KR20210065011A - 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 상에 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것, 및 자외선 처리 장치를 통해 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 자외선 처리하는 것을 포함하되, 상기 자외선 처리하는 것은 상온 및 대기압 조건에서 수행되고, 상기 자외선 처리하는 것에 의해 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 구성하는 일부 원소가 다른 원소와 결합하거나 다른 원소로 치환되는 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선 처리 공정을 통해 전기적, 광학적 특성을 제어할 수 있는 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에 관한 것이다.
기존 실리콘(Si) 기반의 전자소자 또는 III-V 기반의 광 소자의 고속화, 집적화는 나노 박막 기술 개발과 함께 고이동도의 새로운 물질 개발을 필요로 한다. 일반적인 반도체 소자의 특성은 채널로 사용되는 박막 내에서의 캐리어 이동도에 의해 결정되며, 이동도를 결정하는 요인으로는 포논 산란, 이온화 불순물 산란, 계면 거칠기, 그리고 입계 산란 등이 있다. 소자의 채널과 절연층 계면 상태에서의 결함과 거칠기는 이동도를 결정하는 중요한 인자로, 이를 개선하기 위한 연구와 이동도가 향상된 물질 합성 개발은 상당히 중요한 연구주제로 여겨지고 있다.
현재, 실리콘 기반 외에 TFT에서의 획기적인 발전 가능성을 보이는 물질 군으로는 높은 이동도와 저차원 층상구조를 가지는 전이 금속 칼코겐 화합물 (transition metal dichalcogenide, TMDC)인 MX2 (M=Mo, Zn, X=S, Se) 등이 있으며, 특히, 이황화 몰리브덴(MoS2, molybdenum disulfide) 박막은 그래핀과 유사한 특성을 보여 학계 및 산업에서 높은 관심을 받고 있다. 전이 금속 칼코겐 화합물 박막은 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 저차원 구조에서 우수한 전기적 특성을 갖고 있다.
특히, 이황화 몰리브덴(MoS2, molybdenum disulfide)은 훌륭한 양자 발광 효율, 높은 전하 이동도, 그리고 높은 on/off 비를 갖는 장점을 지니고 있다. 벌크상의 MoS2는 1.2 eV 수준의 비선형 밴드갭을 갖지만 단일층 MoS2는 밴드갭이 1.8 eV까지 형성될 수 있고, 200~350 cm2/Vs의 전하 이동도, 106 ~ 108 수준의 높은 on/off비를 갖는 것으로 보고되어 스위칭 소자, 광전자소자, 메모리, 신호 증폭기, 그리고 다양한 광 관련 센서 개발에 안정적으로 응용이 가능할 것으로 예상된다.
본 발명에서는 자외선 처리 공정을 통해 전기적, 광학적 특성을 제어할 수 있는 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 기판 상에 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것, 및 자외선 처리 장치를 통해 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 자외선 처리하는 것을 포함하되, 상기 자외선 처리하는 것은 상온 및 대기압 조건에서 수행되고, 상기 자외선 처리하는 것에 의해 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 구성하는 일부 원소가 다른 원소와 결합하거나 다른 원소로 치환될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 자외선 처리된 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막에 대해 열처리 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 상기 기판으로부터 분리하여, 다른 기판 상에 전사하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 건식 공정으로 수행되어 박막 오염 가능성이 적고, 다양한 기판 상에 형성된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막에 적용 가능하며, 대면적 공정에 유리할 수 있다. 이에 따라, 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 전기적, 광학적 특성을 안정적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 화합물 합성 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2의 화합물 합성 장치에서 합성된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 광학 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 자외선 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 자외선 처리 장치를 통해 처리된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 화합물 합성 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2의 화합물 합성 장치에서 합성된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 광학 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 자외선 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 자외선 처리 장치를 통해 처리된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 층이 다른 층 '상(上)에' 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 상면에 직접 형성되거나 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 층 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 층이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 층을 다른 영역 또는 층과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 제1 기판 상에 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 제1 단계(S10) 및 자외선 처리 장치를 통해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 자외선 처리하는 제2 단계(S20)를 포함할 수 있다.
제1 단계(S10)는, 일 예로, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 통해 수행될 수 있다. 화학 기상 증착법을 통해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 후술한다. 다만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제1 단계(S10)는 용액상으로 분산시켜 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 증착하는 방법, 플레이크(flake) 형태의 전이 금속 칼코겐 화합물을 증착하는 방법 또는 다른 위치에서 성장된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 제1 기판에 전사하는 방법 등 다양한 방법을 통해 수행될 수 있다.
제1 기판은, 예를 들어, 실리콘 기판, 사파이어 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제1 기판은 다양한 재질을 가질 수 있고, 보다 바람직하게는 유연한 기판일 수 있다.
제2 단계(S20)는 제1 기판 상에 형성된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 극자외선(deep ultraviolet, DUV) 처리하는 것일 수 있다. 자외선 처리에 의해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면이 변화될 수 있다. 구체적으로, 자외선 처리에 의해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막 표면의 활성화 상태가 유도될 수 있다.
일 예로, 제2 단계(S20)는 질소 분위기(nitrogen atmosphere) 하에서 수행될 수 있다. 질소 분위기란 질소, 암모니아 또는 암모늄 이온 등이 존재하는 환원성 분위기를 의미한다. 다만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제2 단계(S20)는 산소 분위기(oxygen atmosphere) 하에서 수행될 수 있다. 이때, 활성화된 질소(또는 산소) 원자 또는 질소(또는 산소) 분자가 전이 금속 칼코겐 화합물 박막 표면에서 활성화된 전이 금속 원소(일 예로, 몰리브덴(Mo)) 또는 칼코겐 원소(일 예로, 황(S))와 결합 및/또는 치환될 수 있다. 이와 같이 원자 또는 분자 단위의 화학 반응을 통하여 결합 및/또는 치환된 원자 또는 분자는 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면에 도핑된 불순물과 같다. 결과적으로, 자외선 처리에 의해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 전기적, 광학적 특성이 변화될 수 있다.
제2 단계(S20)는 상온 및 대기압 조건에서 건식 공정으로 수행될 수 있다. 상온은 약 0℃ 내지 30℃일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상온은 약 15℃ 내지 25℃일 수 있다. 대기압은 약 1 atm(= 101325 Pa) 또는 약 1 bar(= 105 Pa)일 수 있다.
본 발명에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 건식 공정으로 수행되어 박막 오염 가능성이 적을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 고온 공정을 사용하지 않고, 상대적으로 저온인 상온에서 진행되므로 다양한 기판 상에 형성된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막에 적용 가능하며, 대면적 공정에 유리할 수 있다. 이에 따라, 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 전기적, 광학적 특성을 안정적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 자외선 처리된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막에 대해 열처리 공정을 수행하는 제3 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
제3 단계(S30)의 열처리 공정에 의해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면에 도핑된 원자 또는 분자들의 결합 상태가 강화될 수 있다. 또한, 앞선 단계에서 전이 금속 칼코겐 화합물 박막 일부분의 결정성이 손상될 수 있는데, 제3 단계(S30)의 열처리 공정에 의해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성이 복구될 수 있다. 제3 단계(S30)는 약 200℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 일 예로, 제3 단계(S30)는, 제2 단계(S20)와 마찬가지로, 질소(또는 산소) 분위기 하에서 수행될 수 있다. 일 예로, 제3 단계(S30)는 플라스틱 기판 위에 나노 플레이크 형태의 이황화 몰리브덴(MoS2)이 올려진 상태에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은 제1 기판 상의 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 제2 기판 상에 전사하는 제4 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
제4 단계(S40)의 전사 공정에 의해 단일층, 다중층 또는 나노 플레이크 형태의 전이 금속 칼코겐 화합물 박막은 제2 기판 상에 형성될 수 있다. 제2 기판은, 예를 들어, 실리콘 기판, 사파이어 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제2 기판은 다양한 재질을 가질 수 있고, 보다 바람직하게는 유연한 기판일 수 있다. 원하는 형태의 다양한 제2 기판으로의 전사가 가능함으로 인하여, 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 포함하는 초소형, 초경량 및 초박형 응용 소자가 구현될 수 있다.
제4 단계(S40)의 전사 공정은, 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 등의 희생 물질을 이용하는 방법 또는 점착제(adhesive)를 이용하는 방법 등으로 수행될 수 있다. 특히, 점착제를 이용하는 방법을 통해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막은 제1 기판으로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 점착제로 겔 상태의 몰드형 점착제 및/또는 테이프형 소재가 이용될 수 있다. 몰드형 점착제는, 일 예로, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함할 수 있다. 테이프형 소재는, 일 예로, 고온 박리 테이프(thermal release tape)일 수 있다. 점착제를 이용하는 방법은 제1 기판을 제거하기 위해 습식 에칭 등의 과정을 거치지 않으므로 공정이 간단하고, 오염을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 화합물 합성 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 화합물 합성 장치는, 일 예로, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 사용되는 합성 장치일 수 있다.
도 2의 화합물 합성 장치는 제1 체결부(110), 튜브형 챔버(130), 퍼니스(150) 및 제2 체결부(170)를 포함할 수 있다. 제1 체결부(110)는 냉각수 주입구, 냉각수 배출구 및 가스 주입구(111)를 포함할 수 있다. 가스 주입구(111)는 튜브형 챔버(130)와 연결될 수 있다. 튜브형 챔버(130)의 중앙부는 퍼니스(150)로 둘러싸일 수 있다. 튜브형 챔버(130)는 제1 체결부(110)와 연결되는 일 단부의 맞은편인 타 단부에서 제2 체결부(170)와 연결될 수 있다. 제2 체결부(170)는 제1 체결부(110)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 제2 체결부(170)는 냉각수 주입구, 냉각수 배출구 및 가스 배출구(171)를 포함할 수 있다. 냉각수 주입구로부터 냉각수 배출구로 이동하는 냉각수(CW)는 제1 체결부(110) 및 제2 체결부(170) 각각의 적정 온도를 유지할 수 있다.
튜브형 챔버(130) 내부에 기판(10) 및 반응 소스(20)가 제공될 수 있다. 기판(10)은, 일 예로, 실리콘 산화물 기판(SiO2)일 수 있다. 반응 소스(20)는, 일 예로, 3산화몰리브덴(MoO3)을 포함할 수 있다. 가스 주입구(111)로 캐리어 가스(CG)가 주입될 수 있다. 캐리어 가스(CG)는 비활성 기체를 포함할 수 있다. 또한, 가스 주입구(111)로 캐리어 가스(CG) 이외에 기판(10)과 반응하는 황(sulfur) 원자가 포함된 반응 가스가 주입될 수 있다. 퍼니스(150)의 온도가 상승함에 따라 기판(10) 상에 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30, 도 3 및 도 4 참조)이 형성될 수 있다. 전이 금속 칼코겐 화합물 박막은, 일 예로, 이황화 몰리브덴(MoS2)을 포함할 수 있다.
퍼니스(150)의 온도 및 가스 주입구(111)로 주입되는 반응 가스의 유량 등에 따라 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 성장 속도 및 성장 두께가 제어될 수 있다.
도 3은 도 2의 화합물 합성 장치에서 합성된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 광학 이미지이다. 도 3을 참조하면, 기판(10) 상에 형성된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)은 나노 플레이크 형태를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 자외선 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 사용되는 자외선 처리 장치는 스테이지(310), 스테이지(310)로 둘러싸인 반응 챔버(330), 스테이지(310) 상의 윈도우 유리(340), 윈도우 유리(340) 상에 제공되며 자외선 램프들(350)을 포함하는 램프 하우징(360)을 포함할 수 있다. 반응 챔버(330)는 윈도우 유리(340)의 하면, 스테이지(310)의 제1 측벽부(311) 및 제2 측벽부(313)로 둘러싸일 수 있다. 자외선 처리 장치는 스테이지(310)의 제1 측벽부(311)를 관통하는 가스 주입구(331) 및 스테이지(310)의 제2 측벽부(313)를 관통하는 가스 배출구(333)를 더 포함할 수 있다.
반응 챔버(330) 내부에 기판(10)이 제공될 수 있다. 기판(10) 상에 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)이 제공될 수 있다. 가스 주입구(331)를 통해 질소, 암모니아 또는 암모늄 이온 등의 기체가 반응 챔버(330) 내부로 주입될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 가스 주입구(331)를 통해 주입되는 기체는 질소가 아닌 산소를 포함할 수 있다. 자외선 램프들(350)에서 방출되는 자외선 광(UVL)이 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 상면으로 조사될 수 있다. 자외선 광(UVL)은, 예를 들어, 약 300 nm 이하의 파장을 갖는 극자외선(deep ultraviolet, DUV)일 수 있다. 이때, 자외선 처리의 조건은 자외선 광(UVL)의 세기 및 조사 시간, 반응 챔버(330) 내의 대기 분위기 및 온도 등에 의해 제어될 수 있고, 이로 인한 효과가 달라질 수 있다.
전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 상면으로 자외선 광(UVL)이 조사됨으로써, 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 상면의 특성이 변화될 수 있다. 구체적으로, 자외선 광(UVL)에 의해 활성화된 질소(또는 산소) 원자 또는 질소(또는 산소) 분자가 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 상면에서 자외선 광(UVL)에 의해 활성화된 전이 금속 원소(일 예로, 몰리브덴(Mo)) 또는 칼코겐 원소(일 예로, 황(S))와 결합 및/또는 치환될 수 있다. 결과적으로, 자외선 광(UVL)에 의해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 전기적, 광학적 특성이 변화될 수 있다. 일 예로, 자외선 광(UVL)에 의해 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 광 루미네센스(photoluminescence, PL) 특성이 개선될 수 있다.
반응 챔버(330)로 주입되는 기체의 유량, 자외선 광(UVL)의 파장, 자외선 광(UVL)의 세기 및 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 두께 등에 따라 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 전기적, 광학적 특성이 변화되는 정도가 제어될 수 있다. 상술한 조건들을 달리 하며 라만 피크(Raman peak)의 이동 정도 및 발광 스펙트럼의 변화를 측정하여, 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 도핑 효과를 최적화할 수 있다.
상술한 자외선 처리 과정을 통해 단일층, 다중층 또는 나노 플레이크 형태의 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 전기적, 광학적 특성을 제어함으로써, 고품위의 발광 소자에 적합한 반도체성을 가진 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)을 얻을 수 있고, 이를 통해 다양한 응용 소자가 구현될 수 있다. 상술한 자외선 처리 과정은, 플라즈마 처리, 고온 열처리 또는 습식 반응 등을 통한 표면 특성 제어 방법들과 비교할 때, 공정 진행 시간이 짧고, 결함이 적으며, 안정적이고, 유연 기판 공정 및 대면적 공정 등 다양한 공정들에 적용될 수 있다.
일 예로, 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)이 단일층 또는 다중층 형태가 아닌 나노 플레이크 형태를 갖는 경우, 자외선 처리에 의한 원자들(또는 분자들) 간의 반응이 보다 빨리 진행될 수 있다. 나노 플레이크 형태의 경우 플레이크 형태의 가장자리가 원자들(또는 분자들) 간의 결합이 일어나는 영역의 넓이에서 보다 많은 비중을 차지하기 때문이다.
다른 실시예에 따르면, 자외선 처리 이전에 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30) 상에 마스크 패턴이 형성될 수 있다. 마스크 패턴은 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 일부 영역을 선택적으로 노출시킬 수 있고, 상기 일부 영역의 표면 반응을 유도할 수 있다. 상기 일부 영역을 제외한 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)의 다른 영역들은 자외선 광(UVL)으로부터 차단될 수 있고, 표면 반응이 일어나지 않을 수 있다.
마스크 패턴을 이용하여 자외선 광(UVL)을 선택적으로 조사하는 방법에 따르면, 일 예로, n-타입을 갖는 전이 금속 칼코겐 화합물 박막(30)에서 일부 영역의 도전형이 p-타입으로 변경될 수 있고, 이에 따라 손쉽게 p-n 접합이 형성될 수 있다. 이때, 도 1을 참조하여 설명한 열처리 공정은 p-n 접합의 특성을 향상시킬 수 있다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 자외선 처리 장치를 통해 처리된 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다. 구체적으로, 도 5는 도 4의 자외선 처리 장치에 의한 자외선 처리 전후의 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 라만 특성을 비교하기 위한 그래프이고, 도 6 및 도 7은 도 4의 자외선 처리 장치에 의한 자외선 처리 전후의 발광 특성을 비교하기 위한 그래프들이다.
도 5를 참조하면, 자외선 처리 이전(S1)과 자외선 처리 이후(S2)의 라만 특성은 실질적으로 유사할 수 있다. 즉, 자외선 처리에도 불구하고 전이 금속 칼코겐 화합물의 결정성은 크게 변화하지 않고, 표면 반응만이 유도될 수 있다.
도 6을 참조하면, 자외선 처리 이후(C12)의 발광 세기(intensity)는 자외선 처리 이전(C11)보다 약 2배 이상 증대될 수 있다. 또한, 자외선 처리 후 1일 경과 시(C13) 및 일주일 경과 시(C14)의 발광 세기는 자외선 처리 이전(C11)보다 클 수 있다. 도시된 바와 달리, 전이 금속 칼코겐 화합물의 특성 및 자외선 처리 조건에 따라, 자외선 처리 이후의 발광 세기는 자외선 처리 이전보다 적게는 약 2배 이상, 많게는 10배 이상 증대될 수 있다. 자외선 처리에 의한 전기적, 광학적 특성의 개선 효과는 충분히 안정적으로 유지될 수 있고, 이에 따라 다양한 후공정과 연계되어 다양한 소자 제작에 응용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 자외선 처리 조건을 도 6의 경우와 달리 제어하면 일반적으로 발광 세기를 감소시킬 수 있다. 도 7의 경우, 자외선 처리 이후(C22)의 발광 세기는 자외선 처리 이전(C21)에 비해 감소할 수 있다. 자외선 처리 후 1일 경과 시(C23)의 발광 세기는 자외선 처리 이후(C22)보다 더욱 감소할 수 있다. 도 7과 같이, 자외선 처리에 의해 전기적, 광학적 특성은 조건에 따라 열화되는 것이 일반적이나, 본 발명에서 이용하는 도 6의 조건의 경우는 반대로 개선 효과를 보이고, 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (1)
- 기판 상에 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 형성하는 것; 및
자외선 처리 장치를 통해 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 표면을 자외선 처리하는 것을 포함하되,
상기 자외선 처리하는 것은 상온 및 대기압 조건에서 수행되고,
상기 자외선 처리하는 것에 의해 상기 전이 금속 칼코겐 화합물 박막을 구성하는 일부 원소가 다른 원소와 결합하거나 다른 원소로 치환되는 전이 금속 칼코겐 화합물 박막의 제조 방법.
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