KR20200072627A - Method of mamufacturing transition metal dichalcogenide thin film and method of mamufacturing electronic device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 광범위한 흡수파장 대역을 갖는 헤테로구조의 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법 및 이를 이용한 전자소자의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a transition metal chalcogen compound thin film having a heterostructure having a wide absorption wavelength band by depositing two or more types of transition metal chalcogen compounds and a method of manufacturing an electronic device using the same.
그래핀은 전기적, 광학적 특성이 기존의 3차원 물질에 비해 매우 우수하기 때문에, 태양전지, 디스플레이, 광 검출기 등에 적용되고 있다.Graphene is applied to solar cells, displays, photo detectors, etc. because its electrical and optical properties are superior to conventional 3D materials.
그러나, 그래핀은 높은 전자 이동도를 가져 전자 소자의 응용성이 높음에도 불구하고, 기본적으로 에너지 밴드갭이 0 이라는 특성 때문에, 온오프 비율(on-off ratio)이 낮은 문제점이 대두되면서 전자, 광전자 소자에 응용이 제한된다는 근본적인 한계가 있다.However, even though graphene has high electron mobility and high applicability to electronic devices, the problem that the on-off ratio is low due to the characteristic that the energy band gap is basically 0, electrons, There is a fundamental limitation that application is limited to optoelectronic devices.
이러한 문제점을 해결하고자 그래핀을 대체할 수 있는 2차원 물질로 전이금속 칼코겐화합물(transition metal dichalcogenide, TMD)이 연구되고 있다.To solve this problem, a transition metal dichalcogenide (TMD) has been studied as a two-dimensional material that can replace graphene.
전이금속 칼코겐화합물은 MX2의 화학식으로 표현된다. 여기서 M은 주기율표 4족 내지 6족의 전이금속 원소이다. 여기서 X는 주기율표 7족인 S, Se, Te 등의 칼코겐 원소이다. 이러한 전이금속 칼코겐화합물은 흑연과 유사한 층상구조를 가진다. 전이금속 칼코겐화합물은 두께에 따라 밴드갭이 변화하는 특성이 있다. 상기 전이금속 칼코겐화합물은 일반적으로 1.5~2.5eV의 밴드갭을 가진다.The transition metal chalcogenide compound is represented by the formula MX 2 . Here, M is a transition metal element of groups 4 to 6 of the periodic table. Here, X is a chalcogen element such as S, Se, and Te, which is a group 7 of the periodic table. The transition metal chalcogenide compound has a layered structure similar to graphite. The transition metal chalcogenide compound has a characteristic in which the band gap changes with thickness. The transition metal chalcogenide compound generally has a band gap of 1.5 to 2.5 eV.
MoS2는 대표적인 전이금속 칼코겐화합물 소재로, 몰리브덴(Mo)이 황(S) 사이에 개재된 샌드위치 구조로 되어 있다. MoS2는 원자 간에 매우 강한 공유결합을 통해 층을 이루고 있다. 반면, 각 층들끼리는 약한 반데르발스 결합을 하는 이차원 층상구조를 갖는다. MoS 2 is a typical transition metal chalcogenide material, and has a sandwich structure in which molybdenum (Mo) is interposed between sulfur (S). MoS 2 is layered through a very strong covalent bond between atoms. On the other hand, each layer has a two-dimensional layered structure with weak van der Waals bonds.
따라서, 전이금속 칼코겐화합물은 통상적인 3차원 물질과는 다르게 탄도 수송 양상을 보이며, 이로부터 고이동도, 고속, 저전력 특성의 구현이 가능하다.Therefore, the transition metal chalcogen compound shows a trajectory transport pattern unlike a typical three-dimensional material, from which high mobility, high speed, and low power characteristics can be realized.
본 발명의 목적은 전기적 특성을 향상시키기 위해, 광범위한 흡수 파장 대역을 갖는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film of a transition metal chalcogen compound having a wide absorption wavelength band in order to improve electrical properties.
또한 본 발명의 목적은 전기적 특성을 향상시키기 위해, 광범위한 흡수 파장 대역을 갖는 전자소자의 제조 방법을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a method for manufacturing an electronic device having a wide absorption wavelength band in order to improve electrical properties.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by embodiments of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.
본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 (a) 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하는 단계; 및 (b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a thin film of a transition metal chalcogen compound according to the present invention includes (a) depositing two or more kinds of transition metal chalcogen compounds on a substrate using a sputtering process; And (b) crystallizing by irradiating an electron beam to the transition metal chalcogen compound deposited on the substrate, wherein the step (a) comprises sequentially depositing two or more transition metal chalcogen compounds or transition metal Characterized in that two or more chalcogen compounds are deposited simultaneously.
본 발명의 제1실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 (a) 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 섀도 마스크를 배치하는 단계; (b) 상기 섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 박막을 형성하는 단계; (c) 상기 섀도 마스크를 제거하고, 상기 박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 박막을 결정화하는 단계; 및 (d) 상기 박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an electronic device according to a first embodiment of the present invention includes: (a) forming an insulating film on a substrate and disposing a shadow mask on the insulating film; (b) depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the shadow mask is disposed to form a thin film; (c) removing the shadow mask and crystallizing the thin film by irradiating an electron beam on the substrate on which the thin film is formed; And (d) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart on the thin film; wherein, in the step (b), two or more transition metal chalcogen compounds are sequentially deposited, or a transition metal chalcogen compound is included. It is characterized in that two or more kinds are deposited simultaneously.
본 발명의 제2실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 (a) 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제1섀도 마스크를 배치하는 단계; (b) 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계; (c) 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막을 결정화하는 단계; (d) 상기 결정화된 제1박막 상에 제2섀도 마스크를 배치하고, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성하는 단계; (e) 상기 제2섀도 마스크를 제거하고, 상기 제2박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제2박막을 결정화하는 단계; 및 (f) 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계 및 (d) 단계 각각은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an electronic device according to a second embodiment of the present invention includes the steps of: (a) forming an insulating film on a substrate and disposing a first shadow mask on the insulating film; (b) depositing at least two transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the first shadow mask is disposed to form a first thin film; (c) removing the first shadow mask and crystallizing the first thin film by irradiating an electron beam onto the substrate on which the first thin film is formed; (d) placing a second shadow mask on the crystallized first thin film and depositing two or more transition metal chalcogen compounds in a sputtering process to form a second thin film; (e) removing the second shadow mask and crystallizing the second thin film by irradiating an electron beam onto the substrate on which the second thin film is formed; And (f) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart on the first thin film and the second thin film. Each of the (b) and (d) steps includes two transition metal chalcogen compounds. It is characterized in that the above steps are sequentially deposited, or two or more transition metal chalcogen compounds are deposited simultaneously.
본 발명의 제3실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 (a) 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제1섀도 마스크를 배치하는 단계; (b) 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계; (c) 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 제2섀도 마스크를 배치한 후, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성하는 단계; (d) 상기 제2섀도 마스크를 제거하고, 상기 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막과 제2박막을 결정화하는 단계; 및 (e) 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계 각각은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an electronic device according to a third embodiment of the present invention includes: (a) forming an insulating film on a substrate and disposing a first shadow mask on the insulating film; (b) depositing at least two transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the first shadow mask is disposed to form a first thin film; (c) After removing the first shadow mask and disposing the second shadow mask on the substrate on which the first thin film is formed, a second thin film is formed by depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process. step; (d) removing the second shadow mask and crystallizing the first thin film and the second thin film by irradiating an electron beam on the substrate; And (e) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart on the first thin film and the second thin film, wherein each of the steps (b) and (c) comprises two transition metal chalcogen compounds. It is characterized in that the above steps are sequentially deposited, or two or more transition metal chalcogen compounds are deposited simultaneously.
본 발명의 제4실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 (a) 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제1섀도 마스크를 배치하는 단계; (b) 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계; (c) 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막을 결정화하는 단계; (d) 상기 결정화된 제1박막 상에 비정질의 제2박막을 접합하는 단계; 및 (e) 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an electronic device according to a fourth embodiment of the present invention includes: (a) forming an insulating film on a substrate and disposing a first shadow mask on the insulating film; (b) depositing at least two transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the first shadow mask is disposed to form a first thin film; (c) removing the first shadow mask and crystallizing the first thin film by irradiating an electron beam onto the substrate on which the first thin film is formed; (d) bonding an amorphous second thin film on the crystallized first thin film; And (e) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart on the first thin film and the second thin film, wherein the step (b) comprises sequentially depositing two or more kinds of transition metal chalcogenide compounds or , Characterized in that two or more transition metal chalcogen compounds are deposited simultaneously.
본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착함으로써, 흡수 파장 대역을 확장시키고, 박막의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다.The method of manufacturing a transition metal chalcogen compound thin film according to the present invention sequentially deposits two or more transition metal chalcogen compounds, or simultaneously deposits two or more transition metal chalcogen compounds, thereby extending the absorption wavelength band and It has the effect of improving the electrical properties.
또한, 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 전자빔 공정을 통해 전이금속 칼코겐화합물 박막을 결정화시키고 활성화시킴으로써, 박막의 전기적인 특성을 향상시키는 효과가 있다. In addition, the method of manufacturing a transition metal chalcogen compound thin film according to the present invention has an effect of improving the electrical properties of the thin film by crystallizing and activating the transition metal chalcogen compound thin film through an electron beam process.
본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 가스센서, 압전기, 포토디텍터 또는 트랜지스터 중 선택되는 전자소자의 제조 방법에 적용될 수 있다.The method of manufacturing a transition metal chalcogen compound thin film according to the present invention can be applied to a method of manufacturing an electronic device selected from gas sensors, piezoelectric devices, photodetectors or transistors.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the concrete effects of the present invention will be described together while describing the specific matters for carrying out the invention.
도 1은 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 2종을 순차적으로 증착하는 과정의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 3종을 순차적으로 증착하는 과정의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 2종을 동시에 증착하는 과정의 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 3종을 동시에 증착하는 과정의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자소자의 제조 과정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자소자의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 전자소자의 제조 과정을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 전이금속 칼코겐화합물 박막 샘플의 Raman 결과이다.
도 12는 본 발명의 전이금속 칼코겐화합물 박막 샘플의 AFM 분석 결과이다.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing a transition metal chalcogenide compound thin film according to the present invention.
2 is a schematic view of a process of sequentially depositing two transition metal chalcogenide compounds according to the present invention.
3 is a schematic view of a process of sequentially depositing three types of transition metal chalcogenide compounds according to the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of the process of depositing two transition metal chalcogenide compounds according to the present invention simultaneously.
5 is a schematic diagram of a process of depositing three types of transition metal chalcogen compounds according to the present invention simultaneously.
6 is a flowchart showing a method of manufacturing an electronic device according to a first embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an electronic device according to a first embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of an electronic device according to a first embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electronic device according to a second embodiment of the present invention.
10 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an electronic device according to a second embodiment of the present invention.
11 is a Raman result of the transition metal chalcogenide thin film sample of the present invention.
12 is an AFM analysis result of the transition metal chalcogenide thin film sample of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical spirit of the present invention. In the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in the drawings are used to indicate the same or similar components.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. In the following, the arrangement of any component in the "upper (or lower)" of the component or the "upper (or lower)" of the component means that any component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. In addition, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. Also, when a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected to or connected to each other, but other components may be "interposed" between each component. It should be understood that "or, each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법 및 이를 이용한 전자소자의 제조 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a transition metal chalcogen compound thin film and a method of manufacturing an electronic device using the same will be described according to some embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법은 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하는 단계(S10) 및 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계(S20)를 포함한다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a transition metal chalcogenide compound thin film according to the present invention. Referring to Figure 1, the method of manufacturing a transition metal chalcogenide compound thin film according to the present invention comprises the steps of depositing two or more transition metal chalcogenide compounds by a sputtering process (S10) and crystallizing by irradiating an electron beam (S20). Includes.
먼저, 스퍼터링 공정을 이용하여, 기판 상에 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착한다.First, two or more transition metal chalcogen compounds are deposited on a substrate using a sputtering process.
MoS2, WS2와 같은 전이금속 칼코겐화합물은 일반적으로 MX2의 화학식으로 표현된다. 이때, M은 Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta 및 Ti 중에서 선택되는 전이금속 원소이다. X는 S, Se, Te와 같은 칼코겐 원소이다. 이러한 전이금속 칼코겐화합물들은 원리적으로 구성 원자들과 이차원적인 상호작용만 한다. Transition metal chalcogen compounds such as MoS 2 and WS 2 are generally represented by the formula of MX 2 . At this time, M is a transition metal element selected from Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta and Ti. X is a chalcogenide element such as S, Se, and Te. In principle, these transition metal chalcogen compounds only interact two-dimensionally with constituent atoms.
따라서, 전이금속 칼코겐화합물들에서 캐리어들의 수송은 통상적인 박막이나 벌크와는 전혀 다르게, 탄도 수송 양상을 나타낸다. 이로부터 고이동도, 고속, 저전력 특성 구현이 가능하다.Therefore, the transport of carriers in the transition metal chalcogen compounds exhibits a ballistic transport pattern, unlike the conventional thin film or bulk. From this, high mobility, high speed, and low power characteristics can be realized.
이차원 구조의 칼코겐 화합물의 특성상 수 nm 정도의 얇고 균일한 박막을 성막시키는 것이 필요하다. 한편, 스퍼터링 공정에서 결정질의 박막을 직접 형성할 수도 있다. 그러나 이 경우 박막의 균일도가 문제시될 수 있다. Due to the nature of the chalcogen compound having a two-dimensional structure, it is necessary to form a thin and uniform thin film of about several nm. Meanwhile, a crystalline thin film may be directly formed in the sputtering process. However, in this case, uniformity of the thin film may be a problem.
따라서, 균일도 측면에서 유리한 비정질 박막을 스퍼터링 공정으로 우선 증착하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to first deposit an amorphous thin film which is advantageous in terms of uniformity by a sputtering process.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 2종 또는 3종을 순차적으로 증착하는 과정의 모식도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 2종 또는 3종을 동시에 증착하는 과정의 모식도이다.2 and 3 are schematic diagrams of a process of sequentially depositing two or three types of transition metal chalcogen compounds according to the present invention. 4 and 5 are schematic diagrams of a process of depositing two or three types of transition metal chalcogen compounds according to the present invention at the same time.
도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 헤테로 구조, 다차원 구조의 TMD 박막을 합성하기 위해, 스퍼터링 타겟 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 또는 스퍼터링 타겟 2종 이상을 동시에 증착한다.2 to 5, in the present invention, in order to synthesize a TMD thin film having a heterostructure or a multidimensional structure, two or more sputtering targets are sequentially deposited, or two or more sputtering targets are simultaneously deposited.
스퍼터링 타겟 2종을 이용한 증착은 MoS2와 WS2를 증착하여 MoxW(1-x)S2 (0<x<1)와 같은 3원계 TMD를 합성한다. 또한, 스퍼터링 타겟 2종을 이용한 증착은 SnS2와 WS2를 증착하여 SnxW(1-x)S2 (0<x<1) 와 같은 3원계 TMD를 합성한다. 또한 스퍼터링 타겟 2종을 이용한 증착은 MoS2xSe2(1-x) (0<x<1)와 같이 전이금속 1종에 칼코겐 2종이 조합된 3원계 TMD도 가능하다. 또한 스퍼터링 타겟 2종을 이용한 증착은 MoxW(1-x)S2xSe2(1-x) (0<x<1)와 같이 전이금속 2종에 칼코겐 2종이 조합된 4원계 TMD도 가능하다.Deposition using two sputtering targets deposits MoS 2 and WS 2 to synthesize a ternary TMD such as Mo x W (1-x) S 2 (0 < x <1). In addition, deposition using two sputtering targets deposits SnS 2 and WS 2 to synthesize a ternary TMD such as Sn x W (1-x) S 2 (0 < x <1). In addition, the deposition using two sputtering targets is also possible with a ternary TMD in which two chalcogens are combined with one transition metal, such as MoS 2x Se 2(1-x) (0 < x <1). In addition, deposition using two sputtering targets is also a quaternary TMD in which two transition metals are combined with two chalcogens, such as Mo x W (1-x) S 2x Se 2(1-x) (0 < x <1). It is possible.
이처럼, 전이금속 칼코겐화합물 2종을 증착하여 헤테로 구조의 TMD 박막을 합성하면, 서로 다른 전도대와 가전자대의 접합으로 인해 양성자 입사 시 생성된 EHP (Electron Hole Pair)의 전하이동이 효율적으로 변한다.As described above, when two types of transition metal chalcogen compounds are deposited to synthesize a TMD thin film having a hetero structure, charge transfer of the EHP (Electron Hole Pair) generated upon proton incidence is efficiently changed due to bonding of different conduction and valence bands.
또한 헤테로 구조의 TMD 박막은 서로 다른 에너지 레벨의 양성자 흡수가 가능한 물질들이 조합되면서 두 물질이 모두 광 흡수를 보이기 때문에, 흡수할 수 있는 파장 대역이 확장된다.In addition, since the TMD thin film having a hetero structure combines materials capable of absorbing protons of different energy levels, both materials show light absorption, so the wavelength band of absorption can be expanded.
스퍼터링 타겟 3종을 이용한 증착은 SnS2, MoS2, WS2를 증착하여 SnxMoyW(1-x-y)S2 (0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)와 같은 4원계 TMD를 합성한다. 마찬가지로, 전이금속 1종에 칼코겐 3종이 조합된 4원계 TMD도 가능하다. 또한 스퍼터링 타겟 3종을 이용한 증착은 전이금속 2종에 칼코겐 2종이 조합된 4원계 TMD도 가능하다. 또한 스퍼터링 타겟 3종을 이용한 증착은 SnxMoyW(1-x-y)S2xSe2yTe2(1-x-y) (0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)와 같이 최대 6원계 TMD도 가능하다.Deposition using 3 types of sputtering targets is performed by depositing SnS 2 , MoS 2 , and WS 2 to form Sn x Mo y W (1-xy) S 2 (0 < x <1, 0 < y <1, 0<x+y< Synthesize the quaternary TMD as 1). Similarly, a quaternary TMD in which three kinds of chalcogen are combined with one kind of transition metal is also possible. In addition, the deposition using three sputtering targets is also possible with a quaternary TMD in which two transition metals and two chalcogens are combined. In addition, deposition using three sputtering targets is Sn x Mo y W (1-xy) S 2x Se 2y Te 2(1-xy) (0 < x <1, 0 < y <1, 0<x+y<1 ), up to 6-way TMD is also possible.
이처럼, 전이금속 칼코겐화합물 3종 이상을 증착하여 다차원 구조의 TMD 박막을 합성하면, TMD의 구성 성분을 변화시켜가면서 밴드갭 엔지니어링을 나타낼 수 있다. 그리고 다차원 구조의 TMD로 헤테로 구조를 제작하여 흡수 파장 대역을 확장시킬 수 있다.As described above, when three or more kinds of transition metal chalcogen compounds are deposited to synthesize a TMD thin film having a multi-dimensional structure, band gap engineering can be exhibited while changing the components of TMD. In addition, the absorption wavelength band can be extended by manufacturing a heterostructure with a TMD having a multi-dimensional structure.
또한 다차원 구조의 TMD 박막은 밴드 구조 엔지니어링을 통한 접촉 저항을 개선시킬 수 있다. 밴드구조 상 전이금속 칼코겐화합물에 가까울수록 접촉 배리어가 낮아져서 전류가 증가하게 된다. In addition, the multi-dimensional TMD thin film can improve contact resistance through band structure engineering. Due to the band structure, the closer to the transition metal chalcogen compound, the lower the contact barrier and the higher the current.
또한 이와 같은 맥락으로 다차원 구조의 TMD 박막은 가스 민감도를 향상시킨다. Also, in this context, the multi-dimensional TMD thin film improves gas sensitivity.
이러한 헤테로 구조, 다차원 구조의 TMD 박막 합성 시 스퍼터링 공정을 이용하는 경우 다음과 같은 장점이 있다.When using a sputtering process when synthesizing a TMD thin film having a heterostructure or a multidimensional structure, there are advantages as follows.
첫 번째로는 스퍼터링 공정을 이용하면 패터닝 및 원자배열의 정렬이 용이하다. 그리고 스퍼터링 공정은 면적 및 두께 조절이 가능하며, 인시츄 진행 시 박막의 오염 가능성을 감소시킬 수 있다.First, patterning and alignment of atomic arrangements are easy using a sputtering process. In addition, the sputtering process can control the area and thickness, and can reduce the possibility of contamination of the thin film during in situ.
특히, 스퍼터링 공정은 박막의 오염 가능성이 낮고, 각 층간 결합 형성을 통해 접합(coupling)이 증가하여 헤테로 구조의 효과를 극대화시킨다.Particularly, in the sputtering process, the possibility of contamination of the thin film is low, and coupling is increased through formation of interlayer bonds, thereby maximizing the effect of the heterostructure.
두 번째로는, 박리공정으로는 3원계 이상의 다원계 TMD 박막 합성이 불가능하나, 스퍼터링 공정을 통해 3원계 TMD 박막 합성이 가능하다.Second, it is not possible to synthesize a ternary or larger TMD thin film by a peeling process, but it is possible to synthesize a ternary TMD thin film through a sputtering process.
또한 스퍼터링 공정에 있어서, 기공이나 결함이 최소화된 비정질의 박막을 얻기 위해서 RF 파워를 최소화하고, 스퍼터 건과 기판 사이의 거리를 일정거리 이상으로 유지하여 증착율을 최소로 유지한다. 이에 따라, 스퍼터링 공정은 비정질이지만 균일한 원자배열을 최대한 도모하도록 한다.In addition, in the sputtering process, in order to obtain an amorphous thin film with minimal pores or defects, RF power is minimized, and the distance between the sputter gun and the substrate is maintained at a predetermined distance or more to maintain a minimum deposition rate. Accordingly, the sputtering process is amorphous, but attempts to maximize the uniform atomic arrangement.
상기 스퍼터링 공정은 RF 파워 5~20W, 공정 압력 1~20mTorr 에서 수행될 수 있다.The sputtering process may be performed at an RF power of 5-20 W and a process pressure of 1-20 mTorr.
이어서, 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화한다.Subsequently, the transition metal chalcogen compound deposited on the substrate is crystallized by irradiating an electron beam.
전자빔 조사는 상대적으로 낮은 에너지를 이용하여, 원자 재배열을 일으켜 MoS2, WS2 등의 이차원 구조를 형성시킨다. 상기 전자빔 조사는 전자와 MoS2, WS2 등의 충돌에 의한 가열 효과도 있지만, 조사된 전자와 대상 물질 사이에서 비탄성 산란(inelastic scattering)이 발생한다. 상기 전자빔 조사는 비탄성 산란의 일환으로 여기-이완(excitation-relaxation) 과정을 거쳐서 재결정화를 유도하는 추가적인 효과가 존재한다. 결과적으로 상기 전자빔 조사는 상대적으로 저온에서 결정화가 이루어지도록 기여를 한다.Electron beam irradiation uses relatively low energy to cause atomic rearrangement to form two-dimensional structures such as MoS 2 and WS 2 . The electron beam irradiation has a heating effect due to collision of electrons with MoS 2 and WS 2 , but inelastic scattering occurs between the irradiated electrons and the target material. The electron beam irradiation has an additional effect of inducing recrystallization through an excitation-relaxation process as part of inelastic scattering. As a result, the electron beam irradiation contributes to crystallization at a relatively low temperature.
전자빔 조사의 공정 온도는 600℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이하일 수 있다. 상기 스퍼터링 공정 역시 600℃ 이하에서 수행될 수 있다. 상기 전자빔 조사의 공정 온도에 따라 가열되는 기판의 온도 역시 600℃ 이하, 200℃ 이하일 수 있다. 공정 시간은 1분 혹은 그 이하일 수 있다.The process temperature of electron beam irradiation may be 600°C or less, preferably 200°C or less. The sputtering process may also be performed at 600°C or less. The temperature of the substrate heated according to the process temperature of the electron beam irradiation may also be 600°C or less and 200°C or less. The process time can be 1 minute or less.
또한, 상기 전자빔 조사는 RF 파워 50~1,000W, DC 파워 50~5,000V, 조사 시간 0.5~20분으로 수행될 수 있다.In addition, the electron beam irradiation may be performed with RF power of 50 to 1,000 W, DC power of 50 to 5,000 V, and irradiation time of 0.5 to 20 minutes.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자소자의 제조 과정을 나타낸 개략도이다.6 is a flowchart showing a method of manufacturing an electronic device according to a first embodiment of the present invention. 7 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an electronic device according to a first embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 섀도 마스크를 배치하는 단계(S110), 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 박막을 형성하는 단계(S120), 전자빔을 조사하여 박막을 결정화하는 단계(S130), 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계(S140)를 포함한다.Referring to FIGS. 6 and 7, the method of manufacturing the electronic device according to the first embodiment includes the steps of disposing a shadow mask (S110), and depositing two or more transition metal chalcogen compounds in a sputtering process to form a thin film. (S120), crystallizing the thin film by irradiating the electron beam (S130), and the step of disposing the first electrode and the second electrode (S140).
섀도 마스크를 배치하는 단계(S110)Step of placing a shadow mask (S110)
먼저, 기판(100) 상에 절연막(미도시)을 형성하고, 상기 절연막 상에 섀도 마스크를 배치한다.First, an insulating film (not shown) is formed on the
상기 기판(100)의 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별한 제한이 없으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 기판의 구조는 단층 구조여도 되고, 적층 구조여도 된다. 상기 기판은 예를 들어, Si 등의 무기 재료 등으로 이루어지는 기판을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판은 p형 불순물 또는 n형 불순물로 도핑될 수도 있다.The shape, structure, and size of the
상기 절연막은 고유전 물질을 사용하는 것이 고성능 구현에 유리하다. 상기 절연막은 높은 절연성을 갖는 것으로, SiO2, SiON, Al2O3, Y2O3, Ta2O5 및 HfO2 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 절연막은 예를 들어, 코팅 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 방식으로 형성될 수 있다.The insulating film is advantageous for high performance implementation using a high dielectric material. The insulating layer has high insulating properties, and may include one or more of SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5, and HfO 2 . The insulating film may be formed, for example, by a coating method, a vacuum deposition method, or a sputtering method.
섀도 마스크(110)는 증착용 재료들이 선택적으로 증착할 수 있게 설계된 마스크이다. 섀도 마스크를 이용하여 TMD 박막을 형성하게 되면, 수십 나노미터 정도의 폭으로 TMD 박막을 형성할 수 있다. 상기 섀도 마스크는 메탈 섀도 마스크, PDMS(Polydimethylsiloxane) 또는 PMMA(Polymethyl methacrylate)와 같은 고분자 섀도 마스크 등을 사용할 수 있다. The
스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 박막을 형성하는 단계(S120)Forming a thin film by depositing two or more kinds of transition metal chalcogen compounds by a sputtering process (S120)
상기 섀도 마스크(110)가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 박막(120)을 형성한다. 이때, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것이 바람직하다.On the substrate on which the
박막(120)을 형성하는 방법은 TMD 박막의 제조 방법(S10, S20)에서 전술한 바와 같다.The method of forming the
전자빔을 조사하여 박막을 결정화하는 단계(S130)Crystallizing the thin film by irradiating the electron beam (S130)
상기 섀도 마스크(110)를 제거하고, 상기 박막(120)이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 박막을 결정화한다.The
전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 스퍼터링으로 증착한 후, 상대적으로 낮은 에너지의 전자빔으로 후처리함으로써, 증착된 전이금속 칼코겐화합물의 결정성이 증가하게 된다.After depositing two or more kinds of transition metal chalcogen compounds by sputtering, post-treatment with a relatively low energy electron beam increases the crystallinity of the deposited transition metal chalcogen compounds.
상기 전자빔 조사에 대한 사항은 TMD 박막의 제조 방법(S10, S20)에서 전술한 바와 같다.Matters for the electron beam irradiation are as described above in the manufacturing method of the TMD thin film (S10, S20).
제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계(S140)Disposing the first electrode and the second electrode apart (S140)
상기 박막(120) 상에 제1전극(140a) 및 제2전극(140b)이 서로 이격 배치되도록 형성한다.The
상기 제1전극(140a) 및 제2전극(140b)의 밑면의 일부 또는 전부는 상기 박막과 접촉된다. 상기 제1전극 및 제2전극은 상부 전극 및 하부 전극으로 이루어진 전극, 또는 단층으로 이루어진 전극일 수 있다. 상기 제1전극 및 제2전극 중 하나는 소스 전극이고, 나머지는 드레인 전극일 수 있다.Some or all of the bottom surfaces of the
상기 제1전극(140a) 및 제2전극(140b)은 금(Au), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 중 1종 이상의 금속, 또는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 중 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다.The
제1전극(140a) 및 제2전극(140b)은 섀도 마스크 공정 또는 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝되어 형성된다. The
섀도 마스크 공정을 이용한 경우, 상기 박막 상에 섀도 마스크(미도시)를 배치한다. 이어서, 증발법(evaporation)으로 제1전극 및 제2전극을 패터닝한 후 상기 섀도 마스크를 제거한다. 상기 증발법은 증착시키고자 하는 재료를 진공 속에서 기화시켜 기판 상에 증착시키는 것이다. 증발 시, 섀도 마스크를 이용하여 제1전극 및 제2전극을 선택적으로 증착시킴으로써, 패터닝된 전극부를 형성할 수 있다.When a shadow mask process is used, a shadow mask (not shown) is disposed on the thin film. Subsequently, after patterning the first electrode and the second electrode by evaporation, the shadow mask is removed. The evaporation method vaporizes a material to be deposited in a vacuum and deposits it on a substrate. Upon evaporation, the patterned electrode part may be formed by selectively depositing the first electrode and the second electrode using a shadow mask.
포토리소그래피 공정을 이용한 경우, 상기 박막이 형성된 기판 상에 감광물질인 포토 레지스트(PR, 미도시)를 도포하여 코팅한다. 포토리소그래피는 빛을 이용하여 웨이퍼의 표면에 패턴을 형성하는 것이다. 포토 레지스트가 코팅된 기판 상에 섀도 마스크를 배치하고, UV를 조사(UV exposure)하면, 코팅된 감광물질이 반응하게 된다. 이어서, 상기 UV를 조사받은 기판 상에 증발법으로 제1전극 및 제2전극을 패터닝한다. 이 상태에서 리프트 오프법(lift-off process)을 이용하여, 패턴이 형성된 영역을 모두 제거하면, 상기 기판 상에 제1전극 및 제2전극을 형성할 수 있다.When a photolithography process is used, a photoresist (PR, not shown), which is a photosensitive material, is coated on a substrate on which the thin film is formed and coated. Photolithography is to form a pattern on the surface of a wafer using light. When a shadow mask is disposed on a substrate coated with a photoresist and irradiated with UV (UV exposure), the coated photosensitive material reacts. Subsequently, the first electrode and the second electrode are patterned by an evaporation method on the UV-irradiated substrate. In this state, by removing the region where the pattern is formed by using a lift-off process, a first electrode and a second electrode can be formed on the substrate.
이처럼, 제1실시예에 따라 제조된 전자소자는 도 8에 도시한 바와 같이 제조될 수 있다. 도 8(b)와 같이, 상기 전자소자는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 박막(120)과 다른 성분의 박막(121)을 더 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As such, the electronic device manufactured according to the first embodiment may be manufactured as illustrated in FIG. 8. 8(b), the electronic device may further form a
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 전자소자의 제조 과정을 나타낸 개략도이다.9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electronic device according to a second embodiment of the present invention. 10 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an electronic device according to a second embodiment of the present invention.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제2실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 제1섀도 마스크를 배치하는 단계(S210), 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계(S220), 전자빔을 조사하여 제1박막을 결정화하는 단계(S230), 제2섀도 마스크를 배치하고, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성하는 단계(S240), 전자빔을 조사하여 제2박막을 결정화하는 단계(S250), 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계(S260)를 포함한다.9 and 10, a method of manufacturing an electronic device according to a second embodiment includes the steps of disposing a first shadow mask (S210), and depositing at least two transition metal chalcogen compounds in a sputtering process to form a first thin film. Forming (S220), crystallizing the first thin film by irradiating an electron beam (S230), arranging a second shadow mask, and depositing at least two transition metal chalcogen compounds in a sputtering process to form a second thin film It includes a step (S240), the step of crystallizing the second thin film by irradiating an electron beam (S250), and the step of disposing the first electrode and the second electrode (S260).
제1섀도 마스크를 배치하는 단계(S210) Disposing a first shadow mask (S210)
먼저, 기판(200) 상에 절연막(미도시)을 형성하고, 상기 절연막 상에 제1섀도 마스크(210)를 배치한다.First, an insulating film (not shown) is formed on the
스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계(S220)Forming a first thin film by depositing two or more kinds of transition metal chalcogen compounds by a sputtering process (S220)
상기 제1섀도 마스크(210)가 배치된 기판(200) 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막(220)을 형성한다.On the
제1박막(220) 형성은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것이 바람직하다.In the formation of the first
전자빔을 조사하여 제1박막을 결정화하는 단계(S230)Crystallizing the first thin film by irradiating an electron beam (S230)
상기 제1섀도 마스크(210)를 제거한다. 상기 제1박막(220)이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막을 결정화한다.The
전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 스퍼터링으로 증착한 후, 상대적으로 낮은 에너지의 전자빔으로 후처리함으로써, 증착된 전이금속 칼코겐화합물의 결정성이 증가하게 된다.After depositing two or more kinds of transition metal chalcogen compounds by sputtering, post-treatment with a relatively low energy electron beam increases the crystallinity of the deposited transition metal chalcogen compounds.
제2섀도 마스크를 배치하고, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성하는 단계(S240)Disposing a second shadow mask and depositing two or more transition metal chalcogen compounds in a sputtering process to form a second thin film (S240)
이어서, 상기 결정화된 제1박막(220) 상에 제2섀도 마스크(230)를 배치한다. 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막(240)을 형성한다.Subsequently, a
상기 제2박막(240)은 제1박막(220)과 상이한 성분으로 형성되거나, 동일한 성분으로 형성될 수 있다.The second
상기 제2박막(240) 형성은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것이 바람직하다.In the formation of the second
이처럼, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상으로 이루어진 제1박막과 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상으로 이루어진 제2박막을 증착하는 경우, 흡수할 수 있는 파장 대역이 확장되므로 전이금속 칼코겐화합물의 에너지에 해당하는 빛을 모두 흡수하게 된다. As described above, when depositing a first thin film made of two or more transition metal chalcogen compounds and a second thin film made of two or more transition metal chalcogen compounds, the energy of the transition metal chalcogen compound is extended because the absorbable wavelength band is expanded. It absorbs all the light corresponding to.
전자빔을 조사하여 제2박막을 결정화하는 단계(S250)Crystallizing the second thin film by irradiating the electron beam (S250)
상기 제2섀도 마스크(230)를 제거하고, 상기 제2박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제2박막(240)을 결정화한다.The
전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 스퍼터링으로 증착한 후, 상대적으로 낮은 에너지의 전자빔으로 후처리함으로써, 증착된 전이금속 칼코겐화합물의 결정성이 증가하게 된다.After depositing two or more kinds of transition metal chalcogen compounds by sputtering, post-treatment with a relatively low energy electron beam increases the crystallinity of the deposited transition metal chalcogen compounds.
제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계(S260)Disposing the first electrode and the second electrode apart (S260)
상기 제1박막(220) 및 제2박막(240) 상에 제1전극(250a) 및 제2전극(250b)을 이격 배치한다.The
제1전극(250a) 및 제2전극(250b)은 섀도 마스크 공정 또는 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝되어 형성된다. 이에 대한 사항은 S140에서 전술한 바와 같다.The
이처럼, 제2실시예에 따라 제조된 전자소자는 도 10에 도시한 바와 같이 제조될 수 있다.As such, the electronic device manufactured according to the second embodiment may be manufactured as illustrated in FIG. 10.
본 발명의 제3실시예에서는 제1박막과 제2박막을 증착한 후, 한 번에 결정화를 진행하여 전자소자를 제조한다.In the third embodiment of the present invention, after depositing the first thin film and the second thin film, crystallization is performed at one time to manufacture an electronic device.
본 발명의 제3실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제1섀도 마스크를 배치하는 단계(S310), 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계(S320), 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 제2섀도 마스크를 배치한 후, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성하는 단계(S330), 상기 제2섀도 마스크를 제거하고, 상기 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막과 제2박막을 결정화하는 단계(S340) 및 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계(S350)를 포함한다.A method of manufacturing an electronic device according to a third embodiment of the present invention includes forming an insulating film on a substrate and disposing a first shadow mask on the insulating film (S310), on a substrate on which the first shadow mask is disposed , Forming a first thin film by depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process (S320), removing the first shadow mask, and placing a second shadow mask on the substrate on which the first thin film is formed After that, forming a second thin film by depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process (S330), removing the second shadow mask, and irradiating an electron beam on the substrate to form the first thin film. Crystallizing the second thin film (S340) and disposing the first electrode and the second electrode on the first thin film and the second thin film (S350).
상기 S310 단계 및 S320 단계는 제2실시예의 S210 단계와 S220 단계에서 전술한 바와 같다.The steps S310 and S320 are as described above in steps S210 and S220 of the second embodiment.
상기 S320 단계 이후에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성한다. 상기 제1박막을 형성하는 단계 및 제2박막을 형성하는 단계 각각은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것이 바람직하다.After the step S320, a second thin film is formed by depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process. Each of the steps of forming the first thin film and the forming of the second thin film is preferably sequentially depositing two or more types of transition metal chalcogen compounds, or simultaneously depositing two or more types of transition metal chalcogen compounds.
그리고 제2섀도 마스크를 제거하고, 전자빔을 조사하여 제1박막과 제2박막을 함께 결정화한다. 상기 전자빔 조사에 대한 사항은 제1실시예와 제2실시예에서 전술한 바와 같다. 이어서, 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치한다.Then, the second shadow mask is removed, and an electron beam is irradiated to crystallize the first thin film and the second thin film together. Matters for the electron beam irradiation are as described above in the first and second embodiments. Subsequently, a first electrode and a second electrode are spaced apart on the first thin film and the second thin film.
본 발명의 제4실시예에서는 제1박막을 증착하여 결정화한 후, 비정질의 제2박막을 접합하여 전자소자를 제조한다.In the fourth embodiment of the present invention, after the first thin film is deposited and crystallized, an amorphous second thin film is bonded to manufacture an electronic device.
본 발명의 제4실시예에 따른 전자소자의 제조 방법은 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제1섀도 마스크를 배치하는 단계(S410), 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계(S420), 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막을 결정화하는 단계(S430), 상기 결정화된 제1박막 상에 비정질의 제2박막을 접합하는 단계(S440) 및 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계(S450)을 포함한다.A method of manufacturing an electronic device according to a fourth embodiment of the present invention includes forming an insulating film on a substrate and disposing a first shadow mask on the insulating film (S410), on a substrate on which the first shadow mask is disposed , Forming a first thin film by depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process (S420), removing the first shadow mask, and irradiating an electron beam on the substrate on which the first thin film is formed to remove the first thin film. Crystallizing a thin film (S430), bonding an amorphous second thin film on the crystallized first thin film (S440), and separating a first electrode and a second electrode on the first thin film and the second thin film And a step of placing (S450).
상기 S410 단계 내지 S430 단계는 제2실시예의 S210 단계 내지 S230 단계에서 전술한 바와 같다.Steps S410 to S430 are as described above in steps S210 to S230 of the second embodiment.
상기 S430 단계 이후에, 상기 결정화된 제1박막 상에 비정질의 제2박막을 접합한다. 상기 비정질의 제2박막은 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 형성된다. 상기 비정질의 제2박막을 형성하기 위한 증착은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 것이 바람직하다.After the step S430, an amorphous second thin film is bonded on the crystallized first thin film. The amorphous second thin film is formed by depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process. In order to deposit the amorphous second thin film, it is preferable to sequentially deposit two or more transition metal chalcogen compounds, or to simultaneously deposit two or more transition metal chalcogen compounds.
이어서, 결정화된 제1박막 및 비정질의 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치한다.Subsequently, the first electrode and the second electrode are spaced apart on the crystallized first thin film and the amorphous second thin film.
이와 같이 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법 및 이를 이용한 전자소자의 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.As described above, a specific embodiment of the method of manufacturing a transition metal chalcogen compound thin film and a method of manufacturing an electronic device using the same is as follows.
1. 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조1. Preparation of transition metal chalcogen compound thin film
- WMS(WS2/MoS2/Substrate) 샘플 제조 : Si 기판 상에 SiO2 절연막을 형성하였다. 상기 절연막이 형성된 기판 상에 스퍼터링 공정으로 MoS2을 2분 동안 우선 증착한 후, WS2를 2분 동안 증착하여 박막을 형성하였다. MoS2 증착 조건은 25℃, 증착 파워 20W, 증착 압력 5mTorr, 증착 시간 2분이다. WS2 증착 조건은 조건은 25℃, 증착 파워 20W, 증착 압력 10mTorr, 증착 시간 2분이다. -Preparation of WMS (WS 2 /MoS 2 /Substrate) sample: SiO 2 insulating film was formed on the Si substrate. MoS 2 was first deposited on the substrate on which the insulating film was formed by sputtering for 2 minutes, and then WS 2 was deposited for 2 minutes to form a thin film. MoS 2 deposition conditions are 25° C., deposition power 20 W, deposition pressure 5 mTorr, deposition time 2 minutes. The conditions for WS 2 deposition are 25° C., deposition power 20 W, deposition pressure 10 mTorr, deposition time 2 minutes.
이어서, 상기 기판 상에 전자빔을 조사하여 박막을 결정화하였다. 전자빔 조건은 25℃, RF 파워 300W, 조사 시간 1분, DC 파워는 3kV이다. 상온에서 1분 동안 전자빔 조사 후 기판의 온도가 590℃에 도달했다.Subsequently, the thin film was crystallized by irradiating an electron beam onto the substrate. Electron beam conditions are 25°C, RF power 300W, irradiation time 1 minute, and DC power 3kV. After irradiation with electron beam for 1 minute at room temperature, the temperature of the substrate reached 590°C.
- MWS(MoS2/WS2/Substrate) 샘플 제조 : 기판 상에 스퍼터링 공정으로 WS2를 2분 동안 우선 증착한 후, MoS2을 2분 동안 증착하여 박막을 형성한 점을 제외하고는 WMS 샘플과 동일하게 제조하였다.-MWS (MoS 2 /WS 2 /Substrate) sample preparation: WMS sample except that a thin film was formed by first depositing WS 2 on a substrate for 2 minutes and then depositing MoS 2 for 2 minutes. It was prepared in the same manner as.
2. 물성 평가 방법 및 그 결과2. Method for evaluating physical properties and results
도 11은 본 발명의 전이금속 칼코겐화합물 박막 샘플의 Raman 결과이다.11 is a Raman result of the transition metal chalcogenide thin film sample of the present invention.
도 11(a)를 참조하면, WMS(WS2/MoS2/Substrate) 샘플과 MWS(MoS2/WS2/Substrate) 샘플처럼 헤테로 구조를 갖는 박막에서 MoS2 와 WS2 각각의 라만 스펙트라가 겹쳐진 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11 (a), WMS (WS 2 /MoS 2 /Substrate) sample and MWS (MoS 2 /WS 2 /Substrate) samples, such as Raman Spectra of each MoS 2 and WS 2 in a thin film having a heterostructure overlapped You can confirm that.
도 12는 본 발명의 전이금속 칼코겐화합물 박막 샘플의 AFM 분석 결과이다.12 is an AFM analysis result of the transition metal chalcogenide thin film sample of the present invention.
도 12(b), (c)를 참조하면, 헤테로 구조를 갖는 박막의 표면 거칠기 값이 MoS2 와 WS2 의 표면 거칠기 값과 비슷한 정도를 보인다.Referring to FIGS. 12(b) and 12(c), the surface roughness values of the thin films having heterostructures are similar to those of MoS 2 and WS 2 .
따라서, 본 발명에서는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착함으로써, 광범위한 흡수 파장 대역을 갖는 전이금속 칼코겐화합물 박막을 제조할 수 있다. Therefore, in the present invention, a thin film of a transition metal chalcogen compound having a wide absorption wavelength band can be manufactured by sequentially depositing two or more kinds of transition metal chalcogen compounds or simultaneously depositing two or more transition metal chalcogen compounds.
본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 박막은 가스센서, 압전기, 포토디텍터 또는 트랜지스터 중 선택되는 전자소자에 적용될 수 있다.The thin film of transition metal chalcogen compound according to the present invention can be applied to an electronic device selected from a gas sensor, a piezoelectric device, a photodetector, or a transistor.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the exemplified drawings, but the present invention is not limited by the examples and drawings disclosed in the present specification, and can be varied by a person skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that modifications can be made. In addition, although the operation and effect according to the configuration of the present invention is not explicitly described while describing the embodiment of the present invention, it is natural that the predictable effect by the configuration should also be recognized.
100, 200 : 기판
110, 210, 230 : 섀도 마스크
120, 121 : 박막
140a, 140b, 250a, 250b : 전극
220 : 제1박막
240 : 제2박막100, 200: substrate
110, 210, 230: shadow mask
120, 121: thin film
140a, 140b, 250a, 250b: electrode
220: first thin film
240: second thin film
Claims (12)
(b) 상기 기판 상에 증착된 전이금속 칼코겐화합물에 전자빔을 조사하여 결정화하는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
(a) depositing two or more transition metal chalcogen compounds on a substrate using a sputtering process; And
(b) crystallizing the transition metal chalcogen compound deposited on the substrate by irradiating with an electron beam;
In the step (a), two or more transition metal chalcogen compounds are sequentially deposited, or two or more transition metal chalcogen compounds are deposited simultaneously.
상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 전이금속은 Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta 및 Ti 중에서 선택되고,
상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 칼코겐 원소는 S, Se 및 Te 중에서 선택되는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
According to claim 1,
The transition metal contained in the transition metal chalcogen compound is selected from Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta and Ti,
A method of manufacturing a thin film of a transition metal chalcogen compound selected from S, Se, and Te as the chalcogen element included in the transition metal chalcogen compound.
상기 스퍼터링 공정 및 전자빔 조사는 600℃ 이하의 온도에서 수행되는 전이금속 칼코겐화합물 박막의 제조 방법.
According to claim 1,
The sputtering process and electron beam irradiation is a method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film is performed at a temperature of 600 ℃ or less.
(b) 상기 섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 박막을 형성하는 단계;
(c) 상기 섀도 마스크를 제거하고, 상기 박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 박막을 결정화하는 단계; 및
(d) 상기 박막 상에 제1전극 및 제2전극이 서로 이격 배치하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 전자소자의 제조 방법.
(a) forming an insulating film on a substrate and disposing a shadow mask on the insulating film;
(b) depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the shadow mask is disposed to form a thin film;
(c) removing the shadow mask and crystallizing the thin film by irradiating an electron beam on the substrate on which the thin film is formed; And
(d) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on the thin film; including,
The step (b) is a method of manufacturing an electronic device in which two or more types of transition metal chalcogen compounds are sequentially deposited or two or more types of transition metal chalcogen compounds are deposited simultaneously.
(b) 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막을 결정화하는 단계;
(d) 상기 결정화된 제1박막 상에 제2섀도 마스크를 배치하고, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성하는 단계;
(e) 상기 제2섀도 마스크를 제거하고, 상기 제2박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제2박막을 결정화하는 단계; 및
(f) 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계 및 (d) 단계 각각은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 전자소자의 제조 방법.
(a) forming an insulating film on a substrate, and disposing a first shadow mask on the insulating film;
(b) depositing at least two transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the first shadow mask is disposed to form a first thin film;
(c) removing the first shadow mask and crystallizing the first thin film by irradiating an electron beam onto the substrate on which the first thin film is formed;
(d) disposing a second shadow mask on the crystallized first thin film and depositing two or more transition metal chalcogen compounds in a sputtering process to form a second thin film;
(e) removing the second shadow mask and crystallizing the second thin film by irradiating an electron beam onto the substrate on which the second thin film is formed; And
(f) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart on the first thin film and the second thin film; including,
Each of the steps (b) and (d) is a method of manufacturing an electronic device that sequentially deposits two or more types of transition metal chalcogen compounds or simultaneously deposits two or more types of transition metal chalcogen compounds.
(b) 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 제2섀도 마스크를 배치한 후, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제2박막을 형성하는 단계;
(d) 상기 제2섀도 마스크를 제거하고, 상기 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막과 제2박막을 결정화하는 단계; 및
(e) 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계 및 (c) 단계 각각은 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 전자소자의 제조 방법.
(a) forming an insulating film on a substrate, and disposing a first shadow mask on the insulating film;
(b) depositing at least two transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the first shadow mask is disposed to form a first thin film;
(c) After removing the first shadow mask and disposing the second shadow mask on the substrate on which the first thin film is formed, a second thin film is formed by depositing two or more transition metal chalcogen compounds by a sputtering process. step;
(d) removing the second shadow mask and crystallizing the first thin film and the second thin film by irradiating an electron beam on the substrate; And
(e) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart on the first thin film and the second thin film; including,
Each of the steps (b) and (c) is a method of manufacturing an electronic device that sequentially deposits two or more types of transition metal chalcogen compounds or simultaneously deposits two or more types of transition metal chalcogen compounds.
(b) 상기 제1섀도 마스크가 배치된 기판 상에, 스퍼터링 공정으로 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 증착하여 제1박막을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1섀도 마스크를 제거하고, 상기 제1박막이 형성된 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 제1박막을 결정화하는 단계;
(d) 상기 결정화된 제1박막 상에 비정질의 제2박막을 접합하는 단계; 및
(e) 상기 제1박막 및 제2박막 상에 제1전극 및 제2전극을 이격 배치하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계는 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 순차적으로 증착하거나, 전이금속 칼코겐화합물 2종 이상을 동시에 증착하는 전자소자의 제조 방법.
(a) forming an insulating film on a substrate, and disposing a first shadow mask on the insulating film;
(b) depositing at least two transition metal chalcogen compounds by a sputtering process on a substrate on which the first shadow mask is disposed to form a first thin film;
(c) removing the first shadow mask and crystallizing the first thin film by irradiating an electron beam onto the substrate on which the first thin film is formed;
(d) bonding an amorphous second thin film on the crystallized first thin film; And
(e) disposing a first electrode and a second electrode spaced apart on the first thin film and the second thin film; including,
The step (b) is a method of manufacturing an electronic device in which two or more types of transition metal chalcogen compounds are sequentially deposited or two or more types of transition metal chalcogen compounds are deposited simultaneously.
상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 전이금속은 Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta 및 Ti 중에서 선택되고,
상기 전이금속 칼코겐화합물에 포함되는 칼코겐 원소는 S, Se 및 Te 중에서 선택되는 전자소자의 제조 방법.
The method according to any one of claims 4 to 7,
The transition metal contained in the transition metal chalcogen compound is selected from Mo, W, Sn, Zr, Ni, Ga, In, Bi, Hf, Re, Ta and Ti,
A method for manufacturing an electronic device, wherein the chalcogen element included in the transition metal chalcogen compound is selected from S, Se and Te.
상기 스퍼터링 공정 및 전자빔 조사는 600℃ 이하의 온도에서 수행되는 전자소자의 제조 방법.
The method according to any one of claims 4 to 7,
The sputtering process and electron beam irradiation is a method of manufacturing an electronic device is performed at a temperature of 600 ℃ or less.
상기 스퍼터링 공정은 RF 파워 5~20W, 공정 압력 1~20mTorr 에서 수행되고,
상기 전자빔 조사는 RF 파워 50~1,000W, DC 파워 50~5,000V 에서 수행되는 전자소자의 제조 방법.
The method according to any one of claims 4 to 7,
The sputtering process is performed at RF power of 5 ~ 20W, process pressure 1 ~ 20mTorr,
The electron beam irradiation is RF power 50 ~ 1,000W, DC power 50 ~ 5,000V manufacturing method of the electronic device is performed.
상기 제1전극 및 제2전극은 금(Au), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 중 1종 이상의 금속, 또는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 중 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 전자소자의 제조 방법.
The method according to any one of claims 4 to 7,
The first and second electrodes are gold (Au), silver (Ag), chromium (Cr), titanium (Ti), copper (Cu), aluminum (Al), tantalum (Ta), and molybdenum (Mo). , Tungsten (W), nickel (Ni), palladium (Pd), at least one metal of platinum (Pt), or ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide) of at least one metal oxide Device manufacturing method.
상기 전자소자는 가스센서, 압전기, 포토디텍터 또는 트랜지스터 중 선택되는 전자소자의 제조 방법.
The method according to any one of claims 4 to 7,
The electronic device is a method of manufacturing an electronic device selected from a gas sensor, a piezoelectric device, a photodetector or a transistor.
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