KR102418187B1 - 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
고균일도 및 고품질의 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조하는 방법이 제공된다. 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 금속 박막 및 상기 금속 박막의 상면 또는 하면에 배치된 칼코겐 박막을 포함하는 금속 전구체 박막을 기판 상에 형성하는 것; 및 상기 금속 전구체 박막 상으로 칼코겐 소스를 제공하는 칼코겐화 공정을 수행하여 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대면적 기판 위에 연속적이고 균일한 고품질의 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이차원 소재(two-dimensional material)란, 각 층 내의 원자들은 강한 이온결합 또는 공유결합으로 결합하고 있는 반면, 층들 사이는 반데르발스 힘(Van der Waals force)으로 결합되어 있어서 층들이 쉽게 서로 박리되는 특성을 갖는 소재를 의미한다. 이러한 이차원 소재는 하나의 층 내에서 전자 또는 정공과 같은 전하들이 이동 및 전송되므로 이동도가 매우 빠른 특성을 갖는다. 이에 따라, 최근 새로운 이차원 소재로서 국내외 많은 연구 그룹들에 의해 MoS2 MoSe2, WS2, WSe2, ReS2, 또는 ReSe2 등의 전이금속 칼코겐 화합물 박막에 대한 연구가 활발해지고 있다.
한편, 이차원 소재 박막의 제조 방법은 아직 대량 생산에 응용할 수 있는 기술이 개발되어 있지 않아, 이차원 소재 박막을 대량 생산하기 위한 기술들도 활발히 연구되고 있다. 이차원소재 박막의 특성 개선은 광어닐링을 사용할 수 있으나, 종래기술들은 진공챔버 또는 독립된 챔버내에서 칼코겐 증기 또는 칼코겐화수소 가스가 공급되는 분위기에서 광어닐링을 수행한다. 이 공정은 칼코겐화수소 가스의 경우 인체에 매우 유독하고, 또한 공정이 비싼 단점이 있다.
본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 대면적 기판 위에 연속적이고 균일한 고품질의 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 금속 박막 및 상기 금속 박막의 상면 또는 하면에 배치된 칼코겐 박막을 포함하는 금속 전구체 박막을 기판 상에 형성하는 것; 상기 금속 전구체 박막 상으로 칼코겐 소스를 제공하는 칼코겐화 공정을 수행하여 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것; 및 상기 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막에 대해 광 어닐링 공정을 수행하여 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 전구체 박막은 인 시츄(in-situ) 방식 또는 액스 시츄(ex-situ)로 형성 될 수 있다. 따라서, 상기 액스 시츄(ex-situ)로 증착된 금속 전구체 박막은 공기 중으로 노출 됨으로써 부분적으로 산화될 수 있고, 상기 금속 전구체 박막은 공기 노출에 의해 순수 금속막을 포함하거나, 부분적으로 산화된 금속막을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제 1 칼코겐 박막과 금속 박막, 제2 칼코겐 박막으로 구성된 금속 칼코겐 전구체 박막을 적용함으로써 금속 박막만을 전구체로 사용한 것에 비하여 칼코겐화 공정으로 특성이 크게 개선된 금속칼코겐화합물 박막을 얻을 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 금속 전구체 박막은 상기 금속 박막의 하면에 배치된 제 1 칼코겐 박막 및 상기 금속 박막의 상면에 배치된 제 2 칼코겐 박막을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 칼코겐 박막은 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 금속 박막은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 스트론튬 (Sr), 바나듐 (V), 망간 (Mn), 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 아연 (Zn), 카드뮴 (Cd), 팔라듐 (Pd), 레늄 (Re), 탄탈륨 (Ta), 니오븀 (Nb), 하프늄 (Hf), 갈륨 (Ga), 말루미늄 (Al), 인듐 (In), 주석 (Sn), 티타늄 (Ti) 또는 이들의 합금 중에서 선택될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 칼코겐 박막의 두께는 상기 금속 박막의 두께보다 얇을 수 있다.
실시예 들에 따르면, 상기 금속 박막은 0.2 nm 내지 10 nm의 두께 범위를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막은 0.6 nm 내지 30 nm의 두께 범위를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막은 ±5% 보다 작은 두께 표준 편차를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 칼코겐화 공정은 350℃ 내지 600℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 칼코겐화된 박막은 약 500℃ 내지 약 700℃ 온도 범위에서 어닐링 공정이 더 수행될 수 있다.
해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 금속 박막 및 상기 금속 박막의 상면 또는 하면에 배치된 칼코겐 박막을 포함하는 금속 전구체 박막을 기판 상에 형성하는 것; 상기 금속 전구체 박막 상으로 칼코겐 소스를 제공하는 칼코겐화 공정을 수행하여 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것; 및 상기 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막에 대해 광 어닐링 공정을 수행하여 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 광 어닐링 공정을 수행하기 전에, 상기 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 투명 봉지막을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 투명 봉지막은 상기 광 어닐링 공정에서 광원의 에너지보다 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 봉지재 물질을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 광 어닐링 공정은 30 mJ/cm2 내지 400 mJ/cm2의 에너지 밀도를 갖는 광을 사용할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 광 어닐링 공정은 대기 중에서 수행될 수 있다. 광 어닐링 공정은 대기압 아래서 수행될 수 있다. 또한 광어닐링 공정은 추가적인 가열 및 냉각 없이 상온에서 수행할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에 따르면, 금속 박막의 위 및/또는 아래에 칼코겐 박막들을 형성하고 칼코겐화 공정을 수행함으로써, 칼코겐 증기 또는 칼코겐 수소화물 증기가 금속 박막과 반응하는 동안 칼코겐 박막들이 추가적으로 칼코겐 소스 역할을 하여, 칼코겐화가 진행되는 공정온도에서 금속 그레인이 큰 돌출부를 형성하도록 크게 성장하는 것을 미리 차단함에 따라 표면 거침도가 매우 작은 우수한 품질의 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조할 수 있다. 또한, 광어닐링 공정은 비진공, 즉 대기 중에서 상온에서 진행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 대구경 기판 상에 저온으로 금속 칼코겐 화합물 박막을 약 0.6 - 30 nm 이하의 두께로 제조할 수 있다. 또한 본 제조 방법은 6인치 이상의 대구경 웨이퍼 또는 한 면의 길이 10 cm 이상인 대구경 기판 상에서 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2f는 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 MoS2 박막의 샘플의 사진이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예들에 따른 광 어닐링 공정에서 광 세기에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 보여주는 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법에 의해 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법에 의해 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET)의 동작 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 2a 내지 도 2f는 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 MoS2 박막의 샘플의 사진이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예들에 따른 광 어닐링 공정에서 광 세기에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 보여주는 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법에 의해 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법에 의해 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET)의 동작 특성을 나타내는 그래프들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이차원 소재 박막의 제조 방법은 자연적으로 존재하거나 또는 인공적으로 합성한 단결정으로부터 테이프를 이용하여 층을 박리함으로써 얻을 수 있다. 이와 같이 형성된 이차원 박막은 플레이크(flake) 형태로서 크기가 매우 작고, 불균일하여 소자를 생산하기 어렵다.
금속 칼코겐 (또는 칼코젠화 금속) 화합물 박막은 금속의 전구체 가스(혹은 증기)와 칼코겐 증기를 반응시키거나 금속의 전구체 가스(혹은 증기)와 칼코겐수소화물(hydrogen chalcogenide)와의 화학 반응을 통해 제조될 수 있다. 또 다른 방법으로, 금속 박막을 미리 형성하고 이를 칼코겐화하여 금속 칼코겐 화합물 박막이 제조될 수도 있다.
화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용하여 이차원 금속 칼코젠 박막을 기판 위에 직접 성장할 수도 있다. 예를 들어, MoS2를 증착하는 방법은, MoO3 전구체 증기를 증발시키면서, 열 증발시킨 S-증기 또는 H2S 가스를 공급하여 기판 위까지 운반하면, Mo 전구체 분자와 S 전구체 분자 간의 화학적 반응에 의해 기판 위에 MoS2 막이 형성될 수 있다.
화학 기상 증착 공정의 온도는 통상 약 800 oC 내지 1000℃에 이르는데, 기판 상에서 작은 단결정 결정핵들이 보다 큰 결정들로 성장하는 증착 공정이 수행된다. 그러나, 화학 기상 증착 방법으로는 연속적이고 균일한 막을 기판 상에 형성하는 데에 어려움이 있다. 그래서 화학 기상 증착 방법으로 이차원 금속 칼코젠 박막을 성장할 경우, 연속적인 박막이 얻어지기 어려우므로 기판 상에 성장이 일어난 일정 영역의 결정성 증착 영역을 선택하고, 장치를 제조하기 위한 다른 기판으로 전사하여 소자를 만드는 과정이 이용되고 있다.
또한, 이차원 소재 박막은 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법 또는 원자층 증착법(ALD)과 같이 전구체 가스들 또는 전구체 증기들을 이용하여 증착할 수도 있다. 그러나, 연속적인 플라즈마 환경에서 PECVD 방법으로 이차원 소재 박막을 증착할 경우, 박막의 품질이 떨어져, 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 전자 소자의 활성층로서 이용하기 어렵다. 그래서 PECVD 로 증착한 박막은 실험실 수준에서 주로 기체 센서 등으로만 활용되고 있다. 또한, ALD 방법 또는 MOCVD(Metal Organic CVD)으로 이차원 소자 박막을 증착하는 경우, 한 층을 증착하는 동안 소요되는 시간이 약 26 시간이 소요되는 등 아직 대량 생산에 응용할 수 있는 기술이 개발되어 있지 않다. 이에 따라, 전계 효과 트랜지스터 또는 다이오드 등과 같은 전자 소자에 적용할 수 있을 정도의 우수한 품질을 갖는 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조하는 방법이 요구된다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2a 내지 도 2f는 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 3은 MoS2 박막의 샘플의 사진이다. 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 기판(10) 상에 차례로 적층된 제 1 칼코겐 박막(20), 금속 박막(30), 및 제 2 칼코겐 박막(40)을 포함하는 금속 전구체 박막(ME)이 형성될 수 있다. 금속 박막(30)은 인 시츄(in-situ) 방식 또는 액스 시츄(ex-situ)로 형성 될 수 있다. 따라서, 상기 액스 시츄(ex-situ)로 증착된 금속 박막(30)은 공기 중으로 노출 됨으로써 부분적으로 산화될 수 있고, 상기 금속 박막(30)은 공기 노출에 의해 순수 금속막을 포함하거나, 부분적으로 산화된 금속막을 포함할 수 있다. 상기 칼코겐 박막들과 금속 박막은 기판온도가 상온인 조건에서 증착할 수 있다. 또한, 상기 칼코겐 박막들과 금속 박막은 30oC 내지 100oC 온도 범위에서 증착될 수 있다. 칼코겐 박막들(20, 40)은 증발된 X8(여기서, X=S, Se, Te일 수 있다.) 분자로부터 Xa(여기서, a=1 내지 4일 수 있다.)로 분해된 칼코겐 증기를 사용하여 증착될 수 있다. 칼코겐 증기는 플라즈마 또는 열 분해를 사용하여 분해될 수 있다.
상세하게, 기판(10)의 표면 상에 제 1 칼코겐 박막(20)이 형성될 수 있다(S10).
기판(10)은 Si, SiO2, BN, Ge, GaN, AlN, GaP, InP, GaAs, SiC, Al2O3, LiAlO3, MgO, 유리, 석영, 사파이어, 그래파이트, 그래핀, 금속 호일 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 플라스틱 기판이 견딜 수 있는 저온에서 전 공정을 수행할 수 있으므로 PI (polyimide), PEN(poly ethylene naphthalate) 및 PET(poly ethylene terephthalate) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 통상 플라스틱 기판의 경우 고온에서 다른 기판 상에서 성장한 이차원 소재 박막을 전사하여 이용하나, 본 발명에 의하면 전사공정 없이 플라스틱 기판 위에 직접 제조할 수 있다. 상기 박막 중 유리, 석영, 사파이어, 투명한 플라스틱 기판 등 투명한 기판을 사용하면 전사공정 없이 투명한 전자소자를 제조할 수 있다.
제 1 칼코겐 박막(20)은 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법 또는 원자층 증착법(ALD)과 같이 전구체 가스들을 이용하여 기판(10) 표면 상에 증착될 수 있다. 제 1 칼코겐 박막(20)은 황(S), 셀레늄(Se), 또는 텔루륨(Te)을 포함하는 박막일 수 있다. 일 예로, 제 1 칼코겐 박막(20)은 MoS2막일 수 있다.
제 1 칼코겐 박막(20)은 이어서 형성되는 금속 박막(30)의 두께보다 얇게 증착될 수 있다. 일 예로, 제 1 칼코겐 박막(20)은 약 0 nm 보다 두껍고 1 nm 와 같거나 보다 얇은 두께로 증착될 수 있다. 증착시 공정 온도는 상온에서 수행될 수 있다. 또한 약 30℃ 내지 100℃에서 수행될 수 있다.
이어서, 제 1 칼코겐 박막(20) 상에 금속 박막(30)이 형성될 수 있다(S20). 금속 박막(30) 및 칼코겐 박막들(20, 40)이 동안 시츄(in-situ)로 증착되는 경우, 금속 박막(30)은 순수 금속 일 수 있다. 금속 박막(30)의 금속 증착이 액스 시추(ex-situ)로 수행되는 경우, 금속 박막(30)은 공기에 노출됨으로써 공기 중에서 부분적으로 산화 될 수 있다. 부분적으로 산화된 금속 막은 20%보다 큰 원소 상태의 금속을 함유 할 수 있다. 2.5 nm 두께의 Mo 금속 필름의 광전자 스펙트럼은 수 일간의 공기 노출 후에 필름이 35%의 원소 상태의 Mo(금속성)를 함유함을 보여주었다. 여기서, 금속 박막(30)은 전자빔 증착 기술, 스퍼터 증착 기술로 또는 열증착 기술을 이용하여 제 1 칼코겐 박막(20) 상에 증착될 수 있다. 금속 박막(30)은 상온에서 증착될 수 있다. 또한 금속약 30℃ 내지 100℃에서 수행될 수 있다. 일 예에 따르면, 금속 박막(30)은 약 0.2 nm 내지 10 nm의 두께로 증착될 수 있다.
금속 박막(30)은 예를 들어, Mo, W, Bi, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In Sn, Sb, Ba, La, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb 또는 Po 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
계속해서, 금속 박막(30) 상에 제 2 칼코겐 박막(40)이 형성될 수 있다(S30). 증착시 공정 온도는 상온에서 수행될 수 있다. 또한 약 30℃ 내지 100℃에서 수행될 수 있다. 제 2 칼코겐 박막(40)은 물리적 증착 공정을 이용하여 금속 박막(30) 상에 증착될 수 있다. 제 2 칼코겐 박막(40)은 예를 들어, 황(S), 셀레늄(Se), 또는 텔루륨(Te)을 포함하는 박막일 수 있다. 제 2 칼코겐 박막(40)은 금속 박막(30)의 두께보다 얇게 증착될 수 있다. 일 예로, 제 2 칼코겐 박막(40)은 약 0 nm보다 크고 1 nm 이하의 두께로 증착될 수 있다. 제 1 칼코겐 박막(20)과 제 2칼코겐 박막(40)은 동일한 칼코겐 원소일 수 있다.
칼코겐 박막들(20, 40)은 증발된 X8(여기서, X=S, Se, Te일 수 있다.) 분자로부터 Xa(여기서, a=1 내지 4일 수 있다.)로 분해된 칼코겐 증기를 사용하여 증착될 수 있다. 칼코겐 증기는 플라즈마 또는 열 분해를 사용하여 분해될 수 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 기판(10)으로 칼코겐 소스(S)를 공급하여 금속 전구체 박막(ME)에 대한 칼코겐화 공정이 수행될 수 있다(S40).
칼코겐 소스(S)로서 SX, SeX, 또는 TeX 증기를 기판(10)으로 공급할 수 있다. 여기서 x는 1, 2, 3, 또는 4이다. 칼코겐 증기는 고체 칼코겐 소스를 가열하여 증발되는 S8, Se8 또는 Te8과 같은 커다란 칼코겐 분자를 분해함으로써 생성 될 수 있다. 대형 칼코겐 분자는 플라즈마 또는 열 분해를 사용하여 작은 칼코겐 분자로 분해될 수 있다. 칼코겐 소스로서 칼코겐수소화물 기체가 사용될 수도 있다. 칼코겐화 공정시 기판(10)의 온도는 약 350℃ 내지 600℃ 온도 범위로 유지될 수 있다. 실시예들에 따르면, 칼코겐화 공정에서 제 1 및 제 2 칼코겐 박막들(20, 40)은 추가적인 칼코겐 소스 역할을 할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 칼코겐 박막들(20, 40)은 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)이 정량적으로 화학양론적인 조성을 가지는데 중요한 역할을 할 수 있다. 제 1 및 제 2 칼코겐 박막들(20, 40)은 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)의 막질을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 제 2 칼코겐 박막(40)은 금속 박막(30)과 반응하여 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)을 형성할 수 있다(S50). 제 1 칼코겐 박막(20)은 금속 박막(30)과 일부 반응하여 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)을 형성할 수 있다(S50). 나아가, 칼코겐화 공정 동안 제 1 칼코겐 박막(20)은 소멸되지 않고 잔류할 수 있다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50) 상에 투명 절연막(60)이 형성될 수 있다(S60). 투명 절연막(60)은 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)을 보호하는 봉지막일 수 있다. 투명 절연막 박막은 원자층증착법(ALD), 플라즈마 원자층증착법(PEALD), 펄스드 플라즈마 화학 증착법(pulsed plasma CVD)과 같이 하부의 반도체 층을 열화시키지 않는 방법을 이용하여 진행할 수 있다.
투명 절연막 박막(60)은 후속 공정으로 진행되는 광 어닐링 공정에서 사용되는 광의 에너지보다 큰 밴드갭 에너지를 가질 수 있다. 즉, 투명 절연막 박막(60)은 이어서 수행되는 광 어닐링 공정시 광이 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)에 도달하는 것을 방해하지 않는 절연 물질일 수 있다. 일 예로, 투명 절연막 박막(60)은 Al2O3, SiO2, Si3N4, TiO2, Ta2O5, ZrO2, HfO2, 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 나아가, 투명 절연막 박막(60)은 제 1 및 제 2 칼코겐 박막들(20, 40) 또는 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)에 의해 추가로 공급되는 칼코겐 원자들이 대기 중으로 증발되어 소실되는 것을 막을 수 있다. 광어닐링 공정은 기판의 가열 없이 기판을 상온으로 유지한 채 수행할 수 있다. 또한 광어닐링 공정은 대기 중에서 대기압 하에서 시료를 노출하여 진행할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따르면, 투명 절연막 박막(60)을 형성하는 것은 생략될 수도 있다.
도 1 및 도 2e를 참조하면, 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)에 대한 광 어닐링 공정이 수행될 수 있다(S70).
광 어닐링 공정은 추가적인 칼코겐 소스(즉, 칼코겐 증기 또는 칼코겐수소화물 가스)가 없는 분위기에서 수행될 수 있다. 또한, 광 어닐링 공정은 비진공 상태, 즉, 상압에서 수행될 수 있다. 나아가, 광 어닐링 공정에서 불활성 기체, 칼코젠 증기 또는 칼코겐화 가스의 사용은 요구되지 않으며, 실온, 즉, 대기 중에서 상압 하에서 수행될 수 있다.
광 어닐링 공정 시 광원(L)은 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)의 밴드 갭 에너지보다 큰 에너지를 가질 수 있다. 일 예로, 광원의 파장은 200 nm 내지 400 nm 일 수 있으며, 광원(L)의 에너지 밀도는 약 30 mJ/cm2 내지 300 mJ/cm2일 수 있다. 예를 들어, 광원(L)의 에너지 밀도가 약 30 mJ/cm2 내지 300 mJ/cm2일 경우, 시료의 표면은 변형되지 않을 수 있다. 광원(L)에 의해 샘플에 조사되는 에너지의 총량 또한 금속 칼코겐 화합물 박막의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 광원(L)에 의해 시료에 조사되는 총 에너지의 양은 480 mJ/cm2보다 작을 수 있다. 광원(L)의 에너지 밀도가 240 mJ/cm2이고 시료에 두 번 조사되면, 즉, 총 480 mJ/cm2의 에너지가 조사되면, (후술되는 도 5d를 참조하면) 시료의 표면이 변형될 수 있다.
광 어닐링 공정에서 광원(L)으로서 자외선 레이저 또는 자외선 램프 등이 사용될 수 있다. 광원(L)을 이용한 광 어닐링 과정에서 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50) 아래의 제 1 칼코겐 박막(20)은 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)에서 칼코겐이 부족한 자리를 채울 수 있으므로, 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막(100)의 특성이 제 1 금속 칼코겐 화합물 박박(50)보다 크게 우수할 수 있다. 즉, 광 어닐링 공정 동안 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막(50)은 제 1 칼코겐 박막(20)으로부터 칼코겐 소스를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 기판(10) 상에 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막(100)이 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막(100)은 약 0.6 nm 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있다. 또한, 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막(100)은 약 5% 이내의 두께 편차를 가질 수 있다. 도 3은 3.6 인치 웨이퍼 상에 제조된 MoS2 박막의 샘플을 나타낸 것으로, 두께가 6.1 mm인 MoS2 박막이 제조되었다. 도 3을 참조하여, AFM 높이 프로파일을 이용하여 도 3에 표시된 5지점에 대하여 측정을 실시하였으며, 각 지점의 두께 편차는 5% 이내였다. 측정 결과, 위치 A 내지 E에서 측정된 두께들의 표준 편차는 5%보다 작았다. 즉 높은 균일도를 갖는 금속 칼코겐 화합물 박막(100)이 형성될 수 있다.
아래 표 1은 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 이용하여 제조된 약 3 nm 및 6 nm의 평균두께를 갖는 MoS2 박막의 특성을 나타낸다.
| 시편 설명 | 표면 거침도(maximum peak-to-valley) | 표면 거침도(root mean square) |
| 제 2 칼코겐 박막 없이 제조한 시편(MoS2의 두께 3nm) | 81.33 nm | 0.69 nm |
| 제 2 칼코겐 박막을 형성한 시편(MoS2의 두께 3nm) | 2.5 nm | 0.27nm |
| 제 2 칼코겐 박막 없이 제조한 시편(MoS2의 두께 6nm) | 89.65 nm | 1.08 nm |
| 제 2 칼코겐 박막을 형성한 시편(MoS2의 두께 6nm) | 3.3 nm | 0.40 nm |
표 1을 참조하면, 금속 박막 상에 형성되는 제 2 칼코겐 박막은 칼코겐 증기 또는 칼코겐수소화물 증기가 금속 박막과 반응하여 금속 칼코겐 화합물 박막을 합성할 때 반응에 함께 관여한다. 최종 금속 칼코겐 화합물 박막의 평균 두께가 3 nm인 실시예에서, 제 2 칼코겐 박막이 없는 경우 금속 칼코겐 화합물 박막의 최대 peak-to-valley 값이 81.33 nm이며, root mean square (rms) 거침도가 0.69 nm 이상으로 매우 거칠고 필름 상의 돌출부를 포함하는 형상이 존재하는 막이 제조된다. 그러나, 금속 박막 상에 제 2 칼코겐 박막이 형성되는 경우, 표 1에서 나타낸 바와 같이, 스파이크(spike)와 같은 돌출부의 형성은 크게 억제되고, 박막의 거침도는 약 0.2nm 내지 0.4 nm 로서 매우 평탄한 막이 형성될 수 있다.
이하, 도 4a 내지 도 34를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명한다.
도 4a를 참조하면, 앞서 설명된 실시예에서 제 1 칼코겐 박막을 형성하는 단계가 생략될 수 있다. 즉, 기판(10)의 표면 상에 직접 금속 박막(30)이 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 앞서 설명된 실시예에서 제 2 칼코겐 박막을 형성하는 단계가 생략될 수 있다. 즉, 제 1 칼코겐 박막(20) 상에 금속 박막(30)을 형성한 후, 금속 박막(30)의 상면으로 칼코겐 소스를 공급하여 칼코겐화 공정이 수행될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 기판(10) 제 1 칼코겐 박막(20), 금속 박막(30), 및 제 2 칼코겐 박막(40)을 차례로 형성한 후에, 기판(10)상의 시료를 향해 칼코겐 소스를 공급하여 칼코겐화 공정이 수행될 수 있다. 여기서, 금속 박막(30)은 서로 다른 금속 물질로 이루어진 제 1 금속 박막(31) 및 제 2 금속 박막(33)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 금속 박막(31)은 몰리브덴(Mo)막일 수 있으며, 제 2 금속 박막(33)은 텅스텐(W) 박막일 수 있다. 이와 달리, 제 1 금속 박막(31)은 티타늄(Ti) 이고, 제 2 금속 박막(33)은 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 일 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 금속 박막(31)은 바나듐(V)이고, 제 2 금속 박막(33)은 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 일 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 금속 박막(31)은 인듐(In) 이고, 제 2 금속 박막(33)은 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 일 수 있다. 여기서, 제 1 금속 박막(31)과 제 2 금속 박막(33)은 인 시츄(in-situ) 방식 또는 액스 시츄(ex-situ)로 형성 될 수 있다. 따라서, 상기 액스 시츄(ex-situ)로 증착된 제 1 금속 박막(31)과 제 2 금속 박막(33)은 공기 중으로 노출 됨으로써 부분적으로 산화될 수 있으며, 제 1 금속 박막(31)과 제 2 금속 박막(33)은 공기 노출에 의해 순수 금속막을 포함하거나, 부분적으로 산화된 금속막을 포함할 수 있다.
도 4d에 도시된 실시예에 따르면, 기판(10) 제 1 칼코겐 박막(20), 금속 박막(30), 및 제 2 칼코겐 박막(40)을 차례로 형성한 후에, 기판(10) 및 필름들(20, 30, 40)으로 구성된 시료 상으로 칼코겐 소스를 공급하여 칼코겐화 공정이 수행될 수 있다. 여기서, 금속 박막(30)은 제 1 칼코겐 박막(20) 상에 차례로 적층된 제 1 금속 박막(31), 제 2 금속 박막(33), 및 제 3 금속 박막(35)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 박막들(31, 33, 35)은 인 시츄(in-situ) 방식 또는 액스 시츄(ex-situ)로 형성 될 수 있다. 이때, 금속 박막들(31, 33, 35)이 액스 시츄(ex-situ)로 증착되는 경우, 금속 박막들(31, 33, 35)은 공기 중에 노출됨에 따라 부분적으로 산화될 수 있다. 여기서, 제 1 금속 박막(31)은 티타늄(Ti)막일 수 있으며, 제 2 금속 박막(33)은 몰리브덴(Mo)막일 수 있으며, 제 3 금속 박막(35)은 텅스텐(W)막일 수 있다. 여기서, 제 1 금속 박막(31)은 텅스텐(W)막일 수 있으며, 제 2 금속 박막(33)은 콜리브덴(Mo)막일 수 있으며, 제 3 금속 박막은 티타늄(Ti)박일 수 있다. 이와 달리, 제 1 금속 박막(31)은 제 3 금속 박막(35)과 동일한 금속 물질을 포함하고, 제 2 금속 박막(33)은 제 1 및 제 3 금속 박막들(31, 35)과 다른 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 제 2 금속 박막(33)은 Ti, V, In 중 어느 하나 일 수 있다. 제 1 금속 박막(31) 및 제 3 금속 박막(35)은 Ti, V 또는 In 중 어느 하나의 금속 막일 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 금속 박막들(31, 33, 35)은 Mo, W, Bi, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In Sn, Sb, Ba, La, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb 또는 Po 중에서 선택될 수 있다.
도 4e에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 칼코겐 박막(20)과 제 2 칼코겐 박막(40) 사이에 금속 박막(30)이 형성될 수 있다. 여기서, 금속 박막(30)은 제 1 칼코겐 박막(20) 상에 차례로 적층된 제 1 금속 박막(31), 제 2 금속 박막(33), 제 3 금속 박막(35), 및 제 4 금속 박막(37)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 3 금속 박막들(31, 35)은 동일한 제 1 금속 물질을 포함할 수 있으며, 제 2 및 제 4 금속 박막들(33, 37)은 동일한 제 2 금속 물질을 포함할 수 있으며, 제 1 금속 물질은 제 2 금속 물질과 다를 수 있다. 일 예로, 1 및 제 3 금속 박막들(31, 35)은 몰리브덴(Mo)막일 수 있으며, 제 2 및 제 4 금속 박막들(33, 37)은 텅스텐(W) 박막일 수 있다.
이와 달리, 제 1 및 제 4 금속 박막들(31, 37)은 동일한 제 1 금속 물질을 포함할 수 있으며, 제 2 금속 박막(33)은 제 1 금속 물질과 다른 제 2 금속 물질을 포함하고, 제 3 금속 박막(35)은 제 1 및 제 2 금속 물질들과 다른 제 3 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 금속 물질들은 Mo, W, Bi, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In Sn, Sb, Ba, La, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb 또는 Po 중에서 선택될 수 있다. 일 예로, 제 1 및 제 4 금속 박막들(31, 37)은 티타늄(Ti)막일 수 있으며, 제 2 금속 박막(33)은 몰리브덴(Mo)막일 수 있으며, 제 3 금속 박막(35)은 텅스텐(W)막일 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예들에 따른 광 어닐링 공정에서 광 세기에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 보여주는 사진들이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 광 어닐링 공정에서 308 nm의 광원을 사용하여 MoSe2 박막을 제조하는 공정에서 단위 면적당 조사되는 광의 에너지 밀도가 300 mJ/cm2일 때, MoSe2 박막의 표면을 나타낸다. 재료 분석 데이터는 50 mJ/cm2의 에너지 밀도를 갖는 광의 조사가 금속 칼코겐 화합물 박막의 품질을 향상시킨다는 것을 보여주었다. 도 5b는 조사되는 광의 에너지 밀도가 400 mJ/cm2 일 때, 도 5c는 400 mJ/cm2을 초과할 때 MoSe2 박막의 표면의 전형적인 형상들을 나타낸다. 도 5c는 조사되는 광의 에너지 밀도가 400 mJ/cm2을 초과할 때 막의 형상이 일부 또는 전면적으로 파괴되면서 나타나는 전형적인 변성막의 사진을 보여준다.
더하여, 광원의 에너지 밀도는 약 30 mJ/cm2 내지 300 mJ/cm2일 수 있다. 예를 들어, 광원의 에너지 밀도가 180 mJ/cm2이거나 240 mJ/cm2일 때, 시료의 표면은 변형되지 않았다. 광원에 의해 시료에 조사되는 에너지의 총량 또한 금속 칼코겐 화합물 박막의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 광원에 의해 시료에 조사되는 총 에너지량은 480 mJ/cm2보다 작을 수 있다. 광원의 에너지 밀도가 240 mJ/cm2일 때 시료에 광을 2번 조사한 경우(즉, 480 mJ/cm2의 광을 조사하는 경우), 시료의 표면은 도 5d에 도시된 바와 같이 변형되었다.
도 5a와 도 5b 및 도 5c를 비교하면, 조사되는 광의 에너지 밀도가 400 mJ/cm2 이상일 때 MoSe2 박막의 표면이 크게 변형되는 것을 확인할 수 있으며, 조사되는 광의 에너지 밀도가 400 mJ/cm2 미만일 때 MoSe2 박막의 표면 변형은 미미한 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법에 의해 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 전계 효과 트랜지스터는 앞서 도 1 및 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 설명한 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에 따라 제조된 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막(100)을 채널로 사용할 수 있다. 일 예에서, 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막(100)은 약 3nm의 평균 두께를 갖는 MoS2 박막일 수 있다.
구체적으로, 기판(10) 상에 금속 칼코겐 화합물 박막(100)이 형성될 수 있으며, 금속 칼코겐 화합물 박막(100) 상에 게이트 절연막(110)을 개재하여 게이트 전극(120)이 배치될 수 있다. 게이트 전극(120) 양측에서 금속 칼코겐 화합물 박막(100) 상에 소오스 및 드레인 전극들(131,133)이 배치될 수 있다. 도면에는 게이트 절연막(110) 및 게이트 전극(120)이 금속 칼코겐 화합물 박막(100) 위에 위치하는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 예에서, 게이트 절연막(110) 및 게이트 전극(120)은 금속 칼코겐 화합물 박막(100) 아래에 위치할 수도 있다.
아래 표 2는 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 이용하여 500 oC 에서 제조된 6 nm 두께의 MoS2 박막을 채널로 사용하는 FET 소자의 특성을 나타낸다. 이 결과는 칼코겐화 온도 등의 공정의 상세 조건에 따라 그 특성 수치가 달라질 수 있으나, 다층 전구체 박막과 광어닐링에 의한 개선을 가장 잘 보여주는 일례로서 제시한다. 광어닐링의 개선 효과는 공정온도 350 - 600 oC의 범위에서 칼코겐화 공정후 막질이 미흡할수록 더 크게 나타난다. 실시예들에 따르면 칼코겐화 공정온도가 낮을수록 그 개선효과가 더 크게 나타난다.
| 시편 설명 | 전계효과 이동도 | On/off 전류비 |
| 도 1의 기존 단일 금속전구체 박막을 사용한 시편 | 측정불가 | 측정불가 |
| 도 1의 기존 단일 금속전구체 박막을 사용한 시편과 광어닐링의 단순 조합 | 측정불가 | 측정불가 |
| 광어닐링 처리 없음 | 측정불가 | 10 |
| 조사되는 광의 총 에너지량 120 mJ/cm2(광 에너지밀도 60 mJ/cm2 ) | 10 cm2/Vs | 104 |
| 조사되는 광의 총 에너지량 240 mJ/cm2 (광 에너지밀도 120 mJ/cm2 ) |
42 cm2/Vs | 105 |
표 2를 참조하면, 광의 에너지 밀도 또는 총 에너지량을 증가시킬수록 MoS2 전계 효과 트랜지스터의 전기적 특성이 개선되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 앞서 도 5b의 결과에서 보인 바와 같이 조사되는 광의 에너지 밀도가 400 mJ/cm2 이거나 초과할 경우 박막의 표면이 변형된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 광 어닐링 공정은 약 30 mJ/cm2 보다 크고 약 400 mJ/cm2 미만의 작은 에너지 밀도를 갖는 광을 이용하여 수행되어야 한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법에 의해 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 MoS2 전계 효과 트랜지스터(FET)의 동작 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 7a는 약 6nm 두께의 MoS2 박막을 채널로 사용한 전계 효과 트랜지스터의 전달 특성을 나타내며, 도 7b는 드레인 전극에서 전압 대 전류 특성을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 약 6nm 두께의 MoS2 박막을 채널로 사용한 전계 효과 트랜지스터는 약 42 cm2/Vs의 전하 이동도를 나타내었다.
도 7b를 참조하면, 약 0V, 1V, 2V, 3V, 4V의 게이트 전압(VG)을 인가하는 경우에 대해, 드레인 전압을 변화시키면서 드레인 전류를 측정하였다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 게이트 전압 및 드레인 전압을 상승시키더라도, 드레인 전류가 안정적으로 측정되었다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 MoS2 박막을 이용하여 전계 효과 트랜지스터에서 안정적인 전기적 특성을 얻을 수 있음을 확인하였다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (20)
- 금속 박막 및 상기 금속 박막의 하면에 배치된 제 1 칼코겐 박막 및 상기 금속 박막의 상면에 배치된 제 2 칼코겐 박막을 포함하는 금속 전구체 박막을 기판 상에 형성하는 것;
상기 금속 전구체 박막 상으로 칼코겐 소스를 제공하는 칼코겐화 공정을 수행하여 상기 금속 박막과 상기 제 2 칼코겐 박막이 반응하여 형성되는 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것; 및
상기 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막과 상기 제 1 칼코겐 박막을 반응시켜 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것을 포함하되,
상기 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것은 대기 중에서 수행되는 금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 전구체 박막은 인 시츄(in-situ) 공정 또는 액스 시츄(ex-situ) 공정을 이용하여 형성되고,
액스 시츄(ex-situ) 공정을 이용하여 형성된 상기 금속 전구체 박막은 공기에 노출됨으로써 부분적으로 산화되는 금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 금속 전구체 박막은 공기 노출로 인해 순수 금속막 및 부분적으로 산화된 금속막을 포함하는 금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칼코겐 박막 및 상기 제 2 칼코겐 박막은 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칼코겐 박막 및 상기 제 2 칼코겐 박막은 1개 내지 4개의 칼코겐 원자로 구성된 칼코겐 증기를 이용하여 증착되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 박막은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 스트론튬 (Sr), 바나듐 (V), 망간 (Mn), 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 아연 (Zn), 카드뮴 (Cd), 팔라듐 (Pd), 레늄 (Re), 탄탈륨 (Ta), 니오븀 (Nb), 하프늄 (Hf), 갈륨 (Ga), 말루미늄 (Al), 인듐 (In), 주석 (Sn), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칼코겐 박막의 두께 및 상기 제 2 칼코겐 박막의 두께는 상기 금속 박막의 두께보다 얇은 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 금속 박막은 0.2 nm 내지 10 nm의 두께 범위를 갖는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막은 0.6 nm 내지 30 nm의 두께 범위를 갖는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 칼코겐화 공정은 350℃ 내지 600℃ 온도 범위에서 수행되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 칼코겐화 공정은 1개 내지 4개의 칼코겐 원자로 구성된 칼코겐 증기를 이용하여 증착되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 금속 칼코겐 화합물을 형성하는 것은 상기 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막에 대해 광 어닐링 공정을 수행하여 상기 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것을 포함하되,
상기 광 어닐링 공정은 상온에서 수행되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 금속 박막 및 상기 금속 박막의 상면 또는 하면에 배치된 칼코겐 박막을 포함하는 금속 전구체 박막을 기판 상에 형성하는 것;
상기 금속 전구체 박막 상으로 칼코겐 소스를 제공하는 칼코겐화 공정을 수행하여 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것; 및
상기 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막에 대해 광 어닐링 공정을 수행하여 제 2 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것을 포함하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광 어닐링 공정을 수행하기 전에, 상기 제 1 금속 칼코겐 화합물 박막 상에 투명 봉지막을 형성하는 것을 더 포함하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 투명 봉지막은 상기 광 어닐링 공정에서 광원의 에너지보다 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 봉지 물질을 포함하는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광 어닐링 공정에 이용되는 광의 에너지 밀도는 30 mJ/cm2보다 크고 400 mJ/cm2보다 작은 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광 어닐링 공정은 대기 중에서 수행되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광 어닐링 공정은 추가적인 가열 및 냉각을 하지 않고 실온에서 수행되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광 어닐링 공정은 상압 하에 수행되는 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법.
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