KR20160149577A - Transitional metal dichalcogenides and method of preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대량생산이 요구되는 전자장치 또는 헤테로구조 장치에 적용될 수 있는 전이금속 칼코겐화물 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a transition metal chalcogenide structure that can be applied to an electronic device or a heterostructure device requiring mass production and a method for manufacturing the same.
현존하는 물질을 이용하여 제작 가능한 새로운 유형의 전자장치 및 광전자장치를 개발하기 위한 목적으로, 2차원(2D) 물질에 관한 연구가 상당히 많이 수행되었다. 특히, 일반식 MX2로 표시되는 전이금속 칼코겐화물(TMD)이 우수한 광학적, 기계적 특성과, 원자 수준의 얇은 두께와 유한한 밴드갭에 기인하는 전기적 특성으로 인해 많은 관심을 받았다.For the purpose of developing new types of electronic and optoelectronic devices that can be made using existing materials, much research has been done on two-dimensional (2D) materials. In particular, the transition metal chalcogenide (TMD) represented by the general formula MX2 has attracted a great deal of attention due to its excellent optical and mechanical properties, and the electrical properties due to the atomic thickness and the finite band gap.
TMD에 관한 연구는 대부분 기계적으로 박리된 플레이크를 대상으로 하거나 이를 SiO2 및 사파이어와 같은 유용한 기판 상에 전사하여 수행되었다. 그러나, 이러한 방법은 규모 확대나 계면의 측면에서 볼 때 대량생산이 가능한 전자장치 및 헤테로구조 장치에는 부적합하다. 대면적 TMD 필름의 제조를 위해 여러 합성방법이 이용되었다. 예를 들어, 현재 고품질 TMD의 합성에 있어 가장 성공적인 방법인 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 잘 제어된 층수를 갖는, 대면적의 균일한 필름을 얻을 수 있다. 또한, CVD 방법을 이용하면, 성장 과정에서 기상 반응물의 변경을 통해 수평 또는 수직 구조의 헤테로구조체를 용이하게 제조할 수 있다. 이러한 방법에 의해 다양한 헤테로접합이 성공적으로 합성되었다. CVD 방법을 이용하면 우수한 결정성과 균일성이 보장되지만, 이 방법은 합성조건이 복잡하고 민감하며 집적장치에 요구되는 패턴 형성이 어려운 문제가 있다. 그러므로, 상대적으로 간단하며 여러 합성 파라미터의 변화를 통해 물질의 크기 및 구조의 변경이 가능한 용액 기반 방법이 요망된다.Studies on TMD have been performed mostly on mechanically exfoliated flakes or by transferring them onto a useful substrate such as SiO 2 and sapphire. However, this method is unsuitable for electronic devices and heterostructure devices capable of mass production in terms of scale and interface. Several synthetic methods have been used for the production of large area TMD films. For example, using chemical vapor deposition (CVD), which is currently the most successful method for synthesizing high quality TMD, a uniform film with a well-controlled number of layers can be obtained. Further, by using the CVD method, it is possible to easily manufacture a horizontal or vertical heterostructure by changing the gaseous reactant during the growth process. Various heterojunctions have been successfully synthesized by this method. The CVD method ensures excellent crystallinity and uniformity, but this method has the problem that the synthesis conditions are complicated and sensitive and the pattern formation required for the integrated device is difficult. Therefore, a solution-based method is desired in which the size and structure of the material can be changed through relatively simple and various changes of the synthesis parameters.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전이금속 칼코겐화물 제조 과정 중 공정 조건을 용이하게 제어함으로써 다양한 형태의 전이금속 칼코겐화물 구조체를 제조할 수 있는 전이금속 칼코겐화물 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a transition metal chalcogenide structure capable of producing various types of transition metal chalcogenide structures by easily controlling process conditions during a transition metal chalcogenide production process. And to provide a method for producing a chalcogenide.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 여러 구현예에 따른 전이금속 칼코겐화물 구조체, 및 이를 포함하는 디바이스를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a transition metal chalcogenide structure according to various embodiments of the present invention, and a device including the same.
본 발명의 일 측면은 (A) 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체 수용액의 pH를 조절하는 단계; (B) pH 조절된 TMD 전구체 수용액에 기판을 침지시키는 단계; 및 (C) 상기 기판 상에 코팅된 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 TMD의 자기조립을 유도하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화물 구조체의 제조방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a method for preparing a metal complex comprising: (A) adjusting the pH of an aqueous solution of a transition metal chalcogenide (TMD) precursor; (B) immersing the substrate in a pH-adjusted TMD precursor aqueous solution; And (C) drying the TMD precursor aqueous solution coated on the substrate to induce self-assembly of the TMD.
본 발명의 다른 측면은 (A) 제1 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체 수용액 pH를 조절하는 단계; (B) pH 조절된 제1 TMD 전구체 수용액에 기판을 침지시키는 단계; (C) 상기 기판 상에 코팅된 제1 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 제1 TMD의 자기조립을 유도하는 단계; (D) 자기조립되어 형성된 제1 TMD 구조체를 제2 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체 수용액에 침지하는 단계; 및 (E) 상기 제1 TMD 구조체 상에 코팅된 제2 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 제2 TMD의 자기조립을 유도하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is a process for preparing a precursor solution comprising: (A) adjusting the pH of an aqueous solution of a first transition metal chalcogenide (TMD) precursor; (B) immersing the substrate in a pH-adjusted first TMD precursor aqueous solution; (C) drying the first TMD precursor aqueous solution coated on the substrate to induce self-assembly of the first TMD; (D) immersing the self-assembled first TMD structure in a second transition metal chalcogenide (TMD) precursor aqueous solution; And (E) drying the second TMD precursor aqueous solution coated on the first TMD structure to induce self-assembly of the second TMD.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 제조방법에 의해 제조되는 전이금속 칼코겐화물 구조체에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a transition metal chalcogenide structure produced by the above process.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 제조방법에 의해 제조되는 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a transition metal chalcogenide heterostructure produced by the above process.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 전이금속 칼코겐화물 구조체를 포함하는 디바이스로서, 상기 디바이스는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET), 투명전자장치 및 플렉시블 디바이스 중에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.Yet another aspect of the present invention is a device comprising the transition metal chalcogenide structure, wherein the device is one selected from a field effect transistor (FET), a transparent electronic device, and a flexible device.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체를 포함하는 디바이스로서, 상기 디바이스는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET), 투명전자장치 및 플렉시블 디바이스 중에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.Yet another aspect of the present invention is a device comprising the transition metal chalcogenide heterostructure, wherein the device is one selected from a field effect transistor (FET), a transparent electronic device, and a flexible device.
본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화물 구조체의 제조방법은 딥코팅법을 이용하므로 용액의 농도, pH, 증발속도와 같은 공정 조건을 제어하기가 용이하다. 또한, 이와 같은 공정 조건을 제어에 의해 다양한 형태의 전이금속 칼코겐화물 구조체를 제조할 수 있고, 다양화된 전이금속 칼코겐화물 구조체는 대량생산이 요구되는 전자장치나 헤테로 구조가 요구되는 디바이스에 광범위하게 적용될 수 있다.The method of preparing the transition metal chalcogenide structure according to the present invention uses a dip coating method, and thus it is easy to control process conditions such as concentration, pH, and evaporation rate of a solution. In addition, various types of transition metal chalcogenide structures can be produced by controlling such process conditions, and the diversified transition metal chalcogenide structures can be produced in electronic devices requiring high volume production or devices requiring heterostructure Can be widely applied.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전이금속 칼코겐화물 구조체를 제조하기 위한 딥코팅 공정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MoS2 구조체의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지와 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MoS2 구조체의 제조과정에서 증발속도, 습도 및 전구체 수용액의 농도에 따른 MoS2 구조체의 상평형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 형태의 MoS2 구조체가 자기조립되는 과정을 나타낸 광학 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MoS2 구조체의 특성분석 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 IPA 첨가량에 의한 MoS2 구조체의 특성분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MoS2 구조체의 자기조립을 위한 핵 생성을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 MoS2 구조체의 와이어 밀도와 광투과율의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 형태의 WS2/MoS2 헤테로 구조체의 특성분석 결과이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 MoS2 구조체를 적용한 디바이스의 특성분석 결과이다.1 schematically illustrates a dip coating process for preparing a transition metal chalcogenide structure according to an embodiment of the present invention.
2 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image and a schematic diagram of an MoS 2 structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a phase diagram of the MoS 2 structure according to the evaporation rate, humidity, and concentration of the precursor aqueous solution in the process of manufacturing the MoS 2 structure according to an embodiment of the present invention.
4 is an optical image showing a self-assembly process of a wire-shaped MoS 2 structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic analysis result of the MoS 2 structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a result of analyzing the characteristics of the MoS 2 structure by the IPA addition amount according to an embodiment of the present invention.
7 is an SEM image showing nucleation for self-assembly of an MoS 2 structure according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a correlation between wire density and light transmittance of an MoS 2 structure according to an embodiment of the present invention.
9 is a characteristic analysis result of a core-shell type WS 2 / MoS 2 heterostructure according to an embodiment of the present invention.
10 is a characteristic analysis result of a device to which a MoS 2 structure according to an embodiment of the present invention is applied.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명의 일 측면은 (A) 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체 수용액의 pH를 조절하는 단계; (B) pH 조절된 TMD 전구체 수용액에 기판을 침지시키는 단계; 및 (C) 상기 기판 상에 코팅된 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 TMD의 자기조립을 유도하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화물 구조체의 제조방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a method for preparing a metal complex comprising: (A) adjusting the pH of an aqueous solution of a transition metal chalcogenide (TMD) precursor; (B) immersing the substrate in a pH-adjusted TMD precursor aqueous solution; And (C) drying the TMD precursor aqueous solution coated on the substrate to induce self-assembly of the TMD.
일 구현예에 따르면, 상기 TMD 전구체는 (NH4)2MoS4, (NH4)2WS4, (NH4)2MoSe4, (NH4)2WSe4, (NH4)2WTe4, 및 (NH4)2MoTe4 중에서 선택되는 1종일 수 있으며, 딥코팅법에 의해 기판 상에서 TMD 구조체의 자기조립을 유도할 수 있는 화합물을 광범위하게 사용할 수 있다. According to one embodiment, the TMD precursor is (NH 4 ) 2 MoS 4 , (NH 4 ) 2 WS 4 , NH 4 2 MoSe 4 , (NH 4 ) 2 WSe 4 , (NH 4 ) 2 WTe 4 and (NH 4 ) 2 MoTe 4 , Compound capable of inducing self-assembly of the TMD structure on a substrate by the method of the present invention can be widely used.
다만, 다른 종류의 TMD 전구체에 비하여, (NH4)2MoS4 또는 (NH4)2WS4을 사용할 경우에, TMD의 자기조립을 보다 용이하게 유도하여 TMD 구조체로서 MoS2 구조체 또는 WS2 구조체를 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, TMD 전구체로서 (NH4)2MoSe4 또는 (NH4)2WSe4을 사용할 경우 MoSe2 구조체 또는 WSe2 구조체를 형성할 수 있으며, TMD 전구체로서 (NH4)2WTe4, 또는 (NH4)2MoTe4을 사용할 경우 MoTe2 구조체 또는 WTe2 구조체를 형성할 수 있다.However, when (NH 4 ) 2 MoS 4 or (NH 4 ) 2 WS 4 is used as compared to other kinds of TMD precursors, the TMD self-assembly can be more easily induced, and the MoS 2 structure or the WS 2 structure Can be efficiently formed. Also, when (NH 4 ) 2 MoSe 4 or (NH 4 ) 2 WSe 4 is used as a TMD precursor, an MoSe 2 structure or a WSe 2 structure can be formed, and (NH 4 ) 2 WTe 4 as a TMD precursor or (NH 4 ) 2 MoTe 4 , a MoTe 2 structure or a WTe 2 structure can be formed.
다른 구현예에 따르면, 상기 TMD 전구체 수용액의 농도는 0.1~0.8 wt% 일 수 있으며, 얻고자 하는 TMD 구조체의 형태에 따라 상기 TMD 전구체 수용액의 농도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 TMD 전구체 수용액의 농도가 0.2~0.8wt% 범위 내일 경우에는 필름 형태의 TMD 구조체가 형성될 수 있고(단, 증발 속도가 현저하게 빨라야 함), 상기 TMD 전구체 수용액의 농도가 0.6~0.8wt% 범위 내일 경우에는 덴드라이트 형태의 TMD 구조체가 형성될 수 있고, 0.1~0.6wt% 범위 내일 경우에는 와이어 형태의 TMD 구조체가 형성될 수 있으며, 상기 TMD 전구체 수용액의 농도가 0.1wt% 미만이면 클러스터(cluster)를 형성하게 되어 디바이스에 적용할 수 있는 TMD 구조체를 얻기가 어려울 수 있다. 그러나, 이들 농도에 따른 TMD 구조체의 형태는 예시적이며, 후술되는 바와 같은 TMD 전구체 수용액의 pH, 건조 속도와 같은 다른 요인들에 따라 달라질 수 있다.According to another embodiment, the concentration of the TMD precursor aqueous solution may be 0.1 to 0.8 wt%, and the concentration of the TMD precursor aqueous solution may be adjusted according to the shape of the TMD structure to be obtained. For example, if the concentration of the TMD precursor aqueous solution is in the range of 0.2 to 0.8 wt%, a TMD structure in the form of a film can be formed (however, the evaporation rate must be significantly faster) and the concentration of the TMD precursor aqueous solution is 0.6 To about 0.8 wt%, a dendritic TMD structure may be formed, and when it is within the range of 0.1 to 0.6 wt%, a wire-shaped TMD structure may be formed, and when the concentration of the TMD precursor aqueous solution is less than 0.1 wt% , It is difficult to obtain a TMD structure applicable to a device because a cluster is formed. However, the shape of the TMD structure according to these concentrations is exemplary and may vary depending on other factors such as the pH of the aqueous TMD precursor solution as described below, and the rate of drying.
다른 구현예에 따르면, 상기 (A) 단계에서는 산을 이용하여 상기 TMD 전구체 수용액의 pH를 조절할 수 있다. pH의 범위를 4.5~6.5, 바람직하게는, 4.5~5.5의 산으로 조절함으로써 TMD의 자기조립을 촉진시킬 수 있다. 또한, 상기 규정된 pH의 범위 내에서 pH를 적절히 조절함으로써 자기조립에 의해 형성되는 TMD 구조체의 형태를 조절할 수 있다. 예를 들어, pH가 높을수록 덴드라이트 형태의 TMD 구조체가 형성될 수 있고 pH가 낮을수록 와이어 형태의 TMD 구조체가 형성될 수 있으나, 이는 예시적이며, 전술한 바와 같은 TMD 전구체 수용액의 농도나 건조 속도와 같은 다른 요인들에 따라 달라질 수 있다.According to another embodiment, in step (A), the pH of the TMD precursor aqueous solution may be adjusted using an acid. The self-assembly of the TMD can be promoted by controlling the pH range from 4.5 to 6.5, preferably from 4.5 to 5.5. In addition, by appropriately adjusting the pH within the prescribed pH range, the shape of the TMD structure formed by self-assembly can be controlled. For example, a higher pH can form a dendritic TMD structure, and a lower pH can form a wire-shaped TMD structure, which is exemplary and can be determined by the concentration of the TMD precursor aqueous solution as described above, Speed, and other factors.
상기 산은 염산, 황산 및 질산 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 수용액의 pH를 조절할 수 있는 산을 광범위하게 사용할 수 있다. 다만, 다른 종류의 산에 비하여, 염산을 사용할 경우에 자기조립에 의해 TMD 구조체 형성이 용이할 수 있다.The acid may be at least one selected from hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, but an acid capable of controlling the pH of the aqueous solution can be widely used. However, when hydrochloric acid is used in comparison with other kinds of acids, the TMD structure can be easily formed by self-assembly.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 (B) 단계의 TMD 전구체 수용액에는 TMD 전구체의 두께 조절용 물질로서 알코올, 에테르 및 아세톤으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 첨가할 수 있다. 상기 알코올은 IPA(isopropyl alcohol)이고, 상기 에테르는 디메틸에테르일 수 있다.According to another embodiment, at least one selected from the group consisting of alcohol, ether and acetone may be added to the TMD precursor aqueous solution of the step (B) as a material for controlling the thickness of the TMD precursor. The alcohol may be IPA (isopropyl alcohol), and the ether may be dimethyl ether.
예를 들어, TMD 전구체가 와이어 형태일 경우, 상기 이소프로필알코올을 첨가하게 되면 와이어 간의 간격이 조절되어 TMD 구조체의 두께가 제어될 수 있다. For example, when the TMD precursor is in the form of a wire, the thickness of the TMD structure can be controlled by adjusting the distance between the wires by adding the isopropyl alcohol.
상기 TMD 구조체의 두께 조절용 물질의 첨가량은 16~60ppm일 수 있으며, 상기 TMD 구조체의 두께 조절용 물질의 첨가량이 증가할수록 와이어의 간격이 줄어들어 TMD 구조체의 두께를 감소시킬 수 있다.The thickness of the TMD structure may be in the range of 16 to 60 ppm, and the thickness of the TMD structure may be reduced by decreasing the distance between the TMD structure and the TMD structure.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 (B) 단계의 기판은 SiO2/Si 기판, 석영 기판 및 플라스틱 기판 중 선택되는 1종일 수 있으나, 표면에 TMD의 핵이 형성되어 자기조립을 유도함으로써 TMD 구조체를 형성할 수 있는 친수성 기판과 광투과율이 좋은 투명 기판을 광범위하게 사용할 수 있다.According to another embodiment, the substrate of the step (B) may be one selected from the group consisting of a SiO 2 / Si substrate, a quartz substrate and a plastic substrate. However, since TMD nuclei are formed on the surface, A hydrophilic substrate which can be formed and a transparent substrate having good light transmittance can be widely used.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 기판은 표면의 친수성을 향상시키기 위하여 산소 플라즈마 처리된 것일 수 있다. 상기 기판의 표면에서는 TMD 전구체가 응집되어 핵이 형성된 후 TMD의 자기조립이 유도되어 다양한 형태의 TMD 구조체가 제조될 수 있다. According to another embodiment, the substrate may be oxygen plasma treated to improve the hydrophilicity of the surface. On the surface of the substrate, the TMD precursor is agglomerated to form nuclei, and then the TMD self-assembly is induced to produce various types of TMD structures.
따라서, 기판의 표면에서 핵 생성이 원활하게 이루어지는 것이 중요하며, 기판 표면 중에서도 친수성인 부분에서 전구체 응집에 의한 핵이 생성될 수 있으므로, 기판에 표면에 산소 플라즈마 처리를 하여 친수성을 강화함으로써 핵 생성을 유도할 수 있다.Therefore, it is important that nucleation occurs smoothly on the surface of the substrate. In the hydrophilic portion of the substrate surface, nuclei due to the agglomeration of the precursor may be generated. Therefore, by performing oxygen plasma treatment on the substrate surface to enhance hydrophilicity, .
또 다른 구현예에 따르면, 상기 (C) 단계에서 상기 TMD 전구체 수용액의 건조 속도를 제어하여 다양한 형태의 TMD 구조체를 얻을 수 있다. 상기 TMD 구조체를 얻기에 적절한 건조 속도는 0.5~330 nl/s 일 수 있으며, 상기 건조 속도 0.5~330 nl/s 중에서 건조 속도가 빠를수록 TMD 구조체가 필름 형태로 형성될 수 있으며, 건조 속도가 느려질수록 덴드라이트 형태, 와이어 형태의 TMD 구조체가 형성될 수 있다. 예를 들어, 필름을 형성하고자 할 때에는 건조 속도가 적어도 320nl/s일 수 있고, 덴드라이트의 경우 건조 속도가 0.5~1.2nl/s, 와이어의 경우 1.2~2nl/s일 수 있으나, 이는 예시적으로, 전술한 바와 같으 TMD 전구체 수용액의 농도와 pH에 따라 적절히 조절될 수 있다.According to another embodiment, in step (C), various types of TMD structures can be obtained by controlling the drying rate of the TMD precursor aqueous solution. The drying rate suitable for obtaining the TMD structure may be from 0.5 to 330 nl / s, and the drying rate may be from 0.5 to 330 nl / s, the TMD structure may be formed into a film form, and the drying speed may be slower A TMD structure in the form of a dendrite or a wire may be formed. For example, when a film is to be formed, the drying speed may be at least 320 nl / s, the drying speed may be 0.5-1.2 nl / s for a dendrite, and 1.2-2 nl / s for a wire, , As described above, can be appropriately adjusted according to the concentration and pH of the TMD precursor aqueous solution.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 건조 속도는 습도 및 온도 중에서 선택되는 1종 이상을 변화시켜 제어될 수 있다. 습도가 낮고 온도가 높을수록 건조 속도가 빨라지며, 습도가 높고 온도가 낮을수록 건조 속도가 느려질 수 있다.According to another embodiment, the drying rate may be controlled by changing at least one selected from humidity and temperature. The lower the humidity and the higher the temperature, the faster the drying rate. The higher the humidity and the lower the temperature, the slower the drying rate.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전이금속 칼코겐화물 구조체를 제조하기 위한 딥코팅 공정을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 기판을 TMD 전구체 수용액으로서 (NH4)2MoS4에 침지시켜 코팅한 후 건조시킨 다음, 상기 기판의 표면에 형성된 핵(nucleation)으로부터 자기조립이 유도되어 TMD 구조체를 얻을 수 있다. 1 schematically illustrates a dip coating process for preparing a transition metal chalcogenide structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the substrate is immersed in (NH 4 ) 2 MoS 4 as a TMD precursor aqueous solution, coated, dried, and self-assembled from the nucleation formed on the surface of the substrate to obtain a TMD structure have.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 (C) 단계 이후에, (D) 수소 및 아르곤 분위기 하에서 400~600℃ 온도로 열처리하는 제1 열처리 단계; 및 아르곤 분위기 하에서 800~1200℃ 온도로 열처리하는 제2 열처리 단계를 포함하는 열처리 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 열처리 단계는 딥코팅 후 형성된 TMD 전구체가 TMD 구조체를 형성하도록 하는 반응 단계일 수 있고, 상기 제2 열처리 단계는 형성된 TMD 구조체의 결정성을 높이기 위한 단계일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열처리 단계에서 MoS4가 MoS2 로 되고, 제2 열처리 단계에서 MoS2의 결정성이 향상될 수 있다. 여기서, 상기 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계의 열처리 온도 범위는 반응 최적화 및 적절한 결정성을 부여할 수 있는지를 고려하여 설정된 것이다. According to another embodiment, the step (C) may further comprise: (D) a first heat treatment step of performing heat treatment at 400 to 600 ° C under hydrogen and argon atmosphere; And a second heat treatment step of performing heat treatment at 800 to 1200 ° C under an argon atmosphere. The first heat treatment step may be a reaction step to cause the TMD precursor formed after the dip coating to form a TMD structure, and the second heat treatment step may be a step to increase the crystallinity of the formed TMD structure. For example, the MoS 4 becomes MoS 2 in the first heat treatment step, and the crystallinity of MoS 2 can be improved in the second heat treatment step. Here, the heat treatment temperature range in the first and second heat treatment steps is set in consideration of whether or not the reaction can be optimized and appropriate crystallinity can be imparted.
한편, 상기 제2 열처리 단계는 아르곤 및 S 분위기 하에서 수행될 수도 있다. 여기서, S 분위기는 S 파우더를 기화시켜 열처리시 흘려주어 열처리되는 공간을 S 분위기로 만들어주는 것을, 열처리 효율 및 결정성을 더 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the second heat treatment step may be performed under argon and S atmosphere. Here, in the S atmosphere, the S powder is vaporized and flowed in the heat treatment to make the space to be heat-treated into the S atmosphere, thereby further improving the heat treatment efficiency and crystallinity.
본 발명의 다른 측면은, (A) 제1 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체 수용액 pH를 조절하는 단계; (B) pH 조절된 제1 TMD 전구체 수용액에 기판을 침지시키는 단계; (C) 상기 기판 상에 코팅된 제1 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 제1 TMD의 자기조립을 유도하는 단계; (D) 자기조립되어 형성된 제1 TMD 구조체를 제2 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체 수용액에 침지하는 단계; 및 (E) 상기 제1 TMD 구조체 상에 코팅된 제2 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 제2 TMD의 자기조립을 유도하는 단계를 포함를 포함하는, 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is a process for the preparation of a first precursor chalcogenide (TMD) precursor comprising: (A) adjusting the pH of an aqueous solution of a first transition metal chalcogenide (TMD) precursor; (B) immersing the substrate in a pH-adjusted first TMD precursor aqueous solution; (C) drying the first TMD precursor aqueous solution coated on the substrate to induce self-assembly of the first TMD; (D) immersing the self-assembled first TMD structure in a second transition metal chalcogenide (TMD) precursor aqueous solution; And (E) drying the second TMD precursor aqueous solution coated on the first TMD structure to induce self-assembly of the second TMD.
상기 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체의 제조방법에서 상기 (A) 내지 (C) 단계는, 상기 전이금속 칼코겐화물 구조체의 제조방법의 (A) 내지 (C) 단계와 동일하게 수행될 수 있다.In the method for producing the transition metal chalcogenide heterostructure, the steps (A) to (C) may be carried out in the same manner as the steps (A) to (C) of the method for producing the transition metal chalcogenide structure.
다만, 상기 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체의 제조방법에서는 헤테로 구조를 형성할 수 있도록, 상이한 두 종류의 전이금속 칼코겐화물 전구체를 사용할 수 있다.However, in the method of preparing the transition metal chalcogenide heterostructure, two different kinds of transition metal chalcogenide precursors can be used to form a heterostructure.
일 구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전이금속 칼코겐화물 전구체는 (NH4)2MoS4, (NH4)2WS4, (NH4)2MoSe4, (NH4)2WSe4, (NH4)2WTe4, 및 (NH4)2MoTe4 중에서 선택되는 1종이며, 상기 제1 및 제2 전이금속 칼코겐화물 전구체는 상이한 것일 수 있다.According to one embodiment, the first and second transition metal chalcogenide precursors are (NH 4 ) 2 MoS 4 , (NH 4 ) 2 WS 4 , (NH 4 ) 2 MoSe 4 , (NH 4 ) 2 WSe 4 , (NH 4 ) 2 WTe 4 and (NH 4 ) 2 MoTe 4 , And the second transition metal chalcogenide precursor may be different.
다만, 상기 제1 전이금속 칼코겐화물 전구체로는 (NH4)2MoS4를, 상기 제2 전이금속 칼코겐화물 전구체로는 (NH4)2WS4을 사용하는 것이 바람직하며, 이 경우에 코어는 MoS2를 포함하고, 쉘은 WS2를 포함하는, 코어-쉘 구조의 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체를 얻을 수 있다.However, it is preferable to use (NH 4 ) 2 MoS 4 as the first transition metal chalcogenide precursor and (NH 4 ) 2 WS 4 as the second transition metal chalcogenide precursor. In this case, A transition metal chalcogenide heterostructure of a core-shell structure, wherein the core comprises MoS 2 and the shell comprises WS 2 , can be obtained.
다른 구현예에 따르면, 상기 (E) 단계 이후에, (F) 수소 및 아르곤 분위기 하에서 400~600℃ 온도로 열처리하는 제1 열처리 단계; 및 아르곤 분위기 하에서 800~1200℃ 온도로 열처리하는 제2 열처리 단계를 포함하는 열처리 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 전이금속 칼코겐화물 구조체 제조방법의 (D) 단계의 열처리와 동일하게 수행될 수 있다.According to another embodiment, after the step (E), (F) a first heat treatment step of performing heat treatment at 400 to 600 ° C under hydrogen and argon atmosphere; And a second heat treatment step of performing heat treatment at a temperature of 800 to 1200 ° C under an argon atmosphere. The heat treatment may be carried out in the same manner as the heat treatment in step (D) of the method for producing a transition metal chalcogenide structure have.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제조방법에 의해서 제조된 전이금속 칼코겐화물 구조체에 관한 것으로, 상기 전이금속 칼코겐화물 구조체는, 박막, 덴드라이트 및 와이어 중 선택되는 형태일 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a transition metal chalcogenide structure produced by the above method, wherein the transition metal chalcogenide structure may be selected from a thin film, a dendrite and a wire.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제조방법에 의해서 제조된 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체에 관한 것으로, 상기 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체는 코어-쉘 구조를 가지는 와이어, 코어-쉘 구조를 가지는 덴드라이트 및 헤테로 구조의 필름 중에서 선택되는 형태일 수 있다. 여기서 헤테로 구조의 필름이란 이중층 형태의 필름, 제1 TMD 전구체로부터 제조된 필름의 표면이 제2 TMD 전구체로부터 형성된 필름으로 둘러싸여 있는 형태일 수 있으나, 필름에서 도출 가능한 헤테로 구조라면 이에 제한되는 것은 아니다.Another aspect of the present invention relates to a transition metal chalcogenide heterostructure produced by the above process, wherein the transition metal chalcogenide heterostructure comprises a wire having a core-shell structure, a wire having a core- And may be a form selected from a film of a dye and a heterostructure. Here, the heterostructure film may be a double-layered film, a surface of a film prepared from the first TMD precursor is surrounded by a film formed from the second TMD precursor, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 전이금속 칼코겐화물 구조체를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.Yet another aspect of the invention relates to a device comprising the transition metal chalcogenide structure.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체를 포함하는 디바이스에 관한 것이다. Yet another aspect of the present invention relates to a device comprising the transition metal chalcogenide heterostructure.
본 발명에 있어서, 상기 디바이스는 반도체 소자, 투명전자장치 및 플렉시블 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET) 또는 하이브리드 트랜지스터일 수 있으며, 여기서 상기 하이브리드 트랜지스터는 다른 물질의 트랜지스터와 결합하여 pn junction을 통해 태양전지, 광검출기(photodetector) 등을 구현할 수 있는 디바이스를 통칭하는 것이다. 또한, 상기 투명전자장치는 투명 트랜지스터를 비롯한 투명성이 요구되는 모든 디바이스를 포함할 수 있고, 상기 플렉시블 디바이스는 유연성이 요구되는 모든 디바이스를 포함할 수 있다.
In the present invention, the device may include a semiconductor device, a transparent electronic device, and a flexible device. Also, the semiconductor device may be a field effect transistor (FET) or a hybrid transistor, where the hybrid transistor may be combined with a transistor of another material to implement a solar cell, a photodetector, etc. through a pn junction Is a generic term for a device. In addition, the transparent electronic device may include all devices requiring transparency, including a transparent transistor, and the flexible device may include all devices requiring flexibility.
실시예Example
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. In addition, it is apparent that, based on the teachings of the present invention including the following examples, those skilled in the art can easily carry out the present invention in which experimental results are not specifically shown.
재료material
하기 실시예에서는 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체로서 (NH4)2MoS4 및 (NH4)2WS4을 , 기판으로서 SiO2/Si 기판을 사용하였다.In the following examples, (NH 4 ) 2 MoS 4 and (NH 4 ) 2 WS 4 were used as transition metal chalcogenide (TMD) precursors, and SiO 2 / Si substrates were used as substrates.
실시예 1Example 1
(1) pH 조절(1) pH adjustment
(NH4)2MoS4 분말 0.3g을 탈이온수(DI) 130mL에 용해한 후 40분 동안 초음파 처리하여 0.2wt%의 (NH4)2MoS4 수용액을 제조하였다. 상기 (NH4)2MoS4 수용액 pH는 6.41이었다.(NH 4 ) 2 MoS 4 powder was dissolved in 130 mL of deionized water (DI) and sonicated for 40 minutes to prepare a 0.2 wt% (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution. The pH of the (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution was 6.41.
상기 (NH4)2MoS4 수용액에 묽은 HCl 용액을 적가하면서 pH를 조절하여, 상기 (NH4)2MoS4 수용액의 pH가 5.02가 되도록 하였다.The (NH 4) 2 MoS while the dropwise addition of dilute HCl solution and the aqueous solution adjusted to pH 4, the (NH 4) 2 MoS 4 pH of the aqueous solution was adjusted to 5.02.
(2) 기판에 TMD 전구체 수용액 코팅 (딥코팅)(2) coating the substrate with a TMD precursor aqueous solution (dip coating)
pH 5.02인 (NH4)2MoS4 수용액을 기공의 크기가 0.45㎛인 멤브레인 필터로 여과한 후, H2O2/H2SO4 혼합액(부피비 5:5)으로 세척한 SiO2/Si 기판을 2분 동안 상기 (NH4)2MoS4 수용액에 담가두어, 상기 SiO2/Si 기판에 상기 (NH4)2MoS4 수용액이 코팅되도록 하였다.pH of 5.02 (NH 4) 2 MoS 4 After filtering the solution by a membrane filter of pore size of the 0.45㎛, H 2 O 2 / H 2
(3) 건조(3) Drying
상기 SiO2/Si 기판에 코팅된 (NH4)2MoS4 수용액을 20~25%의 습도 조건 하에서 1.6nl/s 의 증발속도로 건조시켜, MoS2 구조체를 얻었다.The (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution coated on the SiO 2 / Si substrate was dried at a rate of 1.6 nl / s under a humidity of 20 to 25% to obtain an MoS 2 structure.
(4) 열처리(4) Heat treatment
H2(25 sccm) 및 Ar(100 sccm) 하에서 60분 동안 500℃의 온도로 열처리 한 후, Ar(100 sccm) 및 S 분위기 하에서 30분 동안 1000℃의 온도로 열처리하였다. MoS2 구조체를 얻었다.Treated at 500 ° C. for 60 minutes under H 2 (25 sccm) and Ar (100 sccm), and then heat-treated at 1000 ° C. for 30 minutes under Ar (100 sccm) and S atmosphere. MoS 2 structure was obtained.
실시예 2Example 2
상기 (2) 단계에서 (NH4)2MoS4 수용액에 IPA(isopropyl alcohol)를 첨가한 후 SiO2/Si 기판을 침지시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 MoS2 구조체를 제조하였다.An MoS 2 structure was prepared in the same manner as in Example 1, except that IPA (isopropyl alcohol) was added to the (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution and the SiO 2 / Si substrate was immersed in the step ( 2 ).
실시예 3Example 3
상기 (2) 단계에서 상기 SiO2/Si 기판을 세척한 다음, 산소 플라즈마 처리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 MoS2 구조체를 제조하였다.The MoS 2 structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that the SiO 2 / Si substrate was washed in the step (2) and then subjected to oxygen plasma treatment.
실시예 3Example 3
상기 (2) 단계에서 상기 SiO2/Si 기판 대신 석영 기판을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 MoS2 구조체를 제조하였다.An MoS 2 structure was prepared in the same manner as in Example 1, except that a quartz substrate was used instead of the SiO 2 / Si substrate in the step (2).
실시예 5Example 5
실시예 1과 동일하게 (1) 내지 (3) 단계를 수행하여, MoS2 구조체를 얻었다.(1) to (3) were carried out in the same manner as in Example 1 to obtain an MoS 2 structure.
(4) 기판에 TMD 전구체 수용액 코팅 (딥코팅)(4) coating the substrate with TMD precursor aqueous solution (dip coating)
(NH4)2WS4 분말 0.3g을 탈이온수(DI) 130mL에 용해한 후 40분 동안 초음파 처리하여 (NH4)2WS4 수용액을 제조하였다. 상기 (NH4)2WS4 수용액의 pH는 6.41이었다.(NH 4 ) 2 WS 4 powder was dissolved in 130 mL of deionized water (DI), and ultrasonicated for 40 minutes to prepare an aqueous solution of (NH 4 ) 2 WS 4 . The pH of the (NH 4 ) 2 WS 4 aqueous solution was 6.41.
상기 (NH4)2WS4 수용액에 묽은 HCl 용액을 적가하면서 pH를 조절하여, 상기 (NH4)2WS4 수용액의 pH가 5.02가 되도록 하였다.The pH was adjusted while adding a dilute HCl solution to the (NH 4 ) 2 WS 4 aqueous solution to adjust the pH of the (NH 4 ) 2 WS 4 aqueous solution to 5.02.
pH 5.02인 (NH4)2WS4 수용액을 기공의 크기가 0.45㎛인 멤브레인 필터로 여과한 후, H2O2/H2SO4 혼합액(부피비 5:5)으로 세척한 MoS2 구조체를 상기 (NH4)2WS4 수용액에 담가두어, 상기 MoS2 구조체에 상기 (NH4)2WS4 수용액이 코팅되도록 하였다.pH of 5.02 (NH 4) 2 WS 4, and then filtered with a membrane filter of pore size is an
(5) 건조(5) Drying
상기 MoS2 구조체에 코팅된 (NH4)2WS4 수용액을 20~25%의 습도 조건 하에서 1.6nl/s 의 증발속도로 건조시켜, MoS2/WS2 헤테로 구조체를 얻었다.The (NH 4 ) 2 WS 4 aqueous solution coated on the MoS 2 structure was dried at a rate of 1.6 nl / s under a humidity of 20 to 25% to obtain a MoS 2 / WS 2 heterostructure.
(6) 열처리(6) Heat treatment
H2(25 sccm) 및 Ar(100 sccm) 하에서 60분 동안 500℃의 온도로 열처리 한 후, Ar(100 sccm) 하에서 30분 동안 1000℃의 온도로 열처리하여 건조시켰다.
Treated at a temperature of 500 캜 for 60 minutes under H 2 (25 sccm) and Ar (100 sccm), and then heat-treated at a temperature of 1000 캜 for 30 minutes under Ar (100 sccm) for drying.
실험예 1Experimental Example 1
1-1. 박막 형태의 TMD 구조체 제조1-1. Manufacture of thin film TMD structure
실시예 1의 (2) 단계에서 pH를 6.41로 조절하고, (3) 단계에서 온도를 80℃로 올려 건조 속도를 320nL/s로 하여 MoS2 구조체를 제조하였다.The pH was adjusted to 6.41 in step (2) of Example 1, and the temperature was raised to 80 ° C in step (3) to obtain a MoS 2 structure at a drying rate of 320 nL / s.
1-2. 덴드라이트 형태의 TMD 구조체 제조1-2. Manufacture of TMD structure in dendrite form
실시예 1의 (2) 단계에서 pH를 6.41로 조절하고, (3) 단계에서 건조 속도를 0.67-1.72 nL/s로 하여 MoS2 구조체를 제조하였다.The MoS 2 structure was prepared by adjusting the pH to 6.41 in step (2) of Example 1 and setting the drying rate to 0.67-1.72 nL / s in step (3).
1-3. 와이어 형태의 TMD 구조체 제조1-3. Manufacture of wire-shaped TMD structure
실시예 1의 (2) 단계에서 pH를 5.02로 조절하고, (3) 단계에서 건조 속도를 0.67-1.72 nL/s로 하여 MoS2 구조체를 제조하였다.The MoS 2 structure was prepared by adjusting the pH to 5.02 in step (2) of Example 1 and setting the drying rate to 0.67-1.72 nL / s in step (3).
하기 표 1은 실험예 1-1 내지 1-3의 증발속도, (NH4)2MoS4 수용액의 pH 및 제조된 MoS2 구조체 형태를 기재한 것이고, 도 2는 실험예 1-1 내지 1-3에서 제조된 MoS2 구조체의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지와 모식도이다.Table 1 below shows the evaporation rates, the pH of the (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution and the MoS 2 structure prepared in Examples 1-1 to 1-3, and FIG. 2 shows the results of Experimental Examples 1-1 to 1- 3 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image and a schematic diagram of the MoS 2 structure manufactured in Example 3.
(nL/s)Evaporation rate
(nL / s)
표 1 및 도 2에 제시된 바와 같이, 기판에 코팅된 (NH4)2MoS4 수용액의 증발속도를 빠르게 하여 제조된 실험예 1-1의 MoS2 구조체는 박막 형태를 나타내는 반면, 상대적으로 증발속도를 느리게 하여 제조된 실험예 1-2의 MoS2 구조체는 덴드라이트 형태를 나타내며, 상기 덴드라이트는 다수의 작은 가지가 달린 형태로서 많은 수의 줄기를 가지고 있으며 기판 상에 랜덤하게 자기조립되어 형성된 것을 알 수 있다. 또한, 실험예 1-2에 비하여 산도가 상대적으로 높은 (NH4)2MoS4 수용액을 이용하여 제조된 실험예 1-3의 MoS2 구조체는 정렬된 와이어 패턴이 자발적으로 형성된 것을 알 수 있다.
As shown in Table 1 and FIG. 2, the MoS 2 structure of Experimental Example 1-1 prepared by accelerating the evaporation rate of the (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution coated on the substrate showed a thin film form, while the evaporation rate , The MoS 2 structure of Experimental Example 1-2 exhibits a dendritic shape, and the dendrites have many small branches and are formed by self-assembling randomly on a substrate having a large number of stems Able to know. In addition, it can be seen that the MoS 2 structure of Experimental Example 1-3 prepared using (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution having a relatively high acidity as compared with Experimental Example 1-2 spontaneously formed an aligned wire pattern.
실험예 2 : TMD 구조체의 형태에 영향을 주는 반응조건 (상평형도)Experimental Example 2: Reaction Conditions Affecting the Form of TMD Structure (Phase Equilibrium Diagram)
실시예 1과 동일한 방법으로 MoS2 구조체를 제조하되, pH 5.02인 (NH4)2MoS4 수용액을 이용하여 증발속도, 습도 및 (NH4)2MoS4 수용액의 농도를 변화시키며 제조된 MoS2 구조체의 형태를 조사하여, 이들의 관계를 도 3에 나타내었다.Example 1 and prepared in the MoS 2 structure in the same way, pH 5.02 in (NH 4) 2 MoS 4 solution by evaporation speed, the humidity, and the use of (NH 4) 2 MoS 4 solution of MoS prepared sikimyeo changing the concentration of 2 The shapes of the structures are examined, and their relationship is shown in Fig.
도 3은 본 발명의 실험예에 따라 제조된 증발속도, 습도 및 (NH4)2MoS4 수용액의 농도에 따른 MoS2 구조체의 상평형도이다. 도 3을 참조하면, pH 5.02으로 고정된 상태에서 (NH4)2MoS4 수용액은 0.67~-1.72nL/s의 낮은 증발속도와 80~20%의 상대습도를 나타내었다. 상기 (NH4)2MoS4 수용액의 농도가 0.05%(w/v) 미만이면 증발속도와 습도에 상관없이 전체 영역에 걸쳐 응집된 작은 입자들로 구성되는 클러스터(cluster)가 형성되는 것을 확인하였다(영역 I). 반면, 상기 (NH4)2MoS4 수용액의 농도가 0.05%(w/v) 이상인 경우에는 건조속도에 따라 MoS2 구조체의 형태가 달라지는데, 건조속도가 느려지면 MoS2 구조체가 덴드라이트 형태를 나타내고(영역 II), 건조속도가 느려지면 MoS2 구조체가 와이어 형태를 나타내는 것을 확인하였다(영역 III). 또한, 상기 (NH4)2MoS4 수용액의 증발속도가 1.2nL/s 이상인 경우에는 상기 (NH4)2MoS4 수용액의 농도가 높은 영역에서 (NH4)2MoS4의 분리가 촉진되어 핑거링 불안정성으로 인해 핵들 사이에 주기적인 간격이 형성됨으로 인하여 와이어 형태의 MoS2 구조체가 형성되는 것을 알 수 있다.FIG. 3 is a phase diagram of the MoS 2 structure according to the evaporation rate, humidity, and concentration of (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution prepared according to the experimental example of the present invention. Referring to FIG. 3, (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution showed a low evaporation rate of 0.67 to -1.72 nL / s and a relative humidity of 80 to 20% at a fixed pH of 5.02. When the concentration of the (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution was less than 0.05% (w / v), it was confirmed that clusters composed of small particles agglomerated over the entire region regardless of the evaporation rate and humidity were formed (Region I). On the other hand, when the concentration of the (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution is 0.05% (w / v) or more, the MoS 2 structure changes depending on the drying rate. If the drying speed is slowed, the MoS 2 structure shows dendritic (Region II) and that the MoS 2 structure exhibits wire morphology when the drying rate slows down (region III). In addition, the (NH 4) 2 MoS 4, if the evaporation speed of the aqueous solution of not less than 1.2nL / s has the (NH 4) 2 MoS 4 in a high concentration region of aqueous (NH 4) 2 MoS 4 is separation promotion of fingering It can be seen that a wire-like MoS 2 structure is formed due to the periodic spacing between the nuclei due to instability.
상기 (NH4)2MoS4 수용액은 핑거링 불안정성으로 인해 수용액의 농도가 높은 영역에서 고상형태의 (NH4)2MoS4의 석출이 촉진되어 주기적인 간격을 가진 핵이 생성되고 이 핵으로부터 와이어형태의 구조체가 형성되는 것을 알 수 있다.The (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution promotes the precipitation of (NH 4 ) 2 MoS 4 in the solid phase in the region where the concentration of the aqueous solution is high due to the fingering instability, and nuclei having periodic intervals are generated, Is formed.
실험예 3 : 와이어 형태의 TMD 구조체의 특성 분석Experimental Example 3: Characterization of TMD structure in wire form
실시예 1에서 제조된 와이어 형태의 MoS2 구조체의 특성을 분석하였다.The characteristics of the wire-shaped MoS2 structure prepared in Example 1 were analyzed.
도 4는 실시예 1의 (3) 단계의 건조시 용매의 증발 과정에서 시간에 따라 와이어 형태의 MoS2 구조체가 자기조립되는 과정을 나타내는 이미지들이다. 시간이 흐름에 따라 (0.0sec, 0.8sec, 1.6sec 및 2.4sec) (NH4)2MoS4 수용액로부터 와이어가 일정한 간격으로 자기조립된 MoS2 구조체가 형성되는 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 are images showing the self-assembly process of the wire-shaped MoS 2 structure according to time during the evaporation of the solvent during drying in step (3) of Example 1. It can be confirmed that MoS 2 structures self-assembled at regular intervals of wires from (NH 4 ) 2 MoS 4 aqueous solution with time (0.0 sec, 0.8 sec, 1.6 sec and 2.4 sec) are formed.
도 5는 실시예 1에서 제조된 와이어 형태의 MoS2 구조체의 특성을 분석한 것이다. 5 is an analysis of the characteristics of the wire-shaped MoS 2 structure produced in Example 1. FIG.
도 5의 (a) 및 (b)는 실시예 1의 (4) 단계의 건조시 열처리에 의한 와이어의 형태 변화를 나타낸 원자힘현미경(AFM, Atomic Force Micreoscopy) 이미지 및 그래프이다. 도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 열처리(thermal aneal)에 의해 건조되면서, 중간체((NH4)2MoS4)가 MoS2로 변환되면 와이어의 평균 높이(height)는 90nm로 열처리 전과 비교하여 62% 감소한 반면, 와이어의 폭(distance)은 기체의 방출과 결정성 증가로 인하여 10% 증가하였으며, 또한, 열처리에 의해 와이어의 아치형 표면이 보다 부드럽고 평평한 표면으로 변화한 것을 확인하였다 (rms: 3.12nm).FIGS. 5A and 5B are atomic force microscopy (AFM) images and graphs showing wire morphological changes due to heat treatment during drying in
도 5의 (c) 및 (d)는 실시예 1의 (3) 단계의 건조시 열처리 후 와이어의 SEM 이미지 및 길이별(length of wire) 와이어의 개수(counts) 분포를 나타낸 그래프이다. 도 5의 (c) 및 (d)를 참조하면, 열처리에 의한 구조적 변형에도 불구하고 와이어가 끊기거나 분리되지 않고 연속적인 상태를 유지하며 형성되며, 평균 길이는 600~700㎛인 것을 확인할 수 있었다. FIGS. 5C and 5D are graphs showing the SEM image of the wire after the heat treatment during drying and the number of counts of the length of wire in the
도 5의 (e)는 실시예 1에서 제조된 와이어 형태의 MoS2 구조체의 X선 광전자분광분석(XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy) 및 X-선회절분석(XRD, X-ray diffractiometry) 결과이다.5 (e) is a result of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffractometry (XRD) of the wire-shaped MoS 2 structure produced in Example 1 .
도 5의 (e)를 참조하면, X선 광전자분광분석 결과, 실시예1에서 제조된 와이어는 MoS2의 특징을 뚜렷하게 보이는 것을 알 수 있다. Mo 3d5/2와 Mo 3d3/2에 해당하는 피크가 229.5 eV와 232.7 eV에서 각각 관찰되었다. 또한 X-선회절분석결과, 상기 와이어는 (002), (004), (103) 및 (006) 결정면에 해당하는 피크를 강하게 나타내어 높은 결정성을 가지는 것으로 확인되었다.
Referring to FIG. 5 (e), as a result of X-ray photoelectron spectroscopic analysis, it can be seen that the wire manufactured in Example 1 clearly shows MoS 2 characteristics. Peaks corresponding to Mo 3d 5/2 and Mo 3d 3/2 were observed at 229.5 eV and 232.7 eV, respectively. As a result of X-ray diffraction analysis, it was confirmed that the wire exhibited a high crystallinity by strongly showing peaks corresponding to (002), (004), (103) and (006) crystal planes.
실험예 4 : IPA 함량에 따른 TMD 구조체의 특성 분석Experimental Example 4: Characterization of TMD structure according to IPA content
와이어 형태의 MoS2 구조체를 각종 디바이스에 적용시, 디바이스 제작의 측면에서 기판상에서 와이어의 위치와 주기적 정렬의 제어가 중요하다. 상기 와이어 형태의 MoS2 구조체에서 와이어의 특성 제어에 대한 실험을 실시하였다.When the wire-shaped MoS 2 structure is applied to various devices, it is important to control the position of the wires and the periodic alignment on the substrate in terms of device fabrication. Experiments were conducted on controlling the characteristics of the wires in the wire-shaped MoS 2 structure.
실시예 2와 동일한 방법으로 와이어 형태의 MoS2 구조체를 제조하되, IPA(isopropyl alcohol) 첨가량을 각각 16ppm, 33ppm 및 60ppm으로 달리하여, IPA 첨가량에 따른 와이어 형태의 MoS2 구조체의 특성을 분석하였다.Example 2 was prepared in a wire form of MoS 2 structure in the same way as, IPA at different (isopropyl alcohol) the addition amounts respectively to 16ppm, 33ppm and 60ppm, and analyzed the characteristics of the wire form of MoS 2 structure in accordance with IPA addition.
도 6은 실시예 2에서 제조된 와이어 형태의 MoS2 구조체의 특성을 분석한 것이다.6 is a graph showing the characteristics of the wire-shaped MoS 2 structure produced in Example 2. FIG.
도 6의 (a) 및 (b)는 IPA 첨가량에 따른 와이어 형태의 MoS2 구조체 단면에 대한 투과전자현미경(TEM, Transmission Electron Microscope) 이미지이다. 도 6의 (a)를 참조하면, IPA의 첨가량이 증가할수록 층수와 두께가 감소된 와이어가 관찰되었다. 도 6의 (b)를 참조하면, IPA의 첨가량이 0ppm일 경우에는 와이어의 두께(thickness)가 30nm 이상이고, 16ppm일 경우에는 와이어의 두께가 11nm로, 13층 정도의 두께로 감소하며, 60ppm일 경우에는 와이어의 두께가 10nm 미만으로, 3층 정도의 두께로 감소하는 것을 알 수 있고, 또한, IPA의 첨가량이 증가할수록 와이어 간의 간격(distance)이 감소하는 것으로 나타났다.6 (a) and 6 (b) are transmission electron microscope (TEM) images of a wire-shaped MoS 2 structure section according to the amount of IPA added. Referring to FIG. 6 (a), wires with reduced number of layers and thickness were observed as the amount of IPA added increased. 6 (b), when the addition amount of IPA is 0 ppm, the thickness of the wire is 30 nm or more, 16 ppm, the wire thickness is 11 nm, the thickness is reduced to about 13 layers, It was found that the thickness of the wire was less than 10 nm and decreased to a thickness of about 3 layers, and the distance between the wires was decreased as the amount of IPA was increased.
도 7은 실시예 3에 따른 와이어 형태의 MoS2 구조체 제조 과정에서 기판 상에 MoS2 자기조립을 유도하기 위한 핵 생성을 나타내는 SEM 이미지이다.7 is an SEM image showing nucleation for inducing MoS 2 self-assembly on a substrate in the process of manufacturing a wire-shaped MoS 2 structure according to Example 3. FIG.
도 7의 (a)는 기판 상에 산소 플라즈마 처리로 인해 친수성이 강화된 위치(functionalized area)에 전구체가 응집(aggregation)된 것으로 나타났다. 도 7의 (b) 및 (c)를 참조하면, 전구체의 응집체가 자기조립에 의해 와이어 형태의 MoS2 구조체를 형성할 수 있는 핵으로서 기능하여 와이어가 자기조립된 것을 확인할 수 있다. 산소 플라즈마 처리는 기판 상에 원하는 위치에 원하는 개수로 처리할 수 있으며, 당업계에서 통상적을 사용되는 포토리소그라피를 이용하여 위치를 정하여 산소 플라즈마 처리를 하였다.Figure 7 (a) shows that the precursor was aggregated in a functionalized area due to oxygen plasma treatment on the substrate. Referring to FIGS. 7 (b) and 7 (c), it can be confirmed that the aggregate of the precursor functions as a nucleus capable of forming a wire-shaped MoS 2 structure by self-assembly, and the wire is self-assembled. The oxygen plasma treatment can be performed on the substrate in a desired position at a desired position, and is subjected to oxygen plasma treatment by positioning using photolithography commonly used in the art.
도 8은 실시예 4에서 제조된 와이어 형태의 MoS2 구조체의 광투과율을 관찰한 결과이다.Fig. 8 shows the results of observing the light transmittance of the wire-shaped MoS 2 structure produced in Example 4. Fig.
도 8의 (a)는 실시예 4에서 제조된 와이어 형태의 MoS2 구조체의 광학 이미지이다. 도 8의 (a)를 참조하면, 와이어간 간격이 각각 5㎛(①), 10㎛(②) 및 40㎛(③)인 와이어 형태의 MoS2 구조체가 형성된 친수성 표면을 가지는 석영 기판 아래에 놓인 글씨가 명확하게 식별이 가능하므로 상기 와이어와 석영 기판 모두 우수한 광투과성을 가지는 것을 알 수 있다. 도 8의 (b)는 와어어 간격(interspace)에 따른 광투과율(transmittance)와 충진계수(fill factor)를 나타낸 그래프이다. 도 8의 (b)를 참조하면, 와이어간 간격이 각각 5㎛, 10㎛ 및 40㎛일 경우에 충진계수는 각각 22%, 11% 및 3%이고, 광투과율은 각각 79%, 85% 및 95%로서, 와이어의 충진계수와 광투과율은 반비례하는 것을 확인하였다. 여기서 충진계수는 단위 면적에서 MoS2가 차지하는 면적의 비로 구하였다.8 (a) is an optical image of the wire-shaped MoS 2 structure manufactured in Example 4. FIG. 8 (a), a wire-shaped MoS 2 structure having a wire-to-wire spacing of 5 m (1), 10 m (2) and 40 m (3) It can be seen that both the wire and the quartz substrate have excellent light transmittance. FIG. 8 (b) is a graph showing transmittance and fill factor according to interspace. Referring to FIG. 8 (b), the fill factor is 22%, 11%, and 3%, respectively, when the wire spacing is 5 탆, 10 탆, and 40 탆, respectively, and the light transmittance is 79%, 85% 95%. It was confirmed that the filling factor of the wire and the light transmittance were inversely proportional to each other. The fill factor was calculated as the ratio of the area occupied by MoS 2 in the unit area.
실험예 5 : 코어-쉘 형태의 TMD 헤테로 구조체(WSExperimental Example 5: TMD heterostructure in core-shell form (WS 22 /MoS/ MoS 22 )의 특성 분석)
도 9는 실시예 5에서 제조된 코어-쉘 형태의 WS2/MoS2 헤테로 구조체(WS2/MoS2)의 특성을 분석한 것이다.9 is a characteristic analysis of the core-shell type WS 2 / MoS 2 heterostructure (WS 2 / MoS 2 ) prepared in Example 5. FIG.
도 9의 (a) 및 (b)는 실시예 5에서 제조된 코어-쉘 형태의 WS2/MoS2 헤테로 구조체의 모식도 및 광학 이미지이다. 도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 코어-쉘 형태의 WS2/MoS2 헤테로 구조체는 기판 상에서 자가조립되어 형성된 WS2 와이어(A) 및 MoS2 상에 자가조립되어 MoS2 코어에 대한 쉘의 형태로 형성된 WS2(B)을 포함한다.9 (a) and 9 (b) are schematic and optical images of the core-shell type WS 2 / MoS 2 heterostructure produced in Example 5. Referring to Figure 9 (a) and (b), the core-shell type of WS 2 / MoS 2 hetero structure is self-assembled in a self-WS 2 wire (A) and MoS 2 phase formed is assembled on the substrate MoS 2 Core And WS 2 (B) formed in the form of a shell for the substrate.
도 9의 (c)는 실시예 5에서 제조된 WS2/MoS2 헤테로 구조체에서 MoS2 와이어, WS2 와이어 및 WS2/MoS2 와이어에 대한 라만 변이(Raman shift) 그래프이고, 도 9의 (d) 및 (e)는 각각 MoS2 및 WS2의 TEM 이미지이다.9C is a Raman shift graph for MoS 2 wire, WS 2 wire and WS 2 / MoS 2 wire in the WS 2 / MoS 2 heterostructure produced in Example 5, and FIG. d) and (e) are TEM images of MoS 2 and WS 2 , respectively.
도 9의 (c), (d) 및 (e)를 참조하면, 기판 상에서 자가조립되어 형성된 WS2 와이어(A)는 E2g 모드(350 cm-1)와 A1g 모드(약 418 cm-1)에 해당하는 신호를 보이는데, 이로부터 적층된 WS2 층의 수가 작음을 알 수 있다. 또한, MoS2 상에 자가조립되어 MoS2 코어에 대한 쉘의 형태로 형성된 WS2(B)는 382 cm-1와 407 cm-1에서 두 개의 뚜렷한 피크를 더 보이는데, 이것은 MoS2의 E2g 모드와 A1g 모드에 해당한다. MoS2의 E2g 및 A1g 모드의 상대적 라만강도는 열처리 과정을 포함하는 WS2의 형성 전과 후에 큰 차이가 없었다. 이로부터, 황 함량이 높은 WS2 쉘에 의해 WS2의 열분해 과정에서 MoS2 코어의 손상이 방지된 것을 알 수 있다. 9 (c), (d), and (e), the WS 2 wire A self-assembled on the substrate has an E 2g mode of 350 cm -1 and an A 1g mode of about 418 cm -1 ), Indicating that the number of stacked WS 2 layers is small. In addition, WS 2 (B), self-assembled on the MoS 2 phase and formed in the form of a shell for the MoS 2 core, exhibits two distinct peaks at 382 cm -1 and 407 cm -1 , which correspond to the E 2 g mode of MoS 2 Corresponds to the A1g mode. Relative Raman intensities of E 2g and A 1g modes of MoS 2 were not significantly different before and after formation of WS 2 including heat treatment. From this, it can be seen that the WS 2 shell with a high sulfur content prevented the MoS 2 core from being damaged during the thermal decomposition of WS 2 .
도 9의 (e) 및 (f)는 실시예 5에서 제조된 WS2/MoS2 헤테로 구조체 단면의 TEM 이미지이고, 도 9의 (g)는 WS2/MoS2 헤테로 구조체의 PL(photoluminescence) 스펙트럼이다. 도 9의 (e)를 참조하면, 원자 수의 차이로 인하여 WS2가 MoS2에 비해 높은 이미지 콘트라스트를 나타내며, 픽업-전사(pick-up and transfer) 또는 수동집적 방법(manual integration method)과 같은 종래 방법에 의한 헤테로 구조체의 제조과정에서 갇힌 분자들과 잔류 고분자에 의해 흔히 나타나는 층간 분리는 관찰되지 않았다. 또한, 푸리에변환 이미지(FFT)로부터 잘 정렬된 MoS2 코어(M), WS2 쉘(W) 및 이들의 계면(I)을 확인할 수 있었다. 도 9의 (f)를 참조하면 MoS2와 WS2의 계면에서 공간적 결함이 관찰되고, 도 9의 (g)를 참조하면 640 nm(1.94 eV), 860 nm(1.44 eV) 및 872 nm(1.42 eV)에서 세 개의 발광피크가 확인되었다. 상기 MoS2와 WS2의 계면에서 공간적 결함, 다시 말해, 불완전한 MoS2/WS2 접합면에서의 층간 커플링으로 인하여 640 nm의 약한 피크가 나타난 것을 알 수 있다. 9 (e) and 9 (f) are TEM images of the cross section of the WS 2 / MoS 2 heterostructure produced in Example 5, and FIG. 9 (g) is a TEM image of the WS 2 / MoS 2 heterostructure PL (photoluminescence) to be. 9 (e), due to the difference in atomic number, WS 2 exhibits a higher image contrast than MoS 2 , and can be used as a pick-up and transfer method or a manual integration method In the manufacturing process of the heterostructure by the conventional method, no interlayer separation which is often observed by the trapped molecules and the residual polymer was observed. In addition, the MoS 2 core (M), the WS 2 shell (W) and their interface (I), which are well aligned from the Fourier transformed image (FFT) Referring to FIG. 9 (f), a spatial defect is observed at the interface between MoS 2 and WS 2 , and referring to FIG. 9 (g), 640 nm (1.94 eV), 860 nm (1.44 eV) eV), three emission peaks were identified. It can be seen that a weak peak at 640 nm appears due to spatial defects at the interface between MoS 2 and WS 2 , that is, interlayer coupling at the incomplete MoS 2 / WS 2 interface.
실험예 6: MoSExperimental Example 6: MoS 22 구조체가 적용된 디바이스 특성 분석 Analysis of device characteristics with structure
실시예 1과 동일한 방법으로 MoS2 구조체를 제조하되, IPA 무첨가(W/O IPA) 및 첨가(with IPA)하여 두께(t)가 각각 32nm 및 5nm인 와이어 형태의 MoS2 구조체를 제조한 다음, 상기 와이어 형태의 MoS2 구조체를 채널로 적용한 전계효과 트랜지스터를 제작하여, 그 물성에 대하여 실험을 실시하였다.MoS 2 structures were prepared in the same manner as in Example 1 except that IPA was not added (W / O IPA) and IPA was added to produce MoS 2 structures having wire thicknesses of 32 nm and 5 nm, respectively, A field effect transistor in which the wire-shaped MoS 2 structure was applied as a channel was fabricated and the properties thereof were tested.
도 10의 (a)는 상기 전계효과 트랜지스터의 전도성(conductivity, σ = [L/W] x [Id/Vd], L: 트랜지스터 소자의 channel 길이, W: channel 폭, Vd: 드레인 전압, Id: 드레인 전류) 대 게이트 전압(Vg) 곡선이다. 여기서, 와이어 표면과의 등각접촉에 의해 적절한 게이트 특성을 제공하는 전해질을 게이트 절연체로 사용하였다. 도 10의 (a)를 참조하면, 두께(t=32nm)가 두꺼운 와이어로 구성된 MoS2 구조체는 대칭적인 양극성(ambipolar) 전도특성을 나타낸 반면, 두께(t=5nm)가 얇은 와이어로 구성된 MoS2 구조체는 단극성 n-형(n-type) 특성을 나타내었다. 10 (a) is a graph showing the conductivity (σ = [L / W] x [Id / Vd] of the field effect transistor, L: channel length, W: channel width, Vd: Drain current) versus gate voltage (Vg) curve. Here, an electrolyte providing appropriate gate characteristics by conformal contact with the wire surface was used as a gate insulator. 10 (a), a MoS 2 structure composed of a thick wire having a thickness (t = 32 nm) exhibits a symmetrical ambipolar conduction characteristic while a MoS 2 layer having a thickness (t = 5 nm) The structure showed unipolar n-type characteristics.
도 10의 (b)는 와이어 형태의 MoS2 구조체의 와이어 두께에 따른 유효 전자 이동도(mobility, μFET)를 나타낸 그래프이다. 도 10의 (b)를 참조하면, 와이어의 두께가 5nm일 경우에 유효 전자 이동도가 7㎠/V·s에서 와이어의 두께가 20nm일 경우에 유효 전자 이동도가 100㎠/V·s 으로 증가한 것을 알 수 있다. 10 (b) is a graph showing the effective electron mobility (μ FET ) according to the wire thickness of the wire-shaped MoS 2 structure. Referring to FIG. 10 (b), when the thickness of the wire is 5 nm, when the effective electron mobility is 7
도 10의 (c) 및 (d)는 높은 광투과율과 기계적 유연성을 나타낼 수 있도록 소스/드레인 전극으로 다층 그래핀(MLG, multilayered graphene)을 적용한 전계효과 트랜지스터를 나타낸 것이다. 도 10의 (c) 및 (d)는 참조하면, 상기 채널들 사이의 와어어 수를 조절하여 핵생성 시드의 개수의 위치를 제어할 수 있고, 상기 전계효과 트랜지스터의 광투과율은 78%로 나타났다.FIGS. 10 (c) and 10 (d) show a field effect transistor in which MLG (multilayered graphene) is applied as a source / drain electrode so as to exhibit high light transmittance and mechanical flexibility. Referring to FIGS. 10 (c) and 10 (d), the number of nucleation seeds can be controlled by controlling the number of word lines between the channels, and the light transmittance of the field effect transistor is 78% .
도 10의 (e)는 상기 전계효과 트랜지스터에 있어서, 작은 바이어스에서 전류 대 전압의 그래프를 나타낸 것이다 (IDS-VDS). 도 10의 (e)를 참조하면, 작은 바이어스(0.5V, 1V, 1.5V 및 2V)에서 와이어의 개수가 15개일 때, 전류와 전압은 선형의 비례 관계를 나타내며, 이로부터 와이어와 다층 그래핀이 준옴접촉(quasi-Ohmic contact)을 하는 것을 알 수 있다. FIG. 10E is a graph of a current vs. voltage at a small bias in the field effect transistor (I DS -V DS ). 10E, when the number of wires is 15 in a small bias (0.5V, 1V, 1.5V, and 2V), the current and the voltage exhibit a linear proportional relationship, from which wire and multilayer graphene It can be seen that this is a quasi-ohmic contact.
도 10의 (f)는 상기 전계효과 트랜지스터에 있어서, 와이어 개수에 따른 전류 대 전압의 그래프를 나타낸 것이다 (IDS-VDS). 도 10의 (f)를 참조하면, 와이어의 개수가 증가함에 따라(3개, 7개 및 15개) 동일 전압 대비 전류가 증가하므로, 와이어 수를 조절함으로써 출력 전류를 제어할 수 있음을 알 수 있다. 10 (f) is a graph of current vs. voltage according to the number of wires in the field-effect transistor (I DS -V DS ). Referring to (f) of FIG. 10, as the number of wires increases (3, 7 and 15), the currents to the same voltage increase, so that the output current can be controlled by adjusting the number of wires have.
도 10의 (g)는 상기 전계효과 트랜지스터의 이동도에 따른 개수 분포를 나타낸 그래프이다. 도 10의 (g)를 참조하면, 하나의 기판 상에 형성된 42개의 전계효과 트랜지스터의 평균 유효 전자 이동도는 (μFET)는 45 ㎠/V·s 로서, 종래 금속 전극으로 구성된 전계효과 트랜지스터에 비해 약간 낮은 값이며, 그 이유는 MoS2와 그래핀 사이의 접촉저항 때문인 것을 알 수 있다.10 (g) is a graph showing the number distribution according to the mobility of the field effect transistor. Referring to FIG. 10 (g), the average effective electron mobility (μFET) of the 42 field effect transistors formed on one substrate is 45
하나의 장치 기판 상에 제작된 42개 장치의 평균 유효 이동도(μFET)는 약 45 cm2/V·s이었다. 도 5b에서 보듯이, 이러한 결과는 종래의 금속전극으로 구성된 장치에 비해 약간 낮은 값인데, 그 이유는 MoS2와 그래핀 사이의 접촉저항 때문이다(도 5g). The average effective mobility (μFET) of the 42 devices fabricated on one device substrate was about 45
도 10의 (h)는 상기 전계효과 트랜지스터의 굽힘(bending) 및 비틀림(twisting) 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 와이어 형태의 MoS2 구조체가 적용된 전계효과 트랜지스터가 형성된 PET 기판을 채널 길이에 수직방향으로 20mm의 곡률반경(스트레인: 0.8%)까지 구부렸다. 도 10의 (h)를 참조하면, 굽힘 및 비틀림(최대 비틀림각: 30°)에 의한 변형 후에도 트랜지스터가 안정적으로 작동하였다. 따라서, 와이어 형태의 MoS2 구조체는 플렉서블한 전자장치와 같이 고도의 기계적 특성을 요하는 용도에 적합함을 알 수 있다.10 (h) is a graph showing results of bending and twisting experiments of the field-effect transistor. The PET substrate on which the field-effect transistor with the wire-shaped MoS2 structure was formed was bent to a radius of curvature (strain: 0.8%) of 20 mm in the direction perpendicular to the channel length. Referring to FIG. 10 (h), the transistor stably operated after bending and twisting (maximum twist angle: 30). Thus, it can be seen that the wire-shaped MoS 2 structure is suitable for applications requiring high mechanical properties such as flexible electronic devices.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화물 구조체의 제조방법은 제조 공정 중 전구체 용액의 농도, pH 및 건조 속도의 제어가 용이하여, 제조되는 전이금속 칼코겐화물 구조체의 형태를 적절히 제어할 수 있다. 이에 따라, 용도에 따라 제어된 형태를 가지는 전이금속 칼코겐화물 구조체를 다양한 디바이스에 광범위하게 적용할 수 있음을 확인할 수 있다.
As described above, the method of preparing the transition metal chalcogenide structure according to the present invention facilitates control of the concentration, pH and drying rate of the precursor solution during the production process, and can appropriately control the shape of the transitional metal chalcogenide structure can do. Accordingly, it can be confirmed that the transition metal chalcogenide structure having a controlled form depending on the application can be widely applied to various devices.
위에서 기재한 구현예 외에도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 출원 당시의 기술 상식 및 본 명세서의 기재 내용에 기초하여, 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 점은 자명하다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the embodiments described above and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. As shown in FIG.
본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. .
Claims (23)
(B) pH 조절된 TMD 전구체 수용액에 기판을 침지시키는 단계; 및
(C) 상기 기판 상에 코팅된 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 TMD의 자기조립을 유도하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화물 구조체의 제조방법.(A) adjusting the pH of an aqueous solution of a transition metal chalcogenide (TMD) precursor;
(B) immersing the substrate in a pH-adjusted TMD precursor aqueous solution; And
(C) drying the TMD precursor aqueous solution coated on the substrate to induce self-assembly of the TMD.
(B) pH 조절된 제1 TMD 전구체 수용액에 기판을 침지시키는 단계;
(C) 상기 기판 상에 코팅된 제1 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 제1 TMD의 자기조립을 유도하는 단계;
(D) 자기조립되어 형성된 제1 TMD 구조체를 제2 전이금속 칼코겐화물(TMD) 전구체 수용액에 침지하는 단계; 및
(E) 상기 제1 TMD 구조체 상에 코팅된 제2 TMD 전구체 수용액을 건조시켜 제2 TMD의 자기조립을 유도하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체의 제조방법.(A) adjusting the pH of the first transition metal chalcogenide (TMD) precursor aqueous solution;
(B) immersing the substrate in a pH-adjusted first TMD precursor aqueous solution;
(C) drying the first TMD precursor aqueous solution coated on the substrate to induce self-assembly of the first TMD;
(D) immersing the self-assembled first TMD structure in a second transition metal chalcogenide (TMD) precursor aqueous solution; And
(E) drying the second TMD precursor aqueous solution coated on the first TMD structure to induce self-assembly of the second TMD.
상기 제1 및 제2 전이금속 칼코겐화물 전구체는 상이한 것을 특징으로 하는, 전이금속 칼코겐화물 헤테로 구조체의 제조방법. 14. The method of claim 13, wherein said first and second transition metal chalcogenide precursor, respectively (NH 4) 2 MoS 4, (NH 4 ) 2 WS 4 , NH 4 2 MoSe 4 , (NH 4 ) 2 WSe 4 , (NH 4 ) 2 WTe 4 , and (NH 4 ) 2 MoTe 4 , ≪ / RTI >
Wherein the first and second transition metal chalcogenide precursors are different. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 디바이스는 반도체 소자, 투명전자장치 및 플렉시블 디바이스 중에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising the transition metal chalcogenide structure of claim 16,
Wherein the device is one selected from a semiconductor device, a transparent electronic device, and a flexible device.
상기 디바이스는 반도체 소자, 투명전자장치 및 플렉시블 디바이스 중에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 디바이스.29. A device comprising the transition metal heterochalcogenide structure of claim 20,
Wherein the device is one selected from a semiconductor device, a transparent electronic device, and a flexible device.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) |