WO2022019447A1 - 그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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이관형
신용준
권준영
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Seoul National University R&DB Foundation
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    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting device using a graphene layer as a light-emitting body and a method for manufacturing the same, and for the development of a next-generation light-emitting device using a two-dimensional material.
  • the light emitting device refers to a device in which a material contained in a material emits light, and a representative example is a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • Such a light emitting device is not simply used for general lighting, but is used in various places such as imaging devices, mobile phones, and automobiles.
  • One object of the present invention is to provide a light emitting device using a graphene layer as a light emitting body, but sealing the graphene layer with a boron nitride layer to provide high stability and transparency, and a bendable light emitting device.
  • a light emitting device using a graphene layer as a light emitting body includes a graphene layer that emits light when a current flows; a boron nitride layer positioned above and below the graphene layer to encapsulate the graphene layer; and a source and a drain respectively connected to the graphene layer through the boron nitride layer.
  • graphene fluoride may be formed at a position where the graphene layer and the source and the drain are connected among the graphene layers.
  • the graphene layer may be characterized in that it is a two-dimensional material.
  • the boron nitride layer may be characterized in that it is a two-dimensional material.
  • the graphene layer included in the light emitting device may be characterized in that one.
  • a light emitting device using a graphene layer as a light emitting body is between three or more boron nitride layers and the boron nitride layer to be sealed by the three or more boron nitride layers.
  • each of the two or more graphene layers is not covered by other graphene layers in a plan view, and thus has a connection region that can be connected to a plurality of graphene layers by one source or drain, and the source and drain are the connection regions It is formed in the region, and among the graphene layers, graphene fluoride is formed at a position where the graphene layer and the source and the drain are connected.
  • a light emitting device using a graphene layer as a light emitting body may be formed of a two-dimensional material.
  • a method for manufacturing a light emitting device using a graphene layer as a light emitting body includes the steps of: (a) transferring a first boron nitride layer formed on a substrate to a transfer layer; (b) transferring the graphene layer formed on the substrate to one surface of the first boron nitride layer transferred to the transfer layer; (c) transferring the first boron nitride layer to which the graphene layer is transferred to the second boron nitride layer formed on the substrate so that the graphene layer is encapsulated; (d) forming a resist on the first boron nitride layer and removing the resist at positions where sources and drains are to be formed to expose the first boron nitride layer at positions where sources and drains are to be formed; (e) etching the exposed boron nitride layer using xenon difluoride; and (f)
  • the graphene layer becomes an etch stop layer for stopping the etching by the xenon difluoride
  • the graphene layer exposed to the xenon difluoride may be characterized in that the graphene fluoride is formed.
  • the light emitting device using a graphene layer uses a graphene layer as a light emitting body, but by encapsulating the graphene layer with boron nitride layers positioned above and below the graphene layer, it has the advantage of stably emitting light. have.
  • both the graphene layer and the boron nitride layer constituting the light emitting device according to an embodiment of the present invention have high transparency and flexibility. Therefore, the light emitting device according to an embodiment of the present invention has the advantage that it can be used on a window of a building or a vehicle, or can be applied to the surface of a wearable device.
  • the light emitting device has a source and a drain connected to the graphene layer through the boron nitride layer, and lowered the resistance by forming graphene fluoride in the portion connected to the source and the drain of the graphene layer to lower the resistance. It emits stable light even under current.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic reference diagram showing the molecular structure of the sequentially stacked boron nitride layer-graphene layer-boron nitride layer.
  • FIG. 3 is a photograph of actually emitting light after manufacturing the light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph illustrating electrical characteristics during operation of the actually manufactured light emitting device of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a light-emitting device according to another embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view of a light-emitting device in which a laminate is formed by alternately stacking boron nitride layers and graphene layers.
  • FIG. 6 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic reference diagram illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • the term 'two-dimensional material' means constituting one layer in an atomic unit.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic reference diagram illustrating the molecular structure of a sequentially stacked boron nitride layer-graphene layer-boron nitride layer.
  • a light emitting device using graphene as a light emitting body (hereinafter referred to as a "light emitting device") according to an embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 1 shows a light emitting device 100 according to the first embodiment.
  • the light emitting device 100 includes a graphene layer 110 , a boron nitride layer 120 , a source 131 , and a drain 132 .
  • the graphene layer 110 is used as a light emitting body. That is, when a voltage is applied to the graphene layer 110 and a current flows, heat and light are generated due to the Joule heating effect. By using this phenomenon, the graphene layer 110 is used as a light emitting body.
  • the graphene layer 110 which is a two-dimensional material, has the advantage of being more easily and strongly expressed because the light emitting characteristic is spatially limited because the thickness of one layer is at the nanometer level.
  • the graphene layer 110 which is a two-dimensional material, has a problem in that stability is poor instead of having excellent light emitting characteristics.
  • the stability of the light emitting device using the graphene layer as a light emitting body is significantly improved by using the boron nitride layer 120 to seal the griffin layer 110 by being positioned on the upper and lower portions of the graphene layer 110 .
  • the present invention as shown in FIG.
  • h-BN hexagonal boron nitride
  • the source 131 and the drain 132 In order for the graphene layer 110 to emit light, the source 131 and the drain 132 must be connected to the graphene layer 110 . In order to maintain stability, the graphene layer 110 is sealed with the boron nitride layer 120 . must be maintained In the light emitting device 100 of the present invention, the source 131 and the drain 132 pass through the boron nitride layer 120 and connect to the graphene layer 110 so that the graphene layer 110 is kept in a sealed state. .
  • FIG. 3 is a photograph of actually emitting light after manufacturing the light emitting device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3 , it can be confirmed that a voltage is applied to the graphene layer encapsulated in the encapsulant by the source and the drain, and light is emitted without abnormality as the current flows.
  • graphene fluoride is formed at a position (C) where the graphene layer 110 and the source 131 or the drain 132 are connected among the graphene layers 110 to reduce contact resistance. significantly reduced.
  • 4 is a graph showing the electrical characteristics during operation of the actually manufactured light emitting device of FIG. 3 , and as shown in FIG. 5 , it was confirmed that light was stably emitted even at a very low current of several mA.
  • the source 131 or the drain 132 is in surface contact with the graphene layer 110 .
  • the source 131 or the drain 132 may have a contact resistance reduction effect by making surface contact with graphene fluoride.
  • 5 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to another embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view of a pore-forming device configured by alternately stacking boron nitride layers and graphene layers. 5 shows a light emitting device 200 according to the second embodiment. In the description of the light emitting device 200 according to the second embodiment, the same parts as those of the light emitting device 100 according to the first embodiment will be omitted for clarity of description.
  • the light emitting device 200 includes three or more boron nitride layers 220 and two or more graphene layers 210 interposed therebetween and emitting light when current flows.
  • the laminate 201 is formed.
  • each graphene layer 210 is sealed by the boron nitride layer 220 .
  • the source 231 and the drain 232 are in contact with each other, and are respectively connected to at least one of the graphene layers 210 . At this time, one source 231 or one drain 232 is connected to two or more graphene layers as shown in FIG. 5 .
  • the graphene layer 210 has a region that is at least partially shifted in the stacking direction, that is, a region that does not overlap.
  • the shape in which each graphene layer 210 is misaligned is that at least a portion of each graphene layer 210 in the area A occupied by the plurality of graphene layers 210 in a top view is caused by another graphene layer 210 .
  • It is disposed so as to have a connection region B that is not covered and can be connected to a plurality of graphene layers through one source 231 or drain 232 .
  • the source 231 and the drain 232 are formed in the connection region B to be connected to two or more graphene layers.
  • the source 231 and the drain 232 may be in surface contact with each graphene layer 210 through graphene fluoride, thereby reducing resistance.
  • FIG. 6 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a schematic reference diagram illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6 and 7 A method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7 .
  • a method of manufacturing a light emitting device includes the steps of transferring the first boron nitride layer formed on the substrate to the transfer layer (S10), the graphene layer formed on the substrate being transferred to the transfer layer Transferring to one surface of the boron nitride layer (S20), transferring the first boron nitride layer to which the graphene layer is transferred to the second boron nitride layer formed on the substrate so that the graphene layer is encapsulated (S30), the first Forming a resist on the boron nitride layer, removing the resist at the position where the source and drain are to be formed to expose the first boron nitride layer at the position where the source and drain are to be formed (S40), xenon difluoride It includes a step of etching the exposed boron nitride layer by using (S50) and a step of forming a source and a drain at a position where the
  • the substrate 1 may use a silicon oxide substrate.
  • the graphene layer 10 or the boron nitride layer 20 may be positioned on the substrate 1 using a tape, but the present invention is not limited thereto.
  • a first boron nitride layer 20a is formed on the substrate 1 , and then a step S10 of transferring the formed first boron nitride layer 20a to the transfer layer 2 is performed.
  • Polycarbonate (PC) may be used as the transfer layer 2, but the present invention is not limited thereto, and other materials used as the transfer layer in the art may be used.
  • a step (S20) of transferring the graphene layer formed on the substrate to one surface of the first boron nitride layer transferred to the transfer layer is performed.
  • a graphene layer 10 is formed on the substrate 1, and this is transferred back to one surface of the first boron nitride layer 20a.
  • step S30 of transferring the first boron nitride layer to which the graphene layer is transferred to the second boron nitride layer 20b formed on the substrate is encapsulated in the graphene layer is performed.
  • the first boron nitride layer 20a and the second boron nitride layer 20b are in close contact with each other by intermolecular force, and the graphene layer 10 is sealed by the boron nitride layer.
  • step S30 may be performed after repeating the process of forming a boron nitride layer and forming a graphene layer again after step S20.
  • a resist on the first boron nitride layer removing the resist at the position where the source and drain are to be formed to expose the first boron nitride layer at the position where the source and drain are to be formed (S40) ) is performed.
  • Polymethyl methacrylate (PMMA) may be used as the resist. That is, after a resist is formed on the first boron nitride layer 20a, the resist at positions where the source and drain are to be formed is removed through electron beam lithography to expose the first boron nitride layer 20a.
  • etching the exposed boron nitride layer using xenon difluoride is performed.
  • xenon difluoride With xenon difluoride, the boron nitride layer is etched, but the graphene layer is not etched, that is, the graphene layer functions as an etch stop layer.
  • graphene fluoride is formed in the graphene layer exposed to xenon difluoride.
  • a step (S60) of forming the source and the drain at the position where the boron nitride layer is removed is performed.
  • the source and drain may be formed using an electron beam metallizer.

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 그래핀층을 발광체로 이용하되, 그래핀층을 그 상부 및 하부에 위치하는 질화붕소층으로 봉지함으로써, 안정적으로 발광할 수 있다는 장점이 있습니다.

Description

그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자 및 그 제조방법
본 발명은 그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 2차원 물질을 이용한 차세대 발광소자의 개발을 위한 것이다.
발광소자란 소재 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자를 의미하며, 대표적인 것으로는 발광다이오드(Light emitting diode, LED)가 있다.
이러한 발광소자는 단순히 일반적인 조명에 이용되는 것을 넘어, 영상장치, 휴대폰, 자동차 등 다양한 곳에서 이용되고 있다.
더욱이 근래에는 투명하거나 휘어질 수 있어서 설치위치의 제한이 더욱 적은 발광소자가 요구된다.
본 발명의 일 목적은 그래핀층을 발광체로 이용하되, 그래핀층을 질화붕소층으로 봉지하여 높은 안정성과 투명성, 그리고 휘어질 수 있는 발광소자를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 예에 따른 그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자는 전류가 흐를 경우 발광하는 그래핀층; 상기 그래핀층의 상부 및 하부에 위치하여, 상기 그래핀층을 봉지하는 질화붕소층; 및 상기 질화붕소층을 관통하여 상기 그래핀층에 각각 접속되는 소스 및 드레인;을 포함한다.
일 예에 있어서, 상기 그래핀층 중 상기 그래핀층과 상기 소스 및 상기 드레인이 접속하는 위치에는 불화그래핀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 그래핀층은 2차원 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 질화붕소층은 2차원 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 발광소자에 포함되는 상기 그래핀층은 1개인 것을 특징으로 할 수 있다.
위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 다른 예에 따른 그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자는 3층의 이상의 질화붕소층과, 상기 3층 이상의 질화붕소층의에 의해 봉지되도록 상기 질화붕소층의 사이에 개재되며 전류가 흐를 경우 발광하는 2층 이상의 그래핀층에 의해 형성되는 적층체; 및 상기 적층체에 형성되어 적어도 하나 이상의 그래핀층에 각각 접속되는 소스과 드레인;을 포함한다.
다른 예에 있어서, 상기 2층 이상의 그래핀층은 각각 평면도 상에서 다른 그래핀층에 의해 가려지지 않아 하나의 소스 또는 드레인에 의해 복수개의 그래핀층에 접속이 가능한 접속영역을 가지며, 상기 소스 및 드레인은 상기 접속영역에 형성되고, 상기 그래핀층 중 상기 그래핀층과 상기 소스 및 상기 드레인이 접속하는 위치에는 불화그래핀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.다른 예에 있어서, 상기 그래핀층 및 상기 질화붕소층은 2차원 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.
위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 또 다른 예에 따른 그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자의 제조 방법은, (a) 기판상에 형성된 제1질화붕소층을 전사층으로 전사시키는 단계; (b) 기판상에 형성된 그래핀층을 전사층에 전사되어 있는 제1질화붕소층의 일면에 전사시키는 단계; (c) 기판상에 형성된 제2질화붕소층에 그래핀층이 전사된 제1질화붕소층을 상기 그래핀층이 봉지되도록 전사하는 단계; (d) 상기 제1질화붕소층의 상부에 레지스트를 형성하고, 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 레지스트를 제거하여 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 제1질화붕소층을 노출시키는 단계; (e) 이불화제논을 이용하여 노출된 질화붕소층을 식각하는 단계; 및 (f) 질화붕소층이 제거된 위치에 소스 및 드레인을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또 다른 예에 있어서, 상기 (e) 단계에서 그래핀층은 이불화제논에 의한 식각을 정지시키는 식각정지층이 되며, 이불화제논에 노출된 그래핀층에는 불화그래핀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자는 그래핀층을 발광체로 이용하되, 그래핀층을 그 상부 및 하부에 위치하는 질화붕소층으로 봉지함으로써, 안정적으로 발광할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 구성하는 그래핀층 및 질화붕소층은 모두 투명성과 유연성이 높다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 건물이나 자동차의 창에 이용하거나, 웨어러블 기기의 표면에 적용이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 질화붕소층을 관통하여 그래핀층에 접속되는 소스과 드레인을 가지되, 그래핀층 중 소스과 드레인에 접속되는 곳에는 불화 그래핀을 형성함으로써 저항을 낮춰 낮은 전류에서도 안정적으로 발광한다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 개략적 단면도이다.
도 2는 순차적으로 적층한 질화붕소층-그래핀층-질화붕소층의 분자구조를 도시한 개략적 참고도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 제작한 후 실제로 발광되는 것을 촬영한 사진이다.
도 4는 도 3의 실제 제작된 발광소자의 작동시의 전기적 특성 그래프를 도시한 것이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 개략적 단면도로서, 질화붕소층과 그래핀층을 교번하여 적층하여 적층체를 구성한 발광소자의 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 개략적 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 도시한 개략적 참고도이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 특허문서에 '2차원 물질'이라 함은 원자 단위에 하나의 층을 구성하는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 개략적 단면도이며, 도 2는 순차적으로 적층한 질화붕소층-그래핀층-질화붕소층의 분자구조를 도시한 개략적 참고도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀을 발광체로 이용하는 발광소자(이하, "발광소자"라 함)에 대해 설명하도록 한다.
도 1에는 제1실시형태에 따른 발광소자(100)가 도시되어 있다.
제1실시형태에 따른 발광소자(100)는 그래핀층(110), 질화붕소층(120), 소스(131) 및 드레인(132)를 포함한다.
그래핀층(110)은 발광체로 이용된다. 즉, 그래핀층(110)에 전압이 인가되어 전류가 흐르면 줄 히팅 효과로 열과 빛이 발생하는데, 이러한 현상을 이용하여 그래핀층(110)을 발광체로 이용하게 된다. 특히, 2차원 물질인 그래핀층(110)은 하나의 층의 두께가 나노미터 수준이기 때문에 발광 특성이 공간적으로 제한되어 더욱 쉽고 강하게 발현되는 장점이 있다.
다만, 이러한 2차원 물질인 그래핀층(110)은 우수한 발광특성을 가지는 대신 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 본 발명에서는 질화붕소층(120)을 이용하여 그래핀층(110)의 상부 및 하부에 위치하여 그리핀층(110)을 봉지함으로써 그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자의 안정성을 현저히 향상시켰다. 특히, 본 발명에서는 도 2와 같이 2차원 물질인 육방정계 불화질소(hexagonal boron nitride, h-BN)를 이용하여 발광소자의 투광성을 높이고 유연성을 향상시켜, 발광소자는 건물이나 자동차의 창에 이용하거나, 웨어러블 기기의 표면 등 위치의 제한 없이 발광소자를 설치 및 이용할 수 있다는 장점이 있다.
그래핀층(110)이 발광하기 위해서는 그래핀층(110)에 소스(131) 및 드레인(132)이 접속되어야 하는데, 안정성을 유지하기 위해서는 질화붕소층(120)으로 그래핀층(110)이 봉지된 상태가 유지되어야만 한다. 본 발명의 발광소자(100)는 소스(131) 및 드레인(132)이 각각 질화붕소층(120)을 관통하여 그래핀층(110)에 접속하도록 하여 그래핀층(110)의 봉지된 상태가 유지된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 제작한 후 실제로 발광되는 것을 촬영한 사진이다. 도 3에서 보는 바와 같이 봉지체에 봉지된 그래핀층에 소스 및 드레인에 의해 전압이 인가되어 전류가 흐름에 따라 이상없이 발광하는 것을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명의 발광소자(100)는 그래핀층(110) 중 그래핀층(110)과 소스(131) 또는 드레인(132)이 접속하는 위치(C)에는 불화그래핀을 형성하여, 접촉저항을 현저히 감소시킨다. 도 4는 도 3의 실제 제작된 발광소자의 작동시의 전기적 특성 그래프를 도시한 것인데, 도 5에서 보는 바와 같이 수 mA의 매우 낮은 전류에서도 안정적으로 발광함을 확인하였다.
특히, 소스(131) 또는 드레인(132)은 그래핀층(110)에 대해 면으로 접촉한다. 이 경우 소스(131) 또는 드레인(132)은 불화그래핀에 의한 면접촉이 이루어져 접촉저항감소 효과를 가질 수 있다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 개략적 단면도로서, 질화붕소층과 그래핀층을 교번하여 적층하여 적층체를 구성한 발공소자의 개략적 단면도이다. 도 5에는 제2실시형태에 따른 발광소자(200)가 도시되어 있다. 제2실시형태에 따른 발광소자(200)를 설명함에 있어서 제1실시형태에 따른 발광소자(100)와 동일한 부분에 대해서는 설명의 명확성을 위해 설명을 생략하도록 한다.
도 5를 참조하면, 제2실시형태에 따른 발광소자(200)는 3층의 이상의 질화붕소층(220)과, 그 사이에 개재되며 전류가 흐를 경우 발광하는 2층 이상의 그래핀층(210)에 의해 적층체(201)가 형성된다. 이때, 각각의 그래핀층(210)은 질화붕소층(220)에 의해 봉지된다.
적층체(201)로는 소스(231)와 드레인(232)이 접촉하여, 그래핀층(210) 중 적어도 하나 이상에 각각 접속한다. 이때, 하나의 소스(231) 또는 하나의 드레인(232)은 도 5와 같이 2개 이상의 그래핀 층에 접속하게 된다.
이때, 그래핀층(210)은 적층방향에서 적어도 일부가 어긋나는 영역, 즉 오버랩되지 않은 영역을 가진다. 이때, 각 그래핀층(210)이 어긋나는 형태는 평면도(Top view) 상에서 복수의 그래층(210)이 차지하는 영역(A) 중에서 각 그래핀층(210)의 적어도 일부가 다른 그래핀층(210)에 의해 가려지지 않아 하나의 소스(231) 또는 드레인(232)으로 복수개의 그래핀층에 접속이 가능한 접속영역(B)을 가지도록 배치된다. 소스(231)와 드레인(232)은 접속영역(B)에 형성되어 2개 이상의 그래핀층에 접속하게 된다. 이때 소스(231)와 드레인(232)은 각 그래핀층(210)과 불화그래핀을 통한 면접촉을 하게 되어 저항을 낮출 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 개략적 플로우 차트이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 도시한 개략적 참고도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 기판상에 형성된 제1질화붕소층을 전사층으로 전사시키는 단계(S10), 기판상에 형성된 그래핀층을 전사층에 전사되어 있는 제1질화붕소층의 일면에 전사시키는 단계(S20), 기판상에 형성된 제2질화붕소층에 그래핀층이 전사된 제1질화붕소층을 상기 그래핀층이 봉지되도록 전사하는 단계(S30), 상기 제1질화붕소층의 상부에 레지스트를 형성하고, 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 레지스트를 제거하여 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 제1질화붕소층을 노출시키는 단계(S40), 이불화제논을 이용하여 노출된 질화붕소층을 식각하는 단계(S50) 및 질화붕소층이 제거된 위치에 소스 및 드레인을 형성하는 단계(S60)를 포함한다.
기판(1)은 실리콘 옥사이드 기판을 이용할 수 있다. 기판(1)에는 테이프를 이용하여 그래핀층(10)이나 질화붕소층(20)하여 위치시킬 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 기판(1)에 제1질화붕소층(20a)를 형성한 뒤, 형성된 제1질화붕소층(20a)을 전사층(2)으로 전사시키는 단계(S10)가 수행된다. 전사층(2)으로는 폴리카보네이트(PC)를 이용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이제 제한되는 것은 아니며 당해 기술분야에서 전사층으로 이용되는 다른 물질을 이용하는 것도 가능하다.
다음으로 기판상에 형성된 그래핀층을 전사층에 전사되어 있는 제1질화붕소층의 일면에 전사시키는 단계(S20)가 수행된다. 기판(1)에 그래핀층(10)을 형성하고, 이를 다시 제1질화붕소층(20a)의 일면으로 전사한다.
그 다음, 기판상에 형성된 제2질화붕소층(20b)에 그래핀층이 전사된 제1질화붕소층을 상기 그래핀층이 봉지되도록 전사하는 단계(S30)가 수행된다. 이때 제1질화붕소층(20a)과 제2질화붕소층(20b)은 분자간 힘에 의해 서로 밀착되며, 그래핀층(10)이 질화붕소층에 의해 밀봉된다. 만약 발광소자를 다층의 적층체를 구성하는 경우라면, S20 단계후에 질화붕소층을 형성하고 다시 그래핀층을 형성하는 과정을 반복한 뒤 S30단계가 수행될 수 있다.
그 다음, 상기 제1질화붕소층의 상부에 레지스트를 형성하고, 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 레지스트를 제거하여 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 제1질화붕소층을 노출시키는 단계(S40)가 수행된다. 레지스트로는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 이용할 수 있다. 즉, 제1질화붕소층(20a)의 상부에 레지스트를 형성한 후에 전자빔 리소그래피를 통해 소스 및 드레인이 형성될 위치의 레지스트를 제거하여 제1질화붕소층(20a)을 노출 시킨다.
그 다음, 이불화제논을 이용하여 노출된 질화붕소층을 식각하는 단계(S50)가 수행된다. 이불화제논으로는 질화붕소층은 식각되나, 그래핀층은 식각되지 않는다, 즉, 그래핀층이 식각 정지층의 역할을 수행하게 된다. 또한, 이불화제논에 노출된 그래핀층에는 불화그래핀이 형성되는 장점이 있다.
마지막으로 질화붕소층이 제거된 위치에 소스 및 드레인을 형성하는 단계(S60)가 수행된다. 소스과 드레인은 전자빔 금속층작기를 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (11)

  1. 전류가 흐를 경우 발광하는 그래핀층;
    상기 그래핀층의 상부 및 하부에 위치하여, 상기 그래핀층을 봉지하는 질화붕소층; 및
    상기 질화붕소층을 관통하여 상기 그래핀층에 각각 접속되는 소스 및 드레인;을 포함하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀층 중 상기 그래핀층과 상기 소스 및 상기 드레인이 접속하는 위치에는 불화그래핀이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀층은 2차원 물질인 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질화붕소층은 2차원 물질인 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자에 포함되는 상기 그래핀층은 1개인 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  6. 3층의 이상의 질화붕소층과, 상기 3층 이상의 질화붕소층에 의해 봉지되도록 상기 질화붕소층의 사이에 개재되며 전류가 흐를 경우 발광하는 2층 이상의 그래핀층에 의해 형성되는 적층체; 및
    상기 적층체에 형성되어 상기 그래핀층에 각각 접속되는 소스과 드레인;을 포함하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소스 또는 드레인은 적어도 2개 이상의 그래핀층과 접속되는 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 2층 이상의 그래핀층은 각각 평면도 상에서 다른 그래핀층에 의해 가려지지 않아 하나의 소스 또는 드레인에 의해 복수개의 그래핀층에 접속이 가능한 접속영역을 가지며,
    상기 소스 및 드레인은 상기 접속영역에 형성되고,
    상기 그래핀층 중 상기 그래핀층과 상기 소스 및 상기 드레인이 접속하는 위치에는 불화그래핀이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 그래핀층 및 상기 질화붕소층은 2차원 물질인 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자.
  10. (a) 기판상에 형성된 제1질화붕소층을 전사층으로 전사시키는 단계;
    (b) 기판상에 형성된 그래핀층을 전사층에 전사되어 있는 제1질화붕소층의 일면에 전사시키는 단계;
    (c) 기판상에 형성된 제2질화붕소층에 그래핀층이 전사된 제1질화붕소층을 상기 그래핀층이 봉지되도록 전사하는 단계;
    (d) 상기 제1질화붕소층의 상부에 레지스트를 형성하고, 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 레지스트를 제거하여 소스 및 드레인이 형성될 위치의 상기 제1질화붕소층을 노출시키는 단계;
    (e) 이불화제논을 이용하여 노출된 질화붕소층을 식각하는 단계; 및
    (f) 질화붕소층이 제거된 위치에 소스 및 드레인을 형성하는 단계;를 포함하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 그래핀층은 이불화제논에 의한 식각을 정지시키는 식각정지층이 되며, 이불화제논에 노출된 그래핀층에는 불화그래핀이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    그래핀층을 발광체로 이용하는 발광소자의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102071124B1 (ko) * 2018-01-10 2020-03-02 울산과학기술원 그래핀 양자점 자체 발광 구조체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 발광 소자

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM YOUNG DUCK, GAO YUANDA, SHIUE REN-JYE, WANG LEI, ASLAN OZGUR BURAK, BAE MYUNG-HO, KIM HYUNGSIK, SEO DONGJEA, CHOI HEON-JIN, KI: "Ultrafast Graphene Light Emitters", NANO LETTERS, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, US, vol. 18, no. 2, 14 February 2018 (2018-02-14), US , pages 934 - 940, XP055889209, ISSN: 1530-6984, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04324 *
LUO FANG, FAN YANSONG, PENG GANG, XU SHUIGANG, YANG YAPING, YUAN KAI, LIU JINXIN, MA WEI, XU WEI, ZHU ZHI HONG, ZHANG XUE-AO, MISH: "Graphene Thermal Emitter with Enhanced Joule Heating and Localized Light Emission in Air", ACS PHOTONICS, vol. 6, no. 8, 21 August 2019 (2019-08-21), pages 2117 - 2125, XP055889207, ISSN: 2330-4022, DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00667 *
MURAKAMI KATSUHISA, IGARI TOMOYA, MITSUISHI KAZUTAKA, NAGAO MASAYOSHI, SASAKI MASAHIRO, YAMADA YOICHI: "Highly Monochromatic Electron Emission from Graphene/Hexagonal Boron Nitride/Si Heterostructure", APPLIED MATERIALS & INTERFACES, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, US, vol. 12, no. 3, 22 January 2020 (2020-01-22), US , pages 4061 - 4067, XP055889205, ISSN: 1944-8244, DOI: 10.1021/acsami.9b17468 *
SON JANGYUP, KWON JUNYOUNG, KIM SUNPHIL, LV YINCHUAN, YU JAEHYUNG, LEE JONG-YOUNG, RYU HUIJE, WATANABE KENJI, TANIGUCHI TAKASHI, G: "Atomically precise graphene etch stops for three dimensional integrated systems from two dimensional material heterostructures", NATURE COMMUNICATIONS, vol. 9, no. 1, 1 December 2018 (2018-12-01), XP055889208, DOI: 10.1038/s41467-018-06524-3 *

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