KR102363150B1 - Method for generating defects of 2-dimensional material - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 2차원 소재로 이루어진 대상 기판의 표면에 결함영역을 설정하는 단계, 상기 결함영역에 복수의 나노 파티클을 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계, 상기 코팅막에 사전에 설정된 에너지를 갖는 광을 조사하여 상기 대상 기판에 결함을 형성하는 단계 및 상기 대상 기판으로부터 상기 나노 파티클을 제거하는 단계를 포함하는, 2차원 소재의 결함 생성 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention includes the steps of setting a defect region on the surface of a target substrate made of a two-dimensional material, forming a coating film by coating a plurality of nanoparticles on the defect region, and applying a preset energy to the coating film. It provides a method of generating a defect in a two-dimensional material, comprising the steps of forming a defect in the target substrate by irradiating the light having the target substrate and removing the nanoparticles from the target substrate.

Description

2차원 소재의 결함 생성 방법{Method for generating defects of 2-dimensional material}Method for generating defects of 2-dimensional material

본 발명은 2차원 소재의 결함 생성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for generating defects in a two-dimensional material.

일반적으로 나노 크기(nano size)의 구조를 갖는 금속 및 반도체 제작을 위한 나노 가공 방법으로서, 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)나 심도 자외선 리소그래피(deep-UV lithography)가 사용되는데 이러한 나노 가공 방법은 그 과정이 복잡하고 유독한 화학물이 많이 사용되며 공정 구축을 위해 큰 예산이 요구된다는 문제점이 있다. In general, as a nano-processing method for manufacturing metals and semiconductors having a nano-sized structure, e-beam lithography or deep-UV lithography is used. These nano-processing methods are There are problems in that the process is complicated, toxic chemicals are used a lot, and a large budget is required to establish the process.

특히, 상기한 나노 가공 방법은 원하는 위치에서의 가공을 제어하는 것이 어렵고, 나노 가공이 필요한 부분을 제외한 나머지 부분에서 공정 물질의 손상을 야기시키는 문제점이 있다. 또한, 상기한 나노 가공 방법은 원자 수준의 공정을 진행하기 어려우며, 별도의 진공과정이 필요하여 많은 공정 시간이 요구된다. In particular, the above-described nano-processing method has a problem in that it is difficult to control the processing at a desired position, and causes damage to the process material in the remaining parts except for the part requiring nano-processing. In addition, the above-described nano-processing method is difficult to proceed with an atomic level process, a separate vacuum process is required, so a lot of processing time is required.

KRKR 10-2010-004346510-2010-0043465 A(2010.04.29)A (2010.04.29)

본 발명은, 2차원 소재의 손상을 최소화하면서 원하는 부분에 국부적인 나노 가공이 가능한 2차원 소재의 결함 생성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for generating a defect in a two-dimensional material capable of localized nano-processing on a desired part while minimizing damage to the two-dimensional material.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예는, 2차원 소재로 이루어진 대상 기판의 표면에 결함영역을 설정하는 단계, 상기 결함영역에 복수의 나노 파티클을 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계, 상기 코팅막에 사전에 설정된 에너지를 갖는 광을 조사하여 상기 대상 기판에 결함을 형성하는 단계 및 상기 대상 기판으로부터 상기 나노 파티클을 제거하는 단계를 포함하는, 2차원 소재의 결함 생성 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention includes the steps of setting a defect region on the surface of a target substrate made of a two-dimensional material, forming a coating film by coating a plurality of nanoparticles on the defect region, and applying a preset energy to the coating film. It provides a method of generating a defect in a two-dimensional material, comprising the steps of forming a defect in the target substrate by irradiating the light having the target substrate and removing the nanoparticles from the target substrate.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대상 기판의 표면은 불균일한 요철이 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, non-uniform irregularities may be formed on the surface of the target substrate.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광의 에너지는 상기 2차원 소재를 구성하는 원자 간의 결합 에너지(binding energy)에 대응하여 설정될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the energy of the light may be set to correspond to binding energy between atoms constituting the two-dimensional material.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅막은 상기 복수의 나노 파티클들이 자기 조립(self assembly)되어 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the coating film may be formed by self-assembly of the plurality of nanoparticles.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 나노 파티클은 폴리스티렌(poly styrene), 실리카(silica), 폴리메틸 메타키를레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 아크릴산염(acrylate), 멜라민(melamine) 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the plurality of nanoparticles is one of polystyrene, silica, polymethyl methacrylate, PMMA, acrylate, and melamine. It may consist of at least one selected.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following detailed description, claims and drawings for carrying out the invention.

본 발명의 실시예들에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법은 기존의 방식과 달리 원하는 부분에 국부적으로 결함을 생성할 수 있으며, 공정 물질의 손상을 최소화하면서 공정을 진행할 수 있다. 또한, 2차원 소재의 결함 생성 방법은 광을 이용하는 공정이기 때문에 전자빔 조사나 플라즈마 조사와 같이 진공 상태를 요구하지 않아 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 2차원 소재의 결함 생성 방법은 광화학 식각(photo-chemical etching), 광부가 조형공정(photo-additive structuring process), 자기조립 단분자막(Self-assembled monolayers)제거와 같은 원자수준의 공정을 효과적으로 제어할 수 있다.Unlike conventional methods, the method for generating defects in a two-dimensional material according to embodiments of the present invention may locally generate a defect in a desired part, and may proceed with the process while minimizing damage to the process material. In addition, since the defect generation method of a two-dimensional material is a process using light, it does not require a vacuum state like electron beam irradiation or plasma irradiation, so that process efficiency can be improved. In addition, the defect generation method of 2D materials effectively controls atomic-level processes such as photo-chemical etching, photo-additive structuring process, and self-assembled monolayers removal. can do.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법을 구현하기 위한 장치의 모식도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 2차원 소재의 결함 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 복수의 나노 파티클을 이용하여 결함영역 상에 코팅막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a flowchart sequentially illustrating a method for generating a defect in a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of an apparatus for implementing a method for generating a defect in a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are diagrams for explaining a method of generating a defect in the two-dimensional material of FIG. 1 .
6 is a view for explaining a method of forming a coating film on a defect region using a plurality of nanoparticles.

이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure are described in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present disclosure are capable of various changes and may have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and the related detailed description is described. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present disclosure to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications and/or equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present disclosure. In connection with the description of the drawings, like reference numerals have been used for like elements.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as “comprises” or “may include” that may be used in various embodiments of the present disclosure indicate the existence of a disclosed function, operation, or component, and may include one or more additional functions, operations, or Components, etc. are not limited. Also, in various embodiments of the present disclosure, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification is present, It should be understood that this does not preclude the possibility of addition or existence of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.In various embodiments of the present disclosure, expressions such as “or” include any and all combinations of words listed together. For example, "A or B" may include A, may include B, or may include both A and B.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Expressions such as “first”, “second”, “first”, or “second” used in various embodiments of the present disclosure may modify various components of various embodiments, but do not limit the components. does not For example, the above expressions do not limit the order and/or importance of corresponding components. The above expressions may be used to distinguish one component from another. For example, both the first user device and the second user device are user devices, and represent different user devices. For example, without departing from the scope of the various embodiments of the present disclosure, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, the element may be directly connected to or connected to the other element, but may be associated with the element. It should be understood that other new components may exist between the other components. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it will be understood that no new element exists between the element and the other element. should be able to

본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms used in various embodiments of the present disclosure are only used to describe one specific embodiment, and are not intended to limit the various embodiments of the present disclosure. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which various embodiments of the present disclosure pertain.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in various embodiments of the present disclosure, ideal or excessively formal terms not interpreted as meaning

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법을 순차적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법을 구현하기 위한 장치의 모식도이다. 1 is a flowchart sequentially illustrating a method for generating a defect in a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an apparatus for implementing the method for generating a defect in a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention. it is a schematic diagram

여기서, 2차원 소재(2 dimensional material)는, 층상 구조를 가지는 소재를 의미하며, 이러한 2차원 소재의 대표적인 것으로는 그래핀, 전이금속 디칼코지나이드(transition metal dichalcogenide), 흑린, 육방정계 질화붕소 등이 있다. 또한, 벌크와 대비하여 물리적/화학적 특성이 바뀌는 두께를 지닌 2차원 소재를 2차원 박막이라고 통칭한다. 이러한 2차원 소재는 결함의 유무, 정도에 따라 전기적, 광학적, 자성적 특성 등 다양한 성질이 변화하게 되므로, 결함을 원하는 위치에 다른 소재의 손상없이 생성하는 것이 중요하다. 2차원 소재는 3차원 소재와 달리 반데르발스 힘에 의한 매우 얇은 층상 구조의 특징을 가지고 있는데, 이러한 구조적 특성으로 인해, 3차원 소재에 적용하던 도핑 방법(이온 주입 등)을 적용하는 것이 매우 어렵다. Here, the two-dimensional material means a material having a layered structure, and typical examples of such a two-dimensional material include graphene, transition metal dichalcogenide, black phosphorus, hexagonal boron nitride, and the like. There is this. In addition, a two-dimensional material having a thickness that changes physical/chemical properties compared to the bulk is collectively referred to as a two-dimensional thin film. Since various properties such as electrical, optical, and magnetic properties change depending on the presence and severity of defects in these two-dimensional materials, it is important to create defects at a desired location without damaging other materials. Unlike the 3D material, the 2D material has a very thin layered structure due to the van der Waals force. Due to these structural characteristics, it is very difficult to apply the doping method (ion implantation, etc.) applied to the 3D material. .

따라서, 2차원 소재에 도핑 방법으로서 SCTD(surface charge transfer doping)이 연구되고 있는데, 상기 SCTD는 2차원 소재의 결함부분에 기능적인 분자(functional mocules)를 붙여줌으로써, 도핑 효과를 구현하는 방법을 의미한다. 여기서, 기능적인 분자는 PEI, 티올(thiol) 등일 수 있다. 그러나, 종래에는 SCTD에 대한 연구가 자연적으로 존재하는 결함에 물질을 삽입하는 형태로만 이루어지고 있어 연구에 한계가 있었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법은 상기한 바와 같이, 2차원 소재의 특성 성능 향상 및 제어를 위해 결함의 유무, 정도를 제어하는 것을 특징으로 한다. Therefore, SCTD (surface charge transfer doping) is being studied as a doping method for a two-dimensional material. The SCTD refers to a method of realizing a doping effect by attaching functional molecules to a defective part of a two-dimensional material. do. Here, the functional molecule may be PEI, thiol, or the like. However, conventionally, research on SCTD has been limited in the form of inserting a material into a defect that exists naturally. As described above, the method for generating a defect in a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention is characterized in that the presence or absence and degree of a defect are controlled in order to improve and control the characteristic performance of the two-dimensional material.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 소재의 결함 생성방법은 2차원 소재로 이루어진 대상 기판의 표면에 결함 영역을 설정하는 단계(S100), 결함영역에 복수의 나노 파티클을 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계(S200), 코팅막에 사전에 설정된 에너지를 갖는 광을 조사하여 대상 기판에 결함을 형성하는 단계(S300) 및 대상 기판으로부터 나노 파티클을 제거하는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 1 and 2 , the method for generating a defect in a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention includes setting a defect area on the surface of a target substrate made of a two-dimensional material (S100), and a plurality of defect areas in the defect area. Forming a coating film by coating nanoparticles (S200), forming defects in the target substrate by irradiating light having a preset energy to the coating film (S300), and removing the nanoparticles from the target substrate (S400) may include

전술한 2차원 소재의 결함 생성방법은 광 에너지를 이용하여 2차원 소재에 결함을 생성할 수 있다. 여기서, 광원(100)은 광을 생성할 수 있는 모든 종류의 소스 장치를 적용할 수 있다. 예를 들면, 광원(100)은 플래쉬, 램프, 특정 파장 대역의 광을 조사할 수 있는 레이저(laser)일 수 있으며, 예를 들면, 단펄스 레이저, CW 레이저 등을 사용할 수 있다. 광원(100)은 기 설정된 에너지를 갖는 광을 조사할 수 있다. 여기서, 광의 에너지는 2차원 소재를 구성하는 원자 간의 결합 에너지(binding energy)에 대응하여 설정될 수 있다. 보다 구체적으로, 광의 에너지는 원자간의 결합 에너지, 후술하는 나노 파티클의 종류, 나노 파티클의 크기 등의 특성을 고려하여 설정될 수 있다. The above-described method for generating a defect in a two-dimensional material may generate a defect in the two-dimensional material by using light energy. Here, as the light source 100 , any type of source device capable of generating light may be applied. For example, the light source 100 may be a flash, a lamp, or a laser capable of irradiating light of a specific wavelength band, for example, a short pulse laser, a CW laser, or the like. The light source 100 may irradiate light having a preset energy. Here, the energy of light may be set to correspond to binding energy between atoms constituting the two-dimensional material. More specifically, the energy of light may be set in consideration of characteristics such as bonding energy between atoms, types of nanoparticles to be described later, and sizes of nanoparticles.

시료배치부(200)는 2차원 소재로 이루어진 대상 기판(1)을 수용할 수 있다. 이때, 시료배치부(200)는 3축 이동이 가능하도록 3축 이동수단을 포함할 수 있으며, 상기한 3축 이동 수단은 제어부(400)에 의해 제어되어 그 위치를 조절할 수 있다. The sample arrangement unit 200 may accommodate the target substrate 1 made of a two-dimensional material. In this case, the sample placement unit 200 may include a 3-axis movement means to enable 3-axis movement, and the 3-axis movement means may be controlled by the control unit 400 to adjust its position.

광원(100)으로부터 조사된 광은 대물렌즈(110)를 거쳐 상기 시료배치부(200) 상에 안착되는 대상 기판(1)에 조사될 수 있다. 이때, 2차원 소재의 결함 생성 방법을 위한 장치는 광원(100)에서 조사된 광의 경로 상에 광경로변경부(101)를 더 포함할 수 있다. The light irradiated from the light source 100 may be irradiated to the target substrate 1 seated on the sample arrangement unit 200 through the objective lens 110 . In this case, the apparatus for a method for generating a defect in a two-dimensional material may further include a light path changing unit 101 on a path of the light irradiated from the light source 100 .

측정부(300)는 대상 기판(1)으로부터 반사된 후 광경로변경부(101)를 거쳐 제공되는 광을 측정함으로써, 대상 기판(1)의 영상을 획득할 수 있다. 이를 통해, 2차원 소재의 결함 생성 방법을 위한 장치는 대상 기판(1) 으로부터 획득된 영상을 이용하여 2차원 소재의 표면에 결함 생성을 정확하게 제어할 수 있다. The measurement unit 300 may acquire an image of the target substrate 1 by measuring the light provided through the optical path changing unit 101 after being reflected from the target substrate 1 . Through this, an apparatus for a method for generating a defect of a two-dimensional material can accurately control the generation of defects on the surface of a two-dimensional material by using an image obtained from the target substrate 1 .

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 소재의 결함 생성방법을 도면을 이용하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for generating a defect in a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 3 내지 도 5는 도 1의 2차원 소재의 결함 생성 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 복수의 나노 파티클을 이용하여 결함영역 상에 코팅막(2)을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3 to 5 are diagrams for explaining a method of generating a defect in the two-dimensional material of FIG. 1 , and FIG. 6 is a view for explaining a method of forming a coating film 2 on a defect area using a plurality of nanoparticles to be.

다시 도 1, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 2차원 소재의 결함 생성 방법은 2차원 소재(M)로 이루어진 대상 기판(1)의 표면에 결함영역(A)을 설정할 수 있다(S100). 여기서, 결함 영역(A)은 필요에 따라 임의로 설정된 영역일 수 있으며, 너비(Width)와 길이(Length)를 갖는 사각영역일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 결합 영역(A)은 다양한 형상의 영역으로 설정될 수 있음은 물론이다. Referring back to FIGS. 1 and 3 to 6 , the defect generation method of the two-dimensional material may set the defect area A on the surface of the target substrate 1 made of the two-dimensional material M ( S100 ). Here, the defective area A may be an area arbitrarily set as needed, and may be a rectangular area having a width and a length. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that the coupling region A may be set to a region having various shapes.

다음, 상기한 바와 같이 설정된 결함영역(A)에 복수의 나노 파티클(NP)을 코팅하여 코팅막(2)을 형성할 수 있다(S200). 여기서, 나노 파티클(NP)은 광을 투과할 수 있는 투명한 재질로 이루어질 수 있으며, 일 실시예로서, 폴리스티렌(poly styrene), 실리카(silica), 폴리메틸 메타키를레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 아크릴산염(acrylate), 멜라민(melamine) 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 나노 파티클(NP)은 어떠한 종류를 선택하는지에 따라 굴절률과 같은 광학 특성이 달라질 수 있으며, 그 형태도 달라질 수 있다. 예를 들어, 폴리스티렌(poly styrene)로 이루어진 나노 파티클(NP)의 경우, 6각형(hexagonal)의 형상으로 이루어질 수 있다. 한편, 나노 파티클(NP)의 크기는 수 나노미터부터 수 마이크로미터의 범위를 가질 수 있다. Next, the coating film 2 may be formed by coating a plurality of nanoparticles NP on the defect region A set as described above (S200). Here, the nanoparticles (NP) may be made of a transparent material that can transmit light, and as an embodiment, polystyrene, silica, polymethyl methacrylate (PMMA), It may be made of at least one selected from among acrylate and melamine. Nanoparticles (NP) may have different optical properties, such as refractive index, depending on which type is selected, and their shape may also vary. For example, in the case of nanoparticles (NP) made of polystyrene, it may be formed in a hexagonal shape. Meanwhile, the size of the nanoparticles NP may range from several nanometers to several micrometers.

한편, 나노 파티클(NP)을 결함 영역(A) 상에 코팅하게 되면, 코팅막(2)은 복수의 나노 파티클들이 자기 조립(self assembly)되어 형성될 수 있다. 이러한 자기 조립 과정은 쿨롱 상호작용(culomb interaction), 반데르 발스 작용력(van der Waals interaction), 수소결합(Hydrogen bonding) 및 친수성/소수성 작용기간의 상호작용(Hyhilic/hyhobic interaction), 근접거리에서의 반발력(short-range repulsive force) 등과 같은 입자간의 상호작용에 의한 에너지에 의해 이루어질 수 있다. Meanwhile, when the nanoparticles NP are coated on the defect region A, the coating film 2 may be formed by self-assembly of a plurality of nanoparticles. These self-assembly processes include Coulomb interaction, van der Waals interaction, hydrogen bonding, and hydrophilic/hyhobic interaction, at close range. It can be achieved by energy due to interaction between particles, such as a short-range repulsive force.

코팅막(2)은 상기한 자기조립 과정을 이용하여 형성될 수 있다. 따라서, 나노 파티클(NP)의 재질 및 크기는 사전에 설정되며, 도 6에 도시된 바와 같이, 사전에 설정된 너비(Width)와 길이(Length)를 갖는 결함 영역(A)이 설정되면, 결함 영역(A) 내에 배치될 수 있는 나노 파티클(NP)의 개수가 결정될 수 있다. 다시 말해, 결함 영역(A)의 면적(Width x Length)과 나노 파티클(NP)의 지름(D라고 정의한다)을 안다면 나노 파티클(NP)의 개수를 조절(Width x Length/D2)함으로써, 코팅막(2)을 형성할 수 있다. The coating film 2 may be formed using the self-assembly process described above. Accordingly, the material and size of the nanoparticles NP are set in advance, and as shown in FIG. 6 , when the defect area A having the preset width and length is set, the defect area (A) The number of nanoparticles (NP) that can be disposed in may be determined. In other words, if the area (Width x Length) of the defect region A and the diameter (defined as D) of the nanoparticles NP are known, by adjusting the number of nanoparticles NP (Width x Length/D 2 ), A coating film 2 may be formed.

이후, 코팅막(2)에 사전에 설정된 에너지를 갖는 광을 조사하여 대상 기판(1)에 결함을 형성할 수 있다(S300). 나노 파티클(NP)에 광을 조사하게 되면, 나노 파티클(NP)은 렌즈(lens)와 같은 기능을 수행하여 근접장 효과를 구현할 수 있다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 대상 기판(1)의 표면은 잔물결과 같은 불균일한 요철이 형성될 수 있다. 다시 말해, 대상 기판(1)의 표면은 사전에 설정된 범위 이상의 거칠기(roughness, T)를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 대상 기판(1)의 표면은 1 내지 2 nm 범위의 거칠기를 가질 수 있다. Thereafter, a defect may be formed in the target substrate 1 by irradiating the coating film 2 with light having a preset energy (S300). When light is irradiated to the nanoparticles NP, the nanoparticles NP may perform the same function as a lens to implement a near-field effect. In this case, as shown in FIG. 5 , uneven irregularities such as ripples may be formed on the surface of the target substrate 1 . In other words, the surface of the target substrate 1 may have a roughness (T) greater than or equal to a preset range. For example, the surface of the target substrate 1 may have a roughness in the range of 1 to 2 nm.

코팅막(2)은 상기한 거칠기를 갖는 대상 기판(1)의 표면 상에 코팅되므로, 나노 파티클(NP)와 대상 기판(1) 사이의 틈이 형성될 수 있다. 이때, 나노 파티클(NP)에 광(L)을 조사하게 되면 근접장 효과에 의해 나노 파티클(NP)와 2차원 소재(M)의 틈 사이에 국소화되는 강화 필드(enhanced field, EP)가 형성될 수 있다. 2차원 소재의 결함 생성 방법은 상기한 강화 필드(EP)에 의해 원자들 간(예를 들면 S1-S2)의 공유결합 에너지를 끊고, 2차원 소재의 표면에 결함(defect)을 생성할 수 있다. Since the coating film 2 is coated on the surface of the target substrate 1 having the above-described roughness, a gap between the nanoparticles NP and the target substrate 1 may be formed. At this time, when light L is irradiated to the nanoparticles NP, an enhanced field EP that is localized between the gap between the nanoparticles NP and the two-dimensional material M may be formed by the near-field effect. have. In the method for generating defects in a two-dimensional material, the covalent bond energy between atoms (eg, S1-S2) is broken by the above-described reinforcement field (EP), and a defect can be created on the surface of the two-dimensional material. .

다른 실시예로서, 나노 파티클(NP)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)와 같은 금속 물질로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 나노 파티클(NP)은 광이 조사되면 열을 흡수하고, 마찬가지로 근접장 효과에 의해 형성되는 열 에너지를 이용하여 원자들 간의 공유 결합 에너지를 끊는 기능을 수행할 수 있다. As another embodiment, the nanoparticles NP may be made of a metal material such as gold (Au), silver (Ag), or copper (Cu). In this case, the nanoparticles NP may absorb heat when irradiated with light, and similarly perform a function of breaking the covalent bond energy between atoms by using thermal energy formed by the near-field effect.

이후, 2차원 소재의 결함 생성 방법은 대상 기판(1)으로부터 나노 파티클(NP)을 제거함으로써(S400), 대상 기판(1)의 표면 상이 결함을 생성할 수 있다. Thereafter, in the method for generating a defect of a two-dimensional material, a defect may be generated on the surface of the target substrate 1 by removing the nanoparticles NP from the target substrate 1 ( S400 ).

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법은 기존의 방식과 달리 원하는 부분에 국부적으로 결함을 생성할 수 있으며, 공정 물질의 손상을 최소화하면서 공정을 진행할 수 있다. 또한, 2차원 소재의 결함 생성 방법은 광을 이용하는 공정이기 때문에 전자빔 조사나 플라즈마 조사와 같이 진공 상태를 요구하지 않아 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 2차원 소재의 결함 생성 방법은 광화학 식각(photo-chemical etching), 광부가 조형공정(photo-additive structuring process), 자기조립 단분자막(Self-assembled monolayers)제거와 같은 원자수준의 공정을 효과적으로 제어할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시예들에 따른 2차원 소재의 결함 생성 방법은 사물인터넷, 초전력 소자, 휘어지는 소자 등 미래 소자 제작에 필요한 다양한 공정을 가능하게 할 수 있다. As described above, the method for generating a defect in a two-dimensional material according to embodiments of the present invention can locally generate a defect in a desired part, unlike the conventional method, and the process can be performed while minimizing damage to the process material. . In addition, since the defect generation method of a two-dimensional material is a process using light, it does not require a vacuum state like electron beam irradiation or plasma irradiation, so that process efficiency can be improved. In addition, the defect generation method of 2D materials effectively controls atomic-level processes such as photo-chemical etching, photo-additive structuring process, and self-assembled monolayers removal. can do. Through this, the method for generating defects in a two-dimensional material according to embodiments of the present invention may enable various processes necessary for manufacturing future devices, such as the Internet of Things, ultra-power devices, and flexible devices.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As such, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100 : 광원
110 : 대물렌즈
200 : 시료배치부
300 : 측정부
400 : 제어부100: light source
110: objective lens
200: sample arrangement part
300: measurement unit
400: control unit

Claims (5)

2차원 소재로 이루어진 대상 기판의 표면에 결함영역을 설정하는 단계;
상기 결함영역에 복수의 나노 파티클을 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계;
상기 나노 파티클에 사전에 설정된 에너지를 갖는 광을 조사하는 단계;
상기 나노 파티클 및 상기 2차원 소재의 틈 사이에 강화 필드(enhanced field, EP)가 형성되는 단계;
상기 강화 필드에 의해 2차원 소재를 구성하는 원자들 간의 결합 에너지를 끊고 결함이 생성되는 단계; 및
상기 대상 기판으로부터 상기 나노 파티클을 제거하는 단계;를 포함하는, 2차원 소재의 결함 생성 방법. setting a defect area on a surface of a target substrate made of a two-dimensional material;
forming a coating film by coating a plurality of nanoparticles on the defect region;
irradiating light having a preset energy to the nanoparticles;
forming an enhanced field (EP) between the nanoparticles and the gap between the two-dimensional material;
breaking bonding energy between atoms constituting the two-dimensional material by the reinforcing field and generating defects; and
Removing the nanoparticles from the target substrate; Containing, a two-dimensional material defect generation method. 제1 항에 있어서,
상기 광을 조사하는 단계 이후, 상기 대상 기판의 표면에 불균일한 요철이 추가적으로 형성되는, 2차원 소재의 결함 생성 방법.According to claim 1,
After irradiating the light, non-uniform irregularities are additionally formed on the surface of the target substrate. 제1 항에 있어서,
상기 광의 에너지는 상기 2차원 소재를 구성하는 원자 간의 결합 에너지(binding energy)에 대응하여 설정되는, 2차원 소재의 결함 생성 방법.According to claim 1,
The energy of the light is set to correspond to a binding energy between atoms constituting the two-dimensional material, the defect generation method of the two-dimensional material. 제1 항에 있어서,
상기 코팅막은 상기 복수의 나노 파티클들이 자기 조립(self assembly)되어 형성되는, 2차원 소재의 결함 생성 방법.According to claim 1,
The coating film is formed by self-assembly of the plurality of nanoparticles, a method for generating defects in a two-dimensional material. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 나노 파티클은 폴리스티렌(poly styrene), 실리카(silica), 폴리메틸 메타키를레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 아크릴산염(acrylate), 멜라민(melamine) 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어지는, 2차원 소재의 결함 생성 방법.

According to claim 1,
The plurality of nanoparticles is made of at least one selected from polystyrene, silica, polymethyl methacrylate (PMMA), acrylate, and melamine, a two-dimensional material method of creating defects.
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