KR20160017602A - 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 전이금속막이 제공된 기판을 제공하고, 칼코겐소스를 증발시켜서 제2 분자구조의 칼코겐물질을 형성하고, 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하여서 제2 분자구조보다 상대적으로 적은 원자들을 포함하는 분자구조인 제1 분자구조의 칼코겐물질을 형성하고, 전이금속막 상에 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 금속 화합물 박막 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전이금속 칼코겐화합물 제조 방법에 관한 것이다.
기존 실리콘(Si) 기반의 전자소자 또는 III-V 기반의 광소자의 고속화, 집적화는 나노 박막 기술 개발과 함께 고이동도의 새로운 물질 개발을 필요로 한다. 일반적인 반도체 소자의 특성은 채널로 사용되는 박막 내에서의 캐리어 이동도에 의해 결정되며, 이동도를 결정하는 요인으로는 포논 산란, 이온화 불순물 산란, 계면 거칠기, 그리고 입계경계 산란 등이 있다. 소자의 채널과 절연층 계면 상태에서의 결함과 거칠기는 이동도를 결정하는 중요한 인자로, 이를 개선하기 위한 연구와 이동도가 향상된 물질 합성 개발은 상당히 중요한 연구주제로 여겨지고 있다.
현재, 실리콘 기반 외에 TFT에서의 획기적인 발전 가능성을 보이는 물질 군으로는 높은 이동도와 저차원 층상구조를 가지는 전이금속 칼코겐화합물 (transition metal dichalcogenides, TMDCs)인 MX2 (M=Mo, Zn, X=S, Se) 등이 있으며, 특히, MoS2 박막은 그래핀과 유사한 특성을 보여 학계 및 산업에서 높은 관심을 받고 있다. 전이금속 칼코겐 화합물 박막은 기계적 특성뿐만 아니라, 저차원 구조에서 우수한 전기적 특성을 갖고 있다. 특히, 이황화 몰리브덴(MoS2, molybdenum disulfide)는 훌륭한 양자 발광 효율, 높은 전하 이동도, 그리고 높은 on/off 비를 갖는 장점을 지니고 있다. 벌크상의 MoS2는 1.2 eV 수준의 비선형 밴드갭을 갖지만 단일층 MoS2는 밴드갭이 1.8 eV까지 형성될 수 있고, 200~350 cm2/Vs의 전하 이동도, 106~108 수준의 높은 on/off비를 갖는 것으로 보고되어 스위칭 소자, 광전자소자, 메모리, 신호 증폭기, 그리고 다양한 광 관련 센서 개발에 안정적으로 응용이 가능할 것으로 예상된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 저온에서 전이금속 칼코겐화합물 박막을 형성할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 전이금속막이 제공된 기판을 제공하는 것; 및 상기 전이금속막 상에 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것을 포함하며, 상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것은 칼코겐소스를 증발시켜서 제2 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계 및 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하여서 상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 분자구조는 상기 제2 분자구조보다 상대적으로 적은 원자들을 포함하는 분자구조일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 기판을 제1 가열하는 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제1 가열 공정의 온도는 50 ℃ 내지 350 ℃ 일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것은 상기 전이금속막이 제공된 상기 기판을 공기 중에 노출시킨 후 수행될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 칼코겐소스를 증발시키는 것은 상기 칼코겐소스를 제2 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하는 것은 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 제3 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함하며, 상기 제3 가열 공정의 온도는 상기 제2 가열 공정의 온도보다 높을 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 전이금속막은 몰리브덴(Mo)막일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 칼코겐물질은 황(S)일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 전이금속 칼코겐화합물 박막은 단일층(mono-layer) 또는 이중층(double-layer) 구조를 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은
기판 상에 전이금속물질 및 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것을 포함하며, 상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것은 칼코겐소스를 증발시켜서 제2 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계 및 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하여서 상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 분자구조는 상기 제2 분자구조보다 상대적으로 적은 원자들을 포함하는 분자구조일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 기판을 제1 가열하는 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제1 가열 공정의 온도는 50 ℃ 내지 350 ℃ 일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 칼코겐소스를 증발시키는 것은 상기 칼코겐소스를 제2 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하는 것은 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 제3 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함하며, 상기 제3 가열 공정의 온도는 상기 제2 가열 공정의 온도보다 높을 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 전이금속물질은 몰리브덴(Mo)일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 칼코겐물질은 황(S)일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 전이금속 칼코겐화합물 박막은 단일층(mono-layer) 또는 이중층(double-layer) 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 칼코겐물질은 상대적으로 적은 원자를 가지는 분자구조로 형성되어 기판 상에 제공될 수 있다. 이 경우, 칼코겐물질과 전이금속의 반응성이 좋아지므로, 저층 구조를 갖는 전이금속 칼코겐화합물 박막이 저온에서 형성될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 개시된 바에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼코겐물질의 크랙킹(Cracking) 장치 및 크랙킹(cracking) 공정을 나타낸다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 일 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 일 예를 나타낸다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 다른 예를 나타낸다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 일 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 일 예를 나타낸다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 다른 예를 나타낸다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 방향들, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 방향들 및 막들(또는 층들)이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 방향 또는 막(또는 층)을 다른 방향 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제 1 막(또는 층)으로 언급된 막이 다른 실시예에서는 제 2 막(또는 층)으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼코겐물질의 크랙킹(Cracking) 장치 및 크랙킹(cracking) 공정을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 저장부(10)를 포함하는 제1 가열부(20)가 제공될 수 있다. 제1 가열부(20)는 일측에 개구부를 가지는 반개관(half-open tube) 형태를 가질 수 있다. 저장부(10)는 내부에 칼코겐소스(12)를 포함할 수 있다. 칼코겐소스(12)는 고체 또는 액체의 칼코겐물질일 수 있다. 저장부(10)는 일측에 개구부를 가질 수 있다. 저장부(10)의 개구부를 통해 칼코겐소스(12)가 저장부(10)의 내외부로 이동할 수 있다. 제2 가열부(30)가 제1 가열부(20)의 개구부에서 연장될 수 있다. 제2 가열부(30)는 양측에 개구부를 가지는 개관(open tube) 형태를 가질 수 있다.
이하, 크랙킹(cracking) 공정이 자세히 설명된다. 칼코겐소스(12)가 황(S)인 경우가 일 예로 설명되지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 칼코겐물질도 크랙킹(cracking) 공정의 대상물이 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 저장부(10) 내부에 황(S)(12)이 제공될 수 있다. 황(12)은 고체 또는 액체일 수 있다. 일 예에서, 저장부(10) 내부에 파우더(powder) 형태의 황(12)이 제공될 수 있다. 제1 가열부(20)를 통해 황(12)은 제1 온도로 가열될 수 있다. 일 예에서, 제1 온도는 약 150 ℃ 내지 약 200 ℃일 수 있다. 황(12)은 약 115 ℃를 녹는점으로 가지므로, 약 150 ℃ 내지 약 200 ℃에서 액체 상태일 수 있다. 액체 상태의 황이 증발되어 기체 상태인 제2 분자구조의 황(14)이 될 수 있다. 제2 분자구조는 이하 설명될 제1 분자구조보다 상대적으로 다수의 황 원자들로 구성된 분자구조일 수 있다. 일 예로 제2 분자구조는 S8일 수 있다. 제2 분자구조의 황(14)은 제1 가열부(20)의 내부를 따라 제2 가열부(30)로 이동할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 분자구조의 황(14)은 제2 가열부(30)에서 제2 온도로 가열되어 제1 분자구조의 황(16)이 될 수 있다. 제2 온도는 약 700 ℃ 내지 약 1000 ℃일 수 있다. 제1 분자구조는 제2 분자구조보다 상대적으로 소수의 황원자들로 구성된 분자구조일 수 있다. 일 예로, 제1 분자구조는 S2, S3, 및 S4에서 선택되는 어느 하나의 구조일 수 있다. 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도는 예시적으로 제시된 것이며, 이에 한정되지 않는다. 제1 분자구조의 황(16)은 후술할 전이금속과 화합물이 되려는 반응성이 높을 수 있다. 따라서, 본 발명의 크랙킹(cracking) 공정에 따르면, 반응성이 우수한 제1 분자구조의 황(16)이 형성될 수 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 전이금속물질(112)이 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 기판(100)은 유리, 반도체, 금속, 세라믹, 및 플라스틱 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 전이금속물질(112)은, 예를 들면, 몰리브덴(Mo) 또는 아연(Zn)을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전이금속물질(112)의 제공을 통해, 전이금속막(110)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 전이금속막(110)은 후술할 칼코겐물질과 반응하여 전이금속 칼코겐화합물을 형성할 수 있다. 전이금속막(110)은 전이금속, 예를 들면, 몰리브덴(Mo) 또는 아연(Zn)을 포함할 수 있다. 전이금속막(110)의 형성 공정은 증발(evaporation)법 또는 스퍼터링(sputtering)법과 같은 진공 증착 방법을 포함할 수 있다. 일 예에서, 전이금속막(110)의 형성 공정은 스퍼터링 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전이금속막(110)의 형성 공정은 몰리브덴(Mo)을 스퍼터링 타겟으로 이용하는 스퍼터링 공정일 수 있다. 몰리브덴(Mo) 물질은 스퍼터링 타겟에서 분리되어, 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 이에 따라, 기판(100) 상에 몰리브덴(Mo)막이 형성될 수 있다. 일 예에서, 전이금속막(110)(예를 들어, 몰리브덴(Mo)막)의 두께는 약 1 nm 내지 약 100 nm를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 칼코겐물질(122)이 전이금속막(110) 상에 제공될 수 있다. 일 예에서, 칼코겐물질(122)은 황(S) 또는 셀레늄(Se)을 포함할 수 있다. 칼코겐물질(122)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 크랙킹(Cracking) 공정을 통하여, 전이금속막(110) 상에 제공될 수 있다. 크랙킹(Cracking) 공정을 거친 칼코겐물질(122)은 높은 반응성을 가질 수 있다.
칼코겐물질(122)과 전이금속막(110)은 가열될 수 있다. 가열 공정은 기판(100)을 제3 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 일 예에서, 제3 온도는 약 50 ℃ 내지 약 550 ℃일 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 크랙킹 공정의 제2 온도가 약 1000 ℃인 경우, 제3 온도는 약 50 ℃ 내지 약 350 ℃일 수 있다. 가열 공정을 통해, 칼코겐물질(122)과 전이금속막(110)의 반응성이 높아질 수 있다. 가열 공정은 칼코겐물질(122) 및/또는 전이금속막(110)이 기판 상에 제공되기 이전 또는 이후에 시작되어, 적어도 원하는 전이금속 칼코겐화합물 박막이 형성될 때까지 계속될 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 4 내지 도 6의 공정을 통하여 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 일 예에서, 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)은 MoS2 박막일 수 있다. MoS2 박막은 저층상(예를 들어, 단일층(mono-layer) 또는 이중층(double-layer)) 구조일 수 있다. 단일층(mono-layer)의 MoS2박막은 하부와 상부의 S 원자들, 막의 중간부의 Mo 원자들을 포함할 수 있다. Mo 원자들은 인접한 S원자들과 공유결합을 할 수 있다. n층상 구조의 MoS2 박막은 n개의 단일층상 MoS2 막이 반데르발스(van der Waals) 결합되어 형성될 수 있다. 저층상 구조의 MoS2은 우수한 전하 이동도(mobility)를 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 저층상 구조를 갖는 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)이 저온(예를 들어, 약 50 ℃에서 약 350 ℃)에서 형성될 수 있다. 저층상 구조의 전이금속 칼코겐화합물 박막은 우수한 전하 이동도(mobility)를 가질 수 있다. 또한, 독성을 갖는 수소 화합물(H2S, H2Se, 또는 H2Te)이 사용되지 않고, 칼코겐물질(122)이 전이금속막(110)에 공급될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸다. 설명의 간소화를 위하여, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된 실시예와 실질적으로 동일한 부분의 설명은 생략된다.
도 8을 참조하면, 기판(100) 상에 전이금속물질(112) 및 칼코겐물질(122)이 동시에 제공될 수 있다. 다만, '동시에 제공'은 두 물질(112, 122)이 완벽하게 동일한 시간 동안 제공된다는 것이 아니라 전이금속물질(112)(또는 칼코겐물질(122))이 제공되는 중에 칼코겐물질(122)(또는 전이금속물질(112))도 제공된다는 의미일 수 있다. 전이금속물질(112)과 칼코겐물질(122)의 제공 공정은 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된 실시예의 전이금속물질(112)과 칼코겐물질(122)의 제공 공정과 실질적으로 동일할 수 있다.
전이금속물질(112)과 칼코겐물질(122)은 제3 온도로 가열될 수 있다. 전이금속물질(112)과 칼코겐물질(122)의 가열 공정 및 가열 온도는 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된 실시예의 전이금속막(110)과 칼코겐물질(122)의 가열 공정과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 저층 구조의 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)이 형성될 수 있다. 저층 구조의 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)은 우수한 전하 이동도(mobility)를 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면 저층 구조를 갖는 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)이 저온(예를 들어, 약 50 ℃ 에서 약 350 ℃)에서 형성될 수 있다. 또한, 독성을 갖는 수소 화합물(H2S, H2Se, 또는 H2Te)이 사용되지 않고, 칼코겐물질(122)이 기판(100)에 공급될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법의 적용례들이 설명된다.
<적용례 1>
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 일 예를 나타낸다. 설명의 간소화를 위하여, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된 실시예와 실질적으로 동일한 부분은 생략된다.
도 9를 참조하면, 내부에 기판부(210)를 포함하는 챔버(200)가 제공될 수 있다. 챔버(200)는 두 개의 개구부들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 개구부들은 챔버(200)의 상부에 배치될 수 있다. 전이금속물질 제공장치(230) 및 칼코겐물질 제공장치(220)가 챔버(200)의 개구부들의 각각에서 연장 또는 연결될 수 있다.
도 10을 참조하면, 기판(100)이 기판부(210) 상에 제공될 수 있다. 기판(100)은 유리, 반도체, 금속, 세라믹, 및 플라스틱 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
전이금속물질(112)이 전이금속물질 제공장치(230)로부터 기판(100) 상으로 제공될 수 있다. 일 예에서, 전이금속물질(112)은 증발(evaporation)증착 장치를 포함하는 전이금속물질 제공장치(230)로부터 기판(100)상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 전이금속물질(112)은 몰리브덴(Mo)일 수 있다. 이에 따라, 기판(100) 상에 몰리브덴(Mo)막이 형성될 수 있다. 다른 예에서, 전이금속물질(112)은 스퍼터링 공정으로 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 이 경우, 챔버 내에 스퍼터링 장치(미도시)가 제공될 수 있고, 전이금속물질 제공장치(230)는 제공되지 않을 수 있다.
도 11을 참조하면, 칼코겐물질(122)이 칼코겐물질 제공장치(220)로부터 도 10의 공정을 통한 전이금속막(110) 상에 제공될 수 있다. 일 예에서, 칼코겐물질 제공장치(220)는 크랙킹 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 크랙킹 장치(미도시)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 실시예의 크랙킹 장치와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 실시예의 제1 분자구조의 황기체(16)가 몰리브덴(Mo)막 상에 제공될 수 있다.
칼코겐물질(122)과 전이금속막(110)은 가열될 수 있다. 가열 공정은 기판부(210)를 제3 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 상기 가열 공정은 칼코겐물질(122)의 공급과 동시에 또는 칼코겐물질(122)의 공급 이후에 수행될 수 있다. 일 예에서, 제3 온도는 약 50 ℃ 내지 약 550 ℃ 일 수 있다. 도 1 내지 도 3의 크랙킹 장치와 실질적으로 동일한 본 발명의 크랙킹 공정의 제2 온도가 약 1000 ℃인 경우, 제3 온도는 약 50 ℃ 내지 약 350 ℃ 일 수 있다. 가열 공정을 통해, 칼코겐물질(122)과 전이금속막(110)의 반응성이 높아질 수 있다.
도 12를 참조하면, 도 9 내지 도 11의 공정을 통하여 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 일 예에서, 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)은 MoS2 박막일 수 있다. MoS2 박막은 저층상(예를 들어, 단일층(mono-layer) 또는 이중층(double-layer)) 구조일 수 있다. 단일층(mono-layer)상의 MoS2박막은 하부와 상부의 S 원자들, 막의 중간부의 Mo 원자들을 포함할 수 있다. Mo 원자들은 인접한 S원자들과 공유결합을 할 수 있다. n층상 구조의 MoS2 박막은 n개의 단일층(mono-layer)상 MoS2 막이 반데르발스(van der Waals) 결합되어 형성될 수 있다. 저층상 구조의 MoS2 막은 우수한 전하 이동도(mobility)를 가질 수 있다.
<적용례2>
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 일 예를 나타낸다. 설명의 간소화를 위하여, 도 8을 참조하여 설명된 실시예 및 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된 적용례와 실질적으로 동일한 부분의 설명은 생략된다.
도 13을 참조하면, 전이금속물질(112)과 칼코겐물질(122)이 각각 전이금속물질 제공장치(230)와 칼코겐물질 제공장치(220)로부터 기판(100) 상으로 동시에 제공될 수 있다. 다만, '동시에 제공'은 두 물질(112, 122)이 완벽하게 동일한 시간 동안 제공된다는 것이 아니라 전이금속물질(112)(또는 칼코겐물질(122))이 제공되는 중에 칼코겐물질(122)(또는 전이금속물질(112))도 제공된다는 의미일 수 있다.
전이금속물질(112)과 칼코겐물질(122)은 가열될 수 있다. 상기 가열 공정은 칼코겐물질(122)의 공급과 동시에 또는 칼코겐물질(122)의 공급 이후에 수행될 수 있다. 가열 공정은 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된 적용례의 가열 공정과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이, 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다.
<적용례 3>
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제조 장치에 적용한 다른 예를 나타낸다. 설명의 간소화를 위하여, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된 실시예 및 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된 적용례와 실질적으로 동일한 부분의 설명은 생략된다.
도 14를 참조하면, 시료이동부(500)를 통해 연결되는 제1 챔버(300) 및 제2 챔버(400)가 제공될 수 있다. 제1 챔버(300)의 일측에 전이금속물질 제공장치(320)가 연결될 수 있다. 제1 챔버(300)는 내부에 제1 기판부(310)를 포함할 수 있다. 제2 챔버(400)의 일측에 칼코겐물질 제공장치(420)가 연결될 수 있다. 제2 챔버(400)는 내부에 제2 기판부(410)를 포함할 수 있다.
기판(100)이 제1 기판부(310) 상에 제공될 수 있다. 전이금속물질(112)이 전이금속물질 제공장치(320)로부터 기판(100) 상으로 제공될 수 있다. 전이금속물질(112)의 제공 공정은 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된 적용례의 전이금속물질(112)의 제공 공정과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 14의 공정을 통하여 전이금속막(110)이 형성된 기판(100)이 제2 챔버(400)로 이동될 수 있다. 기판(100)은 시료이동부(500)를 통해 이동될 수 있다. 시료이동부(500)는 개폐 가능한 차단부(510)를 포함할 수 있다. 기판(100)의 이동 시, 차단부(510)는 열릴 수 있다. 기판(100)의 이동 종료 시, 차단부(510)는 닫힐 수 있다.
도 16을 참조하면, 칼코겐물질(122)이 칼코겐물질 제공장치(420)로부터 전이금속막(110) 상으로 제공될 수 있다. 칼코겐물질(122)의 제공 공정은 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된 적용례의 칼코겐물질(122)의 제공 공정과 실질적으로 동일할 수 있다.
전이금속막(110)과 칼코겐물질(122)은 제2 기판부(410)를 통해 가열될 수 있다. 상기 가열 공정은 칼코겐물질(122)의 공급과 동시에 또는 칼코겐물질(122)의 공급 이후에 수행될 수 있다. 가열 공정은 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된 적용례의 가열 공정과 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된 적용례의 가열 공정의 기판부(210)는 본 적용례의 제2 기판부(410)일 수 있다.
도 17을 참조하면, 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 일 예에서, 전이금속 칼코겐화합물 박막(130)은 MoS2 박막일 수 있다. MoS2 박막은 저층상(예를 들어, 단일층(mono-layer) 또는 이중층(double-layer)) 구조일 수 있다. 단일층(mono-layer)상의 MoS2박막은 하부와 상부의 S 원자들, 막의 중간부의 Mo 원자들을 포함할 수 있다. Mo 원자들은 인접한 S원자들과 공유결합을 할 수 있다. n층상 구조의 MoS2 박막은 n개의 단일층(mono-layer)상 MoS2 막이 반데르발스(van der Waals) 결합되어 형성될 수 있다. 저층상 구조의 MoS2 막은 우수한 전하 이동도(mobility)를 가질 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 저장부
12 : 칼코겐소스, 황(S)
14 : 제2 분자구조의 황 16 : 제1 분자구조의 황
20 : 제1 가열부 30 : 제2 가열부
100 : 기판 110 : 전이금속막
112 : 전이금속물질 122 : 칼코겐물질
130 : 전이금속 칼코겐화합물 박막 200 : 챔버
210 : 기판부 220 : 칼코겐물질 제공장치
230 : 전이금속물질 제공장치 300 : 제1 챔버
310 : 제1 기판부 320 : 전이금속물질 제공장치
400 : 제2 챔버 410 : 제2 기판부
420 : 칼코겐물질 제공장치 500 : 시료이동부
510 : 차단부
14 : 제2 분자구조의 황 16 : 제1 분자구조의 황
20 : 제1 가열부 30 : 제2 가열부
100 : 기판 110 : 전이금속막
112 : 전이금속물질 122 : 칼코겐물질
130 : 전이금속 칼코겐화합물 박막 200 : 챔버
210 : 기판부 220 : 칼코겐물질 제공장치
230 : 전이금속물질 제공장치 300 : 제1 챔버
310 : 제1 기판부 320 : 전이금속물질 제공장치
400 : 제2 챔버 410 : 제2 기판부
420 : 칼코겐물질 제공장치 500 : 시료이동부
510 : 차단부
Claims (17)
- 전이금속막이 제공된 기판을 제공하는 것; 및
상기 전이금속막 상에 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것을 포함하며,
상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것은 칼코겐소스를 증발시켜서 제2 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계 및 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하여서 상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1 분자구조는 상기 제2 분자구조보다 상대적으로 적은 원자들을 포함하는 분자구조인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판을 제1 가열하는 공정을 수행하는 것을 더 포함하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1 가열 공정의 온도는 50 ℃ 내지 350 ℃ 인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것은 상기 전이금속막이 제공된 상기 기판을 공기 중에 노출시킨 후 수행되는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 칼코겐소스를 증발시키는 것은 상기 칼코겐소스를 제2 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하는 것은 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 제3 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함하며,
상기 제3 가열 공정의 온도는 상기 제2 가열 공정의 온도보다 높은 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전이금속막은 몰리브덴(Mo)막인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 칼코겐물질은 황(S)인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전이금속 칼코겐화합물 박막은 단일층(mono-layer) 또는 이중층(double-layer) 구조를 포함하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 기판 상에 전이금속물질 및 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것을 포함하며,
상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 제공하는 것은 칼코겐소스를 증발시켜서 제2 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계 및 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하여서 상기 제1 분자구조의 칼코겐물질을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1 분자구조는 상기 제2 분자구조보다 상대적으로 적은 원자들을 포함하는 분자구조인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 기판을 제1 가열하는 공정을 수행하는 것을 더 포함하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제1 가열 공정의 온도는 50 ℃ 내지 350 ℃ 인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 칼코겐소스를 증발시키는 것은 상기 칼코겐소스를 제2 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 분해하는 것은 상기 제2 분자구조의 칼코겐물질을 제3 가열하는 공정을 수행하는 것을 포함하며,
상기 제3 가열 공정의 온도는 상기 제2 가열 공정의 온도보다 높은 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 전이금속물질은 몰리브덴(Mo)인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 칼코겐물질은 황(S)인 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 전이금속 칼코겐화합물 박막은 단일층(mono-layer) 또는 이중층(double-layer) 구조를 포함하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
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| US14/812,856 US20160035568A1 (en) | 2014-08-04 | 2015-07-29 | Method of manufacturing transition metal chalcogenide thin film |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20190014226A (ko) * | 2017-07-28 | 2019-02-12 | 재단법인대구경북과학기술원 | 칼코겐화 열처리 장치 및 칼코겐화 열처리 방법 |
| KR20190024675A (ko) * | 2017-08-29 | 2019-03-08 | 한국전자통신연구원 | 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법 |
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2015
- 2015-05-27 KR KR1020150074205A patent/KR20160017602A/ko not_active Application Discontinuation
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