KR20050007190A - Solution deposition of chalcogenide films - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: To provide a method for depositing a film of metal chalcogenide to prepare a film of a metal chalcogenide semiconducting material having an advantage of being low cost, a method for a separated hydrazinium-based precursor of metal chalcogenide, and a field-effect thin film transistor device including the metal chalcogenide as a channel layer. CONSTITUTION: The method for depositing a film of metal chalcogenide comprises a step of forming a complex solution of the precursor by contacting a separated hydrazinium-based precursor of metal chalcogenide with a solvent in which a soluble additive is retained; a step of coating the complex solution on a substrate so that a coating of the solution is formed on the substrate; a step of forming a film of the complex on the substrate by removing the solvent from the coating; and a step of annealing the complex film so that a metal chalcogenide film is formed on the substrate. The method for preparing a separated hydrazinium-based precursor of metal chalcogenide comprises a step of preparing an ammonium-based precursor of the metal chalcogenides by contacting one or more metal chalcogenides, an amine compound represented by the following formula: NR¬5R¬6R¬7, wherein each of R¬5, R¬6 and R¬7 is independently selected from the group consisting of hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic alkyl having 3 to 6 carbon atoms, and a salt of H2S, H2Se or H2Te; a step of preparing a solution of hydrazinium-based precursor of the metal chalcogenides by contacting the ammonium-based precursor of the metal chalcogenides, a hydrazine compound represented by the following formula: R¬1R¬2N-NR¬3R¬4, wherein each of R¬1, R¬2, R¬3 and R¬4 is independently selected from the group consisting of hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic alkyl having 3 to 6 carbon atoms, and optionally, an elemental chalcogen selected from the group consisting of S, Se, Te and a combination thereof; and a step of separating the hydrazinium-based precursor of the metal chalcogenides into a substantially pure product.

Description

칼코겐화물 막의 용액 증착법{SOLUTION DEPOSITION OF CHALCOGENIDE FILMS}SOLUTION DEPOSITION OF CHALCOGENIDE FILMS

발명의 분야Field of invention

본 발명은 용액으로부터 금속 칼코겐화물(metal chalcogenide)의 막을 증착시키는 방법 및 그 막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 용액으로부터 증착된 금속 칼코겐화물의 막을 채널 층으로서 포함하는 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of depositing a film of metal chalcogenide from a solution, and to a method of manufacturing a field-effect transistor comprising the film. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a field effect transistor comprising a film of metal chalcogenide deposited from a solution as a channel layer.

종래 기술에 관한 설명Description of the prior art

고품질 반도전, 금속 및 절연 박막을 증착시킬 수 있는 성능은 오늘날 고체 전자기기의 중요한 필러(pillar) 중 하나를 형성한다. 태양 전지는, 예를 들면 광전류를 축척하기 위해서 각 층에 부착된 전기 콘택트(electrical contact)를 구비한, p-형 기판 상에 증착된 n-형 반도체 박층(~ 0.25 ㎛)을 포함할 수 있다. 발광 다이오드(LED's: light-emitting diodes)는 전형적으로 p-n 이중층으로 구성되어 있으며, 상기 이중층은 적당한 순방향 바이어스 조건 하에 광을 방출한다.The ability to deposit high quality semiconducting, metal and insulating thin films forms one of the important pillars of today's solid state electronics. The solar cell may include a thin n-type semiconductor layer (˜0.25 μm) deposited on a p-type substrate, for example, with electrical contacts attached to each layer to accumulate photocurrent. . Light-emitting diodes (LED's) typically consist of a p-n bilayer, which emits light under suitable forward bias conditions.

본 명세서에서 TFT's라고 칭하는 박막 전계 효과 트랜지스터는 p-형 또는 n-형 반도전 채널 박층을 포함하며, 상기 박층에서 도전성은 절연 차단 박층에 의해 채널로부터 분리되어 있는 도전 게이트 층에 바이어스 전압을 인가함으로써 조절된다. 현대 반도전 디바아스를 포함하는 전자 재료는 전형적으로 규소를 주성분으로 하고 있지만, 다른 부류의 재료로부터 동일하게 고려할 수 있으며, 그러한 다른 부류의 재료는 일부 경우 규소계 기술 이상의 이점을 잠재적으로 제공한다.Thin film field effect transistors, referred to herein as TFT's, comprise a thin p-type or n-type semiconducting channel layer, wherein conductivity is applied by applying a bias voltage to a conductive gate layer separated from the channel by a thin insulating isolation layer. Adjusted. Electronic materials comprising modern semiconducting Divas typically have silicon as their main component, but the same can be considered from other classes of materials, which in some cases potentially offer advantages over silicon-based technology.

박막 전계 효과 트레지스터(TFT's)는, 가장 두드러지게는 프로세서 내부의 논리 및 드라이버 회로의 경우, 전자 용도 및 디스플레이 용도에서 교환 소자로서 광범위하게 사용되고 있다. 현재, 능동 매트릭스 액정 디스플레이에 사용된 것들을 비롯한 많은 저가격대 용도의 경우 TFT's는 반도체로서 비정질 규소를 사용하여 제조한다. 비정질 규소는 큰 면적 용도에 대한 트랜지스터의 비용을 감소시키는 데 필수적인 조건으로서 결정질 규소에 대한 보다 값싼 대체물을 제공한다. 그러나, 비정질 규소의 용도는, 이동율(mobility)(~10-1cm2/V-sec)이 결정질 규소의 것보다 약 15,000배 더 작기 때문에, 보다 느린 속도의 디바이스에 국한된다.Thin film field effect transistors (TFT's) are most widely used as exchange elements in electronic and display applications, most notably for logic and driver circuitry within processors. Currently, for many low-bandwidth applications, including those used in active matrix liquid crystal displays, TFT's are manufactured using amorphous silicon as the semiconductor. Amorphous silicon provides a cheaper alternative to crystalline silicon as an essential condition to reduce the cost of transistors for large area applications. However, the use of amorphous silicon is limited to slower speed devices because the mobility (˜10 −1 cm 2 / V-sec) is about 15,000 times smaller than that of crystalline silicon.

또한, 비정질 규소가 결정질 규소보다 증착시키는데 있어 보다 값싸긴 하지만, 비정질 규소의 증착은 여전히 플라즈마 강화형 화학 기상 증착과 같은 값비싼 공정을 필요로 하고 있다. 그러므로, TFT's 및 다른 전자 디바이스에 사용하기 위한, 대체 반도체(즉, 비규소)에 대한 연구조사가 왕성하게 수행되고 있다.In addition, although amorphous silicon is cheaper to deposit than crystalline silicon, deposition of amorphous silicon still requires expensive processes such as plasma enhanced chemical vapor deposition. Therefore, research into alternative semiconductors (i.e., non-silicon) for use in TFT's and other electronic devices is being actively conducted.

적당한 온도/낮은 온도에서 보다 높은 이동율 및 저비용 공정처리를 동시에 제공하는 반도전 재료를 확인할 수 있다면, 이러한 재료는 플라스틱 상에 구성된, 가볍고, 가요성이 있으며, 면적이 매우 큰 디스플레이 또는 전자기기를 비롯한 수 많은 새로운 용도를 계획할 수 있다.If one can identify semiconducting materials that simultaneously provide higher transfer rates and lower cost processing at moderate temperatures / low temperatures, these materials can be fabricated on plastics, including lightweight, flexible and very large displays or electronics. Many new uses can be planned.

최근, 유기 반도체는 TFT's[예를 들면, 발명의 명칭이 "Thin-Layer Field Effect Transistor With MIS Structure Whose Insulator and Semiconductor Are Made of Organic Materials"인 미국 특허 제5,347,144호(Garnier et.al.에게 양도됨) 참조] 및 LED's[예를 들면, S.E. Shaheen et al., "Organic Light-Emitting Diode with 20 lm/W Efficiency Using a Triphenyldiamine Side-Group Polymer as the Hole Transport Layer", Appl. Phys. Lett. 74, 3212(1999) 참조]에서 무기 상대물에 대한 가능성이 있는 대체물로서 상당한 관심을 받고 있다.Recently, organic semiconductors have been assigned to TFT's [e.g., US Pat. No. 5,347,144 (Garnier et.al.) entitled "Thin-Layer Field Effect Transistor With MIS Structure Whose Insulator and Semiconductor Are Made of Organic Materials." ) And LED's [e.g. SE Shaheen et al., "Organic Light-Emitting Diode with 20 lm / W Efficiency Using a Triphenyldiamine Side-Group Polymer as the Hole Transport Layer", Appl. Phys. Lett. 74, 3212 (1999), which is of considerable interest as a potential substitute for weapon counterparts.

유기 재료는 비용이 많이 들지 않은 기법, 예컨대 스핀 코팅법, 잉크 젯 프린팅법, 열 증발법 또는 스탬핑법을 통한 단순한 저온 박막 공정처리의 이점을 갖는다. 지난 수년간에 걸쳐서, OTFTs(유기 TFTs)에서 유기 채널 층의 캐리어 이동율은 (비정질 규소에 비하여) < 10-4cm2/V-sec에서 ~1 cm2/V-sec로 현저하게 증가하고 있다[예를 들면, C.D. Dimitrakopoulos 및 D.J. Mascaro, "Organic Thin-filmtransistors: A review of recent advances", IBM J. Res & Dev. 45, 11-27(2001) 참조].Organic materials have the advantage of simple low temperature thin film processing through inexpensive techniques such as spin coating, ink jet printing, thermal evaporation or stamping. Over the last few years, the carrier mobility of organic channel layers in OTFTs (organic TFTs) has increased significantly from <10 -4 cm 2 / V-sec to -1 cm 2 / V-sec [relative to amorphous silicon] [ See, for example, CD Dimitrakopoulos and DJ Mascaro, "Organic Thin-filmtransistors: A review of recent advances", IBM J. Res & Dev. 45, 11-27 (2001).

공정처리, 비용 및 중량 고려사항에 관하여 매우 전도 유망하긴 하지만, 유기 화합물은 일반적으로 불량한 열적 안정성 및 기계적 안정성을 비롯한 다수의 단점을 갖고 있다. 또한, 유기 재료에서 전기 이동이 지난 15년에 걸쳐 상당할 정도로 개선되어 오고 있긴 하지만, 이동율은 기본적으로 (광범위한 무기 시스템에서 발견된 보다 강한 공유 결합력 및 이온 결합력과는 반대되는 바와 같이) 유기 분자들 간의 약한 반 데르 바일스 상호작용에 의해 제한된다.Although very promising in terms of processing, cost and weight considerations, organic compounds generally have a number of disadvantages, including poor thermal and mechanical stability. In addition, although electromigration in organic materials has improved significantly over the last 15 years, the rate of transport is basically organic molecules (as opposed to the stronger covalent and ionic binding forces found in a wide range of inorganic systems). Limited by weak van der Waals interactions of the liver.

전기 이동율에 있어 도약된 고유 상한치는 교환 속도에 있어 최고치로 번역되므로, 저비용 유기 디바이스를 사용할 수 있는 종류의 용도에 있어 최고치로 번역된다. 그러므로, 유기 반도체는 주로 저가격대 용도에 고려된다.The bounded inherent upper limit for the rate of electrophoresis translates into the highest in exchange rate, and therefore translates into the highest in the range of applications where low cost organic devices can be used. Therefore, organic semiconductors are mainly considered for low band applications.

이동율/내구성을 개선시킬 수 있는 한가지 접근법은 하이브리드 시스템 내에서 유기 재료의 공정처리성과 무기 반도체의 바람직한 전기 이동 및 열적/기계적 특성을 조합하는 것을 수반한다[D.B. Mitzi et al., "Organic-Inorganic Electronics", IBM J. Res & Dev. 45, 29-45(2001)]. 최근에 유기-무기 하이브리드 막은 TFTs[예를 들면, 발명의 명칭이 "Thin-Film Transistors with Organic-Inorganic Hybrid Materials as Semiconducting Channels"인 미국 특허 제6,180,956호(Chondroudis et al.에게 양도됨) 참조] 및 LEDs[예를 들면, 발명의 명칭이 "Electroluminescent Device With Dye-Containing Organic-Inorganic Hybrid Materials as an Emitting Layer"인 미국 특허 제6,420,056호(Chondroudis et al.에게 양도됨) 참조]를 비롯하여 전기 디바이스에서 반도전 소자로서 사용되고 있다.One approach that can improve transfer rate / durability involves combining the processability of organic materials and the desired electrophoretic and thermal / mechanical properties of inorganic semiconductors in hybrid systems [D.B. Mitzi et al., "Organic-Inorganic Electronics", IBM J. Res & Dev. 45, 29-45 (2001). Recently, organic-inorganic hybrid membranes include TFTs (see, for example, US Pat. No. 6,180,956 to Chondroudis et al., Entitled "Thin-Film Transistors with Organic-Inorganic Hybrid Materials as Semiconducting Channels") and Anti-electric devices, including LEDs (see, for example, US Pat. No. 6,420,056 (assigned to Chondroudis et al.) Entitled "Electroluminescent Device With Dye-Containing Organic-Inorganic Hybrid Materials as an Emitting Layer"). It is used as a conductive element.

다중-공급원 열 증발법, 단일 공급원 열 어블레이션법 및 용융 공정처리법을 비롯한 몇가지 단순 기법이 결정질 유기-무기 하이브리드 막을 증착시키는 데 설명되고 있다.Several simple techniques have been described for depositing crystalline organic-inorganic hybrid films, including multi-source thermal evaporation, single-source thermal ablation, and melt processing.

또한, 용액-증착 기법(예를 들면, 스핀 코팅법, 스탬핑법, 프린팅법)도 최근 주목을 받고 있으며, 이들 기법이 기판의 다양한 배열 상에서 하이브리드의 신속하고 비용이 많이 들지 않은 증착을 가능하게 하기 때문에 특히 매력적이다. 스핀 코팅 처리된 반도전 요오드화주석(II)계 하이브리드를 주성분으로 하는 TFT's는 (기상 증착 및 비정질 규소를 이용하여 제조한 가장 우수한 유기계 디바이스와 유사한) 1 cm2/V-sec 만큼 높은 이동율을 생성시킨다.In addition, solution-deposition techniques (e.g., spin coating, stamping, and printing) have also received recent attention, and these techniques have enabled the rapid and inexpensive deposition of hybrids on various arrays of substrates. Because it is particularly attractive. TFT's, based on spin-coated semiconducting tin iodide based hybrids, produce a transfer rate as high as 1 cm 2 / V-sec (similar to the best organic devices fabricated using vapor deposition and amorphous silicon). .

하이브리드 시스템의 용융-공정처리법은 반도전 막의 입자 구조를 개선시키므로, 보다 높은 이동율 2~3 cm2/V-sec를 유도한다[D.B. Mitzi et al., "Hybrid Field-Effect Transistors Based on a Low-Temperature Melt-Processed Channel Layer", Adv. Mater. 14, 1772-1776(2002)].Melt-processing of hybrid systems improves the particle structure of the semiconducting membranes, leading to higher migration rates of 2-3 cm 2 / V-sec [DB Mitzi et al., “Hybrid Field-Effect Transistors Based on a Low- Temperature Melt-Processed Channel Layer ", Adv. Mater. 14, 1772-1776 (2002).

매우 장래성이 있긴 하지만, 현행 하이브리드 반도체의 예는 광범위한 금속 할로겐화물 골격(예를 들면, 금속 염화물, 금속 브롬화물, 금속 요오드화물, 가장 일반적으로는 요오드화주석(II))을 주성분으로 한다. 금속 할로겐화물은 성질상 비교적 이온결합성이 강하므로, 높은 이동율에 대한 가능성을 지닌 가능한 반도전 시스템의 선택을 제한하게 된다. 또한, 특히 요오드화주석(II)계 시스템은 공기에 매우 민감하므로, 모든 공정처리를 불활성 대기 조건 하에 수행해야 한다. 더구나, 요오드화주석(II)계 시스템이 p-형 반도체이긴 하지만, 또한 상보적 논리에 의해 용이한 적용을 가능하게 하는 n-형 시스템의 예를 찾아보는 것도 바람직하다. 현재까지 어떤 것도 확인된 바 없다.Although very promising, current examples of hybrid semiconductors are based on a wide range of metal halide backbones (eg metal chlorides, metal bromide, metal iodides, most commonly tin iodide). Metal halides are relatively ionic in nature, limiting the choice of possible semiconducting systems with the potential for high migration rates. In addition, especially tin (II) iodide systems are very sensitive to air, so all processing must be carried out under inert atmospheric conditions. Moreover, although tin (II) iodide based systems are p-type semiconductors, it is also desirable to look for examples of n-type systems that allow easy application by complementary logic. Nothing has been confirmed to date.

규소계, 유기계 및 금속 할로겐화물계 하이브리드 반도체에 대한 또다른 대체 방법은 TFT's 및 다른 전자 디바이스 내에 사용하기 위한 반도전 소자로서 금속 칼코겐화물(예를 들면, 금속 황화물, 금속 셀렌화물, 금속 텔루르화물)을 사용하는 것을 수반한다. 초기 태양 전지[D.C. Raynolds et al., "Photovoltaic Effect in Cadmium Sulfide", Phy. Rev. 96, 533(1954)] 및 TFTs[P.K. Weimer, "The TFT-A New Thin-Film Transistor", Proc. IRE 50, 1462-1469(1964)] 중 일부는 실제 금속 칼코겐화물 능동 층을 주성분으로 하였다. 반도전 재료로서 가능성 있게 유용한 금속 칼코겐화물 시스템의 다수 예가 존재한다. 황화주석(II), SnS2는 n-형 전도성, 광학 밴드 갭 ~2.1 eV 및 보고된 이동율 18 cm2/V-sec를 지닌, 태양 전지용 반도전 재료로서 상당한 관심을 불러 일으킨 한 후보물질이다[G. Domingo et al., Fundamental Optical Absorption in SnS2및 SnSe2", Phys. Rev. 143, 536-541(1966)].Another alternative to silicon, organic and metal halide based hybrid semiconductors is metal chalcogenides (eg metal sulfides, metal selenides, metal tellurides) as semiconducting elements for use in TFT's and other electronic devices. Entails using. Early solar cells [DC Raynolds et al., "Photovoltaic Effect in Cadmium Sulfide", Phy. Rev. 96, 533 (1954) and TFTs [PK Weimer, "The TFT-A New Thin-Film Transistor", Proc. IRE 50, 1462-1469 (1964), was based on the actual metal chalcogenide active layer. There are many examples of metal chalcogenide systems that are potentially useful as semiconducting materials. Tin sulfide (II), SnS 2, is a candidate material that has generated considerable interest as a semiconducting material for solar cells, with n-type conductivity, optical band gap ˜2.1 eV and reported migration rate of 18 cm 2 / V-sec [ G. Domingo et al., Fundamental Optical Absorption in SnS 2 and SnSe 2 ”, Phys. Rev. 143, 536-541 (1966)].

이러한 시스템은 칼코겐화물의 보다 강한 공유결합 성질의 결과로서 유기계 및 금속 할로겐화물계 하이브리드보다 더 높은 이동율을 생성하고, 또한 n-형 반도체를 확인하기 위한 추가 기회를 제공할 것으로 기대된다.Such systems are expected to produce higher transfer rates than organic and metal halide based hybrids as a result of the stronger covalent nature of chalcogenides and also provide additional opportunities for identifying n-type semiconductors.

금속 칼코겐화물의 보고된 이동율은, 예를 들면 SnSe2(27 cm2/V-sec/n-형)[G. Domingo et al., "Fundamental Optical Absorption in SnS2and SnSe2", Phys. Rev. 143, 536-541(1996)], SnS2(18 cm2/V-sec/n-형)[T. Shibata et al., "Electrical Charaterization of 2H-SnS2Single Crystals Synthesized by the Low Temperature Chemical Vapor Transport Method", J. Phys. Chem. Solids 52, 551-553(1991)], CdS(340 cm2/V-sec/n-형), CdSe(800 cm2/V-sec/n-형)[S.M. Sze, "Physics of Semiconductor Devices", John Willey & Sons, New York, 1981, p. 849], ZnSe(600 cm2/V-sec/n-형), 및 ZnTe(100 cm2/V-sec/p-형)[B.G. Streetman, "Solid State Electronic Devices", Prentice-Hall, Inc., New Jerey, 1980, p. 443]을 포함한다.Reported migration rates of metal chalcogenides are described, for example, in SnSe 2 (27 cm 2 / V-sec / n-type) [G. Domingo et al., "Fundamental Optical Absorption in SnS 2 and SnSe 2 ", Phys. Rev. 143, 536-541 (1996)], SnS 2 (18 cm 2 / V-sec / n-type) [T. Shibata et al., "Electrical Charaterization of 2H-SnS 2 Single Crystals Synthesized by the Low Temperature Chemical Vapor Transport Method", J. Phys. Chem. Solids 52, 551-553 (1991)], CdS (340 cm 2 / V-sec / n-type), CdSe (800 cm 2 / V-sec / n-type) [SM Sze, "Physics of Semiconductor Devices" , John Willey & Sons, New York, 1981, p. 849], ZnSe (600 cm 2 / V-sec / n-type), and ZnTe (100 cm 2 / V-sec / p-type) [BG Streetman, "Solid State Electronic Devices", Prentice-Hall, Inc. , New Jerey, 1980, p. 443].

보다 높은 이동율에 대한 가능성이 존재하긴 하지만, 또한 광범위한 금속 칼코겐화물 시스템의 증가된 공유결합성은 그 용해도를 감소시키고, 용융 온도를 증가시키는데, 이는 이러한 시스템을 위한 단순한 저비용 박막 증착 기법에 중요한 문제를 야기하게 된다.While the potential for higher transfer rates exists, the increased covalent bonding of a wide range of metal chalcogenide systems also reduces their solubility and increases the melting temperature, which is important for simple low cost thin film deposition techniques for such systems. Cause.

열적 증발법[A. Van Calster et al., "Polycrystalline cadmium selenide films for thin film transistors". J. Crystal Growth 86, 924-928(1998)], 화학기상 증착(CVD)[L.S. Price et al., "Atmospheric Pressure CVD of SnS and SnS2on Glass", Adv. Mater. 10, 222-225(1998)], 갈바니 증착법[B.E. McCandless et al., "Galvanic Deposition of Cadmium Sulfide Thin Films.", Solar Energy Materials and Solar Cells 36, 369-379(1995)], 화학적 중탕 증착법(chemical bath deposition)[F.Y. Gan et al., "Preparation of Thin-Film Trnnsistors With Chemical Bath Deposited CdSe and CdS Thin Films", IEEE Transactions on Electron Devices 49, 15-18(2002)], 및 연속적 이온 층 흡착 및 반응(SILAR)[B.R. Sankapal et al., "Successive ionic layer adsorption and reaction(SILAR) method for the deposition of large area (~10 cm2) tin disufide(SnS2) thin films", Mater. Res. Bull. 35, 2027-2035(2001)]을 비롯한 다수의 기법이 칼코겐화물계 막의 증착에 제안 및 이용되고 있다.Thermal evaporation [A. Van Calster et al., "Polycrystalline cadmium selenide films for thin film transistors". J. Crystal Growth 86, 924-928 (1998), Chemical Vapor Deposition (CVD) [LS Price et al., “Atmospheric Pressure CVD of SnS and SnS 2 on Glass”, Adv. Mater. 10, 222-225 (1998)], galvanic deposition (BE McCandless et al., "Galvanic Deposition of Cadmium Sulfide Thin Films.", Solar Energy Materials and Solar Cells 36, 369-379 (1995)), chemical bath deposition ( chemical bath deposition (FY Gan et al., "Preparation of Thin-Film Trnnsistors With Chemical Bath Deposited CdSe and CdS Thin Films", IEEE Transactions on Electron Devices 49, 15-18 (2002)), and continuous ion layer adsorption and SILAR [BR Sankapal et al., "Successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) method for the deposition of large area (~ 10 cm 2 ) tin disufide (SnS 2 ) thin films", Mater. Res. Bull. 35, 2027-2035 (2001), have been proposed and used for the deposition of chalcogenide-based films.

그러나, 이들 기법은 일반적으로 저비용, 고-처리량(급속) 용액계 증착 기법, 예컨대 스핀 코팅법, 프린팅법 및 스탬핑법으로 수정 불가능하다. 고처리량 기법의 적용에 필요한 것은 칼코겐화물에 대한 실질적인 용해 가능한 전구물질 및 적당한 용매이다. 금속 칼코겐화물 시스템과 n-형 및 p-형 채널 디바이스에서 높은 전기 이동율에 대한 가능성은, 용이한 급속 용액계 기법이 현재 주로 유기 전자공학 환경에서 수행되고 있는 전자공학 분야의 저비용 용액계 증착에 확인될 수 있다면, 고가격대 용도, 예컨대 논리 회로 및 매우 큰 면적 디스플레이로 확장할 수 있다.However, these techniques are generally not modifiable with low cost, high throughput (rapid) solution based deposition techniques such as spin coating, printing and stamping. What is needed for the application of high throughput techniques is the practically soluble precursor to the chalcogenide and a suitable solvent. The potential for high electrophoretic rates in metal chalcogenide systems and n-type and p-type channel devices has led to the low cost solution based deposition in the field of electronics, where easy rapid solution-based techniques are currently being performed primarily in organic electronics environments. If it can be identified, it can be extended to high priced applications such as logic circuits and very large area displays.

분무 열분해는 용해성 전구물질의 급속 분해를 이용하는 한가지 기법이다[M. Krunks et al., "Composition of CuInS2thin films prepared by spray pyrolysis", Thin Solid Films 403-404, 71-75(2002)]. 이 기법은 칼코겐의 공급원(예를 들면, SC(NH2)2)과 함께 금속의 염화물 염을 함유하는 용액을 (일반적으로 250~450℃ 범위에 있는) 가열된 기판 상에 분무하는 것을 수반한다.Spray pyrolysis is one technique that utilizes rapid decomposition of soluble precursors [M. Krunks et al., "Composition of CuInS 2 thin films prepared by spray pyrolysis", Thin Solid Films 403-404, 71-75 (2002). This technique involves spraying a solution containing chloride salts of metals with a source of chalcogen (eg, SC (NH 2 ) 2 ) onto a heated substrate (typically in the range of 250-450 ° C.) do.

칼코겐화물 막이 이러한 기법을 이용하면 형성되긴 하지만, 상기 막은 일반적으로 할로겐, 탄소 또는 질소의 상당한 불술물을 보유하게 된다. 450℃ 이하의 온도에서 H2또는 H2S의 대기를 감소시키는 경우 어닐링 처리가 막내 불순물의 수준을 감소시키는 데 이용될 수 있지만, 이러한 비교적 적극적인 처리는 광범위한 기판 재료에 상용성이 없고/없거나, 특수 장비를 필요로 한다.Although chalcogenide membranes are formed using this technique, the membranes generally have significant impurities of halogen, carbon or nitrogen. While reducing the atmosphere of H 2 or H 2 S at temperatures below 450 ° C., annealing may be used to reduce the level of impurities in the film, but such relatively aggressive treatment is incompatible with a wide range of substrate materials, and / or Requires special equipment.

문헌[B.A. Ridley et al., "All-Inorganic Field Effect Transistors Frabricated by Printing", Science 286, 746-749(1999)]에는 유기 탈활성화된 CdSe 나노결정을 이용하여 형성된 용해성 금속 칼코겐화물 전구물질을 사용하여 인쇄된 CdSe 반도전 막이 기술되어 있다. 그러나, 이 기법은 증착후 열 처리 동안 효과적인 소결을 가능하게 하기 위해서 입자 크기 분포에 대한 엄격한 조절 하에 수행되는 나노결정의 형성을 필요로 한다. 입자 크기 조절은 나노결정의 적절하게 균일한 수집을 단리하기 위해서 반복적인 용해 단계 및 원심분리 단계를 필요로 한다.See B.A. Ridley et al., "All-Inorganic Field Effect Transistors Frabricated by Printing", Science 286, 746-749 (1999), print using soluble metal chalcogenide precursors formed using organic deactivated CdSe nanocrystals. A CdSe semiconducting film is described. However, this technique requires the formation of nanocrystals that are carried out under tight control over the particle size distribution to enable effective sintering during post-deposition heat treatment. Particle size control requires repeated dissolution steps and centrifugation steps to isolate a properly uniform collection of nanocrystals.

또한, 이러한 기법을 이용하여 제조한 보고된 TFT 디바이스는, 아마도 반도전 막 내에서, 그리고 반도체와 절연체 간의 계면에서 트랩 또는 계면 상태의 결과로서, 실질적인 디바이스 이력현상 및 포화 영역내 음의 저항을 비롯하여 독특한 특성을 나타내었다.In addition, reported TFT devices fabricated using this technique include substantial device hysteresis and negative resistance in saturation regions, presumably as a result of traps or interface states within the semiconducting film and at the interface between the semiconductor and the insulator. Unique properties.

또한, 문헌[S. Dhingra et al., "The use of soluble metal-polyselenide complexes an precursors to binary and ternary solid metal selenides", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 180, 825-830(1990)]은 열 처리하여 전구물질을 분해시킨 후 상응하는 금속 칼코겐화물의 코트 막을 회전시키는 데 사용할 수 있는 금속 칼코겐화물을 위한 용해성 전구물질을 입증해 보여준다.In addition, S. Dhingra et al., "The use of soluble metal-polyselenide complexes an precursors to binary and ternary solid metal selenides", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 180, 825-830 (1990) demonstrates soluble precursors for metal chalcogenides that can be used to heat the decomposition of the precursors and then rotate the coat film of the corresponding metal chalcogenides.

그러나, 이러한 공정에서, 최종적으로 열 처리 동안 샘플로부터 분해되는 칼코겐화물 골격(즉, 4급 암모늄 또는 포스포늄 폴리셀렌화물)을 용해시키는 데 사용되는 화학종은 매우 벌크하고, 막의 대부분(예를 들면, 70~87%)이 어닐링 처리 순서 동안 사라진다. 이 형성된 막은 결과적으로 열등한 접속성 및 품질을 나타낸다.In this process, however, the species used to dissolve the chalcogenide backbone (ie, quaternary ammonium or phosphonium polyselenide), which is finally degraded from the sample during thermal treatment, is very bulky and contains most of the membrane (eg 70-87%) disappears during the annealing treatment sequence. This formed film results in inferior connectivity and quality.

열 처리 동안 상실되는 샘플의 큰 백분율은, 박막(상기 언급한 연구에서는 두께가 ~25-35 ㎛인 막인 것으로 간주됨)이 불연속적으로 되기 쉽기 때문에, 단지 비교적 두꺼운 막만이 이러한 기법을 이용하면 증착될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 비교적 높은 온도가 폴리셀렌화물의 열 분해에 요구되는데, 이는 그러한 공정을 심지어는 가장 열적으로 강한 플라스틱 기판(예를 들면, 캅톤(Kapton) 시이트는 400℃ 만큼 높은 온도를 견디어 낼 수 있음)과도 상용성이 없게 만든다.The large percentage of samples lost during heat treatment is likely to be discontinuous because the thin film (which is considered to be a film with a thickness of ~ 25-35 μm in the above-mentioned studies) tends to be discontinuous, so only relatively thick films are deposited using this technique. It can be. In addition, relatively high temperatures are required for the thermal decomposition of polyselenide, which allows even the most thermally strong plastic substrates (e.g., Kapton sheets can withstand temperatures as high as 400 ° C). Makes it incompatible

또한, 한 연구의 결론에 따르면, 결정질 MoS2막은 유기 디아민 중의(NH4)2MoS4의 용액으로부터 스핀 코팅될 수 있다[J. Putz 및 M.A. Aegerter, "Spin-Coating of MoS2Thin Films", Pro. of International Congress on Glass, vol. 18, San Francisco, CA, July 5-10, 1998, 1675-1680]. 그러나, 증착후 고온의 어닐링 처리는 결정질 막(600~800℃)의 달성에 필요한 데, 이는 그 공정을 유기계 가요성 기판 재료와 상용성이 없게 한다.In addition, according to the conclusion of one study, crystalline MoS 2 membranes can be spin coated from a solution of (NH 4 ) 2 MoS 4 in organic diamine [J. Putz and MA Aegerter, "Spin-Coating of MoS 2 Thin Films", Pro. of International Congress on Glass, vol. 18, San Francisco, CA, July 5-10, 1998, 1675-1680. However, a high temperature annealing treatment after deposition is necessary to achieve a crystalline film (600-800 ° C.), which renders the process incompatible with organic flexible substrate materials.

유사한 절차가 비정질 As2S3및 As2Se3막의 형성을 유도하였으나[G.C. Chern and I. Lauks, "Spin-Coated Amorphous Chalcogenide Films", J. Applied Phys. 53, 6979-6982(1982)], 다른 주족(main-group) 금속 칼코겐화물, 예컨대 Sb2S3및 GeSx를 증착시키고자 하는 시도들은 디아민 용매 중에서 전구물질의 낮은 용해도 때문에 성공적이지 못하였다[J. Putz and M.A. Aegerter, "Spin-Coating of MoS2Thin Films", Proc. of International Congress on Glass, vol. 18, San Francisco, CA, July 5-10, 1998, 1675-1680].Similar procedures led to the formation of amorphous As 2 S 3 and As 2 Se 3 membranes [GC Chern and I. Lauks, “Spin-Coated Amorphous Chalcogenide Films”, J. Applied Phys. 53, 6979-6982 (1982)], attempts to deposit other main-group metal chalcogenides such as Sb 2 S 3 and GeS x have not been successful because of the low solubility of the precursors in diamine solvents. [J. Putz and MA Aegerter, "Spin-Coating of MoS 2 Thin Films", Proc. of International Congress on Glass, vol. 18, San Francisco, CA, July 5-10, 1998, 1675-1680.

그러므로, 상기 언급한 용액계 공정의 개선된 공정은 실제적인 용도, 특히 주족 금속 칼코겐화물의 결정질 막, 예컨대 Ge, Sn, Pb, Sb, Bi Ga, In, Tl로부터 유도된 것들의 제조에 필요하며, 트랜지스터에 적합한 밴드 갭을 지닌 반도체에서 높은 이동율을 가능하게 제공할 수 있다.Therefore, improved processes of the above-mentioned solution-based processes are necessary for practical use, in particular for the preparation of crystalline films of main group metal chalcogenides, such as those derived from Ge, Sn, Pb, Sb, Bi Ga, In, Tl. In addition, it is possible to provide a high transfer rate in the semiconductor having a band gap suitable for the transistor.

본 발명은 하기 화학식으로 표시된 히드라지늄 금속 칼코겐화물을 제공한다:The present invention provides hydrazinium metal chalcogenides represented by the formula:

MzXq(R1R2N-NHR3R4)2q- nz(R1R2N-NR3R4)m M z X q (R 1 R 2 N-NHR 3 R 4 ) 2q- nz (R 1 R 2 N-NR 3 R 4 ) m

상기 식 중에서, M은 원자가 n을 갖는 주족 금속이고, n은 1 내지 6의 정수이며; X는 칼코겐이고; z는 1 내지 10의 정수이며; q는 1 내지 30의 정수이고; m은 1 내지 30.5이며; 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3-C6)알킬 중에서 선택된다.In the above formula, M is a main group metal having valency n, and n is an integer of 1 to 6; X is a chalcogen; z is an integer from 1 to 10; q is an integer from 1 to 30; m is 1 to 30.5; Each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently selected from hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl.

또한, 본 발명은 금속 칼코겐화물의 막을 증착시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질 및 내부에 가용화 첨가제를 보유한 용매를 접촉시켜서 그 전구물질의 착물 용액을 형성시키는 단계; 착물 용액을 기판 상에 도포하여 기판 상에 그 용액의 코팅을 형성시키는 단계; 코팅으로부터 용매를 제거하여 기판 상에 그 착물의 막을 생성시키는 단계; 및 이후 착물 막을 어닐링 처리하여 착물을 분해함으로써 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계를 포함한다.The present invention also provides a method of depositing a film of metal chalcogenide. The method comprises contacting a separate hydrazinium precursor of a metal chalcogenide and a solvent having a solubilizing additive therein to form a complex solution of the precursor; Applying a complex solution onto the substrate to form a coating of the solution on the substrate; Removing the solvent from the coating to produce a film of the complex on the substrate; And then annealing the complex film to decompose the complex to produce a metal chalcogenide film on the substrate.

또한, 본 발명은 소스 영역과 드레인 영역, 이 소스 영역과 드레인 영역 사이에서 연장되고 반도전 재료를 포함하는 채널 층, 이 채널 층에 인접하게 공간 이격되도록 배치된 게이트 영역, 이 게이트 영역과 소스 영역, 드레인 영역 및 채널 층 사이의 전기 절연 층을 보유하는 유형의 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은The present invention also relates to a source region and a drain region, a channel layer extending between the source region and the drain region and comprising a semiconductive material, a gate region disposed to be spaced apart adjacent to the channel layer, the gate region and the source region. , A method of manufacturing a field effect transistor of a type having an electrically insulating layer between a drain region and a channel layer, the method comprising

금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질 및 내부에 가용화 첨가제를 보유한 용매를 접촉시켜서 그 전구물질의 착물 용액을 형성시키는 단계; 착물 용액을 기판 상에 도포하여 기판 상에 그 용액의 코팅을 형성시키는 단계; 코팅으로부터 용매를 제거하여 기판 상에 그 착물의 막을 생성시키는 단계; 및 이후 착물 막을 어닐링 처리하여 착물을 분해함으로써 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조한 금속 칼코겐화물 반도전 재료의 막을 포함하는 채널 층을 제조하는 단계를 포함한다.Contacting the separated hydrazinium precursor of the metal chalcogenide and a solvent having a solubilizing additive therein to form a complex solution of the precursor; Applying a complex solution onto the substrate to form a coating of the solution on the substrate; Removing the solvent from the coating to produce a film of the complex on the substrate; And subsequently producing a channel layer comprising a film of metal chalcogenide semiconducting material prepared by a process comprising annealing the complex film to decompose the complex to produce a metal chalcogenide film on the substrate. .

또한, 본 발명은 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질을 제조하는 제1 방법을 제공한다. 상기 제1 방법은 하나 이상의 금속 칼코겐화물, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 히드라진 화합물 중의 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계를 포함한다.The present invention also provides a first method of preparing an isolated hydrazinium precursor of a metal chalcogenide. The first method comprises one or more metal chalcogenides, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl And selected from linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and the metal knife in the hydrazine compound by contacting an elemental chalcogen selected from S, Se, Te or a combination thereof. Producing a solution of hydrazinium precursor of cogenide; And separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product.

또한, 본 발명은 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질을 제조하는 제2 방법을 제공한다. 상기 제2 방법은 하나 이상의 금속 칼코겐화물 및 화학식 NR5R6R7[식 중, 각각의 R5, R6및 R7은 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬 중에서 선택됨]로 표시되는 아민 화합물과 H2S,H2Se 또는 H2Te의 염을 접촉시켜서 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질을 생성시키는 단계; 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 히드라진 화합물 중의 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계를 포함한다.The present invention also provides a second method of preparing an isolated hydrazinium precursor of a metal chalcogenide. The second process comprises one or more metal chalcogenides and the formulas NR 5 R 6 R 7 wherein each R 5 , R 6 and R 7 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or ring Contacting an amine compound represented by type (C 3 -C 6 ) alkyl] with a salt of H 2 S, H 2 Se or H 2 Te to generate an ammonium precursor of the metal chalcogenide; Ammonium-based precursors of metal chalcogenides, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear Selected from branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and the metal chalcogenide in the hydrazine compound by contacting an element chalcogen selected from S, Se, Te or a combination thereof. Generating a solution of a hydrazinium precursor; And separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product.

본 발명에 따른 히드라지늄 금속 칼코겐화물은 상기 설명한 제1 방법 또는 제2 방법에 의해 실질적으로 순수한 형태의 분리된 생성물로서 제조할 수 있다.Hydrazinium metal chalcogenides according to the invention can be prepared as separated products in substantially pure form by the first or second method described above.

본 발명에 따라 제조한 막은 저비용을 이점으로 갖는다. 채널층으로서 금속 칼코겐화물 반도전 재료를 사용하는 디바이스는 n-형 스핀 코팅된 디바이스에 대하여 현재 보고된 가장 높은 이동율을 생성한다.Membranes prepared according to the invention have the advantage of low cost. Devices that use metal chalcogenide semiconducting materials as the channel layer produce the highest rates of transport currently reported for n-type spin coated devices.

또한, 디바이스 특징은 문헌[B.A. Ridley et al., "All-Inorganic Field Effect Transistors Fabricated by Printing", Science 286, 746-749(1999)]에 보고된 것보다 더 우수하게 행동하며, 상기 문헌에서 CdSe 반도전 막은 유기 유도된 CdSe 나노결정의 사용에 의해 형성된 용해성 금속 칼코겐화물 전구물질을 사용하여 인쇄한다.Device features are also described in B.A. Ridley et al., “All-Inorganic Field Effect Transistors Fabricated by Printing”, Science 286, 746-749 (1999), perform better than CdSe semiconducting membranes in which the organically induced CdSe nano Print using soluble metal chalcogenide precursors formed by the use of crystals.

본 발명의 이러한 방법이 갖는 중요한 이점은 용해성 히드라지늄계 전구물질을 형성시키는 단계들이 박막의 용액 공정처리와 별도로 실시되므로 화학 회사가 히드라지늄 전구물질을 제조할 수 있고, 디바이스 제조회사가 막을 회전시킬 수 있다는 사실에 기인한다. 따라서, 화학 회사는 플랜트에서 독성 및 반응성 히드라진 및 히드라진 유도체를 취급할 수 있도록 장치 구비되어 있기 때문에 히드라지늄 전구물질을 보다 효율적으로 제조할 수 있다. 따라서, 디바이스 제조회사는 그 제조공업 플랜트에서 보다 덜한 독성 용매를 사용하여 수요에 따라 전구물질을 구입하여 막을 회전시킬 수 있다.An important advantage of this method of the present invention is that the steps for forming the soluble hydrazinium-based precursor are performed separately from the solution processing of the thin film, so that the chemical company can manufacture the hydrazinium precursor and the device manufacturer can rotate the membrane. Due to the fact that it can. Thus, chemical companies are equipped with equipment to handle toxic and reactive hydrazines and hydrazine derivatives in their plants, making it possible to produce hydrazinium precursors more efficiently. Thus, device manufacturers can use less toxic solvents in their manufacturing plants to purchase precursors on demand and rotate the membrane.

또한, 본 발명은 칼코겐화물 막의 용액 증착에 관한 2가지 대체 방법(방법 1 및 방법 2)을 제공하며, 이 방법에서는 하나 이상의 금속 칼코겐화물 및 히드라진 화합물을 사용하여 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 형성시킨다. 이들 대체 방법에서 히드라지늄계 전구물질은 분리하지 않지만, 그 대신 동일계에서 용매로서 작용하는 히드라지늄 화합물을 사용하여 형성시킨다.The present invention also provides two alternative methods (method 1 and method 2) for solution deposition of chalcogenide films, in which one or more metal chalcogenides and hydrazine compounds are used to hydride the metal chalcogenides. A solution of nium based precursor is formed. In these alternative methods hydrazinium precursors are not isolated but are instead formed using hydrazinium compounds which act as solvents in situ.

본 발명의 몇가지 방법에 따라 제조된 저비용 금속 칼코겐화물 반도전 재료는 평평한 패널 디스플레이, 비선형 광학/광도전성 디바이스, 화학 센서, 광 방출 다이오드내 발광 층 및 전하 이동 층, 박막 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터내의 채널 층, 및 광학 데이터 저장 상 변화 매체를 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 비롯한 다양한 용도에 사용할 수 있다.Low cost metal chalcogenide semiconducting materials made in accordance with some methods of the present invention can be used in flat panel displays, nonlinear optical / photoconductive devices, chemical sensors, light emitting and light transfer layers in light emitting diodes, thin film transistors, and field effect transistors. It can be used for a variety of applications, including channel layers, and optical data storage media including optical data storage phase change media.

도 1은 히드라지늄 황화주석(IV) 전구물질의 열중량측정 분석(TGA: Thermogravimetric Analysis) 스캔을 도시한 것이다.FIG. 1 shows a thermogravimetric analysis (TGA) scan of hydrazium tin sulfide (IV) precursor.

도 2는 스핀 코팅법을 이용하여 방법 1로 증착한 황화주석(IV) 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다.FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern of a tin sulfide (IV) film deposited by Method 1 using spin coating.

도 3은 히드라지늄 양이온 및 중성 히드라진 분자로 교차하는 Sn2Se6 4-이량체를 포함하는 (N2H4)3(N2H5)4Sn2Se6의 X-선 결정 구조를 도시한 것이다.FIG. 3 shows the X-ray crystal structure of (N 2 H 4 ) 3 (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 Se 6 containing Sn 2 Se 6 4- dimer intersecting with hydrazinium cation and neutral hydrazine molecule It is.

도 4는 스핀 코팅법을 이용하여 방법 1로 증착한 셀렌화주석(IV) 전구물질 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다.FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern of a tin selenide precursor film deposited by Method 1 using spin coating.

도 5는 암모늄 황화주석(IV) 전구물질, (NH4)xSnSy의 열중량측정 분석(TGA) 스캔을 도시한 것이다.FIG. 5 shows a thermogravimetric analysis (TGA) scan of an ammonium tin sulfide (IV) precursor, (NH 4 ) x SnS y .

도 6은 스핀 코팅법을 이용하여 방법 2로 증착한 황화주석(IV) 전구물질 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다.FIG. 6 shows the X-ray diffraction pattern of a tin sulfide (IV) precursor film deposited by Method 2 using spin coating.

도 7은 스핀 코팅법을 이용하여 방법 2로 증착한 황화안티몬(III) 전구물질 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다.FIG. 7 shows the X-ray diffraction pattern of an antimony sulfide precursor film deposited by Method 2 using spin coating.

도 8은 스핀 코팅된 금속 칼코겐화물 반도체를 채널 재료로서 사용하는 TFT디바이스 구조의 개략적인 디아그램이다.8 is a schematic diagram of a TFT device structure using spin coated metal chalcogenide semiconductor as channel material.

도 9는 방법 1을 이용하여 제작한 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 일정한 VD= 100 V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 9 shows a plot of I D and I D 1/2 against V G at a constant V D = 100 V for a TFT with spin coated SnS 2 channels fabricated using Method 1. FIG.

도 10은 방법 1로 제작한 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 10 shows a plot of drain current I D versus source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G for a TFT with spin coated SnS 2 channel fabricated by Method 1. FIG.

도 11은 방법 2을 이용하여 제작한 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 일정한 VD= 100 V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 11 shows a plot of I D and I D 1/2 against V G at a constant V D = 100 V for a TFT with spin coated SnS 2 channels fabricated using Method 2. FIG.

도 12은 방법 2로 제작한 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 12 shows a plot of drain current I D versus source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G for a TFT with spin coated SnS 2 channel fabricated by Method 2. FIG.

도 13은 방법 2을 이용하여 제작한 스핀 코팅된 SnSe2-xSx채널을 구비한 TFT의 경우 일정한 VD= 100 V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 13 shows a plot of I D and I D 1/2 against V G at a constant V D = 100 V for a TFT with spin coated SnSe 2-x S x channel fabricated using Method 2 will be.

도 14은 방법 2로 제작한 스핀 코팅된 SnSe2- xSx채널을 구비한 TFT의 경우 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을도시한 것이다.FIG. 14 shows a plot of drain current I D versus source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G for a TFT with spin coated SnSe 2 × S x channel fabricated by Method 2. FIG.

도 15는 단결정 X선 회절을 이용하여 결정한 히드라지늄 전구물질, (N2H5)4Sn2S6의 결정 구조를 도시한 것이다.FIG. 15 shows the crystal structure of hydrazium precursor, (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 6 , determined using single crystal X-ray diffraction.

도 16은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W = 1500 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다. 상기 도 16은 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 16 shows device features for spin-coated SnS 2 channels having channel length L = 95 μm and channel width W = 1500 μm fabricated using Method 3. FIG. FIG. 16 shows a plot of drain current I D versus source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G.

도 17은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W = 1500 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다. 상기 도 17은 황화주석 채널의 경우 전류 변조 ION/IOFF및 포화 영역 이동율 μsat를 계산하는 데 사용되는, 일정한 VD= 85V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 17 shows device characteristics for spin-coated SnS 2 channels with channel length L = 95 μm and channel width W = 1500 μm fabricated using Method 3. FIG. FIG. 17 shows a plot of I D and I D 1/2 against V G at a constant V D = 85V, used to calculate current modulation I ON / I OFF and saturation region shift μ sat for tin sulfide channels. It is shown.

도 18은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W = 1000 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2- xSex채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다. 상기 도 18은 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 18 shows device characteristics for spin-coated SnS 2- x Se x channels with channel length L = 95 μm and channel width W = 1000 μm fabricated using Method 3. FIG. FIG. 18 shows a plot of drain current I D versus source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G.

도 19은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W =1000 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2- xSex채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다.FIG. 19 shows device characteristics for spin-coated SnS 2- x Se x channels with channel length L = 95 μm and channel width W = 1000 μm fabricated using Method 3. FIG.

도 20은 X-선 광방출 분광법(XPS) 결과를 도시한 것이다. Sn 원자가는 금속/칼코겐화물 비율에 따라 변화하는 것으로 나타난다. S/Sn 비율이 1.55 내지 2.02로 변함에 따라, Sn3d 코어 수준 결합 에너지(core level binding energy)는 Sn(II) 원자가의 감소 및 Sn(IV) 원자가의 증가에 상응하는 486.3 eV에서 487.2 eV로 이동한다. 불충분한 S 함량에 의해 성장한 막은 반도전 특성보다는 오히려 금속 특성을 갖는다.20 shows the results of X-ray light emission spectroscopy (XPS). Sn valence appears to change with the metal / chalcogenide ratio. As the S / Sn ratio varies from 1.55 to 2.02, the Sn3d core level binding energy shifts from 486.3 eV to 487.2 eV, corresponding to a decrease in Sn (II) valence and an increase in Sn (IV) valence. do. Films grown by insufficient S content have metallic properties rather than semiconducting properties.

분리된Separated 히드라지늄계Hydrazinium 전구물질로부터 막의 형성Formation of film from precursors

본 발명의 한 방법, 방법 3은 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질을 사용하여 금속 칼코겐화물의 박막을 증착시키는 방법에 관한 것이다.One method, method 3 of the present invention, relates to a method of depositing a thin film of metal chalcogenide using a separate hydrazinium precursor of the metal chalcogenide.

이 방법은This way

금속 칼코겐화물 또는 금속 칼코겐화물 혼합물의 분리된 히드라지늄계 전구물질 및 내부에 가용화 첨가제를 보유한 용매를 접촉시켜서 그 전구물질의 착물 용액을 형성시키는 단계;Contacting a separate hydrazinium precursor of the metal chalcogenide or metal chalcogenide mixture and a solvent having a solubilizing additive therein to form a complex solution of the precursor;

착물 용액을 기판 상에 도포하여 기판 상에 그 용액의 코팅을 생성시키는 단계;Applying the complex solution onto the substrate to produce a coating of the solution on the substrate;

코팅으로부터 용매를 제거하여 기판 상에 그 착물의 막을 생성시키는 단계; 및Removing the solvent from the coating to produce a film of the complex on the substrate; And

이후에는 착물 막을 어닐링 처리하여 착물을 분해함으로써 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계Thereafter, the complex film is annealed to decompose the complex to produce a metal chalcogenide film on the substrate.

를 포함한다.It includes.

금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질 및 내부에 가용화 첨가제를 보유한 용매를 접촉시키는 단계는 히드라진이 실질적으로 가용화 첨가제에 의해 치환되어 착물을 형성한 금속 칼코겐화물의 착물을 생성시킨다.Contacting the isolated hydrazinium precursor of the metal chalcogenide and the solvent with the solubilizing additive therein creates a complex of metal chalcogenide wherein the hydrazine is substantially replaced by the solubilizing additive to form a complex.

적합한 용매에는 물, 저급 알콜, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, n-부탄올, iso-부틸 알콜, sec-부틸 알콜, 시클로헥산올, 에테르, 예컨대 에틸 에테르, 디부틸 에테르, 에스테르, 예컨대 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 다른 용매, 예컨대 2개 내지 6개의 탄소 원자로 된 알킬렌글리콜, 4개 내지 6개의 탄소 원자로 된 디알킬렌 글리콜, 6개의 탄소 원자로 된 트리알킬렌 글리콜, 글림, 디글림, 트리글림, 프로필렌 글리콜 모노아세테이트, DMSO, DMF, DMA, HMPA 및 이들의 혼합물이 포함된다.Suitable solvents include water, lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, cyclohexanol, ethers such as ethyl ether, dibutyl ether, esters such as Ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, other solvents such as alkylene glycols of 2 to 6 carbon atoms, dialkylene glycols of 4 to 6 carbon atoms, trialkylene glycols of 6 carbon atoms, glim, Diglyme, triglyme, propylene glycol monoacetate, DMSO, DMF, DMA, HMPA and mixtures thereof.

가용화 첨가제는 1개 내지 10개의 탄소 원자로 된 지방족 아민, 4개 내지 10개의 탄소 원자로 된 방향족 아민, 2개 내지 6개의 탄소 원자로 된 아미노알콜 또는 이들의 혼합물일 수 있다.Solubilizing additives may be aliphatic amines of 1 to 10 carbon atoms, aromatic amines of 4 to 10 carbon atoms, aminoalcohols of 2 to 6 carbon atoms or mixtures thereof.

지방족 아민은 n-프로필아민, iso-프로필아민, n-부틸아민, sec-부틸아민, iso-부틸아민, 펜틸아민, n-헥실아민, 시클로헥실아민 및 펜에틸아민 중에서 선택되는 것이 바람직하고, 방향족 아민은 피리딘, 아닐린 또는 아미노톨루엔인 것이 바람직하다. 아미노알콜은 에탄올아민, 프로판올아민, 디에탄올아민, 디프로판올아민, 트리에탄올아민 및 트리프로판올아민 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 다른 아민도 사용할 수 있는데, 단 이러한 아민은 선택된 용매 중에서 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용해도를 촉진시켜야 한다.The aliphatic amine is preferably selected from n-propylamine, iso-propylamine, n-butylamine, sec-butylamine, iso-butylamine, pentylamine, n-hexylamine, cyclohexylamine and phenethylamine, The aromatic amine is preferably pyridine, aniline or aminotoluene. The aminoalcohol is preferably selected from ethanolamine, propanolamine, diethanolamine, dipropanolamine, triethanolamine and tripropanolamine. Other amines may also be used, provided that such amines promote the solubility of the hydrazinium precursors of the metal chalcogenide in the selected solvent.

히드라진계 전구물질의 막 증착은 용매 중의 분리된 히드라지늄계 전구물질의 용액을 사용하여 표준 용액계 기법으로 수행할 수 있다. 적합한 용액계 기법에는 상기 언급한 용액을 사용하는 스핀 코팅법, 스탬핑법, 프린팅법 또는 딥 코팅법이 포함된다. 용매를 제거한 후, 단시간 저온 어닐링 처리(전형적으로는 약 350℃ 미만의 온도에서 어닐링 처리)는 샘플로부터 히드라지늄 칼코겐화물 염을 분해하고, 형성되는 금속 칼코겐화물 막의 결정도를 개선시키기 위해서 수행한다.Film deposition of hydrazine-based precursors can be performed by standard solution-based techniques using a solution of separated hydrazinium-based precursors in a solvent. Suitable solution-based techniques include spin coating, stamping, printing or dip coating using the aforementioned solutions. After removing the solvent, a short, low temperature annealing treatment (typically annealing at a temperature below about 350 ° C.) is carried out to decompose the hydrazinium chalcogenide salt from the sample and to improve the crystallinity of the metal chalcogenide film formed. .

본 발명은 중간 온도/낮은 온도에서 높은 캐리어 이동율 및 저비용 공정처리를 동시에 부여하는 반도전 재료 및 공정처리 기술을, 전체적으로 플라스틱 상에 구성된, 가볍고, 가요성 있으며, 매우 큰 면적의 디스플레이 또는 전자기기를 비롯한 그러한 기술의 수 많은 새로운 용도에 제공한다.The present invention provides a lightweight, flexible, very large area display or electronic device, constructed entirely on plastic, with semiconducting materials and processing techniques that simultaneously impart high carrier mobility and low cost processing at medium / low temperatures. And many new uses for such technologies.

본 발명은 스핀 코팅된 반도체의 종래 예보다 더 높은 크기의 정도, 대략적으로 10 cm2/V-sec 만큼 높은 전계 효과 이동율을 지닌 고품질의 스핀-코팅된 초박막의 증착을 가능하게 한다.The present invention enables the deposition of high quality spin-coated ultrathin films having a field size transfer rate as high as orders of magnitude higher, approximately 10 cm 2 / V-sec, than conventional examples of spin coated semiconductors.

본 발명의 방법 3은 하기의 4 단계, 즉Method 3 of the present invention comprises the following four steps, namely

1. 금속 칼코겐화물 화합물의 히드라지늄 전구물질을 분리(합성)하는 단계;1. separating (synthesizing) the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide compound;

2. 적당하게 선택된 비히드라지늄계 용매 혼합물 중의 히드라지늄 전구물질의 용액을 형성시키는 단계;2. forming a solution of hydrazinium precursor in a suitably selected non-hydrazinium solvent mixture;

3. 스핀 코팅법, 스탬핑법 또는 프린팅법과 같은 기법을 이용하여 단계 2에서 설명한 용액 혼합물로부터 칼코겐화물 전구물질의 박막을 용액 공정처리하는 단계; 및3. solution processing the thin film of chalcogenide precursor from the solution mixture described in step 2 using techniques such as spin coating, stamping or printing; And

4. 달성된 열, 예를 들어 막을 열판 상에 또는 오븐 내에 배치하거나, 또는 레이저계 어닐링 처리를 이용함으로써 달성된 열을 이용하여 형성된 전구물질을 소정의 금속 칼코겐화물의 막으로 분해하는 단계4. Decomposing the precursor formed using the heat achieved, for example by placing the film on a hot plate or in an oven, or by using a laser based annealing treatment, into a film of the desired metal chalcogenide.

를 포함한다.It includes.

단계 3에서 용액 공정처리는 스핀 코팅에 의해 달성하는 것이 바람직하다.Solution processing in step 3 is preferably achieved by spin coating.

단계 4에서 막의 가열은 막을 함유하는 기판을 50℃ 내지 450℃로 설정된 온도의 열판 상에 0.5 분 내지 120 분의 시간 동안 배치함으로써 달성하는 것이 바람직하다.Heating of the film in step 4 is preferably achieved by placing the substrate containing the film on a hot plate at a temperature set at 50 ° C. to 450 ° C. for a time of 0.5 to 120 minutes.

단계 1에서 설명한 금속 칼코겐화물 화합물은 주요 금속 및 칼코겐을 포함하는 것이 바람직하다(예를 들면, SnS2, SnSe2, SnS2- xSex, In2Se3, GeSe2, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3).The metal chalcogenide compound described in step 1 preferably contains the main metal and chalcogen (eg, SnS 2 , SnSe 2 , SnS 2- x Se x , In 2 Se 3 , GeSe 2 , Sb 2 S 3 , Sb 2 Se 3 , Sb 2 Te 3 ).

단계 2의 비히드라진계 용매는 유기 아민(예, 프로필아민, 부틸아민, 펜에틸아민, 에틸렌디아민)을 포함하는 것이 바람직하다.The nonhydrazine solvent of step 2 preferably comprises an organic amine (eg, propylamine, butylamine, phenethylamine, ethylenediamine).

단계 2의 비드라진계 용매 혼합물은 형성된 금속 칼코겐화물 화학양론을 제어하고 막 형성을 개선시키기 위해서 유기 아민과 혼합된 과량의 칼코겐(S, Se, Te)을 포함하는 것이 바람직하다.The non-drazine-based solvent mixture of step 2 preferably contains excess chalcogen (S, Se, Te) mixed with organic amines to control the formed metal chalcogenide stoichiometry and improve film formation.

금속 칼코겐화물 막은 박막 형태로 존재하고, 이 박막은 약 5Å 내지 약 2,000Å의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 약 5Å 내지 약 1,000Å의 두께를 갖는 것이 보다 바람직하다.The metal chalcogenide film is in the form of a thin film, and the thin film preferably has a thickness of about 5 kPa to about 2,000 kPa, more preferably about 5 kPa to about 1,000 kPa.

금속 칼코겐화물 막은 반도체 디바이스내 콘택트들 사이의 치수와 동일하거나 또는 그 치수보다 더 큰 입자 크기를 갖는 다결정 금속 칼코겐화물을 포함할 수 있다. 그러나, 그 금속 칼코겐화물 막은 금속 칼코겐화물의 단결정을 포함할 수 있다.The metal chalcogenide film may comprise a polycrystalline metal chalcogenide having a particle size that is equal to or greater than the dimension between the contacts in the semiconductor device. However, the metal chalcogenide film may comprise a single crystal of metal chalcogenide.

어닐링 처리 단계는 금속 칼코겐화물 막을 생성시키기에 충분한 시간 동안 그리고 온도에서 수행한다. 온도는 약 250℃ 내지 약 500℃인 것이 바람직하다. 온또는 약 250℃ 내지 약 300℃인 것이 보다 바람직하다.The annealing treatment step is carried out for a time and at a temperature sufficient to produce a metal chalcogenide film. The temperature is preferably about 250 ° C to about 500 ° C. More preferably about 250 ° C to about 300 ° C.

이러한 기법을 이용하여, 3원 또는 그 이상 크기 시스템, 예컨대 (SnS2- xSex)은 또한 박막으로서 용이하게 형성될 수 있는데, 이는 증착된 재료의 밴드 갭에 대한 보다 세부적인 조절을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명은 주족 금속(예를 들면, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl) 칼코겐화물 박막을 형성시키는 데 가장 유리하게 이용할 수 있다.Using this technique, ternary or larger size systems, such as (SnS 2- x Se x ), can also be easily formed as thin films, which allows for more detailed control of the band gap of the deposited material. do. Accordingly, the present invention can be most advantageously used to form chalcogenide thin films of main group metals (eg, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl).

본 발명의 제1 입증예로서는 SnS2의 막을 증착하여 특성화한다. 이러한 경우, 금속 칼코겐화물 막은 다른 용액계 기법을 이용하여 동등하게 증착시킬 수 있긴 하지만 스핀 코팅법을 이용하여 증착시킬 수 있다.As a first demonstration of the present invention, a film of SnS 2 is deposited and characterized. In this case, the metal chalcogenide film can be deposited using spin coating, although it can be deposited equally using other solution-based techniques.

막 증착 후, 전형적으로 약 350℃ 미만의 온도에서 막의 저온 열 처리는 히드라진 및 히드라지늄 칼코겐화물, 그리고 이들 화합물의 분해 생성물을 손실시키고 이와 함께 소정의 금속 칼코겐화물의 결정질 막을 생성시킨다.After film deposition, the low temperature heat treatment of the film, typically at temperatures below about 350 ° C., results in the loss of hydrazine and hydrazium chalcogenides and degradation products of these compounds, together with the formation of crystalline films of certain metal chalcogenides.

본 발명의 방법 중 어느 것이든 임의의 방법에 의해 제조한 막은 기판으로부터 제거되어 그 기판의 분리된 막을 생성시킬 수 있다.In any of the methods of the present invention, the film produced by any method may be removed from the substrate to produce a separate film of the substrate.

기판은 다음과 같은 것들: 열적 안정성, 즉 약 300℃ 이상까지의 안정성, 금속 칼코겐화물에 대한 화학 불활성, 경성 또는 연성 중에서 선택된 하나 이상의 특성을 갖는 재료로부터 제작하는 것이 바람직하다. 기판의 적합한 예에는 캅톤, 폴리카르보네이트, 규소, 비정질 수소화 규소, 탄화규소(SiC), 이산화규소 (SiO2), 석영, 사파이어, 유리, 금속, 다이아몬드 유사 탄소, 수소화 다이아몬드 유사 탄소,질화갈륨, 비소화갈륨, 게르마늄, 규소-게르마늄, 산화인듐주석, 탄화붕소, 질화붕소, 질화규소(Si3N4), 알루미나(Al2O3), 산화세륨(IV)(CeO2), 산화주석(SnO2), 티탄산아연(ZnTiO2), 플라스틱 재료 또는 이들의 조합물이 포함된다. 금속 기판은 금속 호일, 예컨대 알루미늄 호일, 주석 호일, 스테인레스강 호일 또는 금 호일인 것이 바람직하고, 플라스틱 재료는 폴리카르보네이트, Mylar 또는 Kevlar인 것이 바람직하다.The substrate is preferably made from a material having one or more of the following properties: thermal stability, ie stability up to about 300 ° C. or higher, chemical inertness to metal chalcogenides, rigid or ductile. Suitable examples of substrates include captones, polycarbonates, silicon, amorphous silicon hydrides, silicon carbide (SiC), silicon dioxide (SiO 2 ), quartz, sapphire, glass, metals, diamond-like carbon, diamond-hydrogenated carbon, gallium nitride , Gallium arsenide, germanium, silicon-germanium, indium tin oxide, boron carbide, boron nitride, silicon nitride (Si 3 N 4 ), alumina (Al 2 O 3 ), cerium (IV) (CeO 2 ), tin oxide ( SnO 2 ), zinc titanate (ZnTiO 2 ), plastic materials or combinations thereof. The metal substrate is preferably a metal foil, such as aluminum foil, tin foil, stainless steel foil or gold foil, and the plastic material is preferably polycarbonate, Mylar or Kevlar.

본 명세서에 설명된 공정은, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT's), 발광 디바이스(LED's) 및 데이터 저장 매체를 비롯한 용도의 경우 반도체 막을 형성시킬 때 유용하다.The process described herein is useful when forming semiconductor films for applications including, for example, thin film transistors (TFT's), light emitting devices (LED's), and data storage media.

반도전 재료로서 잠재적으로 유용한 금속 칼코겐화물 시스템의 다수 예가 있다. 황화주석(IV), SnS2는 n-형 전도성, 광학 밴드 갭 ~2.1 eV 및 보고된 이동율 18 cm2/V-sec를 지닌, 태양 전지용 반도전 재료로서 상당한 관심을 불러 일으킨 한 후보물질이다[G. Domingo et al., Fundamental Optical Absorption in SnS2and SnSe2", Phys. Rev. 143, 536-541(1966)].There are many examples of metal chalcogenide systems that are potentially useful as semiconducting materials. Tin sulfide (IV), SnS 2 is a candidate material that has attracted considerable interest as a semiconducting material for solar cells, with n-type conductivity, optical band gap ˜2.1 eV and reported migration rate of 18 cm 2 / V-sec [ G. Domingo et al., Fundamental Optical Absorption in SnS 2 and SnSe 2 ", Phys. Rev. 143, 536-541 (1966)].

분리된Separated 히드라지늄계Hydrazinium 전구물질의 제조Manufacture of precursors

또한, 본 발명은 분리된 생성물로서 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 제조하는 제1 방법 및 제2 방법을 제공한다.The present invention also provides a first method and a second method of preparing hydrazinium precursors of metal chalcogenides as separated products.

히드라지늄계 전구물질을 제조하는 제1 방법은The first method of manufacturing hydrazinium precursors

하나 이상의 금속 칼코겐화물, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 히드라진 화합물 중의 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및At least one metal chalcogenide, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 wherein each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched Or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and optionally a hydrazine of the metal chalcogenide in the hydrazine compound by contacting an element chalcogen selected from S, Se, Te or a combination thereof. Producing a solution of an nium based precursor; And

금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계Separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product

를 포함한다.It includes.

상기 시스템에서 실시될 수 있는 가능한 메카니즘은 다음과 같다.Possible mechanisms that can be implemented in the system are as follows.

(1) N2H4+ 2X →N2(기체) + 2H2X(1) N 2 H 4 + 2X → N 2 (gas) + 2H 2 X

(2) 4N2H4+ 2H2X + 2MX2→4N2H5 ++ MX6 4-(용액 중에서)(2) 4N 2 H 4 + 2H 2 X + 2MX 2 → 4N 2 H 5 + + MX 6 4- (in solution)

상기 식 중에서, M은 금속이고, X는 S 또는 Se이다.Wherein M is a metal and X is S or Se.

히드라지늄계 전구물질을 제조하는 제2 방법은The second method of manufacturing hydrazinium precursors

하나 이상의 금속 칼코겐화물 및 화학식 NR5R6R7[식 중, 각각의 R5, R6및 R7은 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬 중에서 선택됨]로 표시되는 아민 화합물과 H2S, H2Se 또는 H2Te의 염을 접촉시켜서 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질을 생성시키는 단계;At least one metal chalcogenide and the formula NR 5 R 6 R 7 wherein each R 5 , R 6 and R 7 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic (C 3 to C 6 ) selected from alkyl] to contact the amine compound represented by the salt of H 2 S, H 2 Se or H 2 Te to generate an ammonium precursor of the metal chalcogenide;

금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 히드라진 화합물 중의 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및Ammonium-based precursors of metal chalcogenides, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear Selected from branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and the metal chalcogenide in the hydrazine compound by contacting an element chalcogen selected from S, Se, Te or a combination thereof. Generating a solution of a hydrazinium precursor; And

금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계Separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product

를 포함한다.It includes.

각각의 R5, R6및 R7은 독립적으로 수소, 아릴, 메틸 및 에틸일 수 있는 것이 바람직하다. R5, R6및 R7은 모두 수소인 것이 바람직하다.It is preferred that each R 5 , R 6 and R 7 can be independently hydrogen, aryl, methyl and ethyl. It is preferable that all of R 5 , R 6 and R 7 are hydrogen.

이 방법에서, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸 또는 에틸인 것이 바람직하다. 히드라진 화합물은 히드라진, 즉 R1, R2, R2및 R4가 모두 수소인 경우의 화합물, 메틸히드라진 또는 1,1- 디메틸히드라진인 것이 특히 바람직하다.In this method, each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl or ethyl. The hydrazine compound is particularly preferably a hydrazine, i.e., a compound when R 1 , R 2 , R 2 and R 4 are all hydrogen, methylhydrazine or 1,1-dimethylhydrazine.

아민 화합물은 NH3, CH3NH2, CH3CH2NH2, CH3CH2CH2NH2, (CH3)2CHNH2, CH3CH2CH2CH2CH2NH2, 펜에틸아민, 2-플루오로펜에틸아민, 2-클로로펜에틸아민, 2-브로모펜에틸아민, 3-플루오로펜에틸아민, 3-클로로펜에틸아민, 3-브로모펜에틸아민,4-플루오로펜에틸아민, 4-클로로펜에틸아민, 4-브로모펜에틸아민, 2,3,4,5,6-펜타플루오로펜에틸아민 또는 이들의 조합물인 것이 바람직하다.The amine compound is NH 3 , CH 3 NH 2 , CH 3 CH 2 NH 2 , CH 3 CH 2 CH 2 NH 2 , (CH 3 ) 2 CHNH 2 , CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 , phenethyl Amine, 2-fluorophenethylamine, 2-chlorophenethylamine, 2-bromophenethylamine, 3-fluorophenethylamine, 3-chlorophenethylamine, 3-bromophenethylamine, 4-fluoro Phenethylamine, 4-chlorophenethylamine, 4-bromophenethylamine, 2,3,4,5,6-pentafluorophenethylamine or a combination thereof is preferred.

암모늄계 금속 칼코겐화물 전구물질은 고려 대상인 금속 칼코겐화물에 따라 다양한 기법으로 제조할 수 있다. 그러한 기법의 예에는 암모늄 칼코겐화물 수용액 중에 금속 칼코겐화물을 단순 용해시키고, 이어서 젼헝적으로 실온에서 용액을 증발시키는 기법, 솔보써말(solvothermal) 기법 및 고온에서 고체 상태 경로에 의한 기법이 포함된다. 일반적인 용매 중에 실질적으로 용해 가능하지 않은 대부분의 금속 칼코겐화물과 대조적으로, 암모늄 염은 암모니아의 격렬한 발생 및 금속 칼코겐화물의 히드라지늄 염의 형성과 함께 히드라진 중에 고도로 용해 가능할 수 있다[L.F. Audrieth et al., "The Chemistry of Hydrazine", John Wiley & Sons, New York, 200(1951)]. 예를 들면, 암모늄계 SnS2전구물질의 용해도는 히드라진 1 리터 당 200 g을 초과한다.Ammonium-based metal chalcogenide precursors can be prepared by a variety of techniques depending on the metal chalcogenide under consideration. Examples of such techniques include the simple dissolution of metal chalcogenides in an aqueous ammonium chalcogenide solution, followed by the conventional evaporation of the solution at room temperature, the solvothermal technique, and the technique by the solid state route at high temperatures. . In contrast to most metal chalcogenides that are substantially insoluble in common solvents, ammonium salts may be highly soluble in hydrazine with the violent generation of ammonia and the formation of hydrazinium salts of metal chalcogenides [LF Audrieth et al. , "The Chemistry of Hydrazine", John Wiley & Sons, New York, 200 (1951). For example, the solubility of ammonium-based SnS 2 precursors exceeds 200 g per liter of hydrazine.

본 발명의 제1 방법 및 제2 방법으로부터 실질적으로 순수한 생성물로서 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 분리하는 단계는 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 임의의 적합한 방법 또는 절차에 의해 달성할 수 있다. 그러한 적합한 방법에는 다음과 같은 방법들, 즉Separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product from the first and second methods of the present invention may be accomplished by any suitable method or procedure known to those skilled in the art. have. Such suitable methods include the following methods, namely

1. 용매를 증발시켜서 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 고체로서 생성시키는 방법;1. A method of evaporating a solvent to produce hydrazinium precursors of metal chalcogenides as substantially pure solids;

2. 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질이 보다 덜 용해성이거나, 또는실질적으로 불용성인 용매를 첨가하여 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 침전시키고, 이어서 그 침전물을 여과시키는 방법; 및2. a method in which the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide is less soluble or substantially insoluble with the addition of a solvent to precipitate the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide and then the precipitate is filtered; And

3. 반응 혼합물을 냉각시켜서 그 반응 혼합물로부터 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 침전시키고, 이어서 그 침전물을 여과시키는 방법3. A method in which the reaction mixture is cooled to precipitate a hydrazinium precursor of a metal chalcogenide from the reaction mixture, and then the precipitate is filtered.

이 포함되지만, 이에 국한되는 것이 아니다.This includes, but is not limited to.

금속 칼코겐화물 구조를 용해시키는 히드라진 부위가 단지 약하게 금속 칼코겐화물 골격과 상호작용하기 때문에, 그러한 부위는 저온에서 전구물질로부터 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 출발 물질이 모두 (할로겐화물 또는 산화물이 아닌) 칼코겐화물이므로, 이들 원소의 불순물은 최종 막에 존재하지 않게 된다.Since the hydrazine sites that dissolve the metal chalcogenide structure only weakly interact with the metal chalcogenide backbone, such sites can be easily removed from the precursor at low temperatures. In addition, since the starting materials are all chalcogenides (not halides or oxides), impurities of these elements are not present in the final film.

본 발명은 특정한 금속 황화물 및 셀렌화물(황화아연, 셀렌화구리, 은-도핑 처리된 황화아연, 구리-도핑 처리된 황화아연카드뮴)의 침전에 사용되는 용매로서 히드라진 수화물의 초기 개시된 용도와는 명백히 구별된다[발명의 명칭이 "Preparation of Sulfides and Selenides"인 미국 특허 제6,379,585호(Vecht et al.에게 양도됨) 참조]. 이러한 종래 연구의 경우에서, (항상 물 뿐만 아니라 히드라진을 포함하는) 용매는 일반적으로 추가 용액계 공정처리를 위한 금속 칼코겐화물의 용해보다 오히려 전이 금속 칼코겐화물의 침전을 가능하게 한다.The present invention is apparent from the initial disclosed use of hydrazine hydrates as solvents for the precipitation of certain metal sulfides and selenides (zinc sulfide, copper selenide, silver-doped zinc sulfide, copper-doped zinc cadmium sulfide). Are distinguished (see US Pat. No. 6,379,585, assigned to Vecht et al., Entitled "Preparation of Sulfides and Selenides"). In the case of this prior study, solvents (always comprising water as well as hydrazine) generally allow for precipitation of transition metal chalcogenides rather than dissolution of metal chalcogenides for further solution-based processing.

본 발명의 기법은 히드라진의 사용에 국한되는 것이 아니다, 또한, 히드라진 유사 용매, 예컨대 1,1-디메틸-히드라진 및 메틸히드라진, 또는 히드라진 유사 용매와 물, 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴 및 N,N-디메틸포름아미드를 비롯한 다른 용매와의 혼합물도 사용할 수 있다.The technique of the present invention is not limited to the use of hydrazines, but also hydrazine-like solvents such as 1,1-dimethyl-hydrazine and methylhydrazine, or hydrazine-like solvents and water, methanol, ethanol, acetonitrile and N, N- Mixtures with other solvents can also be used, including dimethylformamide.

칼코겐화물은 S, Se, Te 또는 이들의 조합물과 같은 원소 칼코겐을 더 포함할 수 있다.The chalcogenide may further comprise elemental chalcogens such as S, Se, Te or combinations thereof.

히드라지늄계 전구물질, 즉 히드라지늄 금속 칼코겐화물은 하기 화학식으로 표시된다:Hydrazinium based precursors, ie hydrazium metal chalcogenides, are represented by the formula:

MzXq(R1R2N-NHR3R4)2q- nz(R1R2N-NR3R4)m M z X q (R 1 R 2 N-NHR 3 R 4 ) 2q- nz (R 1 R 2 N-NR 3 R 4 ) m

상기 식 중에서,In the above formula,

M은 원자가 n을 갖는 주족 금속이고, n은 1 내지 6의 정수이며;M is a main group metal having valency n, n is an integer from 1 to 6;

X는 칼코겐이고;X is a chalcogen;

z는 1 내지 10의 정수이며;z is an integer from 1 to 10;

q는 1 내지 30의 정수이고;q is an integer from 1 to 30;

m은 1 내지 30.5이며;m is 1 to 30.5;

각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3-C6)알킬 중에서 선택된다.Each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently selected from hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl.

금속 칼코겐화물은 금속, 예컨대 Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl 또는 이들의 조합물 및 칼코겐, 예컨대 S, Se, Te 또는 이들의 조합물을 포함한다.Metal chalcogenides include metals such as Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl or combinations thereof and chalcogens such as S, Se, Te or combinations thereof.

한 실시양태에서, 금속 칼코겐화물은 화학식 MX 또는 MX2로 표시할 수 있으며, 상기 식 중 M은 금속, 예컨대 Ge, Sn, Pb 또는 이들의 조합물이고, X는 칼코겐, 예컨대 S, Se, Te 또는 이들의 조합물이다.In one embodiment, the metal chalcogenide can be represented by the formula MX or MX 2 , wherein M is a metal, such as Ge, Sn, Pb, or a combination thereof, and X is a chalcogen such as S, Se , Te or a combination thereof.

또다른 실시양태에서, 금속 칼코겐화물은 화학식 M2X3으로 표시할 수 있으며, 상기 식 중 M은 금속, 예컨대 Sb, Bi, Ga, In 또는 이들의 조합물이고, X는 칼코겐, S, Se, Te 또는 이들의 조합물이다.In another embodiment, the metal chalcogenide can be represented by the formula M 2 X 3 , where M is a metal, such as Sb, Bi, Ga, In, or a combination thereof, and X is a chalcogen, S , Se, Te or a combination thereof.

또다른 실시양태에서, 금속 칼코겐화물은 화학식 M2X로 표시할 수 있으며, 상기 식 중 M은 Tl이고, X는 칼코겐, 예컨대 S, Se, Te 또는 이들의 조합물이다.In another embodiment, the metal chalcogenide can be represented by the formula M 2 X, wherein M is Tl and X is a chalcogen such as S, Se, Te or a combination thereof.

금속은 Sn 또는 Sb이고, 칼코겐은 S 또는 Se인 것이 바람직하다.It is preferable that the metal is Sn or Sb, and the chalcogen is S or Se.

그러한 칼코겐화물 시스템의 예에는 SnS2및 SnSe2를 포함하는 화학식 Sn(S2-xSex)(식 중, x는 0 내지 2임)이 포함된다.Examples of such chalcogenide systems include the formula Sn (S 2-x Se x ), wherein Sn is 0 to 2, including SnS 2 and SnSe 2 .

박막pellicle 전계Electric field 효과 트랜지스터Effect transistor 디바이스device

또한, 본 발명은 상기 설명한 4 단계 접근법을 이용하여 증착한 반도전 채널 층을 구비한 개선된 박막 전계 효과 트랜지스터(TFT) 디바이스를 제공한다.The present invention also provides an improved thin film field effect transistor (TFT) device having a semiconducting channel layer deposited using the four step approach described above.

본 발명에 따라 제조된 그러한 디바이스는 n-형 용액 공정처리된 디바이스의 경우 현재 보고된 가장 높은 이동율을 생성시킨다. 또한, 디바이스 특징은 문헌[B.A. Ridley et al., "All-Inorganic Field Effect Transistors Fabricated by Printing", Science 286, 746-749(1999)]에 보고된 것보다 더 우수하게 행동하며, 상기 문헌에서 CdSe 반도전 막은 유기 유도된 CdSe 나노결정을 사용하여 형성된 용해성 금속 칼코겐화물 전구물질을 사용하여 인쇄한 것이다.Such devices made in accordance with the present invention produce the highest rates of migration currently reported for n-type solution processed devices. Device features are also described in B.A. Ridley et al., “All-Inorganic Field Effect Transistors Fabricated by Printing”, Science 286, 746-749 (1999), perform better than CdSe semiconducting membranes in which the organically induced CdSe nano Printed using soluble metal chalcogenide precursors formed using crystals.

따라서, 본 발명은 본 발명에 따른 분리된 히드라지늄계 전구물질을 사용하는 방법을 이용하여 용액 공정처리된 칼코겐화물 채널 층을 기초로 한 개선된 전계효과 트랜지스터를 포함한다. 이 전계 효과 트랜지스터는 능동 반도체 층으로서 금속 칼코겐화물 반도전 재료의 막을 보유하는 박막 전계 효과 트랜지스터(FET) 디바이스이다.Accordingly, the present invention includes an improved field effect transistor based on a chalcogenide channel layer that has been solution processed using the method of using the isolated hydrazinium precursors according to the present invention. This field effect transistor is a thin film field effect transistor (FET) device that holds a film of a metal chalcogenide semiconducting material as an active semiconductor layer.

본 발명은 소스 영역과 드레인 영역, 이 소스 영역과 드레인 영역 사이에서 연장되고 반도전 재료를 포함하는 채널 층, 이 채널 층에 인접하게 공간 이격되도록 배치된 게이트 영역, 이 게이트 영역과 소스 영역, 드레인 영역 및 채널 층 사이의 전기 절연 층을 보유하는 유형의 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은The present invention relates to a source region and a drain region, a channel layer extending between the source region and the drain region and comprising a semiconductive material, a gate region disposed to be spaced apart adjacent to the channel layer, the gate region and the source region, the drain. A method of manufacturing a field effect transistor of a type having an electrically insulating layer between a region and a channel layer, the method comprising

금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질 및 내부에 가용화 첨가제를 보유한 용매를 접촉시켜서 그 전구물질의 착물 용액을 형성시키는 단계, 착물 용액을 기판 상에 도포하여 기판 상에 그 용액의 코팅을 형성시키는 단계, 코팅으로부터 용매를 제거하여 기판 상에 그 착물의 막을 생성시키는 단계, 및 이후 착물 막을 어닐링 처리하여 착물을 분해함으로써 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조한 금속 칼코겐화물 반도전 재료의 막을 포함하는 채널 층을 제조하는 단계를 포함한다.Contacting the isolated hydrazinium precursor of the metal chalcogenide and a solvent having a solubilizing additive therein to form a complex solution of the precursor, applying the complex solution onto the substrate to coat the solution on the substrate. Forming, removing the solvent from the coating to produce a film of the complex on the substrate, and then annealing the complex film to decompose the complex to produce a metal chalcogenide film on the substrate. Preparing a channel layer comprising a film of a metal chalcogenide semiconducting material.

한 실시양태에서, 예를 들어 내용이 본 명세서에 참고 인용되어 있는 미국 특허 제6,180,956호의 도 4에서 도시한 바와 같이, 소스 영역, 채널 층 및 드레인 영역은 기판의 표면 상에 배치하고, 전기 절연 층은 채널 층 위로 배치하며 소스 영역에서 드레인 영역으로 연장하고, 게이트 영역은 전기 절연 층 위로 배치하는 것이 바람직하다.In one embodiment, as shown, for example, in FIG. 4 of US Pat. No. 6,180,956, the content of which is incorporated herein by reference, the source region, the channel layer, and the drain region are disposed on the surface of the substrate, and the electrically insulating layer Is disposed over the channel layer and extends from the source region to the drain region and the gate region over the electrically insulating layer.

또다른 실시양태에서, 예를 들어 앞에서 인용된 미국 특허 제6,180,956호의 도 3에서 도시한 바와 같이, 게이트 영역은 기판의 표면 상에 게이트 층으로서 배치하고, 전기 절연 층은 게이트 층 위에 배치하며, 소스 영역, 채널 층 및 드레인 영역은 전기 절연 층 위에 배치한다.In another embodiment, for example, as shown in FIG. 3 of US Pat. No. 6,180,956, cited above, the gate region is disposed as a gate layer on the surface of the substrate, the electrically insulating layer is disposed over the gate layer, and the source The region, channel layer and drain region are disposed over the electrically insulating layer.

금속 칼코겐화물 반도전 재료는 박막의 형태로 존재하며, 여기서 금속 칼코겐화물 반도전 재료는 반도전 디바이스내 콘택트들 간의 치수와 동일하거나, 그 치수보다 큰 입자 크기를 갖는 다결정질 재료이다. 따라서, 본 발명은 상기 언급한 방법으로 제조한 개선된 전계 효과 트랜지스터를 제공할 수 있다.The metal chalcogenide semiconducting material is in the form of a thin film, where the metal chalcogenide semiconducting material is a polycrystalline material having a particle size that is equal to or greater than the dimensions between the contacts in the semiconducting device. Thus, the present invention can provide an improved field effect transistor manufactured by the above-mentioned method.

히드라지늄계Hydrazinium 전구물질을 분리하는Separating precursors 일 없이Without work 처리한 막의 형성Formation of treated membrane

또한, 본 발명은 히드라진(또는 다른 히드라진 유사 용매)/칼코겐화물 혼합물을 금속 칼코겐화물 또는 금속 칼코겐화물의 혼합물을 위한 용매로서 사용하는 것을 포함하여 금속 칼코겐화물의 박막을 증착시키는 대체 방법(방법 1)을 제공한다. 이 방법에서는 히드라지늄계 전구물질을 분리하지 않는다. 히드라지늄계 전구물질의 막 증착은 상기 언급한 용액을 사용하여 스핀 코팅법, 스탬핑법, 프린팅법 또는 딥 코팅법을 비롯한 표준 용매계 기법으로 수행한다. 이후, 짧은 저온 어닐링 처리(전형적으로, 약 350℃ 미만의 온도에서의 어닐링 처리)는 샘플로부터 과량의 히드라진 및 히드라지늄 칼코겐화물 염을 제거하고 형성되는 금속 칼코겐화물 막의 결정화도를 개선시키기 위해서 수행한다.The present invention also provides an alternative method for depositing a thin film of metal chalcogenide, including using a hydrazine (or other hydrazine like solvent) / chalcogenide mixture as a solvent for the metal chalcogenide or mixture of metal chalcogenides. Provide (method 1). This method does not separate hydrazinium precursors. Film deposition of hydrazinium precursors is carried out using standard solvent-based techniques, including spin coating, stamping, printing or dip coating, using the solutions mentioned above. A short low temperature annealing treatment (typically annealing at temperatures below about 350 ° C.) is then performed to remove excess hydrazine and hydrazinium chalcogenide salts from the sample and to improve the crystallinity of the formed metal chalcogenide film. do.

히드라지늄계 전구물질을 분리하지 않은 방법 1은Method 1 did not isolate the hydrazinium precursor

하나 이상의 금속 칼코겐화물, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸이거나, 또는 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬임]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 원소 칼코겐, 예컨대 S, Se, Te 또는 이들의 조합물을 접촉시켜서 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계;At least one metal chalcogenide, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl, or linear, Branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and hydrazinium precursors of metal chalcogenides, optionally by contacting elemental chalcogens such as S, Se, Te or combinations thereof Creating a solution of the substance;

금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 기판 상에 도포하여 그 전구물질의 막을 생성시키는 단계; 및Applying a solution of a hydrazinium precursor of a metal chalcogenide onto a substrate to produce a film of the precursor; And

이후 전구물질 막을 어닐링 처리하여 과량의 히드라진 및 히드라지늄 칼코겐화물 염을 제거함으로써 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계Annealing the precursor film to remove excess hydrazine and hydrazium chalcogenide salts to produce a metal chalcogenide film on the substrate.

를 포함한다.It includes.

또한, 본 발명은 (1) 용해 가능한 암모늄계 전구물질을 합성하는 단계; (2) 전구물질에 대한 용매로서 히드라진을 사용하는 단계; (3) (상기 언급된) 표준 용액계 기법을 이용하여 막을 증착시키는 단계; 및 (4) 저온 어닐링 처리 단계를 수반하여 금속 칼코겐화물의 박막을 증착시키는 또다른 방법(방법 2)을 제공한다. 어닐링 처리 단계는 약 실온 내지 약 500℃의 온도에서 수행할 수 있지만, 전형적으로 상기 어닐링 처리 온도는 약 250℃ 내지 약 350℃의 온도에서 수행한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) synthesizing a soluble ammonium precursor; (2) using hydrazine as a solvent for the precursor; (3) depositing the film using standard solution-based techniques (mentioned above); And (4) another method (method 2) of depositing a thin film of metal chalcogenide with a low temperature annealing treatment step. The annealing treatment step may be performed at a temperature of about room temperature to about 500 ° C., but typically the annealing temperature is performed at a temperature of about 250 ° C. to about 350 ° C.

히드라지늄계 전구물질을 분리하지 않은 방법 2는 방법 1과 유시하지만, 단 칼코겐화물과 아민이 먼저 접촉하게 되어 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질을 생성하고, 이어서 그 전구물질이 히드라진 화합물 및 임의로 원소 칼코겐과 접촉하게 된다는 점을 예외로 한다. 상기 방법 2는Method 2, which does not isolate the hydrazinium precursor, is similar to Method 1, except that the chalcogenide and the amine are brought into contact first to form an ammonium precursor of the metal chalcogenide, which is then used as the hydrazine compound and The exception is that it is optionally in contact with the element chalcogen. Method 2 is

하나 이상의 금속 칼코겐화물 및 화학식 NR5R6R7[식 중, 각각의 R5, R6및 R7은 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸이거나, 또는 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬임]로 표시되는 아민 화합물과 H2S, H2Se 또는 H2Te의 염을 접촉시켜서 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질을 생성시키는 단계;One or more metal chalcogenides and the formula NR 5 R 6 R 7 wherein each R 5 , R 6 and R 7 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl, or linear, branched or cyclic (C 3 to C 6 ) alkyl] to contact an amine compound represented by H 2 S, H 2 Se or H 2 Te with a salt to generate an ammonium precursor of the metal chalcogenide;

금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸이거나, 또는 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬임]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 원소 칼코겐, 예컨대 S, Se, Te 또는 이들의 조합물을 접촉시켜서 히드라진 화합물 중의 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계;Ammonium-based precursors of metal chalcogenides, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl, or Or linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and the metal chalcogen in the hydrazine compound, optionally by contacting an elemental chalcogen such as S, Se, Te or a combination thereof. Producing a solution of a hydrazinium precursor of the cargo;

금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 기판 상에 도포하여 그 전구물질의 막을 생성시키는 단계; 및Applying a solution of a hydrazinium precursor of a metal chalcogenide onto a substrate to produce a film of the precursor; And

이후 전구물질 막을 어닐링 처리하여 과량의 히드라진 및 히드라지늄 칼코겐화물 염을 제거함으로써 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계Annealing the precursor film to remove excess hydrazine and hydrazium chalcogenide salts to produce a metal chalcogenide film on the substrate.

를 포함한다.It includes.

도면에 관한 설명은 다음과 같이 할 수 있다.Description of the drawings can be performed as follows.

도 1은 SnS2, S 및 히드라진으로부터 합성하고, 유동한 질소 중에서 2℃/분으로 800℃까지 운전하여 얻은 히드라지늄 황화주석(IV) 전구물질의 열중량측정 분석(TGA) 스캔을 도시한 것이다.1 shows thermogravimetric analysis (TGA) scans of hydrazinium tin sulfide (IV) precursors synthesized from SnS 2 , S and hydrazine and operated at 800 ° C. at 2 ° C./min in flowing nitrogen. .

도 2는 스핀 코팅법을 이용하여 방법 1로 증착하고 10 분 동안 300℃에서 어닐링 처리한 황화주석(IV) 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다. 계산된 c-축 파라미터는 5.98Å이며, SnS2에 대하여 공개된 벌크 샘플 값, 5.90Å[B.Palosz et al., J. Appl. Crystallogr. 22, 622(1989)]와 일치한다.FIG. 2 shows the X-ray diffraction pattern of a tin sulfide (IV) film deposited by Method 1 using spin coating and annealed at 300 ° C. for 10 minutes. The calculated c-axis parameter is 5.98 μs, the published bulk sample value for SnS 2 , 5.90 μs [B. Palosz et al., J. Appl. Crystallogr. 22, 622 (1989).

도 3은 히드라지늄 양이온 및 중성 히드라진 분자로 교차하는 Sn2Se6 4-이량체를 포함하는 (N2H4)3(N2H5)4Sn2Se6의 X-선 결정 구조를 도시한 것이다.FIG. 3 shows the X-ray crystal structure of (N 2 H 4 ) 3 (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 Se 6 containing Sn 2 Se 6 4- dimer intersecting with hydrazinium cation and neutral hydrazine molecule It is.

도 4는 스핀 코팅법을 이용하여 방법 1로 증착하고 (a) 225℃, (2) 250℃, (3) 275℃, (4) 300℃에서 어닐링 처리한 셀렌화주석(IV) 전구물질 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다. 이 막은 증가하는 어닐링 처리 온도에 따라 증가하는 결정도 뿐만 아니라 실질적인 c-축 바람직한 배향을 나타낸다. 300℃ 막을 이용하여 계산한 c-축 파라미터는 6.13Å이고, SnSe2에 대하여 공개된 벌크 샘플 값과 일치한다.FIG. 4 shows a tin selenide (IV) precursor film deposited by Method 1 using spin coating and annealed at (a) 225 ° C., (2) 250 ° C., (3) 275 ° C., and (4) 300 ° C. FIG. X-ray diffraction pattern is shown. This film exhibits substantial c-axis preferred orientation as well as increasing crystallinity with increasing annealing treatment temperature. The c-axis parameter calculated using a 300 ° C. membrane is 6.13 Hz and is consistent with the published bulk sample values for SnSe 2 .

도 5는 유동하는 질소 중에서 2℃/분으로 800℃까지 운전하여 얻은 암모늄 황화주석(IV) 전구물질, (NH4)xSnSy의 열중량측정 분석(TGA) 스캔을 도시한 것이다.FIG. 5 shows a thermogravimetric analysis (TGA) scan of ammonium tin sulfide (IV) precursor, (NH 4 ) x SnS y , obtained by operating up to 800 ° C. at 2 ° C./min in flowing nitrogen.

도 6은 스핀 코팅법을 이용하여 방법 2로 증착하고 (a) 어닐링 미처리 온도, (b) 140℃, (c) 200℃, (d) 250℃, (e) 325℃, (f) 400℃에서 어닐링 처리한황화주석(IV) 전구물질 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다. 이 막은 증가하는 어닐링 처리 온도에 따라 증가하는 결정도 뿐만 아니라 실질적인 c-축 바람직한 배향을 나타낸다. 400℃ 막을 이용하여 계산한 c-축 파라미터는 5.95Å이고, SnSe2에 대하여 공개된 벌크 샘플 값, 5.90Å[B.Palosz et al., J. Appl. Crystallogr. 22, 622(1989)]과 일치한다.6 is deposited by Method 2 using a spin coating method (a) unannealed temperature, (b) 140 ° C, (c) 200 ° C, (d) 250 ° C, (e) 325 ° C, (f) 400 ° C X-ray diffraction pattern of an annealed tin sulfide (IV) precursor film at. This film exhibits substantial c-axis preferred orientation as well as increasing crystallinity with increasing annealing treatment temperature. The c-axis parameter calculated using a 400 ° C. membrane is 5.95 μs and the published bulk sample value for SnSe 2 , 5.90 μs [B. Palosz et al., J. Appl. Crystallogr. 22, 622 (1989).

도 7은 스핀 코팅법을 이용하여 방법 2로 증착하고 (a) 250℃ 및 (b) 325℃에서 어닐링 처리한 황화안티몬(III) 전구물질 막의 X-선 회절 패턴을 도시한 것이다. Sb2S3에 대하여 공개된 구조 보고서를 기초로 한 반사 지수가 도면에 제시되어 있다[D. Nodland et al., North Dakota State University, Fargo, ND, USA, ICDD Grant-in-Aid(1990)].FIG. 7 shows the X-ray diffraction pattern of an antimony (III) sulfide precursor film deposited by Method 2 using spin coating and annealed at (a) 250 ° C. and (b) 325 ° C. FIG. Reflectance indices based on published structural reports for Sb 2 S 3 are shown in the figures [D. Nodland et al., North Dakota State University, Fargo, ND, USA, ICDD Grant-in-Aid (1990)].

도 8은 스핀 코팅된 금속 칼코겐화물 반도체를 채널 재료로서 사용하는 TFT 디바이스 구조의 개략적인 디아그램이다.8 is a schematic diagram of a TFT device structure using spin coated metal chalcogenide semiconductor as channel material.

도 9는 방법 1을 이용하여 제작한, 길이 L = 25 ㎛ 및 폭 = 1500 ㎛인 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 전류 변조 ION/IOFF및 포화 영역 전계 효과 이동율 μ을 계산하는 데 이용되는 일정한 VD= 100 V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 9 calculates current modulation I ON / I OFF and saturation region field effect transfer rate μ for TFTs with spin coated SnS 2 channels having length L = 25 μm and width = 1500 μm fabricated using Method 1 Plots of I D and I D 1/2 against V G at a constant V D = 100 V used to plot.

도 10은 방법 1을 이용하여 제작한, 길이 L = 25 ㎛ 및 폭 W = 1500 ㎛인 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다. 게이트 유전체는 3000Å SiO2이다.FIG. 10 shows the source-drain voltage V D as a function of the gate voltage V G for a TFT having a spin coated SnS 2 channel having length L = 25 μm and width W = 1500 μm fabricated using Method 1; Plot of drain current I D is shown. The gate dielectric is 3000 kV SiO 2 .

도 11은 방법 2를 이용하여 제작한, 길이 L = 25 ㎛ 및 폭 = 1500 ㎛인 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 전류 변조 ION/IOFF및 포화 영역 전계 효과 이동율 μ을 계산하는 데 이용되는 일정한 VD= 100 V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다. 게이트 유전체는 3000Å SiO2이다.FIG. 11 calculates current modulation I ON / I OFF and saturation region field effect transfer rate μ for TFTs with spin coated SnS 2 channels having length L = 25 μm and width = 1500 μm fabricated using Method 2 Plots of I D and I D 1/2 against V G at a constant V D = 100 V used to plot. The gate dielectric is 3000 kV SiO 2 .

도 12은 방법 2를 이용하여 제작한, 길이 L = 25 ㎛ 및 폭 = 1500 ㎛인 스핀 코팅된 SnS2채널을 구비한 TFT의 경우 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다. 게이트 유전체는 3000Å SiO2이다.FIG. 12 shows the drain for source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G for a TFT with spin coated SnS 2 channel having length L = 25 μm and width = 1500 μm fabricated using Method 2. Plot of the current I D is shown. The gate dielectric is 3000 kV SiO 2 .

도 13은 방법 2를 이용하여 제작한, 길이 L = 25 ㎛ 및 폭 = 1500 ㎛인 스핀 코팅된 SnSe2- xSx채널을 구비한 TFT의 경우 전류 변조 ION/IOFF및 포화 영역 전계 효과 이동율 μ을 계산하는 데 이용되는 일정한 VD= 100 V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다. 게이트 유전체는 3000Å SiO2이다.FIG. 13 shows current modulation I ON / I OFF and saturation region field effects for a TFT with spin coated SnSe 2- x S x channels fabricated using Method 2, length L = 25 μm and width = 1500 μm. Plots of I D and I D 1/2 against V G at a constant V D = 100 V used to calculate the transfer rate μ. The gate dielectric is 3000 kV SiO 2 .

도 14은 방법 2를 이용하여 제작한, 길이 L = 25 ㎛ 및 폭 = 1500 ㎛인 스핀 코팅된 SnSe2- xSx채널을 구비한 TFT의 경우 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다. 게이트 유전체는 3000Å SiO2이다.FIG. 14 shows the source-drain voltage V as a function of gate voltage V G for a TFT with spin coated SnSe 2- x S x channel fabricated using Method 2 and having length L = 25 μm and width = 1500 μm. It shows a plot of the drain current I D for D. The gate dielectric is 3000 kV SiO 2 .

도 15는 단결정 X선 회절을 이용하여 결정한 히드라지늄 전구물질, (N2H5)4Sn2S6의 결정 구조를 도시한 것이다. 수소 원자는 선명성을 위해 제거한다. (점선으로 윤곽이 그려진) 단위 셀: 사방정계(P 212121), a = 8.5220(5) A, b = 13.6991(8) A, c = 14.4102(9) A, V = 1682.301 A3, 및 Z = 4.FIG. 15 shows the crystal structure of hydrazium precursor, (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 6 , determined using single crystal X-ray diffraction. Hydrogen atoms are removed for clarity. Unit cell (contoured by dashed lines): Rhombic (P 2 1 2 1 2 1 ), a = 8.5220 (5) A, b = 13.6991 (8) A, c = 14.4102 (9) A, V = 1682.301 A 3 , and Z = 4.

도 16은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W = 1500 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다. 게이트 유전체는 2500Å SiO2이다. 도 16은 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 16 shows device features for spin-coated SnS 2 channels having channel length L = 95 μm and channel width W = 1500 μm fabricated using Method 3. FIG. The gate dielectric is 2500 kV SiO 2 . FIG. 16 shows a plot of drain current I D versus source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G.

도 17은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W = 1500 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다. 게이트 유전체는 2500Å SiO2이다. 도 17은 황화주석 채널의 경우 전류 변조 ION/IOFF및 포화 영역 이동율 μsat를 계산하는 데 사용되는, 일정한 VD= 85V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 17 shows device characteristics for spin-coated SnS 2 channels with channel length L = 95 μm and channel width W = 1500 μm fabricated using Method 3. FIG. The gate dielectric is 2500 kV SiO 2 . FIG. 17 shows a plot of I D and I D 1/2 for V G at a constant V D = 85 V used to calculate current modulation I ON / I OFF and saturation region shift μ sat for tin sulfide channels. It is.

도 18은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W = 1000 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2- xSex채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다. 게이트 유전체는 2500Å SiO2이다. 도 18은 게이트 전압 VG의 함수로서 소스-드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 18 shows device characteristics for spin-coated SnS 2- x Se x channels with channel length L = 95 μm and channel width W = 1000 μm fabricated using Method 3. FIG. The gate dielectric is 2500 kV SiO 2 . FIG. 18 shows a plot of drain current I D versus source-drain voltage V D as a function of gate voltage V G.

도 19은 방법 3을 이용하여 제작한 채널 길이 L = 95 ㎛ 및 채널 폭 W = 1000 ㎛를 갖는 스핀-코팅된 SnS2- xSex채널에 대한 디바이스 특징을 나타낸 것이다. 게이트 유전체는 2500Å SiO2이다. 도 19는 SnS2- xSex채널의 경우 전류 변조 ION/IOFF및 포화 영역 이동율 μsat를 계산하는 데 사용되는, 일정한 VD= 85V에서 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯을 도시한 것이다.FIG. 19 shows device characteristics for spin-coated SnS 2- x Se x channels with channel length L = 95 μm and channel width W = 1000 μm fabricated using Method 3. FIG. The gate dielectric is 2500 kV SiO 2 . FIG. 19 shows I D and I D 1/2 for V G at a constant V D = 85 V, used to calculate current modulation I ON / I OFF and saturation region shift μ sat for the SnS 2- x Se x channel. Shows a plot of.

도 20은 X-선 광방출 분광법(XPS) 결과를 도시한 것이다. Sn 원자가는 금속/칼코겐화물 비율에 따라 변화하는 것으로 나타난다. S/Sn 비율이 1.55 내지 2.02로 변함에 따라, Sn3d 코어 수준 결합 에너지는 Sn(II) 원자가의 감소 및 Sn(IV) 원자가의 증가에 상응하게 486.3 eV에서 487.2 eV로 이동한다. 불충분한 S 함량에 의해 성장한 막은 반도전 특성보다는 오히려 금속 특성을 갖는다.20 shows the results of X-ray light emission spectroscopy (XPS). Sn valence appears to change with the metal / chalcogenide ratio. As the S / Sn ratio varies from 1.55 to 2.02, the Sn3d core level binding energy shifts from 486.3 eV to 487.2 eV, corresponding to a decrease in Sn (II) valence and an increase in Sn (IV) valence. Films grown by insufficient S content have metallic properties rather than semiconducting properties.

정확한 금속/칼코겐화물 비율을 전구물질의 용액에서 얻는 것은 중요하다. 칼코겐화물의 불충분한 양은 막이 과도하게 전도성을 갖게 한다. 예를 들면, 불충분한 S 함량으로 성장한 막은 반도전 특징보다는 오히려 금속성을 갖는다.It is important to obtain the correct metal / chalcogenide ratio from the precursor solution. Insufficient amounts of chalcogenide make the membrane excessively conductive. For example, membranes grown with insufficient S content are metallic rather than semiconducting.

이는 Sn의 원자가의 인디케이터인 X-선 광방출로 측정한 Sn 코어 수준 결합 에너지에서 볼 수 있다. 종래의 히드라지늄 전구물질, 즉 용매로서 히드라진을 지닌 막의 Sn3d 스펙트럼을 검사하는 경우, 486.6 eV 결합 에너지에서 중앙에 위치한 넓은 피이크를 볼 수 있다(도 20).This can be seen in the Sn core level binding energy measured by X-ray light emission, an indicator of the valence of Sn. When examining the Sn3d spectrum of a conventional hydrazium precursor, ie, a film with hydrazine as a solvent, one can see a broad peak centered at 486.6 eV binding energy (Figure 20).

과량의 S를 함유하지 않은 본 발명에 의해 성장된 막은 코어 수준 결합 에너지 486.3 eV를 갖는데, 이것은 추가의 S가 사용되면 487.2 eV로 이동하게 된다. 이러한 결합 에너지의 이동은 보다 높은 결합 에너지에서 보다 많이 고도로 이온화된 화학종으로 인한 Sn(II) 원자가에서 Sn(IV) 원자가로 향하는 경향을 나타낸다. 결론적으로 말하자면, S의 첨가는 막 SnS의 양을 감소시키고, 필름의 SnS2함량을 증가시킨다.Membranes grown by the present invention that do not contain excess S have a core level binding energy of 486.3 eV, which shifts to 487.2 eV when additional S is used. This shift in binding energy tends to shift from Sn (II) valence to Sn (IV) valence due to more highly ionized species at higher binding energies. In conclusion, the addition of S reduces the amount of film SnS and increases the SnS 2 content of the film.

또한, 이러한 필름의 경우 S/Sn 비율의 MEIS 결정은 XPS 결과와 상호관련이 있는 개선된 화학양론에 대한 경향을 나타낸다. "no N2H4"로 표지화된 막은 본 발명의 방법을 이용하여 제작한다.In addition, for these films, the MEIS determination of S / Sn ratio shows a trend towards improved stoichiometry that correlates with XPS results. Membranes labeled "no N 2 H 4 " are prepared using the method of the present invention.

membrane S/SnS / Sn No N2H2(Sn 10)No N 2 H 2 (Sn 10) 1.551.55 N2H2(Sn 08)N 2 H 2 (Sn 08) 1.81.8 No N2H2초과 S(Sn 11)No N 2 H 2 excess S (Sn 11) 2.022.02

본 발명은 전자 디바이스의 용도에 사용되는 고품질 박막의 형태로서 칼코겐화물계 전자 재료를 용액 증착시키는 대체 방법을 제공한다. 용액으로부터 증착시킬 수 있는 성능은 스핀 코팅법, 프린팅법, 스탬핑법 및 디핑법과 같이 다수의 저비용, 저온, 비교적 빠른 속도의 기법을 이용할 수 있는 기회를 열어 놓고 있기 때문에 매우 매력적이다. 이하에서 제시된 논의가 주로 TFT's에서 그러한 막의 적용에 관하여 언급하고 있기 하지만, 이러한 논의는 대표적인 것이 아니므로, 그와 같이 증착된 전자기기 막은 마찬가지로 다른 전자기기 디바이스에서 동등하게 사용할 수 있다.The present invention provides an alternative method for solution deposition of chalcogenide-based electronic materials in the form of high quality thin films for use in electronic devices. The ability to deposit from solution is very attractive because it opens up the opportunity to use many low cost, low temperature, relatively high speed techniques such as spin coating, printing, stamping and dipping. Although the discussion presented below refers mainly to the application of such films in TFT's, such discussions are not representative, and thus the electronic film deposited as such can be used equally in other electronic device devices.

실시예Example

금속 칼코겐화물 반도전 재료의 막 및 이것의 TFT 디바이스에 대한 제조의 예시적인 실시예는 다음과 같이 제공된다.An exemplary embodiment of the production of a film of a metal chalcogenide semiconducting material and its TFT device is provided as follows.

방법 1Method 1

실시예 1: Example 1 :

SnS2의 용액은 히드라진 1.0 ml와 황 0.048 g(1.5 mmol) 중에 SnS20.274 g(1.5 mmol)을 용해시킴으로써 형성시켰다. 상당한 기포화가 추측하건대 반응 동안 주로 질소의 생성으로 인하여 용해 과정 중에 관찰되었다. 용해는 실온에서 다소 느려서 대략 4~6 시간 동안 교반하여 투명한 황색 용액을 얻는 것이 필요하였다. 상기 용액을 여과하고, 여과액을 질소 기체의 흐름 하에 증발시켜서 최종적으로 황색 분말 0.337 g을 얻었다. 분말의 열 분석에 의하면, 형성된 고체는 비교적 낮은 온도, 주로 200℃에서 분해되어 SnS2를 형성하였는데, 이 공정 동안 중량 손실 38%가 관찰되었다(도 1).Solution of SnS 2 is to form by dissolving SnS 2 0.274 g (1.5 mmol) in 1.0 ml of hydrazine and sulfur 0.048 g (1.5 mmol). Significant bubbling was assumed during the dissolution process, presumably due to the production of nitrogen during the reaction. The dissolution was rather slow at room temperature and it was necessary to stir for approximately 4-6 hours to obtain a clear yellow solution. The solution was filtered and the filtrate was evaporated under a stream of nitrogen gas to finally give 0.337 g of a yellow powder. Thermal analysis of the powder showed that the solid formed decomposed at a relatively low temperature, mainly 200 ° C., to form SnS 2 , with a weight loss of 38% observed during this process (FIG. 1).

상기 설명한 전구물질의 막은 히드라진 0.5 ml와 황 0.010 g(0.3 mmol) 중에SnS2(0.3 mmol) 0.055 g을 용해시킴으로써 세정된 석영 기판 상에 용이하게 증착시킬 수 있었다. 각각의 기판은 왕수, 툴루엔, 메탄올 중에 순차적으로 예비세정하고, 최종적으로 진한 수산화암모늄 수용액 중에 예비세정하였다. SnS2의 박막은 상기 언급한 SnS2용액 3~4 방울을 기판 상에 증착시키고, 기판/용액을 20 분 동안 방치하여 습윤을 개선시키며, 공기 중에서 2 분 동안 2000 rpm으로 회전시킴으로써 형성시켰다. 이 형성된 황색 막을 불활성 대기 하에서 10 분 동안 300℃로 어닐링 처리하였다. 형성된 막에 대한 X-선 패턴은 도 2에 도시하였는데, 상기 도2는 SnS2의 결정질 막을 나타낸다.The precursor film described above could be easily deposited on the cleaned quartz substrate by dissolving 0.055 g of SnS 2 (0.3 mmol) in 0.5 ml of hydrazine and 0.010 g (0.3 mmol) of sulfur. Each substrate was sequentially prewashed in aqua regia, toluene, methanol and finally prewashed in concentrated aqueous ammonium hydroxide solution. SnS thin film 2 is to form, by rotating the above-mentioned solution SnS 2 3-4 drops were deposited on the substrate, and the substrate / solution was left to stand for 20 minutes improves the wetting, to 2 minutes 2000 rpm while the air. The yellow film thus formed was annealed at 300 ° C. for 10 minutes under an inert atmosphere. The X-ray pattern for the formed film is shown in FIG. 2 , which shows a crystalline film of SnS 2 .

실시예 2: Example 2 :

또한, SnSe2막도 상기 설명한 기법을 이용하여 증착시켰다.SnSe 2 films were also deposited using the techniques described above.

SnSe20.277 g(1 mmol)을 히드라진 1 ml 중에서 (교반하면서 몇 분 내에) 용이하게 용해시켰는데, Se 0.079 g(1 mmol)을 첨가했을 때 최종적으로 담황색 용액이 얻어졌다. 이 담황색 색상은, 비록 보다 많은 양의 Se이 첨가되면 될수록 용액이 더욱더 어두운 색상으로 관찰되긴 하지만, 공정 동안 폴리칼코겐화물의 형성이 이루어지지 않았다는 것을 시사한다. 상당한 기포화가 추측하건대 반응 동안 주로 질소의 생성 결과로 인하여 용해 과정 동안 관찰되었다. 몇 시간 동안에 걸쳐 유동하는 질소 기체 하에 용액을 증발시켜서 황색 결정질 분말 약 0.456 g의 형성을 유도하였다. 분말은 실온에서 밸런스 상에 방치하면서 급속히 중량이 손실되었는데,이는 샘플로부터 서서히 해리되는 구조내 용매(즉, 히드라진)가 혼입되어 있었다는 것을 시사한다.0.277 g (1 mmol) of SnSe 2 was readily dissolved (in minutes with stirring) in 1 ml of hydrazine, which finally gave a pale yellow solution when 0.079 g (1 mmol) of Se was added. This pale yellow color suggests that the formation of polychalcogenide did not occur during the process, although the higher the amount of Se added the more dark the solution was observed. Significant bubbling was assumed during the dissolution process, presumably due to the production of nitrogen during the reaction. The solution was evaporated under flowing nitrogen gas over several hours to induce the formation of about 0.456 g of a yellow crystalline powder. The powder lost weight rapidly while standing on the balance at room temperature, suggesting that a solvent in the structure (ie hydrazine) was slowly incorporated in the sample.

생성물로부터 수집된 결정의 경우에는 단결정 구조에 관한 미세한 구분(refinement)(도 3)에 의하면, 히드라지늄 양이온 및 중성 히드라진 분자가 교차하는 Sn2Se6 4-이량체를 포함하는 구조 및 조성 (N2H4)3(N2H5)Sn2Se6를 보유하게 되었다. 생성물의 구조는 반응식 (1) 및 (2)에 도시된 메카니즘을 지지한다는 점에 유의해야 한다.In the case of crystals collected from the product, according to a fine refinement of the single crystal structure (FIG. 3), the structure and composition comprising a Sn 2 Se 6 4- dimer in which hydrazinium cations and neutral hydrazine molecules intersect (N 2 H 4 ) 3 (N 2 H 5 ) Sn 2 Se 6 . It should be noted that the structure of the product supports the mechanisms shown in Schemes (1) and (2).

SnSe2의 박막은 상기 언급한 SnSe2용액 3 방울을 기판(예를 들면, 석영) 상에 증착시키고, 기판/용액을 20 분 동안 방치하여 습윤성을 개선시키며, 2 분 동안 2000 rpm으로 기판을 회전시킴으로써 형성시켰다. 이 형성된 황색 막을 불활성 대기 중에서 10 분 동안 225℃, 250℃, 275℃ 및 300℃에서 어닐링 처리하였다. 형성된 막에 대한 X-선 패턴은 도 4에 도시하였는데, 상기 도 4는 증가하는 어닐링 처리 온도에 따라 증가하는 결정도를 도시한 것이다. 그러나, 낮은 온도(《 300℃)에서도, 결정질 막을 제조할 수 있었다. X-선 회절 패턴은 SnSe2의 경우와 일치하며, 추가로 실질적인 바람직한 배향을 나타낸다.Thin films of SnSe 2 is a substrate for the above-mentioned SnSe 2 solution 3 drops (e. G., Quartz) and deposited on, the substrate / solution was left to stand for 20 minutes, it improves the wettability, rotating the substrate at 2000 rpm for 2 minutes It was formed by. The yellow film thus formed was annealed at 225 ° C., 250 ° C., 275 ° C. and 300 ° C. for 10 minutes in an inert atmosphere. The X-ray pattern for the formed film is shown in FIG. 4, which shows increasing crystallinity with increasing annealing treatment temperature. However, even at a low temperature (<300 ° C), a crystalline film could be produced. The X-ray diffraction pattern is consistent with the case of SnSe 2 and further shows a substantial preferred orientation.

SnSe2- xSx(x = ~ 1)의 막은 SnS2, SnSe2, S, Se 및 히드라진 각각을 출발 물질로 하여 유사하게 제조하였다.Membranes of SnSe 2- x S x (x = 1) were similarly prepared using SnS 2 , SnSe 2 , S, Se and hydrazine, respectively, as starting materials.

방법 2Method 2

금속 칼코겐화물 용액의 제조에 관한 본 발명의 제2 방법에 따르면, 암모늄 금속 칼코겐화물 전구물질은, 고려 대상인 금속 칼코겐화물에 따라, 암모늄 칼코겐화물 수용액 중에 금속 칼코겐화물을 단순 용해시키고, 이어서 실온에서 그 용액을 증발시키는 기법, 솔보써말 기법 및 고온에서 고체 상태 경로에 의한 기법을 비롯한 임의의 적합한 기법에 의해 제조할 수 있다.According to the second method of the present invention for the preparation of metal chalcogenide solutions, the ammonium metal chalcogenide precursors, depending on the metal chalcogenide under consideration, simply dissolve the metal chalcogenide in an aqueous solution of ammonium chalcogenide. It may then be prepared by any suitable technique, including techniques for evaporating the solution at room temperature, solvothermal techniques, and techniques by solid state pathways at elevated temperatures.

실시예 3: Example 3 :

본 실시예에서, 암모늄계 황화주석(II) 전구물질은 4일에 걸쳐 50 중량% 수성 황화암모늄, (NH4)2S 85 ml 중에 SnS2548.5 mg(3 mmol)을 용해시킴으로써 합성하였다. 이 용액을 045 ㎛ 유리 마이크로섬유 필터에 여과시키고, 형성된 여과 용액을 질소 기체의 흐름 하에 몇 일에 걸쳐 서서히 증발시켜서 황색 생성물(~ 1.05 g)을 유도하였다.In this example, the ammonium-based tin sulfide precursor was synthesized by dissolving 548.5 mg (3 mmol) of SnS 2 in 85 ml of 50% by weight aqueous ammonium sulfide, (NH 4 ) 2 S over 4 days. This solution was filtered through a 045 μm glass microfiber filter and the resulting filtrate solution was slowly evaporated over several days under a stream of nitrogen gas to give a yellow product (˜1.05 g).

그 생성물은 형성된 여과 용액이 무색이고, 최적 생성물에 대한 열적 분석 스캔이 (SnS2를 생성시키는) ~150℃에서 중량-손실 전이율 약 30%를 생성할 때까지 메탄올로 반복 세척/여과하였다(도 5). 이는 적당한 조성, (NH4)2SnS3을 나타낸다. 상기 생성물은 공칭상 비정질이었다. 즉, 생성물은 분말 회절계에서 X-선 패턴이 전혀 관찰되지 않았다. 암모니아 및 황화수소의 손실에 상응하는 중량 손실은 주위 온도만큼 낮은 온도에서 개시되었는데, 이는 재료가 SnS2로 용이하게 분해될 수 있다는 것을 나타낸다. SnS2전구물질이 고정된 화학양론적 비율을 가질 필요가 없기때문에, 전구물질은 본 명세서에서 (NH4)xSnSy이라고 칭한다.The product was washed / filtered with methanol repeatedly until the filtrate solution formed was colorless and the thermal analysis scan for the optimal product produced about 30% weight-loss transfer rate at ˜150 ° C. (which produces SnS 2 ) ( 5). This represents a suitable composition, (NH 4 ) 2 SnS 3 . The product was nominally amorphous. In other words, the product had no X-ray pattern observed in the powder diffractometer. The weight loss corresponding to the loss of ammonia and hydrogen sulfide has been initiated at temperatures as low as ambient temperature, indicating that the material can be readily decomposed into SnS 2 . Since the SnS 2 precursor does not need to have a fixed stoichiometric ratio, the precursor is referred to herein as (NH 4 ) x SnS y .

전구물질, (NH4)xSnSy는 히드라진 중에 고도로 용해 가능한 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, (NH4)xSnSy80 mg은 암모니아를 격렬히 생성시키면서 무수 히드라진 0.5 ml 중에 용이하게 용해시킬 수 있었다. 따라서, 막은 각각 0.75 인치 석영 디스크 기판 상에 전구물질 용액 약 3~4 방울을 사용하고, 예를 들면 2 분 동안 2000 rpm으로 회전시켜서 불활성 대기 드라이박스 중에서 또는 공기 중에서 상기 언급한 히드라진 용액으로부터 석영 디스크 상에서 용이하게 스핀 코팅시킬 수 있었다.The precursor, (NH 4 ) x SnS y, was found to be highly soluble in hydrazine. For example, (NH 4 ) x SnS y 80 mg could be readily dissolved in 0.5 ml of anhydrous hydrazine with vigorous production of ammonia. Thus, the membranes each used about 3 to 4 drops of precursor solution on a 0.75 inch quartz disk substrate and were rotated at 2000 rpm for 2 minutes, for example, in an inert atmospheric drybox or in air from the hydrazine solution mentioned above in air. It could be easily spin coated on the phase.

각각의 기판은 왕수, 톨루엔, 메탄올 중에 순차적으로 예비세정하고, 최종적으로 진한 수산화암모늄 수용액 중에 예비세정하였다. 형성된 막은 색상이 (투명한) 담황색이었고, 외관상 매우 평활하였다.Each substrate was sequentially prewashed in aqua regia, toluene and methanol, and finally prewashed in concentrated aqueous ammonium hydroxide solution. The film formed was pale yellow in color (transparent) and was very smooth in appearance.

5가지 어닐링 처리 온도는 140℃, 200℃, 250℃, 325℃ 및 400℃를 고려하였다. 각 온도의 경우, 코팅된 기판은 불활성 (질소) 대기 하에 온도 제어 열판 상에서 20 분 동안 상기 정한 온도에서 어닐링 처리하였다. 막의 X-선 연구에 의하면, 일부 결정도가 200℃ 만큼 낮은 온도에서 보이지 않는다고 하더라도 결정도는 어닐링 처리 온도가 증가함에 따라 점차적으로 증가하였다는 것을 보여 준다(도 6).Five annealing treatment temperatures considered 140 ° C, 200 ° C, 250 ° C, 325 ° C and 400 ° C. For each temperature, the coated substrate was annealed for 20 minutes on the temperature controlled hotplate under an inert (nitrogen) atmosphere. X-ray studies of the film show that even though some crystallinities are not visible at temperatures as low as 200 ° C., the crystallinity gradually increased with annealing temperature (FIG. 6).

실시예 4: Example 4 :

암모늄 전구물질 기법의 제2 예로서는 Sb2S3막을 제조하였다.As a second example of the ammonium precursor technique, a Sb 2 S 3 membrane was prepared.

암모늄계 황화안티몬(III) 전구물질은 몇 시간에 걸쳐 50 중량% 수성 황화암모늄, (NH4)2S 10 ml 중에 Sb2S30.250 g(0.74 mmol)을 용해시킴으로써 합성하였다. 이 용액을 0.45 ㎛ 유리 마이크로섬유 필터에 여과시키고, 형성된 여과 용액을 3 시간에 걸쳐 질소 기체의 흐름 하에 서서히 증발시켜서 어두운 색상 생성물(~ 0.385 g)을 유도하였다. 전구물질, (NH4)xSbSy는 히드라진 중에 고도로 용해 가능한 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, (NH4)xSnSy80 mg는 암모니아를 격렬히 생성시키면서 무수 히드라진 0.5 ml 중에 용이하게 용해시킬 수 있었다. 그러므로, 막은 각각의 0.75 인치 석영 디스크 기판 상에 전구물질 용액 3~4 방울을 사용하고, 예를 들면 2 분 동안 2000 rpm으로 회전시킴으로써 불활성 대기 드라이박스 중에서 또는 공기 중에서 상기 언급한 히드라진 용액으로부터 석영 디스크 상에 용이하게 스핀 코팅할 수 있었다.Ammonium-based antimony sulfide precursor was synthesized by dissolving 0.250 g (0.74 mmol) of Sb 2 S 3 in 10 ml of 50% by weight aqueous ammonium sulfide, (NH 4 ) 2 S over several hours. This solution was filtered through a 0.45 μm glass microfiber filter and the resulting filtrate solution was slowly evaporated over a period of 3 hours under a flow of nitrogen gas to give a dark color product (˜0.385 g). The precursor, (NH 4 ) x SbS y, was found to be highly soluble in hydrazine. For example, (NH 4 ) x SnS y 80 mg could be readily dissolved in 0.5 ml of anhydrous hydrazine with vigorous production of ammonia. Therefore, the membrane is prepared from quartz disks from the above-mentioned hydrazine solutions in an inert atmospheric drybox or in air by using 3-4 drops of precursor solution on each 0.75 inch quartz disk substrate, for example by rotating at 2000 rpm for 2 minutes. The phase could be easily spin coated.

각각의 기판은 왕수, 톨루엔, 메탄올 중에 순차적으로 예비세정하고, 최종적으로 진한 수산화암모늄 수용액 중에 예비세정하였다. 형성된 막은 (투명한) 담황색이었으며, 외관상 평활하였다.Each substrate was sequentially prewashed in aqua regia, toluene and methanol, and finally prewashed in concentrated aqueous ammonium hydroxide solution. The film formed was pale yellow (transparent) and was smooth in appearance.

2가지 어닐링 처리 온도는 250℃ 및 325℃를 고려하였다. 각 온도의 경우, 코팅된 기판은 불활성 (질소) 대기 중에 온도 제어 열판 상에서 20 분 동안 상기 정한 온도로 어닐링 처리하였다. 기판을 열판 상에 배치하자마자, 막의 색상은 바로 어두워졌는데, 이는 Sb2S3의 형성을 나타낸다. 막의 X-선 연구에 의하면, 결정도는 어닐링 처리 온도가 증가함에 따라 점진적으로 개선되었다는 것을 나타낸다(도 7).Two annealing treatment temperatures considered 250 ° C and 325 ° C. For each temperature, the coated substrate was annealed to the above defined temperature for 20 minutes on a temperature controlled hotplate in an inert (nitrogen) atmosphere. As soon as the substrate was placed on the hot plate, the color of the film immediately darkened, indicating the formation of Sb 2 S 3 . X-ray studies of the film show that the crystallinity gradually improved as the annealing treatment temperature increased (FIG. 7).

실시예Example 5:5:

TFTTFT 디바이스device ::

TFT는 상기 설명한 반도전 금속 칼코겐화물을 반도전 채널로서 사용하여 제조하였다. 시험 목적상, 시험된 디바이스는 (게이트로서 작용도 하는) 과량으로 n-도핑된 규소 기판, 3000Å 열 성장된 SiO2절연 차단층, 스핀 코팅된 황화 또는 설렌화 주석(IV), 및 패턴화된 800Å 금 소스 및 드레인 전극을 포함하였다(도 8).TFTs were prepared using the semiconducting metal chalcogenides described above as semiconducting channels. For testing purposes, the devices tested were excessively n-doped silicon substrates (also functioning as gates), 3000 Å thermally grown SiO 2 insulation barrier layers, spin coated tin sulfide or sullenide (IV), and patterned 800 kV gold source and drain electrodes were included (FIG. 8).

SnS2반도전 채널의 경우, 스핀 코팅 용액은 방법 1, 즉 히드라진 1.6 ml 및 S 3.5 mg(0.11 mmol) 중에 SnS220 mg(0.11 mmol)을 용해시키는 방법, 또는 방법 2, 즉 히드라진 1.6 ml 중에 암모늄 전구물질, (NH4)xSnSy25 mg을 용해시키는 방법 중 어느 하나의 방법으로 제조하였다. 각각의 경우, 황화주석(IV) 용액 3~4 방울을 (적어도 1/2 시간 동안 수산화암모늄 중에 기판을 배치하는 것을 포함한 최종 세정 단계에 의한) 세정된 2 cm ×2 cm 규소 기판 상에 배치하고, 1 분 동안 3500 rpm으로 공기 중에서 회전시켰다. 방법 1의 막에 대한 어닐링 처리 순서는 구배 램프(gradual ramp)에서 120℃, 20 분 동안 120℃에서 체류, 그리고 최종적으로 약 5 분 동안 300℃에서의 어닐링 처리를 포함하였다. 이 막은 금 소스 및 드레인 콘택트의 분해 후 300℃에서 제2 어닐링 처리를 수행하여 실질적으로 디바이스 특성을 개선시켰다.For SnS 2 semiconducting channels, the spin coating solution is dissolved in Method 1, 1.6 ml of hydrazine and 20 mg (0.11 mmol) of SnS 2 in 3.5 mg (0.11 mmol), or in Method 2, 1.6 ml of hydrazine. It was prepared by any of the methods of dissolving an ammonium precursor, (NH 4 ) x SnS y 25 mg. In each case, 3-4 drops of tin (IV) sulfide solution were placed on a cleaned 2 cm x 2 cm silicon substrate (by a final cleaning step including placing the substrate in ammonium hydroxide for at least 1/2 hour). , Was spun in air at 3500 rpm for 1 minute. The annealing treatment sequence for the membrane of Method 1 included annealing treatment at 120 ° C. in a gradient ramp, at 120 ° C. for 20 minutes, and finally at 300 ° C. for about 5 minutes. This film performed a second annealing treatment at 300 ° C. after decomposition of the gold source and drain contacts to substantially improve device characteristics.

방법 2의 막에 대한 어닐링 처리 순서는 구배 램프에서 120℃, 20 분 동안 120℃에서 체류, 그리고 최종적으로 약 15 분 동안 300℃에서의 어닐링 처리를 포함하였다. 방법 1 및 2를 이용하여 생산한 SnS2채널의 경우 드레인 및 게이트 편향전압 특성은 도 9 내지 도 12에 도시하였다.The annealing treatment sequence for the membrane of Method 2 included annealing treatment at 120 ° C. in a gradient lamp, at 120 ° C. for 20 minutes, and finally at 300 ° C. for about 15 minutes. The drain and gate deflection voltage characteristics of the SnS 2 channel produced using the methods 1 and 2 are shown in FIGS. 9 to 12.

방법 1을 이용하여 제조한 디바이스의 경우 디바이스 특성은 μsat= 0.20 cm2/V-sec, μlin= 0.10 cm2/V-sec 및 ION/IOFF= 7 ×103이었고, 반면에 방법 2를 이용하여 제조한 디바이스의 경우 디바이스 특성은 μsat= 0.07 cm2/V-sec, μlin= 0.05 cm2/V-sec 및 ION/IOFF= 6 ×103이었다.For devices fabricated using Method 1, the device characteristics were μ sat = 0.20 cm 2 / V-sec, μ lin = 0.10 cm 2 / V-sec, and I ON / I OFF = 7 × 10 3 , whereas For the device manufactured using 2, the device characteristics were μ sat = 0.07 cm 2 / V-sec, μ lin = 0.05 cm 2 / V-sec, and I ON / I OFF = 6 × 10 3 .

실시예 6: Example 6 :

혼성된 SnSe2- xSx의 막도 방법 2를 이용하여 제조하였다.A film degree of hybridized SnSe 2- x S x was prepared using Method 2.

암모늄 전구물질은 몇일에 걸쳐 50 중량% 수성 황화암모늄, (NH4)S256 ml 중에 SnSe20.360 g(1.3 mmol)을 용해시킴으로써 합성하였다. 이 용액을 0.45 ㎕ 유리 마이크로섬유 필터에 여과시키고, 형성된 여과 용액을 몇 일에 걸쳐 질소 기체의 흐름 하에 서서히 증발시켰다. 어두운 색상의 생성물을 메탄올로 완전히 세정하여 어두운 색상 생성물 0.477 g을 얻었다. 셀렌화/황화 주석(IV) 전구물질 층은 히드라진 1.6 ml 중에 전구물질 30 mg을 용해시키고, 기판 상에 배치된 3~4 방울을 1 분 동안 3500 rpm으로 회전시킴으로써 제조하였다.Ammonium precursors were synthesized by dissolving 0.360 g (1.3 mmol) of SnSe 2 in 56 ml of 50% by weight aqueous ammonium sulfide, (NH 4 ) S 2 over several days. This solution was filtered through a 0.45 μl glass microfiber filter and the resulting filtrate solution was slowly evaporated under a stream of nitrogen gas over several days. The dark colored product was washed thoroughly with methanol to yield 0.477 g of the dark colored product. A layer of selenide / tin sulfide (IV) precursor was prepared by dissolving 30 mg of precursor in 1.6 ml of hydrazine and rotating 3-4 drops placed on the substrate at 3500 rpm for 1 minute.

산화물 코팅된 규소 기판은 철저히 세정하고, 금속 칼코겐화물 용액의 스핀코팅 전에 적어도 1 시간 이상 동안 수산화암모늄 용액 중에 침지시켰다. 이 막에 대한 어닐링 처리 순서는 구배 램프에서 120℃, 20 분 동안 120℃에서의 체류, 그리고 최종적으로 약 15 분 동안 300℃에서의 어닐링 처리를 포함하였다.The oxide coated silicon substrate was thoroughly cleaned and immersed in the ammonium hydroxide solution for at least 1 hour or more before spin coating of the metal chalcogenide solution. The annealing treatment sequence for this membrane included annealing treatment at 120 ° C. in a gradient lamp, at 120 ° C. for 20 minutes, and finally at 300 ° C. for about 15 minutes.

디바이스 특성은 도 13 및 도 14에 도시하였는데, n형 스핀 코팅된 반도체의 경우 이동율에 대하여 가장 높은 보고된 값 중 일부가 μsat= 1.3 cm2/V-sec, μlin= 1.0 cm2/V-sec 및 ION/IOFF= 103으로 나타났다.The device characteristics are shown in FIGS. 13 and 14, where for n-type spin coated semiconductors, some of the highest reported values for the transfer rate are μ sat = 1.3 cm 2 / V-sec, μ lin = 1.0 cm 2 / V -sec and I ON / I OFF = 10 3 .

방법 3Method 3

이하 실시예에서, 히드라지늄 전구물질은 반응 혼합물로부터 분리하였다. 히드라진을 함유하는 반응 혼합물을 "그 자체로" 사용하여 막을 주조하는 실시예 1 내지 실시예 6과는 달리, 실시예 7 내지 실시예 9에서는 분리된 전구물질을 사용하여 막을 주조하였다.In the following examples, hydrazium precursors were separated from the reaction mixture. Unlike Examples 1-6, where the reaction mixture containing hydrazine is used "by itself" to cast the membrane, Examples 7-9 were cast using separate precursors.

실시예Example 7:7:

SnSSnS 22 막 및Membrane and 디바이스device ::

1. 담황색 (N2H5)4Sn2S6결정 및 분말은 히드라진 2 ml와 S 0.064 g(2 mmol) 중에 SnS20.183 g(1 mmol)을 (질소 대기 중에서 수 시간에 걸쳐 교반하면서) 용해시켜서 최종 황색 용액을 생성시킴으로써 형성시켰다.1.Pale yellow (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 6 crystals and powder were mixed with 0.183 g (1 mmol) of SnS 2 in 2 ml of hydrazine and 0.064 g (2 mmol) of S (with stirring over several hours in a nitrogen atmosphere). It was formed by dissolving to give the final yellow solution.

히드라진은 고도한 독성을 지니고 있어 증기 또는 액체와의 접촉을 방지하기 위해서는 적당한 보호 장비를 사용하여 취급해야 한다는 점에 유의해야 한다. 흐르는 질소 기체 하에 수 시간에 걸쳐서 뿐만 아니라 진공 하에 수 시간에 걸쳐서 용액을 증발 건조시키는 과정은 히드라지늄 전구물질[(N2H5)4Sn2S6] 약 0.274 g(0.49 mmol)의 형성을 유도하였다. 생성물의 화학 분석에 의하면, 예상되는 값, 즉 실험치: N(19.8%), H(3.5%); 계산치: N(19.9%), H(3.6%)와 일치하는 결과가 얻어졌다. 도 15에서 도시된 결정 구조는 소정의 화학식을 확인시켜 주고, 구조적으로 전구물질이 히드라지늄 양이온과 교차하는 에지 공유 SnS44자리(Sn2S6 4-)의 음이온 이량체를 갖는다는 것을 보여 주었다.It should be noted that hydrazine is highly toxic and must be handled with suitable protective equipment to prevent contact with vapors or liquids. The process of evaporating to dry the solution over several hours as well as under vacuum under flowing nitrogen gas results in the formation of about 0.274 g (0.49 mmol) of hydrazinium precursor [(N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 6 ]. Induced. According to the chemical analysis of the product, expected values, ie experimental values: N (19.8%), H (3.5%); Calculated Values: N (19.9%) and H (3.6%). The crystal structure shown in FIG. 15 confirms the chemical formula and shows that the precursors structurally have an edge divalent SnS 4 tetradentate (Sn 2 S 6 4- ) anion dimer that intersects with the hydrazium cation. gave.

2. 히드라지늄계 전구물질, (N2H5)4Sn2S6의 용액은 부틸아민 3.3 ml 중에 (N2H5)4Sn2S614 mg 및 S 3 mg을 질소 대기 하에 약 12 시간 동안 교반함으로써 형성시켰다. 이 형성된 용액은 외견상 투명한 황색이었고, 용액 공정처리에 적합하였다. 용액은 또한 용매로서 펜에틸아민 및 에틸엔디아민을 사용하여 입증하였다는 점을 유의해야 한다.2. A solution of hydrazinium precursor, (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 6 , contains about 14 mg of (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 6 and S 3 mg in 3.3 ml of butylamine under nitrogen atmosphere. It was formed by stirring for hours. This formed solution was apparently transparent yellow and was suitable for solution processing. It should be noted that the solution also demonstrated using phenethylamine and ethylenediamine as solvent.

3. 박막의 용액 공정처리는 스핀 코팅으로 달성하였다. 2 cm ×2 cm 정사각형 규소 기판을 과량으로 n-도핑 처리하여 기판 저항 < 0.005 ohm-cm을 생성시키고, 열 성장된 SiO2약 2500Å로 코팅하였다(측정된 커패시턴스 = 1.30 ×10-8μF/cm2). 기판은 면봉을 사용한 비누 세척(soap scrub)의 표준 공정, 에탄올 및 디클로로메탄 중의 초음파 처리, 및 피라냐(piranha) 공정(과산화수소:황산의 1:4 부피비)을 이용하여 세정하였다. 상기 설명한 부틸아민계 용액(단계 2) 약 12 방울을 0.2 mm 필터를 통해 통과시켜서 세정된 규소 기판 상에 적하였다. 그 용액은 회전 사이클을 개시하기 전에 약 10 초 동안 기판 상에서 방치하였다. 이 회전 사이클에 램프에서 4000 rpm, 4000 rpm에서 45 초, 그리고 램프에서 0 rpm의 과정을 포함시켜서 금속 칼코겐화물 전구물질의 막을 생성시켰다. 이 막은 (정상부에 막을 지닌) 기판을 120℃의 예열된 열판 상에서 5 분 동안 배치함으로써 공기 중에서 추가 건조시킨 후, 최종 분해 단계를 위해 질소 충전된 드라이박스 내로 옮겼다.3. Solution processing of the thin film was achieved by spin coating. An excess of 2 cm × 2 cm square silicon substrate was n-doped to produce a substrate resistance <0.005 ohm-cm and coated with about 2500 μs of thermally grown SiO 2 (measured capacitance = 1.30 × 10 −8 μF / cm 2 ). Substrates were cleaned using a standard process of soap scrub with cotton swabs, sonication in ethanol and dichloromethane, and a piranha process (1: 4 volume ratio of hydrogen peroxide: sulfuric acid). About 12 drops of the butylamine-based solution (step 2) described above was dropped through a 0.2 mm filter onto a cleaned silicon substrate. The solution was left on the substrate for about 10 seconds before initiating the rotation cycle. This rotational cycle included a process of 4000 rpm in the ramp, 45 seconds at 4000 rpm, and 0 rpm in the ramp to produce a film of metal chalcogenide precursors. The film was further dried in air by placing the substrate (with the film on top) on a preheated hotplate at 120 ° C. for 5 minutes and then transferred into a nitrogen filled drybox for the final decomposition step.

4. 분해 단계는 (정상부에 전구물질 막을 지닌) 기판을 270℃의 예열된 열판 상에 20 분 동안 배치함으로써 달성하였다. 가열은 산소 및 1 ppm 이하로 유지된 물 함량을 지닌 질소 대기 중에서 수행하였다. 열 처리 후, 막을 열판으로부터 회수하여 주위 온도로 냉각시켜서 황화주석(IV)의 반도전 막을 생성시켰다. 중간 에너지 이온 산란 분광법(MEIS)을 이용하여 측정했을 때, 막의 화학양론은 예상된 SnS2조성과 전적으로 일치한 SnS2.0(1)이었다. 과량의 S가 첨가되지 않은 용액(즉, 히드라지늄 전구물질 및 부틸아민만을 함유한 용액)으로부터 증착된 막은 일반적으로 황이 부족한 막, 즉 SnS2-x(여기서, x는 약 0.5임)를 생성하였다는 점을 유의해야 한다. 이는 결과적으로 전도성이 너무 크므로 TFT 채널 층에는 사용하기에 부적합한 막을 형성하게 되었다(즉, 상기 막은 작동 불가능하게 되었다).4. The decomposition step was achieved by placing the substrate (with the precursor film on top) for 20 minutes on a preheated hot plate at 270 ° C. Heating was carried out in a nitrogen atmosphere with oxygen and water content kept below 1 ppm. After heat treatment, the film was recovered from the hot plate and cooled to ambient temperature to produce a semiconducting film of tin (IV) sulfide. When measured using Medium Energy Ion Scattering Spectroscopy (MEIS), the stoichiometry of the membrane was SnS 2.0 (1), which was in full agreement with the expected SnS 2 composition. Films deposited from solutions without excess S added (i.e., solutions containing only hydrazinium precursors and butylamines) generally produced films lacking sulfur, i.e., SnS 2-x , where x is about 0.5. It should be noted that This resulted in too high conductivity, which resulted in the formation of a film unsuitable for use in the TFT channel layer (ie, the film became inoperable).

TFTTFT 디바이스device ::

박막 트랜지스터는 금 소스 및 드레인 전극을 단계 4에서 설명한 반도전 막의 정상부에 증착시킴으로써 입증하였다. 디바이스의 형태는 도 8에 도시하였다. 드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 대표적인 플롯은 상기 설명한 단계 1 내지 단계 4를 이용하여 형성한 황화주석 채널을 구비한 TFT의 경우 인가된 게이트 전압 VD의 함수로서 도 16에 도시하였다. 디바이스는 양의 게이트 바이어스의 인가시 축적 모드로 작동하는 n-형 체널 트랜지스터로서 작동하였다. 음의 게이트 바이어스의 인가는 전자장치의 채널을 고갈시키고 디바이스를 작동 불가능하게 하였다. 낮은 VD에서, TFT는 ID가 VD와 함께 선형적으로 증가함에 따라 전형적인 트랜지스터 거동을 나타내었다. 작은 저항 성분에 의한 전류 포화는 축척 층이 드레인 전극 부근에서 핀치 오프됨에 따라 높은 VD에서 관찰되었다. 전류 변조(ION/IOFF) 및 포화 영역 전계 효과 이동율(μsat)은 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯(도 17)으로부터 계산하였는데, -60V 내지 85V 게이트 편향전압(gate sweep) 및 VD= 85V의 경우에는 각각 ION/IOFF= 104및 μsat= 0.4 cm2/V-s가 생성되었다. (현행 사용되고 있는 사용된 2500Å SiO2층과 비교하여) 보다 얇거나 또는 보다 높은 유전 상수의 게이트 절연체의 사용은 디바이스 작동 전압의 유의적인 감소를 가능하게 할 것으로 예상된다는 점에 유의해야 한다. 도 16에서 플롯으로부터 유도된 라인 영역 이동율, μlin= 0.38 cm2/V-s은 포화 영역 값과 매우 유사하였다. 이는 일반적으로 라인 영역 이동율 값이 실질적으로 포화 영역 값보다 더 작은 유기계 및 하이브리드계 박막 디바이스와 대조적이었다는 점을 유의해야 한다. 이들 값 사이의 불일치성이 종종 트랩 상태로부터 야기되는 경향이 있기 때문에, 본 발명의 막에서 그러한 불일치성의 부재는 고품질의 막을 용이하게 입증할 수 있었다.Thin film transistors were demonstrated by depositing gold source and drain electrodes on top of the semiconducting film described in step 4. The form of the device is shown in FIG. 8. A representative plot of drain current I D versus drain voltage V D is shown in FIG. 16 as a function of applied gate voltage V D for a TFT having a tin sulfide channel formed using steps 1 to 4 described above. The device operated as an n-type channel transistor operating in accumulation mode upon application of a positive gate bias. The application of a negative gate bias depletes the channel of the electronics and renders the device inoperable. At low V D , the TFTs exhibited typical transistor behavior as I D increased linearly with V D. Current saturation by small resistive components was observed at high V D as the scale layer was pinched off near the drain electrode. Current modulation (I ON / I OFF ) and saturation region field effect shift (μ sat ) were calculated from plots of I D and I D 1/2 versus V G (FIG. 17), with a -60 V to 85 V gate deflection voltage ( gate sweep) and V D = 85 V, I ON / I OFF = 10 4 and μ sat = 0.4 cm 2 / Vs, respectively. It should be noted that the use of thinner or higher dielectric constant gate insulators (compared to currently used 2500 kV SiO 2 layers) is expected to enable a significant reduction in device operating voltage. The line region migration rate, μ lin = 0.38 cm 2 / Vs, derived from the plot in FIG. 16 was very similar to the saturation region values. It should be noted that this was in contrast to organic and hybrid thin film devices in which the line region migration rate values were substantially smaller than the saturation region values. Since inconsistencies between these values often tend to result from trap states, the absence of such inconsistencies in the membranes of the present invention could easily demonstrate high quality membranes.

실시예Example 8:8:

SnSSnS 2-2- XX SeSe XX 막 및Membrane and 디바이스device ::

1. 담갈색 (N2H5)4Sn2S6- XSeX결정 및 분말은 새롭게 증류된 히드라진 2 ml와 S 0.0128 g(4 mmol) 중에 SnS20.183 g(1.6 mmol) 및 SnSe20.147 g(0.53 mmol)을 (질소 대기 중에서 수 시간에 걸쳐 교반하면서) 용해시켜서 최종 황갈색 용액을 생성시킴으로써 형성시켰다.1.Pale brown (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 6- X Se X crystals and powders were obtained from 0.183 g (1.6 mmol) of SnS 2 and 0.147 g of SnSe 2 in 2 ml of freshly distilled hydrazine and 0.0128 g (4 mmol) of S. (0.53 mmol) was formed by dissolving (with stirring over several hours in a nitrogen atmosphere) to produce the final tan solution.

히드라진은 고도한 독성을 지니고 있어 증기 또는 액체와의 접촉을 방지하기 위해서는 적당한 보호 장비를 사용하여 취급해야 한다는 점에 유의해야 한다.It should be noted that hydrazine is highly toxic and must be handled with suitable protective equipment to prevent contact with vapors or liquids.

흐르는 질소 기체 하에 수 시간에 걸쳐서 뿐만 아니라 진공 하에 수 시간에 걸쳐서 용액을 증발 건조시키는 과정은 예상된 적당한 조성을 지닌 생성물 (N2H5)4Sn2S5Se 약 0.628 g(0.49 mmol)의 형성을 유도하였다.The process of evaporating to dry the solution over several hours as well as under vacuum under flowing nitrogen gas results in the formation of about 0.628 g (0.49 mmol) of product (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 5 Se with the expected proper composition. Induced.

2. 적당한 조성을 지닌 히드라지늄계 전구물질, (N2H5)4Sn2S5Se의 용액은 부틸아민 3.3 ml 중에 전구물질 14 mg 및 S 3 mg을 질소 대기 하에 약 12 시간 동안 교반함으로써 형성시켰다. 이 형성된 용액은 외견상 투명한 갈색이었고, 용액 공정처리에 적합하였다. 용액은 또한 용매로서 펜에틸아민 및 에틸엔디아민을 사용하여 입증하였다는 점을 유의해야 한다.2. A solution of the hydrazinium precursor, (N 2 H 5 ) 4 Sn 2 S 5 Se, of suitable composition is formed by stirring 14 mg of precursor and 3 mg of S 3 mg in 3.3 ml of butylamine under nitrogen atmosphere for about 12 hours. I was. This formed solution was apparently transparent brown and suitable for solution processing. It should be noted that the solution also demonstrated using phenethylamine and ethylenediamine as solvent.

3. 박막의 용액 공정처리는 스핀 코팅으로 달성하였다. 2 cm ×2 cm 정사각형 규소 기판을 과량으로 n-도핑 처리하여 기판 저항 < 0.005 ohm-cm을 생성시키고, 열 성장된 SiO2약 2500Å로 코팅하였다. 기판은 면봉을 사용한 비누 세척의 표준 공정, 에탄올 및 디클로로메탄 중의 초음파 처리, 및 피라냐 공정(과산화수소:황산의 1:4 부피비)을 이용하여 세정하였다. 상기 설명한 부틸아민계 용액(단계 2) 약 12 방울을 0.2 mm 필터를 통해 통과시켜서 세정된 규소 기판 상에 적하였다. 그 용액은 회전 사이클을 개시하기 전에 약 10 초 동안 기판 상에서 방치하였다. 이 회전 사이클에 램프에서 4000 rpm, 4000 rpm에서 45 초, 그리고 램프에서 0 rpm의 과정을 포함시켜서 금속 칼코겐화물 전구물질의 막을 생성시켰다. 이 막은 (정상부에 막을 지닌) 기판을 120℃의 예열된 열판 상에서 5 분 동안 배치함으로써 공기 중에서 추가 건조시킨 후, 최종 분해 단계를 위해 질소 충전된 드라이박스 내로 옮겼다.3. Solution processing of the thin film was achieved by spin coating. The 2 cm × 2 cm square silicon substrate was excessively n-doped to produce a substrate resistance <0.005 ohm-cm and coated with about 2500 μs of thermally grown SiO 2 . The substrate was cleaned using a standard process of soap washing with a cotton swab, sonication in ethanol and dichloromethane, and a piranha process (1: 4 volume ratio of hydrogen peroxide: sulfuric acid). About 12 drops of the butylamine-based solution (step 2) described above was dropped through a 0.2 mm filter onto a cleaned silicon substrate. The solution was left on the substrate for about 10 seconds before initiating the rotation cycle. This rotational cycle included a process of 4000 rpm in the ramp, 45 seconds at 4000 rpm, and 0 rpm in the ramp to produce a film of metal chalcogenide precursors. The film was further dried in air by placing the substrate (with the film on top) on a preheated hotplate at 120 ° C. for 5 minutes and then transferred into a nitrogen filled drybox for the final decomposition step.

4. 분해 단계는 (정상부에 전구물질 막을 지닌) 기판을 250℃의 예열된 열판 상에 20 분 동안 배치함으로써 달성하였다. 가열은 산소 및 1 ppm 이하로 유지된 물 함량을 지닌 질소 대기 중에서 수행하였다. 열 처리 후, 막을 열판으로부터 회수하여 주위 온도로 냉각시켜서 약 SnS1.5Se0.5의 예상된 조성을 갖는 SnS2- XSeX의 반도전 막을 생성시켰다.4. The decomposition step was achieved by placing the substrate (with the precursor film on top) for 20 minutes on a preheated hotplate at 250 ° C. Heating was carried out in a nitrogen atmosphere with oxygen and water content kept below 1 ppm. After heat treatment, the film was recovered from the hotplate and cooled to ambient temperature to produce a semiconducting film of SnS 2 -X Se X having an expected composition of about SnS 1.5 Se 0.5 .

TFTTFT 디바이스device ::

박막 트랜지스터는 금 소스 및 드레인 전극을 단계 4에서 설명한 바와 같이 제조한 반도전 막의 정상부에 증착시킴으로써 입증하였다. 드레인 전압 VD에 대한 드레인 전류 ID의 대표적인 플롯은 상기 설명한 단계 1 내지 단계 4를 이용하여 형성한 SnS2- XSeX채널을 구비한 TFT의 경우 인가된 게이트 전압 VD의 함수로서 도 18에 도시하였다. 디바이스는 양의 게이트 바이어스의 인가시 축적 모드로 작동하는 n-형 체널 트랜지스터로서 작동하였다. 음의 게이트 바이어스의 인가는 전자장치의 채널을 고갈시키고 디바이스를 작동 불가능하게 하였다. 낮은 VD에서, TFT는 ID가 VD와 함께 선형적으로 증가함에 따라 전형적인 트랜지스터 거동을 나타내었다. 작은 저항 성분에 의한 전류 포화는 축척 층이 드레인 전극 부근에서 핀치 오프됨에 따라 높은 VD에서 관찰되었다. 전류 변조(ION/IOFF) 및 포화 영역 전계 효과 이동율(μsat)은 VG에 대한 ID및 ID 1/2의 플롯(도 19)으로부터 계산하였는데, -60V 내지 85V 게이트 편향전압 및 VD= 85V의 경우에는 각각 ION/IOFF= 104및 μsat= 1.1 cm2/V-s가 생성되었다. (현행 사용되고 있는 사용된 2500Å SiO2층과 비교하여) 보다 얇거나 또는 보다 높은 유전 상수의 게이트 절연체의 사용은 디바이스 작동 전압에서의 유의적인 감소를 가능하게 할 것으로 예상된다는 점에 유의해야 한다. 도 18에서 플롯으로부터 유도된 라인 영역 이동율, μlin= 1.1 cm2/V-s은 포화 영역 값과 매우 유사하였다.Thin film transistors were demonstrated by depositing gold source and drain electrodes on top of the semiconducting film prepared as described in step 4. Drain voltage exemplary plot of drain current I D V D is about 18 as a function of the applied gate voltage V D for a TFT having a SnS 2- X X Se channel is formed by using the above-described Step 1 to Step 4 Shown in The device operated as an n-type channel transistor operating in accumulation mode upon application of a positive gate bias. The application of a negative gate bias depletes the channel of the electronics and renders the device inoperable. At low V D , the TFTs exhibited typical transistor behavior as I D increased linearly with V D. Current saturation by small resistive components was observed at high V D as the scale layer was pinched off near the drain electrode. Current modulation (I ON / I OFF ) and saturation region field effect shift (μ sat ) were calculated from plots of I D and I D 1/2 against V G (FIG. 19), with -60 V to 85 V gate deflection voltage and For V D = 85 V, I ON / I OFF = 10 4 and μ sat = 1.1 cm 2 / Vs, respectively. It should be noted that the use of thinner or higher dielectric constant gate insulators (compared to the currently used 2500 kV SiO 2 layer) is expected to enable a significant reduction in device operating voltage. The line region migration rate, μ lin = 1.1 cm 2 / Vs, derived from the plot in FIG. 18 was very similar to the saturation region values.

실시 예 9:Example 9:

다음의 주족 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질도 분리할 수 있다. 이들 전구물질은 상기 실시예에서와 같이 사용하여 디바이스 용도에 적합한 박막: SnSe2, GeSe2, In2Se3, Sb2S3및 Sb2Se3을 생성시킬 수 있었다.The following hydrazinium precursors of the main group metal chalcogenides can also be isolated. These precursors could be used as in the above examples to produce thin films suitable for device use: SnSe 2 , GeSe 2 , In 2 Se 3 , Sb 2 S 3 and Sb 2 Se 3 .

설명한 용액-공정처리 기법은 형성되는 스핀 코팅된 막의 초박막성 및 비교적 균일한 성질(즉, ~50Å 또는 10 미만의 단위 셀 두께) 때문에 잠재적으로 유용하였다. 그러므로, 이는 스핀-코팅 공정을 이용하여 다층 구조물을 제작할 수 있는 가능성을 열어 놓은 것이다. 예를 들면, SnS2의 층은 SnSe2의 층과 교대할 수 있다.The solution-processing techniques described were potentially useful because of the ultra-thin and relatively uniform nature (ie, unit cell thickness of less than ˜50 mm 3 or less) of the spin coated films formed. Therefore, this opens up the possibility of fabricating multilayer structures using spin-coating processes. For example, the layer of SnS 2 may alternate with the layer of SnSe 2 .

큰 밴드 갭 반도체(또는 절연체)를 좁은 밴드 갭 반도체로 대체하여 상이한 밴드 오프셋을 지닌 양자 웰 구조물 또는 반도체를 형성함으로써 유형 1 및 유형 2 양자 웰 구조물을 형성시키는 것이 바람직할 수 있다. 용액 중의 용질 농도 또는 회전 속도를 변화시킴으로써, 구조물의 층의 상대적인 두께는 제어할 수 있다. 형성된 다층 구조물은 태양 전지, 열전기 디바이스 또는 트랜지스터 디바이스의 디바이스 용도에 유용할 수 있다.It may be desirable to form type 1 and type 2 quantum well structures by replacing large band gap semiconductors (or insulators) with narrow band gap semiconductors to form quantum well structures or semiconductors with different band offsets. By varying the solute concentration or rotation rate in the solution, the relative thickness of the layers of the structure can be controlled. The formed multilayer structure may be useful for device applications of solar cells, thermoelectric devices or transistor devices.

본 발명의 잠재적 이점은 본 발명이 다층 구조물을 형성시키는 데 현재 이용되고 있는 전형적인 MBE 또는 진공 증발 접근법보다 훨씬 더 저렴한 비용으로 실시될 수 있다는 점이다.A potential advantage of the present invention is that the present invention can be implemented at much lower cost than the typical MBE or vacuum evaporation approaches currently used to form multilayer structures.

이상, 본 발명은 특정한 바람직한 실시양태를 참조하여 설명하였다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나는 일이 없이 본 발명의 변형예 및 변경예를 구성할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 부가된 특허청구범위의 영역 내에 속하는 그러한 모든 대체예, 변형예 및 변경예를 포함한다.The present invention has been described above with reference to certain preferred embodiments. Those skilled in the art will understand that modifications and variations of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, the invention includes all such alternatives, modifications and variations that fall within the scope of the appended claims.

본 발명은 금속 칼코겐화물의 막을 증착시키는 방법 및 금속 칼코겐화물의 막을 포함하는 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 따라 제조된 저비용 금속 칼코겐화물 반도전 재료는 평평한 패널 디스플레이, 비선형 광학/광도전성 디바이스, 화학 센서, 광 방출 다이오드내 발광 층 및 전하 이동 층, 박막 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터내 채널 층, 및 광학 데이터 저장 상 변화 매체를 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 비롯한 다양한 용도에 사용할 수 있다.The present invention provides a method of depositing a film of metal chalcogenide and a method of manufacturing a field effect transistor comprising a film of metal chalcogenide. Low-cost metal chalcogenide semiconducting materials prepared according to the method include flat panel displays, nonlinear optical / photoconductive devices, chemical sensors, light emitting and light transfer layers in light emitting diodes, thin film transistors, channel layers in field effect transistors, And optical data storage media including optical data storage phase change media.

Claims (22)

금속 칼코겐화물의 막을 증착시키는 방법으로서,A method of depositing a film of metal chalcogenide, 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질 및 내부에 가용화 첨가제를 보유한 용매를 접촉시켜서 상기 전구물질의 착물 용액을 형성시키는 단계;Contacting the separated hydrazinium precursor of the metal chalcogenide and a solvent having a solubilizing additive therein to form a complex solution of the precursor; 상기 착물 용액을 기판 상에 도포하여 상기 기판 상에 상기 용액의 코팅을 생성시키는 단계;Applying the complex solution onto a substrate to produce a coating of the solution on the substrate; 상기 코팅으로부터 상기 용매를 제거하여 상기 기판 상에 상기 착물의 막을 생성시키는 단계; 및Removing the solvent from the coating to form a film of the complex on the substrate; And 이후에는 상기 착물 막을 어닐링 처리하여 상기 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계Thereafter annealing the complex film to produce a metal chalcogenide film on the substrate. 를 포함하는 방법.How to include. 제1항에 있어서, 상기 용매는 물, 저급 알콜, 에테르, 에스테르, 2개 내지 6개의 탄소 원자로 된 알킬렌 글리콜, 4개 내지 6개의 탄소 원자로 된 디알킬렌 글리콜, 6개의 탄소 원자로 된 트리알킬렌 글리콜, 글림, 디글림, 트리글림, 프로필렌 글리콜 모노아세테이트, DMSO, DMF, DMA, HMPA 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 방법.The solvent of claim 1 wherein the solvent is water, lower alcohol, ether, ester, alkylene glycol of 2 to 6 carbon atoms, dialkylene glycol of 4 to 6 carbon atoms, trialkyl of 6 carbon atoms Lene glycol, glim, diglyme, triglyme, propylene glycol monoacetate, DMSO, DMF, DMA, HMPA and mixtures thereof. 제2항에 있어서, 상기 가용화 첨가제는 1개 내지 10개의 탄소 원자로 된 지방족 아민, 4개 내지 10개의 탄소 원자로 된 방향족 아민, 2개 내지 6개의 탄소 원자로 된 아미노알콜 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 2 wherein the solubilizing additive is selected from the group consisting of aliphatic amines of 1 to 10 carbon atoms, aromatic amines of 4 to 10 carbon atoms, aminoalcohols of 2 to 6 carbon atoms, or mixtures thereof. Which method is chosen. 제2항에 있어서, 상기 가용화 첨가제는 n-프로필아민, iso-프로필아민, n-부틸아민, sec-부틸아민, iso-부틸아민, 펜틸아민, n-헥실아민, 시클로헥실아민, 펜에틸아민, 피리딘, 아닐린, 아미노톨루엔, 에탄올아민, 프로판올아민, 디에탄올아민, 디프로판올아민, 트리에탄올아민, 트리프로판올아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 2, wherein the solubilizing additive is n-propylamine, iso-propylamine, n-butylamine, sec-butylamine, iso-butylamine, pentylamine, n-hexylamine, cyclohexylamine, phenethylamine , Pyridine, aniline, aminotoluene, ethanolamine, propanolamine, diethanolamine, dipropanolamine, triethanolamine, tripropanolamine and mixtures thereof. 제1항에 있어서, 상기 금속 칼코겐화물의 상기 분리된 히드라지늄계 전구물질은The method of claim 1, wherein the separated hydrazinium precursor of the metal chalcogenide 하나 이상의 금속 칼코겐화물, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 상기 히드라진 화합물 중의 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및At least one metal chalcogenide, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 wherein each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched Or an element chalcogen selected from the group consisting of cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and optionally S, Se, Te and combinations thereof. Producing a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide; And 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계Separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product 를 포함하는 공정으로 제조하는 것인 방법.It is prepared by a process comprising a. 제1항에 있어서, 상기 금속 칼코겐화물의 상기 분리된 히드라지늄계 전구물질은The method of claim 1, wherein the separated hydrazinium precursor of the metal chalcogenide 하나 이상의 금속 칼코겐화물 및 화학식 NR5R6R7[식 중, 각각의 R5, R6및 R7은 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 아민 화합물과 H2S, H2Se 또는 H2Te의 염을 접촉시켜서 상기 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질을 생성시키는 단계;At least one metal chalcogenide and the formula NR 5 R 6 R 7 wherein each R 5 , R 6 and R 7 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic (C 3 to C 6 ) alkyl selected from the group consisting of; and a salt of H 2 S, H 2 Se or H 2 Te by contacting to generate an ammonium precursor of the metal chalcogenide; 상기 금속 칼코겐화물의 상기 암모늄계 전구물질, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 상기 히드라진 화합물 중의 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및The ammonium precursor of the metal chalcogenide, formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl And an element chalcogen selected from the group consisting of linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and optionally S, Se, Te and combinations thereof. Producing a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide in the hydrazine compound; And 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계Separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product 를 포함하는 공정으로 제조하는 것인 방법.It is prepared by a process comprising a. 소스 영역과 드레인 영역, 이 소스 영역과 드레인 영역 사이에서 연장되고 반도전 재료를 포함하는 채널 층, 이 채널 층에 인접하게 공간 이격되도록 배치된 게이트 영역, 이 게이트 영역과 소스 영역, 드레인 영역 및 채널 층 사이의 전기 절연 층을 보유하는 유형의 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 방법으로서,A source layer and a drain region, a channel layer extending between the source region and the drain region and comprising a semiconducting material, a gate region disposed to be spaced apart adjacent to the channel layer, the gate region and the source region, the drain region and the channel A method of manufacturing a field effect transistor of the type having an electrically insulating layer between layers, 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질 및 내부에 가용화 첨가제를 보유한 용매를 접촉시켜서 상기 전구물질의 착물 용액을 형성시키는 단계; 상기 착물 용액을 기판 상에 도포하여 상기 기판 상에 상기 용액의 코팅을 형성시키는 단계; 상기 코팅으로부터 상기 용매를 제거하여 상기 기판 상에 상기 착물의 막을 생성시키는 단계; 및 이후 상기 착물 막을 어닐링 처리하여 상기 기판 상에 금속 칼코겐화물 막을 생성시키는 단계를 포함하는 공정으로 제조한 금속 칼코겐화물 반도전 재료의 막을 포함하는 채널 층을 제조하는 단계Contacting the separated hydrazinium precursor of the metal chalcogenide and a solvent having a solubilizing additive therein to form a complex solution of the precursor; Applying the complex solution onto a substrate to form a coating of the solution on the substrate; Removing the solvent from the coating to form a film of the complex on the substrate; And subsequently annealing the complex film to produce a metal chalcogenide film on the substrate to produce a channel layer comprising a film of a metal chalcogenide semiconducting material prepared by a process. 를 포함하는 방법.How to include. 제7항에 있어서, 상기 금속 칼코겐화물 막은 약 5Å 내지 약 2,000Å의 두께를 갖는 박막의 형태로 존재하는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein the metal chalcogenide film is in the form of a thin film having a thickness of about 5 kPa to about 2,000 kPa. 제7항에 있어서, 상기 금속 칼코겐화물 막은 다결정질 금속 칼코겐화물 또는 상기 금속 칼코겐화물의 단결정을 포함하는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein said metal chalcogenide film comprises polycrystalline metal chalcogenide or a single crystal of said metal chalcogenide. 제9항에 있어서, 상기 금속 칼코겐화물 막이 반도체 디바이스내 콘택트들 간의 치수와 동일하거나 그 치수보다 더 큰 입자 크기를 지닌 다결정질인 방법.10. The method of claim 9, wherein the metal chalcogenide film is polycrystalline with a particle size that is equal to or greater than the dimension between the contacts in the semiconductor device. 제7항에 있어서, 상기 금속 칼코겐화물은 Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 금속 및 S, Se, Te 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 칼코겐을 포함하는 것인 방법.8. The metal chalcogenide of claim 7, wherein the metal chalcogenide is selected from the group consisting of Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl, and combinations thereof, and S, Se, Te, and combinations thereof. Chalcogen selected from the group consisting of. 제7항에 있어서, 상기 어닐링 처리 단계는 상기 금속 칼코겐화물 막을 생성시키기에 충분한 시간 동안, 그리고 온도에서 수행하는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein said annealing step is performed for a time sufficient to produce said metal chalcogenide film and at a temperature. 제12항에 있어서, 상기 온도가 약 25℃ 내지 약 500℃인 방법.13. The method of claim 12, wherein the temperature is about 25 ° C to about 500 ° C. 제7항의 방법으로 제조한 전계 효과 트랜지스터.A field effect transistor manufactured by the method of claim 7. 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질을 제조하는 방법으로서,A method for preparing an isolated hydrazinium precursor of a metal chalcogenide, 하나 이상의 금속 칼코겐화물, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서상기 히드라진 화합물 중의 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및At least one metal chalcogenide, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 wherein each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched Or an element chalcogen selected from the group consisting of cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and optionally S, Se, Te and combinations thereof. Producing a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide; And 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계Separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product 를 포함하는 방법.How to include. 금속 칼코겐화물의 분리된 히드라지늄계 전구물질을 제조하는 방법으로서,A method for preparing an isolated hydrazinium precursor of a metal chalcogenide, 하나 이상의 금속 칼코겐화물 및 화학식 NR5R6R7[식 중, 각각의 R5, R6및 R7은 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 아민 화합물과 H2S, H2Se 또는 H2Te의 염을 접촉시켜서 상기 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질을 생성시키는 단계;At least one metal chalcogenide and the formula NR 5 R 6 R 7 wherein each R 5 , R 6 and R 7 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic (C 3 to C 6 ) alkyl selected from the group consisting of; and a salt of H 2 S, H 2 Se or H 2 Te by contacting to generate an ammonium precursor of the metal chalcogenide; 상기 금속 칼코겐화물의 상기 암모늄계 전구물질, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 상기 히드라진 화합물 중의 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계; 및The ammonium precursor of the metal chalcogenide, formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl And an element chalcogen selected from the group consisting of linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and optionally S, Se, Te and combinations thereof. Producing a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide in the hydrazine compound; And 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질을 실질적으로 순수한 생성물로서 분리하는 단계Separating the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide as a substantially pure product 를 포함하는 방법.How to include. 하기 화학식으로 표시된 히드라지늄 금속 칼코겐화물:Hydrazinium metal chalcogenides represented by the formula: MzXq(R1R2N-NHR3R4)2q-nz(R1R2N-NR3R4)m M z X q (R 1 R 2 N-NHR 3 R 4 ) 2q-nz (R 1 R 2 N-NR 3 R 4 ) m 상기 식 중에서,In the above formula, M은 원자가 n을 갖는 주족 금속이고, n은 1 내지 6의 정수이며;M is a main group metal having valency n, n is an integer from 1 to 6; X는 칼코겐이고;X is a chalcogen; z는 1 내지 10의 정수이며;z is an integer from 1 to 10; q는 1 내지 30의 정수이고;q is an integer from 1 to 30; m은 1 내지 30.5이며;m is 1 to 30.5; 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3-C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택된다.Each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently selected from the group consisting of hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl. 제17항에 있어서, 상기 금속은 Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군 중에서 선택되고, 상기 칼코겐은 S, Se 및 Te로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 히드라지늄 금속 칼코겐화물.The hydrazin according to claim 17, wherein the metal is selected from the group consisting of Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, and Tl, and the chalcogen is selected from the group consisting of S, Se, and Te. Metal chalcogenides. 금속 칼코겐화물의 막을 증착시키는 방법으로서,A method of depositing a film of metal chalcogenide, 하나 이상의 금속 칼코겐화물, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계;At least one metal chalcogenide, of formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 wherein each R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched Or an element chalcogen selected from the group consisting of cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and optionally S, Se, Te and combinations thereof. Producing a solution of a hydrazinium precursor of the cargo; 상기 금속 칼코겐화물의 상기 히드라지늄계 전구물질의 용액을 기판 상에 도포하여 상기 전구물질의 막을 생성시키는 단계; 및Applying a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide onto a substrate to produce a film of the precursor; And 이후 상기 전구물질 막을 어닐링 처리하여 과량의 히드라진 및 히드라지늄 칼코겐화물 염을 제거함으로써 상기 기판 상에 상기 금속 칼코겐화물의 막을 생성시키는 단계Annealing the precursor film to remove excess hydrazine and hydrazium chalcogenide salts to form a film of the metal chalcogenide on the substrate. 를 포함하는 방법.How to include. 금속 칼코겐화물의 막을 증착시키는 방법으로서,A method of depositing a film of metal chalcogenide, 하나 이상의 금속 칼코겐화물 및 화학식 NR5R6R7[식 중, 각각의 R5, R6및 R7은 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 아민 화합물과 H2S, H2Se 또는 H2Te의 염을 접촉시켜서 상기 금속 칼코겐화물의 암모늄계 전구물질을 생성시키는 단계;At least one metal chalcogenide and the formula NR 5 R 6 R 7 wherein each R 5 , R 6 and R 7 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl and linear, branched or cyclic (C 3 to C 6 ) alkyl selected from the group consisting of; and a salt of H 2 S, H 2 Se or H 2 Te by contacting to generate an ammonium precursor of the metal chalcogenide; 상기 금속 칼코겐화물의 상기 암모늄계 전구물질, 화학식 R1R2N-NR3R4[식 중, 각각의 R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 아릴, 메틸, 에틸 및 선형, 분지형 또는 고리형 (C3~C6)알킬로 이루어진 군 중에서 선택됨]로 표시되는 히드라진 화합물, 및 임의로 S, Se, Te 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 원소 칼코겐을 접촉시켜서 상기 히드라진 화합물 중의 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계;The ammonium precursor of the metal chalcogenide, formula R 1 R 2 N-NR 3 R 4 , wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is independently hydrogen, aryl, methyl, ethyl And an element chalcogen selected from the group consisting of linear, branched or cyclic (C 3 -C 6 ) alkyl], and optionally S, Se, Te and combinations thereof. Producing a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide in the hydrazine compound; 상기 금속 칼코겐화물의 상기 히드라지늄계 전구물질의 용액을 기판 상에 도포하여 상기 전구물질의 막을 생성시키는 단계; 및Applying a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide onto a substrate to produce a film of the precursor; And 이후 상기 전구물질 막을 어닐링 처리하여 과량의 히드라진 및 히드라지늄 칼코겐화물 염을 제거함으로써 상기 기판 상에 상기 금속 칼코겐화물의 막을 생성시키는 단계Annealing the precursor film to remove excess hydrazine and hydrazium chalcogenide salts to form a film of the metal chalcogenide on the substrate. 를 포함하는 방법.How to include. 하나 이상의 금속 칼코겐화물과 (i) 히드라진 화합물 또는 (ii) 먼저 암모늄염 화합물 및 이후 히드라진 화합물을 접촉시켜서 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계;Contacting at least one metal chalcogenide with (i) a hydrazine compound or (ii) an ammonium salt compound and then a hydrazine compound to produce a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide; 상기 금속 칼코겐화물의 상기 히드라지늄계 전구물질의 용액을 기판 상에 도포하여 상기 전구물질의 막을 생성시키는 단계; 및Applying a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide onto a substrate to produce a film of the precursor; And 상기 금속 칼코겐화물 막을 생성시키기에 충분한 조건 하에 상기 전구물질막을 어닐링 처리하는 단계Annealing the precursor film under conditions sufficient to produce the metal chalcogenide film 를 포함하는 방법으로 제조한 금속 칼코겐화물 막을 갖는 채널 층을 포함하는 전계 효과 트랜지스터.A field effect transistor comprising a channel layer having a metal chalcogenide film prepared by a method comprising a. 전계 효과 트랜지스터 내의 금속 칼코겐화물 막을 제조하는 방법으로서,A method of manufacturing a metal chalcogenide film in a field effect transistor, 하나 이상의 금속 칼코겐화물과 (i) 히드라진 화합물 또는 (ii) 먼저 암모늄염 화합물 및 이후 히드라진 화합물을 접촉시켜서 상기 금속 칼코겐화물의 히드라지늄계 전구물질의 용액을 생성시키는 단계;Contacting at least one metal chalcogenide with (i) a hydrazine compound or (ii) an ammonium salt compound and then a hydrazine compound to produce a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide; 상기 금속 칼코겐화물의 상기 히드라지늄계 전구물질의 용액을 기판 상에 도포하여 상기 전구물질의 막을 생성시키는 단계; 및Applying a solution of the hydrazinium precursor of the metal chalcogenide onto a substrate to produce a film of the precursor; And 상기 금속 칼코겐화물 막을 생성시키기에 충분한 조건 하에 상기 전구물질 막을 어닐링 처리하는 단계Annealing the precursor film under conditions sufficient to produce the metal chalcogenide film 를 포함하는 방법.How to include.
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