼코겐 원소 함유 가스 0.05~10부피%를 주입하는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
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