KR102216542B1 - 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 제조방법 - Google Patents
2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102216542B1 KR102216542B1 KR1020140061167A KR20140061167A KR102216542B1 KR 102216542 B1 KR102216542 B1 KR 102216542B1 KR 1020140061167 A KR1020140061167 A KR 1020140061167A KR 20140061167 A KR20140061167 A KR 20140061167A KR 102216542 B1 KR102216542 B1 KR 102216542B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- type region
- material layer
- electronic device
- sol
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 4
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 144
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 11
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- 229910003771 Gold(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical compound [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012954 diazonium Substances 0.000 description 1
- 150000001989 diazonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 및 그 제조방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 전자소자 제조방법은 기판 상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막 상에 2차원 물질층을 형성하는 단계 및 상기 2차원 물질층을 N형 영역과 P형 영역으로 구분하는 단계를 포함하고, 상기 N형 영역과 상기 P형 영역은 동일한 두께로 형성한다. 상기 2차원 물질층을 N형 영역과 P형 영역으로 구분하는 단계는 상기 2차원 물질층 상에 이격된 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 및 상기 제1 및 제2 전극 사이의 상기 2차원 물질층의 일부를 상기 P형 영역으로 변화시키는 단계를 포함한다. 상기 2차원 물질층의 일부를 상기 P형 영역으로 변화시키는 단계는 상기 2차원 물질층의 상기 N형 영역에 대응하는 영역을 마스크층으로 덮는 단계 및 상기 2차원 물질층의 상기 P형 영역에 대응하는 영역을 졸-겔층으로 덮는 단계를 포함한다.
Description
본 개시는 전자소자에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
몰리브데나이트(MoS2)는 실리콘과 비슷한 밴드 갭(단일층은 1.9eV, 복수층은 1.2eV)을 갖는 반도체 물질로 높은 이동도와 on/off 비율로 인해 실리콘 기반 전자 소자를 대체할 물질로 각광받고 있다. 단일층의 MoS2는 직접 띠-간격 (direct band-gap)을 갖고 있으며, 가시광 영역의 에너지갭으로 인해 광학소자로서 응용 가능성이 크다고 알려져 있다. 더욱이, 단일층 뿐 아니라 복층의 MoS2 또한 반 호프 특이점 (Van Hove singularity)으로 인한 강한 광흡수(light absorption) 특성을 통해 높은 효율을 갖는 광학 소자로의 응용에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 MoS2는 2차원 물질로서 다양한 2차원 물질들과 적층을 통해 이종구조(hetero-structure)의 형성이 용이할 수 있다.
본 개시는 광전효율을 높일 수 있는 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자를 제공한다.
본 개시는 이러한 전자소자의 제조방법을 제공한다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 전자소자는 P형 영역과 N형 영역을 포함하는 TMDC층(반도체 특성을 나타내는 2차원 물질)을 기판 상에 구비하고, 상기 TMDC층의 상기 P형 영역 상에는 광전효율을 높이는 미립자가 분포되어 있다.
이러한 전자소자는 기판 상에 구비된 절연막과, 상기 절연막 상에 구비된 다이오드층을 포함하고, 상기 다이오드층은 2차원 물질층이고, 수평으로 분포된 N형 영역과 P형 영역을 포함한다.
상기 N형 영역은 마스크층으로 덮일 수 있다.
상기 다이오드층은 상기 TMDC층일 수 있다.
상기 마스크층은 2차원 물질층으로 h-BN층 또는 운모층일 수 있다.
상기 N형 영역과 상기 P형 영역 상에 각각 전극이 구비될 수 있다.
상기 미립자는 플라즈모닉 나노구조로 작용하는 금속 미립자일 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 전자소자의 제조방법은 기판 상에 절연막을 형성하는 과정과, 상기 절연막 상에 2차원 물질층을 형성하는 과정과, 상기 2차원 물질층을 N형 영역과 P형 영역으로 구분하는 과정을 포함한다.
이러한 제조방법에서, 상기 2차원 물질층을 N형 영역과 P형 영역으로 구분하는 과정은 상기 2차원 물질층 상에 이격된 제1 및 제2 전극을 형성하는 과정 및 상기 제1 및 제2 전극 사이의 상기 2차원 물질층의 일부를 상기 P형 영역으로 변화시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 2차원 물질층의 일부를 상기 P형 영역으로 변화시키는 과정은,
상기 2차원 물질층의 상기 N형 영역에 대응하는 영역을 마스크층으로 덮는 과정 및 상기 2차원 물질층의 상기 P형 영역에 대응하는 영역을 졸-겔층으로 덮는 과정을 포함할 수 있다.
상기 P형 영역에 대응하는 영역을 졸-겔층으로 덮는 과정은,
상기 마스크층을 포함해서 상기 2차원 물질층 상에 존재하는 부재들를 덮는 졸-겔층을 상기 2차원 물질층 상에 도포하는 과정 및 상기 2차원 물질층의 상기 P형 영역에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역에서 상기 졸-겔층을 제거하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 2차원 물질층은 전이금속 디칼코게나이드(TMDC)층일 수 있다.
상기 마스크층은 2차원 물질이고, 밴드갭 5eV 이상의 비전도성 물질층일 수 있다.
상기 마스크층은 h-BN층 또는 운모층일 수 있다.
상기 졸-겔층은 상기 2차원 물질층의 전자와 결합하는 성분을 포함할 수 있다. 상기 성분은 Au일 수 있다.
본 개시에서 예시된 전자소자는 2차원 물질층으로 형성된 수평형 다이오드를 포함하고, 상기 수평형 다이오드의 P형 영역 상에는 금속 미립자가 분포되어 있다. 이러한 금속 미립자는 플라즈모닉 나노구조(plasmonic nanostructure)로 작용하고, 결과적으로 상기 전자소자의 광전효율이 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자의 단면도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자의 광전특성을 나타낸 그래프들이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자의 광전특성을 나타낸 그래프들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자를 설명한다.
도 1을 참조하면, 기판(30) 상에 절연막(32)이 구비되어 있다. 기판(30)은 유연성(flexible) 기판일 수 있다. 기판(30)은, 예를 들면 실리콘 기판일 수 있으나, 이것으로 한정되지 않는다. 절연막(32)은 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있으나, 이것으로 한정되지 않으며, 다른 절연막이 사용될 수도 있는데, 예를 들면, TiO2, MnO2, V2O5, TaO3, 또는 RuO2 등일 수 있다.
절연막(32) 상에 반도체 특성을 나타내는 2차원 물질층으로써, 전이금속 디칼코게나이드(Transition Metal Dichalcogenide, TMDC)층(34)이 존재하고, 제1 및 제2 전극(36, 38)이 존재한다. TMDC층(34)은 제1 및 제2 전극(36, 38) 사이에 존재한다. TMDC층(34)은 제1 및 제2 전극(36, 38)과 접촉된다. 제1 및 제2 전극(36, 38)은 각각 TMDC층(34)의 양단에 접촉될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(36, 38)은 TMDC층(34) 상에 구비될 수도 있는데, TMDC층(34)의 일단이 제1 전극(36) 아래에 위치하고, 티타늄(Ti)은 제2 전극(38) 아래에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 전극(36, 38)은, 예를 들면 Pd 전극, Au/Ti 전극 등일 수 있다. 제1 및 제2 전극(36, 38)은 물질이 서로 다른 전극일 수 있다. TMDC층(34)은 2차원 물질층으로써, MX2층일 수 있다. 여기서, M은 예를 들면 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr) 등일 수 있다. 그리고 X는, 예를 들면 S, Se, Te 등일 수 있다. TMDC층(34)은 반도체 특성을 갖고 있다. TMDC층(34)의 일부는 N형 도핑 특성을 나타내는 N형 영역(34n)이고 나머지는 P형 도핑 특성을 나타내는 P형 영역(34p)일 수 있다. 따라서 TMDC층(34)은 다이오드 특성을 나타내는 층일 수 있다. N형 영역(34n)은 TMDC층(34)의 고유 특성을 갖는 영역이고, 제1 전극(36)과 접촉된다. P형 영역(34p)은 외부 요인에 의해 P형 도핑 특성을 나타내는 영역이고, 제2 전극(38)과 접촉된다. 제1 및 제2 전극(36, 38)의 상부면은 TMDC층(34)의 상부면보다 높을 수 있다. TMDC층(34)의 N형 영역(34n)은 마스크층(40)으로 덮여 있다. 마스크층(40)은 N형 영역(34n)과 접촉될 수 있다. 마스크층(40)은 제1 전극(36)의 일부를 덮을 수 있다. 마스크층(40)은 밴드갭이 5eV 이상일 수 있고, P형 영역(34p) 형성에 관여하는 물질이 TMDC층(34)에 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 마스크층(40)의 두께는, 예를 들면 20nm이하일 수 있다. 마스크층(40)은 2차원 물질층으로 유전물질층일 수 있다. 예를 들면 마스크층(40)은 h-BN(hexagonal-boron nitride)층 또는 운모(mica)층일 수 있으나, 이러한 물질로 한정되지 않는다. TMDC층(34)의 P형 영역(34p) 상에 미립자(42)가 분포되어 있다. 미립자(42)는 금속 미립자일 수 있는데, 예를 들면 Au일 수 있다. 미립자(42)는 플라즈모닉 나노구조(plasmonic nanostructure)로 작용한다. 따라서 외부광(예컨대, 태양광이나 레이저 등 광전효과를 나타내는 광)이 TMDC층(34)에 조사되면, 미립자(42)가 존재하지 않을 때보다 더 많은 광전변환이 일어난다. 결과적으로, P형 영역(34p)의 표면 상에 미립자(42)가 존재함으로써, 전자소자의 광전효율이 높아진다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자의 제조방법을 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 1에서 설명한 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 기판(30) 상에 절연막(32)을 형성한다. 절연막(32) 상에 TMDC층(34)을 형성한다. TMDC층(34)은 고유하게 N형 반도체 특성을 나타낸다.
도 3을 참조하면, TMCD층(34) 상에 제1 및 제2 전극(36, 38)을 서로 이격되게 형성한다. 이어서, 도 4에 도시한 바와 같이, TMDC층(34)의 일부 영역 상에 마스크층(40)을 형성한다. 마스크층(40)도 2차원 물질층일 수 있다. 마스크층(40)은 제1 전극(36)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 마스크층(40)은 제1 전극(36)의 일부를 덮는 대신에 제2 전극(38)의 일부를 덮도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 마스크층(40)은 제2 전극(38)에 근접한 TMDC층(34)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다.
다음, 도 5를 참조하면, TMDC층(34) 상에 제1 및 제2 전극(36, 38)과 마스크층(40)을 덮는 졸-겔층(60)을 형성한다. 졸-겔층(60)은 졸-겔 특성을 갖는 물질층일 수도 있고, 스핀코팅방식으로 도포될 수 있는 물질층일 수도 있다. 졸-겔층(60)은 마스크층(40)과 제2 전극(38) 사이의 TMDC층(34)도 덮는다. 졸-겔층(60)은 TMCD층(34)의 접촉된 영역을 P형 영역으로 변화시키는 물질을 포함한다. 졸-겔층(60)은, 예를 들면 AuCl3, HAuCl4, AgNO3, 디아조늄염(diazonium salt)을 포함하는 층일 수 있다. 졸-겔층(60)은 스핀코팅 방식으로 도포될 수 있다. 졸-겔층(60)은 TMDC층(34) 상에 존재하는 부재들(36, 38, 40)을 덮도록 도포되지만, 졸-겔층(60)의 화학적 특성으로 인해 TMDC층(34)에만 졸-겔층(60)이 남고, 마스크층(40)과 제1 및 제2 전극(36, 38) 상에서는 졸-겔층(60)이 제거된다. 부연하면, 졸-겔층(60)은 TMDC층(34)을 제외한 나머지 부재들(32, 36, 38, 40)에 대해서는 소수성이어서 나머지 부재들(32, 36, 38, 40)에는 잘 부착되지 않는다.
이렇게 해서, 도 6에 도시한 바와 같이, 졸-겔층(60)은 마스크층(40)과 제2 전극(38) 사이의 TMDC층(34) 상에만 존재한다. 졸-겔층(60)의 어떤 성분(예컨대, Au)은 TMDC층(34)의 전자와 결합하고, 그 결과 TMDC층(34)의 졸-겔층(60)과 접촉된 부분은 전자가 부족하게 되어 P형 도핑 영역과 같은 특성을 나타낸다. 이렇게 해서, TMDC층(34)은 도 7에 도시한 바와 같이 N형 영역(34n)과 P형 영역(34p)으로 구분된다. 졸-겔층(60)이 도포된 후, 졸-겔층(60)의 성분은 분해되어 TMDC층(34)의 졸-겔층(60)과 접촉된 표면 상에는 TMDC층(34)의 전자와 결합되는 성분(예컨대, Au)만 남게되고, 나머지 성분(예컨대, Cl)은 휘발된다. 부연하면, 졸-겔층(60) 도포후, 졸-겔층(60)에 포함된 물질, 예를 들면 AuCl3는 시간이 경과하면서 Cl이 가스상태로 제거되고, 남은 Au 원자는 고체로서 자체응집력이 있어서 자발적으로 미립자를 형성한다. TMDC층(34)의 표면 상에는 이렇게 형성된 미립자들이 분포한다.
이러한 결과로, 도 7에 도시한 바와 같이, 마스크층(40)과 제2 전극(38) 사이의 TMDC층(34)의 표면 상에는 미립자(42)가 분포하게 된다. 이러한 미립자(42)는 플라즈모닉 나노구조로 작용하여 광전효율을 높인다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다. 도 8의 결과는 얻는데 사용한 전자소자에서 TMDC층(34)으로 MoS2를 사용하고, 졸-겔층(62)으로 AuCl3를 사용하였다. 또한 마스크층(40)으로는 h-BN을 사용하였다.
도 8에서 가로축은 제1 및 제2 전극(36, 38) 사이의 전압(VD)을 나타내고, 세로축은 제1 및 제2 전극(36, 38) 사이의 전류(ID)를 나타낸다. 전류(ID)는 로그(log) 척도이다. 도 8에서 제1 그래프(G1)는 졸-겔층(60) 형성전의 값을 나타내고, 제2 그래프(G2)는 졸-겔층(60) 형성후의 값을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 졸-겔층(60) 형성 전 전기적 특성은 대칭적이다(제1 그래프). 반면, 졸-겔층(60)이 형성된 후, 전기적 특성은 비대칭적이다(제2 그래프). 이러한 결과는 통상의 다이오드에서 나타나는 정류 특성이다. 따라서 도 8의 결과는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자의 TMDC층(34)에 수평형 p-n 다이오드가 존재함을 시사한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자의 광전 특성을 나타낸 그래프이다. 도 9 및 도 10의 결과를 얻는데 사용한 전자소자는 도 8의 결과를 얻는데 사용한 전자소자와 동일할 수 있다.
도 9의 결과는 졸-겔층(60)이 존재하는 상태에서 전자소자에 655nm 파장의 레이저를 조사하여 얻었다. 도 9에서 가로축은 제1 및 제2 전극(36, 38) 사이의 전압(VD)을 나타내고, 세로축은 제1 및 제2 전극(36, 38) 사이의 전류(ID)를 나타낸다.
도 9에서 제1 그래프(G11)는 상기 레이저의 출력을 6mW로 하였을 때의 결과를 나타내고, 제2 그래프(G22)는 상기 레이저의 출력을 15mW로 하였을 때의 결과를 나타낸다. 베이스 그래프(G0)는 레이저를 조사하지 않았을 때의 결과를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 제1 및 제2 그래프(G11, G22)에서 0.5V 정도의 개로 전압(open circuit voltage)이 나타남을 알 수 있는데, 이러한 개로 전압은 p-n 다이오드의 고유 특성을 나타낸다. 이와 같이 개로 전압이 나타나는 것으로부터 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자에서 TMDC층(34)에 포함된 P형 영역(34p)과 N형 영역(34n) 사이에 p-n 접합이 잘 형성되었음을 알 수 있고, 따라서 상기 전자소자는 태양전지와 같은 광전소자에 응용할 수 있다.
도 10은 졸-겔층(60)이 광전류에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다. 도 10에서 가로축은 제1 및 제2 전극(36, 38) 사이의 전압(VD)을 나타내고, 세로축은 광전류를 나타낸다. 도 8 내지 도 10에서 게이트 전압(VG)은 0V로 유지하였다.
도 10에서 제1 그래프(G12)는 졸-겔층(60)이 존재할 때의 결과를 나타내고, 베이스 그래프(G10)는 졸-겔층(60)이 존재하지 않을 때의 결과를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 졸-겔층(60)이 존재하지 않을 때(베이스 그래프:G10)보다 졸-겔층(60)이 존재할 때(제1 그래프:G12), 광전류가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 흑백 상태에서는 구분이 명확하지 않아 도면으로 제시하지는 않았지만, AFM 측정을 통해서 졸-겔층(60) 도포 후, TMDC층(34)의 P형 영역(34p)의 표면 상에 Au 미립자들이 형성된 것을 확인하였다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
30:기판 32:절연막
34:전이금속 디칼코게나이드(TMDC)층 34n:TMDC층의 N형 영역
34p:TMDC층의 P형 영역 36, 38:제1 및 제2 전극
40:마스크층 42:미립자
60:졸-겔층
34:전이금속 디칼코게나이드(TMDC)층 34n:TMDC층의 N형 영역
34p:TMDC층의 P형 영역 36, 38:제1 및 제2 전극
40:마스크층 42:미립자
60:졸-겔층
Claims (16)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;
상기 절연막 상에 2차원 물질층을 형성하는 단계; 및
상기 2차원 물질층을 N형 영역과 P형 영역으로 구분하는 단계;를 포함하고,
상기 N형 영역과 상기 P형 영역은 동일한 두께로 형성하고,
상기 2차원 물질층을 N형 영역과 P형 영역으로 구분하는 단계는,
상기 2차원 물질층 상에 이격된 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이의 상기 2차원 물질층의 일부를 상기 P형 영역으로 변화시키는 단계;를 포함하고,
상기 2차원 물질층의 일부를 상기 P형 영역으로 변화시키는 단계는,
상기 2차원 물질층의 상기 N형 영역에 대응하는 영역을 마스크층으로 덮는 단계; 및
상기 2차원 물질층의 상기 P형 영역에 대응하는 영역을 졸-겔층으로 덮는 단계;를 포함하는 전자소자의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 P형 영역에 대응하는 영역을 졸-겔층으로 덮는 단계는,
상기 마스크층을 포함해서 상기 2차원 물질층 상에 존재하는 부재들를 덮는 졸-겔층을 상기 2차원 물질층 상에 도포하는 단계 및
상기 2차원 물질층의 상기 P형 영역에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역에서 상기 졸-겔층을 제거하는 단계를 포함하는 전자소자의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 2차원 물질층은 전이금속 디칼코게나이드(TMDC)층인 전자소자의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 마스크층은 2차원 물질이고, 밴드갭 5 eV 이상의 비전도성 물질층인 전자소자의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 마스크층은 h-BN층 또는 운모층인 전자소자의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 졸-겔층은 상기 2차원 물질층의 전자와 결합하는 성분을 포함하는 전자소자의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 성분은 Au인 전자소자의 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140061167A KR102216542B1 (ko) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 제조방법 |
| US14/554,363 US9647166B2 (en) | 2014-05-21 | 2014-11-26 | Electronic device including laterally arranged P-type and N-type regions in a two dimensional (2D) material layer and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140061167A KR102216542B1 (ko) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150134166A KR20150134166A (ko) | 2015-12-01 |
| KR102216542B1 true KR102216542B1 (ko) | 2021-02-17 |
Family
ID=54556674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140061167A KR102216542B1 (ko) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 제조방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9647166B2 (ko) |
| KR (1) | KR102216542B1 (ko) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102523974B1 (ko) * | 2016-02-15 | 2023-04-20 | 삼성전자주식회사 | 전하 배리어층을 포함한 광전 소자 |
| KR101916998B1 (ko) * | 2016-04-26 | 2019-01-30 | 연세대학교 산학협력단 | 전이금속 디칼코게나이드와 금속 산화물 반도체를 이용한 pn 접합 다이오드 및 그 제조방법 |
| KR101695426B1 (ko) * | 2016-07-08 | 2017-01-23 | 군산대학교 산학협력단 | 하이브리드 광전변환 소자 |
| KR102618541B1 (ko) * | 2016-08-04 | 2023-12-28 | 삼성전자주식회사 | 이차원 물질층을 포함하는 전자 소자 |
| KR101865755B1 (ko) * | 2016-11-09 | 2018-06-11 | 울산과학기술원 | h-BN을 보호층으로 사용하는 봉지 재료 및 이의 제조방법 |
| KR102491061B1 (ko) | 2020-09-04 | 2023-01-25 | 한국과학기술연구원 | 교차 게이트 배열을 포함한 광학 소자 |
| KR102365927B1 (ko) | 2020-09-16 | 2022-02-23 | 한국과학기술연구원 | 선형 편광 특성을 검출하는 광 다이오드 |
| KR102418302B1 (ko) * | 2021-01-14 | 2022-07-06 | 성균관대학교산학협력단 | 다중 영미분 전달전도 특성을 갖는 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
| KR20220107576A (ko) * | 2021-01-25 | 2022-08-02 | 삼성전자주식회사 | 이차원 물질을 포함하는 반도체 소자 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110003451A1 (en) * | 2008-02-08 | 2011-01-06 | Freescale Semiconductor, Inc. | Intermediate product for a multichannel fet and process for obtaining an intermediate product |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009132165A2 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | President And Fellows Of Harvard College | Microfabrication of carbon-based devices such as gate-controlled graphene devices |
| EP2661775A1 (en) * | 2011-01-04 | 2013-11-13 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) | Semiconductor device |
| KR20120118566A (ko) * | 2011-04-19 | 2012-10-29 | 성균관대학교산학협력단 | 박막 트랜지스터 |
| TWI565087B (zh) | 2011-07-01 | 2017-01-01 | 劉鴻達 | 具有光電轉換元件的裝置、陣列裝置及液晶顯示器 |
| BR112014010178A2 (pt) * | 2011-10-28 | 2017-06-27 | Univ Georgetown | processo e sistema para gerar uma fotorresposta de junções de schottky de mos2 |
| KR101920710B1 (ko) * | 2012-01-03 | 2018-11-21 | 삼성전자주식회사 | 인버터 소자, ｎａｎｄ 소자, ｎｏｒ 소자, 및 이를 포함하는 논리 장치 |
| KR20130130915A (ko) * | 2012-05-23 | 2013-12-03 | 경희대학교 산학협력단 | 다층 전이금속 칼코겐화합물 소자 및 이를 이용한 반도체 소자 |
| US9368667B1 (en) * | 2013-02-01 | 2016-06-14 | Sung Jin Kim | Plasmon field effect transistor |
| KR102156320B1 (ko) * | 2013-11-21 | 2020-09-15 | 삼성전자주식회사 | 이차원 물질을 포함하는 인버터와 그 제조방법 및 인버터를 포함하는 논리소자 |
| SG11201606376WA (en) * | 2014-03-21 | 2016-09-29 | Intel Corp | Transition metal dichalcogenide semiconductor assemblies |
| US9472396B2 (en) * | 2014-04-15 | 2016-10-18 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Plasma treated semiconductor dichalcogenide materials and devices therefrom |
| KR102374118B1 (ko) * | 2014-10-31 | 2022-03-14 | 삼성전자주식회사 | 그래핀층 및 그 형성방법과 그래핀층을 포함하는 소자 및 그 제조방법 |
-
2014
- 2014-05-21 KR KR1020140061167A patent/KR102216542B1/ko active IP Right Grant
- 2014-11-26 US US14/554,363 patent/US9647166B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110003451A1 (en) * | 2008-02-08 | 2011-01-06 | Freescale Semiconductor, Inc. | Intermediate product for a multichannel fet and process for obtaining an intermediate product |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20150340522A1 (en) | 2015-11-26 |
| US9647166B2 (en) | 2017-05-09 |
| KR20150134166A (ko) | 2015-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102216542B1 (ko) | 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 제조방법 | |
| Xue et al. | p‐Type MoS2 and n‐Type ZnO diode and its performance enhancement by the piezophototronic effect | |
| Lee et al. | Nonvolatile ferroelectric memory circuit using black phosphorus nanosheet-based field-effect transistors with P (VDF-TrFE) polymer | |
| US8154007B2 (en) | Silicon-quantum-dot semiconductor near-infrared photodetector | |
| KR20160149105A (ko) | 광전자소자 | |
| KR101713280B1 (ko) | 전기 에너지 발생장치 | |
| US10608095B2 (en) | Electronic device based on black phosphorous single channel with multi-function and method of manufacturing the same | |
| KR101922107B1 (ko) | 반도체소자 및 그 제조방법 | |
| JPWO2017111173A1 (ja) | 積層体 | |
| JP5897621B2 (ja) | 透明な整流性の金属−金属酸化物−半導体接触構造およびその製造方法および使用 | |
| KR20160139007A (ko) | 버퍼 재료를 위한 금속 시드 층의 변환 | |
| KR102130286B1 (ko) | 포토다이오드 및 그 제조 방법 | |
| US20130048070A1 (en) | Tunnel photovoltaic | |
| CN110660882A (zh) | 一种新型栅控PIN结构GaN紫外探测器及其制备方法 | |
| US9455365B1 (en) | Optoelectronic switch having a photovoltaic response and associated method of use | |
| CN104134700B (zh) | 新型薄膜晶体管及光电子器件和微电子器件 | |
| JP2018521502A (ja) | 誘起結合を有するバックコンタクト型光電池 | |
| WO2015015694A1 (ja) | 光起電力装置 | |
| JP2013222858A (ja) | 整流素子 | |
| KR101665863B1 (ko) | 정류 다이오드 및 그 제조방법 | |
| US20210111283A1 (en) | Multi-negative differential transconductance device and method of producing the same | |
| US20180261667A1 (en) | Semiconductor device | |
| KR102143778B1 (ko) | 차원 혼합 포토 다이오드를 포함한 이미지 센서 | |
| JP7212437B2 (ja) | 半導体デバイス、その製造方法および半導体製造システム | |
| WO2014207853A1 (ja) | 整流素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |