KR20220131942A - 다층 전이금속 디칼코게나이드의 패터닝 - Google Patents

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KR20220131942A
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티무르 셰가이
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스메나 카탈리시스 에이비
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Abstract

패터닝된 2D 재료를 형성하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 2D 재료의 적어도 2개의 층을 포함하는 다층 2D 재료를 제공하는 단계, 및 다층 2D 재료에 사전-패터닝된 구조를 형성하기 위해, 제1 식각 공정이 후속되는 리소그래피 패터닝 방법을 이용하여 다층 2D 재료를 사전-패터닝하는 단계를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 패터닝된 구조의 적어도 하나의 부분의 제1 형상이 제2 형상으로 변형되어 패터닝된 다층 2D 재료 샘플을 형성하도록 사전-패터닝된 구조에 제2 식각 공정을 적용하는 단계를 포함하는데, 상기 제2 식각 공정은 이방성 식각 공정이다.

Description

다층 전이금속 디칼코게나이드의 패터닝
본 개시는 나노구조 2D 재료의 제조에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 원자적으로 날카로운(atomically-sharp) 계면을 갖는 다층 전이금속 디칼코게나이드(TMDC)의 제조에 관한 것이다.
몇 개의 원자 두께에 불과한 재료들을 분리할 수 있는 능력은 그래핀, 단층 전이금속 디칼코게나이드(TMDC) 및 다른 중요한 2차원(2D) 재료의 발견으로 이어졌다. 이러한 2D 재료의 1차원(1D) 에지들은 일반적으로 2D 벌크 유사물(analogue)과 뚜렷하게 상이한 특성을 나타낸다.
TMDC 재료는 우수한 광학적, 기계적, 전자적, 나노 광자적 및 촉매적 특성에 의해 동기를 부여받은, 많은 연구 및 기술 분야에서 용도를 찾는다. 단층 두께까지 박리하고 반 데르 발스 헤테로 구조를 형성할 수 있는 능력은, 흥미로운 모아레 물리학을 일으키며, 맞춤형 특성과 새로운 기능을 가진 새로운 재료를 설계할 수 있는 넓은 가능성을 열어준다. MoS2 및 WS2와 같은 가장 널리 사용되는 TMDC는 그들의 2H 상(2H phase)에서 반도체성이고, 따라서 이러한 반도체 및 여기자 특성을 탐구하는 데 많은 노력이 집중되고 있다.
또한 TMDC 재료의 에지 상태는 많은 응용 분야에서 매우 유망하다. 예를 들어, 밀도 기능 이론(density functional theory)은 지그재그로 종결되는 에지 상태는 금속성 및 강자성이고, 반면 암체어 에지 상태(armchair edge state)는 반도체성 및 비자성이라고 예측한다. 금속성 에지들는 또한 높은 전기- 및 광-촉매 활성을 나타내며, 특히 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction)을 위한 백금의 비-귀한 유사체(non-precious analog)로 나타난다. 에지들에서의 대칭 감소에 기인하여, 이러한 상태들은 향상된 2차 고조파 생성과 같은 비선형 광학 응용 분야에 대한 가능성도 보여준다.
촉매 및 센싱과 같은 몇 가지 중요한 응용의 경우, 에지 상태의 수를 늘리는 것이 중요하다. 이 목표를 달성하기 위해, 화학적 처리, 표면 가공(surface engineering), 열처리 및 다른 새로운 기술을 포함한 다양한 방법들이 채용되었다. 그러나, 금속성-에지(metallic-edge) 및 반도체성-면(semiconducting-face) 상태에 대한 이러한 방법들의 제어는 상대적으로 제한적이다. 예를 들어, '자가-정렬 이방성 식각에 의한 지그재그 에지들을 갖는 그래핀 패터닝(Patterning Graphene with Zigzag Edges by Self-Aligned Anisotropic Etching)' Shi, Z., et al., Advanced Materials, 2011. 23(27): p. 3061-3065에서는, 순차적인 산소와 수소 플라즈마를 이용한 그래핀의 이방성 건식 식각 방법이 보고되었다. 그러나, 이 방법 및 다른 유사한 방법들은 확장성이 좋지 않다는 일반적인 단점이 있다.
따라서, 에지 상태에 대한 정확한 제어와 함께 TMDC 재료를 제조하기 위한 새롭고 향상된 방법이 필요하다.
따라서, 본 개시의 목적은 패터닝된 다층 2D 재료를 형성하기 위한 방법, 및 현재 공지된 해결책들의 단점들 중 일부 또는 전부를 극복하는 방법에 따른 패터닝된 다층 2D 재료 제조를 제공하는 것이다.
특히, 본 개시의 목적은 에지-면(edge-face) 조성의 정확한 제어를 가능하게 하는 TMDC 재료의 제조 방법을 제공하는 것이다. 예시적이라는 용어는 본 문맥에서 예시(instance, example 또는 illustration)로서 제공되는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 제1 양태에 따르면, 패터닝된 2D 재료를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 적어도 2개의 층의 2D 재료를 포함하는 다층 2D 재료를 제공하는 단계, 및 상기 다층 2D 재료에 사전-패터닝된 구조를 형성하기 위해, 제1 식각 공정이 뒤따르는 리소그래피 패터닝 방법을 이용하여 다층 2D 재료를 사전-패터닝하는 단계를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 패터닝된 구조의 적어도 하나의 부분의 제1 형상이 제2 형상으로 변형되어 패터닝된 다층 2D 재료 샘플을 형성하도록, 사전-패터닝된 구조 상에 제2 식각 공정을 적용하는 단계를 포함하는데, 상기 제2 식각 공정은 이방성 식각 공정이다.
이에 의해, 원자적으로 날카로운 지그재그 에지들(atomically sharp zigzag edges)과 재료의 결정학적 축에 따라 형성되는 정확한 육각형 형상을 가진 나노구조 TMDC 재료를 제조하는 것을 가능하게 하는, 새롭고 간단한 식각 방법을 보여준다. 이 효과는 임의의 형상과 크기의 개별 나노홀들, 다양한 유형과 대칭의 홀 어레이 뿐만 아니라 수백 나노미터에서 이중층 한계(bilayer limit)에 이르는 두께 범위를 포함하는, 광범위한 파라미터 범위에서 작동한다. 이는 복잡한 나노구조 및 그 어레이의 제조를 가능하게 한다.
또한, 상기 제안된 방법은 수직으로 적층된 초박형 TMDC 나노리본과 같은 TMDC의 새로운 형태학적 클래스의 제조를 가능하게 하여, 나노광자학, 재료 과학, 촉매 및 관련 분야에 대한 다양한 가능성을 열어준다.
촉매 및 센싱과 같은 몇 가지 중요한 응용의 경우, 에지 상태의 수를 증가시키는 것이 중요하다. 이 목표를 달성하기 위해, 화학적 처리, 표면 가공, 열처리 및 기타 새로운 기술을 포함한 다양한 방법이 채용되었다. 그러나, 금속성-에지 및 반도체성-면 상태들에 대한 이러한 방법들의 제어는 상대적으로 제한적이다. 따라서, 본 발명자들은 TMDC 재료의 나노패터닝을 위한 새로운 방법을 도입해야 하며, 이는 이러한 에지-면 조성을 매우 정확하게 제어하는 것을 가능하게 한다는 것을 인식하였다. 일부 실시예에 있어서, 본 명세서에 제안된 방법은 이방성 건식 및 습식 식각 공정의 조합을 사용하여, 거시적 차원(macroscopic dimensions)에서 원자적으로 날카로운 지그재그 에지를 갖는 육각형 형상 피처들(hexagonal shaped features)을 생성한다.
지그재그 에지 상태들은 그들의 암체어 상태(armchair counterpart)보다 더 안정적이며, 이는 관찰된 우선적인 식각을 설명할 수 있다. 에지-면 조성은 식각 시간을 변경함으로써 간단하게 제어될 수 있다. 특히, 이 방법은 주변 조건에서 작동할 수 있으며, 풍부하고 저렴한 화학 물질들만 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 제안된 방법은 제어 가능한 혼합된 금속-에지 반도체-면 조성을 갖는, 새로운 유형의 나노 구조의 TMDC 재료를 제조하는 것을 가능하게 한다. 이러한 나노패턴 재료의 특성은 특정 요구에 맞게 조정되고 최적화될 수 있고, 따라서 광- 및 전기-촉매, 센싱, 광검출기, 양자 전송, 비선형 광학 및 나노 광자학과 같은 분야에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 2D 재료는 전이금속 디칼코게나이드, 육방정계 질화붕소, MXene, 층상 전이금속 산화물, 층상 반도체, 층상 페로브스카이트 중 적어도 하나이다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 개시된 실시예들 중 어느 하나에 따른 방법에 따라 제조된 패터닝된 다층 2D 재료가 제공된다. 본 개시의 이러한 양태와 함께, 본 개시의 이전에 논의된 제1 양태에서와 유사한 장점들 및 바람직한 특징들이 존재한다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 개시된 실시예들 중 어느 하나에 따른 패터닝된 다층 2D 재료의 기계적 또는 화학적 박리에 의해 제조된 패터닝된 단층 2D 재료가 제공된다. 본 개시의 이러한 양태와 함께, 본 개시의 이전에 논의된 제1 양태에서와 유사한 장점들 및 바람직한 특징들이 존재한다.
본 발명의 추가 실시예들은 종속 청구항들에 정의되어 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함한다/포함하는"이라는 용어는 언급된 특징, 정수, 단계 또는 요소의 존재를 명시하기 위해 취해진 것임이 강조되어야 한다. 이는 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 요소 또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들 및 장점들은 이하에서 설명되는 실시예들을 참조하여 보다 명확해질 것이다.
본 개시의 실시예들의 추가 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부 도면을 참조하는 이하의 상세한 설명으로부터 나타날 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 육각형 형상 피처들의 원자적으로 날카로운 지그재그-종결 에지들을 갖는 나노구조 2D 재료를 제조하는 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른, 거시적 차원에서 육각형 형상 피처들의 원자적으로 날카로운 지그재그-종결 에지를 갖는 나노구조 2D 재료를 제조하는 공정 흐름의 개략도이다.
이제, 거시적 차원에서 육각형 형상 피처들의 원자적으로 날카로운 지그재그-종결 에지들을 갖는 나노구조 2D 재료를 제조하는 방법이 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 여기서, 2D 재료는 전이금속 디칼코게나이드(TMDC), 육방정계 질화붕소, Mxxene 등일 수 있다.
도 1은 제조 방법(100)의 주요 아이디어를 설명한다. 단계 102에서, 2D 재료 플레이크가 기판 상에 제공된다. 2D 재료 플레이크는 2D 재료의 2개 이상의 원자층을 포함하며, 2D 재료의 예는 MoS2, WS2, WSe2 및 MoSe2와 같은 TMDC이다. TMDC는 MX2 유형의 원자적으로 얇은 반도체이며, 여기서 M은 전이금속 원자이고, X는 칼코겐 원자이다. 이러한 2D 재료는 먼저 벌크 결정에서 폴리머(예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS) 스탬프)로 기계적으로 박리된 다음 기판 상에 전사될 수 있다. 기판은 전도성 또는 비전도성 베이스(예를 들어, 유리, 석영, 실리콘, 금속성 필름, 실리콘 질화물 등)일 수 있다.
단계 104에서, 2D 재료 플레이크의 사전 패터닝이 수행된다. 사전-패터닝은 건식 식각 공정이 뒤따르는 리소그래피 패터닝 방법을 이용하여 수행된다. 예를 들어, e-빔, 포토리소그래피(UV), 홀-콜로이달(hole-colloidal) 리소그래피, 레이저-라이팅(laser-writing) 등과 같은 마스크- 또는 마스크리스 리소그래피가 수행될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, MX2 다층의 전자빔 리소그래피 및 반응성 이온 식각(RIE)의 조합에 의해 나노홀들이 초기에 생성된다. 건식 식각은 플라즈마 식각, 물리적 제거 또는 화학적 반응과 물리적 제거의 조합과 같은 여러 대안들에 의해 수행될 수도 있다. 사전-패터닝 후에 얻어진 나노홀들은 다양한 형상과 직경 50nm에서 10미크론 홀 범위의 크기를 가질 수 있다.
단계 106에서, 사전-패터닝된 2D 재료 플레이크는 후속적으로 습식 화학 식각제에 노출된다. 노출 후 몇 분 이내에, 사전-패터닝된 임의의 형상의 나노홀들은 원래 디자인의 형상과 크기에 관계없이, 육각형 패턴으로 변환된다. 주사전자현미경(SEM) 이미지는 얻어진 육각형의 측벽들이 날카로운 것을 보여주며, 이들이 원자적으로 평평할 수 있음을 시사한다. 이는 예를 들어 원자 분해능 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 확인된다. 또한, 육각형 패턴의 방향은 TMDC(2D 재료)의 주요 결정학적 축과 동일하며, 이는 식각 메커니즘이 에지 상태에 의해 자체-제한됨을 시사한다. 이방성 식각의 메커니즘은 암체어 측면 에지 < 지그재그 측면 에지 < 기저면 순서와 같이, 안정성이 증가하는 다양한 에지 상태의 에너지학과 관련이 있다고 가정한다. 습식 식각의 지속 시간은 식각에 사용된 수용액과 사전-패터닝된 홀들의 크기, 형상에 따라 달라질 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 사전-식각된 샘플들은 우선적인 습식-화학적 식각을 수행하기 위해 1:1:10의 부피비를 갖는 H2O2:NH4OH:H2O 또는 1:10의 부피비의 H2O2:H2O로 구성된 수용액에 50℃에서 15분동안 침지된다. RIE로 사전-패터닝된 원형의 홀들은 TMDC 재료(2D 재료)의 결정학적 축을 나타내는/따르는 육각형 형상의 홀들로 변환된다.
그런 다음, 단계 108에서, 이러한 2D 재료 샘플은 임의의 잔류물을 제거하기 위한 후-처리를 거친다. 제시된 방법에 따르면, 2D 재료 샘플들을 증류수로 린스하여 잔류/잔여 화학 물질을 제거한 다음 N2 가스로 건조시켰다. 그러나, 2D 재료 샘플에서 남은 잔류물은 다른 액체를 사용하여 제거한 다음 불활성 가스로 건조될 수도 있다는 것이 이해된다.
또한, '자가-정렬 이방성 식각에 의한 지그재그 에지들을 갖는 그래핀 패터닝' Shi, Z., et al., Advanced Materials, 2011. 23(27): p. 3061-3065에 제시된 방법은 다층 및 단층 그래핀에만 적합하며, 다른 종류의 2차원 재료에 대한 적합성은 검증되지 않았다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 이 방법이 2차원 재료의 보편적인 이방성 건식 식각에 적합한지는 분명하지 않은데, 그 이유는 (탄소 원자들로만 구성된) 그래핀의 화학적 특성이 (종종 2 이상의 서로 다른 원자들을 포함하는) 다른 2차원 재료의 화학적 특성과 매우 다르기 때문이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 거시적 차원에서 육각형 형상 피처들의 원자적으로 날카로운 지그재그-종결된 에지들을 갖는 나노구조 2D 재료를 제조하는 공정 흐름의 개략도이다.
나노구조 2D 재료를 형성하는 방법은 2D 재료의 벌크 결정 소스로 시작한다. 일부 실시예들에서, 단층 및 다층 2D 재료 플레이크(1), 예를 들어, 전이금속 디칼코게나이드(TMDC)는 벌크 결정 소스로부터 폴리머, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS) 스탬프 상에 박리될 수 있다. 그런 다음 2D 재료 플레이크가 기판(2) 상에 제공된다. 기판은 전도성 또는 비전도성 베이스(예: 유리, 석영, 실리콘, 금속성 필름, 실리콘 질화물 등)일 수 있다. 2D 재료 플레이크는 2D 재료의 적어도 2개의 원자층을 포함한다. 여기서, 2D 재료는 전이금속 디칼코게나이드(TMDC), 육방정계 질화붕소, MXene 등일 수 있다. 2D 재료 플레이크에 임의의 형상의 나노홀(3)들의 어레이를 형성하기 위해, 2D 재료 플레이크는 건식 식각 공정이 뒤따르는 리소그래피 패터닝 방법을 이용하여 사전-패터닝된다. 사전-패터닝된 2D 재료 플레이크는 사전-패터닝된 임의의 형상의 나노홀들이 육각형 패턴(4)으로 변환되고 이에 의해 2D 재료 샘플(5)을 형성하도록, 습식 식각 공정을 거친다. 이러한 육각형 형상의 패턴들은 거시적 차원에서 원자적으로 날카로운 지그재그 에지들이다. 마지막으로, 원치 않는 잔류물을 제거하기 위해 2D 재료 샘플을 후처리한다.
위에서 언급된 바와 같이, 사전-패터닝된 나노홀들은 2차 식각 공정 후에 육각형 패턴들로 변환된다. 얻어진 육각형 패턴들은 원래 디자인의 형상 및 크기와는 무관하다는 점에 유의해야 한다. 관찰된 유일한 차이점은 작은 원형의 홀들은 육각형 홀들로 빠르게 변하는 반면, 큰 홀들은 최종 단계에 느리게 도달한다는 것이다. 예를 들어, 직경이 50nm에서 최대 10 미크론인 초기 단일 원형 홀은 다양한 부피비를 갖는 H2O2:NH4OH:H2O로 구성된 수성 식각액을 이용하여 T = 40 - 60 ℃ 범위의 온도에서 10-20분 안에 완벽한 육각형 홀로 완전히 식각될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 2 ㎛의 사전-패터닝된 원형 홀들은 1:1:10의 부피비를 갖는 H2O2:NH4OH:H2O로 구성된 수성 식각액을 이용하여 T = 50 ℃에서 15분 내에 완벽한 육각형 홀 구조로 완전히 식각된다. 또한, 습식 식각 공정은 다른 식각액, 예를 들어 위에서 언급된 순수한 H2O2 식각제 하에서 초기 원형 홀들을 육각형 홀들로 변환하지만, 식각 속도는 약간 더 느린 H2O2:H2O (1:10)로 구성된 식각액으로 수행될 수 있다. 이는 화학 물질의 다양한 농도 및 온도와 같은 약간 다른 조건이 식각 속도를 제어하는데 이용될 수 있다는 것을 나타낸다. 다른 잠재적인 습식 식각제가 유사한 방식으로 작용할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
또한, 여기서 수행되는 습식 식각은 인사이드 아웃 접근 방식(inside out approach)을 갖기 때문에, 결과적인 육각형 피처들은 거시적 차원에서 원자적으로 날카로운 지그재그 에지들을 갖는다. 또한, 얻어진 육각형 피처들은 규칙적인 육각형 피처들 및/또는 불규칙적인 육각형 피처들일 수 있다. 불규칙적인 육각형은 측면들이 동일하지 않은 6-면 형상으로 이해될 수 있다. 또한, 육각형 피처들(규칙적인 또는 불규칙적인)은 라운드형의 정점들을 추가로 가질 수 있다.
또한, 본 개시에서 사용되는 식각액은 기포 형성의 문제를 제거함으로써 더 나은 결과를 제공할 수 있다. 이러한 기포들은 새로운 식각제가 재료 표면으로 쉽게 전달되는 것을 방지하며 따라서 반응이 느려지는 것으로 이어질 수 있다. 이는 결과적으로 최종 결과에 영향을 미친다. 이 효과에 기인하여, 내측 디스크가 적절히 식각되지 않기 때문에, 일반적인 불-아이(bull-eye) 및 도넛 구조가 제조되었다. 에지들이 얼마나 날카로운지 조사하기 위해, TEM을 사용하여 샘플이 조사될 수 있다. 전자 회절과 같은 TEM 데이터는 재료의 높은 결정 품질에 대한 증거를 제공한다. 데이터는 3-5개의 무질서한 재료 층을 갖는 날카로운 에지들을 나타낸다. 푸리에 분석 및 전자 에너지 손실 분광법(EELS)은 에지들이 배타적으로 지그재그 종결된다는 것을 명확하게 나타낸다.
확장된 규칙적인 패턴들과 같이 보다 복잡한 기하학적 구조들은 개별 나노홀 식각을 기반으로 하여 달성될 수 있다. 홀 어레이와 같은 확장된 구조의 장점은 TMDC의 결정학적 축에 대해 나노구조 어레이의 주축을 결정적으로 제어할 수 있고 이에 의해 다수의 흥미로운 형태를 얻을 수 있다는 것이다. 얻은 벽들은 단일 홀에 대해 여전히 날카로우며, 방법이 확장 가능함을 시사한다. 또한, 상기 방법은 넓은 영역에 걸쳐 형태를 정확하게 제어하는 것을 가능하게 하고, 이는 예를 들어 나노포토닉스 응용에 유용할 수 있다. 홀 어레이의 광학 이미지는 어레이의 구조에 기인하여 나타나는 뚜렷한 색상을 나타낸다. 이는 구조적 색상(structural color)으로 알려져 있다. 따라서, 결과는 패터닝된 TMDC가 구조적 색상 응용에 사용될 수 있음을 시사한다. 초박형 나노리본의 제조는 또 다른 응용 분야를 여는데, 이는 준-2차원 수직 적층 나노리본인 새로운 유형의 재료이기 때문에 크게 다른 특성들을 가질 수 있다. 이러한 나노리본의 재료, 광학적 및 여기자 특성은 기존 재료와 크게 다를 수 있다. 초박형 나노리본은 반응이 재료의 결정학적 축에 도달할 때 습식 식각 공정을 느리게 함으로써 형성될 수 있다. 이는 어레이에서 에지-대-에지 두께를 보다 정확하게 제어하는 것을 가능하게 한다. 이 공정의 한계는 특히 이 두께를 단지 수 나노미터로 줄이는 데 목적을 두고 있고 이는 극적으로 다른 특성을 관찰하고 얻는 것을 가능하게 한다.
본 명세서에 기재된 방법은 이중층에서 벌크까지, 다층의 임의의 수의 층을 식각함으로써 직접적으로 이방성 패터닝된 다층을 얻을 수 있게 한다. 그러나, 단층은 직접적으로 식각될 수 없다. 단층을 육각형 형상으로 직접 식각하는 것이 불가능함에도 불구하고, 이러한 패터닝된 단층들은 다양한 잘 정립된 기술들을 사용하여 사전-패터닝된 다층을 박리함으로써 쉽게 얻을 수 있다.
이 명세서는 많은 구체적인 구현 세부 사항을 포함하고 있지만, 이들은 임의의 발명의 범주 또는 청구될 수 있는 것에 대한 제한으로 해석되어서는 안되며, 오히려 특정 발명의 특정 구현예들에 대하여 특정한 특징들의 설명으로 해석되어서는 안된다. 별도의 구현예들과 관련하여 이 명세서에서 설명된 특정 특징들은 또한 단일 구현예에서 조합으로 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현예와 관련하여 설명된 다양한 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 다중 구현예들로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들은 특정 조합으로 작용하는 것으로 위에서 설명될 수 있고 심지어 초기에 그 자체로 청구될 수도 있지만, 청구된 조합의 하나 이상의 특징은 일부 경우에는 조합에서 제거될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 또는 하위 조합의 변형으로 지향될 수 있다.
본 개시는 특정 실시예들을 참조하여 위에서 제시되었다. 그러나, 위에서 설명된 것 이외의 다른 실시예들이 가능하고 이들은 본 개시의 범주 내에 있다. 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 방법을 수행하는, 위에서 설명된 것과 다른 방법 단계들이 본 개시의 범주 내에서 제공될 수 있다. 따라서, 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 컴퓨터의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 하나 이상의 프로그램을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 제공되며, 상기 하나 이상의 프로그램은 위에서 논의된 실시예들 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하기 위한 명령어를 포함한다. 실시예들의 상이한 특징들 및 단계들은 설명된 것과 다른 조합으로 결합될 수 있다.

Claims (10)

  1. 패터닝된 다층 2D 재료를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:
    2D 재료의 적어도 2개의 층을 포함하는 다층 2D 재료(1)를 제공하는 단계,
    상기 다층 2D 재료에 사전-패터닝된 구조(2)를 형성하기 위해, 제1 식각 공정이 후속되는 리소그래피 패터닝 방법을 이용하여 상기 다층 2D 재료를 사전-패터닝하는 단계;
    패터닝된 구조의 적어도 하나의 부분의 제1 형상이 제2 형상(3)으로 변형되어 패터닝된 다층 2D 재료 샘플(4)을 형성하도록, 사전-패터닝된 구조에 제2 식각 공정을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 제2 식각 공정은 이방성 식각 공정인, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2D 재료는 전이금속 디칼코게나이드, 육방정계 질화붕소, MXene, 층상 전이금속 산화물, 층상 반도체, 층상 페로브스카이트 중 적어도 하나인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리소그래피 패터닝 방법은 마스크 또는 마스크리스 리소그래피 방법 중 하나인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 형상은 원형, 타원형 또는 다각형 중 하나이고, 상기 제2 형상은 규칙적인 또는 불규칙적인 육각형 형상인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이방성 식각 공정은 미리 정해진 온도에서 미리 정해진 시간 동안, 사전-패터닝된 다층 2D 재료를 산화제를 포함하는 용액에 침지하는 단계를 포함하는 습식 식각 공정인, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산화제는 H2O2, NH4OH, 또는 이들의 조합인, 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 산화제는 H2O2:NH4OH이고 용액 H2O2:NH4OH:H2O는 1:1:10의 부피비를 가지거나, 또는 상기 산화제는 H2O2이고 용액 H2O2:H2O는 1:10의 부피비를 가지며,
    상기 미리 정해진 온도는 40℃ 내지 60℃ 범위인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    임의의 원치 않는 잔류물을 제거하기 위해, 패터닝된 다층 2D 재료 샘플을 후처리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 패터닝된 다층 2D 재료.
  10. 제9항에 따른 패터닝된 다층 2D 재료의 기계적 또는 화학적 박리에 의해 제조된 패터닝된 단층 2D 재료.
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