KR102520608B1 - Method for control and analysis of nano-wrinkle emitters and nano-wrinkle emitters - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법 및 나노주름 광원에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 2차원 반도체 물질층을 준비하는 단계; 상기 2차원 반도체 물질층 방향으로 나노스케일 팁을 위치시키는 단계; 상기 나노스케일 팁을 이용하여 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역을 관찰하는 단계; 및 상기 나노주름이 형성된 영역에 상기 나노스케일 팁으로 압력을 가하여 상기 나노주름을 변형시키는 단계; 를 포함하는, 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법, 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템 및 나노주름 광원에 관한 것이다. The present invention relates to a method for controlling and analyzing a nano-wrinkle light source and to a nano-wrinkle light source, and more specifically, preparing a two-dimensional semiconductor material layer; positioning a nanoscale tip in the direction of the two-dimensional semiconductor material layer; observing a region where nano-wrinkles are formed in the 2-dimensional semiconductor material layer using the nanoscale tip; and deforming the nanowrinkles by applying pressure with the nanoscale tip to the area where the nanowrinkles are formed. It relates to a control and analysis method of a nano-wrinkle light source, a control and analysis system for a nano-wrinkle light source, and a nano-wrinkle light source, including a.
Description
본 발명은, 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법 및 나노주름 광원에 관한 것이며, 나노주름 광원의 제어 및 분석을 위한 시스템 및 나노 광소자에 더 관련될 수 있다.The present invention relates to a method for controlling and analyzing a nano-folded light source and a nano-folded light source, and may further relate to a system for controlling and analyzing a nano-folded light source and a nano-optical device.
직접 밴드갭 MoS2 단일층 (monolayer)에서 새로운 광발광 (photoluminescence) 특성을 발견한 이후에 강한 쿨롱 상호작용 (strong coulomb interaction), 큰 스핀-오비탈 커플링 (large spin-orbit coupling) 및 밸리-선택적 이색성 (valley-selective dichroism)과 같은 층상화된 전이 금속 디칼코겐나이드 (transition metal dichalcogenides, TMD)의 물리적 특성에 대한 연구가 진행되어 왔다. 광전자 소자를 위한 플랫폼으로 활용 가능성이 높지만, TMD 소자로 사용화하기 위해서 해결해야하는 기술적 과제 및 문제점이 여전히 남아 있다. Strong Coulomb interaction, large spin-orbit coupling and valley-selective after discovery of new photoluminescence properties in direct bandgap MoS 2 monolayer. Research on the physical properties of layered transition metal dichalcogenides (TMDs), such as valley-selective dichroism, has been conducted. Although it is highly likely to be used as a platform for optoelectronic devices, there are still technical challenges and problems to be solved in order to use it as a TMD device.
나노스케일 결함, 예를 들어, 결정립 (grain boundary), 가장자리 (edge) 및 주름의 존재는, TMD 결정의 2차원 특성이 이러한 국부적 결함 영역에서 전자, 포논(phonon), 광자 (photon), 엑시톤 (exciton)뿐만 아니라 원자와 격자 사이의 복잡한 상용 작용을 일으킬 수 있기에, 가장 중요한 문제중 하나이다. 특히, 주름은 대부분의 성장 및 전사된 TMD 단일층 (monolayer)에서 불가피한 구조적 변형 (structural deformation)이며, 재료 특성에서 공간적으로 균일하지 못한 문제를 유발시킬 수 있다. 즉, 구조적, 광학적, 화학적, 전자 특성이 2차원 물질 상에서 공간적으로 균일하지 못한 문제 (spatial heterogeneity)로 인하여 소자 상용화가 저해되고 있다. The existence of nanoscale defects, such as grain boundaries, edges, and wrinkles, is such that the two-dimensional properties of TMD crystals are such that electrons, phonons, photons, and excitons ( This is one of the most important problems, as it can cause complex interactions between atoms and lattices as well as excitons. In particular, wrinkles are unavoidable structural deformations in most grown and transferred TMD monolayers, and can cause spatial non-uniformity in material properties. That is, the commercialization of devices is hindered due to spatial heterogeneity in structural, optical, chemical, and electronic properties on a two-dimensional material.
단일층 TMD의 발광/흡수 특성, 밴드갭 및 엑시톤 거동을 제어할 수 있다면 2차원 반도체의 뛰어난 물리적 특성과 결합하여 차세대 초소형/플랙서블 광전자소자로 응용 가능성이 높다. 최근에는 구조, 전기, 광학적 특성을 조절하는 변형제어공학 (strain-engineering)을 통해 대면적 성장 TMD를 상용화하기 위한 시도들이 활발히 진행되고 있지만, 나노 스케일에서의 능동제어 및 실시간 분석은 아직까지 과제로 남아있다.If the emission/absorption characteristics, bandgap, and exciton behavior of single-layer TMDs can be controlled, combined with the excellent physical properties of 2D semiconductors, it has high potential for application as next-generation subminiature/flexible optoelectronic devices. Recently, attempts have been actively made to commercialize large-area grown TMDs through strain-engineering that controls structural, electrical, and optical properties, but active control and real-time analysis at the nanoscale are still challenges. Remains.
본 발명은, 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해서, 나노주름의 우월한 광발광 특성을 국소적으로 측정할 수 있는 측정 시스템을 도입하여 나노주름에 압력을 가해 구조적 변형을 유도하고 이러한 변형에 의한 나노주름의 변형율 (strain), 밴드갭, 광발광 에너지 및 세기, 엑시톤 밀도 및 거동 등을 능동적 제어 및 실시간 모니터링 가능한 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법에 관한 것이다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention introduces a measurement system capable of locally measuring the superior photoluminescent properties of nanowrinkles, applies pressure to the nanowrinkles to induce structural deformation, and nanowrinkles by this deformation It relates to a method for controlling and analyzing a nano-wrinkled light source capable of actively controlling and real-time monitoring the strain, band gap, photoluminescence energy and intensity, exciton density and behavior, etc.
본 발명은, 나노주름의 우월한 광발광 특성을 국소적으로 측정할 수 있는 측정 시스템을 도입하여 나노주름에 압력을 가해 구조적 변형을 유도하고 이러한 변형에 의한 나노주름 영염의 변형율 (strain), 밴드갭, 광발광 에너지 및 세기, 엑시톤 밀도 및 거동 등을 능동적 제어 및 실시간 모니터링 가능한, 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템에 관한 것이다. The present invention introduces a measurement system capable of locally measuring the superior photoluminescent properties of nanowrinkles, applies pressure to the nanowrinkles to induce structural deformation, and the strain and band gap of the nanowrinkles by this deformation It relates to a control and analysis system for a nano-wrinkled light source capable of actively controlling and real-time monitoring of photoluminescence energy and intensity, exciton density and behavior, and the like.
본 발명은, 본 발명에 의한 나노주름 광원의 제어 및 분석을 통해 2차원 물질 나노주름에 의한 우월한 나노광학 특성을 갖는 나노주름 광원을 제공하는 것이다.The present invention provides a nano-wrinkle light source having superior nano-optical properties due to nano-wrinkles of a two-dimensional material through control and analysis of the nano-wrinkle light source according to the present invention.
본 발명은, 본 발명에 의한 나노광원을 활용하여, 고성능 및 고휘도 나노 광소자를 제공하는 것이다. The present invention provides a high-performance and high-brightness nano-optical device by utilizing the nano light source according to the present invention.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 실시예에 따라, 2차원 반도체 물질층을 준비하는 단계; 상기 2차원 반도체 물질층 방향으로 나노스케일 팁(tip)을 위치시키는 단계; 상기 나노스케일 팁을 이용하여 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역을 관찰하는 단계; 및 상기 나노주름이 형성된 영역에 상기 나노스케일 팁으로 압력을 가하여 상기 나노주름을 변형시키는 단계; 를 포함하는, 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법에 관한 것이다. According to one embodiment of the present invention, preparing a two-dimensional semiconductor material layer; positioning a nanoscale tip in the direction of the two-dimensional semiconductor material layer; observing a region where nano-wrinkles are formed in the 2-dimensional semiconductor material layer using the nanoscale tip; and deforming the nanowrinkles by applying pressure with the nanoscale tip to the area where the nanowrinkles are formed. It relates to a method for controlling and analyzing a nano-wrinkled light source, including a.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 2차원 반도체 물질층은, 2차원 반도체 물질의 단일층인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the 2D semiconductor material layer may be a single layer of 2D semiconductor material.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 팁의 반경은, 15 nm 이하이고, 상기 팁은, Au, Ag, Al, Cu, Co, Cr, Pt, Pd, Rh, Ti 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the tip has a radius of 15 nm or less, and the tip is selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Cu, Co, Cr, Pt, Pd, Rh, Ti and Ni. It may contain one or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노스케일 팁은, 전단력 (shear-force) AFM에 장착된 플라즈모닉 팁이고, 상기 플라즈모닉 팁은, TEPL (tip-enhanced photoluminescence spectroscopy), TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) 및 TEEL (tip-enhanced electroluminescence) 중 적어도 하나를 측정하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the nanoscale tip is a plasmonic tip mounted on shear-force AFM, and the plasmonic tip is tip-enhanced photoluminescence spectroscopy (TEPL), tip-enhanced TERS (TIPS) Raman spectroscopy) and tip-enhanced electroluminescence (TEEL).
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계 중 실시간으로 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 모니터링하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkles may be monitored in real time during the step of deforming the nanowrinkles.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름 영역의 변형률, 밴드갭, 광발광 에너지 파장, 광발광 에너지 파장 세기, 엑시톤 거동 및 엑시톤 밀도 중 적어도 하나를 제어하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the transforming of the nanowrinkles may include controlling at least one of a strain, a band gap, a photoluminescent energy wavelength, a photoluminescent energy wavelength intensity, exciton behavior, and exciton density of the nanowrinkle region. it could be
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 나노주름 구조의 가역적 변형을 유도하고, 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 능동적으로 제어하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the transforming of the nanowrinkles may include inducing reversible deformation of the nanowrinkle structure and actively controlling at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkles.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 영구적 변형을 유도하고, 2차원 물질의 결정면(crystal face) 특성으로 유도하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the transforming of the nanowrinkles induces permanent transformation of at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkles, and induces crystal face characteristics of a two-dimensional material. it may be
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 구조적 변형을 통해 상기 나노주름 중 적어도 일부 또는 전부를 제거하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the transforming of the nanowrinkles may include removing at least some or all of the nanowrinkles through structural transformation of the nanowrinkles.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 발광 특성을 상기 나노스케일 팁 높이에 따라 2단계 스위칭, 3단계 변조 또는 이 둘에 의해 조정하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of modifying the nanowrinkles may include adjusting light emitting characteristics of the nanowrinkles by two-step switching, three-step modulation, or both according to the nanoscale tip height.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노스케일 팁은, 시료와 충분히 멀리떨어진 원자현미경(AFM)의 기준 신호의 1 % 내지 100 % 미만에서 거리제어 및 압력을 가하고, 상기 나노스케일 팁은, 10 nm 이하의 단위로 수직 이동하여 상기 나노주름에 압력을 가하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the nanoscale tip controls the distance and applies pressure at 1% to less than 100% of the reference signal of an atomic force microscope (AFM) far enough away from the sample, and the nanoscale tip, 10 Pressure may be applied to the nanowrinkles by vertical movement in units of nm or less.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 변형률을 30% 이하 내지 시분해 상으로 1 kHz 이하의 주파수로 국소적, 가역적으로 제어하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step of deforming the nanowrinkles may include locally and reversibly controlling the strain of the nanowrinkles at a frequency of 30% or less and 1 kHz or less in a time-resolved phase.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 변형률 변화에 의한 고속 변조되는 상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성을 실시간으로 증폭하여 초고분해분광을 측정하고 이미징하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of deforming the nanowrinkles is to amplify in real time electrical, optical, or both characteristics of the nanowrinkles that are modulated at high speed by a change in strain to measure and image ultra-high resolution spectroscopy. it could be
본 발명의 일 실시예에 따라, 2차원 반도체 물질층이 위치하는 기판; 상기 2차원 반도체 물질층을 향해 배치되는 나노스케일 팁; 및 2차원 반도체 물질층의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나의 초고분해분광 측정 및 분석을 위한 장비; 를 포함하고, 상기 나노스케일 팁은, 전단력 (shear-force) AFM에 장착된 플라즈모닉 팁이고, 상기 나노스케일 팁은, 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역에 압력을 가하여 나노주름을 변형시키고, 실시간으로 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 모니터링하는 것인, 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템에 관한 것이다. According to one embodiment of the present invention, the substrate on which the two-dimensional semiconductor material layer is located; a nanoscale tip disposed toward the two-dimensional semiconductor material layer; and equipment for measuring and analyzing at least one of structural, electrical, and optical properties of the two-dimensional semiconductor material layer using ultra-high resolution spectroscopy; wherein the nanoscale tip is a plasmonic tip mounted on a shear-force AFM, and the nanoscale tip applies pressure to a region where nanowrinkles are formed in the 2D semiconductor material layer to form nanowrinkles. It relates to a control and analysis system for a nanowrinkle light source, wherein at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkle is monitored in real time.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템은, 상기 나노주름 영역의 TEPL (tip-enhanced photoluminescence spectroscopy), TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) 및 TEEL (tip-enhanced electroluminescence) 중 적어도 하나를 측정하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the control and analysis system of the nanowrinkle light source includes tip-enhanced photoluminescence spectroscopy (TEPL), tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS), and tip-enhanced electroluminescence (TEEL) of the nanowrinkle region. At least one of them may be measured.
본 발명의 일 실시예에 따라, 나노주름 영역을 갖는 2차원 반도체 물질층을 포함하고, 상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성이 초고분해분광에서 15 nm 이하의 분해능을 갖는 것인, 나노주름 광원에 관한 것이다. According to one embodiment of the present invention, it includes a two-dimensional semiconductor material layer having a nano-wrinkle region, and electrical, optical, or both characteristics of the nano-wrinkles have a resolution of 15 nm or less in ultra-high resolution spectroscopy, It is about a nano-wrinkle light source.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름 광원은, 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성을 능동적 제어가 가능하거나 또는 2차원 물질의 결정면 (crystal face) 특성을 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nano-wrinkle light source may actively control electrical, optical, or both characteristics, or may have crystal face characteristics of a two-dimensional material.
본 발명의 일 실시예에 따라, 나노주름 영역을 갖는 2차원 반도체 물질층을 포함하는 나노주름 광원; 을 포함하고, 상기 나노주름 광원은, 상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성이 초고분해분광에서 15 nm 이하의 분해능을 갖는 것인, 나노 광소자에 관한 것이다.According to one embodiment of the present invention, a nano-wrinkle light source including a two-dimensional semiconductor material layer having a nano-wrinkle region; The nano-wrinkle light source relates to a nano-optical device, wherein electrical, optical, or both characteristics of the nano-wrinkles have a resolution of 15 nm or less in ultra-high resolution spectroscopy.
본 발명은, 2차원 반도체 물질의 합성, 전사 공정 중에 자연스럽게 생성된 나노주름에 국소 압력을 가하여 스트레인을 풀어주는 원리를 통해 나노주름의 광학적 및/또는 전기적 특성을 역동적 및/또는 영구적으로 제어할 뿐만 아니라 초고분해능 분광법 및 이미징으로 실시간 모니터링할 수 있는 나노주름의 제어 및 분석 방법 및 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 이를 이용하여 나노주름을 고휘도 나노광원으로 제조하고 활용할 수 있는 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention not only dynamically and/or permanently controls the optical and/or electrical properties of nanowrinkles through the principle of releasing strain by applying local pressure to nanowrinkles naturally generated during the synthesis and transfer processes of two-dimensional semiconductor materials. In addition, it is possible to provide a method and system for controlling and analyzing nanowrinkles that can be monitored in real time by ultra-high resolution spectroscopy and imaging. In addition, it is possible to provide a manufacturing method capable of manufacturing and utilizing nano-wrinkles as a high-brightness nano-light source using this.
본 발명은, 발광특성이 우수한 나노주름을 활용하여, 광 집적 회로 (optical integrated circuits)를 위한 나노-광 스위치/멀티플렉서, 엑시톤 응축 소자 (exciton condensate devices), 광-발광 다이오드를 위한 밝은 나노 광원 (bright nano-optical sources), 양자-나노 광자 소자 등의 나노 광소자를 제공할 수 있다.The present invention utilizes nano-wrinkles with excellent light-emitting properties, nano-optical switches/multiplexers for optical integrated circuits, exciton condensate devices, and bright nano light sources for light-emitting diodes ( bright nano-optical sources), quantum-nano photonic devices, etc. may be provided.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 초고분해능 TEPL 및 탐침-유도 제어 관련 실험 결과이며, (a) 632.8 nm He/Ne 레이저로 바닥 조명 광학을 사용하여 전단력 AFM을 기반으로 한 TEPL 스펙트로스코피 구성의 개략도이고, 삽입도 (왼쪽 상단): 나노 스케일에서 샘플의 다양한 공간 스펙트럼 정보를 제공하는 초고분해능 TEPL 이미징을 나타낸 것이다. (b) 평평한 파면을 사용하는 기존 TEPL에 비해 추가적인 신호 향상을 제공하는 TEPL의 파면 형성 효과에 대한 설명을 나타낸 것이다. (c) 강력한 TEPL 반응을 일으키는 Au 팁의 정점에서 주름진 WSe2 단일층의 플라즈몬-엑시톤 커플링을 예시적으로 나타낸 것이다. (d) 나노스케일에서 스트레인, 밴드갭 및 엑시톤 역학을 제어하기 위한 나노주름의 팁 유도 나노 엔지니어링 공정을 예시적으로 나타낸 것이다. (e-f) 자연적으로 형성된 나노 스케일 주름을 나타내는 SiO2 기판에 전사된 단일층 MoS2 플레이크 및 WS2 필름의 AFM 지형 이미지이다(약어: BS (beam splitter), SLM (spatial light modulator), OL (objective lens), TF (tuning fork) 및 EF (edge filter).
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 팁과 샘플 사이의 거리 d가 20nm (far-field PL)에서 3nm (TEPL)까지 감소시켜 결정면 (a, crystal face) 및 주름 (b)에서 WSe2 단층의 Evolving PL 스펙트럼을 나타낸 것으로, 3nm 갭에서 측정된 TEPL 스펙트럼은 파면 형성 효과 (wavefront shaping effect)를 나타낸다. (c) 주름에서 자연적으로 유도된 인장 변형률 (tensile strain)로 인한 밴드 갭 감소 및 상응하는 PL 적색 이동을 설명하는 주름진 WSe2의 에너지 밴드 다이어그램에 대한 개략도이고, (d) 파면 형성 (wavefront) 동안 WSe2 결정의 TEPL 강도 evolving의 측정 결과이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 전단력 AFM으로 측정한 WSe2 결정의 주름의 지형 및 (b) 서브 파장 스케일에서 PL 특성을 리졸빙 (resolving)하고, (a)에 표시된 주름의 지면 (G), 기울기 (S) 및 정점 (A)에서 측정된 TEPL 스펙트럼이다. (c) 초고분해능 TEPL 이미지 및 해당 주름의 AFM 지형 이미지이고, 피크 위치 (Ε), FWHM (선폭 Γ) 및 스펙트럼 통합 강도 (ΔI = 1.62 - 1.68 eV displaying PL redshifted region 및 ΔI= 1.70 - 1.74 eV displaying uninfluenced spectral region of PL redshift) 맵은 주름에서 뚜렷한 변화를 나타낸다. 측정 영역은 500 nm ⅹ 10 nm이며 5 nm 단위로 이동한다. (d) 나노 스케일에서 주름의 엑시톤 특성을 나타내는 구조 및 스펙트럼 정보의 선 추적이다. (e) 제한된 공간 해상도로 인해 주름의 광학적 특성을 리졸빙할 수 없는 동일한 주름에 대한 초고분해능 공초점 (hyperspectral confocal) PL 이미지이다. (f) 경사 영역에서 주름의 정점으로 엑시톤 깔때기 현상 (exciton funneling phenomenon)을 예시적으로 나타낸 것이며, 예상되는 인장 변형률 (tensile strain) 및 엑시톤 밀도 맵은, 초고분해능 TEPL 이미징의 상관 분석을 기반으로 주름 근처에 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, WSe2 단일층의 주름 구조에 대한 지형 이미지 (a) 및 라인 프로파일 (b)을 나타내고, 선 프로파일은, (a)에 표시된 점선에서 파생되고, 파란색 원은 팁으로 누르는 지점을 나타낸다. (c) AFM 팁-포스 엔지니어링 (AFM tip-force engineering)을 통한 주름의 나노광 기계적 제어 공정을 예시적으로 나타낸 것이다. Au 팁으로 주름을 눌렀다 놓으면 나노스케일에서 인장 변형률 (tensile strain), 밴드갭 및 PL 에너지를 가역적으로 제어할 수 있다. (d) 팁을 점진적으로 눌렀다 해제하는 동안 측정된 주름의 TEPL 스펙트럼이며, 이는 나노 스케일 변형률 제어 (nanoscale strain control)에 의해 가역적 PL 에너지 이동을 나타낸다. 약 10 nm의 깊이를 갖는 주름을 압착 및 해제하는 동안 측정된 TEPL 스펙트럼에 대한 (e) 피크 에너지 이동 및 (f) 피크 강도 변화를 나타낸 것이다. 압착 및 해제 과정에서 팁의 깊이는 초기 값의 90 % 내지 50 % 범위의 전단력 AFM(shear-force AFM)에서 설정값 제어에 의해 조절된다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 주름 정점에서 팁으로 인한 국소 압력을 시뮬레이션하기 위한 Au 팁 및 WSe2 주름의 모델이고, 다양한 가압 높이 (dp (pressing depth)= 2, 4, 6 및 10 nm)에서 Au 팁이 눌렀다가 풀어줄 때, 주름 정점에 가해지는 계산된 국부적 압력 (b) 및 힘 (c)을 나타낸 것이다. (d-e) 팁 상호 작용 제어에 의한 나노 스케일 변형 엔지니어링(nanoscale strain engineering)으로 주름의 시계열 TEPL 응답을 나타낸 것이다. d) 팁의 이진 압축 깊이를 사용하여 방출 에너지 및 강도에 대한 스위칭 모드 시연 (밝고 낮은 에너지 방출의 경우 dp = 0 nm, 어둡고 높은 에너지 방출의 경우 dp = 10 nm)을 나타낸 것이고, e) 3 개의 이산 레벨 (dp = 0, 5 nm 및 10 nm)을 갖는 변조 모드의 시연을 나타낸 것이다 (검은 점선은 주름 방출의 전환 및 변조 동안 TEPL 응답의 피크 에너지를 나타낸다.). (d) 및 (e)의 TEPL 스펙트럼에서 파생된 피크 에너지 이동 (f, g) 및 TEPL 강도 (IPL) 변화 (h, i)에 관련 시계열을 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a)3.282 °A (0 %), 3.285 °A (0.1 %) 및 3.288 °A (0.2 %)의 격자 상수에서 단일층 WSe2의 HSE06 밴드 구조, (b) K-포인트에서 3 개의 슬래브 구조의 직접적인 최소 에너지 갭, (c) 모델 BSE 방법으로 계산된 유전 함수 Ε의 가상 부분, (d) HSE06 밴드 갭 및 (e) 1차 엑시톤 피크 에너지 대 변형률 (strain)을 나타낸 것이다. 1 is an experimental result related to ultra-high resolution TEPL and probe-guided control, according to an embodiment of the present invention, (a) TEPL spectroscopy based on shear force AFM using bottom illumination optics with a 632.8 nm He/Ne laser Schematic diagram of the scope configuration, inset (top left): shows ultra-high-resolution TEPL imaging that provides a variety of spatial spectral information of the sample at the nanoscale. (b) An explanation of the wavefront shaping effect of TEPL, which provides additional signal enhancement compared to the conventional TEPL using a flat wavefront. (c) An example of the plasmon-exciton coupling of the corrugated WSe 2 monolayer at the apex of the Au tip, which causes a strong TEPL response. (d) An example of a tip-induced nanoengineering process of nanowrinkles to control strain, bandgap, and exciton dynamics at the nanoscale. (ef) AFM topography images of single-layer MoS 2 flakes and WS 2 films transferred to SiO 2 substrates showing naturally formed nanoscale wrinkles (abbreviations: BS (beam splitter), SLM (spatial light modulator), OL (objective lens), TF (tuning fork) and EF (edge filter).
Figure 2, according to an embodiment of the present invention, the distance d between the tip and the sample is reduced from 20 nm (far-field PL) to 3 nm (TEPL) WSe in the crystal face (a, crystal face) and wrinkles (b) It shows the Evolving PL spectrum of 2 monolayers, and the TEPL spectrum measured in a 3 nm gap shows a wavefront shaping effect. (c) Schematic diagram of the energy band diagram of wrinkled WSe 2 explaining the band gap reduction and corresponding PL red shift due to naturally induced tensile strain in the wrinkles, and (d) during wavefront formation. This is the measurement result of TEPL intensity evolving of WSe 2 crystal.
FIG. 3 shows (a) resolving the topography of wrinkles of a WSe 2 crystal measured by shear force AFM and (b) resolving PL characteristics on a sub-wavelength scale, and (a) TEPL spectra measured at the ground (G), slope (S) and apex (A) of the marked wrinkles. (c) Ultra-high resolution TEPL image and AFM topographic image of the corresponding wrinkles, with peak position (Ε), FWHM (line width Γ) and spectral integrated intensity (ΔI = 1.62 - 1.68 eV displaying PL redshifted region and ΔI = 1.70 - 1.74 eV displaying The uninfluenced spectral region of PL redshift) map shows distinct changes in wrinkles. The measurement area is 500 nm ⅹ 10 nm and moves in 5 nm increments. (d) Line traces of structural and spectral information revealing the exciton properties of wrinkles at the nanoscale. (e) A hyperspectral confocal PL image of the same wrinkle in which the optical properties of the wrinkle cannot be resolved due to limited spatial resolution. (f) Exciton funneling phenomenon is shown as an example of the apex of wrinkles in the inclined region, and the expected tensile strain and exciton density maps are wrinkles based on correlation analysis of ultra-high resolution TEPL imaging. Near.
4 shows a topographic image (a) and a line profile (b) for a wrinkled structure of a WSe 2 monolayer, according to an embodiment of the present invention, the line profile is derived from the dotted line shown in (a), The blue circle indicates the point where the tip is pressed. (c) An example of the process of nano-optical mechanical control of wrinkles through AFM tip-force engineering. By pressing and releasing the wrinkles with an Au tip, the tensile strain, band gap and PL energy can be reversibly controlled at the nanoscale. (d) TEPL spectra of wrinkles measured during gradual pressing and releasing of the tip, indicating reversible PL energy transfer by nanoscale strain control. (e) Peak energy shift and (f) peak intensity change for TEPL spectra measured during squeezing and releasing wrinkles with a depth of about 10 nm. In the process of squeezing and releasing, the depth of the tip is controlled by set-point control in the shear-force AFM range of 90% to 50% of the initial value.
5 is a model of an Au tip and WSe 2 wrinkles for simulating the local pressure due to the tip at (a) the tip at the apex of the wrinkle, and various pressing heights (d p (pressing depth) = 2), according to an embodiment of the present invention. , 4, 6 and 10 nm), the calculated local pressure (b) and force (c) applied to the wrinkle apex when the Au tip is pressed and released. (de) Time-series TEPL response of wrinkles by nanoscale strain engineering by tip interaction control. d) Demonstration of switching modes for emission energy and intensity using the binary compression depth of the tip ( dp = 0 nm for bright, low-energy emission and dp = 10 nm for dark, high-energy emission; e) Demonstration of the modulation mode with three discrete levels (d p = 0, 5 nm and 10 nm) is shown (black dotted lines represent the peak energy of the TEPL response during switching and modulation of wrinkle emission). Time series related to peak energy shifts (f, g) and TEPL intensity (I PL ) changes (h, i) derived from the TEPL spectra in (d) and (e).
6 shows, according to an embodiment of the present invention, (a) the HSE06 band of monolayer WSe 2 at lattice constants of 3.282 °A (0%), 3.285 °A (0.1%) and 3.288 °A (0.2%) structure, (b) the direct minimum energy gap of the three slab structures at the K-point, (c) the imaginary part of the dielectric function Ε calculated by the model BSE method, (d) the HSE06 band gap and (e) the primary exciton peak energy. It represents the strain versus strain.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components rather than excluding other components.
이하, 본 발명의 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법, 나노주름 광원의 제어 및 분석를 위한 시스템 및 나노주름 광원 및 그 활용에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the control and analysis method of the nano-wrinkle light source of the present invention, the system for controlling and analyzing the nano-wrinkle light source, the nano-wrinkle light source, and their utilization will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.
본 발명은, 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법은, 대면적 2차원 반도체 물질에서 불가피하게 발생하여 결함으로만 여겨지던 나노주름에 나노스케일의 국소 압력을 가해 스트레인을 풀어주는 원리를 통해 나노주름을 고휘도 나노광원으로 구현하고, 실시간 및 공간 특성화를 통해 나노스케일에서 동적 제어 및/또는 영구적 제어가 가능한 나노주름의 제어 및 분석 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a method for controlling and analyzing a nanowrinkle light source, and according to an embodiment of the present invention, the method inevitably occurs in a large-area two-dimensional semiconductor material, and nanowrinkles, which are considered only defects, are nanoscaled. Realization of nanowrinkles as a high-brightness nanolight source through the principle of releasing strain by applying local pressure of will be.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법은, 2차원 반도체 물질층을 준비하는 단계; 2차원 반도체 물질층 방향으로 나노스케일 팁을 위치시키는 단계; 나노스케일 팁을 이용하여 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역을 관찰하는 단계; 및 나노주름이 형성된 영역에 상기 나노스케일 팁으로 압력을 가하여 상기 나노주름을 변형시키는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control and analysis method of the nano-wrinkle light source may include preparing a two-dimensional semiconductor material layer; positioning the nanoscale tip in the direction of the two-dimensional semiconductor material layer; observing a region where nano-wrinkles are formed in the 2-dimensional semiconductor material layer using a nanoscale tip; and deforming the nanowrinkles by applying pressure with the nanoscale tip to the area where the nanowrinkles are formed.
본 발명의 일 실시예에 따라, 2차원 반도체 물질층을 준비하는 단계는, 성장된 또는 전사된 2차원 반도체 물질의 단일층 필름을 준비하고, 상기 2차원 반도체 물질은, 저차원 양자물질을 포함하고, 전이금속 디칼코게나이드(TMD), 2차원 그래핀(환원 그래핀, 산화 그래핀, 질소, 황 등의 헤테로 원소 치환된 그래핀 등) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing a 2D semiconductor material layer is to prepare a single layer film of a grown or transferred 2D semiconductor material, wherein the 2D semiconductor material includes a low-dimensional quantum material. and transition metal dichalcogenide (TMD), two-dimensional graphene (reduced graphene, graphene oxide, graphene substituted with hetero elements such as nitrogen and sulfur), etc., but is not limited thereto.
본 발명의 일 예로, 상기 2차원 반도체 물질층은, 직경 수nm를 갖는 면적에서 1인치, 또는 2인치 이상의 대면적일 수 있다. 상기 2차원 반도체 물질층은, 적어도 일부분 또는 전체에 걸쳐 규칙적, 불규칙적 또는 국소적으로 나노주름이 분포할 수 있다.As an example of the present invention, the two-dimensional semiconductor material layer may have a large area of 1 inch or 2 inches or more in an area having a diameter of several nm. Nanowrinkles may be regularly, irregularly, or locally distributed over at least a portion or the entirety of the two-dimensional semiconductor material layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 2차원 반도체 물질층 방향으로 나노스케일 팁을 위치시키는 단계는, 상기 2차원 반도체 물질층에 수직 및/또는 수평 방향으로 나노스케일 팁을 위치시키는 것으로, 상기 나노스케일 팁은, 나노주름에 나노스케일의 국소 압력을 가하여 나노주름의 스트레인을 풀어주는 원리를 통해 구조적, 광학적, 화학적 및/또는 전자 특성을 제어하고, 실시간으로 초고분해 나노분광법 및 이미징할 수 있다. 상기 나노스케일 팁은, 플라즈모닉 팁이고, 상기 플라즈모닉 팁은, 초고분해 나노분광법 및 이미징이 가능하고, 나노주름의 우월한 광발광 특성을 국소적으로 측정할 수 있는 장치에 장착될 수 있다. 예를 들어, 전단력 (shear-force) AFM일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of locating the nanoscale tip in the direction of the 2D semiconductor material layer may include locating the nanoscale tip in a vertical and/or horizontal direction on the 2D semiconductor material layer. The tip controls the structural, optical, chemical and/or electronic properties through the principle of releasing the strain of the nanowrinkles by applying nanoscale local pressure to the nanowrinkles, and enables real-time ultra-resolution nanospectroscopy and imaging. The nanoscale tip is a plasmonic tip, and the plasmonic tip can be mounted on a device capable of ultra-resolution nanospectroscopy and imaging, and capable of locally measuring the superior photoluminescent properties of nanowrinkles. For example, it may be shear-force AFM.
본 발명의 일 예로, 상기 팁은, 15 nm 이하; 12 nm 이하; 또는 10 nm 이하의 반경을 갖고, 상기 팁은, Au, Ag, Al, Cu, Co, Cr, Pt, Pd, Rh, Ti 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. As an example of the present invention, the tip is 15 nm or less; 12 nm or less; Or it has a radius of 10 nm or less, and the tip may include one or more selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Cu, Co, Cr, Pt, Pd, Rh, Ti, and Ni.
본 발명의 일 실시예에 따라, 나노스케일 팁을 이용하여 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역을 관찰하는 단계은, 나노주름의 위치, 나노주름의 높이, 분포 정도 등을 관찰하여 다음 단계를 위한 나노스케일 팁에 의한 나노주름의 변형 공정을 준비할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of observing the region where the nano-wrinkles of the two-dimensional semiconductor material layer are formed using a nanoscale tip is the next step by observing the position of the nano-wrinkles, the height of the nano-wrinkles, and the degree of distribution of the nano-wrinkles. It is possible to prepare the deformation process of nanowrinkles by nanoscale tips for
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름이 형성된 영역에 상기 나노스케일 팁으로 압력을 가하여 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성을 제어하고, 실시간 모니터링하여 고성능 및 고휘도의 나노광원을 유도하고, 나노광원의 물리적 특성 변화를 정밀하게 제어할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of deforming the nanowrinkles by applying pressure with the nanoscale tip to the area where the nanowrinkles are formed is controlling the structural, electrical and optical characteristics of the nanowrinkles and monitoring them in real time. A nano light source with high performance and high luminance can be induced, and changes in physical properties of the nano light source can be precisely controlled.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름을 변형시키는 단계 중 실시간으로 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및/또는 광학적 특성을 모니터링할 수 있다. 상기 나노주름의 가역적 구조적 변형을 유도하여 나노주름 영역의 밴드갭, 광발광 에너지 파장, 광발광 에너지 파장 세기, 엑시톤 거동 및 엑시톤 밀도 등을 능동적으로 제어하며 실시간으로 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 상기 나노주름 영역의 변형률 변화에 의한 고속 변조되는 상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성을 실시간으로 증폭하여 초고분해분광 측정 및 이미징하여 실시간으로 분석 및 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 상기 초고분해분광 및 이미징은, 플라즈모닉 팁이 장착된 전단력 (shear-force) AFM은, TEPL (tip-enhanced photoluminescence spectroscopy), TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) 및 TEEL (tip-enhanced electroluminescence) 중 적어도 하나에 의한 초고분해 나노분광법 및 이미징을 측정할 수 있다. 즉, 초고분해 TEPL 나노 분광법 및 이미징을 사용하여 WSe2 단층에서 자연적으로 형성된 나노 스케일 주름의 상관된 구조적 및 광학적 특성을 실시간으로 확인하고, 나노주름의 정점에서 유도된 단축 인장 변형에 관련하여, 주름의 변형된 전자 특성 및 엑시톤 거동을 실시간으로 확인할 수 있다.As an example of the present invention, structural, electrical and/or optical properties of the nanowrinkles may be monitored in real time during the process of transforming the nanowrinkles. By inducing a reversible structural transformation of the nanowrinkles, the band gap, photoluminescence energy wavelength, photoluminescence energy wavelength intensity, exciton behavior and exciton density of the nanowrinkle region can be actively controlled and monitored in real time. For example, the electrical, optical, or both characteristics of the nanowrinkles, which are modulated at high speed by the change in the strain of the nanowrinkles region, can be amplified in real time, measured and imaged using ultra-high resolution spectroscopy, and analyzed and monitored in real time. For example, the ultra-high resolution spectroscopy and imaging, shear-force AFM equipped with a plasmonic tip, TEPL (tip-enhanced photoluminescence spectroscopy), TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) and TEEL (tip-enhanced ultra-high resolution nanospectroscopy and imaging by at least one of electroluminescence). That is, to confirm in real time the correlated structural and optical properties of naturally formed nanoscale wrinkles in WSe 2 monolayers using ultra-high resolution TEPL nanospectroscopy and imaging, and with respect to the uniaxial tensile strain induced at the apex of nanowrinkles, wrinkles The modified electronic properties and exciton behavior of can be confirmed in real time.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름을 변형시키는 단계에서 상기 팁의 높이는, 최초 높이에서 0 nm 이하; 10 nm 이하; 8 nm 이하; 또는 5 nm 이하의 단위(초(s) 또는 분(m))로 점진적으로 상기 나노주름에 접근하여 압력을 가하거나 멀어져서 나노스케일 방식으로 엔지니어링할 수 있다. 이는 정밀한 팁 제어를 통해 나노 국부영역에서 2차원 반도체 물질의 정밀하게 엔지니어링하고, 고성능 나노광원의 구현이 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 나노스케일 팁은, 최초 높이 원자현미경 기준 신호의 1 % 내지 100 % 미만; 10 % 내지 95 %; 또는 20 % 내지 90 %에서 압력을 가하고, 상기 나노스케일 팁은, 10 nm 이하의 단위로 수직 이동하여 상기 나노주름에 압력을 가하거나 압력의 일부분 또는 전체를 해제할 수 있다. 예를 들어, 상기 나노스케일 팁의 최초 높이는 팁과 나노주름 간의 거리가 20 nm 이하 및 5 nm 이상이다.As an example of the present invention, in the step of deforming the nanowrinkles, the height of the tip may be 0 nm or less from the initial height; 10 nm or less; 8 nm or less; Alternatively, it can be engineered in a nanoscale manner by gradually approaching and applying pressure to or away from the nanowrinkles in units of 5 nm or less (seconds (s) or minutes (m)). This can be helped by the precise engineering of two-dimensional semiconductor materials in the nano local area through precise tip control and the realization of high-performance nano light sources. For example, the nanoscale tip may have an original height of 1% to less than 100% of the AFM reference signal; 10% to 95%; Alternatively, a pressure of 20% to 90% may be applied, and the nanoscale tip may vertically move in units of 10 nm or less to apply pressure to the nanowrinkles or release part or all of the pressure. For example, the initial height of the nanoscale tip is 20 nm or less and 5 nm or more, respectively, between the tip and the nanowrinkle.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 변형률을 30% 이하 및/또는 시분해 상으로 1 kHz 이하의 주파수로 반복적, 체계적, 국소적, 가역적 및/또는 영구적으로 제어할 수 있다.As an example of the present invention, in the step of transforming the nanowrinkles, the deformation rate of the nanowrinkles is 30% or less and/or time-resolved at a frequency of 1 kHz or less, repeatedly, systematically, locally, reversibly and/or permanently. You can control it.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 나노주름의 구조적, 전기적 및/또는 광학적 특성을 상기 팁의 높이에 따라 1단계 이상 스위칭 및/또는 1단계 이상 변조할 수 있다. 예를 들어, 나노주름 광원의 발광 파장과 강도를 상기 팁의 높이의 10 nm 이하에서 2단계로 스위칭 및/또는 3단계로 변조하여 원하는 또는 고휘도의 나노광원을 구현하여 나노광소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 시간과 공간에서 프로그래밍 가능한 스위칭 및 변조 모드를 시연하여 나노주름의 동적 나노 방출 제어를 보다 체계적으로 설정할 수 있다.As an example of the present invention, in the step of deforming the nanowrinkles, structural, electrical, and/or optical characteristics of the nanowrinkles may be switched in one or more steps and/or modulated in one or more steps according to the height of the tip. For example, by switching the emission wavelength and intensity of the nano-wrinkle light source in two steps and/or modulating in three steps at 10 nm or less of the height of the tip, a desired or high-brightness nano light source can be realized to improve the performance of the nano-optical device. can In addition, dynamic nanoemission control of nanowrinkles can be established more systematically by demonstrating programmable switching and modulation modes in time and space.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나의 가역적 변형을 유도하고, 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나의 능동적 제어가 가능한 나노주름 광원을 구현할 수 있다.As an example of the present invention, the step of transforming the nanowrinkles induces a reversible transformation of at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkles, and actively transforms at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkles. A controllable nanowrinkle light source can be implemented.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름을 변형시키는 단계는, 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 영구적 변형을 유도할 수 있다. 예를 들어, 팁으로 국소 압력을 가해 변형률, 구조적, 광학적, 화학적 및/또는 전자 특성을 영구적으로 변화시킬 수 있고, 상기 나노주름의 구조적 변형을 통해 상기 나노주름 중 적어도 일부 또는 전부를 제거할 수 있고, 이는 나노주름에 팁으로 압력을 가하여 주름을 평평하게 펼쳐서 제거할 수 있다. 또한, 2차원 물질의 나노주름을 영구적 제거를 통해 2차원 물질의 결정면(crystal face) 특성을 갖는 나노광원을 형성할 수 있다. 이러한 영구적 변형에 의해서 2차원 물질의 균일하지 못한 문제 (spatial heterogeneity)를 감소 또는 없애 주는 효과를 획득하는데 유리하고, 고성능 2차원 물질 기반의 나노광원 및 나노 광소자를 구현할 수 있다.As an example of the present invention, the transforming of the nanowrinkles may induce permanent deformation of at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkles. For example, the strain, structural, optical, chemical and/or electronic properties may be permanently changed by applying local pressure with a tip, and at least some or all of the nanowrinkles may be removed through structural transformation of the nanowrinkles. , which can be removed by applying pressure to the nanowrinkles with a tip to flatten them out. In addition, it is possible to form a nano light source having crystal face characteristics of a 2D material through permanent removal of nano wrinkles of the 2D material. This permanent deformation is advantageous in obtaining an effect of reducing or eliminating the spatial heterogeneity of the two-dimensional material, and it is possible to implement a high-performance two-dimensional material-based nano light source and nano optical device.
본 발명은, 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시스템은, 2차원 반도체 물질층이 위치하는 기판; 2차원 반도체 물질층의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나의 초고분해분광 측정 및 분석을 위한 장비; 를 포함할 수 있다. 즉, 상기 시스템은, 본 발명에 의한 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법을 적용하고, 팁이 가하는 압력에 의해 나노주름 광원의 다양한 특성들, 예를 들어 변형율 (strain), 밴드갭, 엑시톤 거동 등을 제어하고 그에 따른 구조, 전기, 광학적 특성을 실시간으로 초고분해 측정 및 분석하여 모니터링하고, 고휘도의 나노광원을 구현할 수 있다. 예를 들어, 플라즈모닉 팁으로 단일층 반도체의 나노주름에 압력을 가해 변형율 (strain), 밴드갭, 엑시톤 거동 등을 능동적으로 제어 및 실시간 관찰하는 시스템을 제공하고, 정밀한 원자힘 팁 제어를 통해 나노 국부영역에서 TMD 단층의 여기 특성을 완전히 가역적인 방식으로 엔지니어링할 뿐만 아니라 시간과 공간에서 프로그래밍 가능한 스위칭 및 변조 모드를 시연하여 주름의 동적 나노 방출 제어를 위한 보다 체계적인 플랫폼을 제시할 수 있다. 나노주름의 구조적, 광학적 및/또는 전기적 특성을 제어 및 분석할 수 있는 나노 현미경뿐만 아니라 약 15 nm 이하의 분해능을 갖는 고휘도 나노주름 광원을 구현할 수 있는 제조 장치로 활용할 수 있다.The present invention relates to a control and analysis system for a nano-wrinkle light source. According to an embodiment of the present invention, the system includes: a substrate on which a two-dimensional semiconductor material layer is located; Equipment for measuring and analyzing at least one ultra-high resolution spectroscopy among structural, electrical and optical properties of a two-dimensional semiconductor material layer; can include That is, the system applies the control and analysis method of the nanowrinkle light source according to the present invention, and various characteristics of the nanowrinkle light source, such as strain, band gap, exciton behavior, etc. can be controlled, and its structural, electrical, and optical properties can be monitored by real-time ultra-high resolution measurement and analysis, and a high-brightness nano light source can be implemented. For example, we provide a system that actively controls and observes strain, band gap, and exciton behavior in real time by applying pressure to the nano-wrinkles of a single-layer semiconductor with a plasmonic tip, Not only engineering the excitation properties of TMD monolayers in a local domain in a fully reversible manner, but also demonstrating programmable switching and modulation modes in time and space, presenting a more systematic platform for dynamic nanoemission control of wrinkles. It can be used not only as a nanomicroscope capable of controlling and analyzing the structural, optical and/or electrical properties of nanowrinkles, but also as a manufacturing device capable of realizing a high-brightness nanowrinkle light source having a resolution of about 15 nm or less.
본 발명의 일 예로, 상기 나노스케일 팁은, 전단력 (shear-force) AFM에 장착된 플라즈모닉 팁이고, 상기 나노스케일 팁은, 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역에 압력을 가하여 나노주름을 변형시키고, 실시간으로 상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성을 모니터링할 수 있다.As an example of the present invention, the nanoscale tip is a plasmonic tip mounted on a shear-force AFM, and the nanoscale tip applies pressure to a region where nano-wrinkles are formed in the 2D semiconductor material layer to form nano Wrinkles can be deformed and electrical, optical or both properties of the nanowrinkles can be monitored in real time.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템은, 상기 나노주름 영역의 TEPL (tip-enhanced photoluminescence spectroscopy), TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) 및 TEEL (tip-enhanced electroluminescence) 중 적어도 하나를 측정하고, 이미징할 수 있다.As an example of the present invention, the control and analysis system of the nanowrinkle light source includes at least one of tip-enhanced photoluminescence spectroscopy (TEPL), tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS), and tip-enhanced electroluminescence (TEEL) of the nanowrinkle region. can be measured and imaged.
본 발명은, 나노주름 광원에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 2차원 반도체 물질의 합성, 전사 (transfer) 등의 과정에서 자연적으로 또는 불가피하게 발생하는 나노주름을 고휘도 나노 광원으로 활용할 수 있다.The present invention relates to a nano-wrinkle light source, and according to an embodiment of the present invention, nano-wrinkles naturally or inevitably generated in the process of synthesis, transfer, etc. of a two-dimensional semiconductor material can be used as a high-brightness nano-light source. can
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노광원은, 나노주름 영역을 갖는 2차원 반도체 물질층을 포함하고, 상기 나노광원은, 본 발명에 의한 방법 및 시스템을 이용하여, 2차원 반도체 물질의 나노주름에 나노스케일의 국소 압력을 가해 스트레인을 풀어주는 원리를 통해 엑시톤 및/또는 발광특성 등과 같이 구조적, 광학적, 화학적, 전자 특성이 제어된 나노광원일 수 있다. 즉, 상기 나노광원은, 나노스케일의 국소 압력을 가해 스트레인을 풀어주는 원리를 통해 엑시톤 및 발광 특성 제어가 가능할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nano light source includes a 2-dimensional semiconductor material layer having a nano-wrinkle region, and the nano-light source, by using the method and system according to the present invention, the nano light source of the 2-dimensional semiconductor material It may be a nano light source with controlled structural, optical, chemical, and electronic properties such as exciton and/or light emitting properties through the principle of releasing strain by applying nanoscale local pressure to wrinkles. That is, the nano light source may be able to control exciton and emission characteristics through the principle of releasing strain by applying nanoscale local pressure.
본 발명의 일 예로, 상기 나노광원은, 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성이 초고분해분광에서 약 15 nm 이하; 12 nm 이하; 10 nm 이하; 또는 8 nm 이하의 분해능으로 제어된 것일 수 있다.As an example of the present invention, in the nano light source, electrical, optical, or both characteristics of the nanowrinkles are about 15 nm or less in ultra-high resolution spectroscopy; 12 nm or less; 10 nm or less; Or it may be controlled to a resolution of 8 nm or less.
본 발명의 일 예로, 상기 나노주름은, 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성을 능동적 제어가 가능하거나 및/또는 영구적으로 제어된 것으로, 예를 들어, 2차원 물질의 나노주름 중 적어도 일부 또는 전체가 펴진 2차원 물질의 결정면 (crystal face) 특성을 포함할 수 있다.As an example of the present invention, the nanowrinkles have electrical, optical, or both characteristics that can be actively controlled and/or permanently controlled, for example, at least some or all of the nanowrinkles of a two-dimensional material. It may include the crystal face characteristics of the unfolded two-dimensional material.
본 발명은, 본 발명에 의한 나노주름 광원을 포함하는 나노 광소자에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노주름 광원은, 본 발명에 의한 방법 및/또는 시스템에 의해 유도되거나 제어된 나노주름 영역을 갖는 2차원 반도체 물질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 나노주름 광원은, 전이금속 디칼코게나이드 (TMD) 단일층의 밴드 갭, 흡수 및 방출 에너지, 광 발광 (PL) 양자 수율, 엑시톤 수송 및 에너지 전달이 조정되거나 조정 가능성이 있는 초박형 광소자 또는 광소자 장치에 활용될 수 있다.The present invention relates to a nano-optical device including a nano-wrinkle light source according to the present invention. According to an embodiment of the present invention, the nano-wrinkle light source is induced or controlled by a method and/or system according to the present invention. It may include a 2D semiconductor material layer having a nano-wrinkled region. For example, the nanowrinkle light source is an ultra-thin light source in which the band gap, absorption and emission energies, photoluminescence (PL) quantum yield, exciton transport and energy transfer of a transition metal dichalcogenide (TMD) monolayer are tuned or tunable. It can be used for optical devices or optical device devices.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노 광소자는, 나노주름 광원을 적용할 수 있는 광소자라면 제한 없이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 광 집적 회로 (optical integrated circuits)를 위한 나노-광 스위치/멀티플렉서, 엑시톤 응축 소자 (exciton condensate devices) 및 광-발광 다이오드를 위한 밝은 나노 광원(bright nano-optical sources), 양자-나노 광자 소자 등의 나노 광소자일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nano-optical device can be applied without limitation as long as it is an optical device to which a nano-wrinkled light source can be applied, and, for example, a nano-optical switch/optical switch for optical integrated circuits. It may be nano-optical devices such as multiplexers, exciton condensate devices and bright nano-optical sources for light-emitting diodes, and quantum-nano photonic devices.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, but the following examples are only for the purpose of explanation and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예Example
도 1에 나타낸 바와 같이, 플라즈모닉 Au-팁(Au tip (apex radius: 약 15 nm))이 장착된 전단력 AFM(shear-force AFM) 기반으로 하여 TEPL 스펙트로스코피를 이용하여 단일층 WSe2 플레이크의 나노주름에 나노스케일의 팁으로 국소 압력을 가해 스트레인을 풀어주는 원리를 통해 광학적 및 전기적, 예를 들어, 엑시톤 및 발광 특성의 제어 및 실시간 분석을 실시하였다. 그 결과는 도 1 내지 도 6에 나타내었다. As shown in FIG. 1, TEPL spectroscopy was performed based on shear-force AFM equipped with a plasmonic Au tip (Au tip (apex radius: about 15 nm)) of a single-layer WSe 2 flake. Control and real-time analysis of optical and electrical properties, eg, exciton and luminescence, were performed through the principle of releasing strain by applying local pressure to nanoscale tips on nanowrinkles. The results are shown in Figures 1 to 6.
초고분해능 TEPL 및 탐침-유도 제어Ultra-high resolution TEPL and probe-guided control
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 초고분해능 TEPL 및 탐침-유도 제어 관련 실험 결과이며, (a) 632.8 nm He/Ne 레이저로 바닥 조명 광학을 사용하여 전단력 AFM을 기반으로 한 TEPL 스펙트로스코피 구성의 개략도이고, 삽입도 (왼쪽 상단): 나노 스케일에서 샘플의 다양한 공간 스펙트럼 정보를 제공하는 초고분해능 TEPL 이미징을 나타낸 것이다. 1 is an experimental result related to ultra-high resolution TEPL and probe-guided control, according to an embodiment of the present invention, (a) TEPL spectroscopy based on shear force AFM using bottom illumination optics with a 632.8 nm He/Ne laser Schematic diagram of the scope configuration, inset (top left): shows ultra-high-resolution TEPL imaging that provides a variety of spatial spectral information of the sample at the nanoscale.
(b) 평평한 파면을 사용하는 기존 TEPL에 비해 추가적인 신호 향상을 제공하는 파면 형성 효과에 대한 설명을 나타낸 것이다. (b) An explanation of the wavefront shaping effect that provides additional signal enhancement compared to the conventional TEPL using a flat wavefront.
(c) 강력한 TEPL 반응을 일으키는 Au 팁의 정점에서 주름진 WSe2 단일층의 플라즈몬-엑시톤 커플링을 예시적으로 나타낸 것이다. (c) An example of the plasmon-exciton coupling of the corrugated WSe 2 monolayer at the apex of the Au tip, which causes a strong TEPL response.
(d) 나노스케일에서 스트레인, 밴드갭 및 엑시톤 역학을 제어하기 위한 나노주름의 팁 유도 나노 엔지니어링 공정을 예시적으로 나타낸 것이다. (d) An example of a tip-induced nanoengineering process of nanowrinkles to control strain, bandgap, and exciton dynamics at the nanoscale.
(e-f) 자연적으로 형성된 나노 스케일 주름을 나타내는 SiO2 기판에 전사된 단일층 MoS2 플레이크 및 WS2 필름의 AFM 지형 이미지이다(약어: BS (beam splitter), SLM (spatial light modulator), OL (objective lens), TF (tuning fork) 및 EF (edge filter).(ef) AFM topography images of single-layer MoS 2 flakes and WS 2 films transferred to SiO 2 substrates showing naturally formed nanoscale wrinkles (abbreviations: BS (beam splitter), SLM (spatial light modulator), OL (objective lens), TF (tuning fork) and EF (edge filter).
나노스케일 주름의 엑시톤 특성의 분광학적 분석Spectroscopic analysis of exciton properties of nanoscale wrinkles
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 팁과 샘플 사이의 거리 d가 20nm (far-field PL)에서 3nm (TEPL)까지 감소시켜 결정면 (a, crystal face) 및 주름 (b)에서 WSe2 단층의 Evolving PL 스펙트럼을 나타낸 것으로, 3nm 갭에서 측정된 TEPL 스펙트럼은 파면 형성 효과 (wavefront shaping effect)를 나타낸다.Figure 2, according to an embodiment of the present invention, the distance d between the tip and the sample is reduced from 20 nm (far-field PL) to 3 nm (TEPL) WSe in the crystal face (a, crystal face) and wrinkles (b) It shows the Evolving PL spectrum of 2 monolayers, and the TEPL spectrum measured in a 3 nm gap shows a wavefront shaping effect.
(c) 주름에서 자연적으로 유도된 인장 변형률 (tensile strain)로 인한 밴드 갭 감소 및 상응하는 PL 적색 이동을 설명하는 주름진 WSe2의 에너지 밴드 다이어그램에 대한 개략도이고, d) 파면 형성 (wavefront) 동안 WSe2 결정의 TEPL 강도 evolving의 측정 결과이다.(c) Schematic of the energy band diagram of wrinkled WSe 2 explaining the band gap reduction and corresponding PL red shift due to naturally induced tensile strain in the wrinkles, d) WSe during wavefront formation. 2 This is the result of measuring the TEPL intensity evolving of the crystal.
나노스케일 주름의 엑시톤 특성의 스파티오 분광학적 분석(Spatio-spectroscopic investigations)Spatio-spectroscopic investigations of exciton properties of nanoscale wrinkles
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 전단력 AFM으로 측정한 WSe2 결정의 주름의 지형 및 (b) 서브 파장 스케일에서 PL 특성을 리졸빙 (resolving)하고, (a)에 표시된 주름의 지면 (G), 기울기 (S) 및 정점 (A)에서 측정된 TEPL 스펙트럼이다. FIG. 3 shows (a) resolving the topography of wrinkles of a WSe 2 crystal measured by shear force AFM and (b) resolving PL characteristics on a sub-wavelength scale, and (a) TEPL spectra measured at the ground (G), slope (S) and apex (A) of the marked wrinkles.
(c) 초고분해능 TEPL 이미지 및 해당 주름의 AFM 지형 이미지이고, 피크 위치 (Ε), FWHM (선폭 Γ) 및 스펙트럼 통합 강도 (ΔI = 1.62 - 1.68 eV displaying PL redshifted region 및 ΔI= 1.70 - 1.74 eV displaying uninfluenced spectral region of PL redshift) 맵은 주름에서 뚜렷한 변화를 나타낸다. 측정 영역은 500 nm ⅹ 10 nm이며 5 nm 단위로 이동한다. (c) Ultra-high resolution TEPL image and AFM topographic image of the corresponding wrinkles, with peak position (Ε), FWHM (line width Γ) and spectral integrated intensity (ΔI = 1.62 - 1.68 eV displaying PL redshifted region and ΔI = 1.70 - 1.74 eV displaying The uninfluenced spectral region of PL redshift) map shows distinct changes in wrinkles. The measurement area is 500 nm ⅹ 10 nm and moves in 5 nm increments.
(d) 나노 스케일에서 주름의 엑시톤 특성을 나타내는 구조 및 스펙트럼 정보의 선 추적이다. (d) Line traces of structural and spectral information revealing the exciton properties of wrinkles at the nanoscale.
(e) 제한된 공간 해상도로 인해 주름의 광학적 특성을 리졸빙할 수 없는 동일한 주름에 대한 초고분해능 공초점 (hyperspectral confocal) PL 이미지이다. (e) A hyperspectral confocal PL image of the same wrinkle in which the optical properties of the wrinkle cannot be resolved due to limited spatial resolution.
(f) 경사 영역에서 주름의 정점으로 엑시톤 깔때기 현상 (exciton funneling phenomenon)을 예시적으로 나타낸 것이며, 예상되는 인장 변형률 (tensile strain) 및 엑시톤 밀도 맵은, 초고분해능 TEPL 이미징의 상관 분석을 기반으로 주름 근처에 있다.(f) Exciton funneling phenomenon is shown as an example of the apex of wrinkles in the inclined region, and the expected tensile strain and exciton density maps are wrinkles based on correlation analysis of ultra-high resolution TEPL imaging. Near.
나노스케일 주름의 팁-유도 나노 엔지니어링 Tip-guided nanoengineering of nanoscale wrinkles
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, WSe2 단일층의 주름 구조에 대한 지형 이미지 (a) 및 라인 프로파일 (b)을 나타내고, 선 프로파일은, (a)에 표시된 점선에서 파생되고, 파란색 원은 팁으로 누르는 지점을 나타낸다.4 shows a topographic image (a) and a line profile (b) for a wrinkled structure of a WSe 2 monolayer, according to an embodiment of the present invention, the line profile is derived from the dotted line shown in (a), The blue circle indicates the point where the tip is pressed.
(c) AFM 팁-포스 엔지니어링 (AFM tip-force engineering)을 통한 주름의 나노광 기계적 제어 공정을 예시적으로 나타낸 것이다. Au 팁으로 주름을 눌렀다 놓으면 나노스케일에서 인장 변형률 (tensile strain), 밴드갭 및 PL 에너지를 가역적으로 제어할 수 있다. (c) An example of the process of nano-optical mechanical control of wrinkles through AFM tip-force engineering. By pressing and releasing the wrinkles with an Au tip, the tensile strain, band gap and PL energy can be reversibly controlled at the nanoscale.
(d) 팁을 점진적으로 눌렀다 해제하는 동안 측정된 주름의 TEPL 스펙트럼이며, 이는 나노 스케일 변형률 제어 (nanoscale strain control)에 의해 가역적 PL 에너지 이동을 나타낸다. 약 10 nm의 깊이를 갖는 주름을 압착 및 해제하는 동안 측정된 TEPL 스펙트럼에 대한 (e) 피크 에너지 이동 및 (f) 피크 강도 변화를 나타낸 것이다. 압착 및 해제 과정에서 팁의 깊이는 초기 값의 90 % 내지 50 % 범위의 전단력 AFM(shear-force AFM)에서 설정값 제어에 의해 조절된다.(d) TEPL spectra of wrinkles measured during gradual pressing and releasing of the tip, indicating reversible PL energy transfer by nanoscale strain control. (e) Peak energy shift and (f) peak intensity change for TEPL spectra measured during squeezing and releasing wrinkles with a depth of about 10 nm. In the process of squeezing and releasing, the depth of the tip is controlled by set-point control in the shear-force AFM range of 90% to 50% of the initial value.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 주름 정점에서 팁으로 인한 국소 압력을 시뮬레이션하기 위한 Au 팁 및 WSe2 주름의 모델이고, 다양한 가압 높이 (dp (pressing depth)= 2, 4, 6 및 10 nm)에서 Au 팁이 눌렀다가 풀어줄 때, 주름 정점에 가해지는 계산된 국부적 압력 (b) 및 힘 (c)을 나타낸 것이다. dp에 따라 약 2 GPa 내지 약 10 GPa 범위의 팁 끝단 영역에서 최대 압력으로 계산되고, 팁-유도된 국부적 힘은 최대 약 0.4 pN으로 계산된다. 5 is a model of an Au tip and WSe 2 wrinkles for simulating the local pressure due to the tip at (a) the tip at the apex of the wrinkle, and various pressing heights (d p (pressing depth) = 2), according to an embodiment of the present invention. , 4, 6 and 10 nm), the calculated local pressure (b) and force (c) applied to the wrinkle apex when the Au tip is pressed and released. Depending on d p , the maximum pressure in the tip end region ranges from about 2 GPa to about 10 GPa, and the tip-induced local force is calculated to be about 0.4 pN maximum.
(d-e) 팁 상호 작용 제어에 의한 나노 스케일 변형 엔지니어링(nanoscale strain engineering)으로 주름의 시계열 TEPL 응답을 나타낸 것이다. d) 팁의 이진 압축 깊이를 사용하여 방출 에너지 및 강도에 대한 스위칭 모드 시연 (밝고 낮은 에너지 방출의 경우 dp = 0 nm, 어둡고 높은 에너지 방출의 경우 dp = 10 nm)을 나타낸 것이고, e) 3 개의 이산 레벨 (dp = 0, 5 nm 및 10 nm)을 갖는 변조 모드의 시연을 나타낸 것이다 (검은 점선은 주름 방출의 전환 및 변조 동안 TEPL 응답의 피크 에너지를 나타낸다.). (d) 및 (e)의 TEPL 스펙트럼에서 파생된 피크 에너지 이동 (f, g) 및 TEPL 강도 (IPL) 변화 (h, i)에 관련 시계열을 나타낸 것이다. (de) Time-series TEPL response of wrinkles by nanoscale strain engineering by tip interaction control. d) Demonstration of switching modes for emission energy and intensity using the binary compression depth of the tip ( dp = 0 nm for bright, low-energy emission and dp = 10 nm for dark, high-energy emission; e) Demonstration of the modulation mode with three discrete levels (d p = 0, 5 nm and 10 nm) is shown (black dotted lines represent the peak energy of the TEPL response during switching and modulation of wrinkle emission). Time series related to peak energy shifts (f, g) and TEPL intensity (I PL ) changes (h, i) derived from the TEPL spectra in (d) and (e).
나노-광전기 소자 적용 가능성을 확인하기 위해서 주름 발광의 스위칭 및 변조 모드를 나타낸 것으로, 스위칭 모드는, 2 단계 가압 깊이 (dp= 0 nm and 10 nm)를 사용하고, 변조 모드는, 3 단계 이산 레벨 (dp= 0, 5 nm 및 10 nm) 중 하나로 압축 깊이를 변화시켰다. 스위칭과 변조의 주파수는, shear-force feedback에서 quartz tuning fork sensor의 설정 시간에 의해서 결정된 약 1 kHz 만큼 높이 달성될 수 있다.In order to confirm the applicability of the nano-photoelectric device, the switching and modulation modes of wrinkle light emission are shown. The switching mode uses 2-step pressing depth (d p = 0 nm and 10 nm), and the modulation mode uses 3-step discrete The compression depth was varied to one of the levels (d p = 0, 5 nm and 10 nm). The frequency of switching and modulation can be achieved as high as about 1 kHz, determined by the setting time of the quartz tuning fork sensor in shear-force feedback.
나노 스케일 주름에서 유도된 인장 변형률의 이론적 정량화Theoretical quantification of tensile strain induced in nanoscale wrinkles
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a)3.282 °A (0 %), 3.285 °A (0.1 %) 및 3.288 °A (0.2 %)의 격자 상수에서 단일층 WSe2의 HSE06 밴드 구조, (b) K-포인트에서 3 개의 슬래브 구조의 직접적인 최소 에너지 갭, (c) 모델 BSE 방법으로 계산된 유전 함수 Ε의 가상 부분, (d) HSE06 밴드 갭 및 (e) 1차 엑시톤 피크 에너지 대 변형률 (strain)을 나타낸 것이다.6 shows, according to an embodiment of the present invention, (a) the HSE06 band of monolayer WSe 2 at lattice constants of 3.282 °A (0%), 3.285 °A (0.1%) and 3.288 °A (0.2%) structure, (b) the direct minimum energy gap of the three slab structures at the K-point, (c) the imaginary part of the dielectric function Ε calculated by the model BSE method, (d) the HSE06 band gap and (e) the primary exciton peak energy. It represents the strain versus strain.
도 1 내지 도 6을 결과에서, 본 발명은, 초고분해 탐침-증강 PL (TEPL, hyperspectral adaptive tip-enhanced PL) 분광법을 사용하여 나노 분광 특성의 실시간 조사와 함께 WSe2 단층에서 자연적으로 형성된 주름의 동적 나노기계적 변형 엔지니어링을 확인할 수 있다. From the results of FIGS. 1 to 6, the present invention, using hyperspectral adaptive tip-enhanced PL (TEPL) spectroscopy, real-time investigation of nano-spectral characteristics and wrinkles naturally formed in WSe 2 monolayer dynamic nanomechanical strain engineering can be identified.
본 발명은, 주름 정점에서 유도된 인장 변형률에 의한 변조된-나노-엑시톤 특성(예를 들어, 엑시톤 깔대기 현상 (exciton funneling)에 의한 양자 수율의 증가, 약 10 meV까지 PL 에너지의 감소 및 재구성된 전자 밴드대역구조에 의한 TEPL 스펙트럼의 대칭 변화를 나타내는 15 nm 공간 해상도를 갖는, 초고분해 TEPL 나노-이미징(hyperspectral TEPL nano-imaging)을 통해 나노스케일 주름을 특성화할 수 있다. The present invention provides modulated-nano-exciton properties (e.g., an increase in quantum yield by exciton funneling, a decrease in PL energy to about 10 meV, and reconstructed Characterization of nanoscale wrinkles can be achieved through hyperspectral TEPL nano-imaging, with 15 nm spatial resolution, which exhibits symmetrical changes in the TEPL spectrum due to the electronic band-band structure.
또한, 본 발명은, 원자힘 팁 제어를 통해 주름 정점에 압력을 가하고 해제하여 국부적 변형을 역동적으로 엔지니어링할 수 있고, 이러한 나노 기계적 변형 공학을 통해 본 발명은, 가역적 방식 (reversible fashion)으로 나노 스케일에서 엑시톤 역학 및 방출 특성을 조정할 수 있습니다. In addition, the present invention can dynamically engineer local deformation by applying and releasing pressure on the wrinkle apex through atomic force tip control, and through such nano-mechanical deformation engineering, the present invention provides nanoscale The exciton dynamics and emission properties can be tuned.
더욱이, 본 발명은, 나노주름을 제거하거나 영구적으로 변형시켜 결정면 특성으로 유도하고, 본 발명은, 원자적으로 얇은 반도체에서 견고하고 조정 가능한 초소형 나노 광원에 대한 새로운 전략을 제공하는 주름 발광 (wrinkle emission)의 체계적인 스위칭 및 변조 플랫폼을 제공할 수 있다.Moreover, the present invention removes or permanently transforms nanowrinkles to induce crystal plane properties, and the present invention provides a novel strategy for robust and tunable ultra-small nano light sources in atomically thin semiconductors, wrinkle emission. ) can provide a systematic switching and modulation platform.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, even if the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form than the described method, or substituted or replaced by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.
본 발명은, 한국연구재단의 지원에 따른 개인기초연구(과기정통부)(R&D)(저차원 반도체 나노분광 특성 제어를 위한 능동형 나노스코피 개발, 1711114959, 2020R1C1C1011301, 2020.03.01 ~ 2021.02.28)에 관련된 것이다. 또한, 본 발명은, 한국연구재단의 지원에 따른 연구교류지원사업(양자)(2차원 반데르발스 이종접합 물질의 밸리트로닉 양자 광원 연구, 2.200103.01, 2020.01.01 ~ 2021.12.31)에 관련된 것이다. The present invention is related to personal basic research (Ministry of Science and ICT) (R&D) (development of active nanoscopy for controlling low-dimensional semiconductor nanospectroscopy characteristics, 1711114959, 2020R1C1C1011301, 2020.03.01 ~ 2021.02.28) supported by the National Research Foundation of Korea. will be. In addition, the present invention is related to the research exchange support project (quantum) (Valleytronic quantum light source study of two-dimensional van der Waals heterojunction materials, 2.200103.01, 2020.01.01 to 2021.12.31) supported by the National Research Foundation of Korea. will be.
Claims (18)
상기 2차원 반도체 물질층 방향으로 나노스케일 팁(tip)을 위치시키는 단계;
상기 나노스케일 팁을 이용하여 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역을 관찰하는 단계; 및
상기 나노주름이 형성된 영역에 상기 나노스케일 팁으로 압력을 가하여 상기 나노주름을 변형시키는 단계;
를 포함하고,
상기 나노주름을 변형시키는 단계는,
상기 나노주름의 변형률을 30% 이하 및 시분해 상으로 1 kHz 이하의 주파수로 국소적 또는 가역적으로 제어하거나
변형률 변화에 의한 고속 변조되는 상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성을 실시간으로 증폭하여 초고분해분광을 측정하고 이미징하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
preparing a two-dimensional semiconductor material layer;
positioning a nanoscale tip in the direction of the two-dimensional semiconductor material layer;
observing a region where nano-wrinkles are formed in the 2-dimensional semiconductor material layer using the nanoscale tip; and
deforming the nanowrinkles by applying pressure with the nanoscale tip to the area where the nanowrinkles are formed;
including,
The step of deforming the nanowrinkles,
Locally or reversibly controlling the strain of the nanowrinkles at a frequency of 30% or less and 1 kHz or less in a time-resolved phase, or
To measure and image ultra-high resolution spectroscopy by amplifying in real time the electrical, optical, or both characteristics of the nanowrinkles that are modulated at high speed by the strain change,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 2차원 반도체 물질층은,
2차원 반도체 물질의 단일층인 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The two-dimensional semiconductor material layer,
Which is a single layer of two-dimensional semiconductor material,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 팁의 반경은, 15 nm 이하이고,
상기 팁은, Au, Ag, Al, Cu, Co, Cr, Pt, Pd, Rh, Ti 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The radius of the tip is 15 nm or less,
The tip includes at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Cu, Co, Cr, Pt, Pd, Rh, Ti and Ni,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 나노스케일 팁은, 전단력 (shear-force) AFM에 장착된 플라즈모닉 팁이고,
상기 플라즈모닉 팁은, TEPL (tip-enhanced photoluminescence spectroscopy), TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) 및 TEEL (tip-enhanced electroluminescence) 중 적어도 하나를 측정하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The nanoscale tip is a plasmonic tip mounted on a shear-force AFM,
The plasmonic tip measures at least one of tip-enhanced photoluminescence spectroscopy (TEPL), tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS), and tip-enhanced electroluminescence (TEEL),
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 나노주름을 변형시키는 단계 중 실시간으로 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 모니터링하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
Monitoring at least one of structural, electrical, and optical properties of the nanowrinkles in real time during the step of deforming the nanowrinkles,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 나노주름을 변형시키는 단계는,
상기 나노주름 영역의 변형률, 밴드갭, 광발광 에너지 파장, 광발광 에너지 파장 세기, 엑시톤 거동 및 엑시톤 밀도 중 적어도 하나를 제어하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The step of deforming the nanowrinkles,
Controlling at least one of the strain, band gap, photoluminescence energy wavelength, photoluminescence energy wavelength intensity, exciton behavior, and exciton density of the nanowrinkle region,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 나노주름을 변형시키는 단계는,
상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나의 가역적 변형을 유도하고,
상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 능동적으로 제어하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The step of deforming the nanowrinkles,
Inducing reversible transformation of at least one of structural, electrical and optical properties of the nanowrinkles,
Actively controlling at least one of the structural, electrical and optical properties of the nanowrinkles,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 나노주름을 변형시키는 단계는,
상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 영구적 변형을 유도하고,
2차원 물질의 결정면(crystal face) 특성으로 유도하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The step of deforming the nanowrinkles,
Inducing permanent deformation of at least one of the structural, electrical and optical properties of the nanowrinkles;
Which leads to the crystal face characteristics of a two-dimensional material,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 나노주름을 변형시키는 단계는,
상기 나노주름의 구조적 변형을 통해 상기 나노주름 중 적어도 일부 또는 전부를 제거하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The step of deforming the nanowrinkles,
To remove at least some or all of the nanowrinkles through structural transformation of the nanowrinkles,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 나노스케일 팁은, 최초 높이 원자현미경 기준 신호의 1 % 내지 100 % 미만에서 압력을 가하고,
상기 나노스케일 팁은, 10 nm 이하의 단위로 수직 이동하여 상기 나노주름에 압력을 가하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 방법.
According to claim 1,
The nanoscale tip applies pressure from 1% to less than 100% of the original height AFM reference signal,
The nanoscale tip is vertically moved in units of 10 nm or less to apply pressure to the nanowrinkles,
Control and analysis method of nano-wrinkle light source.
상기 2차원 반도체 물질층을 향해 배치되는 나노스케일 팁; 및
2차원 반도체 물질층의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나의 초고분해분광 측정 및 분석을 위한 장비;
를 포함하고,
상기 나노스케일 팁은, 전단력 (shear-force) AFM에 장착된 플라즈모닉 팁이고,
상기 나노스케일 팁은, 상기 2차원 반도체 물질층의 나노주름이 형성된 영역에 압력을 가하여 나노주름을 변형시키고, 실시간으로 상기 나노주름의 구조적, 전기적 및 광학적 특성 중 적어도 하나를 모니터링하는 것인,
제1항의 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법을 이용하는, 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템.
a substrate on which a two-dimensional semiconductor material layer is located;
a nanoscale tip disposed toward the two-dimensional semiconductor material layer; and
Equipment for measuring and analyzing at least one ultra-high resolution spectroscopy among structural, electrical and optical properties of a two-dimensional semiconductor material layer;
including,
The nanoscale tip is a plasmonic tip mounted on a shear-force AFM,
The nanoscale tip applies pressure to the region where the nanowrinkles of the two-dimensional semiconductor material layer are formed to deform the nanowrinkles, and monitors at least one of structural, electrical, and optical characteristics of the nanowrinkles in real time,
A control and analysis system for a nano-wrinkle light source using the method of controlling and analyzing the nano-wrinkle light source of claim 1.
상기 나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템은,
상기 나노주름 영역의 TEPL (tip-enhanced photoluminescence spectroscopy), TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) 및 TEEL (tip-enhanced electroluminescence) 중 적어도 하나를 측정하는 것인,
나노주름 광원의 제어 및 분석 시스템.
According to claim 14,
The control and analysis system of the nano-wrinkle light source,
Measuring at least one of tip-enhanced photoluminescence spectroscopy (TEPL), tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS), and tip-enhanced electroluminescence (TEEL) of the nanowrinkle region,
A control and analysis system for a nano-wrinkled light source.
을 포함하고,
상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성이 초고분해분광에서 15 nm 이하의 분해능을 갖고,
제1항의 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법으로 나노주름이 변형된 것인,
나노주름 광원.
Two-dimensional semiconductor material layer having nano-wrinkle regions
including,
Electrical, optical, or both characteristics of the nanowrinkles have a resolution of 15 nm or less in ultra-high resolution spectroscopy,
The nanowrinkles are transformed by the control and analysis method of the nanowrinkle light source of claim 1,
Nanowrinkle light source.
상기 나노주름 광원은,
전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성을 능동적 제어가 가능하거나 또는 2차원 물질의 결정면(crystal face) 특성을 갖는 것인,
나노주름 광원.
According to claim 16,
The nanowrinkle light source,
It is capable of actively controlling electrical, optical, or both properties, or has crystal face characteristics of a two-dimensional material,
Nanowrinkle light source.
을 포함하고,
상기 나노주름 광원은, 상기 나노주름의 전기적, 광학적 또는 이 둘의 특성이 초고분해분광에서 15 nm 이하의 분해능을 갖고,
제1항의 나노주름 광원의 제어 및 분석 방법으로 나노주름이 변형된 것인,
나노 광소자.a nano-wrinkle light source including a two-dimensional semiconductor material layer having a nano-wrinkle region;
including,
In the nanowrinkle light source, electrical, optical, or both characteristics of the nanowrinkles have a resolution of 15 nm or less in ultra-high resolution spectroscopy,
The nanowrinkles are transformed by the control and analysis method of the nanowrinkle light source of claim 1,
nano optical element.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101440226B1 (en) | 2013-04-05 | 2014-09-18 | 한국과학기술원 | Method for preparing graphene based quantum dots, graphene based quantum dots prepared by the same and application devices using the same |
| JP5922240B2 (en) | 2012-08-28 | 2016-05-24 | 株式会社日立製作所 | Scanning probe microscope and measurement method using the same |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5922240B2 (en) | 2012-08-28 | 2016-05-24 | 株式会社日立製作所 | Scanning probe microscope and measurement method using the same |
| KR101440226B1 (en) | 2013-04-05 | 2014-09-18 | 한국과학기술원 | Method for preparing graphene based quantum dots, graphene based quantum dots prepared by the same and application devices using the same |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| K. D. Park et al., Nano Letters(2016) 16,2621~2627 (2016.03.03.) 1부.* |
| Z. Peng et al., Light: Science & Applications (2020) volume 9, Article number 190 (2020.11.23.) 1부.* |
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