KR20210053538A - Preparation method of transition metal chalcogenide thin film, and photo diode comprising transition metal chalcogenide thin film prepared by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법 및 이의 방법으로 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막을 포함하는 포토 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film and a photodiode including a transition metal chalcogenide thin film manufactured by the method.
칼코게나이드란 양이온과 최소 한 가지 이상의 칼코겐 음이온과 이 결합하여 만들어진 화합물을 의미한다. 주기율표 상에서 16족에 해당하는 S, Se, Te와 같은 원소들이 주로 칼코겐 원소로 분류되며, 산소를 제외한 황, 셀레늄, 텔레늄 등이 이에 속한다. 칼코겐원소는 일반 광석에서 주로 발견할 수 있으며, 그 형태가 다양하다. Chalcogenide refers to a compound formed by combining a cation and at least one chalcogen anion. Elements such as S, Se, and Te corresponding to Group 16 on the periodic table are mainly classified as chalcogen elements, and sulfur, selenium, and telenium excluding oxygen belong to this. Chalcogen elements can be found mainly in ordinary ores, and their forms vary.
칼코게나이드 중, 최근 10년간 다양한 연구 분야에서 지속적으로 연구가 진행된 그래핀과 비슷한 구조를 지니면서도 자연적으로 반도체적 성질과 특정한 밴드갭을 가진 전이금속 디칼코게나이드에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. Among chalcogenides, studies on dichalcogenides, a transition metal that have a structure similar to graphene, which have been continuously researched in various research fields for the past 10 years, have a naturally semiconducting property and a specific band gap, are being actively conducted.
전이금속 디칼코게나이드 중 특히 이황화몰리브덴(MoS2)은 대표적인 전이금속 디칼코게나이드 물질로 몰리브덴(Mo)이 황(S) 사이에 개재된 샌드위치 구조로 되어 있으며 원자 간에 매우 강한 공유결합을 통해 층을 이루고 있다. 반면, 각 층들끼리는 약한 반데르발스 결합을 하는 이차원 층상구조를 갖는다. 즉, 이황화몰리브덴(MoS2)은 Mo 원자와 S 원자가 만드는 삼각형의 방향에 따라 헥사고날(Hexagonal, 2H)과 옥타헤드랄(Octahedral, 1T)로 분류할 수 있는데, 구조에 따라 반도체가 되기도 하고 도체가 되기도 한다.Among the transition metal dichalcogenides, molybdenum disulfide (MoS 2 ) in particular is a representative transition metal dichalcogenide material. It has a sandwich structure in which molybdenum (Mo) is interposed between sulfur (S), and the layer is formed through a very strong covalent bond between atoms. It is fulfilling. On the other hand, each layer has a two-dimensional layered structure with weak Van der Waals bonds. In other words, molybdenum disulfide (MoS 2 ) can be classified into hexagonal (2H) and octahedral (1T) depending on the direction of the triangle made by the Mo atom and the S atom. It also becomes.
최근 보고된 높은 전자 이동도와 우수한 광전 특성을 나타내는 이황화몰리브덴(MoS2) 소자들은 대부분 테이프 등을 이용한 기계적 박리 방법으로 단결정에서 분리한 플레이크(flake)들을 이용하여 제작한 것들로, 균일한 대면적 시편을 만드는 측면에 있어서 한계점을 가지고 있어 산업용 대량생산에 적용한 문제가 있다. 산업용 대량생산을 위한 대표적인 이황화몰리브덴(MoS2) 제조 방법으로는 잉크 형태의 이황화몰리브덴(MoS2)을 제조하여 기판 위에 적용하는 방법과 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용한 증착 방법이 제시된 바 있다. Molybdenum disulfide (MoS 2 ) devices, which have recently reported high electron mobility and excellent photoelectric properties, are mostly manufactured using flakes separated from single crystals by a mechanical peeling method using tape, etc., and are uniform large-area specimens. There is a problem applied to industrial mass production because it has a limitation in terms of making the product. Representative molybdenum disulfide for industrial mass production (MoS 2) manufacturing method is set out a deposition method using a molybdenum disulfide of the ink form (MoS 2) the prepared by applying on a substrate method and the chemical vapor deposition of (Chemical Vapor Deposition, CVD) There is a bar.
잉크를 이용한 방법은 리튬 이온을 이용하기 때문에 가연성 및 희소성이 문제가 되며, 또한 형성된 이황화몰리브덴(MoS2)의 균일성 또한 낮은 문제점이 있다.Since the ink-based method uses lithium ions, flammability and scarcity are problematic, and the uniformity of the formed molybdenum disulfide (MoS 2 ) is also low.
또한, 화학기상증착법(CVD)을 이용한 방법은 매우 고온이 필요할 뿐만 아니라 균일한 막을 형성하기 쉽지 않다. In addition, a method using chemical vapor deposition (CVD) requires very high temperatures and is not easy to form a uniform film.
이들 방법들 외에, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0078876호에서는 전기도금 공정을 이용한 자기제어 이황화몰리브덴 단일층의 합성 방법 및 이에 의해 제조된 자기제어 이황화몰리브덴 단일층을 이용한 트랜지스터가 개시된 바 있으며, 그 외 이황화몰리브덴(MoS2)을 비롯한 전이금속 칼코겐화합물 제조 방법으로는 전이금속 산화물(예, MoO3) 분말과 황분말을 고온으로 가열, 증발시켜서 증기가 인접하게 위치한 기판에 닿아 황화물이 증착 되도록 하는 방법, Mo등의 전이금속막에 황 증기를 공급하며 가열하여 황화시키는 방법, 그리고 기판을 (NH4)2MoS4 용액 등에 딥 코팅(dip coating)한 후 황 증기 하에서 가열하여 황화막을 제조하는 방법 등이 제안되었다. In addition to these methods, Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2015-0078876 discloses a method for synthesizing a single layer of self-controlled molybdenum disulfide using an electroplating process and a transistor using a single layer of self-controlled molybdenum disulfide manufactured thereby, In addition, molybdenum disulfide (MoS 2 ) and other transition metal chalcogen compounds are prepared by heating and evaporating transition metal oxide (e.g. MoO 3 ) powder and sulfur powder at a high temperature to evaporate the sulfide as the vapor touches the adjacent substrate. To prepare a sulfide film by supplying sulfur vapor to a transition metal film such as Mo and heating it to sulfide, and dip coating the substrate on a (NH 4 ) 2 MoS 4 solution and then heating it under sulfur vapor to prepare a sulfide film. How to do it, etc. have been proposed.
그러나, 이러한 방법들 모두 매우 고온이 필요하며, 기판 위에 단결정이 성장한 영역과 제대로 성장하지 못한 영역이 혼재하는 등 균일한 막을 형성하기 어려워 고품질의 이황화몰리브덴(MoS2)을 제조하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.However, both of these methods require very high temperatures, and it is difficult to form a uniform film, such as a mixture of regions where single crystals have grown and regions that have not been properly grown on the substrate, so that technology development for manufacturing high-quality molybdenum disulfide (MoS 2) is required. Has become.
본 발명의 목적은The object of the present invention
전이금속 칼코게나이드 박막 및 이를 포함하는 포토 다이오드의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is to provide a transition metal chalcogenide thin film and a method of manufacturing a photodiode including the same.
상기 목적을 달성하기 위해,To achieve the above object,
본 발명의 일 실시 예는, An embodiment of the present invention,
스퍼터링 장치의 챔버 내에 전이금속 칼코게나이드를 포함하는 타겟을 형성하는 단계;Forming a target including a transition metal chalcogenide in the chamber of the sputtering device;
상기 챔버 내에 상기 타겟과 이격하도록 기판을 배치하는 단계;Disposing a substrate in the chamber to be spaced apart from the target;
상기 챔버 내에 불활성 가스 및 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스를 주입하는 단계;Injecting a reactive gas including an inert gas and a chalcogen element into the chamber;
상기 타겟 및 상기 기판 사이에 플라즈마를 형성하여, 상기 기판상에 전이금속 칼코게나이드를 증착하는 단계; 및Forming a plasma between the target and the substrate to deposit a transition metal chalcogenide on the substrate; And
상기 전이금속 칼코게나이드가 증착된 기판을 열처리하는 단계;를 포함하는 Including; heat-treating the substrate on which the transition metal chalcogenide is deposited
전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film.
또한, 본 발명의 다른 실시 예는,In addition, another embodiment of the present invention,
기판;Board;
상기 기판의 일면에 배치되는 하부 전극;A lower electrode disposed on one surface of the substrate;
상기 기판의 타면에 배치되며, 상기 제조방법으로 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막; 및A transition metal chalcogenide thin film disposed on the other surface of the substrate and manufactured by the manufacturing method; And
상기 박막상에 배치되는 상부 전극;을 포함하는, Containing; an upper electrode disposed on the thin film
포토 다이오드를 제공한다.Provides a photodiode.
본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법은 결함이 적고, 균일한 두께를 갖는 고품질의 2차원의 전이금속 칼코게나이드 박막을 제조할 수 있다. 또한, 고품질의 전이금속 칼코게나이드 박막을 대면적으로 제조할 수 있다. 또한, 단일 장치로 제조할 수 있어, 공정 효율을 향상시킬 수 있다. In the method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film according to an exemplary embodiment of the present invention, a high-quality two-dimensional transition metal chalcogenide thin film having fewer defects and a uniform thickness may be manufactured. In addition, it is possible to manufacture a high-quality transition metal chalcogenide thin film over a large area. In addition, since it can be manufactured with a single device, process efficiency can be improved.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 포토 다이오드는 전이금속 칼코게나이드 박막을 포함하며, 가시광선 검출 성능이 우수한 효과가 있다. In addition, the photodiode according to an embodiment of the present invention includes a transition metal chalcogenide thin film, and has excellent visible light detection performance.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법을 나타내는 그림이고,
도 2 및 3은 실시 예 및 비교 예에 따라 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막에 대해 X-선 광전자 분광기((XPS)로 분석한 결과 그래프이고,
도 4는 실시 예 및 비교 예에 따라 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막에 대해 라만 분광기로 분석한 결과 그래프이고,
도 5는 실시 예 및 비교 예에 따라 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막에 대해 자외선-가시광선 분광광도계로 분석한 결과 그래프이고,
도 6은 열처리 온도에 달리하여 제조한 전이금속 칼코게나이드 박막에 대해 라만 분광기로 비교 분석한 결과 그래프이고,
도 7은 열처리 온도에 달리하여 제조한 전이금속 칼코게나이드 박막 각각에 대해 자외선-가시광선 분광광도계로 비교 분석한 결과 그래프이고,
도 8 내지 도 12는 실시 예 및 비교 예에 따라 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막의 광 감지 특성을 측정한 전압-전류 그래프이고,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막에 대해 주사탐침현미경(AFM)을 이용하여 두께를 분석한 사진이다.1 is a diagram showing a method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film according to an embodiment of the present invention,
2 and 3 are graphs of the results of analyzing a transition metal chalcogenide thin film prepared according to Examples and Comparative Examples with an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),
4 is a graph showing the results of analyzing a transition metal chalcogenide thin film prepared according to Examples and Comparative Examples by Raman spectroscopy,
5 is a graph showing the results of analyzing a transition metal chalcogenide thin film prepared according to Examples and Comparative Examples with an ultraviolet-visible spectrophotometer,
6 is a graph showing the results of comparative analysis of a transition metal chalcogenide thin film prepared by varying the heat treatment temperature by Raman spectroscopy,
7 is a graph showing the results of comparative analysis with an ultraviolet-visible spectrophotometer for each of the transition metal chalcogenide thin films prepared by varying the heat treatment temperature,
8 to 12 are voltage-current graphs measuring the photo-sensing characteristics of a transition metal chalcogenide thin film prepared according to Examples and Comparative Examples,
13 is a photograph showing a thickness analysis of a transition metal chalcogenide thin film according to an embodiment of the present invention using a scanning probe microscope (AFM).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation, and elements indicated by the same reference numerals in the drawings are the same elements. In addition, "including" a certain element throughout the specification means that other elements may be further included rather than excluding other elements unless specifically stated to the contrary.
본 발명의 일 실시 예는An embodiment of the present invention
스퍼터링 장치의 챔버 내에 전이금속 칼코게나이드를 포함하는 타겟을 형성하는 단계;Forming a target including a transition metal chalcogenide in the chamber of the sputtering device;
상기 챔버 내에 상기 타겟과 이격하도록 기판을 배치하는 단계;Disposing a substrate in the chamber to be spaced apart from the target;
상기 챔버 내에 불활성 가스 및 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스를 주입하는 단계;Injecting a reactive gas including an inert gas and a chalcogen element into the chamber;
상기 타겟 및 상기 기판 사이에 플라즈마를 형성하여, 상기 기판상에 전이금속 칼코게나이드를 증착하는 단계; 및Forming a plasma between the target and the substrate to deposit a transition metal chalcogenide on the substrate; And
상기 전이금속 칼코게나이드가 증착된 기판을 열처리하는 단계;를 포함하는 Including; heat-treating the substrate on which the transition metal chalcogenide is deposited
전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법을 나타내는 모식도일 수 있다. 1 may be a schematic diagram showing a method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법은 반응성 가스가 공급되는 스퍼터링 장치를 이용하여 2차원의 전이금속 디칼코게나이드 박막을 제조하는 방법일 수 있다. The method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film according to an exemplary embodiment of the present invention may be a method of manufacturing a two-dimensional transition metal dichalcogenide thin film using a sputtering device supplied with a reactive gas.
본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 전이금속 칼코게나이드 박막은 Ti, Hr,V, Nb, Ta, Mo, W, Tc 및 Re 중 적어도 하나의 전이금속(M)을 포함하고, S, Se 및 Te 중 적어도 하나의 칼코겐 원소(X)를 포함하며, MX2로 표시되는 2차원의 전이금속 디칼코게나이드 박막일 수 있다. The transition metal chalcogenide thin film prepared according to an embodiment of the present invention includes at least one transition metal (M) of Ti, Hr, V, Nb, Ta, Mo, W, Tc and Re, and S, Se and It includes at least one chalcogen element (X) among Te, and may be a two-dimensional transition metal dichalcogenide thin film represented by MX 2.
본 발명의 제조방법은 대면적의 2차원의 전이금속 디칼코게나이드 박막을 고품질로 제조할 수 있다. 이에, 제조한 2차원의 전이금속 디칼코게나이드 박막을 광소자(photonics), 웨어러블소자(wearable electronics) 및 센서 소자(sensing device)등에 적용하여, 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. The manufacturing method of the present invention can produce a large-area two-dimensional transition metal dichalcogenide thin film with high quality. Accordingly, the fabricated two-dimensional transition metal dichalcogenide thin film may be applied to photonics, wearable electronics, and sensor devices to improve device performance.
상기 스퍼터링 장치의 챔버 내에 전이금속 칼코게나이드를 포함하는 타겟을 형성하는 단계는, 스퍼터링 장치의 타겟 홀더에 전이금속 칼코게나이드 타겟을 배치하는 단계일 수 있다.The step of forming the target including the transition metal chalcogenide in the chamber of the sputtering apparatus may be a step of disposing the transition metal chalcogenide target on the target holder of the sputtering apparatus.
상기 스퍼터링 장치는 고주파(Radio frequency, RF) 전원을 사용하는 RF 스퍼터링 장치일 수 있고, 바람직하게는 반응성 가스가 공급되는 RF 스퍼터링 장치일 수 있고, 더욱 바람직하게는 반응성 가스가 공급되고, 가열수단과 연결된 스퍼터링 장치일 수 있다.The sputtering device may be an RF sputtering device using a radio frequency (RF) power source, preferably an RF sputtering device to which a reactive gas is supplied, more preferably a reactive gas is supplied, and a heating means and It may be a connected sputtering device.
상기 타겟은 전이금속 칼코게나이드를 포함할 수 있다. The target may include a transition metal chalcogenide.
상기 타겟은 디스크, 판, 사각형 및 시트 중 어느 하나의 형태일 수 있다.The target may be in the form of any one of a disk, a plate, a square, and a sheet.
상기 챔버 내에 상기 타겟과 이격하도록 기판을 배치하는 단계는, 스퍼터링 공정을 통해 전이금속 칼코게나이드 박막이 형성되는 기판을 기판 홀더에 배치하는 단계일 수 있다. Arranging the substrate in the chamber so as to be spaced apart from the target may be a step of disposing a substrate on which a transition metal chalcogenide thin film is formed on a substrate holder through a sputtering process.
상기 스터터링 장치는 챔버 내부의 하부면에 타겟 홀더가 배치될 수 있고, 상부면에 기판 홀더가 배치될 수 있다. In the stuttering apparatus, a target holder may be disposed on a lower surface of the chamber, and a substrate holder may be disposed on the upper surface.
상기 기판 홀더는 가열수단과 연결될 수 있고, 상기 가열수단에 의해 가열될 수 있다. The substrate holder may be connected to a heating means, and may be heated by the heating means.
상기 기판은 금속, 반도체, 절연체 및 고분자 중 적어도 하나를 포함하는 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 실리콘(Si), 사파이어 및 쿼츠 기판 중 어느 하나일 수 있고, 또는 폴리이미드(PI) 또는 폴리에틸렌 테 레프탈레이트(PET)의 고분자 기판일 수 있다.The substrate may be a substrate including at least one of a metal, a semiconductor, an insulator, and a polymer. For example, the substrate may be any one of silicon (Si), sapphire, and quartz substrates, or a polymer substrate of polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET).
상기 챔버 내에 불활성 가스, 및 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스를 주입하는 단계는, 고품질의 전이금속 칼코게나이드 박막을 형성하기 위해 스퍼터링 챔버 분위기를 형성하는 단계일 수 있다.Injecting an inert gas and a reactive gas including a chalcogen element into the chamber may be a step of forming a sputtering chamber atmosphere to form a high-quality transition metal chalcogenide thin film.
만약, 챔버 내에 반응성 가스를 주입하지 않을 경우, 즉 불활성 가스를 100 부피% 주입할 경우, 스퍼터링에 의해 증착된 박막은 전이금속 칼코게나이드 이외에 전이금속산화물등의 이종의 화합물 또는 불순물을 더 포함할 수 있다.If the reactive gas is not injected into the chamber, that is, 100% by volume of an inert gas is injected, the thin film deposited by sputtering may further contain heterogeneous compounds or impurities such as transition metal oxides in addition to the transition metal chalcogenide. I can.
일 예로, 이황화몰리브덴(MoS2) 이외에 몰리브덴산화물(MoO3)을 더 포함하는 박막이 형성될 수 있고, 또는 화학양론적으로(stoichiometrically) 원자의 비가 맞지 않는 MoS2-x(0<X<2)형태의 이황화몰리브덴 박막이 형성될 수 있다.For example, a thin film containing molybdenum oxide (MoO 3 ) in addition to molybdenum disulfide (MoS 2 ) may be formed, or a stoichiometrically moS 2-x (0<X<2) that does not match the atomic ratio. ) Type molybdenum disulfide thin film can be formed.
본 발명의 일 실시 예는, 스퍼터링 공정으로 박막 형성시 반응성 가스에 포함된 칼코겐 원소를 제조되는 전이금속 칼코게나이드 박막에 제공할 수 있으며, 이를 통해 불순물 함량을 최소화할 수 있고, 화학양론적으로 원자의 비가 맞는 전이금속 칼코게나이드를 형성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when a thin film is formed by a sputtering process, a chalcogen element contained in a reactive gas may be provided to the prepared transition metal chalcogenide thin film, thereby minimizing the impurity content, and stoichiometric Transition metal chalcogenide can be formed with the right atomic ratio.
즉, 전이금속 칼코게나이드의 단일 물질로 구성되고 결함이 적은, 고품질의 전이금속 칼코게나이드 박막을 제조할 수 있다.That is, it is possible to manufacture a high-quality transition metal chalcogenide thin film composed of a single material of the transition metal chalcogenide and having few defects.
상기 단계는, 스퍼터링 챔버 내부를 고진공 상태로 형성한 후, 불활성 가스 및 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스를 주입하는 단계일 수 있다.The step may be a step of injecting a reactive gas including an inert gas and a chalcogen element after forming the inside of the sputtering chamber in a high vacuum state.
이때, 상기 고진공 상태는 챔버 내부의 압력이 10-6 내지 10-2 Torr인 상태일 수 있고, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 네온(Ne) 및 헬륨(He) 중 적어도 하나일 수 있다.In this case, the high vacuum state may be a state in which the pressure inside the chamber is 10 -6 to 10 -2 Torr, and the inert gas is among argon (Ar), nitrogen (N 2 ), neon (Ne), and helium (He). There may be at least one.
상기 주입되는 불활성 가스 및 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스는 99.5:0.5 내지 97:3의 부피비로 주입될 수 있고, 바람직하게는 99:1의 부피비로 주입될 수 있다.The injected inert gas and the reactive gas including the chalcogen element may be injected at a volume ratio of 99.5:0.5 to 97:3, and preferably may be injected at a volume ratio of 99:1.
이는, 고품질의 전이금속 칼코게나이드 박막을 제조하기 위한 것으로, 주입되는 전체 가스 대비 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스를 0.5 부피% 미만으로 포함하거나, 3 부피%초과하는 양으로 포함할 경우, 제조되는 박막이 결함을 갖거나 전이금속 칼코게나이드이외의 불순물을 포함하는 박막이 형성되는 문제가 발생될 수 있다.This is for manufacturing a high-quality transition metal chalcogenide thin film, and when the reactive gas containing the chalcogen element is contained in an amount less than 0.5% by volume, or in an amount exceeding 3% by volume, compared to the total gas to be injected, the preparation There may be a problem that a thin film to be formed has defects or a thin film containing impurities other than a transition metal chalcogenide is formed.
상기 타겟 및 상기 기판 사이에 플라즈마를 형성하여, 상기 기판상에 전이금속 칼코게나이드를 증착하는 단계는, 스퍼터링 공정에 의해 타겟으로부터 분리된 전이금속, 칼코겐 원소 및 전이금속 칼코게나이드 중 적어도 하나의 물질을 기판상에 증착하는 단계일 수 있으며, 동시에 스퍼터링 공정에 의해 반응성 가스가 이온화되어 형성된 칼코겐 원소가 기판상에 증착될 수 있다.The step of depositing a transition metal chalcogenide on the substrate by forming a plasma between the target and the substrate may include at least one of a transition metal, a chalcogen element, and a transition metal chalcogenide separated from the target by a sputtering process. It may be a step of depositing a material of on the substrate, and at the same time, a chalcogen element formed by ionizing a reactive gas by a sputtering process may be deposited on the substrate.
상기 플라즈마는 불활성 가스 및 반응성 가스가 이온화된 상태일 수 있다.In the plasma, an inert gas and a reactive gas may be ionized.
상기 플라즈마는 상기 타겟을 음극과 연결하고, 상기 기판을 양극과 연결한 후 전압을 인가하는 방법 및 챔버 내에 자기장을 형성하는 방법 중 적어도 하나의 방법으로 형성할 수 있다.The plasma may be formed by at least one of a method of connecting the target to a cathode, applying a voltage after connecting the substrate to an anode, and forming a magnetic field in a chamber.
이때, 상기 플라즈마 형성으로 이온화된 불활성 가스는 가속 후 타켓과 충돌하여 상기 타겟으로부터 전이금속, 칼코겐 원소 및 전이금속 칼코게나이드 중 적어도 하나의 물질이 방출할 수 있다. 상기 타겟으로부터 방출된 전이금속, 칼코겐 원소 및 전이금속 칼코게나이드 중 적어도 하나의 물질은 상기 기판상에 증착될 수 있다. 또한, 이때, 상기 반응성 가스가 이온화되어 형성된 칼코겐 원소가 상기 기판상에 증착될 수 있다. At this time, the inert gas ionized by plasma formation may collide with the target after acceleration, and at least one of a transition metal, a chalcogen element, and a transition metal chalcogenide may be released from the target. At least one of a transition metal, a chalcogen element, and a transition metal chalcogenide released from the target may be deposited on the substrate. In addition, at this time, a chalcogen element formed by ionization of the reactive gas may be deposited on the substrate.
본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법은, 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스 분위기에서 상기 기판상에 전이금속 칼코게나이드를 스퍼터링하여 증착함으로써, 전이금속 및 칼코게나이드가 일정한 결합비로 결합된 전이금속 칼코게나이드 박막을 제조할 수 있다. In the method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film according to an embodiment of the present invention, by sputtering and depositing a transition metal chalcogenide on the substrate in a reactive gas atmosphere containing a chalcogen element, the transition metal and the chalcogenide are Transition metal chalcogenide thin films bonded at a constant binding ratio can be prepared.
또한, 4 내지 20 nm의 균일한 나노 두께를 갖는 전이금속 칼코게나이드 박막을 제조할 수 있다.In addition, it is possible to prepare a transition metal chalcogenide thin film having a uniform nano-thickness of 4 to 20 nm.
또한, 기판 크기로 박막을 제조할 수 있어, 전이금속 칼코게나이드 박막을 대면적으로 제조할 수 있다.In addition, since a thin film can be prepared in the size of a substrate, a transition metal chalcogenide thin film can be prepared in a large area.
상기 전이금속 칼코게나이드가 증착된 기판을 열처리하는 단계는, 증착한 전이금속 칼코게나이드 박막의 결정성을 향상시키기 위한 단계일 수 있다.The step of heat-treating the substrate on which the transition metal chalcogenide is deposited may be a step for improving the crystallinity of the deposited transition metal chalcogenide thin film.
이때 상기 열처리는 상기 스퍼터링 장치 챔버 내부에서 수행될 수 있다.In this case, the heat treatment may be performed inside the sputtering apparatus chamber.
본 발명의 실시 예에 따른 제조방법은 단일 장치를 이용하여 고품질의 전이금속 칼코게나이드 박막을 제조할 수 있어, 고품질의 전이금속 칼코게나이드 박막을 보다 용이하게 제조할 수 있다. The manufacturing method according to an embodiment of the present invention can produce a high-quality transition metal chalcogenide thin film using a single device, and thus, a high-quality transition metal chalcogenide thin film can be more easily manufactured.
일 예로, 상기 열처리는 상기 기판홀더를 가열하여, 상기 기판 홀더에 배치된 기판의 온도를 증가시키는 방법으로 수행할 수 있다.For example, the heat treatment may be performed by heating the substrate holder to increase the temperature of the substrate disposed on the substrate holder.
본 발명의 일 실시 예는 단일 장치 내에서 전이금속 칼코게나이드를 증착 및 열처리함으로써, 결정성이 우수하고 결함이 적은 고품질의 전이금속 칼코게나이드 박막을 형성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by depositing and heat treating the transition metal chalcogenide in a single device, a high-quality transition metal chalcogenide thin film having excellent crystallinity and low defects may be formed.
이를 위해, 상기 열처리는 상기 챔버 내부를 10-6 내지 10-3 Torr의 고진공 상태로 형성한 후 상기 기판 또는 기판 홀더를 650 내지 850℃로 가열하는 방법으로 수행할 수 있고, 바람직하게는 700 내지 800 ℃로 가열하는 방법으로 수행할 수 있다. 이는, 결정성이 우수한 박막을 형성하기 위한 것으로, 만약, 상기 열처리를 650 ℃ 미만의 온도에서 수행할 경우, 결정성이 낮은 박막이 형성될 수 있다.To this end, the heat treatment may be performed by forming the inside of the chamber in a high vacuum state of 10 -6 to 10 -3 Torr and then heating the substrate or substrate holder to 650 to 850°C, preferably 700 to It can be carried out by heating to 800 °C. This is for forming a thin film having excellent crystallinity, and if the heat treatment is performed at a temperature of less than 650° C., a thin film having low crystallinity may be formed.
또한, 상기 열처리를 850℃를 초과하는 온도에서 수행할 경우 고온 열처리를 수행하기 위한 장치가 별도로 요구될 수 있어, 제조비가 상승하고 제조 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. In addition, when the heat treatment is performed at a temperature exceeding 850° C., an apparatus for performing high-temperature heat treatment may be separately required, thereby increasing manufacturing cost and reducing manufacturing efficiency.
본 발명의 다른 실시 예는,Another embodiment of the present invention,
기판;Board;
상기 기판의 일면에 배치되는 하부 전극;A lower electrode disposed on one surface of the substrate;
상기 기판의 타면에 배치되며, 상기 제조방법으로 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막; 및A transition metal chalcogenide thin film disposed on the other surface of the substrate and manufactured by the manufacturing method; And
상기 박막상에 배치되는 상부 전극;을 포함하는, Containing; an upper electrode disposed on the thin film
포토 다이오드를 제공할 수 있다.A photodiode can be provided.
본 발명의 실시 예에 따른 포토 다이오드는 가시 광선 영역의 빛을 검출하는 포토 다이오드일 수 있다.The photodiode according to an embodiment of the present invention may be a photodiode that detects light in a visible light region.
상기 전이금속 칼코게나이드 박막은 2차원 층상구조의 전이금속 디칼코게나이드일 수 있고, 바람직하게는 이황화몰리브덴(MoS2) 박막일 수 있다.The transition metal chalcogenide thin film may be a transition metal dichalcogenide having a two-dimensional layered structure, preferably a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film.
상기 전이금속 칼코게나이드 박막은 4 내지 20 nm의 균일한 두께를 갖는 박막으로, 결함이 적고 결정성이 우수할 수 있다. The transition metal chalcogenide thin film is a thin film having a uniform thickness of 4 to 20 nm, and may have few defects and excellent crystallinity.
본 발명의 실시 예에 따른 포토 다이오드는 상기 전이금속 칼코게나이드 박막을 포함하여, 300 내지 900 nm 파장의 빛을 검출하는 성능이 현저히 우수할 수 있다. The photodiode according to an embodiment of the present invention may have remarkably excellent performance in detecting light having a wavelength of 300 to 900 nm, including the transition metal chalcogenide thin film.
상기 하부 전극 및 상부 전극은 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나일 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 전기 전도성을 갖는 다른 물질이 사용될 수 있다. The lower electrode and the upper electrode may be at least one of titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), and mixtures thereof, but are not limited thereto, and other materials having electrical conductivity may be used. have.
이하, 실시 예 및 실험 예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples.
단, 하기 실시 예 및 실험 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
실시 예의 조건을 하기 표 1에 나타내었다.The conditions of the examples are shown in Table 1 below.
<실시 예 1><Example 1>
단계 1: 1.5 x 1.5 크기의 P-type Si 기판을 아세톤, 에탄올, DI water 순으로 세척 한 P형 Si 기판을 준비하였다.Step 1: A P-type Si substrate having a size of 1.5 x 1.5 was washed with acetone, ethanol, and DI water in that order to prepare a P-type Si substrate.
단계 2: 스퍼터링 장치의 챔버 상부면에 이황화몰리브덴(MoS2) 타겟을 배치하고 하부면에 배치되며 회전가능한 기판 홀더에 상기 P-type Si 기판을 배치하였다. Step 2: A molybdenum disulfide (MoS 2 ) target was placed on the upper surface of the chamber of the sputtering apparatus, and the P-type Si substrate was placed on a rotatable substrate holder disposed on the lower surface.
단계 3: 진공 펌프를 이용하여 상기 챔버 내부의 압력이 10-6 Torr가 되도록 진공 형성하고, 이후 Ar 및 H2S 가스를 99:1의 부피비로 주입하였다. 이때, 챔버 내부의 압력은 10-3 Torr가 유지되도록 하였다. Step 3: Using a vacuum pump, vacuum was formed so that the pressure inside the chamber became 10 -6 Torr, and then Ar and H 2 S gas were injected in a volume ratio of 99:1. At this time, the pressure inside the chamber was kept to 10 -3 Torr.
단계 4: 상기 스퍼터링 장치에 20W의 고주파(radio frequency, RF) 파워를 인가하여, 상기 P-type Si기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 증착하였다. 이 때, 상기 기판 홀더는 20rpm으로 회전시켰다. Step 4: By applying a radio frequency (RF) power of 20W to the sputtering device, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was deposited on the P-type Si substrate. At this time, the substrate holder was rotated at 20 rpm.
단계 5: 이후, 상기 기판 홀더를 가열하여, 전이금속 칼코게나이드가 증착된 기판을 700 ℃에서 15분간 열처리하여, P-type Si 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. 상기 열처리는 상기 스퍼터링 장치 내에서 수행되었으며, 증착할 때와 동일한 분위기에서 수행하였다. Step 5: Thereafter, the substrate holder was heated, and the substrate on which the transition metal chalcogenide was deposited was heat-treated at 700° C. for 15 minutes to form a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film on the P-type Si substrate. The heat treatment was performed in the sputtering apparatus, and was performed in the same atmosphere as the deposition.
<실시 예 2><Example 2>
상기 실시 예 1에서 기판을 쿼츠 기판으로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 쿼츠 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다.Except for changing the substrate to a quartz substrate in Example 1, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the quartz substrate by performing the same method as in Example 1.
<실시 예 3><Example 3>
상기 실시 예 1에서 기판을 사파이어 기판으로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 사파이어 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다.Except for changing the substrate to a sapphire substrate in Example 1, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the sapphire substrate by performing the same method as in Example 1.
<실시 예 4><Example 4>
상기 실시 예 2의 단계 5에서의 열처리 온도를 500 ℃로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 2와 동일한 방법을 수행하여 쿼츠 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. A molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the quartz substrate by performing the same method as in Example 2, except that the heat treatment temperature in
<실시 예 5><Example 5>
상기 실시 예 2의 단계 5에서의 열처리 온도를 600 ℃로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 2와 동일한 방법을 수행하여 쿼츠 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. A molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the quartz substrate by performing the same method as in Example 2, except that the heat treatment temperature in
<실시 예 6><Example 6>
상기 실시 예 2의 단계 5에서, 열처리하는 온도를 800 ℃로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 2와 동일한 방법을 수행하여 쿼츠 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다 In Step 5 of Example 2, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the quartz substrate by performing the same method as in Example 2, except that the temperature for heat treatment was changed to 800°C.
<실시 예 7><Example 7>
상기 실시 예 3의 단계 5에서의 열처리 온도를 500 ℃로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 3과 동일한 방법을 수행하여 사파이어 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. A molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the sapphire substrate by performing the same method as in Example 3, except that the heat treatment temperature in
<실시 예 8><Example 8>
상기 실시 예 3의 단계 5에서의 열처리 온도를 600 ℃로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 3과 동일한 방법을 수행하여 사파이어 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. A molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the sapphire substrate by performing the same method as in Example 3, except that the heat treatment temperature in
<실시 예 9><Example 9>
상기 실시 예 3의 단계 5에서, 열처리하는 온도를 800 ℃로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 3과 동일한 방법을 수행하여 사파이어 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다 In step 5 of Example 3, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the sapphire substrate by performing the same method as in Example 3, except that the temperature for heat treatment was changed to 800°C.
<실시 예 10><Example 10>
상기 실시 예 1에서 제조된 P-type Si 기판 및 상기 기판상에 형성된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대해, 상기 P-type Si 기판의 하부면에 Ti/Au 하부 전극을 형성하고, 상기 이황화몰리브덴(MoS2) 박막상에 Ti/Au 상부전극을 형성한, 포토 다이오드 소자를 제조하였다.For the P-type Si substrate prepared in Example 1 and the molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film formed on the substrate, a Ti/Au lower electrode was formed on the lower surface of the P-type Si substrate, and the molybdenum disulfide (MoS 2 ) A photodiode device was manufactured in which an upper electrode of Ti/Au was formed on a thin film.
<비교 예 1><Comparative Example 1>
상기 실시 예 1의 단계 3에서, 진공 형성 후 Ar 100% 부피비로 주입하는 것으로 달리하는 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 P-type Si 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. In step 3 of Example 1, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on a P-type Si substrate by performing the same method as in Example 1, except that the vacuum was formed and then injected at a volume ratio of 100% Ar. Formed.
<비교 예 2><Comparative Example 2>
상기 비교 예 1의 P-type Si 기판을 쿼츠 기판으로 달리하는 것을 제외하고, 비교 예 1과 동일한 방법을 수행하여 쿼츠 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. A molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the quartz substrate by performing the same method as in Comparative Example 1, except that the P-type Si substrate of Comparative Example 1 was changed to a quartz substrate.
<비교 예 3><Comparative Example 3>
상기 비교 예 1의 P-type Si 기판을 사파이어 기판으로 달리하는 것을 제외하고, 비교 예 1과 동일한 방법을 수행하여 사파이어 기판상에 이황화몰리브덴(MoS2) 박막을 형성하였다. A molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film was formed on the sapphire substrate by performing the same method as in Comparative Example 1, except that the P-type Si substrate of Comparative Example 1 was changed to a sapphire substrate.
<비교 예 4><Comparative Example 4>
P-type Si 기판의 일면에 Ti/Au 하부 전극을 형성하고, 상기 기판의 타면에 Ti/Au 상부 전극을 형성한, 쇼트키 다이오드 소자를 제조하였다.A Schottky diode device was manufactured in which a Ti/Au lower electrode was formed on one surface of a P-type Si substrate, and a Ti/Au upper electrode was formed on the other surface of the substrate.
<비교 예 5><Comparative Example 5>
상기 비교 예 1에서 제조된 P-type Si 기판 및 상기 기판상에 형성된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대해, 상기 P-type Si 기판의 하부면에 Ti/Au 하부 전극을 형성하고, 상기 이황화몰리브덴(MoS2) 박막상에 Ti/Au 상부 전극을 형성한, 포토 다이오드 소자를 제조하였다.For the P-type Si substrate prepared in Comparative Example 1 and the molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film formed on the substrate, a Ti/Au lower electrode was formed on the lower surface of the P-type Si substrate, and the molybdenum disulfide (MoS 2 ) A photodiode device was manufactured in which an upper electrode of Ti/Au was formed on a thin film.
<실험 예 1><Experimental Example 1>
본 발명의 실시 예에 따라 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막의 물질 특성을 확인하기 위해 실시 예 1 내지 3, 비교 예 1 내지 3에 의해 제조된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대해, X-선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS), 라만 분광기(Raman sepctroscopy) 및 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis spectrophotometry)를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 각각 도 2 내지 5에 나타내었다. For the molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 in order to confirm the material properties of the transition metal chalcogenide thin film prepared according to an embodiment of the present invention, X-ray It was analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman sepctroscopy, and UV-Vis spectrophotometry, and the results are shown in FIGS. 2 to 5, respectively.
도 2 및 3은 실시 예 1 및 비교 예 1 에 의해 제조된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대한 XPS 그래프이다.2 and 3 are XPS graphs for molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin films prepared according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
도 2에 나타난 바와 같이, 실시 예 1의 경우, Mo4+에 해당하는 강도가 현저히 높은 반면, Mo6+ 에 해당하는 피크(peak)가 거의 나타나지 않은 반면, 비교 예 1의 경우, Mo6+ 에 해당하는 피크가 보다 높은 강도로 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 실시 예 1의 경우 비교 예 1 보다 S 2p1/2 및 S 2p3/2 피크의 강도가 높은 것을 알 수 있다. 2, in the case of Example 1, the intensity corresponding to Mo 4+ was remarkably high, whereas the peak corresponding to Mo 6+ hardly appeared, whereas in the case of Comparative Example 1, Mo 6+ It can be seen that the peak corresponding to is appeared with a higher intensity. In addition, as shown in FIG. 3, in the case of Example 1, it can be seen that the intensity of the S 2p 1/2 and S 2p 3/2 peaks is higher than that of Comparative Example 1.
한편, 도 4는 실시 예 3 및 비교 예 3에 의해 제조된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대한 라만(Raman) 그래프로, 라만 그래프에서 나타나는 E1 2g 및 A1g 피크를 통해 제조된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막의 구조 결정성을 알 수 있다.Meanwhile, FIG. 4 is a Raman graph for a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film prepared according to Example 3 and Comparative Example 3, and molybdenum disulfide prepared through E 1 2g and A 1g peaks shown in the Raman graph ( MoS 2 ) It can be seen the structure crystallinity of the thin film.
도 4을 통해 실시 예 3에 의해 제조된 MoS2 박막의 경우, 결함이 적으며, 2차원 시트 형태의 결정구조를 갖는 이황화몰리브덴(MoS2) 박막이 형성된 반면, 비교 예 3에 의해 제조된 MoS2 박막의 경우, 결함이 보다 많은 이황화몰리브덴(MoS2) 박막이 제조됨을 알 수 있다. In the case of the MoS 2 thin film prepared according to Example 3 through FIG. 4 , a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film having fewer defects and a two-dimensional sheet-shaped crystal structure was formed, whereas the MoS prepared by Comparative Example 3 2 In the case of a thin film, it can be seen that a molybdenum disulfide (MoS 2) thin film with more defects is produced.
또한, 도 5는, 실시 예 2 및 비교 예 2에 의해 제조된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대한 UV-Vis 분석 그래프로, 실시 예 2의 경우, 이황화몰리브덴(MoS2)이 2차원 시트 형태임을 나타내는 A 여기(A-excition) 및 B 여기(B-excition)가 나타난 반면, 비교 예 2의 경우, 이에 해당하는 피크가 나타나지 않음을 알 수 있다. In addition, Figure 5 is a UV-Vis analysis graph for the molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film prepared according to Example 2 and Comparative Example 2, in the case of Example 2, molybdenum disulfide (MoS 2 ) is a two-dimensional sheet form It can be seen that A-excition and B-excition were shown, whereas in Comparative Example 2, the corresponding peak did not appear.
이를 통해, Ar 및 H2S 가스 분위기에서 스퍼터링을 수행하여 박막을 제조하는 경우, 불순물 또는 다른 종류의 상이 거의 포함하지 않으며, 2차원 시트 형태의 결정구조를 갖는, 고품질의 MoS2 박막이 제조할 수 있음을 알 수 있다.Through this, when a thin film is prepared by sputtering in an Ar and H 2 S gas atmosphere, impurities or other types of phase are hardly included, and a high-quality MoS 2 thin film having a crystal structure in the form of a two-dimensional sheet can be produced. You can see that you can.
<실험 예 2><Experimental Example 2>
본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법에서, 열처리 온도에 따른 특성을 확인하기 위해 이하와 같은 실험을 수행하였다.In the method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film according to an embodiment of the present invention, the following experiment was performed to confirm the characteristics according to the heat treatment temperature.
실시 예 3, 실시예 7 내지 9에 의해 제조된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대해, 라만 분광기(Raman sepctroscopy)를 이용하여 비교분석 하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. The molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin films prepared according to Example 3 and Examples 7 to 9 were compared and analyzed using Raman sepctroscopy, and the results are shown in FIG. 6.
도 6에 나타난 바와 같이, 실시 예 3(700℃) 및 9(800℃)의 경우, 2차원 시트 형태의 결정구조를 갖는 이황화몰리브덴(MoS2) 박막이 형성된 반면, 실시 예 7 및 8의 경우, 결정성이 현저히 떨어진 형태로 제조되었음을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, in the case of Examples 3 (700° C.) and 9 (800° C.), a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film having a crystal structure in the form of a two-dimensional sheet was formed, whereas in Examples 7 and 8 , It can be seen that the crystallinity was significantly decreased.
<실험 예 3><Experimental Example 3>
본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법에서, 열처리 온도에 따른 특성을 확인하기 위해 이하와 같은 실험을 수행하였다.In the method of manufacturing a transition metal chalcogenide thin film according to an embodiment of the present invention, the following experiment was performed to confirm the characteristics according to the heat treatment temperature.
실시 예 2, 실시예 4 내지 6에 의해 제조된 이황화몰리브덴(MoS2) 박막에 대해, 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis spectrophotometry)를 이용하여 비교분석 하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. The molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film prepared according to Example 2 and Examples 4 to 6 was compared and analyzed using an ultraviolet-visible spectrophotometer, and the results are shown in FIG. 7. .
도 7에 나타난 바와 같이, 실시 예 2 및 6의 경우에는 A 여기(A-excition) 및 B 여기(B-excition) 피크가 나타나지만, 실시 예 4 및 5의 경우에는 상기 피크가 나타나지 않는 것을 알 수 있다. 이를 통해 실시 예 2 및 6 박막의 결정성이 우수한 반면, 실시 예 4 및 5 박막의 경우 내부에 결함이 많고 상대적으로 결정성이 좋지 않음을 알 수 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that in Examples 2 and 6, A-excition and B-excition peaks appear, but in Examples 4 and 5, the peaks do not appear. have. Through this, it can be seen that the crystallinity of the thin films of Examples 2 and 6 is excellent, whereas the thin films of Examples 4 and 5 have many internal defects and have relatively poor crystallinity.
<실험 예 4><Experimental Example 4>
본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 칼코게나이드 박막의 두께를 측정하기 위해, 주사탐침현미경(AFM)을 이용하여, 실시예 1에 의해 제조한 이황화몰리브덴(MoS2) 박막의 두께를 측정하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다.In order to measure the thickness of the transition metal chalcogenide thin film according to an embodiment of the present invention, the thickness of the molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film prepared according to Example 1 was measured using a scanning probe microscope (AFM), The results are shown in FIG. 13.
도 13에 나타난 바와 같이, 실시 예 1에 의해 약 8 nm의 두께를 갖는 이황화몰리브덴(MoS2) 박막이 형성되었음을 알 수 있다.As shown in FIG. 13, it can be seen that a molybdenum disulfide (MoS 2 ) thin film having a thickness of about 8 nm was formed according to Example 1.
<실험 예 5><Experimental Example 5>
본 발명의 실시 예에 따른 포토 다이오드의 특성을 쇼트키 다이오드 소자와 비교 평가하기 위해, 비교 예 3, 비교 예 4 및 실시 예 10에 의해 제조한 다이오드에 대해, 키슬리 4200 반도체 측정 장비를 이용하여 광전류 특성 평가를 수행하였으며, 그 결과를 도 8 내지 10에 나타내었다. 이때 광전류 특성 평가를 위해 850 nm 파장의 빛을 사용하였다.In order to compare and evaluate the characteristics of the photodiode according to the embodiment of the present invention with the Schottky diode device, the diodes manufactured according to Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Example 10 were used using Keithley 4200 semiconductor measuring equipment. Photocurrent characteristic evaluation was performed, and the results are shown in FIGS. 8 to 10. At this time, light with a wavelength of 850 nm was used to evaluate the photocurrent characteristics.
도 8은 비교 예 3에 의해 제조된 다이오드의 광전류 특성을 평가한 그래프이고, 도 9는 비교 예 4에 의해 제조된 다이오드의 광전류 특성을 평가한 그래프이고, 도 10은 실시 예 10에 의해 제조된 다이오드의 광전류 특성을 평가한 그래프이다.8 is a graph evaluating the photocurrent characteristics of the diode manufactured by Comparative Example 3, FIG. 9 is a graph evaluating the photocurrent characteristics of the diode manufactured by Comparative Example 4, and FIG. This is a graph evaluating the photocurrent characteristics of a diode
도 8 내지 10을 비교한 바와 같이, 비교 예 3의 쇼트키 다이오드의 경우, 빛을 감지하는 특성이 현저히 낮은 반면, 비교 예 4 및 실시 예 10에 의해 제조된 포토 다이오드의 경우, 빛 감지 특성이 보다 우수한 것을 알 수 있으며, 특히 실시 예 10의 포토 다이오드의 경우, 보다 낮은 암전류(dark current) 및 보다 높은 포토 전류(photo current)가 나타남을 알 수 있다.As compared with FIGS. 8 to 10, the Schottky diode of Comparative Example 3 has a remarkably low light-sensing characteristic, whereas in the case of the photodiode manufactured according to Comparative Examples 4 and 10, the light-sensing characteristic is It can be seen that it is more excellent, and in particular, in the case of the photodiode of Example 10, it can be seen that lower dark current and higher photo current appear.
<실험 예 6> <Experimental Example 6>
본 발명의 실시 예에 따른 포토 다이오드의 특성을 평가하기 위해, 비교 예 4 및 실시 예 10에 의해 제조한 다이오드에 대해, 실험 예 5와 동일한 방법으로 광전류 특성을 비교하였으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 이때 광전류 특성 평가를 위해 530nm의 파장 및 43.2 mW/cm2 세기의 빛을 사용하였다.In order to evaluate the characteristics of the photodiode according to the embodiment of the present invention, the photocurrent characteristics of the diodes manufactured according to Comparative Examples 4 and 10 were compared in the same manner as in Experimental Example 5, and the results are shown in FIG. Indicated. At this time, light having a wavelength of 530 nm and an intensity of 43.2 mW/cm 2 was used to evaluate the photocurrent characteristics.
도 11에 나타난 바와 같이, 비교 예 4에 의해 제조된 포토 다이오드 보다 실시 예 10에 의해 제조된 포토 다이오드의 광감지 특성이 우수한 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 11, it can be seen that the photodiode manufactured by Example 10 has superior photo-sensing properties than the photodiode manufactured by Comparative Example 4. As shown in FIG.
<실험 예 7><Experimental Example 7>
본 발명의 실시 예에 따른 포토 다이오드에 대해, 가시광선에 대한 광 감지 특성을 분석하기 위해, 400nm, 530nm 및 850nm 파장의 빛을 이용하여, 실험 예 5와 동일한 방법으로 실시 예 10에 의해 제조된 포토 다이오드의 광전류 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 12에 나타내었다. For the photodiode according to the embodiment of the present invention, in order to analyze the photo-sensing characteristics with respect to visible light, light having a wavelength of 400 nm, 530 nm and 850 nm was used, and prepared according to Example 10 in the same manner as in Experimental Example 5. The photocurrent characteristics of the photodiode were measured, and the results are shown in FIG. 12.
도 12에 나타난 바와 같이, 실시 예 10의 포토 다이오드는 400nm, 530nm 및 850nm 파장영역에서 우수한 광 감지 특성을 나타나는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 12, it can be seen that the photodiode of Example 10 exhibits excellent photo-sensing characteristics in the wavelength ranges of 400 nm, 530 nm, and 850 nm.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 포토 다이오드는 가시광선 영역의 빛에 대해 우수한 광 감지 특성을 갖는 것을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the photodiode according to the embodiment of the present invention has excellent photo-sensing characteristics for light in the visible light region.
Claims (6)
상기 챔버 내에 상기 타겟과 이격하도록 기판을 배치하는 단계;
상기 챔버 내에 불활성 가스 및 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스를 주입하는 단계;
상기 타겟 및 상기 기판 사이에 플라즈마를 형성하여, 상기 기판상에 전이금속 칼코게나이드를 증착하는 단계; 및
상기 전이금속 칼코게나이드가 증착된 기판을 열처리하는 단계;를 포함하는
전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법.
Forming a target including a transition metal chalcogenide in the chamber of the sputtering device;
Disposing a substrate in the chamber to be spaced apart from the target;
Injecting a reactive gas including an inert gas and a chalcogen element into the chamber;
Forming a plasma between the target and the substrate to deposit a transition metal chalcogenide on the substrate; And
Including; heat-treating the substrate on which the transition metal chalcogenide is deposited
Method for producing a transition metal chalcogenide thin film.
상기 반응성 가스를 주입하는 단계는
상기 칼코겐 원소를 포함하는 반응성 가스를 99.5:0.5 내지 97:3의 부피비로 주입하는 것을 특징으로 하는
전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법.
The method of claim 1,
Injecting the reactive gas
Characterized in that injecting the reactive gas containing the chalcogen element in a volume ratio of 99.5:0.5 to 97:3
Method for producing a transition metal chalcogenide thin film.
상기 열처리하는 단계는 상기 챔버 내부에서 수행하는 것을 특징으로 하는
전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법.
The method of claim 1,
The heat treatment step is characterized in that it is performed inside the chamber
Method for producing a transition metal chalcogenide thin film.
상기 열처리는 650 내지 850℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는
전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법.
The method of claim 1,
The heat treatment is characterized in that performed at 650 to 850 ℃
Method for producing a transition metal chalcogenide thin film.
상기 기판의 일면에 배치되는 하부 전극;
상기 기판의 타면에 배치되며, 제 1 항의 제조방법으로 제조된 전이금속 칼코게나이드 박막; 및
상기 박막상에 배치되는 상부 전극;을 포함하는,
포토 다이오드.
Board;
A lower electrode disposed on one surface of the substrate;
A transition metal chalcogenide thin film disposed on the other surface of the substrate and manufactured by the method of claim 1; And
Containing; an upper electrode disposed on the thin film
Photodiode.
상기 포토 다이오드는 가시광선을 검출하는 것을 특징으로 하는
포토 다이오드.
The method of claim 5,
The photodiode is characterized in that it detects visible light
Photodiode.
Priority Applications (1)
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