KR102118609B1 - Method for manufacturing thin film of two-dimensional material using nano-groove - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 나노그루브를 이용한 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material, and more particularly, to a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material using nano grooves.
그래핀은, 헥사고날 보론 니트라이드, 전이금속 디칼코게나이드 등과 같은 이차원 소재는, 3차원 소재로 구현할 수 없는 우수한 전기적/광학적 성질을 가지고 있으며, 다양한 분야에서 활용에 대한 기대가 높아지고 있다.Graphene, a two-dimensional material, such as hexagonal boron nitride, transition metal dichalcogenide, has excellent electrical/optical properties that cannot be realized as a three-dimensional material, and expectations for utilization in various fields are increasing.
이러한 이차원 소재의 박막을 고품질로 형성하기 위해서는, 에피택시얼 성장 또는 에피라이크 성장이 이루어질 필요가 있다. 성장시키고자 하는 이차원 소재의 결정과, 성장 기판의 격자 불일치(lattice mismatch)가 큰 경우, 상기 성장 기판 위에서는 에피라이크 성장이 어렵다. 따라서, 이 경우, 비정질 상을 갖는 성장 기판을 이용하여 에피라이크 성장을 In order to form a thin film of this two-dimensional material with high quality, it is necessary to perform epitaxial growth or epi-like growth. When the crystal of the two-dimensional material to be grown and the lattice mismatch of the growth substrate are large, epi-like growth is difficult on the growth substrate. Therefore, in this case, epi-like growth is performed using a growth substrate having an amorphous phase.
그러나, 상기와 같은 방법은 성장 기판의 종류를 제한시킴으로써, 이차원 소재의 다양한 활용이 어렵다.However, by limiting the type of the growth substrate in the above method, it is difficult to utilize various two-dimensional materials.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 나노그루브를 이용하여 다양한 기판 상에 이차원 소재의 다결정 박막을 합성할 수 있는 방법을 제공한다.The technical problem of the present invention has been devised in this regard, and provides a method for synthesizing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material on various substrates using nano grooves.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법은, 성장 기판의 표면에, 제1 방향으로 연장되며 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향을 따라 이격된 복수의 가이드 나노그루브를 형성하는 단계 및 상기 가이드 나노그루브가 형성된 성장 기판 상에 이차원 소재의 박막을 합성하는 단계를 포함한다. 상기 이차원 소재 박막은, 제1 가이드 나노그루브로부터 성장된 제1 그레인과, 상기 제1 가이드 나노그루브로부터 성장된 제2 그레인의 가장자리가 만나서 형성된 그레인 바운더리를 갖는다.The method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment for realizing the object of the present invention described above is a plurality of spaced apart along a second direction extending in a first direction and perpendicular to the first direction on the surface of the growth substrate And forming a guide nano-groove and synthesizing a thin film of a two-dimensional material on the growth substrate on which the guide nano-groove is formed. The two-dimensional material thin film has a grain boundary formed by a first grain grown from a first guide nanogroove and an edge of a second grain grown from the first guide nanogroove.
일 실시예에 따르면, 상기 이차원 소재는, 헥사고날 보론 니트라이드, 그래핀 또는 전이금속 디칼코게나이드를 포함한다.According to one embodiment, the two-dimensional material includes hexagonal boron nitride, graphene or transition metal dichalcogenide.
일 실시예에 따르면, 상기 이차원 소재는, 단순 육방 결정 구조를 갖는다.According to one embodiment, the two-dimensional material has a simple hexagonal crystal structure.
일 실시예에 따르면, 상기 성장 기판은 결정성을 가지며, 상기 제1 방향은 상기 성장 기판의 결정 방향과 교차한다.According to one embodiment, the growth substrate has crystallinity, and the first direction intersects the crystal direction of the growth substrate.
일 실시예에 따르면, 상기 성장 기판의 결정 방향과 상기 제1 방향의 교차각은 52도 내지 68도이다.According to an embodiment, the crossing angle between the crystal direction of the growth substrate and the first direction is 52 degrees to 68 degrees.
일 실시예에 따르면, 상기 가이드 나노그루브의 폭은 10nm 이하이고, 깊이는 3nm 이하이다.According to one embodiment, the width of the guide nanogroove is 10 nm or less, and the depth is 3 nm or less.
일 실시예에 따르면, 상기 가이드 나노그루브와 교차하는 제1 교차 나노그루브를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 이차원 소재의 박막은, 상기 가이드 나노그루브 및 상기 제1 교차 나노그루브가 형성된 성장 기판 상에 합성된다.According to one embodiment, further comprising the step of forming a first cross-nanogroove crossing the guide nanogroove, the thin film of the two-dimensional material, on the growth substrate on which the guide nanogroove and the first cross-nanogroove is formed Is synthesized in.
일 실시예에 따르면, 상기 가이드 나노그루브 및 상기 제1 교차 나노그루브와 교차하는 제2 교차 나노그루브를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 이차원 소재의 박막은, 상기 가이드 나노그루브, 상기 제1 교차 나노그루브 및 상기 제2 교차 나노그루브가 형성된 성장 기판 상에 합성된다.According to one embodiment, the step of forming a second nano-groove crossing the guide nano-groove and the first cross-nano-groove, the thin film of the two-dimensional material, the guide nano-groove, the first cross Nanogrooves and the second crossover nanogrooves are synthesized on a formed growth substrate.
일 실시예에 따르면, 상기 가이드 나노그루브와 상기 제1 교차 나노그루브가 형성하는 제1 사이각 및 상기 제1 교차 나노그루브와 상기 제2 교차 나노그루브가 형성하는 제2 사이각은, 각각, 52도 내지 68도이다.According to one embodiment, the first inter angle formed by the guide nano groove and the first cross nano groove and the second inter angle formed by the first cross nano groove and the second cross nano groove, respectively, 52 It is 68 degrees.
본 발명에 따르면, 다양한 성장 기판 위에 고품질의 이차원 소재 박막을 형성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to form a thin film of high quality two-dimensional material on various growth substrates.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 사시도들이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 평면도이다.1A and 1B are perspective views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view showing a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In the present application, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, elements, parts or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It should be understood that the presence or addition possibilities of fields or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 사시도들이다. 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 1A and 1B are perspective views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 2b를 참조하면, 성장 기판(10)의 표면에 가이드 나노그루브(12)를 형성한다.1A and 2B, a
상기 성장 기판(10)은 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 성장 기판(10)은, 실리콘, 유리, 쿼츠, 금속, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The
상기 가이드 나노그루브(12)는, 제1 방향(D1)을 따라 연장되며, 상기 제1 방향(D1)과 수직하는 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.The
예를 들어, 상기 가이드 나노그루브(12)의 폭은 수 내지 수십nm일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 가이드 나노그루브(12)의 폭은 10nm 이하일 수 있다. For example, the width of the
예를 들어, 상기 가이드 나노그루브(12)의 깊이는 3nm 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 가이드 나노그루브(12)의 깊이는 1nm 내지 3nm 일 수 있다. 상기 가이드 나노그루브(12)의 깊이가 과도하게 큰 경우, 리플이나 주름 발생의 원인이 될 수 있다. For example, the depth of the
상기 가이드 나노그루브(12)의 피치는, 기판의 결정 구조를 통한 표면 특성과 이차원소재 성장을 위한 전구체 및 공정 변수에 따라 초기 핵 형성 밀도가 차이나기 때문에 상황을 고려해서 결정해야 한다. 예를 들어, 분자 확산(Molecular diffusion)영역에서 초기 결정 밀도 J는 다음과 같이 정의될 수 있다.The pitch of the
Edes는 탈착 에너지 배리어(desorption energy barrier)이고, E des is the desorption energy barrier,
Eat는 부착 배리어(attaching barrier)이고, E at is the attaching barrier,
Ead는 분리 흡착(dissociative adsorption barrier)이고, E ad is a dissociative adsorption barrier,
Ed는 표면 확산 배리어(surface diffusion barrier)이고, E d is a surface diffusion barrier,
p는 전구체의 부분압(partial pressure)이고, p is the partial pressure of the precursor,
m는 분자량(molecular weight)이고, m is the molecular weight,
kB는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)이고, k B is the Boltzmann constant,
T는 온도(절대온도)이고, T is the temperature (absolute temperature),
S0는 접착 계수(sticking coefficient)이다.S 0 is the sticking coefficient.
또한, 이차원소재 합성 환경에 대한 공정 변수는 다음의 prefactor에 비례한다.In addition, the process variables for the two-dimensional material synthesis environment are proportional to the following prefactor.
또한, 합성 기판의 특성과 전구체 특성은 다음 exponent term에 비례한다.In addition, the properties of the composite substrate and the precursor properties are proportional to the next exponent term.
일 실시예에 따르면, 상기 가이드 나노그루브(12)는 스크래치를 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 성장 기판(10) 위에, 복수의 스크래치 팁을 갖는 캔틸레버(20)를 배치하고, 상기 제1 방향(D1)을 따라 이동시킴으로써, 상기 가이드 나노그루브(12)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 스크래치 팁은, 경도가 높은 물질, 예를 들어, 다이아몬드를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the
본 발명에서 상기 가이드 나노그루브(12)를 형성하는 방법은 상기 캔틸레버를 이용하는 것에 제한되지 않으며, 스크래치를 통해 일정한 그루브를 형성할 수 있다면 제한없이 사용될 수 있다.The method of forming the
도 1b 및 도 2b를 참조하면, 상기 가이드 나노그루브(12)가 형성된 성장 기판(10) 위에 이차원 소재를 합성한다. 1B and 2B, a two-dimensional material is synthesized on the
상기 가이드 나노그루브(12)에 의해 형성된 상기 성장 기판(10) 표면의 단차는, 이종핵형성(hetoronucleation)을 촉진하는 사이트(site)로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 가이드 나노그루브(12)에서 결정화가 시작되어, 상기 가이드 나노그루브(12)로부터 멀어지는 방향, 즉, 상기 제2 방향(D2)을 따라 그레인이 성장할 수 있다. The step difference of the surface of the
예를 들어, 제1 가이드 나노그루브(12a)로부터 제1 그레인(14a)이 상기 제2 방향(D2)을 따라 성장할 수 있고, 상기 제1 가이드 나노그루브(12a)와 인접한 제2 가이드 나노그루브(12b)로부터 제2 그레인(14b)이 상기 제2 방향(D2)과 반대되는 제3 방향(D3)을 따라 성장할 수 있다. 상기 그레인들이 성장함에 따라, 상기 제1 그레인(14a)과 상기 제2 그레인(14b)의 가장자리(edge)가 만나서, 그레인 바운더리(15)를 형성할 수 있다. 결과적으로, 도 2c에 도시된 것과 같이, 상기 성장 기판(10)의 표면 위에, 다결정 구조를 갖는 이차원 소재의 연속적인 성장 박막(16)이 형성될 수 있다.For example, a
일 실시예에 따르면, 상기 그레인들은 실질적으로 다각형 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 그레인들은 삼각형 형상을 가질 수 있다.According to one embodiment, the grains may have a substantially polygonal shape. For example, the grains may have a triangular shape.
본 발명에서와 같이, 가이드 나노그루브가 형성된 성장 기판 상에서 이차원 소재를 합성하는 경우, 가이드 나노그루브에 수직하는 방향으로 결정이 성장한다. 또한, 상기 이차원 소재의 그레인들은 삼각형과 같은 다각형 형상을 갖는다. 따라서, 인접하는 가이드 나노그루브들 사이에서 서로 반대 방향으로 성장된 그레인들은, 서로 접촉하는 변(side)들이 이루는 각이 최소화될 수 있다. 따라서, 그레인 경계가 만날 때, 스트레스에 의해 발생하는 돌기(ripple) 또는 주름(wrinkle)이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 그레인 경계에서 발생하는 결함이 최소화될 수 있다.As in the present invention, when synthesizing a two-dimensional material on a growth substrate on which a guide nanogroove is formed, crystals grow in a direction perpendicular to the guide nanogroove. In addition, the grains of the two-dimensional material have a polygonal shape such as a triangle. Accordingly, grains grown in opposite directions between adjacent guide nanogrooves may minimize an angle formed by sides contacting each other. Accordingly, when the grain boundaries meet, ripples or wrinkles caused by stress can be minimized, and thus defects occurring at the grain boundaries can be minimized.
일 실시예에 따르면, 상기 이차원 소재는 헥사고날 보론 니트라이드(h-BN)일 수 있다.According to one embodiment, the two-dimensional material may be hexagonal boron nitride (h-BN).
예를 들어, 상기 h-BN은 원자층 증착(ALD)을 포함한 다양한 화학기상증착(CVD)에 의해 합성될 수 있으며, 성장 온도는 약 1,200℃ 이하일 수 있다. For example, the h-BN may be synthesized by various chemical vapor deposition (CVD) including atomic layer deposition (ALD), and the growth temperature may be about 1,200°C or less.
예를 들어, 상기 h-BN을 합성하기 위한 소스로서, 보라진(N3B3H6)이 사용될 수 있다. 상기 보라진은 탈수소화되어 h-BN을 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 질소 소스와 보론 소스는 따로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 보론 소스로서, BH3 등과 같은 보레인(borane)이 사용될 수 있으며, 상기 질소 소스로서 암모니아 가스 등이 사용될 수 있다. 또한, 소스 가스의 농도를 조절하거나 수소 가스(H2)등이 사용될 수 있으며, 캐리어 가스로서 아르곤 가스 등과 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.For example, as a source for synthesizing the h-BN, borazine (N 3 B 3 H 6 ) may be used. The borazine may be dehydrogenated to form h-BN. In other embodiments, a nitrogen source and a boron source can be provided separately. For example, as the boron source, borane such as BH 3 may be used, and ammonia gas or the like may be used as the nitrogen source. In addition, the concentration of the source gas or hydrogen gas (H2) or the like may be used, and an inert gas such as argon gas or the like may be used as the carrier gas.
일 실시예에 따르면, 상기 h-BN은, 질소 원자의 일부가 탄소 원자로 치환된 헥사고날 보론 니트라이드 카바이드(h-BNC)를 포함할 수 있다. h-BNC는 밴드갭 조절을 통해, 센서, 스위칭 소자, 발광 소자, 튜너블 레지스터 등의 용도로 사용될 수 있다. 상기 h-BNC는 소스 가스 등과 같은 공정 조건에 탄소 소스를 포함시켜 얻어질 수 있다. 상기 탄소 소스는, 메탄, 에탄, 이산화탄소 등과 같은 다양한 가스를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the h-BN may include hexagonal boron nitride carbide (h-BNC) in which a part of nitrogen atoms is substituted with carbon atoms. h-BNC can be used for applications such as sensors, switching elements, light emitting elements, and tunable resistors through bandgap adjustment. The h-BNC can be obtained by including a carbon source in process conditions such as source gas. The carbon source may include various gases such as methane, ethane, and carbon dioxide.
일 실시예에 따르면, 상기 이차원 소재는 그래핀을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the two-dimensional material may include graphene.
예를 들어, 상기 그래핀은 원자층 증착(ALD)을 포함한 다양한 화학기상증착(CVD)에 의해 합성될 수 있으며, 성장 온도는 150℃ 내지 1,200℃일 수 있다. 상기 그래핀을 합성하기 위한 소스 가스는, 메탄, 에탄 등과 같은 하이드로카본을 포함할 수 있다.For example, the graphene may be synthesized by various chemical vapor deposition (CVD) including atomic layer deposition (ALD), and the growth temperature may be 150°C to 1,200°C. The source gas for synthesizing the graphene may include hydrocarbons such as methane and ethane.
일 실시예에 따르면 상기 이차원 소재는 전이금속 디칼코게나이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속 디칼코게나이드는, 몰리브덴 설파이드, 몰리브덴 셀레나이드, 텅스텐 설파이드, 텅스텐 셀레나이드, 티타늄 셀레나이드 등을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the two-dimensional material may include a transition metal decalcogenide. For example, the transition metal dichalcogenide may include molybdenum sulfide, molybdenum selenide, tungsten sulfide, tungsten selenide, titanium selenide, and the like.
예를 들어, 상기 전이금속 디칼코게나이드는 원자층 증착(ALD)을 포함한 다양한 화학기상증착(CVD)에 의해 합성될 수 있으며, 기존에 알려진 다양한 합성법이 이용될 수 있다.For example, the transition metal dichalcogenide may be synthesized by various chemical vapor deposition (CVD) including atomic layer deposition (ALD), and various known synthetic methods may be used.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 평면도이다.3 is a plan view showing a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 성장 기판(10)의 표면에 가이드 나노그루브(12)를 형성한다. 상기 가이드 나노그루브(12)는, 제1 방향(D1)을 따라 연장되며, 상기 제1 방향(D1)과 수직하는 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, a
다음으로, 상기 가이드 나노그루브(12)와 교차하는 제1 교차 나노그루브(22)를 형성한다. 상기 제1 교차 나노그루브(22)는 일 방향으로 연장되며, 상기 연장 방향과 수직하는 방향을 따라 서로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.Next, a
상기와 같이, 가이드 나노그루브(12)와 교차하는 제1 교차 나노그루브(22)를 형성하는 경우, 평행사변형 또는 마름모의 성장 영역이 형성될 수 있으며, 이차원 소재의 그레인은 상기 성장 영역 내에서 대각선 방향으로 성장할 수 있다.As described above, when forming the
예를 들어, 상기 가이드 나노그루브(12)와 상기 제1 교차 나노그루브(22)가 형성하는 제1 사이각(θ1)은 예각일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 사이각(θ1)은 52도 내지 68도일 수 있으며, 보다 구체적으로, 56도 내지 64도일 수 있으며, 바람직하게 약 60도일 수 있다. 상기 제1 사이각(θ1)이 상기 값을 갖는 경우, 특히 단순 육방(simple hexagonal) 구조의 이차원 소재의 고품질 박막 형성에 적합할 수 있다.For example, the first inter-angle θ 1 formed by the
추가적으로, 상기 가이드 나노그루브(12) 및 상기 제1 교차 나노그루브(22)와 교차하는 제2 교차 나노그루브(32)를 형성할 수 있다. 상기 제2 교차 나노그루브(32)는 일 방향으로 연장되며, 상기 연장 방향과 수직하는 방향을 따라 서로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.Additionally, a
예를 들어, 상기 제1 교차 나노그루브(22)와 상기 제2 교차 나노그루브(32)가 형성하는 제2 사이각(θ2)은 예각일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 사이각(θ2)은 52도 내지 68도일 수 있으며, 보다 구체적으로, 56도 내지 64도일 수 있으며, 바람직하게 약 60도일 수 있다. For example, the second intersect angle θ 2 formed by the
상기와 같이, 가이드 나노그루브(12) 및 제2 교차 나노그루브(22)와 교차하는 제2 교차 나노그루브(32)를 형성하는 경우, 삼각형의 성장 영역이 형성될 수 있다.As described above, when forming the
전술한 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 교차 나노그루브를 추가로 형성함으로써, 이차원 소재 박막의 품질을 더욱 개선할 수 있다. 그러나, 본 발명을 예시된 사이각에 한정되지 않으며, 이차원 소재의 위치별 특성(direct band gap에서 indirect band gap으로, 또는 band-gap을 키우거나 닫는 등)을 달리하기 위해서 사이각을 조절할 수도 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, the quality of the two-dimensional material thin film can be further improved by additionally forming a cross nanogroove. However, the present invention is not limited to the illustrated angular angle, and the angular angle may be adjusted to vary the characteristics of the two-dimensional material by location (direct band gap to indirect band gap, or to increase or close a band-gap, etc.). .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법을 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing a method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 성장 기판(10)의 표면에 가이드 나노그루브(12)를 형성한다. 상기 가이드 나노그루브(12)는, 제1 방향(D1)을 따라 연장되며, 상기 제1 방향(D1)과 수직하는 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, a
일 실시예에 따르면, 상기 성장 기판(10)은 결정성을 가지며, 상기 가이드 나노그루브(12)가 연장되는 제1 방향(D1)은 상기 성장 기판(10)의 결정 방향(S1)과 교차한다. 예를 들어, 상기 성장 기판(10)의 결정 방향(S1)과 상기 가이드 나노그루브(12)가 연장되는 제1 방향(D1)이 형성하는 교차각(θ0)은 예각일 수 있다. 구체적으로, 상기 교차각(θ0)은 52도 내지 68도일 수 있으며, 보다 구체적으로, 56도 내지 64도일 수 있으며, 바람직하게 약 60도일 수 있다. According to one embodiment, the
결정성을 갖는 성장 기판(10) 위에 이차원 소재를 합성할 경우, 격자 불일치에 의해 성장 기판(10)의 결정 방향(S1)과 이차원 소재의 성장 박막의 성장 방향사이의 각 차이에 의해 스트레스가 중첩하여 결함이 높은 확률로 발생할 수 있다.When a two-dimensional material is synthesized on the
본 출원에서, 상기 결정 방향(S1)은, 상기 성장 기판(10) 표면의 원자 배열과, 상기 이차원 소재의 원자 배열 사이의 격자 불일치 및 배향차이(misorientation)를 계산하기 위하여 기준이 되는 원자 열의 방향으로 정의될 수 있다.In the present application, the crystal direction (S1) is the direction of the atomic column as a reference to calculate lattice mismatch and misorientation (misorientation) between the atomic arrangement of the surface of the
따라서, 본 실시예에서와 같이, 성장 기판(10)의 결정 방향(S1)과 적정한 교차각을 형성하도록 가이드 나노그루브(12)를 형성하는 경우, 성장 기판 상에서의 이차원 소재 박막에 가해지는 스트레스 분포를 크게 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서와 같이, 성장 기판(10)의 결정 방향(S1)과 약 60도의 교차각을 형성하도록 가이드 나노그루브(12)를 형성하는 경우, 단순 육방 구조의 이차원 소재의 고품질 박막 형성에 적합할 수 있다.Therefore, as in the present embodiment, when forming the guide nanogroove 12 to form an appropriate cross angle with the crystal direction S1 of the
다음으로, 상기 가이드 나노그루브(12)와 교차하는 제1 교차 나노그루브(22)를 형성한다. 상기 제1 교차 나노그루브(22)는 일 방향으로 연장되며, 상기 연장 방향과 수직하는 방향을 따라 서로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.Next, a
상기와 같이, 가이드 나노그루브(12)와 교차하는 제1 교차 나노그루브(22)를 형성하는 경우, 평행사변형 또는 마름모의 성장 영역이 형성될 수 있으며, 이차원 소재의 그레인은 상기 성장 영역 내에서 대각선 방향으로 성장할 수 있다.As described above, when forming the
예를 들어, 상기 가이드 나노그루브(12)와 상기 제1 교차 나노그루브(22)가 형성하는 제1 사이각(θ1)은 예각일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 사이각(θ1)은 52도 내지 68도일 수 있으며, 보다 구체적으로, 56도 내지 64도일 수 있으며, 바람직하게 약 60도일 수 있다. For example, the first inter-angle θ 1 formed by the
추가적으로, 상기 가이드 나노그루브(12) 및 상기 제1 교차 나노그루브(22)와 교차하는 제2 교차 나노그루브(32)를 형성할 수 있다. 상기 제2 교차 나노그루브(32)는 일 방향으로 연장되며, 상기 연장 방향과 수직하는 방향을 따라 서로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.Additionally, a
예를 들어, 상기 제1 교차 나노그루브(22)와 상기 제2 교차 나노그루브(32)가 형성하는 제2 사이각(θ2)은 예각일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 사이각(θ2)은 52도 내지 68도일 수 있으며, 보다 구체적으로, 56도 내지 64도일 수 있으며, 바람직하게 약 60도일 수 있다. For example, the second intersect angle θ 2 formed by the
이상에서는 실시예들을 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.Although described above with reference to embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand.
본 발명은, 다양한 이차원 소재의 박막 제조 및 전광 소자, 스위칭 소자, 트랜지스터, 광학 장치 등과 같은 다양한 전자 소자의 제조에 이용될 수 있다.The present invention can be used for manufacturing thin films of various two-dimensional materials and for manufacturing various electronic devices such as all-optical devices, switching devices, transistors, and optical devices.
Claims (9)
상기 가이드 나노그루브가 형성된 성장 기판 상에 이차원 소재의 박막을 합성하는 단계를 포함하며,
상기 성장 기판은 결정성을 가지며, 상기 성장 기판의 결정 방향과 상기 제1 방향의 교차각은 52도 내지 68도이고,
상기 이차원 소재 박막은, 제1 가이드 나노그루브로부터 성장된 제1 그레인과, 상기 제1 가이드 나노그루브와 인접한 제2 가이드 나노그루브로부터 성장된 제2 그레인의 가장자리가 만나서 형성된 그레인 바운더리를 갖는 것을 특징으로 하는 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법.Forming a plurality of guide nanogrooves extending in a first direction and spaced along a second direction perpendicular to the first direction on a surface of the growth substrate; And
And synthesizing a thin film of a two-dimensional material on the growth substrate on which the guide nano groove is formed,
The growth substrate has crystallinity, and the crossing angle between the crystal direction of the growth substrate and the first direction is 52 to 68 degrees,
The two-dimensional material thin film is characterized in that it has a grain boundary formed by a first grain grown from a first guide nanogroove and an edge of a second grain grown from a second guide nanogroove adjacent to the first guide nanogroove. A method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material.
상기 가이드 나노그루브와 교차하는 제1 교차 나노그루브를 형성하는 단계; 및
상기 가이드 나노그루브와 상기 제1 교차 나노그루브가 형성된 성장 기판 상에 이차원 소재의 박막을 합성하는 단계를 포함하며,
상기 이차원 소재 박막은, 제1 가이드 나노그루브로부터 성장된 제1 그레인과, 상기 제1 가이드 나노그루브와 인접한 제2 가이드 나노그루브로부터 성장된 제2 그레인의 가장자리가 만나서 형성된 그레인 바운더리를 갖는 것을 특징으로 하는 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법.Forming a plurality of guide nanogrooves extending in a first direction and spaced along a second direction perpendicular to the first direction on a surface of the growth substrate;
Forming a first cross nanogroove crossing the guide nanogroove; And
And synthesizing a thin film of a two-dimensional material on the growth substrate on which the guide nano groove and the first cross nano groove are formed,
The thin film of the two-dimensional material is characterized by having a grain boundary formed by meeting edges of a first grain grown from a first guide nanogroove and a second grain grown from a second guide nanogroove adjacent to the first guide nanogroove. A method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material.
상기 이차원 소재의 박막은, 상기 가이드 나노그루브, 상기 제1 교차 나노그루브 및 상기 제2 교차 나노그루브가 형성된 성장 기판 상에 합성되는 것을 특징으로 하는 이차원 소재의 다결정 박막 제조 방법.The method of claim 7, further comprising forming a second crossing nanogroove intersecting the guide nanogroove and the first crossing nanogroove,
The method of manufacturing a polycrystalline thin film of a two-dimensional material, characterized in that the thin film of the two-dimensional material is synthesized on a growth substrate on which the guide nano groove, the first cross nano groove, and the second cross nano groove are formed.
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