KR102200500B1

KR102200500B1 - 전도성 박막 및 이를 포함한 전자 소자

Info

Publication number: KR102200500B1
Application number: KR1020140071059A
Authority: KR
Inventors: 김상일; 김세윤; 문경석; 황성우; 손윤철; 이효석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2021-01-07
Also published as: US10138125B2; EP2955722B1; CN105280269A; EP2955722A1; US20150360944A1; KR20150142372A; CN105280269B

Abstract

하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 나타내어지고, 층상 결정구조를 가지는 화합물을 포함하는 전도성 박막 및 이를 포함하는 전자 소자를 제공한다:
[화학식 1]
MeTe₂
여기서, Me는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 또는 니오비움(Nb) 임
[화학식 2]
MeSe₂
여기서, Me는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta) 임.

Description

전도성 박막 및 이를 포함한 전자 소자 {ELECTRICALLY CONDUCTIVE THIN FILMS AND ELECTRONIC DEVICES INCLUDING THE SAME}

전도성 박막 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.

LCD 또는 LED 등의 평판 디스플레이, 터치 패널 스크린, 태양 전지, 투명 트랜지스터 등의 전자 소자는 전도성 박막 (예컨대, 투명 전도막)를 포함한다. 전도성 박막 재료는, 가시광 영역에서 예컨대 80% 이상의 높은 광투과도와 예컨대 100μ Ω*cm 이하의 낮은 비저항을 가지도록 요구될 수 있다. 현재 사용되고 있는 전도성 박막 재료에는, 인듐 주석 산화물 (ITO), 주석 산화물 (SnO₂), 아연 산화물(ZnO) 등이 있다. 투명 전극 소재로서 널리 사용되고 있는 ITO는 유연성이 좋지 않고 인듐의 제한된 매장량으로 인해 가격 상승이 불가피하여 이를 대체할 소재의 개발이 절실히 요구되고 있다. 주석 산화물(SnO₂) 및 아연 산화물은 역시 전도성이 높지 않고 유연성이 좋지 않다.

차세대 전자기기로 주목받고 있는 유연(Flexible) 전자 기기 (예컨대, 굽힘형 또는 접힘형 전자 소자)의 개발을 위해서는 높은 투명도와 우수한 전기 전도도를 가지면서 유연한 투명 전극 소재의 개발이 선행되어야 한다. 따라서, 높은 투명도 및 높은 전도도를 가지며, 향상된 유연성을 나타낼 수 있는 전도성 박막의 개발이 요구된다.
(특허문헌 1) US7989280

일 구현예는 높은 전도도 및 우수한 광투과도를 가지면서 유연한 전도성 박막에 대한 것이다.

다른 구현예는 상기 전도성 박막을 포함하는 전자 소자에 대한 것이다.

일구현예에서 전도성 박막은, 하기 화학식 1 또는 하기 하기 화학식 2로 나타내어지고, 층상 결정구조를 가지는 화합물을 포함한다:

[화학식 1]

MeTe₂

여기서, Me는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 또는 니오비움(Nb) 임

[화학식 2]

MeSe₂

여기서, Me는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta) 임.

상기 전도성 박막은, 두께 10 nm 에서 550 nm 의 파장의 광에 대한 광투과율이 50 % 이상일 수 있다.

상기 화합물은, TiTe₂, NbTe₂, TaTe₂, 또는 이들의 조합일 수 있다.

상기 전도성 박막은, 상기 화합물의 단결정을 포함할 수 있다.

상기 전도성 박막은, 전기 전도도가 2200 S/cm 이상일 수 있다.

상기 화합물은, 25 도씨에서 파장 550nm 의 빛에 대한 흡수계수(α)와 그의 비저항값(ρ)의 곱이 30 Ω/□ 이하일 수 있다.

상기 층상 결정 구조는, P-3m1 (164) 스페이스 그룹을 가지는 육방정계(hexagonal system with P-3m1 space group) 또는 C12/m1 (12) 스페이스 그룹을 가지는 단사정계(monoclinic system)에 속할 수 있다.

상기 전도성 박막은, 상기 화합물을 포함하는 복수개의 나노 시트들을 포함하고, 상기 나노 시트들은 접촉되어 전기적 연결을 제공할 수 있다.

상기 전도성 박막은, 상기 화합물을 포함하는 연속하는 증착막을 가질 수 있다.

상기 전도성 박막은, 두께 10 nm 에서 투과율이 80% 이상일 수 있다.

다른 구현예는, 전술한 전도성 박막을 포함하는 전자 소자를 제공한다.

상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 패널, 태양전지, e-윈도우, 전기변색 미러 (electrochromic mirror), 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이일 수 있다.

일구현예에 따르면, ITO에 필적하거나 그보다 높은 수준의 전도도 및 가시광선 영역에서 향상된 광투과도를 가지면서 유연성이 우수한 투명 전도성 재료를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예들에서 다결정 화합물을 제조하는 공정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2a 내지 2c는 TaSe₂의 다결정 소결체의 X선 회절 스펙트럼이다.
도 3은 TaTe₂의 다결정 소결체의 X선 회절 스펙트럼이다.
도 4는, 실시예 9에서 단결정 화합물을 제조하는 공정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 일 구현예에 따른 투명 도전체를 적용한 유기 발광 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 6c는 TiTe₂의 다결정 소결체의 X선 회절 스펙트럼이다.
도 7a 내지 7d은 TiSe₂의 다결정 소결체의 X선 회절 스펙트럼이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 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. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타낸다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

본 명세서에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

일구현예에서 전도성 박막은, 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 나타내어지고, 층상 결정구조를 가지는 화합물을 포함한다:

[화학식 1]

MeTe₂

[화학식 2]

MeSe₂

여기서, Me는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta) 임.

상기 화합물은, TiTe₂, NbTe₂, TaTe₂, 또는 이들의 조합일 수 있다. 투명 도전체는, 상기 화합물의 단결정 또는 다결정을 포함할 수 있다.

상기 전도성 박막은, 투명 박막일 수 있다. 예컨대, 상기 전도성 박막은, 두께 10 nm 에서 550 nm 의 파장의 광에 대한 광투과율이 50 % 이상, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 또는 80% 이상일 수 있다.

MoS₂ _, MoSe₂ 등과 같은 전이금속 디칼코게나이드는 반도체 수준의 전기 전도도를 나타낼 수 있으나 투명성이 좋지 않으므로, 투명 전극과 같은 투명 전도막으로의 응용은 어렵다고 알려져 있다. 이와 대조적으로, 층상 결정구조를 가지면서 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 나타내어지는 전이금속 화합물은, 높은 전기 전도도를 나타낼 수 있으며, 얇은 두께(예컨대, 나노미터 규모)의 박막으로 제조된 경우, 높은 투과도를 나타낼 수 있다. 일구현예에서, 상기 전이금속 화합물은, 2200 S/cm 이상, 예를 들어, 2700 S/cm 이상, 3000 S/cm 이상, 3500 S/cm 이상, 4000 S/cm 이상, 5000 S/cm 이상, 6000 S/cm 이상, 7000 S/cm 이상의 높은 전도도를 나타낼 수 있다. 상기 투명전도체가 전술한 전이금속 화합물의 단결정을 포함하는 경우, 더 높은 수준의 전기 전도도, 예를 들어, 4000 S/cm 이상, 5000 S/cm 이상, 6000 S/cm 이상, 7000 S/cm 이상, 8000 S/cm 이상, 9000 S/cm 이상, 10,000 S/cm 이상의 높은 전도도를 나타낼 수 있다. 또, 상기 전도성 박막은, 두께 10 nm 에서 투과율이 80% 이상일 수 있으며, 이들 화합물의 전산 모사 결과는 두께 3nm 에서 90% 이상의 투과도를 나타낼 수 있음을 확인한다.

상기 전이금속 화합물은, 층상 결정 구조를 가진다. 일구현예에서, 상기 전이금속 화합물은, 단위 구조층이 반복되는 결정구조를 가지며, 상기 단위 구조층에서 텔루리움(Te) 또는 셀레늄 (Se)으로 이루어진 상부층과 하부층 사이에 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오비움, 또는 탈륨과 같은 금속 원소로 이루어진 중간층이 존재한다.

일구현예에서, TiTe₂, NbTe₂, 또는 TaTe₂ 와 같은 전이금속 화합물을 포함하는 전도성 박막은, ITO에 필적하는 (예컨대, 5000 S/cm 또는 그 이상의) 혹은 금속 수준의 높은 전도도를 나타낼 수 있다. 특정 이론에 의해 구속되려 함은 아니지만, 상기 전이 금속 화합물은, 규칙적인 2차원 결정 구조 내에 전자들이 높은 밀도로 구속되어 있어 높은 전기 전도도를 나타낼 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 상기 전이금속 화합물에서 시트 형태 (즉, 2차원의) 단위 구조층들은 반데르발스 결합 또는 정전기적 결합에 의해 결합되어 있어 층간 슬라이딩이 가능하므로, ITO 박막에 비해 훨씬 우수한 유연성을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 전이 금속 화합물을 포함하는 박막을 가요성(flexible) 투명 기재에 배치하면 유연성 투명 전도막 (예컨대, 투명 전극)으로 사용될 수 있다.

가시광 영역에서 투명하고 높은 전도도를 가지며 유연한 투명 전극재료의 개발을 위해 다양한 연구가 진행되어 왔다. 이와 관련하여, 금속은 높은 전자밀도 및 높은 전기 전도도를 가질 수 있다. 그러나, 금속은 대기 중의 산소와 쉽게 반응하여 표면에 산화물을 형성하며, Au, Ag, Pt 등 일부 귀금속을 제외한 대부분의 금속은 심각한 산화 현상을 겪을 수 있어 금속성 전극 소재는 접촉 저항이 높다. 양호한 전도도를 가지면서 표면 산화가 감소된 세라믹 소재를 사용하여 표면 접촉저항의 감소시키고자 하는 시도도 있었다. 그러나, 현재 사용되고 있는 전도성 세라믹 소재 (예컨대, ITO)는 원재료 공급이 불안정할 뿐만 아니라 금속 수준의 전도도를 구현하기 어렵고, 유연성도 좋지 않다.

이와 대조적으로, 일구현예에 따른 상기 전이금속 화합물을 포함한 전도성 박막은, 금속 수준의 높은 전기 전도도 및 높은 투명성을 나타낼 수 있고 특히 유연성이 우수하여, 유연 전자 기기에서 유리하게 사용될 수 있다.

상기 전도성 박막의 상기 전이 금속 화합물은, 파장 550nm 의 빛에 대한 흡수계수(α)와 그의 비저항값(ρ)의 곱이 30 Ω/□ 이하, 예를 들어 20 Ω/□ 이하일 수 있다. 여기서, 상기 흡수 계수 및 비저항값은 컴퓨터 시뮬레이션으로부터 구해진 값이다. 즉, 비저항값(ρ)은, 해당 전이금속 화합물들의 결정 구조로부터 페르미 수준 부근에서의 상태밀도(density of state: DOS)와 밴드 구조를 계산하여 구한다. 또, 특정 파장에 대한 흡수계수(α)는 Drude 모델을 적용하고 인터밴드 트랜지션에 의한 전자 천이를 고려하여 구해지는 상기 화합물의 유전 상수로부터 계산된 값이다.

흡수계수(α)와 그의 비저항값(ρ)을 구하는 시뮬레이션 방법론에 대하여는, Vienna Ab-initio Simulation Package (written by Georg Kresse and Jurgen Furthmuller, Institut fur Materialphysik, Universitat Wien, Sensengasse 8, A-1130 Wien, Austria, August 24, 2005, http://cms.mpi.univie.ac.at/VASP/) 를 더 참조할 수 있으며 본 문헌은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 전술한 시뮬레이션 절차를 정리하면 아래 표 1과 같다.

계산 단계	Simulation level	Calculation / simulation
원자전자 구조	DFT	Structure optimization Band structure calculation
전도특성	Semi-classical Boltzmann transport (const. τ )	Intra-band transition σ ~ (e ²/4π³) τ ∫ dk v(k) v(k) (-∂f/∂ε) = ne ²τ/m_eff = ne μ ρ = 1/σ
유전특성	DFPT + Drude model	Inter-band transition ε(ω) = ε_D(ω) + ε_B(ω) = ε₁(ω) + i ε₂(ω)
광특성	Ray optics	n(ω) + i k(ω) = ε(ω)^½ Absorption coeff. α = 4πk/λ
ρα 값 계산

DFT: density-functional theory

DFPT: density-functional perturbation theory

Drude model: free electron model for solid

σ, τ, m_eff, μ, ρ: electrical conductivity, relaxation time, effective mass, mobility, resistivity

ω_p(ω_p ') : (screened) plasma frequency

표 1에 기재된 내용을 보다 상세히 설명하면 아래와 같다.

소재의 양자역학적 상태를 계산해 내기 위하여 DFT기법 (density-functional-theory: 전자의 분포를 파동함수 대신 전자밀도함수를 이용하여 기술하여 양자역학 방정식을 푸는 방법)에 기반한 제일원리 계산(first-principles calculation: 외부 파라메터 없이 fundamental 방정식으로부터 하는 계산) 을 수행하여 전자의 양자역학적 상태를 계산한다. 제일원리 DFT 코드인 VASP(The Vienna Ab initio simulation package code)를 이용하여 전자상태를 계산한다. 2DEG 후보 소재군을 ICSD (Inorganic Crystal Structure Database)로부터 선정하여, 그 원자구조 정보를 입력, 전자들이 에너지 준위들을 모사하여 계산할 수 있으며, 그러한 전자들의 k-space 상에서의 에너지 밀도 함수 및 상태 밀도 함수를 구한다.

DFT 전산 모사를 통하여 계산된 전자구조는 E-k diagram (밴드구조)과 DOS (Density of State: 전자 상태밀도, 에너지 별 전자의 상태밀도 함수) 정보를 주며, 전자가 존재할 수 있는 최대 에너지 준위 (E ) 상의 DOS 존재여부에 따라 금속 전도 재료 (DOS(E ) >　0) 혹은 반도체성 전도 재료 (DOS(E ) = 0) 여부를 판별할 수 있다. 금속 전도성 재료의 전도도(σ)를 예측하기 위하여, Semi-classical Boltzmann transport model을 도입하여 전도 특성을 예측하였다. 이때, 전자의 τ (relaxation time: 전자가 충돌을 하지 않고 움직일 수 있는 시간)은 일정하다고 가정하였다. (문헌: Ashcroft and Mermin, Solid State Physics)

　τ는 전자의 relaxation time, k는 전자의 k-space에서의 상태, v(k)는 k 상태에서의 전자의 속도, f는 Fermi-Dirac distribution이고, E은 에너지이다. 이때, v(k)는 E-k diagram으로부터 구할 수 있다. 위의 관계식으로부터, σ/τ를 구할 수 있다.　

전도성 재료의 투과도 흡수도를 결정하는 메커니즘은 크게 자유전자의 plasma-like oscillation에 의한 Intra-band 흡수와 속박전자의 band-to-band transition에 의한 Inter-band 흡수가 존재한다. 각 메커니즘을 방영한 양자전산모사 과정은 아래의 표 2 광학적 물성에 대한 시뮬레이션 테이블 (Simulation table for Optical Properties) 에 기재된 바와 같은 프로세스를 통해서 구할 수 있다. (참고문헌: Ashcroft and Mermin, Solid State Physics)

S TEP	Category	Calculation	Results	Method ( tool )
8	Optical simulation	Inter-band transition	εB(w)= εB1(w)+iεB2(w)	DFT (VASP)
9	Optical simulation	Plasma frequency Intra-band transition	εD(w)= εD1(w)+iεD2(w)	Boltzmann transport DFT (VASP) or Post-processing
10	Optical simulation	Total dielectric constant Refractive index		Post-processing
11	Optical simulation	Reflectance Absorption coefficient	Plasma freq. Reflectance Absorption co. Transmittance	Post-processing

B는 band, D는 Drude model을 나타냄.

　이 때 고체의 유전상수(ε)과 굴절률(n), 흡수계수(α)의 관계는 다음과 같다. 유전상수는 interband transtition에서 기인하는 부분(ε)과 intraband transtion 에서 기인하는 부분 (ε)을 모두 고려하여 주어야 한다.

ε(ω) = ε₍ _Drude ₎ + ε₍ _Band ₎

= ε₁(ω) + i ε₂(ω) 유전함수

( n + ik )² = ε(ω) 굴절함수

α(ω) = 4πk/λ 흡수계수

앞선 전도도 계산과 같이, inter-band 흡수의 경우, 기 계산된 밴드 구조를 통하여 계산이 가능한 반면, 자유 전자에 의한 intra-band 흡수의 경우, Drude 모델링에 기반한 전도도 및 광학 계수 계산을 통하여 다음과 같이 모사를 수행하였다. [참고문헌: Jinwoong Kim, Journal of Applied Physics 110, 083501 (2011)]

ω : frequency

ω_p: plasma frequency

k : extinction coefficient

　위와 같이, 계산된 inter-band 흡수와 intra-band 흡수를 종합하면, 계산된 물질의 유전 함수를 구할 수 있으며, 이를 통해 광학 상수들을 모사하고, 최종적으로 재료의 반사도(R), 흡수계수(a), 투과도(T)를 계산할 수 있다.

전술한 방법에 따라 구해진 다양한 전이금속 디칼코게나이드화합물의 흡수계수(α) x 비저항값(ρ) 값을 정리하면 아래 표 3과 같다.

4/5족 디칼코게나이드	ρ_xy (Ω-cm)	α_xy (1/cm)	αρ_xy (Ω/□)	t_max (nm)	Rs (Ω/□) / T>0.90
TiS2	5.76E-04	4.6.E+05	264.380	2.295	2509.3
ZrS2	2.37E+04	4.9.E+05	11689683937.958	2.135	110949380467.4
HfS2	4.91E+03	2.9.E+05	1427553491.318	3.625	13549226504.9
VS2	3.17E-05	2.8.E+05	8.857	3.767	84.1
NbS2	2.05E-05	1.9.E+05	3.983	5.432	37.8
TaS2	1.81E-05	1.9.E+05	3.501	5.441	33.2
TiSe2	6.98E-05	3.0.E+05	21.023	3.501	199.5
ZrSe2	4.20E-01	5.4.E+05	226954.631	1.951	2154076.7
HfSe2	4.29E+01	5.9.E+05	25307523.013	1.784	240199308.6
VSe2	3.83E-05	3.7.E+05	14.112	2.858	133.9
NbSe2	2.40E-05	2.3.E+05	5.497	4.596	52.2
TaSe2	2.16E-05	2.0.E+05	4.310	5.271	40.9
TiTe2	4.27E-05	4.0.E+05	17.057	2.639	161.9
ZrTe2	6.02E-05	3.1.E+05	18.579	3.414	176.3
HfTe2	8.13E-05	3.6.E+05	29.663	2.888	281.5
VTe2	5.19E-05	5.4.E+05	27.904	1.961	264.8
NbTe2	3.25E-05	3.9.E+05	12.519	2.734	118.8
TaTe2	2.61E-05	2.9.E+05	7.572	3.625	71.9

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, TiS₂, ZrS₂, ZrSe₂, HfS₂, HfSe₂ 등 전이금속 디칼코게나이드는 층상 결정구조를 가지지만 시뮬레이션에 의해 산출된 비저항값이 높다. 또, MoS₂는 가시광선 영역에서 10⁶ /cm 정도의 흡수 계수 및 10⁴ Ω-cm 정도의 비저항과 10^-4 S/cm 의 전기 전도도를 가진다. 또, 전술한 방법에 따라 계산하였을 때, MoSe₂는 가시광선 영역에서 ~10⁶/cm 정도의 흡수 계수 및 10 내지 100 Ωcm 정도의 비저항 및 10^-2 내지 10^-1 S/cm의 전기 전도도를 가진다. 따라서, 이들 디칼코게나이드의 비저항과 흡수계수의 곱은, 30을 크게 초과한다.

상기 비저항(ρ)과 흡수 계수(α)의 곱은, 아래의 관계식에 의해, 면저항 (R_s)과 투과도(lnT)의 곱을 대표할 수 있다. 따라서, ρ*α 값이 작은 화합물일수록 전도성 박막의 재료로서 유리할 수 있다:

e^-αt = T (즉, αt = ln T)

R_s = ρ/t

∴ ρ*α= Rs * (lnT)

α: 흡수계수,

ρ: 비저항,

T: 투과도 (at λ=550nm),

t: 두께,

Rs: 면저항

전술한 일구현예에 따른 전도성 박막에 포함된 상기 화합물은 흡수계수 및 비저항의 곱 (즉, R_s * (-lnT) 값)이 30 이하, 예를 들어 20 이하의 값을 가질 수 있으므로, 높은 전도도와 우수한 투명성 (즉, 낮은 면저항 및 높은 광투과율)을 가진 전도성 박막을 제공할 수 있다.

상기 일구현예에 따른 전도성 박막은 금속과 비금속 원소를 포함하는 무기 재료(inorganic material)를 포함하지만, 얇은 두께에서도 매우 높은 수준의 전도도를 나타낼 수 있다. 특정 이론에 의해 구속되려 함은 아니지만, 전술한 전도성 박막은 층상결정 구조 내에서 2차원으로 제한(confined)된 전자들을 포함하며, 이러한 전자들은 얇은 막두께에서도 높은 이동도를 가지고 이동할 수 있으므로, 높은 투명성과 함께 매우 높은 수준의 전도도를 구현할 수 있다고 생각된다. 또한, 층상 결정 구조를 가지는 전술한 화합물을 포함하는 상기 전도성 박막은, 층간 슬라이드가 가능하여 높은 유연성을 나타낼 수 있을 것으로 생각된다. 일구현예에서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 나타내어지는 전이금속 화합물의 층상 결정 구조는, P-3m1 (164) 스페이스 그룹을 가지는 육방정계(hexagonal system with P-3m1 space group) 또는 C12/m1 (12) 스페이스 그룹을 가지는 단사정계(monoclinic system)에 속할 수 있다. 화학식 1 또는 화학식 2로 나타내어지는 전이금속 화합물의 결정계와 스페이스 그룹을 정리하면 표 4와 같다.

	결정계/스페이스그룹(Space Group)
VSe₂	육방정(Hexagonal) / P-3m1 / 164
TaSe₂	Hexagonal / P63mmc / 194
TiTe₂	Hexagonal / P-3m1 / 164
ZrTe₂	Hexagonal / P-3m1 / 164
HfTe₂	Hexagonal / P-3m1 / 164
VTe₂	Hexagonal / P-3m1 / 164
NbTe₂	단사정(Monoclinic) / C12/m1 / 12
TaTe₂	Monoclinic / C12/m1 / 12

일구현예에서, 상기 전도성 박막은, 화학식 1 또는 화학식 2의 전이금속 화합물의 원료 물질, 이로부터 제조된 다결정 또는 단결정 벌크 재료, 또는 상기 벌크재료로부터 얻어진 분말을 준비하고, 원료분말, 제조된 벌크 재료 또는 그의 분말로부터 증착 등의 방법에 의해 얇은 전도성 박막 (예컨대, 투명 전도막)로 제조할 수 있다. 대안적으로, 상기 전도성 박막은, 상기 벌크 재료 분말을 액상 박리(liquid exfoliation) 에 의해 나노시트들로 제조하고 제조된 나노 시트들을 박막(thin film)으로 제조하여 얻을 수 있다.

상기 전이금속 화합물의 원료 물질은, 각각의 원소 및 각각의 원소를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 예컨대, 원료 물질은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 또는 니오비움(Nb)과 텔루리움 또는 셀레늄을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 원료 물질은, 전술한 금속과 텔루리움 또는 셀레늄 (예를 들어, TiSe, TiTa, 등)의 화합물일 수 있다.

다결정 벌크 재료는, 석영 앰플(quartz ampoule)법, 아크 용융(arc melting)법, 고상 반응(solid state reaction)법) 등을 사용하여 전술한 원료 물질 (예컨대, 금속 분말 및 텔루리움 또는 셀레늄 분말의 1:2 혼합물)로부터 제조할 수 있다. 예컨대, 석영 앰플법은 원료 원소를 석영관(quartz tube) 또는 금속으로 만든 앰플에 넣고 진공으로 밀봉하고 열처리하여 고상반응 혹은 용융시키는 단계를 포함한다. 아크 용융법은 원료 원소를 챔버에 넣고 비활성 기체 (예컨대, 질소, 알곤, 등) 분위기 속에서 아크 방전을 수행하여 원료 원소를 용융시킨 다음 고화하는 단계를 포함한다. 고상 반응법은 원료 분말을 혼합하고 펠렛화하여, 얻어진 펠렛을 열처리하거나, 혹은 원료 분말 혼합물을 열처리하고, 팰렛화하여 소결(sintering)하는 단계를 포함할 수 있다.

제조된 다결정 벌크 재료는 소결 등에 의해 고밀도화(densify)될 수 있다. 고밀도화된 재료는 전기 전도도 측정을 위한 시편으로 사용될 수 있다. 고밀도화는 핫 프레스(hot press)법, 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering)법, 핫 포징(hot posing)법 등에 의해 수행될 수 있다. 핫 프레스법은 분체 화합물을 소정 형상의 몰드에 가하고, 고온, 예를 들어 300℃ 내지 800℃ 및 고압, 예를 들어 30Pa 내지 300MPa에서 성형하는 방법이다. 스파크 플라즈마 소결법은 분체 화합물에 고압의 조건에서 고전압 전류, 예를 들어 약 30MPa 내지 약 300Mpa의 압력에서 50A 내지 500A의 전류를 흘려서 짧은 시간에 재료를 소결하는 것을 포함한다. 핫 포징법은 분체 화합물을 예를 들어 300℃ 내지 700℃의 고온에서 압출 및 소결하는 단계를 포함할 수 있다.

단결정 재료는 결정 잉곳(crystal ingot) 제조 또는 단결정 성장에 의해 얻을 수 있다. 결정 잉곳은, 정조성 용융(congruent melting)하는 재료를 녹는점보다 높은 온도로 가열한 후 서냉(slow cooling) 하여 얻을 수 있다. 예컨대, 원료 혼합물을 석영 앰플에 넣고, 상기 앰플을 진공 상태로 밀봉하여 원료 혼합물을 용융시킨 다음, 용융액을 서서히 냉각하여 결정 잉곳을 얻는다. 결정 입자의 크기는, 용융액의 냉각속도를 조절하여 제어할 수 있다. 단결정 성장은, 금속 플럭스(metal flux)법, 브릿지맨(bridgeman)법, 광학 유동 영역(optical floating zone)법, 증기 전송(vapor transport)법 등에 의해 수행될 수 있다. 금속 플럭스법은, 원료 원소와 원료 원소가 고온에서 결정으로 성장할 수 있는 분위기 하에서 원료 혼합물을 도가니에 넣고 고온에서 열처리하여 결정을 성장시키는 단계를 포함한다. 금속 플러스 법은 원료 분말을 별도의 융제(플러스)와 함께 도가니에 넣고 고온에서 녹인 후 서서히 냉각시켜 일정 온도에서 결정이 성장하도록 제조하는 방법이다. 브릿지맨법은 원료 원소를 도가니에 넣고 도가니 끝쪽에서 원료 원소가 용해될 때까지 고온으로 가열한 다음, 고온영역을 천천히 이동시켜 시료를 국부적으로 용해시키면서 시료 전체를 고온영역으로 통과하게 하여 결정을 성장시키는 단계를 포함한다. 광학 유동 영역법은 원료 원소를 막대 형상으로 씨드 로드(seed rod)와 피드(feed rod)로 만든 다음 피드 로드를 램프의 빛을 한 초점에 모아 국부적으로 고온으로 시료를 용해시키면서 용해부분을 위쪽으로 천천히 끌어올려 결정을 성장시키는 단계를 포함하는 방법이다. 증기 전송법은 원료 원소를 석영관 아래쪽에 넣고 원료 원소 부분을 가열하고 석영관 위쪽은 낮은 온도로 두어 원료 원소가 기화되면서 낮은 온도에서 고상반응을 일으키며 결정을 성장시키는 단계를 포함하는 방법이다. 얻어진 단결정 재료의 전기 전도도는 직류 4단자법에 의해 측정할 수 있다.

제조된 다결정 또는 단결정 벌크재료는 미분화(pulverization)하여 결정 분말을 얻을 수 있다. 미분화는 특별한 제한 없이 볼밀(ball mill) 등 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 미분화 후, 예를 들면 체(seive)를 이용하여 일정한 크기의 분말을 얻을 수 있다

제조된 다결정 또는 단결정 벌크 재료는 기상 증착의 타겟 등으로 사용되어 상기 화합물을 포함하는 얇은 연속 필름 (즉, 전도성 박막)를 제공할 수 있다. 기상 증착은, 열증착 (thermal evaporation), 스퍼터링 등의 물리증착(physical vapor deposition), 화학 증착 (CVD), 원자층 증착 (atomic layer deposition: ALD), 펄스형 레이저 증착(pulsed laser deposition)법에 의해 수행될 수 있다. 이러한 증착법은 공지된 혹은 상업적으로 입수 가능한 임의의 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 증착 (deposition)의 조건은 화합물의 종류 및 증착 방식에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.

다른 구현예에서, 전술한 화합물의 벌크 재료 또는 그의 분체는 액상 박리(liquid phase exfoliation)를 거쳐 복수개의 나노시트로 제조되고, 이들 복수개의 나노시트들을, 전기적 연결을 제공할 수 있도록 접촉시켜 전도성 박막을 제조할 수 있다.

액상 박리는, 적절한 용매 내에서 상기 벌크 재료 또는 분체를 초음파 처리(ultra-sonication)하여 수행될 수 있다. 사용 가능한 용매의 예는, 물, 알코올(이소프로필알콜, 에탄올, 메탄올), N-메틸 피롤리돈 (NMP), 헥산, 벤젠, 디클로로벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 디에틸에테르, 디클로로메탄(DCM), 테트라히드로퓨란 (THF), 에틸아세테이트 (EtOAc), 아세톤, 디메틸포름아미드(DMF), 아세토니트릴(MeCN), 디메틸설폭시드(DMSO), 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤(Valerolactone), 퍼플루오르화 방향족 용매 (e.g., 헥사플루오로벤젠, 옥타플루오로톨루엔, 펜타플루오로벤조니트릴, 펜타플루오로피리딘), 또는 이들의 조합을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.

상기 용매는, 박리를 용이하게 하고 박리된 나노 시트들이 뭉치는 것을 방지하게 위해 계면 활성제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 계면활성제로서는, 소듐도데실설페이트 (sodium dodecyl sulfate: SDS), 소듐도데실벤젠설포네이트(sodium dodecylbenzenesulfonate:SDBS) 를 사용할 수 있다.

초음파 처리는 공지된 또는 상업적으로 입수 가능한 임의의 초음파 처리 장치를 사용할 수 있으며, 그 조건 (초음파 처리 시간)도 특별히 제한되지 않고 사용된 용매 및 용매 내 분체의 농도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 초음파 처리는 1 시간 이상, 예를 들어, 1 시간 내지 2 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 용매 내 분체의 농도는 0.01 g/l 이상, 예컨대, 0.01 g/l (또는 0.1 g/ml) 내지 1 g/l 의 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

박리를 촉진하기 위해, 리튬 원자를 층간 결정 구조의 상기 화합물 내로 인터칼레이션(intercalation) 할 수 있다. 일구현예에서, 상기 화합물을 헥산 등 지방족 탄화수소 용매 내의 알킬화리튬 화합물(예컨대, 부틸리튬) 용액에 함침하여 리튬 원자를 상기 화합물 내로 인터칼레이션시키고, 얻어진 생성물을 초음파 처리하여 상기 화합물을 포함하는 복수개의 나노시트를 얻을 수 있다. 예컨대, 얻어진 생성물을 물에 넣으면 물과 삽입된 리튬 이온의 반응에 의해 결정 구조의 층간에서 수소가 발생하여 층간 분리를 촉진할 수 있다. 이렇게 제조된 나노시트는 적절한 방법 (예컨대 원심분리)으로 분리하여 세정한다.

제조된 나노시트들을 포함하는 전도성 박막에서는, 나노시트들이 서로 물리적으로 접촉하여 전기적 연결을 제공한다. 나노시트들이 물리적으로 연결되어 가능한 얇은 막을 형성하는 경우 제조된 막이 더 향상된 투과도를 나타낼 수 있다. 이렇게 제조된 필름은, 커버리지가 50% 이상일 수 있다. 이렇게 제조된 막은, 그 두께가 20 nm 이하, 예컨대 5 nm 이하일 경우, 매우 높은 투과도 (예컨대, 80% 이상, 또는 85% 이상)를 나타낼 수 있다. 나노시트를 이용한 막(film)의 형성은 공지된 임의의 방법에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 막 형성은, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 잉크 또는 페이스트 형성 후 프린팅 등에 의해 수행될 수 있다.

일구현예에서, 제조된 나노시트들을 탈이온수에 부가한 다음, 분산액을 다시 초음파처리한다. 초음파 처리된 상기 분산액에 물과 비혼화성인 유기 용매 (예컨대, 자일렌, 톨루엔 등 방향족 탄화수소)를 부가한다. 얻어진 혼합물을 흔들어주면, 나노시트들을 포함한 박막이 물과 상기 유기 용매 사이의 계면에 형성된다. 습윤된, 깨끗한, 산소 플라즈마 처리된 유리 기판을 상기 계면에 살짝 담군 다음(dip) 서서히 꺼내면, 상기 계면에서 상기 나노시트들을 포함한 박막이 상기 기재 상에 펼쳐진다(spread). 물/유기 용매의 계면의 면적당 나노시트 농도 및 기판을 꺼낼 때의 속도/각도를 조절하여 제조되는 박막의 두께 등을 조절할 수 있다.

상기 전도성 박막은, 높은 전도도, 높은 광투과도, 및 우수한 유연성을 나타낼 수 있으므로, ITO, ZnO 등의 투명 전도성 산화물을 포함한 전극 등과 Ag 나노 와이어 포함 투명 필름을 대체할 수 있다.

다른 구현예는, 전술한 전도성 박막을 포함하는 전자 소자를 제공한다. 상기 전도성 박막에 대한 구체적 내용은 전술한 바와 같다. 상기 전자 소자는, 예를 들어, 평판 디스플레이 (예컨대, LCD, LED, OLED), 터치 스크린 패널, 태양전지, e-윈도우, 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이 (Flexible display) 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 5는, 일 구현예에 따른 투명 도전체를 적용한 유기 발광 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

일 구현예에 따른 유기 발광 장치는 기판(10), 하부 전극(20), 하부 전극(20)과 마주하는 상부 전극(40), 그리고 하부 전극(20)과 상부 전극(40) 사이에 개재되어 있는 발광층(30) 및 보조층(50)을 포함한다.

기판(10)은 예컨대 유리와 같은 무기 물질 또는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 유기 물질, 실리콘웨이퍼 등으로 만들어질 수 있다.

하부 전극(20)과 상부 전극(40) 중 하나는 캐소드(cathode)이고 다른 하나는 애노드(anode)이다. 예컨대 하부 전극(20)은 애노드이고 상부 전극(40)은 캐소드일 수 있다.

하부 전극(20)과 상부 전극(40) 중 적어도 하나는 투명 전극이며, 하부 전극(10)이 투명 전극인 경우 기판(10) 측으로 빛을 내는 배면 발광(bottom emission)일 수 있으며 상부 전극(40)이 투명 전극인 경우 기판(10)의 반대 측으로 빛을 내는 전면 발광(top emission)일 수 있다. 또한 하부 전극(20) 및 상부 전극(40)이 모두 투명 전극인 경우 기판(10) 측 및 기판(10)의 반대 측으로 양면 발광할 수 있다.

상기 투명 전극은, 전술한 전도성 박막으로 만들어진다. 상기 전도성 박막에 대한 구체적 내용은 전술한 바와 같다. 상기 투명전도막 소재는 OLED 캐소드(cathode) 등에서 사용에 적합할 수 있다. 상기 투명전도막 소재를 이용하여 기존의 LiF/Al 혹은 MgAg 얼로이(alloy) 를 대체 가능하다.

여기서는 전도성 박막을 유기 발광 장치에 적용한 예를 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 투명 전극이 사용되는 모든 전자 소자의 전극으로 사용될 수 있으며, 예컨대 액정 표시 장치의 화소 전극 및/또는 공통 전극, 유기 발광 장치의 애노드 및/또는 캐소드, 플라즈마 표시 장치의 표시 전극, 터치 패널 소자의 투명 전극에도 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

[ 실시예 ]

실시예 1: TiTe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Ti 원소분말 (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰)와 Te 원소 (granula) (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰)를 혼합하여 혼합물을 준비한다. 준비된 혼합물을 석영 유리관에 넣고 관 내부를 진공 조건 하에 밀봉한다. 상기 석영 유리관을 가열로(box furnace)에 넣고 1일에 거쳐 온도를 증가시켜 1000도씨로 가열하고, 이 온도에서 4일간 유지한 다음 실온으로 서서히 냉각한다 (고상법 수행).

제조된 시료를 소분(pulverization)하고 스파크 플라즈마 소결 장비 (제조사: Fuji Electronic Industrial Co.,Ltd. 모델명: Dr. Sinter)를 사용하여, 70 Mpa 또는 80 MPa의 압력, 및 600도씨, 700도씨, 800도씨, 및 900도씨 하에 스파크 플라즈마 소결(Spark plasma sintering: SPS)한다.

제조된 소결체의 전기 전도도를 ULVAC-Riko ZEM-3 를 사용하여 상온/상압 조건 하에 직류 4단자법으로 측정하고 그 결과를 표 5에 정리한다.

제조된 소결체 일부에 대하여, X선 회절 분석을 수행하고 그 결과를 도 6A 내지 도 6C에 나타낸다.

실시예 2: ZrTe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Zr 원소분말 (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰와 Te 원소 (granula)(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 ZrTe₂ 다결정 소결체를 제조한다.

제조된 소결체의 전기 전도도를 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고 그 결과를 표 5에 정리한다.

실시예 3: HfTe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Hf 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0. 05몰과 Te 원소 (granula) (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 HfTe₂ 다결정 소결체를 제조한다.

실시예 4: VTe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 V 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰과 Te 원소 (granula) (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 VTe₂ 다결정 소결체를 제조한다.

실시예 5: NbTe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Nb 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰과 Te 원소 (granula) (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 NbTe₂ 다결정 소결체를 제조한다.

실시예 6: TaTe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Ta 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰과 Te 원소 (granula) (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비하며, 800도씨에서 어닐링하고, 700도씨와 70 MPa에서 SPS, 800도씨와 70 MPa 에서 SPS, 및 900도씨와 80 MPs 에서 SPS 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 TaTe₂ 다결정 소결체를 제조한다.

제조된 소결체의 일부에 대하여, X선 회절 분석을 수행하고 그 결과를 도 2에 나타낸다.

실시예 7: VSe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 V 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰과 Se 원소 granula (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 VSe₂ 다결정 소결체를 제조한다.

실시예 8: TaSe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Ta 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰과 Se 원소 granula (순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비하며, 800도씨에서 어닐링하고, 800도씨 + 70 MPa 에서 SPS 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 TaSe₂ 다결정 소결체를 제조한다.

제조된 소결체에 대하여, X선 회절 분석을 수행하고 그 결과를 도 3에 나타낸다.

비교예 1: NbS₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Nb 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 몰과 S 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 몰을 혼합하여 혼합물을 준비하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 NbS₂ 다결정 소결체를 제조한다.

비교예 2: TaS₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Ta 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 몰과 S 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 몰을 혼합하여 혼합물을 준비하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 TaS₂ 다결정 소결체를 제조한다.

비교예 3: TiSe₂ 다결정 소결체 제조

글로브 박스 내에서 Ti 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰과 Se 원소(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich)0.10 몰을 혼합하여 혼합물을 준비하며, 700도씨에서 어닐링하고, 600도씨, 700도씨, 800도씨, 또는 900도씨와 70 MPa 에서 SPS 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 TiSe₂ 다결정 소결체를 제조한다. 제조된 소결체에 대하여, X선 회절 분석을 수행하고 그 결과를 도 7A 내지 도 7D에 나타낸다.

구분	전이금속 화합물	전기전도도 (S/cm)
구분	전이금속 화합물	SPS 70MPa 600C	SPS 70MPa 700C	SPS 70MPa 800C	SPS 80MPa 900C
실시예 1	TiTe₂	9396	10556	8827	7945
실시예 2	ZrTe₂	2800	3182	3506	1390
실시예 3	HfTe₂	2240	2469	2748	2686
실시예 4	VTe₂	2380	1722	-	-
실시예 5	NbTe₂	5750	6002	-	-
실시예 6	TaTe₂	4215	4448	4127	3806
실시예 7	VSe₂	2214	3432	3642	2300
실시예 8	TaSe₂	2169	2038	2737	2400
비교예 1	NbS₂	705	1591	1940	-
비교예 2	TaS₂	441	485	495	811
비교예 3	TiSe₂	271	653	675	1142

실시예 9: TiTe₂ 단결정 제조

글로브 박스 내에서 Ti 원소분말(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.05몰과 Te 원소 잉곳(순도: 99.99%, 제조사: Sigma-Aldrich) 0.10몰을 혼합하여 혼합물을 준비한다. 준비된 혼합물을 석영 유리관에 넣고 관 내부를 진공 조건 하에 밀봉한다. 상기 석영 유리관을 가열로(box furnace)에 넣고 100도씨/시간의 속도로 900도씨까지 가열하고, 이 온도에서 24시간 동안 유지한다. 얻어진 용융물을 1300도씨에서 6시간 동안 유지시킨 다음, 상기 용융물의 온도를 48시간에 걸쳐 서서히 1200도씨까지 낮추면서 결정 잉곳을 성장시킨다. 성장된 결정 잉곳을 실온으로 냉각한다. 이러한 공정의 온도 프로파일을 도 4에 나타낸다.

이러한 공정에 의해 얻어진 단결정은 1mm 이상의 그레인을 가질 수 있음을 확인한다.

제조된 단결정의 전기 전도도를, ULVAC-Riko ZEM-3 를 이용하여 상온/상압 조건 하에 직류 4단자법으로 측정한다. 그 결과, 제조된 단결정의 전기 전도도는 18,000 S/cm 임을 확인한다.

실시예 10: TiTe₂ 박막 제조

실시예 1에서 제조된 소결체를 타겟으로 사용하여, MgO 기판 상에 KrF 레이저를 사용하여 아래 조건 하에 펄스형 레이저 증착(PLD)을 수행한다.

PLD 장치: Pioneer 130, Neocera

출력: 1.5J/cm2

시간: 20분

기판 온도: 600도씨

진공도: 2* 10^-6

제조된 TiTe₂ 증착막의 두께는 약 20nm 이다.

실시예 11: TiTe₂ 나노시트를 포함한 박막 제조

실시예 1에서 제조한 TiTe₂ 소결체를 소분한다. 얻어진 분말 0.1 그램을 1L의 NMP 용매 내 분산시키고, 얻어진 혼합물을 1 시간 동안 초음파 처리한다. 초음파 처리에 의해 층간 분리가 일어나 TiTe₂ 나노시트를 포함한 분산액을 얻는다.

얻어진 나노시트들은 원심분리하여 침전물들은 다시 물로 세정하고 원심분리한다.

얻어진 나노시트 침전물을 바이알에 담고 3ml의 탈이온수를 부가하고 초음파 처리한다. 여기에 2 내지 3 ml의 톨루엔을 부가하고, 바이알을 흔들어주면 물 층과 톨루엔층 사이의 계면에 나노시트들을 포함한 박막이 형성된다. 산소 플라즈마 처리된 유리 기판을 상기 계면으로 살짝 담근 다음 꺼내 올리면, 계면의 TiTe₂ 나노시트 필름이 상기 유리 기판 상에 펼쳐진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

하기 화학식 1 또는 화학식 2로 나타내어지고, 층상 결정구조를 가지는 화합물을 포함하고,
상기 화합물을 포함하는 복수개의 나노시트를 포함하고,
두께가 20 nm 이하이고,
550 nm 의 파장의 광에 대한 투과율이 80% 이상인
전도성 박막:
[화학식 1]
MeTe₂
여기서, Me는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 또는 니오비움(Nb) 이고,
[화학식 2]
MeSe₂
여기서, Me는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta) 임.
제1항에 있어서,
상기 화합물은, TiTe₂, NbTe₂, TaTe₂, 또는 이들의 조합인 전도성 박막.
제1항에 있어서,
전기 전도도가 2200 S/cm 이상인 전도성 박막.
제1항에 있어서,
파장 550nm 의 빛에 대한 흡수계수(α)와 비저항값(ρ)의 곱이 30 Ω/□ 이하인 전도성 박막.
제1항에 있어서,
상기 층상 결정 구조는, P-3m1 (164) 스페이스 그룹을 가지는 육방정계(hexagonal system with P-3m1 space group) 또는 C12/m1 (12) 스페이스 그룹을 가지는 단사정계(monoclinic system)에 속하는 전도성 박막.
제1항에 있어서,
상기 화합물의 단결정을 포함하는 전도성 박막.
제1항에 있어서,
상기 나노 시트들은 접촉되어 전기적 연결을 제공하는 전도성 박막.
제1항에 있어서,
상기 화합물을 포함하는 연속하는 증착막을 가지는 전도성 박막.
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하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 나타내어지고, 층상 결정구조를 가지는 화합물을 포함하고,
상기 화합물을 포함하는 복수개의 나노시트를 포함하고,
두께가 20 nm 이하이고,
550 nm 의 파장의 광에 대한 투과율이 80% 이상인
전도성 박막을 포함하는 전자 소자:
[화학식 1]
MeTe₂
여기서, Me는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 또는 니오비움(Nb) 이고,
[화학식 2]
MeSe₂
여기서, Me는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta) 임.
제10항에 있어서,
상기 전도성 박막은 TiTe₂, NbTe₂, TaTe₂, 또는 이들의 조합을 포함하는 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 전도성 박막은, 전기 전도도가 2200 S/cm 이상인 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 전도성 박막은 파장 550nm 의 빛에 대한 흡수계수(α)와 그의 비저항값(ρ)의 곱이 30 Ω/□ 이하인 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 전도성 박막은 P-3m1 (164) 스페이스 그룹을 가지는 육방정계(hexagonal system with P-3m1 space group) 또는 C12/m1 (12) 스페이스 그룹을 가지는 단사정계(monoclinic system)에 속하는 층상 결정 구조를 가지는 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 전도성 박막은 상기 화합물의 단결정을 포함하는 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 나노 시트들은 접촉되어 전기적 연결을 제공하는 전자 소자
제10항에 있어서,
상기 전도성 박막은 상기 화합물을 포함하는 연속 증착막을 가지는 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 패널, 태양전지, e-윈도우, 전기 변색 소자, 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이인 전자 소자.
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