KR20190078980A - Array of graphene qunantum dots embedded in hexagonal boron nitride and manufacturing method for the same, electronic device comprising for the same - Google Patents
Array of graphene qunantum dots embedded in hexagonal boron nitride and manufacturing method for the same, electronic device comprising for the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190078980A KR20190078980A KR1020170180843A KR20170180843A KR20190078980A KR 20190078980 A KR20190078980 A KR 20190078980A KR 1020170180843 A KR1020170180843 A KR 1020170180843A KR 20170180843 A KR20170180843 A KR 20170180843A KR 20190078980 A KR20190078980 A KR 20190078980A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- graphene quantum
- boron nitride
- hexagonal boron
- quantum dots
- thin film
- Prior art date
Links
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 124
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 123
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 83
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims description 80
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 107
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 59
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 6
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims abstract description 5
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims abstract description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 52
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 45
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 33
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 claims description 22
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 15
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 12
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 4
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical class 0.000 description 2
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 2
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000085 borane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
- H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
- H01L21/02345—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light
- H01L21/02351—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light treatment by exposure to corpuscular radiation, e.g. exposure to electrons, alpha-particles, protons or ions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/65—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
- H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
- H01L21/02129—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being boron or phosphorus doped silicon oxides, e.g. BPSG, BSG or PSG
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L29/1606—Graphene
Abstract
Description
본 발명은 그래핀 양자점의 디자인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 전자 소자에 이용 가능한 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the design of graphene quantum dots, and more particularly to a thin film having graphene quantum dots available in various electronic devices formed in hexagonal boron nitride and methods of making the same.
그래핀 양자점은 양자구속효과(quantum confinement effect)로 인해 밴드갭(bandgap)을 제어하고 광전자 소자의 양자 효율을 높일 수 있다는 점에서 주목을 받고 있는 나노 소재이다. 그래핀 양자점은 일반적으로 벌크 그래파이트(bulk graphite)로부터 수열 절단 및 화학적 박리 방법으로 제조된다. 이러한 방법은 간단하고 대량생산이 가능하다는 장점을 지니지만, 양자점의 특정 크기 및 형태 조절하는데 어려움이 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)를 사용하여 특정 크기 그래핀 양자점을 제작하는 방법이 보고 되었다. 이 방법은 양자점 크기를 매우 정밀하게 제어 할 수 있지만, 특수 장비를 필요로 하고, 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라 기술의 한계로 인해 20 nm 이하 크기의 양자점을 제작하는데 어려움이 있다. 따라서, 그래핀 양자점의 크기와 배열을 제어할 수 있는 효과적인 방법에 대해 여전히 산업계의 수요가 존재하고 있었다. 더욱이, 일반적인 방법으로 제조된 그래핀 양자점은 국한된 에너지 상태(localized energy state)의 가장자리를 보유하기 때문에 전하 수송 특성 조절하기 쉽지 않으므로 국한 상태(localized state)를 포함하지 않는 잘 정렬된 경계를 갖는 양자점을 얻는 것이 매우 중요하다. Graphene quantum dots are attracting attention because they can control the bandgap due to the quantum confinement effect and increase the quantum efficiency of optoelectronic devices. Graphene quantum dots are generally prepared by hydrothermal cutting and chemical stripping methods from bulk graphite. Although this method has advantages of being simple and capable of mass production, it is difficult to control the specific size and shape of the quantum dots. To overcome these limitations, a method of fabricating a specific size graphene quantum dot using e-beam lithography has been reported. This method can control the size of the quantum dots very precisely, but it requires special equipment, takes time, and has technical difficulties in fabricating quantum dots of 20 nm or less in size. Thus, there is still a need in the industry for an effective way to control the size and arrangement of graphene quantum dots. Furthermore, since graphene quantum dots manufactured by a general method have an edge of a localized energy state, it is difficult to control charge transport properties. Therefore, quantum dots having well-aligned boundaries that do not include a localized state It is very important to obtain.
이러한 점에서 2차원 절연체인 육방정계 질화붕소는 그래핀과의 유사한 격자 상수(~2 %)로 인해 그래핀 양자점과 경계를 형성하기에 적합한 물질이고, 다른 작용기의 화학 결합으로부터 그래핀 양자점의 경계를 보호할 수 있다. 실제로, 그래핀과 육방정계 질화붕소로 형성된 평면 내 2차원 복합체는 잘 알려져 있고, 패턴 재성장(patterned regrowth), 헤테로 에피텍셜 성장(hetero-epitaxial growth), 치환 반응 방법으로 제조되어 왔다. 최근, 육방정계 질화붕소 트렌치(trench)를 이용한 성장 방법을 통해 질화붕소 내부에 그래핀 나노리본(graphene nanoribbon)이 구현되었다. 그러나, 0차원 물질인 그래핀 양자점의 경우, 경계 효과가 없는 안정된 전자 및 자기 특성을 평가하는 몇 가지 이론적 연구가 수행된 바 있지만, 실험적으로 복합체를 형성하는 방법에 대해서는 전혀 개시된 바가 없었다.In this respect, hexagonal boron nitride, which is a two-dimensional insulator, is a material suitable for forming a boundary with graphene quantum dots due to a similar lattice constant (~ 2%) to graphene, and the boundaries of graphene quantum dots Lt; / RTI > Indeed, in-plane two-dimensional composites formed of graphene and hexagonal boron nitride are well known and have been fabricated by patterned regrowth, hetero-epitaxial growth, and displacement reaction methods. Recently, a graphene nanoribbon has been implemented in boron nitride by a growth method using a hexagonal boron nitride trench. However, in the case of the graphene quantum dot, which is a zero-dimensional material, some theoretical studies have been conducted to evaluate stable electron and magnetic properties without boundary effect, but there has never been a method for experimentally forming a complex.
또한, 이와 같이 패턴 디자인이 형성된 박막에서 그래핀 양자점과 육방정계 질화붕소 간의 물성 차이를 이용하여 전자 소자로 이용하는 기술은 개시된 바가 없었다.Further, there has been no disclosure of a technique for utilizing the difference in physical properties between graphene quantum dots and hexagonal boron nitride in a thin film having such a pattern design as an electronic device.
본 발명의 목적은, 그래핀 양자점과 육방정계 질화붕소가 보유한 구조 상의 유사점 및 전기 전도성, 밴드갭 에너지 등의 물성에 있어서의 차이점을 활용하기 위한 디자인된 박막을 제조하는 기술과 그로부터 제조된 박막을 이용하여 제조한 신개념의 전자 소자를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a technique for manufacturing a thin film designed to utilize the difference in physical properties such as electrical conductivity and bandgap energy of a structure possessed by graphene quantum dots and hexagonal boron nitride and a thin film prepared therefrom To provide an electronic device of a new concept.
본 발명의 일 측에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막은, 육방정계 질화붕소 박막에 있어서, 복수 개의 인접한 질소 원자 및 붕소 원자의 자리(site)가 탄소 원자로 치환되어 형성된 그래핀 양자점(GQD, graphene quantum dot)을 하나 이상 포함한다. A thin film having graphene quantum dots formed on the inside of hexagonal boron nitride according to one aspect of the present invention is a hexagonal boron nitride thin film in which graphene formed by replacing sites of a plurality of adjacent nitrogen atoms and boron atoms with carbon atoms And one or more graphene quantum dots (GQD).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점의 크기는 2 nm 내지 30 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the graphene quantum dot may be 2 nm to 30 nm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 육방정계 질화붕소 박막은, 단원자 층 박막인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hexagonal boron nitride thin film may be a mono-element layer thin film.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점은, 상기 육방정계 질화붕소 박막이 금속 촉매 나노 입자와 접촉한 영역에서 탄소 전구체가 공급되어 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the graphene quantum dot may be formed by supplying a carbon precursor in a region where the hexagonal boron nitride thin film is in contact with the metal catalyst nanoparticles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 촉매 나노 입자의 크기 대비 상기 그래핀 양자점의 크기는 90 % 내지 120 % 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the graphene quantum dots may be 90% to 120% of the size of the metal catalyst nanoparticles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 촉매는 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐 (Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal catalyst may include at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), copper (Cu), and nickel have.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 포함하는 전자 소자는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 채널(channel)을 형성하는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막; 전도성 전극 층을 형성하는 그래핀을 포함하는 박막; 및 터널링 장벽을 형성하는 육방정계 질화붕소 박막;을 포함한다.An electronic device in which a graphene quantum dot according to another aspect of the present invention includes a thin film formed in hexagonal boron nitride is characterized in that graphene quantum dots forming a channel according to an embodiment of the present invention are hexagonal boron nitride A thin film formed inside; A thin film comprising graphene forming a conductive electrode layer; And a hexagonal boron nitride thin film forming a tunneling barrier.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자 소자는, 트랜지스터, 메모리소자, 광전자장치 및 반도체 장치로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electronic device may be one selected from the group consisting of a transistor, a memory device, an optoelectronic device, and a semiconductor device.
본 발명의 또 다른 일 측에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법은, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐 (Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 금속 촉매 나노 입자가 표면에 하나 이상 형성된 베이스 기판을 준비하는 단계; 육방정계 질화붕소 박막을 상기 베이스 기판 상에 전사하는 단계; 및 상기 육방정계 질화붕소 박막 상에 탄소 전구체를 공급하여 그래핀 양자점을 형성하는 단계;를 포함한다.A method for producing a thin film in which a graphene quantum dot according to another aspect of the present invention is formed in hexagonal boron nitride is provided with at least one of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), copper (Cu) Preparing a base substrate having one or more metal catalyst nanoparticles on a surface thereof; Transferring a hexagonal boron nitride thin film onto the base substrate; And supplying a carbon precursor to the hexagonal boron nitride thin film to form graphene quantum dots.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 기판을 준비하는 단계는, 상기 베이스 기판 상에 상기 그래핀 양자점이 형성될 위치에, 상기 형성될 그래핀 양자점의 크기에 상응하는 금속 촉매 나노 입자를 하나 이상 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the base substrate may include the step of forming a metal catalyst nanoparticle corresponding to the size of the graphene quantum dot to be formed at a position where the graphene quantum dot is to be formed on the base substrate Or more.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 촉매 나노 입자의 크기는, 2 nm 내지 30 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the metal catalyst nanoparticles may be 2 nm to 30 nm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서 형성되는 상기 그래핀 양자점의 크기는, 상기 금속 촉매 나노 입자 크기의 90 % 내지 120 % 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the graphene quantum dots formed in the step of forming graphene quantum dots may be 90% to 120% of the size of the metal catalyst nanoparticles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서 상기 탄소 전구체의 공급은 비활성 기체와 함께 공급되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step of forming the graphene quantum dots, the supply of the carbon precursor may be supplied together with the inert gas.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소 전구체는, 메탄(CH4), 에틸렌 (C2H4) 및 아세틸린 (C2H2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon precursor may be at least one selected from the group consisting of methane (CH 4 ), ethylene (C 2 H 4 ), and acetyline (C 2 H 2 ).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서, 탄소 전구체는 1 sccm 내지 100 sccm의 유량으로 0.5 분 내지 60 분 간 공급되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step of forming the graphene quantum dot, the carbon precursor may be supplied at a flow rate of 1 sccm to 100 sccm for 0.5 minute to 60 minutes.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계는 밀폐된 반응로에서 800 ℃ 내지 1100 ℃ 의 온도에서 20 분 내지 60 분 동안 열처리를 수행하는 것을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the graphene quantum dot may include performing a heat treatment at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C for 20 minutes to 60 minutes in a closed reaction furnace.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계; 후에, 상기 베이스 기판 상에 형성된 금속 촉매 나노 입자를 산 처리 방법을 이용하여 제거하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming the graphene quantum dot; And removing the metal catalyst nanoparticles formed on the base substrate by using an acid treatment method.
본 발명의 일 측에 따르면, 육방정계 질화붕소 내부에 크기, 형태 및 배열 등이 설계에 따라 디자인된 그래핀 양자점이 하나 이상 형성된 박막이 제공될 수 있다. 본 발명에서는 동일한 평면 상에 형성된 육방정계 질화붕소 영역과 그래핀 양자점 영역 간의 상이한 물성을 이용하여 트랜지스터, 메모리 소자, 광전자 장치, 반도체 장치 등의 전자 소자에 활용할 수 있는 효과가 있다.According to one aspect of the present invention, there can be provided a thin film in which at least one graphene quantum dot designed according to design such as size, shape, arrangement, and the like is formed inside hexagonal boron nitride. In the present invention, there is an effect that the present invention can be applied to electronic devices such as transistors, memory devices, optoelectronic devices, and semiconductor devices by utilizing different physical properties between the hexagonal boron nitride region and the graphene quantum dot region formed on the same plane.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조 과정을 나타내는 공정도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예의 제조과정에서, 백금 금속 촉매 나노 입자가 형성된 베이스 기판 상에 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막이 제조된 상태에 대한 SEM 및 AFM 사진이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 백금 금속 촉매 나노 입자가 제거된 후, 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 그래핀 양자점의 라만 스펙트럼 분석 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 제조하기 위해 베이스 기판 상에 형성된 금속 나노 촉매 입자의 크기를 나타내는 그래프와 그 각각의 경우에 생성된 그래핀 양자점의 크기를 나타내는 SEM 사진과 분포도이다. ,
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 붕소, 질소 및 탄소에 대한 XPS 분석 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 UV-vis 분석 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 전자 터널링 특성을 분석한 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a thin film formed in hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a process diagram showing a process for producing a thin film having graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a SEM and AFM images of a state in which a thin film having graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride is formed on a base substrate on which platinum metal catalyst nanoparticles are formed in the manufacturing process of an embodiment of the present invention.
4 is a Raman spectrum analysis graph of graphene quantum dots formed inside hexagonal boron nitride after removal of platinum metal catalyst nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the size of metal nanocatalyst particles formed on a base substrate to produce a thin film of graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride according to an embodiment of the present invention, SEM photograph showing the size of graphene quantum dots and distribution chart. ,
FIG. 6 is an XPS analysis graph of boron, nitrogen, and carbon of a thin film formed in hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a UV-vis analysis of a thin film formed in a hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing electron tunneling characteristics of a thin film formed in hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.In the following, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. It is to be understood that the embodiments described below are not intended to limit the embodiments, but include all modifications, equivalents, and alternatives to them.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used only to illustrate specific embodiments and are not intended to limit the embodiments. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. In the following description of the embodiments, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the embodiments may be unnecessarily blurred.
본 발명의 일 측면에 따르면 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 제공한다. According to one aspect of the present invention, a graphene quantum dot provides a thin film formed in hexagonal boron nitride.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 구조를 나타내는 개략도이다. 아래에서는 도 1을 참고하여 본 발명의 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막에 대해 상세히 설명한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a thin film formed in hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention; FIG. Hereinafter, referring to FIG. 1, a thin film formed in hexagonal boron nitride by graphene quantum dots of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막(100)은, 육방정계 질화붕소 박막(110)에 있어서, 복수 개의 인접한 질소 원자 및 붕소 원자의 자리(site)가 탄소 원자로 치환되어 형성된 그래핀 양자점(GQD, graphene quantum dot)(120)을 하나 이상 포함한다. A
양자점이란 화학적인 합성 공정을 이용하여 형성 가능한 수 나노미터 내지 수십 또는 수백 나노미터 크기의 반도체 결정을 말한다. 이러한 양자점은 물질 종류의 변화 없이도 입자의 크기 별로 다른 길이의 빛의 파장을 발생하여 다양한 색을 발할 수 있는 특징이 있어 차세대 발광 소자의 등으로서 주목 받고 있다.A quantum dot is a semiconductor crystal having a size of several nanometers to tens or hundreds of nanometers, which can be formed using a chemical synthesis process. Such quantum dots are attracted attention as next generation light emitting devices because they can generate various wavelengths of light with different lengths according to particle size without changing the kind of the material.
본 발명에서는 물리적인 결합 구조가 유사한 육방정계 질화붕소와 그래핀 양자점을 이용하여 동일한 결합 구조 하에서 각각의 영역이 공존하는 박막을 제공하는 것이다. 보다 상세하게 본 발명의 일 실시예에 따르면, 육방정계 질화붕소 박막의 하나 이상의 영역(Dot)이 그래핀으로 치환되어 그래핀 양자점을 형성한 박막을 제공한다. The present invention provides a thin film in which respective regions coexist under the same bonding structure using hexagonal boron nitride and graphene quantum dots having similar physical bonding structures. More specifically, according to one embodiment of the present invention, at least one region (Dot) of a hexagonal boron nitride thin film is substituted with graphene to form a graphene quantum dot.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점의 크기는 2 nm 내지 30 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the graphene quantum dot may be 2 nm to 30 nm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 육방정계 질화붕소 박막은, 단원자 층 박막인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hexagonal boron nitride thin film may be a mono-element layer thin film.
최근에 육방정계 질화붕소 박막을 단원자 층 박막이면서 대면적으로 합성하는 기술들에 대해 관심이 집중되고, 일부 연구 결과로서 그 방법들에 대해 공개된 바 있다. 본 발명에서, 상기 육방정계 질화붕소 박막을 단원자 층으로 형성하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.Recently, attention has been focused on techniques for synthesizing a hexagonal boron nitride thin film as a monolayer thin film and a large area, and some methods have been disclosed as a result of research. In the present invention, a method of forming the hexagonal boron nitride thin film as a mono-element layer is not particularly limited.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점은, 상기 육방정계 질화붕소 박막이 금속 촉매 나노 입자와 접촉한 영역에서 탄소 전구체가 공급되어 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the graphene quantum dot may be formed by supplying a carbon precursor in a region where the hexagonal boron nitride thin film is in contact with the metal catalyst nanoparticles.
본 발명의 그래핀 양자점의 그래핀은 육방정계 질화붕소가 치환된 것이다. 보다 구체적으로 그래핀 양자점은 육방정계 질화붕소가 금속 촉매 나노 입자와 접촉한 상태에서 탄소 전구체가 공급되면서 질소 및 붕소 원자의 자리가 탄소 원자로 치환된 것일 수 있다. The graphene of the graphene quantum dot of the present invention is substituted with hexagonal boron nitride. More specifically, the graphene quantum dot may be a carbon atom substituted with a nitrogen atom and a boron atom while a carbon precursor is supplied while hexagonal boron nitride is in contact with the metal catalyst nanoparticles.
이 때 상기 탄소 전구체는, 메탄(CH4), 에틸렌 (C2H4) 및 아세틸린 (C2H2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.The carbon precursor may be at least one selected from the group consisting of methane (CH 4 ), ethylene (C 2 H 4 ), and acetyline (C 2 H 2 ).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 촉매 나노 입자의 크기 대비 상기 그래핀 양자점의 크기는 90 % 내지 120 % 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the graphene quantum dots may be 90% to 120% of the size of the metal catalyst nanoparticles.
본 발명에서는 그래핀 양자점의 크기를 원하는 정도로 형성할 수 있다. 이 때 형성되는 그래핀 양자점의 크기는 육방정계 질화붕소가 접촉하게 되는 금속 촉매 나노 입자의 크기를 통해 제어 가능하다. 즉, 육방정계 질화붕소 박막과 접촉하는 금속 촉매 나노 입자를 크게 형성할 경우, 그와 접촉하여 생성되는 그래핀 양자점의 크기도 크게 형성될 수 있다. 반면, 육방정계 질화붕소 박막과 접촉하는 금속 촉매 나노 입자를 작게 형성할 경우, 그와 접촉하여 생성되는 그래핀 양자점의 크기도 작게 형성될 수 있다. In the present invention, the size of the graphene quantum dot can be formed to a desired degree. The size of the graphene quantum dots formed at this time can be controlled through the size of the metal catalyst nanoparticles to which the hexagonal boron nitride contacts. That is, when the metal catalyst nanoparticles contacting the hexagonal boron nitride thin film are formed to a large extent, the size of the graphene quantum dots formed in contact with the metal catalyst nanoparticles can be greatly increased. On the other hand, when the metal catalyst nanoparticles contacting the hexagonal boron nitride thin film are formed small, the size of the graphene quantum dots generated by contact with the metal catalyst nanoparticles may be small.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 촉매는 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐 (Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal catalyst may include at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), copper (Cu), and nickel have.
상기 금속 촉매는 육방정계 질화붕소의 질화붕소(BN)와 접촉하여, 육방정계질화붕소 박막의 인접한 질화붕소를 제거하고 동일한 위치에 그래핀을 형성함으로써 육방정계 질화붕소 박막의 금속 촉매와 접촉하는 일부 영역을 치환 가능한 상태로 만드는 것일 수 있다.The metal catalyst is brought into contact with boron nitride (BN) of hexagonal boron nitride to remove the adjacent boron nitride of the hexagonal boron nitride thin film and form graphene at the same position, thereby forming a part of the metal catalyst of the hexagonal boron nitride thin film It may be to make the region into a replaceable state.
상기 금속 촉매 중 백금은, 저압 화학 기상 증착법을 이용하여 단원자층의 육방정계 질화붕소를 형성할 수 있는 최적의 촉매일 수 있다. Platinum among the metal catalysts may be an optimal catalyst capable of forming hexagonal boron nitride of a monolithic layer by using a low pressure chemical vapor deposition method.
본 발명의 다른 일 측면에서는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 포함하는 전자 소자를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an electronic device including a thin film formed within hexagonal boron nitride by a graphene quantum dot.
전자 소자에서 상기 그래핀 양자점과 육방정계 질화붕소는 밴드 갭 에너지, 전기 전도성 등을 포함하는 서로 다른 물성을 나타내기 때문에 상기 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막은 다양한 목적을 가진 소재로서 전자 소자 내에서 이용될 수 있다.Since the graphene quantum dots and the hexagonal boron nitride in the electronic device exhibit different physical properties including band gap energy, electric conductivity, and the like, the thin film having the graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride is a material having various purposes Can be used in electronic devices.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 포함하는 전자 소자는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 채널(channel)을 형성하는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막; 전도성 전극 층을 형성하는 그래핀을 포함하는 박막; 및터널링 장벽을 형성하는 육방정계 질화붕소 박막;을 포함하는 것일 수 있다.An electronic device in which a graphene quantum dot according to another aspect of the present invention includes a thin film formed in hexagonal boron nitride is characterized in that graphene quantum dots forming a channel according to an embodiment of the present invention are hexagonal boron nitride A thin film formed inside; A thin film comprising graphene forming a conductive electrode layer; And a hexagonal boron nitride thin film forming a tunneling barrier.
일 예로서, 상대적으로 전기 전도성이 더 강한 그래핀을 전극 소재로 이용하면서, 절연 특성을 지닌 육방정계 질화붕소는 터널링 장벽으로 구현된 전자 소자를 제조할 수 있다.As an example, hexagonal boron nitride having an insulating property can manufacture an electronic device realized with a tunneling barrier while using graphene having relatively higher electrical conductivity as an electrode material.
일 예로서, 상기 육방정계 질화붕소 박막은 그래핀으로 형성된 두 층 사이에 전자-홀 교환 층으로서 포함될 수 있다.As an example, the hexagonal boron nitride thin film may be included as an electron-hole exchange layer between two layers formed of graphene.
일 예로서, 상기 전자 소자는 제1 전극(일 예로서, 그래핀 소재) 층 - 제 1 터널링 장벽(일 예로서, 질화붕소 소재) 층 - 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막 층 - 제 2 터널링 장벽(일 예로서, 질화붕소 소재) 층 - 제2 전극(일 예로서, 그래핀 소재) 층으로 형성된 샌드위치 구조체를 포함하는 것일 수 있다. 이 때, 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 복수 개의 그래핀 양자점을 형성할 경우 멀티 채널을 확보할 수 있다. In one example, the electronic device includes a first electrode (e.g., a graphene material) layer, a first tunneling barrier (e.g., a boron nitride material) layer, a graphene quantum dot formed in a hexagonal boron nitride A sandwich structure formed of a second tunneling barrier (e. G., A boron nitride material) layer and a second electrode (e. G., Graphene) layer. At this time, when a plurality of graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride are formed, multi-channel can be secured.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자 소자는, 트랜지스터, 메모리소자, 광전자장치 및 반도체 장치로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electronic device may be one selected from the group consisting of a transistor, a memory device, an optoelectronic device, and a semiconductor device.
본 발명의 또 다른 일 측면에서는 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a thin film in which graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조 과정을 나타내는 공정도이다. 아래에서는 도 2를 참고하여 본 발명의 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법 각 단계에 대해 상세히 설명한다.FIG. 2 is a process diagram showing a process for producing a thin film having graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, with reference to FIG. 2, each step of the method for producing a thin film in which graphene quantum dots of the present invention are formed in hexagonal boron nitride will be described in detail.
본 발명의 또 다른 일 측에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법은, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐 (Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 금속 촉매 나노 입자가 표면에 하나 이상 형성된 베이스 기판을 준비하는 단계; 육방정계 질화붕소 박막을 상기 베이스 기판 상에 전사하는 단계; 및 상기 육방정계 질화붕소 박막 상에 탄소 전구체를 공급하여 그래핀 양자점을 형성하는 단계;를 포함한다.A method for producing a thin film in which a graphene quantum dot according to another aspect of the present invention is formed in hexagonal boron nitride is provided with at least one of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), copper (Cu) Preparing a base substrate having one or more metal catalyst nanoparticles on a surface thereof; Transferring a hexagonal boron nitride thin film onto the base substrate; And supplying a carbon precursor to the hexagonal boron nitride thin film to form graphene quantum dots.
이 때, 상기 베이스 기판은 SiO2 소재를 포함하는 것일 수 있다.At this time, the base substrate may include SiO 2 material.
이 때, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서는 육방정계 질화붕소가 그래핀으로 치환된다. 보다 상세하게는 복수 개의 질화붕소 입자의 질소 및 붕소의 자리의 원자가 탄소 원자로 치환됨으로써 그래핀 양자점이 형성된다. At this time, in the step of forming graphene quantum dots, hexagonal boron nitride is substituted with graphene. More specifically, graphene quantum dots are formed by substituting carbon atoms for atoms of nitrogen and boron in a plurality of boron nitride particles.
상기 치환되는 과정의 일 예를, 화학식과 열역학적 계산식을 통해 확인해 보면 아래와 같다. 아래의 식은 그래핀으로부터 육방정계 질화붕소를 합성하는 알려진 방법의 반응식 중 하나에 대한 역반응 반응식이다.An example of the substitution process will be described below using the formula and the thermodynamic formula. The equation below is a reverse reaction formula for one of the known reaction schemes for synthesizing hexagonal boron nitride from graphene.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
BN(육방정계 질화붕소) + 3CH4 → 3C(그래핀) + 2BH3 + 2NH3(ΔHR = 810.63 kJ/mol)BN (hexagonal boron nitride) + 3CH 4 ? 3C (graphene) + 2BH 3 + 2NH 3 (? HR = 810.63 kJ / mol)
상기 화학식 1에서는 메탄은 그래핀의 탄소 전구체 물질로 사용되었고, 보레인과 암모니아가 부산물로 생성되었다. 육방정계 질화붕소가 그래핀으로 치환되는 과정은 흡열반응이다.In the above formula (1), methane was used as a carbon precursor material for graphene, and borane and ammonia were produced as byproducts. The process by which hexagonal boron nitride is replaced by graphene is an endothermic reaction.
따라서 육방정계 질화붕소에서 그래핀으로 치환을 시도하기 위해서는 활성화 에너지를 극복하기 위한 상당한 수준의 에너지를 필요로 한다. Thus, substitution of hexavalent boron nitride with graphene requires a considerable amount of energy to overcome the activation energy.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 기판을 준비하는 단계는, 상기 베이스 기판 상에 상기 그래핀 양자점이 형성될 위치에, 상기 형성될 그래핀 양자점의 크기에 상응하는 금속 촉매 나노 입자를 하나 이상 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the base substrate may include the step of forming a metal catalyst nanoparticle corresponding to the size of the graphene quantum dot to be formed at a position where the graphene quantum dot is to be formed on the base substrate Or more.
본 발명에서 베이스 기판의 표면 상에 금속 촉매 나노 입자를 하나 이상 형성하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 아니한다. 다만, 일 예로서 최근에 Chem. Mater. 2015, 27, 7003 에서 발표된 바 있는 SiO2 베이스 기판 상에 백금 금속 촉매 나노 입자를 형성하는 방법을 참고하여 그와 유사한 공정을 이용하여 베이스 기판 상에 금속 촉매 나노 입자를 형성할 수도 있다. The method of forming at least one metal catalyst nanoparticle on the surface of the base substrate in the present invention is not particularly limited. However, as an example, recently, Chem. Mater. 2015, 27, SiO 2, which was released in 7003 bars Metal catalyst nanoparticles may be formed on a base substrate by using a similar process with reference to a method of forming platinum metal catalyst nanoparticles on a base substrate.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 촉매 나노 입자의 크기는, 2 nm 내지 30 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the metal catalyst nanoparticles may be 2 nm to 30 nm.
상기 금속 촉매 나노 입자는 결국 그래핀 양자점의 크기와 관련이 있는 요소이다. 상기 금속 촉매 나노 입자가 2 nm 미만으로 형성될 경우 열처리 과정에서 금속 나노 입자가 증기화되는 문제가 생길 수 있고, 30 nm 초과로 형성될 경우 치환 반응으로 형성된 그래핀 양자점의 양자구속 효과를 확인하는데 어려움이 있다.The metal catalyst nanoparticles are ultimately related to the size of the graphene quantum dot. When the metal catalyst nanoparticles are formed to a thickness of less than 2 nm, the metal nanoparticles may be vaporized during the heat treatment. When the metal catalyst nanoparticles are formed to a thickness of more than 30 nm, the quantum confinement effect of the graphene quantum dot formed by the substitution reaction is confirmed There is a difficulty.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서 형성되는 상기 그래핀 양자점의 크기는, 상기 금속 촉매 나노 입자 크기의 90 % 내지 120 % 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the size of the graphene quantum dots formed in the step of forming graphene quantum dots may be 90% to 120% of the size of the metal catalyst nanoparticles.
그래핀 양자점은 대체적으로 육방정계 질화붕소가 접촉하게 되는 금속 촉매 나노 입자의 크기와 비례하는 경향을 지니지만, 공정 조건의 설계에 따라서 조금 더 작거나 크게 형성될 수 있다. Graphene quantum dots generally have a tendency to be proportional to the size of the metal catalyst nanoparticles to which the hexagonal boron nitride is to be contacted, but may be made smaller or larger depending on the design of the process conditions.
상기 그래핀 양자점의 크기는 바람직하게는 95 % 내지 110 % 인 것일 수 있다. 상기 그래핀 양자점의 크기는 더욱 바람직하게는 97 % 내지 105 % 인 것일 수 있다. The size of the graphene quantum dot may preferably be 95% to 110%. The size of the graphene quantum dot may more preferably be 97% to 105%.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서 상기 탄소 전구체의 공급은 비활성 기체와 함께 공급되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step of forming the graphene quantum dots, the supply of the carbon precursor may be supplied together with the inert gas.
상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서, 탄소 전구체의 공급과 함께 비활성 기체를 함께 공급할 수 있다. 일 예로서, 상기 비활성 기체는 아르곤 및 질소 일 수 있다. 상기 비활성 기체의 주입 유량은 10 sccm 내지 100 sccm 인 것일 수 있다.In the step of forming the graphene quantum dots, an inert gas may be supplied together with the supply of the carbon precursor. As an example, the inert gas may be argon and nitrogen. The flow rate of the inert gas may be 10 sccm to 100 sccm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소 전구체는, 메탄(CH4), 에틸렌 (C2H4) 및 아세틸린 (C2H2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon precursor may be at least one selected from the group consisting of methane (CH 4 ), ethylene (C 2 H 4 ), and acetyline (C 2 H 2 ).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서, 탄소 전구체는 1 sccm 내지 100 sccm의 유량으로 0.5 분 내지 60 분 간 공급되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step of forming the graphene quantum dot, the carbon precursor may be supplied at a flow rate of 1 sccm to 100 sccm for 0.5 minute to 60 minutes.
상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서, 공급되는 탄소 전구체는 1 sccm 내지 100 sccm의 분사 유량으로 공급되는 것일 수 있다. 상기 탄소 전구체의 분사 유량이 1 sccm 미만일 경우 육방정계 질화붕소 박막의 금속 촉매 나노 입자와 접촉하는 영역에서 질화붕소가 그래핀으로 효과적으로 치환되지 않는 문제가 생길 수 있고, 100 sccm 초과일 경우 육방정계 질화붕소 결합의 일부에 손상이 가는 문제가 생길 수 있다. 상기 탄소 전구체의 분사 유량은 바람직하게는 5 sccm 내지 20 sccm 인 것일 수 있다. In the step of forming the graphene quantum dot, the carbon precursor supplied may be supplied at an injection flow rate of 1 sccm to 100 sccm. When the injection flow rate of the carbon precursor is less than 1 sccm, boron nitride may not be effectively replaced with graphene in a region where the hexagonal boron nitride thin film is in contact with the metal catalyst nanoparticles. If the injection rate exceeds 100 sccm, There may be a problem that a part of the boron bond is damaged. The injection flow rate of the carbon precursor may preferably be 5 sccm to 20 sccm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계는 밀폐된 반응로에서 800 ℃ 내지 1100 ℃ 의 온도에서 20 분 내지 60 분 동안 열처리를 수행하는 것을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the graphene quantum dot may include performing a heat treatment at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C for 20 minutes to 60 minutes in a closed reaction furnace.
상기 반응로의 조건에서 800 ℃ 미만에서 열처리가 수행될 경우 육방정계 질화붕소가 그래핀으로 치환되지 않는 문제가 생길 수 있고, 1100 ℃ 를 초과한 온도에서 열처리가 수행될 경우 그래핀 양자점과 육방정계 질화붕소가 손상되는 문제가 생길 수 있다.When the heat treatment is performed at a temperature of less than 800 ° C under the conditions of the reactor, hexagonal boron nitride may not be replaced with graphene. When heat treatment is performed at a temperature exceeding 1100 ° C, graphene quantum dots and hexagonal system The boron nitride may be damaged.
상기 열처리하는 단계는 바람직하게는 900 ℃ 내지 1000 ℃ 에서 수행되는 것일 수 있다. The step of heat-treating may preferably be performed at a temperature of 900 ° C to 1000 ° C.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계; 후에, 상기 베이스 기판 상에 형성된 금속 촉매 나노 입자를 산 처리 방법을 이용하여 제거하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming the graphene quantum dot; And removing the metal catalyst nanoparticles formed on the base substrate by using an acid treatment method.
최종적으로 그래핀 양자점이 형성된 후에, 베이스 기판 상에서 금속 촉매 나노 입자를 제거함으로써 베이스 기판 상에 구비된 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 확보할 수 있다.After the graphene quantum dots are finally formed, the metal catalyst nanoparticles are removed on the base substrate, so that a thin film having graphene quantum dots formed on the base substrate in hexagonal boron nitride can be secured.
이를 통해 기판에서 별도로 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 분리할 필요 없이, 베이스 기판과 그 위에 형성된 그래핀 양자점이 형성된 육방정계 질화붕소 박막을 통째로 전자 소자에 포함되는 기판 등으로 이용 가능한 효과가 있다.Thereby, the base substrate and the hexagonal boron nitride thin film formed with graphene quantum dots formed thereon are used as a substrate or the like which is entirely contained in the electronic device, without separately separating the thin film formed on the substrate from the hexagonal boron nitride by the graphene quantum dot There is a possible effect.
실시예Example
본 발명의 실시예로서, SiO2 베이스 기판 상에 백금 금속 촉매 나노 입자를 분산 형성하고, 저압 화학적 기상 증착법에 의해 합성한 육방정계 질화붕소 단원자 박막을 그 위에 전사하였다. As an embodiment of the present invention, SiO 2 Platinum metal catalyst nanoparticles were dispersed on a base substrate and the hexagonal boron nitride mononuclear thin film synthesized by low pressure chemical vapor deposition method was transferred thereon.
그 다음 밀폐된 공간에서 메탄 가스와 아르곤 가스를 주입하여 육방정계 질화붕소 단원자 박막의 일부 영역을 그래핀으로 치환하여 그래핀 양자점을 형성하고 950 ℃ 온도에서 10분간 열처리를 수행하였다.Next, methane gas and argon gas were injected into the closed space to replace the hexagonal boron nitride monolayer thin film with graphene to form graphene quantum dots and heat treatment was performed at 950 ° C. for 10 minutes.
상기 실험 과정에서, 메탄 가스의 주입 유량은 5 sccm 제어하였고, 아르곤 가스의 주입 유량은 50 sccm 으로 제어하였다. In the experiment, methane gas injection rate was controlled to 5 sccm, and argon gas injection rate was controlled to 50 sccm.
도 3은, 본 발명의 일 실시예의 제조과정에서, 백금 금속 촉매 나노 입자가 형성된 베이스 기판 상에 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막이 제조된 상태에 대한 SEM 및 AFM 사진이다.FIG. 3 is a SEM and AFM images of a state in which a thin film having graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride is formed on a base substrate on which platinum metal catalyst nanoparticles are formed in the manufacturing process of an embodiment of the present invention.
도 3에 나타난 사진을 통해 백금 촉매와 접촉한 영역에서 육방정계 질화붕소가 그래핀으로 효과적으로 치환된 것을 확인할 수 있다.3, it can be seen that hexagonal boron nitride is effectively replaced with graphene in the region in contact with the platinum catalyst.
산 처리를 통해 상기 베이스 기판 상에서 금속 촉매 나노 입자를 제거함으로써 베이스 기판 상에 구비된 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 확보하였다.By removing the metal catalyst nanoparticles on the base substrate through the acid treatment, a thin film having graphene quantum dots formed on the base substrate in hexagonal boron nitride was secured.
그 후, 형성된 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막에 대해, 효과적으로 그래핀 양자점이 형성되었는지를 확인하기 위해 다양한 방법으로 생성물을 분석하였다.Thereafter, the product was analyzed by various methods in order to confirm whether graphene quantum dots formed effectively in the thin film formed in hexagonal boron nitride were formed graphene quantum dots.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 백금 금속 촉매 나노 입자가 제거된 라만 스펙트럼 분석 그래프이다.4 is a Raman spectrum analysis graph showing removal of platinum metal catalyst nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
도 4의 실험 결과를 통해 백금 촉매와 접촉한 영역에서 육방정계 질화붕소가 그래핀으로 효과적으로 치환된 것을 확인할 수 있다.4, it can be seen that hexagonal boron nitride is effectively replaced with graphene in the region in contact with the platinum catalyst.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 제조하기 위해 베이스 기판 상에 형성된 금속 나노 촉매 입자의 크기를 나타내는 그래프와 그 각각의 경우에 생성된 그래핀 양자점의 크기를 나타내는 SEM 사진과 분포도이다. Figure 5 is a graph showing the size of metal nanocatalyst particles formed on a base substrate to produce a thin film of graphene quantum dots formed in hexagonal boron nitride according to an embodiment of the present invention, SEM photograph showing the size of graphene quantum dots and distribution chart.
도 5를 통해 금속 촉매 나노 입자의 크기에 대략적으로 상응하는 크기의 그래핀 양자점이 형성된 것을 확인할 수 있다.It can be seen from FIG. 5 that a graphene quantum dot having a size approximately corresponding to the size of the metal catalyst nanoparticle is formed.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 붕소(도 6(a)), 질소(도 6(b)) 및 탄소(도 6(c))에 대한 XPS 분석 그래프이다.6 (a), 6 (b) and 6 (c)) of the thin film formed in the hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention, ). ≪ / RTI >
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 UV-vis 분석 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing a UV-vis analysis of a thin film formed in a hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention.
도 7은 수정 기판 상에 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 배치한 후 UV를 조사하여 분석한 것으로서, 도 7을 보면, 200 nm 파장 대에서 날카로운 피크가 발생하는 것으로 육방정계 질화붕소의 존재를 확인할 수 있으며, 263 nm, 330 nm 파장 대에서 피크가 발생하는 것으로 그래핀 양자점의 존재를 확인할 수 있다.FIG. 7 is a graph showing a graphene quantum dot formed on a quartz crystal substrate by arranging a thin film formed on the quartz crystal boron nitride on a quartz substrate and then irradiating with UV light. As shown in FIG. 7, sharp peaks occur at a wavelength of 200 nm, The existence of boron can be confirmed, and the presence of a graphene quantum dot can be confirmed by the occurrence of a peak at a wavelength band of 263 nm and 330 nm.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 전자 터널링 특성을 분석한 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing electron tunneling characteristics of a thin film formed in hexagonal boron nitride by graphene quantum dots according to an embodiment of the present invention.
도 8(a)는, 제1 전극(그래핀 소재) 층 - 제 1 터널링 장벽(질화붕소 소재) 층 - 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막 층 - 제 2 터널링 장벽(질화붕소 소재) 층 - 제2 전극(그래핀 소재) 층으로 형성된 샌드위치 구조체에서 전자 및 정공이 이동하는 경로를 개략적으로 나타내는 그래프이다. FIG. 8A is a cross-sectional view showing a case where a first electrode (graphene) layer-a first tunneling barrier (boron nitride material) layer-a graphene quantum dot is formed in a hexagonal boron nitride-second tunneling barrier ) Layer and a second electrode (graphene) layer, respectively.
도 8(b)는 도 8(a) 구조의 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram)이며, 도 8(c) 및 도 8(d)는 7 nm 크기 및 13 nm 크기의 그래핀 양자점이 형성된 경우의 실시예에서 측정된 각각의 밴드 갭 에너지를 확인할 수 있는 그래프이다. 8 (b) is an energy band diagram of the structure of FIG. 8 (a), and FIGS. 8 (c) and 8 (d) are energy band diagrams of the structures of 7 nm and 13 nm graphene quantum dots FIG. 5 is a graph showing the bandgap energies measured in the embodiment. FIG.
도 8을 통해 본 발명의 그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 전자 소자에 적용할 경우, 그래핀 양자점을 이용해 복수 개의 채널을 형성할 수 있고, 터널링 특성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.8, when a thin film having the graphene quantum dot of the present invention formed in hexagonal boron nitride is applied to an electronic device, a plurality of channels can be formed using graphene quantum dots and tunneling characteristics can be realized have.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, if the techniques described are performed in a different order than the described methods, and / or if the described components are combined or combined in other ways than the described methods, or are replaced or substituted by other components or equivalents Appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (17)
복수 개의 인접한 질소 원자 및 붕소 원자의 자리(site)가 탄소 원자로 치환되어 형성된 그래핀 양자점(GQD, graphene quantum dot)을 하나 이상 포함하는,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막.
In the hexagonal boron nitride thin film,
A graphene quantum dot (GQD) formed by replacing a site of a plurality of adjacent nitrogen atoms and boron atoms with carbon atoms,
A thin film in which graphene quantum dots are formed inside hexagonal boron nitride.
상기 그래핀 양자점의 크기는 2 nm 내지 30 nm 인 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the graphene quantum dot has a size of 2 nm to 30 nm.
A thin film in which graphene quantum dots are formed inside hexagonal boron nitride.
상기 육방정계 질화붕소 박막은, 단원자 층 박막인 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the hexagonal boron nitride thin film is a monolayer thin film,
A thin film in which graphene quantum dots are formed inside hexagonal boron nitride.
상기 그래핀 양자점은, 상기 육방정계 질화붕소 박막이 금속 촉매 나노 입자와 접촉한 영역에서 탄소 전구체가 공급되어 형성되는 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the graphene quantum dot is formed by supplying a carbon precursor in a region where the hexagonal boron nitride thin film is in contact with the metal catalyst nanoparticle.
A thin film in which graphene quantum dots are formed inside hexagonal boron nitride.
상기 금속 촉매 나노 입자의 크기 대비 상기 그래핀 양자점의 크기는 90 % 내지 120 % 인 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막.
5. The method of claim 4,
Wherein the size of the graphene quantum dots relative to the size of the metal catalyst nanoparticles is 90% to 120%
A thin film in which graphene quantum dots are formed inside hexagonal boron nitride.
상기 금속 촉매는 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐 (Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막.
5. The method of claim 4,
Wherein the metal catalyst comprises at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), copper (Cu), and nickel (Ni)
A thin film in which graphene quantum dots are formed inside hexagonal boron nitride.
전도성 전극 층을 형성하는 그래핀을 포함하는 박막; 및
터널링 장벽을 형성하는 육방정계 질화붕소 박막;을 포함하는,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 포함하는 전자 소자.
A thin film formed on the inside of hexagonal boron nitride by graphene quantum dots forming a channel of any one of claims 1 to 6;
A thin film comprising graphene forming a conductive electrode layer; And
And a hexagonal boron nitride thin film forming a tunneling barrier,
Wherein the graphene quantum dot comprises a thin film formed inside hexagonal boron nitride.
상기 전자 소자는, 트랜지스터, 메모리소자, 광전자장치 및 반도체 장치로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막을 포함하는 전자 소자.
8. The method of claim 7,
Wherein the electronic device is one selected from the group consisting of a transistor, a memory device, an optoelectronic device, and a semiconductor device.
Wherein the graphene quantum dot comprises a thin film formed inside hexagonal boron nitride.
육방정계 질화붕소 박막을 상기 베이스 기판 상에 전사하는 단계; 및
상기 육방정계 질화붕소 박막 상에 탄소 전구체를 공급하여 그래핀 양자점을 형성하는 단계;를 포함하는,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
A base substrate on which at least one metal catalyst nanoparticle including at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), copper (Cu), and nickel step;
Transferring a hexagonal boron nitride thin film onto the base substrate; And
And supplying a carbon precursor on the hexagonal boron nitride thin film to form graphene quantum dots.
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 베이스 기판을 준비하는 단계는,
상기 베이스 기판 상에 상기 그래핀 양자점이 형성될 위치에, 상기 형성될 그래핀 양자점의 크기에 상응하는 금속 촉매 나노 입자를 하나 이상 형성하는 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The step of preparing the base substrate may include:
Wherein at least one metal catalyst nanoparticle corresponding to a size of the graphene quantum dot to be formed is formed at a position where the graphene quantum dot is to be formed on the base substrate.
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 금속 촉매 나노 입자의 크기는, 2 nm 내지 30 nm 인 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the metal catalyst nanoparticles have a size of 2 nm to 30 nm.
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서 형성되는 상기 그래핀 양자점의 크기는, 상기 금속 촉매 나노 입자 크기의 90 % 내지 120 % 인 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The size of the graphene quantum dots formed in the step of forming graphene quantum dots is 90% to 120% of the size of the metal catalyst nanoparticles.
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서 상기 탄소 전구체의 공급은 비활성 기체와 함께 공급되는 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step of forming the graphene quantum dot comprises feeding the carbon precursor with an inert gas.
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 탄소 전구체는, 메탄(CH4), 에틸렌 (C2H4) 및 아세틸린 (C2H2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the carbon precursor is at least one selected from the group consisting of methane (CH 4 ), ethylene (C 2 H 4 ), and acetyline (C 2 H 2 )
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계에서, 탄소 전구체는 1 sccm 내지 100 sccm의 유량으로 0.5 분 내지 60 분 간 공급되는 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein in the step of forming the graphene quantum dot, the carbon precursor is supplied at a flow rate of 1 sccm to 100 sccm for 0.5 to 60 minutes,
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계는, 밀폐된 반응로에서 800 ℃ 내지 1100 ℃ 의 온도에서 20 분 내지 60 분 동안 열처리를 수행하는 것을 포함하는 것인,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step of forming the graphene quantum dot comprises performing a heat treatment in a closed reactor at a temperature of 800 占 폚 to 1100 占 폚 for 20 minutes to 60 minutes.
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
상기 그래핀 양자점을 형성하는 단계; 후에,
상기 베이스 기판 상에 형성된 금속 촉매 나노 입자를 산 처리 방법을 이용하여 제거하는 단계;를 더 포함하는,
그래핀 양자점이 육방정계 질화붕소 내부에 형성된 박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Forming the graphene quantum dot; after,
And removing the metal catalyst nanoparticles formed on the base substrate using an acid treatment method.
Wherein graphene quantum dots are formed in hexagonal boron nitride.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170180843A KR102027042B1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Array of graphene qunantum dots embedded in hexagonal boron nitride and manufacturing method for the same, electronic device comprising for the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170180843A KR102027042B1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Array of graphene qunantum dots embedded in hexagonal boron nitride and manufacturing method for the same, electronic device comprising for the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190078980A true KR20190078980A (en) | 2019-07-05 |
| KR102027042B1 KR102027042B1 (en) | 2019-09-30 |
Family
ID=67225601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170180843A KR102027042B1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Array of graphene qunantum dots embedded in hexagonal boron nitride and manufacturing method for the same, electronic device comprising for the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102027042B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407210A (en) * | 2018-11-12 | 2019-03-01 | 国家纳米科学中心 | A kind of polarized wave waveguide transmission coupling device and preparation method based on hetero-junctions in face |
| CN115074123A (en) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 安徽师范大学 | Boron-nitrogen-sulfur doped carbon quantum dot, preparation method thereof, method for detecting lowest detectable value concentration of Ag + and method for detecting pH |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130032536A (en) * | 2011-09-23 | 2013-04-02 | 전자부품연구원 | Method for graphene hybrid film comprising hexagonal boron nitride |
| KR20130063410A (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-14 | 삼성전자주식회사 | Hexagonal boron nitride sheet, process for preparing the sheet and electronic device comprising the sheet |
| US20140120270A1 (en) * | 2011-04-25 | 2014-05-01 | James M. Tour | Direct growth of graphene films on non-catalyst surfaces |
| WO2014144144A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Xolve, Inc. | Polymer nanocomposites |
| KR101662708B1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-10-06 | 울산과학기술원 | Preparing method of in-plane heterostructure having hexagonal boron nitride infiltrating graphene |
-
2017
- 2017-12-27 KR KR1020170180843A patent/KR102027042B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140120270A1 (en) * | 2011-04-25 | 2014-05-01 | James M. Tour | Direct growth of graphene films on non-catalyst surfaces |
| KR20130032536A (en) * | 2011-09-23 | 2013-04-02 | 전자부품연구원 | Method for graphene hybrid film comprising hexagonal boron nitride |
| KR20130063410A (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-14 | 삼성전자주식회사 | Hexagonal boron nitride sheet, process for preparing the sheet and electronic device comprising the sheet |
| WO2014144144A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Xolve, Inc. | Polymer nanocomposites |
| KR101662708B1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-10-06 | 울산과학기술원 | Preparing method of in-plane heterostructure having hexagonal boron nitride infiltrating graphene |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407210A (en) * | 2018-11-12 | 2019-03-01 | 国家纳米科学中心 | A kind of polarized wave waveguide transmission coupling device and preparation method based on hetero-junctions in face |
| CN115074123A (en) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 安徽师范大学 | Boron-nitrogen-sulfur doped carbon quantum dot, preparation method thereof, method for detecting lowest detectable value concentration of Ag + and method for detecting pH |
| CN115074123B (en) * | 2022-07-27 | 2023-09-12 | 安徽师范大学 | Boron-nitrogen-sulfur doped carbon quantum dot, preparation method thereof, method for detecting minimum concentration detectable by Ag+ and method for detecting pH |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102027042B1 (en) | 2019-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Strategies, status, and challenges in wafer scale single crystalline two-dimensional materials synthesis | |
| Wang et al. | A review of graphene synthesisatlow temperatures by CVD methods | |
| KR101284059B1 (en) | Graphene-Oxide Semiconductor Heterojunction Devices, and Production Method of the Same | |
| US8927969B2 (en) | Doped graphene electronic materials | |
| TWI588285B (en) | Process for forming carbon film or inorganic material film on substrate | |
| JP5816981B2 (en) | Control method of graphene film growth | |
| US8426842B2 (en) | Doped graphene electronic materials | |
| JP4880644B2 (en) | Branched carbon nanotube growth method | |
| Maharubin et al. | Synthesis and applications of semiconducting graphene | |
| KR101273695B1 (en) | Method for forming graphene pattern and method for manufacturing electronic element having graphene pattern | |
| KR20110051584A (en) | Method of fabricating graphene using alloy catalyst | |
| WO2011097014A1 (en) | Doped graphene electronic materials | |
| CN103359720A (en) | Preparation method of narrow graphene nanoribbons | |
| Xia et al. | Recent strategies for activating the basal planes of transition metal dichalcogenides towards hydrogen production | |
| US20150167148A1 (en) | Method for Synthesis of Uniform Bi-Layer and Few-Layer Hexagonal Boron Nitride Dielectric Films | |
| Herrera-Reinoza et al. | Atomically precise bottom-up synthesis of h-BNC: graphene doped with h-BN nanoclusters | |
| Liang et al. | From solid carbon sources to graphene | |
| CN103359718A (en) | Preparation method of narrow graphene nanoribbons | |
| KR102027042B1 (en) | Array of graphene qunantum dots embedded in hexagonal boron nitride and manufacturing method for the same, electronic device comprising for the same | |
| Sim et al. | Recent advances in metallic transition metal dichalcogenides as electrocatalysts for hydrogen evolution reaction | |
| Li et al. | Controllable preparation of 2D vertical van der waals heterostructures and superlattices for functional applications | |
| Wu et al. | Recent progress in III-nitride nanosheets: properties, materials and applications | |
| US8455981B2 (en) | Doped graphene electronic materials | |
| Niu et al. | Atomic mechanism for the growth of wafer-scale single-crystal graphene: theoretical perspective and scanning tunneling microscopy investigations | |
| Dai et al. | Spatial confinement approach using ni to modulate local carbon supply for the growth of uniform transfer-free graphene monolayers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |