KR102325475B1 - 전기 전도성을 갖는 질화 붕소 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 전도성을 갖는 질화 붕소에 대한 것으로, 서로 60도 회전된 육방정계 질화 붕소 간의 결정립계에서 6'6'-N 구조의 질화 붕소가 형성되며, 상기 6'6'-N 구조는 0 eV의 밴드갭을 가지고 있어 전기 전도성을 갖는다. 본원에 따른 질화 붕소는 단원자의 두께를 갖는 완전한 일차원 형태로서, 소자의 소형화, 유연 소자, 투명 소자 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
Description
본 발명은 전기 전도성을 갖는 질화 붕소 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 서로 60도 회전된 육방정계 질화 붕소 간의 결정립계에서 6'6'-N 구조의 질화 붕소가 형성되며, 상기 6'6'-N 구조는 0 eV의 밴드갭을 가지고 있어 전기 전도성을 갖는 것이다.
4차 산업혁명 시대의 대표적 기술인 빅데이터와 IoT, 인공지능 등이 발전하면서 대용량의 데이터를 저장하고 제어할 수 있는 고성능의 반도체 수요가 증가하고 있다. 또한, 5G 통신 서비스가 상용화되면서 자율 주행차, AR/VR 시장 등이 확장될 가능성이 높아짐에 따라 초저전력, 초소형 반도체 및 소자를 생산하기 위한 공정 기술이 요구되고 있다. 특히, 반도체의 고성능, 소형화 및 박막화, 저전력기술을 비롯하여 한정된 크기의 웨이퍼 내에서 반도체 칩의 생산량을 극대화 할 수 있는 방안 등이 요구되면서 반도체 공정의 기술 난이도는 점점 높아지고 있는 실정이다.
반도체는 나노미터 크기의 영역에서 회로를 설계하고, 반도체를 구성하는 트랜지스터와 커패시터, 회로 배선 등의 크기를 소형화시켜 한정된 크기의 실리콘 웨이퍼에 더 많은 칩을 생산하기 위해 지속적으로 개발되고 있다. 최근, 파운드리 업체는 회로배선 폭을 5 nm 내지 7 nm로 설계 및 제작 가능하도록 생산 기술을 개발하여 팹리스 업체들에게 제공하고 있다.
반도체뿐만 아니라 태양전지, 전기 회로, 자성 재료, LED 등 전자재료의 소형화 구현을 위해 1차원 나노 구조물을 사용하기 위한 시도가 행해지고 있다. 여기서 1차원 나노 구조물이란 나노 사이즈를 갖는 구조물로서, 길이가 너비, 높이 등의 다른 2개의 축 방향 사이즈에 비해 현저히 큰 구조물을 말하며, 보통 상기 길이가 상기 너비 및 높이에 비해 2 배 이상의 사이즈를 갖는 구조물을 말한다. 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 로드, 나노 파이버, 나노 리본 등의 1차원 나노 구조물은 예외적인 전기적 및 광학적 성질로 인해 차세대 나노 전자 및 나노 광자 영역에서 그 잠재적인 응용과 관련하여 큰 관심을 받고 있다.
한편, 육방정계 질화붕소(hexagonal boron nitride, 이하 h-BN으로 칭함)는 2차원 구조를 갖는 물질로서, 붕소원자와 질소 원자의 육각 배열로 이루어져 있으며, 약 5.9 eV의 큰 밴드갭으로 인해 전기적 절연특성을 가지고, 물리적 및 기계적으로 안정한 물질에 해당한다.
h-BN의 결정은 흑연과 유사한 육각방면의 적층 구조를 가져 매우 단단한 결합을 형성하며, 윤활성을 갖는다. 또한 h-BN 시트는 원자 번호가 낮은 원소의 공유결합 물질로서 높은 열전도성을 가지며, 융점을 가지지 않고 약 3,000℃에서 승화되므로 고온에서 높은 안정성을 가지고, 전기 저항이 매우 높아 1,000℃를 넘는 고온 영역에서 105Ω의 저항을 가진다. 또한, 매우 안정한 육각면의 결합을 가지므로 높은 화학적 안정성을 가지고, 진비중이 2.26으로서 세라믹 중에서는 매우 낮은 편이므로 항공기, 우주재료 등의 부품 경량화를 유도할 수 있다.
이러한 육방정계 질화붕소는 절연체로서 소자의 페시베이션(passivation)으로 주로 응용되었다.
Nat Nanotechnol 5, 326-329 (2010)
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 전기 전도성을 갖는 질화 붕소에 대한 것이다. 구체적으로, 서로 60도 회전된 육방정계 질화 붕소 간의 결정립계에서 6'6'-N 구조의 질화 붕소가 형성되며, 상기 6'6'-N 구조는 0 eV의 밴드갭을 가지고 있어 전기 전도성을 갖는 것이다.
또한, 본 발명의 두 번째 목적은 전기 전도성을 갖는 질화 붕소의 일차원 구조체이다. 육방정계 질화 붕소의 결정립계에서 생성된 상기 일차원 구조체는 단원자의 두께를 갖고 완전한 일차원 형태로서, 소자의 소형화, 유연 소자, 투명 소자 등에 응용될 수 있다.
또한, 본 발명의 세 번째 목적은 종래의 반도체 공정에 사용되는 박막 제작기술을 이용하여 전기 전도성을 갖는 질화 붕소를 형성할 수 있어, 다양한 소자의 공정에 적용될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일차원 구조체는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로서 표시되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서, 상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, B 및 N으로 구성된 그룹 중에서 선택된 것이고, 상기 n은 5 내지 1,000,000의 정수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일차원 구조체는 전기 전도성을 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일차원 구조체는 단원자의 두께를 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 질화 붕소는 하기 화학식 3으로서 표시되며, 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 한다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, 상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고, 상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 질화 붕소는 단원자의 두께를 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 질화 붕소는 단일 층인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다층 구조체는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층; 및 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 형성되며, 육방정계 질화 붕소로 구성되는 제 2층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 3층;을 더 포함하며, 상기 제 3층은, 상기 제 1층을 사이에 두고 상기 제 2층과 반대의 층에 위치하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 4층 내지 제 10층을 더 포함하며, 상기 제 4층 내지 제 10층은 각각 독립적으로 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 위치하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다층 구조체는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층; 및 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 형성되며, 전도성 이차원 구조체로 구성되는 제 2층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 3층;을 더 포함하며, 상기 제 3층은, 상기 제 1층을 사이에 두고 상기 제 2층과 반대의 층에 위치하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 4층 내지 제 10층을 더 포함하며, 상기 제 4층 내지 제 10층은 각각 독립적으로 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 위치하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일차원 전극은 전류가 인가되었을 때 상기 화학식 1 또는 2로서 표시되고, 전류가 차단되었을 때는 하기 화학식 4 또는 5로서 표시되며, 상기 화학식 1은 상기 화학식 4와 대응되고, 상기 화학식 2는 상기 화학식 5와 대응되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 4]
[화학식 5]
상기 화학식 4 및 5 에서, 상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, B 및 N으로 구성되는 그룹 중에서 선택된 것이고, 상기 n은 5 내지 1,000,000의 정수이다.
상기 일차원 전극은 단원자의 두께를 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 질화 붕소의 제조 방법은 구리 기판 상에 제 1 열처리를 하는 단계; 상기 제 1 열처리가 된 상기 구리 기판 상에 질소 공급원 및 붕소 공급원을 공급하면서 제 2 열처리를 하여 상기 구리 기판 상에 질화 붕소를 형성하는 단계; 및 상기 질화 붕소에 전자를 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 질소 공급원은 암모니아, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 붕소 공급원은 BH3, BF3, BCl3, B2H6, (CH3CH2)3B, (CH3)3B 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 질소와 붕소 공급원은 암모니아보레인(H3NBH3), 보라진(B3H6N3), (BH)3(NH)3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 열처리는 800℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2 열처리는 50℃ 내지 200℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 소자는 상기 화학식 1 또는 화학식 2로서 표시되는 일차원 구조체를 포함한다.
본 발명의 소자는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소를 포함한다.
본 발명의 소자는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소 층 및 육방정계 질화 붕소 층을 포함하는 다층 구조체를 포함한다.
본 발명의 소자는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소 층 및 전도성 이차원 구조체 층을 포함하는 다층 구조체를 포함한다.
본 발명의 소자는 전류가 인가되었을 때 상기 화학식 1 또는 2로서 표시되고, 전류가 차단되었을 때는 상기 화학식 4 또는 5로서 표시되며, 상기 화학식 1은 상기 화학식 4와 대응되고, 상기 화학식 2는 상기 화학식 5와 대응되는 것인 일차원 전극을 포함한다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 일차원 구조체는 단원자 두께의 일차원 물질인 동시에 전기 전도성을 갖고 있다. 즉, 본원의 일차원 구조체는 완전한 일차원 형태로서, 소자의 소형화, 유연 소자, 투명 소자 등에 응용될 수 있다.
본원에 따른 질화 붕소는 육방정계 질화 붕소에 상기 일차원 구조체가 포함된 형태를 나타내고 있다. 이에 따라 상기 질화 붕소는 상기 일차원 구조체의 영역에서 전기 전도도를 가지며, 육방정계 질화 붕소의 영역에서는 절연 특성을 나타낸다. 일반적으로 육방정계 질화 붕소는 절연체로서 소자의 페시베이션(passivation)으로 응용되었다. 본원에 따른 질화 붕소는 전도성 채널과 페시베이션이 동시에 형성되어 있는 형태로서, 소자에 응용되었을 때 더 안정적인 소자를 구현할 수 있다. 또한, 전도성 채널과 페시베이션을 별도의 공정으로 형성하던 종래의 기술과 달리 동시에 형성함으로써 공정의 단순화 및 저가화를 이룰 수 있다.
본원에 따른 일차원 전극은 전류가 차단되었을 때는 절연 특성을 갖는 반면, 전류가 인가됨으로써 전자가 주입되어 안정적인 구조를 이루는 동시에 전기 전도성을 갖는다. 이에 따라, 상기 일차원 전극은 높은 on/off 효율을 갖는 장점이 있다.
본원에 따른 질화 붕소의 제조 방법은 적용하고자 하는 소자를 제작하는 방법에 따라 공정의 방법이 선택될 수 있다. 더욱이, 종래의 반도체 공정에 사용되는 박막 제작기술을 이용하여 전기 전도성을 갖는 질화 붕소를 형성할 수 있는 장점이 있다.
본원에 따른 일차원 구조체, 질화 붕소, 다층 구조체, 일차원 전극은 다양한 소자에 응용될 수 있으며, 예를 들어 반도체, 센서, 바이폴라 정션 트랜지스터, 전계 효과형 트랜지스터, 이종 결합 바이폴러 트랜지스터, 싱글 일렉트론 트랜지스터, 발광다이오드, 유기전계 발광다이오드, 태양전지 등에 사용될 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 일차원 구조체의 도면이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소 단위체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 스택킹 구조(stacking structure)를 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)는 AA' 구조의 육방정계 질화 붕소를 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 AB 구조의 육방정계 질화 붕소를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 8c는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9a 및 9b는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 10은 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 11a 및 11b는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 12는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 13은 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 제조 방법의 순서도이다.
도 14a 및 14b는 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
도 16은 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
도 17의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 가색상 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 17의 (c) 내지 (e)는 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 18의 (a) 내지 (c)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 DF-TEM(Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 18의 (d)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴 이미지이고, 도 18의 (e) 및 (f)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 19의 (b)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 가색상 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 19의 (a)는 도 19의 (b)의 하얀색 박스 영역의 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 19의 (a)의 삽도는 각각의 영역에서의 스택킹 구조를 나타낸 것이고, 도 19의 (c)는 도 19의 (a)의 검적색 박스 영역의 가색상 이미지이고, 도 19의 (d) 및 (e)는 질화 붕소의 원자 모델을 나타낸 이미지이고, 도 19의 (f)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 이미지이다.
도 20의 (a)는 도 19의 (a)의 표면에 전자 빔을 조사한 후의 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 20의 (b)는 도 20의 (a)의 가색상 이미지이고, 도 20의 (c)는 도 20의 (a)의 노란색 박스 영역의 높은 배율의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 20의 (d) 및 (e)는 원자 모델의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 21a는 도 19의 (a)의 검정색 박스 부분의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 21b는 6'6'-N 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 21c는 44-B 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이다.
도 22a는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 22b는 6'6' 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 22c는 558 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이다.
도 23은 558 구조와 6'6' 구조의 전자 주입에 따른 자유 에너지 변화를 나타낸 그래프이다.
도 24는 전자를 주입했을 때, 558 구조와 6'6' 구조의 변화에 따른 자유 에너지 변화를 나타낸 그래프이다.
도 25의 (a)는 6'6'-N 구조의 오비탈 구조를 나타낸 것이고, 25의 (b)는 558-N 구조의 오비탈 구조를 나타낸 것이다.
도 26은 558 구조의 질화 붕소가 6'6' 구조의 질화 붕소로 변환되는 AIMD(ab initio molecular dynamics) 시뮬레이션을 실행한 그래프이다.
도 27의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소의 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 이미지이다.
도 28a는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 3층일 때의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 28b는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 2층일 때의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 29a는 6'6'-N 구조의 원자 모델 및 밴드 구조를 나타낸 것이고, 도 29b는 558-N 구조의 원자 모델 및 밴드 구조를 나타낸 것이다.
도 30의 (a) 및 (b)는 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 30의 (c)는 도 30의 (b)의 빨간색 선의 EELS(Electron Energy-Loss Spectroscopy)를 나타낸 그래프이다.
도 31의 (a) 및 (b)의 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 31의 (c)는 도 31의 (b)에 표시된 부분의 지점을 원자 모델로 나타낸 것이고, 도 31의 (d)는 도 31의 (b)에 표시된 영역의 EEL(Electron Energy-Loss)를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소 단위체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 스택킹 구조(stacking structure)를 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)는 AA' 구조의 육방정계 질화 붕소를 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 AB 구조의 육방정계 질화 붕소를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 8c는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9a 및 9b는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 10은 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 11a 및 11b는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 12는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
도 13은 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 제조 방법의 순서도이다.
도 14a 및 14b는 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
도 16은 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
도 17의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 가색상 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 17의 (c) 내지 (e)는 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 18의 (a) 내지 (c)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 DF-TEM(Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 18의 (d)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴 이미지이고, 도 18의 (e) 및 (f)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 19의 (b)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 가색상 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 19의 (a)는 도 19의 (b)의 하얀색 박스 영역의 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 19의 (a)의 삽도는 각각의 영역에서의 스택킹 구조를 나타낸 것이고, 도 19의 (c)는 도 19의 (a)의 검적색 박스 영역의 가색상 이미지이고, 도 19의 (d) 및 (e)는 질화 붕소의 원자 모델을 나타낸 이미지이고, 도 19의 (f)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 이미지이다.
도 20의 (a)는 도 19의 (a)의 표면에 전자 빔을 조사한 후의 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 20의 (b)는 도 20의 (a)의 가색상 이미지이고, 도 20의 (c)는 도 20의 (a)의 노란색 박스 영역의 높은 배율의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 20의 (d) 및 (e)는 원자 모델의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 21a는 도 19의 (a)의 검정색 박스 부분의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 21b는 6'6'-N 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 21c는 44-B 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이다.
도 22a는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 22b는 6'6' 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 22c는 558 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이다.
도 23은 558 구조와 6'6' 구조의 전자 주입에 따른 자유 에너지 변화를 나타낸 그래프이다.
도 24는 전자를 주입했을 때, 558 구조와 6'6' 구조의 변화에 따른 자유 에너지 변화를 나타낸 그래프이다.
도 25의 (a)는 6'6'-N 구조의 오비탈 구조를 나타낸 것이고, 25의 (b)는 558-N 구조의 오비탈 구조를 나타낸 것이다.
도 26은 558 구조의 질화 붕소가 6'6' 구조의 질화 붕소로 변환되는 AIMD(ab initio molecular dynamics) 시뮬레이션을 실행한 그래프이다.
도 27의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소의 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 이미지이다.
도 28a는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 3층일 때의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 28b는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 2층일 때의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 29a는 6'6'-N 구조의 원자 모델 및 밴드 구조를 나타낸 것이고, 도 29b는 558-N 구조의 원자 모델 및 밴드 구조를 나타낸 것이다.
도 30의 (a) 및 (b)는 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 30의 (c)는 도 30의 (b)의 빨간색 선의 EELS(Electron Energy-Loss Spectroscopy)를 나타낸 그래프이다.
도 31의 (a) 및 (b)의 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 31의 (c)는 도 31의 (b)에 표시된 부분의 지점을 원자 모델로 나타낸 것이고, 도 31의 (d)는 도 31의 (b)에 표시된 영역의 EEL(Electron Energy-Loss)를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 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 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 육방정계 질화 붕소는 통상의 기술자가 알고 있는 육방정계 질화 붕소(hexagonal boron nitride, h-BN)를 의미한다. 또한, 본원 명세서 전체에서 질화 붕소는 본원 명세서에서 정의하고 있는 질화 붕소를 의미하며, 단순히 질화 붕소라고 기재되어 있는 경우 육방정계 질화 붕소를 의미하는 것은 아닐 수 있다.
본원 명세서 전체에서 '6'6'-'은 길쭉한 육각형 고리 구조, '44-'는 마름모 고리 구조, '558-'은 두 개의 오각형과 한 개의 팔각형 고리 구조, '-N'은 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 질소인 구조, '-B'는 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 붕소인 구조를 의미한다. 따라서, 6'6'-N 구조는 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 질소이면서 길쭉한 육각형 고리 형태의 구조를 의미하고, 44-B 구조는 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 붕소이면서 마름모 고리 형태의 구조를 의미하고, 6'6'-B 구조는 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 붕소이면서 길쭉한 육각형 고리 형태의 구조를 의미하고, 44-N 구조는 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 질소이면서 마름모 고리 형태의 구조를 의미하고, 558-N 구조는 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 질소이면서 두 개의 오각형과 한 개의 팔각형 고리 형태의 구조를 의미하고, 558-B는 분자에서의 거울 대칭면에 해당되는 원자가 붕소이면서 두 개의 오각형과 한 개의 팔각형 고리 형태의 구조를 의미한다.
이하에서는 본원의 전기 전도성을 갖는 질화 붕소 및 이의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
본원은, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로서 표시되는 일차원 구조체에 관한 것이다.
상기 화학식 1 및 2에서, 상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, B 및 N으로 구성된 그룹 중에서 선택된 것이고, 상기 n은 5 내지 1,000,000의 정수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 일차원 구조체의 도면이다.
상기 일차원 구조체는 전기 전도성을 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일차원 구조체는 전자가 주입되었을 때 안정적인 구조를 이루는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참고하면, 상기 일차원 구조체는 질소 원소를 중심(빨간색 점선)으로 대칭된 구조를 나타내고 있다. 또한, 상기 질소 원자는 단글링 결합(dangling bond)을 가지고 있다. 일반적으로 단글링 결합은 배위 불포화로 인하여 결합이 절단된 상태로서, 불안정한 상태이다. 따라서 다른 원자나 분자가 접근하면 쉽게 화학결합을 이루는 성질이 있다. 다만, 상기 일차원 구조체에서는 전자를 추가적으로 주입함으로써 단글링 결합을 가지고 있는 상기 질소 원자의 비공유 전자와 상기 추가된 전자가 전자쌍을 이루면서 안정적인 구조를 형성하는 동시에 전기 전도성을 나타내는 것이다.
상기 화학식 2에서, 질소원자와 붕소원자의 일부가 공명구조를 이루고 있어, 상기 화학식 1로서 표시되는 일차원 구조체와 비교했을 때, 전기 전도성이 더 증가할 수 있다.
상기 일차원 구조체는 단원자의 두께를 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
현재 전자 소자의 크기를 줄이기 위한 노력이 계속되고 있으며, 이를 위해 그래핀 등의 이차원 물질을 이용하여 전극, 전도체 등의 크기를 줄이려는 연구가 진행되고 있다. 다만, 아직 궁극적으로 일차원의 단원자 두께의 전자 채널은 개발되지 않은 실정이다. 본원 발명의 일차원 구조체는 단원자 두께의 일차원 물질인 동시에 전기 전도성을 갖고 있다. 즉, 본원의 일차원 구조체는 완전한 일차원 형태로서, 소자의 소형화, 유연 소자, 투명 소자 등에 응용될 수 있다.
본원은, 하기 화학식 3으로서 표시되며, 전기 전도성을 갖는 질화 붕소에 관한 것이다.
상기 화학식 3에서, 상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고, 상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 3에서, n=m1=m3=6, m2=m4=2일 경우, 하기 화학식 6으로서 나타낼 수 있다.
상기 화학식 3에서, n=7, m1=m3=6, m2=2, m4=3일 경우, 하기 화학식 7로서 나타낼 수 있다.
상기 화학식 3에서, n=6, m1=7, m3=8, m2=2, m4=3일 경우, 하기 화학식 8로서 나타낼 수 있다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 도면이다.
도 2를 참고하면, 상기 질화 붕소는 육방정계 질화 붕소에 상기 일차원 구조체가 포함된 형태를 나타내고 있다. 이에 따라 상기 질화 붕소는 상기 일차원 구조체의 영역에서 전기 전도도를 가지며, 육방정계 질화 붕소의 영역에서는 절연 특성을 나타낸다. 일반적으로 육방정계 질화 붕소는 절연체로서 소자의 페시베이션(passivation)으로 응용되었다. 본원에 따른 질화 붕소는 전도성 채널과 페시베이션이 동시에 형성되어 있는 형태로서, 소자에 응용되었을 때 더 안정적인 소자를 구현할 수 있다. 또한, 전도성 채널과 페시베이션을 별도의 공정으로 형성하던 종래의 기술과 달리 동시에 형성함으로써 공정의 단순화 및 저가화를 이룰 수 있다.
상기 질화 붕소는 단원자의 두께를 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 질화 붕소는 단일 층인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 질화 붕소는 평면구조로 확장되는 이차원 물질인 것 일 수 있다.
일반적으로 육방정계 질화 붕소는 붕소 원자와 질소 원자 사이의 큰 전기음성도 차이로 인해 약 5.9 eV의 큰 밴드갭을 가져 절연체로 알려져 있다. 하지만 본원에 따른 질화 붕소는 서로 60도 회전된 육방정계 질화 붕소 간의 결정립계에서 6'6'-N 구조의 질화 붕소가 형성되며, 상기 6'6'-N 구조는 0 eV의 밴드갭을 가지고 있어 전기 전도성을 갖는다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소 단위체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)의 질화 붕소 단위체를 본원 명세서 전체에서 [BN]이라고 명명하고, 도 3의 (b)의 질화 붕소 단위체는 상기 [BN] 구조를 60° 회전한 구조로서, 본원 명세서 전체에서 [NB]라고 명명할 수 있다.
본원에 따른 질화 붕소는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소와 [NB]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소의 경계면에서 형성되는 것 일 수 있다.
복수의 육방정계 질화 붕소의 경계면에서 형성되는 질화 붕소의 구조를 하기에서 설명하도록 한다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 스택킹 구조(stacking structure)를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 질화 붕소의 스택킹 구조(stacking structure)는 질화 붕소 단위체의 회전 및 이동에 따라 총 6가지로 나타낼 수 있다. 위 층의 질화 붕소 단위체와 아래 층의 질화 붕소 단위체의 방향이 같을 때([BN]/[BN] 또는 [NB]/[NB]), 위 층의 질화 붕소 단위체와 아래 층의 질화 붕소 단위체의 위치가 같으면 AA구조, 위 층의 질화 붕소 단위체가 아래 층의 질화 붕소 단위체 중심으로 이동한 경우 AB 구조 또는 AC 구조라고 하며, 질소 원자가 붕소 원자의 위에 있는 경우 AB 구조, 붕소 원자가 질소 원자의 위에 있는 경우 AC 구조라고 한다. 프라임 표시(')가 붙은 구조는 위 층의 질화 붕소 단위체와 아래 층의 질화 붕소 단위체의 방향이 서로 60° 회전되어 있을 때([NB]/[BN] 또는 [BN]/[NB])의 구조를 의미한다.
질화 붕소의 스택킹 구조의 안정성은 위 층의 질화 붕소 단위체와 아래 층의 질화 붕소 단위체의 원자간의 상호 인력에 따른다. 구체적으로, 서로 다른 원자가 만날 때(B-N)는 인력이 작용하고, 서로 같은 원자가 만날 때(B-B 또는 N-N)는 척력이 작용한다. 이에 따라, AA' 구조가 가장 안정적이며, 그 다음으로 AB 구조 및 AC 구조가 안정적이다.
도 5의 (a)는 AA' 구조의 육방정계 질화 붕소를 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 AB 구조의 육방정계 질화 붕소를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 5의 (b)의 노란색 화살표는 AB 구조 또는 AC 구조로 변경될 수 있는 이동 벡터를 표시한 것이다.
도 6a 내지 6d는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 6a 내지 도 6d는 서로 다른 질화 붕소의 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 결합의 형태를 나타낸 것이다. 도 6a 내지 도 6d의 위의 도면은 각각의 육방정계 질화 붕소가 3층으로 이루어진 스택킹 구조의 질화 붕소에서, 중간 층의 원자 배열을 위에서 본 이미지이고, 아래의 도면은 육방정계 질화 붕소의 스택킹 구조를 나타낸 것이다. 도 6a는 질화 붕소 단위체가 [BN]일 때, AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ABA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 6'6'-N 구조를 나타낸 것이고, 도 6b는 질화 붕소 단위체가 [BN]일 때, AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ACA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 44-B 구조를 나타낸 것이고, 도 6c는 질화 붕소 단위체가 [NB]일 때, AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ACA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 6'6'-B 구조를 나타낸 것이고, 도 6d는 질화 붕소 단위체가 [NB]일 때, AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ABA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 44-N 구조를 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 7a는 6'6'-N 구조를 포함하는 질화 붕소의 도면이고, 도 7b는 44-B 구조를 포함하는 질화 붕소의 도면이고, 도 7c는 6'6'-B 구조를 포함하는 질화 붕소의 도면이고, 도 7d는 44-N 구조를 포함하는 질화 붕소의 도면이다.
6'6'-N 구조, 44-B 구조, 6'6'-B 구조 및 44-N 구조의 안정성을 확인하기 위하여 DFT(Density Functional Theory) 계산을 이용하여 물질의 구조를 나타내었고, 이를 도 8a 내지 8c로서 나타내었다.
도 8a 내지 8c는 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 구조를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 8a는 6'6'-N 구조 및 44-B 구조의 DFT 계산 결과를 나타낸 구조이고, 도8b는 6'6'-B 구조의 DFT 계산 결과를 나타낸 구조이고, 도8c는 44-N 구조의 DFT 계산 결과를 나타낸 구조이다.
도 8에 나타난 결과에 따르면, DFT 계산 결과 6'6'-N 구조 및 44-B 구조는 558-N 구조로 변환되고 6'6'-B 구조는 558-B 구조로 변환되고, 44-N 구조는 원자의 뒤틀림으로 인해 정확한 구조를 얻을 수 없는 것을 확인할 수 있다. 또한, 44-B 구조는 도8a의 빨간색 화살표가 표시된 것처럼 오른쪽으로 이동(shift)하면서 558-N 구조로 변환된다.
이처럼 DFT 계산 결과에 따르면, 서로 다른 질화 붕소의 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소의 경계면에서 형성되는 결합의 형태는 6'6'-N 구조, 44-B 구조, 6'6'-B 구조 및 44-N 구조 보다는 558-N 구조 또는 558-B 구조가 더 안정적이다. 하지만, 상기 경계면에 전자를 주입하여 DFT를 계산하면 558-N 구조가 6'6'-N 구조로 변환되는 것을 확인할 수 있다. 이와 관련하여서는 하기 실시예에서 더 자세히 설명하도록 한다.
상기 질화 붕소는 전자가 주입되었을 때 안정적인 구조를 이루는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전자가 추가적으로 주입됨으로써 상기 질화 붕소의 질소 원자의 비공유 전자와 상기 추가된 전자가 전자쌍을 이루면서 전기 전도성을 나타내는 것이다.
본원에 따른 질화 붕소는 바람직하게는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소의 배열이 각각 A'구조와 B구조인 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 것 일 수 있다. 또는, 본원에 따른 질화 붕소는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화붕소가 각각 AA' 스택킹 구조와 AB 스택킹 구조인 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 것 일 수 있다. 또는, 본원에 따른 질화 붕소는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소가 각각 AA'A 스택킹 구조와 ABA스택킹 구조인 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 것 일 수 있다.
본원은, 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층; 및 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 형성되며, 육방정계 질화 붕소로 구성되는 제 2층;을 포함하는 다층 구조체에 관한 것이다.
도 9a 및 9b는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
구체적으로, 도 9a는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층과 상기 제 1층의 하부에 형성되며, 육방정계 질화 붕소로 구성되는 제 2층을 포함하는 다층 구조체의 도면이고, 도 9b는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층과 상기 제 1층의 상부에 형성되며, 육방정계 질화 붕소로 구성되는 제 2층을 포함하는 다층 구조체의 도면이다.
상기 다층 구조체는 상기 제 2층과 동일한 구성의 제 3층;을 더 포함하며, 상기 제 3층은, 상기 제 1층을 사이에 두고 상기 제 2층과 반대의 층에 위치하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 10은 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
구체적으로, 도 10은 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층과 상기 제 1층의 상부 및 하부에 형성되며, 육방정계 질화 붕소로 구성되는 제 2층 및 제 3층을 포함하는 다층 구조체의 도면이다.
일반적으로 육방정계 질화 붕소는 매우 안정한 육각면의 결합을 가지므로 높은 화학적 안정성을 가지고 고온에서 높은 안정성을 가지는 특성이 있다. 이러한 육방정계 질화 붕소가 상기 질화 붕소와 층상구조로 형성됨으로써 상기 질화 붕소의 안정성이 증가하는 것 일 수 있다. 구체적으로, 상기 다층 구조체는 2층으로 형성되어 있을 때 보다 상기 질화 붕소의 상부 및 하부에 상기 육방정계 질화 붕소가 형성되어 있는 3층 이상의 다층 구조체가 더욱 안정적인 특성을 나타낸다. 특히, 상기 질화 붕소의 상부 및 하부에 상기 육방정계 질화 붕소가 형성됨으로써 대기중의 공기, 이물질 등과의 접촉을 차단함으로써 더욱 안정적인 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 육방정계 질화 붕소는 절연체로서 상기 질화 붕소의 페시베이션 역할을 동시에 수행하여 더 안정적인 소자를 구현할 수 있다.
상기 다층 구조체는 상기 제 2층과 동일한 구성의 제 4층 내지 제 10층을 더 포함하며, 상기 제 4층 내지 제 10층은 각각 독립적으로 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 위치하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원은, 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층; 및 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 형성되며, 전도성 이차원 구조체로 구성되는 제 2층;을 포함하는 다층 구조체에 관한 것이다.
상기 전도성 이차원 구조체는 전도성을 가지는 이차원 물질을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 이차원 구조체는 그래핀, 전이금속 칼코게나이드, 이차원 전도성 고분자 등을 포함하는 것 일 수 있다. 또한, 상기 전도성 이차원 구조체는 금속으로 형성된 이차원 박막을 포함하는 것 일 수 있다. 상기 금속은 Cu, Ni, Ti, Au, Ag, Al, Fe, Pt, Zr, Mo, Cr, Sc, V, Mn, Co 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것 일 수 있다.
도 11a 및 11b는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
구체적으로, 도 11a는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층과 상기 제 1층의 하부에 형성되며, 그래핀으로 구성되는 제 2층을 포함하는 다층 구조체의 도면이고, 도 11b는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층과 상기 제 1층의 상부에 형성되며, 그래핀으로 구성되는 제 2층을 포함하는 다층 구조체의 도면이다.
상기 다층 구조체는 상기 제 2층과 동일한 구성의 제 3층;을 더 포함하며, 상기 제 3층은, 상기 제 1층을 사이에 두고 상기 제 2층과 반대의 층에 위치하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 다층 구조체가 3층 이상으로 형성되어 있을 때, 상기 제 1층의 질화 붕소로 형성된 층에서, 상기 일차원 구조체의 영역에서만 통전되는 것이다. 예를 들어, 상기 다층 구조체가 소자에 응용될 때, 상기 전도성 이차원 구조체로 구성된 층은 전극으로서 작용하고, 상기 전도성 이차원 구조체로 구성된 층에 전류를 인가하였을 때, 상기 제 1층의 질화 붕소로 형성된 층에서, 상기 일차원 구조체의 영역에서만 통전되어 상기 제 1층의 일차원 영역만 전류가 흐르는 전도성 소자를 형성할 수 있다.
도 12는 본원의 일 구현예에 따른 다층 구조체의 도면이다.
구체적으로, 도 12는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층과 상기 제 1층의 상부 및 하부에 형성되며, 그래핀으로 구성되는 제 2층 및 제 3층을 포함하는 다층 구조체의 도면이다.
도 11 및 도 12에서는 상기 전도성 이차원 구조체로서 그래핀으로 구성된 제 2층 및 3층을 나타내었으나, 이는 예시로서 나타낸 것일 뿐, 상기 전도성 이차원 구조체를 그래핀으로만 한정하는 것은 아니다.
본원에서 예시로서 개시한 그래핀은 2차원 탄소물질로서, 육각형 벌집모양의 구조를 이루고 있는 단일 탄소 원자층으로 이루어진 초박막 구조이다. 그래핀은 강도, 열전도율, 전하이동도 등의 특성이 우수한 장점이 있다. 이러한 그래핀이 상기 질화 붕소와 층상구조로 형성됨으로써 상기 질화 붕소의 안정성이 증가하는 것 일 수 있다. 구체적으로, 상기 다층 구조체는 2층으로 형성되어 있을 때 보다 상기 질화 붕소의 상부 및 하부에 상기 그래핀이 형성되어 있는 3층 이상의 다층 구조체가 더욱 안정적인 특성을 나타낸다. 특히, 상기 질화 붕소의 상부 및 하부에 상기 그래핀이 형성됨으로써 대기중의 공기, 이물질 등과의 접촉을 차단함으로써 더욱 안정적인 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 그래핀은 높은 전기 전도성을 갖는 물질로서, 상기 질화 붕소의 전자 채널 또는 전극 역할을 수행하여 소자를 구현할 수 있다.
본원은, 전류가 인가되었을 때 상기 화학식 1 또는 2로서 표시되고, 전류가 차단되었을 때는 하기 화학식 4 또는 5로서 표시되며, 상기 화학식 1은 상기 화학식 4와 대응되고, 상기 화학식 2는 상기 화학식 5와 대응되는 일차원 전극에 관한 것이다.
상기 화학식 4 및 5 에서, 상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, B 및 N으로 구성되는 그룹 중에서 선택된 것이고, 상기 n은 5 내지 1,000,000의 정수이다.
상기 일차원 전극이 전류가 차단되었을 때 상기 화학식 4로서 표시되는 경우, 상기 일차원 전극에 전류가 인가되었을 때 상기 화학식 1로서 표시되는 물질로 변환된다. 또한, 상기 일차원 전극이 전류가 차단되었을 때 상기 화학식 5로서 표시되는 경우, 상기 일차원 전극에 전류가 인가되었을 때 상기 화학식 2로서 표시되는 물질로 변환된다.
상기 일차원 전극은 단원자의 두께를 갖는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일차원 전극은 전류가 차단되었을 때는 상기 화학식 4 또는 5로서 표시되며, 상기 화학식 4 또는 5로서 표시되는 것은 절연 특성을 갖는다. 상기 일차원 전극은 전류가 인가되었을 때 상기 화학식 1 또는 2로서 표시되며, 상기 화학식 1 또는 2로서 표시되는 것은 전류가 인가됨으로써 전자가 주입되어 안정적인 구조를 이루는 동시에 전기 전도성을 갖는다. 이에 따라, 상기 일차원 전극은 높은 on/off 효율을 갖는 장점이 있다.
그래핀은 높은 전기 전도성을 갖고 있지만 에너지 갭의 부재로 인해 on/off 효율이 낮아 반도체로 활용하기에 부적합하고, 밴드갭을 증가시키기 위해 도핑 또는 미세 구조 개질 등을 시도할 경우 전하 이동도가 급격히 저하되는 등 우수한 반도체 특성을 얻는 데에 한계가 있다. 반면에, 본원 발명의 일차원 전극은 높은 on/off 효율을 가지고 있어 반도체에 효과적으로 응용될 수 있다.
더욱이, 본원의 일차원 전극은 단원자 두께의 완전한 일차원 형태로서, 소자의 소형화, 유연 소자, 투명 소자 등에 적용될 수 있다.
본원은, 구리 기판 상에 제 1 열처리를 하는 단계; 상기 제 1 열처리가 된 상기 구리 기판 상에 질소 공급원 및 붕소 공급원을 공급하면서 제 2 열처리를 하여 상기 구리 기판 상에 질화 붕소를 형성하는 단계; 및 상기 질화 붕소에 전자를 주입하는 단계;를 포함하는 질화 붕소의 제조 방법에 관한 것이다.
본원의 질화 붕소의 제조 방법은 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 열화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 기상 합성법(Vapor Phase Growth) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해 수행되는 것 일 수 있다.
본원의 질화 붕소의 제조 방법은 적용하고자 하는 소자를 제작하는 방법에 따라 공정의 방법이 선택될 수 있다. 더욱이, 종래의 반도체 공정에 사용되는 박막 제작기술을 이용하여 전기 전도성을 갖는 질화 붕소를 형성할 수 있는 장점이 있다.
도 13은 본원의 일 구현예에 따른 질화 붕소의 제조 방법의 순서도이다.
우선, 구리 기판 상에 제 1 열처리를 한다(S100).
상기 구리 기판은 다결정 기판, 111 구리 기판, 110 구리 기판 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 열처리는 상기 구리 기판의 표면을 제어하기 위하여 필요한 공정이다. 일반적인 구리 기판의 표면은 거칠고 다량의 불순물 입자를 포함하여 물성의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 이와 같은 물성 저하를 억제하기 위해서 상기 구리 기판의 표면을 제어하여 매끄러운 표면을 부여함으로써 그 위에서 성장하는 질화 붕소 또한 불순물 입자의 함량이 적고 매끄러운 표면을 갖도록 형성할 수 있다.
상기 제 1 열처리는 800℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 열처리의 온도가 800℃ 미만, 1,500℃ 초과일 경우 원하는 배열의 질화 붕소를 수득하지 못할 수 있다.
상기 제 1 열처리는 5분 내지 3시간 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 열처리를 5분 미만, 3시간 초과 수행할 경우, 원하는 배열의 질화 붕소를 수득하지 못할 수 있다.
상기 제 1 열처리는 불활성 분위기 및/또는 환원성 분위기 하에 수행되는 것 일 수 있다.
상기 불활성 분위기는 아르곤 가스, 헬륨 가스와 같은 불활성 기체를 사용하며, 상기 환원성 분위기는 수소기체를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 불활성기체 및 수소기체를 혼합가스 형태로 함께 공급할 수 있다.
상기 제 1 열처리 단계의 전 및/또는 후에 에천트 용액에 상기 구리 기판을 일정 시간 동안 침지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 에천트는 질산, FeCl3, H2O2, NH3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있다.
상기 에천트는 증류수 등에 희석하여 사용하는 것 일 수 있다.
이어서, 상기 제 1 열처리가 된 상기 구리 기판 상에 질소 공급원 및 붕소 공급원을 공급하면서 제 2 열처리를 하여 상기 구리 기판 상에 질화 붕소를 형성한다(S200).
상기 질소 공급원 및 상기 붕소 공급원은 일정한 유량으로 공급될 수 있으며, 불활성 분위기 및/또는 환원성 분위기 하에 공급될 수 있다.
상기 질소 공급원 및 상기 붕소 공급원은 질소와 붕소가 약 1:1의 화학양론적으로 공급될 수 있다.
상기 질소 공급원은 암모니아, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 붕소 공급원은 BH3, BF3, BCl3, B2H6, (CH3CH2)3B, (CH3)3B 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 질소와 붕소를 동시에 공급할 수 있는 공급원은 암모니아보레인(H3NBH3), 보라진(B3H6N3), (BH)3(NH)3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 질소 공급원 및 상기 붕소 공급원은 퍼니스(furnace) 또는 챔버 내에 기상으로 공급될 수 있으나, 원료 물질 자체가 기상일 필요는 없으며, 외부 용기에서 고상의 질소 및 붕소 함유 물질을 기화 시켜 사용하는 것도 가능하다. 즉, 외부 용기에 고상의 함 질소 및 붕소 화합물을 저장한 후 이를 소정 온도로 가열하여 상기 화합물을 기화, 예를 들어 승화시킨 후, 이를 상기 구리 기판이 위치하는 퍼니스 또는 챔버 내로 공급할 수 있다. 또는 상기 구리 기판에 액상의 질소 및 붕소 함유 물질을 기화시켜 사용하는 것도 가능하다.
상기 제 2 열처리는 50℃ 내지 300℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2 열처리의 온도가 50℃ 미만일 경우 상기 구리 기판 상에 상기 질화 붕소가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 제 2 열처리의 온도가 300℃ 초과일 경우 원하는 배열의 질화 붕소를 수득하지 못할 수 있다.
상기 제 2 열처리는 5분 내지 1시간 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2 열처리를 5분 미만 수행할 경우, 상기 구리 기판 상에 상기 질화 붕소가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 제 2 열처리를 1시간 초과 수행할 경우, 원하는 배열의 질화 붕소를 수득하지 못할 수 있다.
상기 질소 공급원과 상기 붕소 공급원의 함량을 조절하여 질화 붕소의 성장을 제어할 수 있다.
본원에 따른 질화 붕소의 제조 방법에 따라 제조된 질화 붕소는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소이다.
상기 질화 붕소는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소의 배열이 각각 A'구조와 B구조인 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 것 일 수 있다. 또는, 상기 질화 붕소는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소가 각각 AA' 스택킹 구조와 AB 스택킹 구조인 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 것 일 수 있다. 또는, 상기 질화 붕소는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소가 각각 AA'A 스택킹 구조와 ABA 스택킹 구조인 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되는 것 일 수 있다.
상기 구리 기판 상에 형성된 상기 질화 붕소를 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 냉각하는 단계는 분당 10℃ 내지 100℃의 속도로 냉각시킬 수 있다. 이와 같은 냉각을 위해 불활성가스를 일정한 유속으로 가할 수 있다. 또한, 자연 냉각 등의 방법을 사용하는 것도 가능하며, 이와 같은 자연 냉각은 열원의 작동을 중지시키거나, 열원을 제거하는 등의 방법으로 수행할 수 있다.
상기 냉각하는 단계에서 상기 불활성가스는 아르곤, 수소, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 냉각하는 단계를 수행함으로써 상기 질화 붕소가 원하는 배열로 형성될 수 있다.
상기 구리 기판 상에 형성된 상기 질화 붕소는 단원자의 두께를 가지며, 1층 또는 2층 이상의 다중층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 1층 내지 100층, 1층 내지 20층, 또는 1층 내지 10층의 층수를 가질 수 있다.
상기 구리 기판을 제거하는 단계를 추가 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 구리 기판은 산처리에 의해서 제거할 수 있다. 상기 산처리는 과황산나트륨, 염산, 황상, 질산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 용액에 소정 시간 동안 침지하여 상기 구리 기판을 제거하는 것 일 수 있다.
이어서, 상기 질화 붕소에 전자를 주입한다(S300).
상기 전자를 주입하는 단계는 SEM(Scanning Electron Microscopy), TEM(transmission electron Microscopy) 등의 전자를 이용하여 분석을 수행하는 분석기기를 사용하는 방법, 전류를 인가하는 방법, N-도핑을 수행하는 방법 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전자를 주입함으로써 상기 질화 붕소가 안정적인 구조를 이루는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전자가 추가적으로 주입됨으로써 상기 질화 붕소의 질소 원자의 비공유 전자와 상기 추가된 전자가 전자쌍을 이루면서 안정적인 구조를 형성함과 동시에 전기 전도성을 나타낼 수 있다.
본원은, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로서 표시되는 일차원 구조체를 포함하는 소자에 관한 것이다.
상기 소자는 다양한 전기소자에 사용될 수 있으며, 예를 들어 반도체, 센서, 바이폴라 정션 트랜지스터, 전계 효과형 트랜지스터, 이종 결합 바이폴러 트랜지스터, 싱글 일렉트론 트랜지스터, 발광다이오드, 유기전계 발광다이오드, 태양전지 등에 사용될 수 있다.
상기 일차원 구조체는 단원자의 두께를 갖는 완전한 일차원 형태로서, 소형 소자, 유연 소자, 투명 소자 등의 다양한 전기 소자에 적용될 수 있다.
본원은, 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소를 포함하는 소자에 관한 것이다.
도 14a 및 14b는 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
구체적으로, 도 14는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소를 포함하는 소자의 도면을 나타낸 것이다. 도 14a는 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소에 전극을 연결한 도면이고, 도 14b는 상기 화학식 3으로서 표시되는 일차원 구조체를 기판 상에 형성한 도면이다.
도 14는 상기 소자를 예시로서 표현한 것이며, 상기 소자의 형태를 한정하는 것은 아니다. 상기 소자는 사용 용도에 따라서 다양한 형태로 제작될 수 있다.
본원은, 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소 층 및 육방정계 질화 붕소 층을 포함하는 다층 구조체를 포함하는 소자에 관한 것이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
구체적으로, 도 15의 (a)는 소자의 위쪽에서 측면 방향으로 바라봤을 때의 도면이고, 도 15의 (b)는 소자의 측면에서 봤을 때의 도면이다.
도 15는 상기 소자를 예시로서 표현한 것이며, 상기 소자의 형태를 한정하는 것은 아니다. 상기 소자는 사용 용도에 따라서 다양한 형태로 제작될 수 있다. 또한, 도 15는 3층의 다층 구조체를 포함하는 소자의 형태로서 나타내었지만, 상기 소자는 2층 내지 10층의 다층 구조체를 응용할 수 있다.
본원은, 상기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소 층 및 전도성 이차원 구조체 층을 포함하는 다층 구조체를 포함하는 소자에 관한 것이다.
도 16은 본원의 일 구현예에 따른 소자의 도면이다.
도 16은 상기 소자를 예시로서 표현한 것이며, 상기 소자의 형태를 한정하는 것은 아니다. 상기 소자는 사용 용도에 따라서 다양한 형태로 제작될 수 있다. 또한, 도 16은 3층의 다층 구조체를 포함하는 소자의 형태로서 나타내었지만, 상기 소자는 2층 내지 10층의 다층 구조체를 응용할 수 있다.
도 16에서는 상기 전도성 이차원 구조체로서 그래핀으로 구성된 층을 나타내었으나, 이는 예시로서 나타낸 것일 뿐, 상기 전도성 이차원 구조체를 그래핀으로만 한정하는 것은 아니다.
상기 다층 구조체가 3층 이상으로 형성되어 있을 때, 상기 제 1층의 질화 붕소로 형성된 층에서, 상기 일차원 구조체의 영역에서만 통전되는 것이다. 예를 들어, 상기 다층 구조체가 소자에 응용될 때, 상기 전도성 이차원 구조체로 구성된 층은 전극으로서 작용하고, 상기 전도성 이차원 구조체로 구성된 층에 전류를 인가하였을 때, 상기 제 1층의 질화 붕소로 형성된 층에서, 상기 일차원 구조체의 영역에서만 통전되어 상기 제 1층의 일차원 영역만 전류가 흐르는 전도성 소자를 형성할 수 있다.
본원은, 전류가 인가되었을 때 상기 화학식 1 또는 2로서 표시되고, 전류가 차단되었을 때는 상기 화학식 4 또는 5로서 표시되며, 상기 화학식 1은 상기 화학식 4와 대응되고, 상기 화학식 2는 상기 화학식 5와 대응되는 것인 일차원 전극을 포함하는 소자에 관한 것이다.
상기 일차원 전극은 높은 on/off 효율을 갖고 있어 고성능의 반도체에 적용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
먼저, 구리 포일을 묽은 질산 용액에 몇 초간 담갔다 뺀 뒤 증류수로 세척하였다. 상기 질산 용액에 담갔다 뺀 구리 포일을 퍼니스(furnace) 내에 위치시킨 후 1,050℃의 온도에서 40분동안 가열하였다. 또한, 상기 구리 포일을 상기 온도에서 2시간 동안 유지하고 상기 퍼니스 내에 Ar/H2를 200:20 sccm으로 주입하여 상기 구리 표면 상의 산성물질을 제거하였다. 이어서, 암모니아 보레인 8 mg을 세라믹 보트에 담아 상기 퍼니스 내에 위치시킨 후 85℃의 온도에서 30분동안 가열하여 상기 구리 포일 상에 질화 붕소를 형성하였다. 상기 질화 붕소가 형성된 구리 포일을 상기 퍼니스로부터 꺼내어 냉각시켰다. 이어서 상기 질화 붕소를 다른 기판(예를 들면, TEM grid)에 옮긴 후 과황산나트륨 내에서 12시간 이상 두어 상기 구리 포일을 제거하여, 질화 붕소를 수득하였다.
[평가]
1. 질화 붕소의 구조 확인 및 분석
상기 실시예 1에서 제조한 질화 붕소의 특성을 관찰하였고 그 결과를 도 17 내지 28로서 나타내었다.
도 17의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 가색상 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 17의 (c) 내지 (e)는 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
구체적으로, 도 17의 (a)는 도 17의 (a)의 삽도에서 표시된 이차 회절 지점(Φ2)의 가색상 DF-TEM 이미지이고, 도 17의 (b)는 도 17의 (a)의 삽도에서 표시된 일차 회절 지점(Φ1)의 가색상 DF-TEM 이미지이고, 도 17의 (c)는 AA' 스택킹 구조와 AB 스택킹 구조인 질화 붕소 간의 경계면의 HR-TEM 이미지이고, 도 17의 (d) 및 (e)는 질화 붕소의 표면 상에 삼각형 결함을 만들었을 때의 질화 붕소의 HR-TEM의 이미지이고, 도 17의 (a) 및 (b)의 스케일 바는 0.1 μm, 도 17의 (c) 내지 (e)의 스케일 바는 1 nm인 것이다.
도 17에 나타난 결과에 따르면, 우선, 도 17의 (a)의 삽도에서 표시된 이차 회절 지점(Φ2)의 가색상 DF-TEM 이미지인 도 17의 (a)는 질화 붕소의 층 수가 증가할수록 밝은 색을 띄는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 도 17의 (a)의 삽도에서 표시된 일차 회절 지점(Φ1)의 가색상 DF-TEM 이미지인 도 17의 (b)는 다층의 질화 붕소의 스택킹 구조에 따라 색이 다르게 나타난다. 구체적으로, 도 17의 (b)에서 AA' 스택킹 구조를 가진 질화 붕소 층은 층수가 증가할수록 밝은 색을 띄는 것을 확인할 수 있다. 반면에, AB 스택킹 구조의 질화 붕소는 AA' 스택킹 구조를 가진 질화 붕소 층과 층수가 같더라도 더 어두운 색을 띄는 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 17의 (b)의 ABC 스택킹 구조로 표시된 부분은 가장 어두운 것을 확인할 수 있다. 하지만, 이차 회절 지점 및 일차 회절 지점의 가색상 DF-TEM 이미지가 질화 붕소의 층수가 증가함에 따라 밝아질 때, AA' 스택킹 구조 또는 AA 스택킹 구조인지 확신할 수 없다. 또한, 이차 회절 지점의 가색상 DF-TEM 이미지에서는 질화 붕소의 층수가 증가함에 따라 밝아지고, 일차 회절 지점의 가색상 DF-TEM 이미지가 질화 붕소의 층수가 증가함에 따라 어두워질 때, AB 스택킹 구조, AC 스택킹 구조, AB' 스택킹 구조 또는 AC' 스택킹 구조인지 확신할 수 없다. 이는 상기 구조들 간의 회절 상태가 유사하기 때문이다. 이에 따라, HR-TEM 이미지를 통해 추가적으로 분석하였다. 도 17의 (c)에 나타난 결과에 따르면, AA' 스택킹 구조의 질화 붕소는 단일층의 질화 붕소 대비 더 밝은 육각형 격자 구조를 나타내는 반면, AB 스택킹 구조의 질화 붕소는 삼각형 모양의 격자를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다. AB 스택킹 구조 및 AA' 스택킹 구조를 확인하기 위하여 각각의 질화 붕소의 표면상에 80 kV의 전자 빔을 삼각형 모양으로 조사하였다. 일반적으로, 전자 빔을 조사하게 되면, 질소의 끝단을 확인할 수 있다. 도 17의 (d)는 질화 붕소의 표면 상에 삼각형 결함을 만들었을 때, 상기 삼각형과 같은 방향으로 삼각형 결함이 발생하여 AB 스택킹 구조를 가지는 것으로 판단할 수 있다. 반면에, 도 17의 (e)는 질화 붕소의 표면 상에 삼각형 결함을 만들었을 때, 상기 삼각형과 반대 방향으로 삼각형 결함이 발생하여 AA' 스택킹 구조를 가지는 것으로 판단할 수 있다. 즉, DF-TEM과 HR-TEM을 이용함으로써 실시예에서 제조한 질화 붕소가 AA' 스택킹 구조 또는 AB 스택킹 구조인지 확인할 수 있다.
실시예에서 제조한 질화 붕소에 있어서, AA' 스택킹 구조의 질화 붕소와 AB 스택킹 구조의 질화 붕소의 경계면에서 상기 질화 붕소가 어떤 구조를 가지는 것에 대한 확인을 하기 도 18 내지 21로서 나타내었다.
도 18의 (a) 내지 (c)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 DF-TEM(Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 18의 (d)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴 이미지이고, 도 18의 (e) 및 (f)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
구체적으로, 도 18의 (a)는 도 18(d)의 일차 회절 지점(Φ1a)의 DF-TEM 이미지이고, 도 18의 (b)는 도 18(d)의 일차 회절 지점(Φ1b)의 DF-TEM 이미지이고, 도 18의 (c)는 도 18(d)의 이차 회절 지점(Φ2)의 DF-TEM 이미지이고, 도 18의 (e)는 낮은 배율의 TEM 이미지이고, 도 18의 (f)는 높은 배율의 TEM 이미지이다.
도 19의 (b)는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 가색상 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 19의 (a)는 도 19의 (b)의 하얀색 박스 영역의 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 19의 (a)의 삽도는 각각의 영역에서의 스택킹 구조를 나타낸 것이고, 도 19의 (c)는 도 19의 (a)의 검적색 박스 영역의 가색상 이미지이고, 도 19의 (d) 및 (e)는 질화 붕소의 원자 모델을 나타낸 이미지이고, 도 19의 (f)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 이미지이다.
구체적으로, 도 19의 (d)는 AA'A 스택킹 구조의 질화 붕소와 ABA 스택킹 구조의 질화 붕소의 경계면을 원자 모델로 나타낸 것이고, 도 19의 (e)는 도 19의 (d)에서 위와 아래에 있는 A 층을 제거하여 A' 구조의 질화 붕소와 B 구조의 질화 붕소의 경계면을 원자 모델로 나타낸 것이고, 도 19의 (a)의 스케일 바는 1 nm, 도 19의 (b)의 스케일 바는 0.1 μm인 것이다.
도 20의 (a)는 도 19의 (a)의 표면에 전자 빔을 조사한 후의 HR-TEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 20의 (b)는 도 20의 (a)의 가색상 이미지이고, 도 20의 (c)는 도 20의 (a)의 노란색 박스 영역의 높은 배율의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 20의 (d) 및 (e)는 원자 모델의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
구체적으로, 도 20의 (a)는 도 19의 (a)의 표면에 10초동안 전자 빔을 조사한 후의 HR-TEM 이미지이고, 도 20의 (b)는 도 20의 (a)의 전자 빔에 의해 에칭된 층을 가시화 하기 위한 가색상 이미지로서 질화 붕소가 3층에서 0층으로 감소할수록 초록색에서 파란색으로 색상의 변화를 나타낸 것이고, 도 20의 (d)는 ABA 스택킹 구조의 질화 붕소의 가상 TEM 이미지이고, 도 20의 (e)는 ABC 스택킹 구조의 질화 붕소의 가상 TEM 이미지이고, 도 20의 (d) 및 (e)에서 파란색은 질소, 분홍색은 붕소를 의미하는 것이다. 도 20의 (c)는 도 20의 (d) 및 (e)와 비교했을 때, 도 20의 (d)와 유사한 이미지를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 도 19의 (a)와 도 20의 (a)의 오른쪽 영역은 ABA 스택킹 구조의 질화 붕소인 것으로 볼 수 있다.
도 18 내지 20에 나타난 결과에 따르면, 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소는 AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ABA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이와 관련하여 도 6a 내지 6d를 참고하면, AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ABA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 6'6'-N 구조 또는 44-N 구조가 형성될 수 있다. 이를 확인하기 위한 실험을 진행하였고, 이를 도 21로서 나타내었다.
도 21a는 도 19의 (a)의 검정색 박스 부분의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 21b는 6'6'-N 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 21c는 44-B 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이다.
구체적으로, 도 21a 내지 21c의 TEM 이미지에 표시된 파란색 선과 빨간색 선 각각의 프로파일을 하기 파란색 그래프 및 빨간 색 그래프로서 나타내었다.
도 21에 나타난 결과에 따르면, 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소는 AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ABA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 44-B 구조보다는 6'6'-N 구조로 형성되는 것을 확인할 수 있다.
6'6'-N 구조의 안정성을 확인하기 위하여 DFT(Density Functional Theory) 계산을 이용하여 물질의 구조를 나타낸 결과, 도 8a를 참조하면, 6'6'-N 구조는 558-N 구조로 변환된다. 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소의 구조를 확인하기 위한 실험을 진행하였고, 이를 도 22 내지 27로서 나타내었다.
도 22a는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 22b는 6'6' 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 22c는 558 구조의 가상 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지 및 프로파일(profile)을 나타낸 것이다.
구체적으로, 도 22a에서 TEM 이미지에 표시된 보라색 선을 하기의 보라색 프로파일로서 나타낸 것이고, 도 22b에서 TEM 이미지에 표시된 빨간색 선을 하기의 빨간색 프로파일로서 나타낸 것이고, 도 22c에서 TEM 이미지에 표시된 올리브색 선을 하기의 올리브색 프로파일로서 나타낸 것이다.
도 22에 나타난 결과에 따르면, 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소는 558구조보다는 6'6'구조와 유사한 것으로 나타났다. 이에 따라 도 8의 DFT 계산 결과가 558 구조인 것과 실험 결과가 6'6' 구조인 것으로, 이론과 실험 간의 차이가 발생하였다. DFT 계산 결과와 실험 결과의 차이점을 확인하기 위하여 TEM의 조건과 유사한 조건에서 계산을 진행하였고 이를 도 23 및 24로서 나타내었다.
도 23은 558 구조와 6'6' 구조의 전자 주입에 따른 자유 에너지 변화를 나타낸 그래프이다.
도 23에 나타난 결과에 따르면, 전자를 주입할수록 6'6' 구조의 자유 에너지는 급격히 감소하고, 전자 두 개를 주입한 경우, 558 구조의 자유 에너지보다 더 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
도 24는 전자를 주입했을 때, 558 구조와 6'6' 구조의 변화에 따른 자유 에너지 변화를 나타낸 그래프이다.
도 24에 나타난 결과에 따르면, 2개의 전자가 주입되었을 때, 558 구조보다 6'6' 구조의 자유 에너지가 낮은 것으로 6'6' 구조가 더 안정적인 것으로 불 수 있다.
이러한 이유가 나타나는 이유를 하기 도 25 내지 27로서 나타내었다.
도 25의 (a)는 6'6'-N 구조의 오비탈 구조를 나타낸 것이고, 25의 (b)는 558-N 구조의 오비탈 구조를 나타낸 것이다.
도 25에 나타난 결과에 따르면, 전자가 주입됨으로써 6'6'-N 구조의 SOMO(Singly Occupied Molecular Orbital)에 전자 쌍이 채워져 더 안정한 구조로 형성되는 반면, 전자가 주입됨으로써 558-N 구조의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)에 홀전자가 나타나 불안정한 구조를 나타낸다.
도 26은 558 구조의 질화 붕소가 6'6' 구조의 질화 붕소로 변환되는 AIMD(ab initio molecular dynamics) 시뮬레이션을 실행한 그래프이다.
구체적으로, 도 26의 파란색 선으로 나타낸 short는 558 구조의 오각형 고리, 빨간색 선으로 나타낸 long은 558 구조의 팔각형 고리를 의미하는 것이다.
도 26에 나타난 결과에 따르면, 558 구조의 오각형 고리를 의미하는 파란색 선은 1.5 Å(오각형 고리의 길이), 558 구조의 팔각형 고리를 의미하는 빨간색 선은 3.5 Å(팔각형 고리의 길이)인 것으로 나타났으나, 몇 피코 초 이후에는 파란색 선 및 빨간색 선 모두 육각형 고리를 의미하는 2.0 Å 내지 3.0 Å으로 변환되는 것을 확인할 수 있다.
도 27의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소의 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 이미지이다.
구체적으로, 도 27의 (a) 및 (b)에는 동일한 위치에 흰색 점선이 표시되어 있다. 즉, 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 6'6' 구조는 상기 흰색 점선을 기준으로 진동하고 있는 것으로 볼 수 있다.
도 22 내지 27에 나타난 결과에 따르면, 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소는 AA'A 구조를 가진 육방정계 질화 붕소와 ABA 구조를 가진 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 전자가 주입되는 환경에서 558-N 구조보다는 6'6'-N 구조로 형성되는 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소의 층수에 따른 안정성을 확인하였고, 이를 도 28로서 나타내었다.
도 28a는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 3층일 때의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 28b는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 2층일 때의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 28에 나타난 결과에 따르면, 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 3층일 때, AA'A 스택킹 구조의 질화 붕소와 ABA 스택킹 구조의 질화 붕소 간의 경계면이 질화 붕소가 2층일 때보다 더 선명한 것을 확인할 수 있다. 도 28b의 하얀색 점선 박스로 표시된 부분은 대기 중에 노출되면서 발생한 탄화 수소 등이다. 도 28a의 질화 붕소는 위층과 아래층에 질화 붕소가 형성되어 대기와의 접촉을 차단하여 더 뚜렷한 경계면을 나타낼 수 있다. 도 28의 결과는 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 위층 및 아래층에 질화 붕소가 형성되어 3층 이상의 구성일 때 더 안정적이라는 것을 의미할 뿐, 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소가 1층 또는 2층일 때, 6'6'-N 구조의 질화 붕소를 형성할 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다. 즉, 본 실시예에 따라 제조된 질화 붕소는 1 층 내지 10층 등의 다양한 층일 때 6'6'-N 구조의 질화 붕소를 형성함으로써 전도성을 나타낼 수 있고, 1층 또는 2층의 구조체 보다는 3층 내지 10층일 때의 구조체가 더 안정적인 것이다.
2. 질화 붕소의 전기 전도도 확인
상기 실시예 1에서 제조한 질화 붕소의 특성을 관찰하였고 그 결과를 도 29 내지 31로서 나타내었다.
도 29a는 6'6'-N 구조의 원자 모델 및 밴드 구조를 나타낸 것이고, 도 29b는 558-N 구조의 원자 모델 및 밴드 구조를 나타낸 것이다.
도 29에 나타난 결과에 따르면, 558-N 구조의 밴드갭은 3.44 eV인 반면, 6'6'-N 구조의 밴드갭은 0 eV인 것을 확인할 수 있다.
도 30의 (a) 및 (b)는 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 30의 (c)는 도 30의 (b)의 빨간색 선의 EELS(Electron Energy-Loss Spectroscopy)를 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 도 30의 (a)는 일차 회절 지점(Φ1)의 DF-TEM 이미지이고, 도 30의 (b)는 이차 회절 지점(Φ2)의 DF-TEM 이미지이며, 도 30의 (a) 및 (b)에 나타난 결과를 바탕으로 AA' 스택킹 구조의 질화 붕소와 AB 스택킹 구조의 질화 붕소의 경계면을 유추할 수 있으며, 도 30의 (b)에 표시된 빨간색 선은 상기 경계면을 포함한다.
도 30의 (c)에 나타난 결과에 따르면, AA' 스택킹 구조의 질화 붕소와 AB 스택킹 구조의 질화 붕소의 경계면에서의 에너지 로스가 0 eV에 가까운 것을 확인할 수 있다(노란색으로 표시된 부분). 반면에, 다른 영역에서는 에너지 로스가 일반적인 육방정계 질화 붕소의 밴드갭과 유사한 5 eV에서 나타난다.
도 31의 (a) 및 (b)의 DF-TEM(False-color Dark Field Transmission Electron Microscopy) 이미지이고, 도 31의 (c)는 도 31의 (b)에 표시된 부분의 지점을 원자 모델로 나타낸 것이고, 도 31의 (d)는 도 31의 (b)에 표시된 영역의 EEL(Electron Energy-Loss)를 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 도 31의 (b)의 검정색 부분은 육방정계 질화 붕소, 초록색 및 오렌지색 부분은 표면 상에 탄화 수소가 흡착된 육방정계 질화 붕소의 부분, 빨간색은 본 실시예에 따라 제조된 AA' 스택킹 구조의 질화 붕소와 AB 스택킹 구조의 질화 붕소 간의 경계면을 표시한 것이며, 도 31의 (d)는 도 31의 (b)의 색깔로 표시된 영역을 같은 색깔의 그래프로서 표시하였다.
도 31에 나타난 결과에 따르면, 육방정계 질화 붕소인 검정색 선은 파란색 점선으로 표시된 부분이 x축의 5 eV에서 만나게 되며, 이는 육방정계 질화 붕소의 밴드 갭이 5 eV인 것을 의미하는 것이다. 반면에, 빨간색 선은 뚜렷한 기울기가 나타나지 않으며, 0 eV과 가까운 지점에서도 어느 정도의 강도(intensity)를 나타내고 있다. 다만, 오렌지 색과 초록색 부분의 그래프는 검정색 선과 마찬가지로 점선으로 표시된 부분이 x축의 5 eV에서 만나게 된다. 하지만 2 eV 내지 4 eV 영역에서 약한 강도가(intensity)가 나타나는데, 이는 무정형의 탄화 수소가 육방정계 질화 붕소의 표면에 형성되면서 300 eV 영역에서 탄소의 C-K edge의 영향에 의한 것으로 볼 수 있다. 즉, 질화 붕소가 대기 중에 노출되면서 발생할 수 있는 표면 상의 탄화 수소로 인한 영향을 피하기 위해서는 탄화수소가 형성되지 않은 영역을 확인해야 한다. 이를 위해서, 도 30의 EELS 분석 결과, AA' 스택킹 구조의 질화 붕소와 AB 스택킹 구조의 질화 붕소의 경계면에서의 에너지 로스가 0 eV에 가까운 것을 확인하였다.
논문 Nat Nanotechnol 5, 326-329 (2010) "An extended defect in graphene as a metallic wire."을 참고하면, 그래핀이 558구조를 나타낼 때 금속와이어와 유사한 성질을 나타낸다고 작성되어 있다. 하지만, 그래핀은 원래 전기 전도성이 있는 물질인 반면, 육방정계 질화 붕소의 경우 절연체로 알려져 있어 페시베이션으로 주로 응용되었다. 이에 따라 본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소는 전도성 채널과 페시베이션이 동시에 형성되어 있는 형태로서, 소자에 응용되었을 때 더 안정적인 소자를 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 전도성 채널과 페시베이션을 별도의 공정으로 형성하던 종래의 기술과 달리 동시에 형성함으로써 공정의 단순화 및 저가화를 이룰 수 있다.
본 실시예에 따라 제조한 질화 붕소는 [BN]의 질화 붕소 단위체를 가지는 육방정계 질화 붕소의 배열이 각각 A'구조와 B구조인 육방정계 질화 붕소 간의 경계면에서 형성되며, 상기 경계면에서의 상기 질화 붕소의 구조는 6'6'-N 구조를 나타내고, 상기 6'6'-N 구조의 밴드갭은 0 eV로서 전기 전도성을 갖는다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (25)
- 삭제
- 삭제
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- 하기 화학식 3으로서 표시되며, 전기 전도성을 갖는, 질화 붕소:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고,
상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수이다.
- 제 4 항에 있어서,
상기 질화 붕소는 단원자의 두께를 갖는 것인, 질화 붕소.
- 제 4 항에 있어서,
상기 질화 붕소는 단일 층인 것인, 질화 붕소.
- 하기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층; 및
상기 제 1층의 상부 또는 하부에 형성되며, 육방정계 질화 붕소로 구성되는 제 2층;을 포함하는, 다층 구조체:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고,
상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수이다.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 3층;을 더 포함하며,
상기 제 3층은, 상기 제 1층을 사이에 두고 상기 제 2층과 반대의 층에 위치하는 것인, 다층 구조체.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 4층 내지 제 10층을 더 포함하며,
상기 제 4층 내지 제 10층은 각각 독립적으로 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 위치하는 것인, 다층 구조체.
- 하기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소로 형성되는 제 1층; 및
상기 제 1층의 상부 또는 하부에 형성되며, 전도성 이차원 구조체로 구성되는 제 2층;을 포함하는, 다층 구조체:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고,
상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수이다.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 3층;을 더 포함하며,
상기 제 3층은, 상기 제 1층을 사이에 두고 상기 제 2층과 반대의 층에 위치하는 것인, 다층 구조체.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 2층과 동일한 구성의 제 4층 내지 제 10층을 더 포함하며,
상기 제 4층 내지 제 10층은 각각 독립적으로 상기 제 1층의 상부 또는 하부에 위치하는 것인, 다층 구조체.
- 삭제
- 삭제
- 구리 기판 상에 제 1 열처리를 하는 단계;
상기 제 1 열처리가 된 상기 구리 기판 상에 질소 공급원 및 붕소 공급원을 공급하면서 제 2 열처리를 하여 상기 구리 기판 상에 질화 붕소를 형성하는 단계; 및
상기 질화 붕소에 전자를 주입하는 단계;를 포함하며,
하기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소를 제조하는, 질화 붕소의 제조 방법:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고,
상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수이다.
- 제 15 항에 있어서,
상기 질소 공급원은 암모니아, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 질화 붕소의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 붕소 공급원은 BH3, BF3, BCl3, B2H6, (CH3CH2)3B, (CH3)3B 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 질화 붕소의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 질소와 붕소 공급원은 암모니아보레인(H3NBH3), 보라진(B3H6N3), (BH)3(NH)3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 질화 붕소의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 열처리는 800℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것인, 질화 붕소의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 열처리는 50℃ 내지 200℃의 온도 하에서 이루어지는 것인, 질화 붕소의 제조 방법.
- 삭제
- 하기 화학식 3으로서 표시되는, 질화 붕소를 포함하는, 소자:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고,
상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수이다.
- 하기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소 층 및 육방정계 질화 붕소 층을 포함하는 다층 구조체를 포함하는, 소자:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고,
상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수이다.
- 하기 화학식 3으로서 표시되는 질화 붕소 층 및 전도성 이차원 구조체 층을 포함하는 다층 구조체를 포함하는, 소자:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
상기 n, m1 및 m3는 각각 독립적으로 5 내지 1,000,000의 정수이고,
상기 m2 및 m4는 각각 독립적으로 2 내지 1,000,000의 정수이다.
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