WO2024034952A1 - 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조 - Google Patents

옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조 Download PDF

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optical
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김현우
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Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering, and to the bonding and defect structure, and more specifically, to using optical soldering at a desired local location of a two-dimensional single-layer or multi-layer thin film semiconductor material. It relates to a method for forming a bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering to form a defect structure, and the bonding and defect structure.
  • TMD transition metal dichalcogenide
  • two-dimensional transition metal dichalcogenide compounds have a direct bandgap in a wide spectral range, high efficiency photo luminescence (PL) emission, and excitons and trions with strong binding energy. Due to physics and optoelectronic properties such as spin valley control using circularly polarized beams, research on utilizing them as semiconductor devices or optical devices is being actively conducted.
  • excitons flowing into local strain-induced sites e.g., tips, nanostructures, nanobubbles, etc.
  • light-induced phase transitions e.g., single-photon emission
  • single-photon emission open to new applications such as optical switches, single-atom memories, and ultra-sensitive sensing.
  • Local manipulation of the optoelectronic properties of two-dimensional transition metal dichalcogenide compounds is possible by various methods demonstrated in the promising Moire lattice of two-dimensional stacked transition metal dichalcogenide compounds.
  • defect structure formation by laser irradiation is a facile approach for local manipulation because it provides selection of the formation site and real-time fabrication performance.
  • thermal energy is required to induce layer number reduction (erosion), atomic composition (phase transition), or chemical adsorption (photochemical reaction) of the two-dimensional stacked transition metal dichalcogenide compound by laser irradiation.
  • the method of forming defects through laser irradiation had a problem in that the two-dimensional semiconductor material could be damaged when a high-power laser was used or the laser was irradiated for a long time.
  • the purpose of the present invention to solve the conventional problems described above is to form a defect structure using optical soldering using nanoparticles as a soldering material at a desired local location of a two-dimensional single-layer or multi-layer thin film semiconductor material.
  • the present invention provides a method of forming a joint and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering, and a joint and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering.
  • the present invention provides a technology for joining (soldering, brazing, etc.) two-dimensional thin film materials using incident light.
  • soldering joint of such a two-dimensional thin film semiconductor of the present invention is an electrical connection (contact), that is, the formation of contact with another material, the production of local defects to control optoelectronic properties, and the local collection of chemical molecular species, i.e. The adsorption singularity of chemical molecular species can be provided.
  • the method of the present invention for joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering includes a first step of topping a particle or structure with a two-dimensional thin film semiconductor layer; a second step of irradiating a laser to a desired local location of the two-dimensional thin film semiconductor layer; a third step of increasing the temperature of the two-dimensional thin film semiconductor layer by optical heating by irradiation of the laser; and a fourth step in which thermal deformation occurs in the particle or structure by heat transfer to the two-dimensional thin film semiconductor layer due to an increased temperature.
  • the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering includes a fifth step of adhering the two-dimensional thin film semiconductor layer to the particle or structure that undergoes thermal deformation. do.
  • the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering includes a sixth step in which the two-dimensional thin film semiconductor layer bonded to the particle or structure is pulled in the direction in which thermal deformation occurs. It is characterized by:
  • the method of joining two-dimensional thin film materials and forming a defect structure using optical soldering according to the present invention is characterized by including a seventh step in which cracks are generated on both sides of the pulled particles or structures.
  • the particles are characterized in that they are nanoparticles or micro particles.
  • the structure is characterized as a nano structure or micro structure.
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer is characterized in that it is a single layer or a multilayer.
  • the particles are characterized as nanoparticles that melt at a temperature at which the two-dimensional thin film semiconductor can be heated by absorption of light.
  • the particles or structures without light irradiation by the laser maintain the shape and height that support the two-dimensional thin film semiconductor layer. It is characterized by
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer is characterized by being a thin film material that absorbs light.
  • the incident power of the laser is 2.5 mW to 15 mW or less, and the incident time of the laser is 30 seconds or less.
  • the particles or structures are formed by placing a transparent electrode layer on a base substrate and using one of wet etching, nanoparticle spreading, and nanostructure formation. It is characterized by
  • the transparent electrode material is characterized in that it is an indium film or an alloy film containing indium.
  • the bonding and defect structure of the two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention is formed by the method of forming the bonding and defect structure of the two-dimensional thin film material using optical soldering.
  • the bonding and defect structure of the two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention is achieved by applying light by irradiation of a laser to a desired local position of the two-dimensional thin film semiconductor layer topped with particles or structures. By heating, heat generated in the two-dimensional thin semiconductor layer is transferred, thereby causing thermal deformation in the particles or structure.
  • the bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention is characterized in that the two-dimensional thin film semiconductor layer is attached to the particle or structure that undergoes thermal deformation.
  • the bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention is characterized in that the two-dimensional thin film semiconductor layer adhered to the particle or structure is pulled in the direction in which thermal deformation occurs.
  • the joint and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention is characterized by cracks occurring on both sides of the pulled particles or structure.
  • the bottom soldering material of the two-dimensional material of the present invention has the effect of being able to take various forms such as nanoparticles, nanostructures, and thin films.
  • FIG. 1 is a flow chart showing the overall flow of the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which particles or structures are topped with a two-dimensional thin film semiconductor layer in the method of joining and forming a defect structure of two-dimensional thin film materials using optical soldering according to the invention.
  • Figure 3 shows that in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention, a laser is irradiated to a desired local position of a two-dimensional thin film semiconductor layer, and the two-dimensional layer is formed by optical heating by laser irradiation.
  • Figure 4 is a diagram showing a state in which thermal deformation occurs in particles or structures due to heat transfer to a two-dimensional thin film semiconductor layer due to an increased temperature in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing a state in which a two-dimensional thin film semiconductor layer is attached to a particle or structure undergoing thermal deformation in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 6 shows a state in which the two-dimensional thin film semiconductor layer bonded to the particle or structure is pulled in the direction in which thermal deformation occurs (arrow direction) in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention. floor plan.
  • Figure 7 is a diagram showing a state in which cracks are generated on both sides of a pulled particle or structure in the method of joining two-dimensional thin film materials and forming a defect structure using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 8 shows optical soldering of several layers of MoS 2 on indium-tin-oxide (ITO) nanoparticles (NPs) to form defect structures in the method of joining and forming defect structures of two-dimensional thin film materials using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 9 is a photograph showing a SEM image of indium-tin-oxide nanoparticles with a scale bar of 500 nm in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 10 is a photograph showing an atomic force microscopy (AFM) image of indium-tin-oxide nanoparticles with several layers of MoS 2 embedded on the top in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • AFM atomic force microscopy
  • FIG. 11 is a photograph showing an image in a bright area (BF: Bright Filed).
  • Figure 12 shows the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention, focusing for 15 seconds at various incident powers of 0.5 mW, 1 mW, 3 mW, 10 mW, and 15 mW along the arrow line.
  • Photo showing an atomic force microscope image of the defect structure induced by optical soldering after irradiation with a 532 nm laser.
  • Figure 13 is a diagram showing the atomic force microscopy of the MoS 2 layer treated by optical soldering in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 14 is a graph showing a cross-sectional profile obtained along the black dotted line throughout the center of the defect structure in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 15 is a cross-sectional TEM (TEM) of indium-tin-oxide nanoparticles with several layers of MoS 2 embedded on the top before light irradiation in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • TEM cross-sectional TEM
  • Figure 16 is a cross-sectional image (TEM) of indium-tin-oxide nanoparticles with several layers of MoS 2 embedded on the top after light irradiation in the method of joining and forming defect structures of two-dimensional thin film materials using optical soldering according to the present invention.
  • TEM cross-sectional image
  • the present invention relates to a method for joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering, which forms a defect structure using optical soldering using nanoparticles as a soldering material at a desired local location of a two-dimensional single-layer or multi-layer thin film semiconductor material; , to provide its joint and defect structures.
  • the present invention provides a method of forming a joint and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering, and a joint and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering.
  • the present invention provides a technology for joining (soldering, brazing, etc.) two-dimensional thin film materials using incident light.
  • soldering joint of such a two-dimensional thin film semiconductor of the present invention is an electrical connection (contact), that is, the formation of contact with another material, the production of local defects to control optoelectronic properties, and the local collection of chemical molecular species, i.e. The adsorption singularity of chemical molecular species can be provided.
  • a component is described as being "installed within or connected to" another component, it means that this component may be installed in direct connection or contact with the other component and may be installed in contact with the other component and It may be installed at a certain distance, and in the case where it is installed at a certain distance, there may be a third component or means for fixing or connecting the component to another component. It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.
  • Optical soldering refers to several layers of MoS 2 that are topped (applied) and attached to indium-tin-oxide (ITO) nanoparticles (NPs) and are optically heated when irradiated with a laser.
  • ITO indium-tin-oxide
  • NPs nanoparticles
  • indium nanoparticles are manufactured by wet etching an indium-tin-oxide film, but the main component of the nanoparticles is indium, and the nanoparticles are indium nanoparticles and indium-tin nano particles. It may be a nanoparticle of indium or an alloy containing indium, such as particles or indium-tin-oxide nanoparticles.
  • topping means that a MoS 2 layer is simply placed on indium-tin-oxide nanoparticles (NPs).
  • defect structures induced by optical soldering reveal not only the surface morphology but also the optoelectronic properties demonstrated by the photoluminescence emission, which is not expected from several layers of two-dimensional transition metal dichalcogenide compounds, in the pristine MoS 2 layer. You can.
  • the optical soldering process is systematically investigated using the incident light irradiation power, duration dependence to reveal the basic mechanism of optical soldering forming local defect structures with modified optoelectronic properties.
  • the present invention provides a method of forming a joint and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering, and a joint and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering.
  • Soldering bonding of such two-dimensional thin film semiconductors involves forming electrical junctions (contacts), i.e., contact with other materials, controlling optoelectronic properties, producing local defects, and localized capture of chemical molecular species, i.e., adsorption of chemical molecular species. Singularities, etc. can be provided.
  • Figure 1 is a flow chart showing the overall flow of the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering in the present invention includes seven steps.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which particles or structures are topped with a two-dimensional thin film semiconductor layer in the method of joining and forming a defect structure of two-dimensional thin film materials using optical soldering according to the invention.
  • a two-dimensional thin semiconductor layer 300 is topped (raised) on the particle or structure 200.
  • These particles or structures 200 are located on the base substrate 100.
  • the particles may be nanoparticles or microparticles.
  • the particles are nanoparticles that melt at a temperature at which a two-dimensional thin film semiconductor can be stably heated by absorption of light, and any nanoparticle containing indium can be used.
  • indium or alloys containing indium such as indium-tin-oxide nanoparticles (NP), indium-zinc (IZ) nanoparticles, indium-gallium-zinc (IGZ) nanoparticles, indium nanoparticles, etc. It can be.
  • NP indium-tin-oxide nanoparticles
  • IZ indium-zinc
  • IGZ indium-gallium-zinc
  • the nanoparticles or microparticles are described as indium-tin-oxide nanoparticles, but are not limited thereto.
  • the particles become a two-dimensional thin film semiconductor by absorption of light. It may be a nanoparticle that melts at a temperature that can be stably heated, and any nanoparticle containing indium can be used.
  • indium or an alloy containing indium such as indium-tin-oxide nanoparticles (NP), indium-zinc (IZ) nanoparticles, indium-gallium-zinc (IGZ) nanoparticles, and indium nanoparticles.
  • NP indium-tin-oxide nanoparticles
  • IZ indium-zinc
  • IGZ indium-gallium-zinc
  • the structure may be a nanostructure or microstructure.
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer is preferably a single layer or multilayer.
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer is a thin film material that absorbs light, for example, molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), molybdenum telluride (MoTe 2 ), It may be one of tungsten disulfide (WS 2 ) and tungsten diselenide (WSe 2 ).
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • MoSe 2 molybdenum diselenide
  • MoTe 2 molybdenum telluride
  • WS 2 tungsten disulfide
  • WSe 2 tungsten diselenide
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer is described as molybdenum disulfide (MoS 2 ), but it is not limited thereto.
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer is a thin film material that absorbs light.
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • MoSe 2 molybdenum diselenide
  • MoTe 2 molybdenum telluride
  • WS 2 tungsten disulfide
  • WSe 2 tungsten diselenide
  • the particles or structures 200 are formed by placing a transparent electrode layer on a base substrate and performing one of wet etching, nanoparticle spraying, and nanostructure formation. can do.
  • the transparent electrode material may be indium or an alloy containing indium.
  • it may be an indium-tin-oxide film, an indium-zinc (IZ) film, an indium-gallium-zinc (IGZ) film, etc.
  • IZ indium-zinc
  • IGZ indium-gallium-zinc
  • Figure 3 shows that in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention, a laser is irradiated to a desired local position of a two-dimensional thin film semiconductor layer, and the two-dimensional layer is formed by optical heating by laser irradiation.
  • This is a diagram showing a state in which the temperature of the thin film semiconductor layer increases.
  • the laser 400 is irradiated to a desired local position of the two-dimensional thin film semiconductor layer 300, and in the third step (S300), the laser 400 is irradiated.
  • the temperature of the two-dimensional thin film semiconductor layer 300 increases due to light heating.
  • the defect can be formed at a desired location by adjusting the incident power and incident time of the laser 400 incident on the defect.
  • the incident power of the laser 400 may be 2.5 mW to 15 mW or less when using a 0.9 NA objective lens with ⁇ 100 magnification, and the incident time of the laser 400 may be 30 seconds or less.
  • the laser 400 of various wavelengths can be focused on a two-dimensional single-layer or multi-layer thin film semiconductor layer to form a defect at the corresponding location, but the wavelength of the laser 400 focused in more detail is a wavelength of 532 nm. It is desirable to use .
  • a defect can be formed at a desired location using the laser 400.
  • Figure 4 is a diagram showing a state in which thermal deformation of particles or structures occurs due to heat transfer of a two-dimensional thin film semiconductor layer due to an increased temperature in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • thermal deformation occurs in the particles or structure 200 due to heat transfer to the two-dimensional thin film semiconductor layer 300 due to the increased temperature.
  • the particles or structure 200 without light irradiation by the laser 400 maintain the shape and height that support the two-dimensional thin film semiconductor layer 300.
  • Figure 5 is a diagram showing a state in which a two-dimensional thin film semiconductor layer is attached to a particle or structure undergoing thermal deformation in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • a two-dimensional thin semiconductor layer 300 is attached to the particle or structure 200 undergoing thermal deformation.
  • Figure 6 shows a state in which the two-dimensional thin film semiconductor layer bonded to the particle or structure is pulled in the direction in which thermal deformation occurs (arrow direction) in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention. It is a drawing.
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer 300 adhered to the particle or structure 200 is pulled in the direction in which thermal deformation occurs.
  • Figure 7 is a diagram showing a state in which cracks are generated on both sides of a pulled particle or structure in the method of joining two-dimensional thin film materials and forming a defect structure using optical soldering according to the present invention.
  • the present invention can locally bond (solder) two-dimensional thin film materials using focused light.
  • the soldering material at the bottom of the 2D material can take various forms such as nanoparticles, nanostructures, and thin films.
  • the soldering material is not limited to indium, and can include any material that undergoes thermal deformation at a temperature that the upper two-dimensional material can reach through light absorption.
  • Figure 8 is a schematic diagram showing the concept of optical soldering of several layers of MoS 2 on indium-tin-oxide nanoparticles for forming defect structures in the method of joining and forming defect structures of two-dimensional thin film materials using optical soldering according to the present invention.
  • optical soldering of a two-dimensional transition metal dichalcogenide compound is possible when the temperature is higher than the melting temperature of indium-tin-oxide nanoparticles by light heating of the MoS 2 layer.
  • the temperature of the MoS 2 monolayer applied to the substrate can rise to ⁇ 100 K.
  • the temperature of indium-tin-oxide nanoparticles rises due to heat transfer by optical heating of the topping MoS 2 layer, and reaches the indium-tin-oxide melting point with sufficient incident light power and irradiation duration.
  • the topping MoS 2 layer adheres strongly to the thermally deformable indium-tin-oxide nanoparticles.
  • Indium-tin-oxide nanoparticles are sticky materials used in thermal soldering.
  • the MoS 2 layer is pulled toward the substrate during the thermal deformation process of the indium-tin-oxide nanoparticles spreading over the substrate.
  • indium-tin-oxide nanoparticles without light irradiation maintain their shape and height supporting the topping MoS 2 layer.
  • Direct optical heating of indium-tin-oxide nanoparticles has a low potential for optical soldering due to the low absorbance of indium-tin-oxide nanoparticles in the region of the incident laser wavelength.
  • randomly dispersed indium-tin-oxide nanoparticles are prepared by an acidic wet etching process of a 20 nm thick IT film coated on a glass substrate.
  • Figure 9 is a photograph showing a SEM image of indium-tin-oxide nanoparticles with a scale bar of 500 nm in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • the lateral size and height of the indium-tin-oxide nanoparticles are confirmed by SEM and atomic force microscopy (AFM) measurements, respectively, with standard deviations of 17.0 nm (lateral size) and 12.4 nm (height). .
  • the density of indium-tin-oxide nanoparticles with high uniformity ( ⁇ 120 ea / ⁇ m 2 ) is confirmed by the presence of a large number of indium-tin-oxide nanoparticles at the focus when irradiated with light for optical soldering.
  • the number of layers of MoS 2 transferred on indium-tin-oxide nanoparticles is estimated to be 1 to 10 based on the height and spectral gap distance of Raman peaks measured by atomic force microscopy (AFM).
  • Figure 10 is a photograph showing an atomic force microscopy (AFM) image of indium-tin-oxide nanoparticles with several layers of MoS 2 embedded on the top in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention.
  • AFM atomic force microscopy
  • the atomic force microscopy morphology of the MoS 2 layer topping the indium-tin-oxide nanoparticles shows slightly visible bright small dots, suggesting non-conformal contact between the indium-tin-oxide nanoparticles and the MoS 2 layer. This may be undesirable for the dissipation of heat in the optically heated MoS 2 layer.
  • FIG. 11 is a photograph showing an image of a bright filed (BF)
  • FIG. 12 is a photo showing the image of a bright filed (BF)
  • FIG. 12 shows 0.5 mW, 1 mW
  • This photograph shows an atomic force microscope image of the defect structure induced by optical soldering after irradiation with a focused 532 nm laser for 15 seconds at various incident powers of 3 mW, 10 mW, and 15 mW.
  • a focused 532 nm laser 400 is irradiated on the MoS 2 layer with underlying indium-tin-oxide nanoparticles for 30 seconds with varying incident optical power for optical soldering.
  • the focal area illuminated with lower optical power (0.5 mW, 1 mW) does not show any features of the defect structure induced by optical soldering.
  • the shape of the defect structure induced by optical soldering is similar to the cross section of a focused incident light beam.
  • the shape of the defect structure in the MoS 2 layer is not limited to a circle, as seen in the formation of a trench structure by flowing focused light rays along a line.
  • Figure 13 is a diagram showing the atomic force microscopy of the MoS 2 layer treated by optical soldering in the method of joining and forming defect structures of two-dimensional thin film materials using optical soldering in the present invention
  • Figure 14 is a diagram showing the atomic force microscopy of the MoS 2 layer treated by optical soldering in the present invention.
  • a method of forming a bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material it is a graph showing a cross-sectional profile obtained along a black dotted line across the center of the defect structure.
  • the depth of the defect structure is measured by atomic force microscopy the moment the probe touches the bottom of the defect structure.
  • the depth of the defect structure increases monotonically up to 15 nm as a function of incident light power, matching the average height of the underlying indium-tin-oxide nanoparticles.
  • the area of the local defect structure increases as a function of the incident optical power due to the Gaussian profile of the incident light beam.
  • Gaussian beams provide a wider focus area that exceeds the optical power threshold for optical soldering.
  • Figure 15 is a cross-sectional TEM image of indium-tin-oxide nanoparticles with several layers of MoS2 embedded on the top before light irradiation in the method of joining and forming defect structures of two-dimensional thin film materials using optical soldering according to the present invention.
  • Figure 16 is a photo of indium-tin-oxide nanoparticles with several layers of MoS 2 embedded on the top after light irradiation in the method of joining and forming a defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering in the present invention. This photo shows a cross-sectional TEM image.
  • the MoS 2 layer forms a uniform adhesion to the modified indium-tin-oxide nanoparticles after light irradiation (5 mW, 30 seconds duration) compared to the absence of light irradiation. You can see it clearly.
  • the vertical height of the thermally deforming indium-tin-oxide nanoparticles shrinks, pulling the topping MoS 2 layer toward the substrate.
  • indium-tin-oxide nanoparticles without or with little light irradiation maintain a height supporting the adjacent MoS 2 layer applied on the substrate.
  • t and are the thickness and Poisson ratio of the MoS 2 layer, respectively.
  • Equation 1 above is often used for quantitative estimation of local strain in the wrinkles of two-dimensional materials with opposite geometric polarity (anode) compared to defects (cathode) induced by optical soldering.
  • defect(h 15 nm, Height (h) and width (h) of local strain induced at 90 nm) ) is obtained from the height of indium-tin-oxide nanoparticles using an atomic force microscope and the distance between indium-tin-oxide nanoparticles measured by SEM.
  • the local strain of ⁇ 6.8% is due to the MoS 2 layer optically soldered by optical soldering, which is smaller than the known mechanical failure threshold strain ( ⁇ 10%).
  • the deviation may be caused by a mismatch in the shape of the supporting indium-tin-oxide nanoparticles, which assume a spherical shape in the raw state, whereas the indium-tin-oxide nanoparticles in the light irradiated area are severely deformed.
  • the bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering is formed by a method of forming a bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering.
  • the bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention is achieved by applying the laser 400 to a desired local position of the two-dimensional thin film semiconductor layer 300 topped with particles or structures 200. Due to light heating by irradiation, heat generated in the two-dimensional thin semiconductor layer 300 is transferred, thereby causing thermal deformation in the particles or structure 200.
  • the two-dimensional thin semiconductor layer 300 is attached to the particle or structure 200 that undergoes thermal deformation.
  • the two-dimensional thin film semiconductor layer 300 attached to the particle or structure 200 is pulled in the direction in which thermal deformation occurs.
  • optical soldering applies to the bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering according to the present invention, and the method of forming a bonding and defect structure of a two-dimensional thin film material using optical soldering as described above Since all the features are also applied to the bonding and defect structure of two-dimensional thin film materials using optical soldering, detailed description thereof will be omitted.
  • the bottom soldering material of the two-dimensional material of the present invention has the effect of being able to take various forms such as nanoparticles, nanostructures, and thin films.

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Abstract

본 발명의 목적은 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체 물질의 원하는 국소 위치에 나노 입자를 솔더링 재료로 사용하는 옵티컬 솔더링을 이용하여 결함 구조를 형성하는 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조를 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법은, 입자 또는 구조체에 2차원의 박막 반도체층이 토핑되는 제 1 단계; 상기 2차원의 박막 반도체층의 원하는 국소 위치에 레이저를 조사하는 제 2 단계; 상기 레이저의 조사에 의한 광 가열에 의해 상기 2차원의 박막 반도체층의 온도가 높아지는 제 3 단계; 및 높아진 온도에 의한 상기 2차원의 박막 반도체층의 열 전달에 의해 상기 입자 또는 구조체에 열 변형이 이루어지는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조
본 발명은 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체 물질의 원하는 국소 위치에 옵티컬 솔더링을 이용하여 결함 구조를 형성하는 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조에 관한 것이다.
2차원 박막 반도체 물질 중 하나인 2차원 전이 금속 디칼코게나이드(TMD: Transition Metal Dichalcogenide) 화합물은 특정 파장대의 빛을 흡수하고 전류로 변환하는 특성이 있는 물질이다.
특히, 2차원 전이 금속 디칼코게나이드 화합물은 넓은 스펙트럼 범위에서의 다이렉트 밴드갭(Direct Bandgap)과, 고효율의 포토 루미네선스(PL: Photo Luminescence)의 방출과, 강한 결합 에너지를 갖는 엑시톤 및 트리온 물리학과, 원편파 빔(Circularly Polarized Beam)에 의한 스핀 밸리 제어(Spin Valley Control) 등과 같은 광전자 특성으로 인해 반도체 소자나 광 소자로 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 국소 변형 유도 부위로 유입되는 엑시톤(예를 들어, 팁, 나노 구조, 나노 버블 등)과, 광 유도 상전이, 또는 단일 광자 방출, 광 스위치, 단일 원자 메모리 및 초고감도 센싱과 같은 새로운 응용 분야에서 촉망되는 2차원 적층 전이 금속 디칼코게나이드 화합물의 모아레 격자(Moire lattice)에서 입증된 다양한 방식에 의해 2차원 전이 금속 디칼코게나이드 화합물의 광전자 특성의 국소 조작이 가능하다.
따라서, 레이저 조사에 의한 결함 구조 형성은 형성 장소의 선택과 실시간 제작 성능을 제공하기 때문에 국소 조작을 위한 용이한 접근 방법이다.
그러나, 레이저 조사에 의한 2차원 적층 전이 금속 디칼코게나이드 화합물의 층수 감소(침식), 원자 조성(상전이) 또는 화학적 흡착(광화학 반응)을 유도하기 위해서는 열 에너지의 축적이 요구된다.
따라서, 2차원 전이 금속 디칼코게나이드 화합물에서 결함 구조를 형성하거나 상전이를 유도하기 위해서는 고 입사광 전력과 긴 조사 시간이 필요하다.
하지만, 이러한 고 입사광 전력과 긴 조사 시간은 광전자 응용을 위한 고품질의 2차원 전이 금속 디칼코게나이드 화합물을 보존하는데 어려운 문제점이 있다.
즉, 레이저 조사를 통한 결함 형성 방법은 고출력 레이저를 사용하거나 긴 시간 동안 레이저를 조사할 경우 2차원 반도체 물질이 손상될 가능성이 있는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체 물질의 원하는 국소 위치에 나노 입자를 솔더링 재료로 사용하는 옵티컬 솔더링을 이용하여 결함 구조를 형성하는 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조를 형성하는 방법과, 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 입사광에 의한 이차원 박막 물질의 접합(솔더링, 땜질 등) 기술을 제공한다.
한편, 본 발명의 이와 같은 2차원 박막 반도체의 솔더링 접합은 전기 접합(컨택), 즉 다른 물질과의 콘택트(Contact) 형성과, 광전자 특성 제어 국소 결함 제작과, 화학 분자종의 국소적 포집, 즉 화학 분자종의 흡착 특이점 등을 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법은, 입자 또는 구조체에 2차원의 박막 반도체층이 토핑되는 제 1 단계; 상기 2차원의 박막 반도체층의 원하는 국소 위치에 레이저를 조사하는 제 2 단계; 상기 레이저의 조사에 의한 광 가열에 의해 상기 2차원의 박막 반도체층의 온도가 높아지는 제 3 단계; 및 높아진 온도에 의한 상기 2차원의 박막 반도체층의 열 전달에 의해 상기 입자 또는 구조체에 열 변형이 이루어지는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법은, 열 변형이 이루어지는 상기 입자 또는 구조체에 상기 2차원의 박막 반도체층이 접착되는 제 5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법은, 상기 입자 또는 구조체에 접착된 상기 2차원의 박막 반도체층이 열 변형이 이루어지는 방향으로 당겨지는 제 6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법은, 당겨진 상기 입자 또는 구조체의 양측에 크랙이 발생하는 제 7 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 입자는 나노 입자 또는 마이크로 입자인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 구조체는 나노 구조체 또는 마이크로 구조체인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 2차원 박막 반도체층은 단층 또는 다층인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 입자는 빛의 흡수에 의해 2차원 박막 반도체가 가열될 수 있는 온도에서 녹는 나노 입자인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 레이저에 의한 광 조사가 없는 상기 입자 또는 구조체는 상기 2차원의 박막 반도체층을 지지하는 형상과 높이를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 2차원 박막 반도체층은 광흡수가 일어나는 박막 물질인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 레이저의 입사 전력은 2.5 ㎽ ~ 15 ㎽ 이하이고, 상기 레이저의 입사 시간은 30초 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 입자 또는 구조체는 베이스 기판에 투명 전극층을 올리고 습식 에칭, 나노 입자 뿌리기, 나노 구조체 형성 중 하나를 통해 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상기 투명 전극 재료는 인듐 필름 또는 인듐을 포함하는 합금 필름인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는, 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에 의해 형성된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는, 입자 또는 구조체에 토핑된 2차원의 박막 반도체층의 원하는 국소 위치에 레이저의 조사에 의한 광 가열에 의해, 상기 2차원의 박막 반도체층에서 발생하는 열의 전달로 상기 입자 또는 구조체에 열 변형이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는, 열 변형이 이루어지는 상기 입자 또는 구조체에 상기 2차원의 박막 반도체층이 접착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는, 상기 입자 또는 구조체에 접착된 상기 2차원의 박막 반도체층이 열 변형이 이루어지는 방향으로 당겨지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는, 당겨진 상기 입자 또는 구조체의 양측에 크랙이 발생하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체 물질의 원하는 국소 위치에 나노 입자를 솔더링 재료로 사용하는 옵티컬 솔더링을 이용하여 결함 구조를 형성하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 집속된 광을 이용하여 2차원 박막 물질을 국소적으로 접합(솔더링)할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 2차원 물질을 접합시킴으로써, 해당 위치에서 전기 컨택, 화학 분자 포집, 광전 특성 조절을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 2차원 물질 하단 솔더링 재료는 나노 입자, 나노 구조체, 박막 등 다양한 형태가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트.
도 2는 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 입자 또는 구조체에 2차원의 박막 반도체층이 토핑된 상태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 2차원의 박막 반도체층의 원하는 국소 위치에 레이저를 조사하고, 레이저의 조사에 의한 광 가열에 의해 2차원의 박막 반도체층의 온도가 높아지는 상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 높아진 온도에 의한 2차원의 박막 반도체층의 열 전달에 의해 입자 또는 구조체에 열 변형이 이루어진 상태를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 열 변형이 이루어지는 입자 또는 구조체에 2차원의 박막 반도체층이 접착되는 상태를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 입자 또는 구조체에 접착된 2차원의 박막 반도체층이 열 변형이 이루어지는 방향(화살표 방향)으로 당겨지는 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 당겨진 입자 또는 구조체의 양측에 크랙이 발생된 상태를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 결함 구조 형성을 위한 인듐-주석-산화물(ITO) 나노 입자(NP) 상의 MoS2 수 개의 층의 옵티컬 솔더링의 개념을 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 스케일 바가 500 ㎚ 인 인듐-주석-산화물 나노 입자의 셈(SEM) 이미지를 나타내는 사진.
도 10은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상단에 MoS2 수 개의 층이 내장된 인듐-주석-산화물 나노 입자의 원자력간 현미경(AFM) 이미지를 나타내는 사진.
도 11은 밝은 영역(BF: Bright Filed)의 이미지를 나타내는 사진.
도 12는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 화살표 선을 따라 0.5 ㎽, 1 ㎽, 3 ㎽, 10 ㎽ 및 15 ㎽의 다양한 입사 전력으로 15초 동안 집속된 532 ㎚ 레이저를 조사한 후의 옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조의 원자력간 현미경 이미지를 나타내는 사진.
도 13은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 옵티컬 솔더링으로 처리된 MoS2 층의 원자력간 현미경 형태를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 결함 구조의 중심 전역에서 검정 점선을 따라 획득되는 단면 프로파일을 나타내는 그래프.
도 15는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 광 조사 이전에, 상단에 MoS2 수 개의 층이 내장된 인듐-주석-산화물 나노 입자의 단면 템(TEM) 이미지를 나타내는 사진.
도 16은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 광 조사 이후에, 상단에 MoS2 수 개의 층이 내장된 인듐-주석-산화물 나노 입자의 단면 템(TEM) 이미지를 나타내는 사진.
본 발명은 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체 물질의 원하는 국소 위치에 나노 입자를 솔더링 재료로 사용하는 옵티컬 솔더링을 이용하여 결함 구조를 형성하는 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법과, 그 접합 및 결점 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조를 형성하는 방법과, 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 입사광에 의한 이차원 박막 물질의 접합(솔더링, 땜질 등) 기술을 제공한다.
한편, 본 발명의 이와 같은 2차원 박막 반도체의 솔더링 접합은 전기 접합(컨택), 즉 다른 물질과의 콘택트(Contact) 형성과, 광전자 특성 제어 국소 결함 제작과, 화학 분자종의 국소적 포집, 즉 화학 분자종의 흡착 특이점 등을 제공할 수 있다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
- 옵티컬 솔더링(Optical Soldering)의 정의 -
옵티컬 솔더링(광학 접합)이란, 인듐-주석-산화물(ITO) 나노 입자(NP)에 토핑(도포)되어 부착된 MoS2 수 개의 층에서, 레이저의 조사시 광학적으로 가열(heating)된 MoS2 수 개의 층으로부터 전달되는 열 에너지로 인해 인듐-주석-산화물 나노 입자가 변형되는 것이다.
본 실시예에서는 설명의 용이함을 위해 인듐-주석-산화물 필름을 습식 에칭하여 인듐 나노 입자를 제조하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 나노 입자의 주성분은 인듐이고, 나노 입자는 인듐 나노 입자, 인듐-주석 나노 입자, 인듐-주석-산화물 나노 입자 등과 같이 인듐 또는 인듐을 포함하는 합금 등의 나노 입자일 수 있다.
여기서, 토핑이란 인듐-주석-산화물 나노 입자(NP)에 MoS2 층이 단순 얹어짐을 의미한다.
옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조는 표면 형태뿐만 아니라 수 개의 층의 2차원 전이 금속 디칼코게나이드 화합물에서 기대되지 않는 빛을 내는 포토루미네선스 방출에 의해 입증되는 광전자 특성을 본래의 MoS2 층에서 확인할 수 있다.
본 발명에서, 수정된 광전자 특성을 가진 국소 결함 구조를 형성하는 옵티컬 솔더링의 기본 메커니즘을 밝히기 위해, 입사광 조사 전력, 지속 시간 의존성을 사용하여 옵티컬 솔더링 프로세스를 체계적으로 조사한다.
또한, 본 발명은 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조를 형성하는 방법과, 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조를 제공하는 것이다.
특히, 입사광에 의한 이차원 박막 물질의 접합(솔더링, 땜질 등) 기술을 제공한다.
이와 같은 2차원 박막 반도체의 솔더링 접합은 전기 접합(컨택), 즉 다른 물질과의 콘택트(Contact) 형성과, 광전자 특성 제어 국소 결함 제작과, 화학 분자종의 국소적 포집, 즉 화학 분자종의 흡착 특이점 등을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법은 7개의 단계를 포함한다.
이에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 입자 또는 구조체에 2차원의 박막 반도체층이 토핑된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1 단계(S100)에서는, 입자 또는 구조체(200)에 2차원의 박막 반도체층(300)이 토핑된다(올려진다).
이러한 입자 또는 구조체(200)는 베이스 기판(100) 상에 위치한다.
여기서, 입자는 나노 입자 또는 마이크로 입자일 수 있다.
좀 더 상세하게는, 입자는 빛의 흡수에 의해 2차원 박막 반도체가 안정적으로 가열될 수 있는 온도에서 녹는 나노 입자인 것으로, 인듐이 들어가 있는 모든 나노 입자가 활용될 수 있다.
예를 들어, 인듐-주석-산화물 나노 입자(NP)와, 인듐-아연(IZ) 나노 입자와, 인듐-갈륨-아연(IGZ) 나노 입자와, 인듐 나노 입자 등과 같이 인듐 또는 인듐을 포함하는 합금일 수 있다.
즉, 본 발명에서는 설명의 용이함을 위해, 나노 입자 또는 마이크로 입자를 인듐-주석-산화물 나노 입자인 것으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 입자는 빛의 흡수에 의해 2차원 박막 반도체가 안정적으로 가열될 수 있는 온도에서 녹는 나노 입자인 것일 수 있으며, 인듐이 들어가 있는 모든 나노 입자가 활용될 수 있다.
예를 들어 인듐-주석-산화물 나노 입자(NP)와, 인듐-아연(IZ) 나노 입자와, 인듐-갈륨-아연(IGZ) 나노 입자와, 인듐 나노 입자 등과 같이 인듐 또는 인듐을 포함하는 합금일 수 있다.
또한, 구조체는 나노 구조체 또는 마이크로 구조체일 수 있다.
또한, 2차원 박막 반도체층은 단층 또는 다층인 것이 바람직하다.
좀 더 상세하게는 2차원 박막 반도체층은 광흡수가 일어나는 박막 물질인 것으로 예를 들어, 이황화몰리브덴(MoS2)과, 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2)와, 텔루르화몰리브덴(MoTe2)과, 이황화 텅스텐(WS2)과, 이셀레늄화 텅스텐(WSe2) 중 하나일 수 있다.
즉, 본 발명에서는 설명의 용이함을 위해, 2차원 박막 반도체층을 이황화몰리브덴(MoS2)인 것으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 2차원 박막 반도체층은 광흡수가 일어나는 박막 물질인 것으로, 예를 들어 이황화몰리브덴(MoS2)과, 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2)와, 텔루르화몰리브덴(MoTe2)과, 이황화 텅스텐(WS2)과, 이셀레늄화 텅스텐(WSe2) 중 하나일 수 있다.
또한, 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 입자 또는 구조체(200)는 베이스 기판에 투명 전극층을 올리고 습식 에칭, 나노 입자 뿌리기, 나노 구조체 형성 중 하나를 통해 형성할 수 있다.
여기서, 투명 전극 재료는 인듐 또는 인듐을 포함하는 합금일 수 있다.
예를 들어, 인듐-주석-산화물 필름과, 인듐-아연(IZ) 필름과, 인듐-갈륨-아연(IGZ) 필름 등 일 수 있다.
도 3은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 2차원의 박막 반도체층의 원하는 국소 위치에 레이저를 조사하고, 레이저의 조사에 의한 광 가열에 의해 2차원의 박막 반도체층의 온도가 높아지는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 제 2 단계(S200)에서는, 2차원의 박막 반도체층(300)의 원하는 국소 위치에 레이저(400)를 조사하고, 제3 단계(S300)에서는, 레이저(400)의 조사에 의한 광 가열에 의해 2차원의 박막 반도체층(300)의 온도가 높아진다.
여기서, 결함에 입사되는 레이저(400)의 입사 전력과 입사 시간을 조절하여 원하는 위치에 결함을 형성할 수 있다.
레이저(400)의 입사 전력은 예를 들어, ×100 배율의 0.9 NA 대물 렌즈를 이용시 2.5 ㎽ ~ 15 ㎽ 이하이고, 레이저(400)의 입사 시간은 30초 이하일 수 있다.
본 발명에서는 다양한 파장의 레이저(400)를 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체층에 집속하여 해당 위치에 결점을 형성할 수 있지만, 좀 더 상세하게 집속하는 레이저(400)의 파장은 532 ㎚ 인 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 레이저(400)를 통해 원하는 위치에 결점을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 높아진 온도에 의한 2차원의 박막 반도체층의 열 전달에 의해 입자 또는 구조체에 열 변형이 이루어진 상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제 4 단계(S400)에서는, 높아진 온도에 의한 2차원의 박막 반도체층(300)의 열 전달에 의해 입자 또는 구조체(200)에 열 변형이 이루어진다.
이때, 레이저(400)에 의한 광 조사가 없는 입자 또는 구조체(200)는 2차원의 박막 반도체층(300)을 지지하는 형상과 높이를 유지시킨다.
도 5는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 열 변형이 이루어지는 입자 또는 구조체에 2차원의 박막 반도체층이 접착되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 5 단계(S500)에서는, 열 변형이 이루어지는 입자 또는 구조체(200)에 2차원의 박막 반도체층(300)이 접착된다.
도 6은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 입자 또는 구조체에 접착된 2차원의 박막 반도체층이 열 변형이 이루어지는 방향(화살표 방향)으로 당겨지는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제 6 단계(S600)에서는, 입자 또는 구조체(200)에 접착된 2차원의 박막 반도체층(300)이 열 변형이 이루어지는 방향으로 당겨진다.
도 7은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 당겨진 입자 또는 구조체의 양측에 크랙이 발생된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 7 단계(S700)에서는, 당겨진 입자 또는 구조체(200)의 양측에 크랙이 발생한다.
상술한 바에 의해, 본 발명은 집속된 광을 이용하여 2차원 박막 물질을 국소적으로 접합(솔더링)할 수 있다.
2차원 물질을 접합시킴으로써, 해당 위치에서 전기 컨택, 화학 분자 포집, 광전 특성 조절을 할 수 있다.
2차원 물질 하단 솔더링 재료는 나노 입자, 나노 구조체, 박막 등 다양한 형태가 가능하다.
솔더링 재료는 인듐(Indium)에 제한되지 않으며, 상단 2차원 물질이 광흡수를 통해 도달할 수 있는 온도에서 열변형되는 물질은 모두 포함할 수 있다.
이에 대해, 좀 더 자세히 설명한다.
- 인듐-주석-산화물 나노 입자 상에서 MoS2 층의 옵티컬 솔더링 -
도 8은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 결함 구조 형성을 위한 인듐-주석-산화물 나노 입자 상의 MoS2 수 개의 층의 옵티컬 솔더링의 개념을 나타내는 개략도이다.
도 8을 참조하면, 2차원 전이 금속 디칼코게나이드 화합물의 옵티컬 솔더링은 MoS2 층의 광 가열에 의해 인듐-주석-산화물 나노 입자의 용융 온도보다 온도가 높을시 가능하다.
다이렉트 밴드갭(~ 1.86 eV) 보다 높은 광자 에너지를 가진 MoS2 층에 집속된 레이저(400)를 조사하면, MoS2 수 개의 층의 포토 루미네선스(PL: Photo Luminescence)를 방출하는 인다이렉트 밴드갭의 낮은 양자 효율(~ 10-3)로 인해, 초점의 국소 온도가 효율적으로 상승한다.
2차원 재료의 국소 온도가 ~ 0.1 ㎽ 의 레이저(400) 조사로, 기판에 도포된 MoS2 단층은 ~ 100 K 까지 온도가 상승할 수 있다.
인듐-주석-산화물 나노 입자의 온도는 토핑된 MoS2 층의 광학적 가열에 의한 열 전달로 인해 상승하며, 충분한 입사 광 전력 및 조사 지속 시간으로 인듐-주석-산화물 융점에 도달한다.
토핑된 MoS2 층은 열적으로 변형되는 인듐-주석-산화물 나노 입자에 강하게 접착된다.
인듐-주석-산화물 나노 입자는 열 솔더링에 사용되는 점착성이 있는 재료이다.
다음, MoS2 층은 기판 위로 퍼지는 인듐-주석-산화물 나노 입자의 열 변형 과정에서 기판 쪽으로 당겨진다.
한편, 광 조사가 없는 인듐-주석-산화물 나노 입자는 토핑된 MoS2 층을 지지하는 형상과 높이를 유지한다.
인듐-주석-산화물 나노 입자의 직접적인 광 가열은 입사되는 레이저 파장 영역에서 인듐-주석-산화물 나노 입자의 낮은 흡광도로 인해 옵티컬 솔더링의 가능성이 낮다.
옵티컬 솔더링의 재료로 바람직한 MoS2 층의 옵티컬 솔더링을 입증하기 위해, 유리 기판에 코팅된 20 ㎚ 두께 IT 필름의 산성 습식 에칭 공정에 의해 랜덤하게 분산된 인듐-주석-산화물 나노 입자를 준비한다.
에칭 공정 후에, 격자 파라미터 분석에 나타낸 바와 같이 결정성이 유지되는 원형 형상의 인듐-주석-산화물 나노 입자가 획득되며, 이는 도 9를 통해 확인할 수 있다.
이러한 도 9는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 스케일 바가 500 ㎚ 인 인듐-주석-산화물 나노 입자의 셈(SEM) 이미지를 나타내는 사진이다.
인듐-주석-산화물 나노 입자의 측면 크기와 높이는 각각 셈(SEM)과 원자력간 현미경(AFM)의 측정에 의해 확인되며, 17.0 ㎚ (측면 크기) 및 12.4 ㎚ (높이)의 분산을 표준 편차로 나타낸다.
높은 균일성을 갖는 인듐-주석-산화물 나노 입자의 밀도(~ 120 ea / ㎛2)는 옵티컬 솔더링을 위한 광 조사시 초점에 다수 개의 인듐-주석-산화물 나노 입자가 존재함으로 확인된다.
인듐-주석-산화물 나노 입자 상에 전달된 MoS2 층의 층 수는 원자력간 현미경(AFM)으로 측정된 높이와 라만 피크의 스펙트럼 갭 거리를 기반으로 1 ~ 10으로 추정된다.
도 10은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 상단에 MoS2 수 개의 층이 내장된 인듐-주석-산화물 나노 입자의 원자력간 현미경(AFM) 이미지를 나타내는 사진이다.
도 10을 참조하면, 인듐-주석-산화물 나노 입자를 토핑하는 MoS2 층의 원자력간 현미경 형태는 인듐-주석-산화물 나노 입자와 MoS2 층 사이의 비 등각 접촉을 암시하는 가볍게 보이는 밝은 작은 점을 보여주며, 이는 광학적으로 가열된 MoS2 층의 열의 분산에 바람직하지 않을 수 있다.
도 11은 밝은 영역(BF: Bright Filed)의 이미지를 나타내는 사진이고, 도 12는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 화살표 선을 따라 0.5 ㎽, 1 ㎽, 3 ㎽, 10 ㎽ 및 15 ㎽의 다양한 입사 전력으로 15초 동안 집속된 532 ㎚ 레이저를 조사한 후의 옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조의 원자력간 현미경 이미지를 나타내는 사진이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 옵티컬 솔더링을 위해 입사 광 전력을 변경하는 30초 동안 하부 인듐-주석-산화물 나노 입자가 있는 MoS2 층에 집중된 532 ㎚ 레이저(400)를 조사한다.
입사 광 전력이 3 ㎽ 보다 높을 때, 명시야 광 이미지와 원자력간 현미경 형태 모두에서 관찰된 바와 같이 초점에 원형 형상 결함 구조가 형성된다.
더 낮은 광 전력(0.5 ㎽, 1 ㎽)으로 조사된 초점 영역은 옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조의 특징을 나타내지 않는다.
옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조의 형상은 집속된 입사 광선의 단면과 유사하다.
도 11 및 도 12를 참조하면, MoS2 층의 결함 구조의 형상은 선을 따라 집속된 광선을 플로잉하여 트렌치 구조의 형성에서 보는 바와 같이 원형에 국한되지 않는다.
도 13은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 옵티컬 솔더링으로 처리된 MoS2 층의 원자력간 현미경 형태를 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 결함 구조의 중심 전역에서 검정 점선을 따라 획득되는 단면 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 원자력간 현미경에 의해 결함 구조의 깊이는 프로브가 결함 구조의 바닥에 닿은 순간 측정된다.
3차원 원자력간 현미경 모폴로지 연산의 단면 프로파일의 중첩은 결함 구조 깊이에서 입사광 전력 의존성을 명확하게 보여준다.
결함 구조의 깊이가 하부 인듐-주석-산화물 나노 입자의 평균 높이와 일치하여 입사 광 전력의 함수로 최대 15 ㎚까지 단조롭게 증가한다.
국소 결함 구조의 면적은 입사 광선의 가우스 프로파일에 기인하는 입사 광 전력의 함수로 증가하고 있다.
더 높은 입사 광 전력으로, 가우시안 빔은 옵티컬 솔더링을 위한 광 전력 임계값을 초과하는 더 넓은 초점 영역을 제공한다.
제어 실험을 위해, 인듐-주석-산화물 나노 입자가 없는 본래의 IT 기판에 전사된 MoS2 층에 동일한 구성으로 초점을 맞춘 레이저 빔을 조사하여도 옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조의 특징을 찾지 못한다.
이는 인듐-주석-산화물 나노 입자가 분리된 것에 비해 평면 기판과 MoS2 층의 유효 접촉 면적이 더 크기 때문에 효율적인 방열에 유리하다.
- 옵티컬 솔더링으로 유도된 결함의 템(TEM) 단면 이미지 분석 -
MoS2 층이 인듐-주석-산화물 나노 입자를 갖는 기판에 부착되는 방법을 조사하기 위해, MoS2 층 - 인듐-주석-산화물 나노 입자 인터페이스의 템 단면 이미지를 획득한다.
이 인터페이스는 에너지 필터가 각각 MoS2 층(Mo, S) 및 인듐-주석-산화물 나노 입자(In, Tin, Oxide)의 복합 요소 중심에 있는 템(TEM) 및 EDX 이미지의 중첩에 의해 명확하게 식별할 수 있다.
도 15는 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 광 조사 이전에, 상단에 MoS2 수 개의 층이 내장된 인듐-주석-산화물 나노 입자의 단면 템(TEM) 이미지를 나타내는 사진이고, 도 16은 본 발명에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에서, 광 조사 이후에, 상단에 MoS2 수 개의 층이 내장된 인듐-주석-산화물 나노 입자의 단면 템(TEM) 이미지를 나타내는 사진이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, MoS2 층이 광 조사(5 ㎽, 30초 지속 시간) 후 변형된 인듐-주석-산화물 나노 입자에 균일한 접착을 형성하는 것을 광 조사가 없는 것과 비교하여 명확하게 볼 수 있다.
변형된 인듐-주석-산화물 나노 입자 상에 MoS2 층이 균일하게 접착함에도 불구하고, MoS2 층 사이의 층간 거리와 MoS2 층의 수는 템 이미지에서 관찰된 바와 같이 변하지 않는다.
본래의 MoS2 층에서 획득한 것과 비교하여 E2g와 Alg 진동 모드 사이의 스펙트럼 갭에서 무시할만한 변화를 보여주는 옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조에서 획득한 라만 스펙트럼과 일치한다.
기판 상의 2차원 재료에서 결함(ablation)을 유도하려면 훨씬 더 높은 입사 레이저 전력이 필요하다.
옵티컬 솔더링으로 유도된 결함 구조에서, 광학적으로 변형된 인듐-주석-산화물 나노 입자 주변에서 MoS2 층의 크랙(Crack)이 발견된다.
이러한 크랙은 도 16의 빨간색 화살표로 나타나 있다.
2차원 재료에서의 크랙은 다양한 화학 성분의 흡착에 사용할 수 있는 풍부한 장소를 제공하는 2차원 격자에서의 위치 변위에 의해 형성된다.
이는 옵티컬 솔더링된 MoS2 층의 크랙은 인듐-주석-산화물 나노 입자와 기판 사이의 힌지 영역에 집중된 국소 응력 때문이다.
옵티컬 솔더링 공정 동안, 열적으로 변형하는 인듐-주석-산화물 나노 입자의 수직 높이는 토핑된 MoS2 층을 기판 쪽으로 당기면서 수축한다.
한편, 광 조사가 없거나 광 조사가 적은 인듐-주석-산화물 나노 입자는 기판 위에 도포된 인접한 MoS2 층을 지지하는 높이를 유지한다.
기판에 솔더링된 MoS2 층에 유도된 국소 변형률
Figure PCTKR2023011147-appb-img-000001
은 하기 수식 1로 추정할 수 있다.
[수식 1]
Figure PCTKR2023011147-appb-img-000002
여기서, t와
Figure PCTKR2023011147-appb-img-000003
는 각각 MoS2 층의 두께와 포아송 비율이다.
상기 수식 1은 옵티컬 솔더링으로 유도된 결함(음극)과 비교하여 반대 기하학적 극성(양극)을 갖는 2차원 재료의 주름에서 국소 변형의 정량적 추정에 자주 사용된다.
결함(h
Figure PCTKR2023011147-appb-img-000004
15 ㎚,
Figure PCTKR2023011147-appb-img-000005
Figure PCTKR2023011147-appb-img-000006
90 ㎚)에서 유도된 국소 변형의 높이(h)와 너비(
Figure PCTKR2023011147-appb-img-000007
)는 원자력간 현미경 인듐-주석-산화물 나노 입자의 높이와 셈(SEM)으로 측정된 인듐-주석-산화물 나노 입자간 거리로부터 획득된다.
~ 6.8 %의 국소 변형은 옵티컬 솔더링에 의해 광학적으로 솔더링된 MoS2 층에 의한 것이며, 이는 알려진 기계적 파괴 임계값 변형(~ 10 %)보다 작다.
편차는 인듐-주석-산화물 나노 입자를 지지하는 형상의 불일치로 인해 발생할 수 있으며, 원시 상태에서 구형 형상을 가정하는 반면 광 조사 영역의 인듐-주석-산화물 나노 입자는 심하게 변형된다.
그러나, 인듐-주석-산화물 나노 입자의 내부 거리가 감소함에 따라 국소 변형의 단조로운 증가 추세는 옵티컬 솔더링으로 유도된 변형이 인듐-주석-산화물 나노 입자 직경 및 내부 거리의 변동 범위 내에서 기계적 파괴 임계값을 초과할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에 의해 형성된다.
좀 더 상세하게는 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는 입자 또는 구조체(200)에 토핑된 2차원의 박막 반도체층(300)의 원하는 국소 위치에 레이저(400)의 조사에 의한 광 가열에 의해, 2차원의 박막 반도체층(300)에서 발생하는 열의 전달로 입자 또는 구조체(200)에 열 변형이 이루어진다.
이때, 열 변형이 이루어지는 입자 또는 구조체(200)에 2차원의 박막 반도체층(300)이 접착된다.
또한, 입자 또는 구조체(200)에 접착된 2차원의 박막 반도체층(300)이 열 변형이 이루어지는 방향으로 당겨진다.
따라서, 당겨진 입자 또는 구조체(200)의 양측에 크랙이 발생하게 된다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조는 옵티컬 솔더링(Optical Soldering)의 정의가 적용되며, 상술한 바와 같은 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법의 특징들이 모두 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조에도 적용되므로, 그 자세한 설명은 생략하도록 한다.
이에 의해, 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조를 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체 물질의 원하는 국소 위치에 나노 입자를 솔더링 재료로 사용하는 옵티컬 솔더링을 이용하여 결함 구조를 형성하는 효과가 있다.
*
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 2차원의 단층 또는 다층 박막 반도체 물질의 원하는 국소 위치에 나노 입자를 솔더링 재료로 사용하는 옵티컬 솔더링을 이용하여 결함 구조를 형성하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 집속된 광을 이용하여 2차원 박막 물질을 국소적으로 접합(솔더링)할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 2차원 물질을 접합시킴으로써, 해당 위치에서 전기 컨택, 화학 분자 포집, 광전 특성 조절을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 2차원 물질 하단 솔더링 재료는 나노 입자, 나노 구조체, 박막 등 다양한 형태가 가능한 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 입자 또는 구조체에 2차원의 박막 반도체층이 토핑되는 제 1 단계;
    상기 2차원의 박막 반도체층의 원하는 국소 위치에 레이저를 조사하는 제 2 단계;
    상기 레이저의 조사에 의한 광 가열에 의해 상기 2차원의 박막 반도체층의 온도가 높아지는 제 3 단계; 및
    높아진 온도에 의한 상기 2차원의 박막 반도체층의 열 전달에 의해 상기 입자 또는 구조체에 열 변형이 이루어지는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    열 변형이 이루어지는 상기 입자 또는 구조체에 상기 2차원의 박막 반도체층이 접착되는 제 5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입자 또는 구조체에 접착된 상기 2차원의 박막 반도체층이 열 변형이 이루어지는 방향으로 당겨지는 제 6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    당겨진 상기 입자 또는 구조체의 양측에 크랙이 발생하는 제 7 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자는 나노 입자 또는 마이크로 입자인 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체는 나노 구조체 또는 마이크로 구조체인 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 박막 반도체층은 단층 또는 다층인 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자는 빛의 흡수에 의해 2차원 박막 반도체가 가열될 수 있는 온도에서 녹는 나노 입자인 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 레이저에 의한 광 조사가 없는 상기 입자 또는 구조체는 상기 2차원의 박막 반도체층을 지지하는 형상과 높이를 유지시키는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 박막 반도체층은 광흡수가 일어나는 박막 물질인 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저의 입사 전력은 2.5 ㎽ ~ 15 ㎽ 이하이고,
    상기 레이저의 입사 시간은 30초 이하인 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자 또는 구조체는 베이스 기판에 투명 전극층을 올리고 습식 에칭, 나노 입자 뿌리기, 나노 구조체 형성 중 하나를 통해 형성하는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 투명 전극 재료는 인듐 또는 인듐을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조 형성 방법에 의해 형성되는 결함 구조.
  15. 입자 또는 구조체에 토핑된 2차원의 박막 반도체층의 원하는 국소 위치에 레이저의 조사에 의한 광 가열에 의해, 상기 2차원의 박막 반도체층에서 발생하는 열의 전달로 상기 입자 또는 구조체에 열 변형이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조.
  16. 제 15 항에 있어서,
    열 변형이 이루어지는 상기 입자 또는 구조체에 상기 2차원의 박막 반도체층이 접착되는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 입자 또는 구조체에 접착된 상기 2차원의 박막 반도체층이 열 변형이 이루어지는 방향으로 당겨지는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조.
  18. 제 17 항에 있어서,
    당겨진 상기 입자 또는 구조체의 양측에 크랙이 발생하는 것을 특징으로 하는,
    옵티컬 솔더링을 이용한 이차원 박막 물질의 접합 및 결점 구조.
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