KR20230163180A - Single-crystal multilayer hexagonal boron nitride and its manufacturing method - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
Abstract
본 발명은, 다층 단결정 육방정계 질화붕소 박막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 0.6 nm 이상의 두께를 갖는 다층이고, 대면적인 단결정 육방정계 질화붕소 박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multilayer single-crystal hexagonal boron nitride thin film and a manufacturing method thereof, and more specifically, to a multilayer, large-area single crystal hexagonal boron nitride thin film having a thickness of 0.6 nm or more and a manufacturing method thereof.
Description
본 발명은 다층 단결정 육방정계 질화붕소 박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multilayer single crystal hexagonal boron nitride thin film and a method of manufacturing the same.
이차원 소재를 이용한 반도체 소자를 제작하기 위하여 절연특성을 가진 이차원 물질이 요구되며, 대표적인 후보물질로 육방정계 질화붕소 (이하, hBN)가 있다. 절연 hBN은 산란을 방지하기 위해 전하 트랩 사이트를 효과적으로 차단할 수 있기 때문에 2D 재료 기반 전계 효과 트랜지스터 (FET)에 이상적인 기판 및 유전체로 알려져 있다. hBN 필름은 Fe 및 Cu와 같은 금속의 산화를 방지하고 효과적인 터널 장벽으로 작용하는 것으로 알려져 있다. In order to manufacture semiconductor devices using two-dimensional materials, two-dimensional materials with insulating properties are required, and a representative candidate material is hexagonal boron nitride (hBN). Insulating hBN is known to be an ideal substrate and dielectric for 2D material-based field-effect transistors (FETs) because it can effectively block charge trap sites to prevent scattering. hBN films are known to prevent oxidation of metals such as Fe and Cu and act as an effective tunnel barrier.
최근 연구에 따르면 화학기상증착 (CVD)에 의해 웨이퍼 규모의 단결정 hBN 단일층 (monolayer)을 Au, Cu(110) 또는 Cu(111) 표면 상에서 성장 공정이 보고되었다. 그러나, 단일층 보다 두꺼운 hBN이 가스 확산 장벽 (gas-diffusion barrier), 산화 보호층 (oxidation-protecting layer), 캡슐화층 (encapsulation layer), 2D 반도체용 유전체 기판 및 랜덤 액세스 메모리를 위한 커패시터와 같은 응용 분야에 더 적합하다. A recent study reported a process for growing wafer-scale single crystal hBN monolayers on Au, Cu(110) or Cu(111) surfaces by chemical vapor deposition (CVD). However, hBN, which is thicker than a single layer, can be used in applications such as a gas-diffusion barrier, oxidation-protecting layer, encapsulation layer, dielectric substrate for 2D semiconductors, and capacitors for random access memory. More suitable for the field.
촉매 (Fe, Ni, Cu, Pt 및 Ni-Fe 합금) 및 불활성 (SiO2 및 Al2O3)에서 CVD에 의해 다결정 hBN을 다층으로 성장시키는 여러 전략이 보고되었지만, 균일한 단결정 다층 hBN의 대면적화를 실현하는데 기술적 어려움이 있다. Although several strategies have been reported to grow polycrystalline hBN as multilayers by CVD on catalysts (Fe, Ni, Cu, Pt and Ni-Fe alloys) and inert (SiO 2 and Al 2 O 3 ), the facing of uniform single crystal multilayer hBN has been reported. There are technical difficulties in realizing optimization.
hBN은 2D 재료 기반 전계 효과 트랜지스터(FET)를 위한 "이상적인" 유전체 기판으로 입증되어 “Moore's law”을 확장할 수 있는 가능성을 제공한다. 절연층으로서 요구되는 조건을 충족하기 위하여 다양한 두께를 가지는 고결정성의 hBN 박막 합성기술이 요구되고, 단일층 (예: 약 0.3 nm 두께) 보다 두꺼운 hBN이 2D 반도체의 기판이 더 바람직하므로, 매우 균일하고 단결정 다층 hBN의 대면적 성장을 위한 기술 개발이 필요하다. hBN has proven to be an “ideal” dielectric substrate for 2D material-based field-effect transistors (FETs), offering the possibility to extend “Moore's law”. In order to meet the conditions required as an insulating layer, high-crystalline hBN thin film synthesis technology with various thicknesses is required, and hBN thicker than a single layer (e.g., about 0.3 nm thick) is more desirable as a 2D semiconductor substrate, so it is very uniform. And there is a need to develop technology for large-area growth of single-crystal multilayer hBN.
본 발명은, 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해서, 단일층 (monolayer) 보다 두껍고 대면적으로 성장된 고결정성의 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 제공하는 것이다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a highly crystalline single-crystal hexagonal boron nitride thin film that is thicker than a monolayer and grown in a large area.
본 발명은, 두께 조절이 가능하고 대면적 영역에서 단결정의 다층 박막을 성장시킬 수 있는, 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a method for manufacturing a single crystal hexagonal boron nitride thin film, which can control the thickness and grow a single crystal multilayer thin film in a large area.
본 발명은, 본 발명에 의한 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것이다. The present invention provides a semiconductor device containing the single crystal hexagonal boron nitride thin film according to the present invention.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 실시예에 따라, 0.6 nm 이상의 두께를 갖는 다층인, 단결정 육방정계 질화붕소 박막에 관한 것이다. According to one embodiment of the present invention, it relates to a multilayer, single-crystal hexagonal boron nitride thin film having a thickness of 0.6 nm or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 두께는 0.6 nm 내지 1.5 nm인 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the thickness may be 0.6 nm to 1.5 nm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 면적은 웨이퍼 크기인 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the area of the single crystal hexagonal boron nitride thin film may be the size of a wafer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 니켈 (111)의 성장 기판 상에서 CVD 증착 공정으로 성장된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the single crystal hexagonal boron nitride thin film may be grown by a CVD deposition process on a nickel (111) growth substrate.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 다층은 온도, 압력, 반응 가스 유량 및 가스 유량비 (반응 가스 유량/캐리어 가스 유량) 중 적어도 하나 이상을 변화시켜, 상기 다층의 두께 또는 층수가 제어된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thickness or number of layers of the multilayer may be controlled by changing at least one of temperature, pressure, reaction gas flow rate, and gas flow rate ratio (reaction gas flow rate/carrier gas flow rate). there is.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 다층은 각층이 연속적으로 성장된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the multilayer may be one in which each layer is grown continuously.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 단결정 육방정계 질화붕소 박막; 을 포함하는, 반도체 장치에 관한 것이다. According to one embodiment of the present invention, a single crystal hexagonal boron nitride thin film of the present invention; It relates to a semiconductor device including.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법으로서, 니켈(111)의 성장 기판을 준비하는 단계; 및 상기 성장 기판 상에 다층의 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 성장시키는 단계; 를 포함하고, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 0.6 nm 이상의 두께를 갖는 다층인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a single crystal hexagonal boron nitride thin film includes preparing a growth substrate of nickel (111); and growing a multi-layer single crystal hexagonal boron nitride thin film on the growth substrate; It includes, and the single crystal hexagonal boron nitride thin film may be a multilayer having a thickness of 0.6 nm or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장시키는 단계는, 하나의 분자 내 붕소 및 질소를 포함하는 전구체를 포함하는 반응 가스를 이용하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the growing step may use a reaction gas containing a precursor containing boron and nitrogen in one molecule.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반응 가스는 보라진 (B3H6N3), 트리클로로보라진, 아미노보란 (BH2NH2), 암모니아 보란 (BH3-NH3), 암모니아 보란 복합체 (H3N-BH3), 보라진 (B3N3H6), 디보란의 디암모네이트 및 BN 폴리머 복합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the reaction gas is borazine (B 3 H 6 N 3 ), trichloroborazine, aminoborane (BH 2 NH 2 ), ammonia borane (BH 3 -NH 3 ), and ammonia borane complex. (H 3 N-BH 3 ), borazine (B 3 N 3 H 6 ), diammonate of diborane, and BN polymer complex.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반응 가스는 캐리어 가스와 함께 공급되고, 상기 반응 가스 대 상기 캐리어 가스의 유량비 (sccm)는 0.025 내지 0.1 : 10 내지 50인 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the reaction gas is supplied together with a carrier gas, and the flow rate ratio (sccm) of the reaction gas to the carrier gas may be 0.025 to 0.1:10 to 50.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장시키는 단계는 저압 CVD 증착 공정을 이용하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the growing step may use a low pressure CVD deposition process.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장시키는 단계는 에피택시 성장을 유도하고, 상기 성장시키는 단계는 온도, 압력, 반응 가스 유량 및 가스 유량비 (반응 가스 유량/캐리어 가스 유량) 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 다층의 두께 또는 층수가 제어된 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the growing step induces epitaxial growth, and the growing step involves at least one of temperature, pressure, reaction gas flow rate, and gas flow rate ratio (reaction gas flow rate/carrier gas flow rate). The thickness or number of layers may be controlled by changing the thickness of the multilayer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장시키는 단계는, 900 ℃이상의 성장 온도, 1 torr 이하의 압력 및 2 sccm 이하의 반응 가스의 유량 중 적어도 하나 이상을 이용하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the growing step may use at least one of a growth temperature of 900° C. or higher, a pressure of 1 torr or lower, and a flow rate of reaction gas of 2 sccm or lower.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장시키는 단계는 반응 가스 0.025 내지 0.03 (sccm) 및 캐리어 가스 10 내지 40 유량 (sccm)인 제1 공정 조건; 반응 가스 0.1 내지 0.2 (sccm) 및 캐리어 가스 10 내지 40 유량 (sccm)인 제2 공정 조건; 및 반응 가스 0.1 내지 0.2 (sccm) 및 캐리어 가스 50 내지 120 유량 (sccm)인 제3 공정 조건; 중 적어도 하나 이상을 이용하여 다층을 형성하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the growing step includes first process conditions of 0.025 to 0.03 sccm of reaction gas and 10 to 40 flow rate of carrier gas (sccm); a second process condition of 0.1 to 0.2 sccm of reaction gas and 10 to 40 sccm of carrier gas; and a third process condition of 0.1 to 0.2 sccm of reaction gas and 50 to 120 sccm of carrier gas; A multilayer may be formed using at least one of the following.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스이고, 상기 제2 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스 및 비활성 가스를 포함하고, 상기 수소 가스 대 상기 비활성 가스의 유량비는 1 : 1 내지 3이고, 상기 제3 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 수소 가스 대 상기 질소 가스의 유량비는 1 : 4 내지 10인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the carrier gas in the first process condition is hydrogen gas, and in the second process condition, the carrier gas includes hydrogen gas and an inert gas, and the flow rate ratio of the hydrogen gas to the inert gas is 1:1 to 3, and in the third process conditions, the carrier gas includes hydrogen gas and nitrogen gas, and the flow rate ratio of the hydrogen gas to the nitrogen gas may be 1:4 to 10.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장시키는 단계는 상기 제1 공정 조건으로 이중층으로 성장시키는 단계; 상기 제2 공정 조건으로 삼중층으로 성장시키는 단계; 및 상기 제3 공정 조건으로 오중층으로 성장시키는 단계; 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the growing step includes growing a double layer under the first process conditions; growing a triple layer under the second process conditions; and growing a quintuplayer under the third process conditions; It may include at least one or more of the following.
본 발명은 단결정 니켈(111) 상에 대면적(예: 웨이퍼 스케일 이상)인 다층 육방정계 질화붕소 단결정 박막의 에피택시 성장에 관련되며, 이는 두께 조절이 가능한 대면적 육방정계 질화붕소 단결정 박막 (예: 이중층 이상의 다층)을 제공하고, 반도체 소자를 제작하기 위한 절연특성을 갖는 이차원 소재로 활용될 수 있다. The present invention relates to the epitaxial growth of a large-area (e.g., wafer-scale or larger) multilayer hexagonal boron nitride single crystal thin film on single-crystal nickel 111, which is a large-area hexagonal boron nitride single crystal thin film with adjustable thickness (e.g. : It provides multiple layers (two or more layers) and can be used as a two-dimensional material with insulating properties for manufacturing semiconductor devices.
본 발명은 절연층, 가스확산장벽 (gas-diffusion barrier), 산화 보호층 (oxidation-protecting layer), 캡슐화층 (encapsulation layer), 2D 반도체용 유전체 기판, 랜덤 액세스 메모리 등을 위한 커패시터 등과 같은 반도체 소자의 소재 및 부품으로의 활용에 요구되는 두께, 고결정성 및 대면적과 같은 특성을 동시에 부합되는 육방정계 질화붕소 단결정 박막 (예: 이중층 이상의 다층)을 제공할 수 있다. The present invention relates to semiconductor devices such as insulating layers, gas-diffusion barriers, oxidation-protecting layers, encapsulation layers, dielectric substrates for 2D semiconductors, capacitors for random access memories, etc. It is possible to provide a hexagonal boron nitride single crystal thin film (e.g., double layer or more multilayer) that simultaneously meets the characteristics such as thickness, high crystallinity, and large area required for use as materials and parts.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, Ni(111) 상에 단결정 삼중층 hBN의 성장을 위한 성장 방법 및 어닐링 프로토콜에 관련되며, (a) 비접촉 어닐링 방법으로 생성된 Ni(111) 호일의 법선 방향에서 EBSD (Electron backscatter diffraction) IPF 맵, (b) Ni(111)에서 hBN의 성장을 위한 고온 및 저압 CVD 시스템의 개략도, (c) hBN 성장에 대한 온도-시간 프로파일 및 (d) Ni(111) 상에서 2 cm x 5 cm의 as grown 단결정 삼중층 hBN 필름의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, Ni(111)의 삼중층 hBN 박막의 제안된 성장 경로 및 Ni(111)/hBN 계면에서 Ni23B6의 후속 출현을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, Ni(111)에서 단결정 삼중층 hBN의 성장 특성에 관련된 것으로, (a) 1220 ℃에서 Ni(111) 호일 표면에서 삼중층 hBN의 시간적 진화를 보여주는 SEM 이미지이며, 삽입도는 각각 hBN 섬을 보여주는 2개의 상이한 고배율 SEM 이미지이다. (b) SiO2(300nm)/Si 기판에 전사된 2cm x 5cm hBN 필름의 사진이며, 삽입도는 SiO2(300 nm)/Si 기판에 전사된 hBN 막 가장자리의 AFM 이미지이다. (c) SiO2(300 nm)/Si 상의 삼중층 hBN 필름의 라만 스펙트럼이며, 1368 cm-1에서 특징적인 hBN 신호를 보여준다. (d) SiO2 (300 nm)/Si의 삼중층 hBN 필름에 표시된 12개 위치에서 E2g peak 강도의 라만 매핑 이미지이며, 각 위치에서 매핑된 영역은 5 ㎛ x 5 ㎛이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3의 단결정 삼중층 hBN의 특성에 관련된 것으로, (a) 석영 기판에 전사된 삼중층 hBN 필름의 UV-Vis 흡수 스펙트럼이며, 삽입도는 (a) 의 광학 밴드갭 분석 (optical bandgap analysis)이다. (b) 60분 성장 후 Ni(111) 상의 as-grown 삼중층 hBN 필름에서 측정된 XPS 스펙트럼이다. (c) SiO2(300 nm)/Si 기판 상에 전사된 삼중층 hBN 필름에서 XPS 스펙트럼 측정 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, Ni23B6/Ni(111) 상의 삼중층 hBN의 결정 구조에 관한 것으로, (a) 60분 동안 성장된 hBN/Ni23B6/Ni의 저배율 TEM 이미지, (b) Ni23B6/Ni 계면의 고배율 TEM 이미지 및 (c) [110] 영역 축에서 Ni23B6의 ADF-STEM 이미지, (d) Ni23B6의 시뮬레이션된 결정 모델 및 (e) Ni23B6 및 Ni의 SAED 패턴이다. (f) Ni23B6에 대한 삼중층 hBN의 저배율 및 (g) 고배율 TEM 이미지이며, (g)의 삽입도는 AA'A 스택킹 순서를 나타내며, 더 높은 배율 이미지이다. (h) hBN 및 (i) 노란색 사각형 영역 (g)의 Ni23B6의 관련 FFT이다.
도 6은 삼중층 hBN 단결정 박막의 전자회절 패턴에 관한 것으로, (a) 5 nm 두께의 비정질 SiN 윈도우에서 삼중층 hBN 필름의 SEM 이미지 및 (b)(a)에서 상응하는 9개 SAED 패턴이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 삼중층 hBN 성장의 메커니즘에 관련된 것으로, (a) 1분 (왼쪽) 및 30분 (오른쪽)의 성장 시간에 대한 Ni(111) 표면의 삼중층 hBN AFM 이미지이다. (b) Ni(111) 표면의 다른 위치에서 N7B6 (hBN6의 성장을 위한 프로브 시드로 고려됨)의 결합을 나타낸 것이다. (c) Ni(111) 표면에 있는 hBN 필름의 두 가지의 가능한 에피택셜 정렬에 대한 설명이다. (d) Ni(111) 표면의 hBN 상보성 핵 생성 및 성장을 도식화한 것이다. (e) Ni(111) 표면에 있는 다층 hBN의 다음 층에 대한 최상층의 특정 결합 에너지(단일 층 hBN의 "다음" 층은 Ni(111) 표면임)이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 이중층 hBN 필름의 성장 및 특성을 나타낸 것으로, (a) 전사 이후 SiO2(300nm)/Si 기판 위의 5mm x 5mm 이중층 hBN 필름 사진, (b) (a)에 표시된 16개 위치의 라만 스펙트럼, (c) 이중층 및 삼중층 hBN의 라만 스펙트럼 비교 및 (d) AFM 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 오중층 hBN 필름의 성장 및 특성을 나타낸 것으로, (a) 전사 이후 SiO2(300 nm)/Si 기판 상의 5 mm x 5 mm 오중층 hBN 필름의 사진이다. (b) (a)에 표시된 16개 위치에서 라만 스펙트럼 및 (c) 삼중층 및 오중층 hBN의 라만 스펙트럼 비교 및 (d) AFM 이미지이다. 1 relates to a growth method and annealing protocol for the growth of single crystal triple-layer hBN on Ni(111), according to an embodiment of the present invention, showing (a) a Ni(111) foil produced by a non-contact annealing method; Electron backscatter diffraction (EBSD) IPF map in the normal direction, (b) schematic of the high-temperature and low-pressure CVD system for the growth of hBN on Ni(111), (c) temperature-time profile for hBN growth, and (d) Ni( 111) This is a photograph of a 2 cm x 5 cm as grown single crystal triple layer hBN film.
Figure 2 schematically shows the proposed growth path of a trilayer hBN thin film of Ni(111) and the subsequent appearance of Ni 23 B 6 at the Ni(111)/hBN interface, according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 relates to the growth characteristics of single crystal triple-layer hBN on Ni(111), according to an embodiment of the present invention. (a) SEM showing the temporal evolution of triple-layer hBN on Ni(111) foil surface at 1220 °C. Images and insets are two different high-magnification SEM images, each showing an hBN island. (b) A photograph of a 2cm (c) Raman spectrum of the triple-layer hBN film on SiO 2 (300 nm)/Si, showing a characteristic hBN signal at 1368 cm -1 . (d) Raman mapping image of the E 2g peak intensity at 12 locations marked on a trilayer hBN film of SiO 2 (300 nm)/Si, and the mapped area at each location is 5 ㎛ x 5 ㎛.
Figure 4 is related to the characteristics of the single crystal triple-layer hBN of Figure 3, according to an embodiment of the present invention, (a) is the UV-Vis absorption spectrum of the triple-layer hBN film transferred to a quartz substrate, and the inset is (a) ) is an optical bandgap analysis. (b) XPS spectrum measured on the as-grown triple-layer hBN film on Ni(111) after 60 minutes of growth. (c) XPS spectrum measurement results from a triple-layer hBN film transferred onto a SiO 2 (300 nm)/Si substrate.
Figure 5 relates to the crystal structure of triple-layer hBN on Ni 23 B 6 /Ni(111), according to an embodiment of the present invention, (a) low magnification of hBN/Ni 23 B 6 /Ni grown for 60 minutes. TEM image, (b) high-magnification TEM image of the Ni 23 B 6 /Ni interface and (c) ADF-STEM image of Ni 23 B 6 in the [110] zone axis, (d) simulated crystal model of Ni 23 B 6 and (e) SAED pattern of Ni 23 B 6 and Ni. (f) Low magnification and (g) high magnification TEM images of trilayer hBN on Ni 23 B 6 , with the inset in (g) showing the AA'A stacking order and the higher magnification image. (h) hBN and (i) the associated FFT of Ni 23 B 6 in the yellow square region (g).
Figure 6 relates to the electron diffraction pattern of a triple-layer hBN single crystal thin film, (a) an SEM image of the triple-layer hBN film in a 5 nm thick amorphous SiN window and (b) the corresponding nine SAED patterns in (a).
Figure 7 relates to the mechanism of triple-layer hBN growth, according to an embodiment of the present invention, (a) triple-layer hBN on Ni(111) surface for growth times of 1 min (left) and 30 min (right). This is an AFM image. (b) It shows the binding of N 7 B 6 (considered as a probe seed for the growth of hBN 6 ) at different positions on the Ni(111) surface. (c) Illustration of two possible epitaxial alignments of hBN films on Ni(111) surfaces. (d) Schematic illustration of hBN complementary nucleation and growth on the Ni(111) surface. (e) Specific binding energy of the top layer to the next layer of multilayer hBN on a Ni(111) surface (the “next” layer of a single layer hBN is a Ni(111) surface).
Figure 8 shows the growth and properties of a double-layer hBN film according to an embodiment of the present invention, (a) a photograph of a 5 mm x 5 mm double-layer hBN film on a SiO 2 (300 nm)/Si substrate after transfer, (b) ( Raman spectra of 16 positions shown in a), (c) comparison of Raman spectra of bilayer and trilayer hBN, and (d) AFM image.
Figure 9 shows the growth and properties of a quintuplayer hBN film, according to an embodiment of the present invention. (a) A photograph of a 5 mm x 5 mm quintuplayer hBN film on a SiO 2 (300 nm)/Si substrate after transfer. am. (b) Comparison of Raman spectra at 16 positions shown in (a) and (c) Raman spectra of triple-layer and pent-layer hBN, and (d) AFM image.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In describing the present invention, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the user or operator or the customs of the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. Throughout the specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only cases where a member is in contact with another member, but also cases where another member exists between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, this does not mean excluding other components, but rather means that it can further include other components.
이하, 본 발명의 단결정 육방정계 질화붕소 박막, 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법 및 이의 활용에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the manufacturing method and utilization of the single crystal hexagonal boron nitride thin film and the single crystal hexagonal boron nitride thin film of the present invention will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.
본 발명은, 단결정 육방정계 질화붕소 박막에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 고결정성의 대면적 박막이며, 반도체 소자의 절연성 소재에 적합한 막 두께를 갖는 것일 수 있다. The present invention relates to a single crystal hexagonal boron nitride thin film. According to one embodiment of the present invention, the single crystal hexagonal boron nitride thin film is a large-area thin film of high crystallinity and has a film thickness suitable for an insulating material of a semiconductor device. It may be.
본 발명의 일 예로, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 2층 이상; 3층 이상; 4 층 이상; 5층 이상; 또는 6층 이상의 다층 박막일 수 있다. 어떤 예에서, 상기 다층은 각층이 동일한 공정 하에서 연속적으로 형성된 것일 수 있다. 어떤 예에서, 상기 다층은 상이한 공정 하에서 연속적으로 형성된 복수층들 (예: 공정 조건에 따라 제1 복수층 및 제2 복수층의 조합)의 조합일 수 있다. As an example of the present invention, the single crystal hexagonal boron nitride thin film has two or more layers; 3rd floor or higher; 4 or more floors; 5th floor or higher; Alternatively, it may be a multilayer thin film of 6 or more layers. In some examples, each layer of the multilayer may be formed continuously under the same process. In some examples, the multilayer may be a combination of multiple layers formed sequentially under different processes (e.g., a combination of a first multiple layer and a second multiple layer depending on process conditions).
본 발명의 일 예로, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 단일층을 초과하는 두께를 가지며, 예를 들어, 0.6 nm 이상; 0.8 nm 이상; 1 nm 이상; 1.5 nm 이상; 2 nm 이상; 또는 0.6 nm 내지 1.5 nm이고, 이는 다층의 두께일 수 있다. In one example of the present invention, the single crystal hexagonal boron nitride thin film has a thickness exceeding a single layer, for example, 0.6 nm or more; 0.8 nm or more; 1 nm or more; 1.5 nm or more; 2 nm or more; or 0.6 nm to 1.5 nm, which may be the thickness of multiple layers.
본 발명의 일 예로, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 웨이퍼 크기 (예: 면적) 이상의 대면적 박막일 수 있다. 예를 들어, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 4인치 이상; 8 인치 이상; 또는 12 인치 이상의 대면적일 수 있다. As an example of the present invention, the single crystal hexagonal boron nitride thin film may be a large-area thin film larger than the size of a wafer (eg, area). For example, the single crystal hexagonal boron nitride thin film is 4 inches or longer; 8 inches or longer; Or it can be a large area of 12 inches or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 단결정 육방정계 질화붕소 박막; 을 포함하는, 소자에 관한 것으로, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은, 절연성 소재 (예: 유전체 물질)로 활용될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a single crystal hexagonal boron nitride thin film according to the present invention; Regarding a device comprising, the single crystal hexagonal boron nitride thin film can be used as an insulating material (eg, a dielectric material).
본 발명의 일 예로, 상기 소자는 전자 장치 또는 반도체 장치이며, 예를 들어, 트랜지스터 (transistor), 커패시터 (capacitor), 다이오드 (diode), 저항기 (resistor), CMOS, 트랜지스터, 인터커넥터 등의 부품을 포함하는 고집적회로일 수 있다. 예를 들어, 퀀텀 디바이스, 확산방지막 및 트랜지스터의 금속 확산 방지막 등에 포함될 수 있다. 예를 들어, 두 물질층 사이의 물질 (또는, 원자)의 이동 (또는, 확산)을 억제 또는 성능이 우수하며 원하는 두께로 조절하고, 확산배리어 기능을 수행할 수 있고, 집적회로의 집적도를 높일 수 있다. 어떤 예에서, 절연층, 가스확산장벽 (gas-diffusion barrier), 산화 보호층 (oxidation-protecting layer), 캡슐화층 (encapsulation layer), 2D 반도체용 유전체 기판, 랜덤 액세스 메모리를 위한 커패시터로 활용될 수 있다. As an example of the present invention, the device is an electronic device or a semiconductor device, for example, components such as a transistor, capacitor, diode, resistor, CMOS, transistor, interconnector, etc. It may be a highly integrated circuit including. For example, it may be included in quantum devices, diffusion barriers, and metal diffusion barriers of transistors. For example, it has excellent performance or suppresses the movement (or diffusion) of materials (or atoms) between two material layers, can be adjusted to a desired thickness, can perform a diffusion barrier function, and can increase the degree of integration of an integrated circuit. You can. In some instances, it can be utilized as an insulating layer, gas-diffusion barrier, oxidation-protecting layer, encapsulation layer, dielectric substrate for 2D semiconductors, or capacitor for random access memory. there is.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 다양한 소자의 일부 구성요소상에 직접 성장되거나 또는 기저 기판에 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 성장시켜 소자에 전사될 수 있다. 어떤 예에서, 니켈(111) 상에 에피택시 성장으로 제작되고 원하는 기판에 전사될 수 있다. 어떤 예에서, 성장되거나 전사된 단결정 육방정계 질화붕소 박막 상에 소자의 다른 구성요소를 직접 적층시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the single crystal hexagonal boron nitride thin film according to the present invention can be grown directly on some components of various devices or transferred to the device by growing a single crystal hexagonal boron nitride thin film on a base substrate. . In some examples, it can be fabricated by epitaxial growth on nickel (111) and transferred to a desired substrate. In some instances, other components of the device may be deposited directly onto the grown or transferred single crystal hexagonal boron nitride thin film.
본 발명은, 본 발명에 의한 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 성장 기판을 준비하는 단계; 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 성장시키는 단계 및 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다. The present invention relates to a method for manufacturing a single crystal hexagonal boron nitride thin film according to the present invention. According to one embodiment of the present invention, the manufacturing method includes preparing a growth substrate; It may include growing and cooling a single crystal hexagonal boron nitride thin film.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장 기판을 준비하는 단계에서 상기 성장 기판은 금속 물질을 포함할 수 있고, 상기 금속 물질은 Al, Cu, Co, W, Ti, Ag, Ni, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Sn, Ga, In, Bi, Mo, Nb, Cr, Ta, Pt 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 예에서 상기 성장 기판은 단결정 기판이며, 예를 들어, 단결정 Ni(111) 기판일 수 있으며, 이는 저압 및 고온 CVD 성장에서 단결정 박막의 에피텍셜 성장을 위한 기판으로 작용하고, 균일하고 고결정성의 대면적 박막을 형성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the step of preparing the growth substrate, the growth substrate may include a metal material, and the metal material may include Al, Cu, Co, W, Ti, Ag, Ni, Rh, and Pd. , Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Sn, Ga, In, Bi, Mo, Nb, Cr, Ta, Pt, and Si. In some examples, the growth substrate is a single crystal substrate, for example, a single crystal Ni(111) substrate, which serves as a substrate for epitaxial growth of a single crystal thin film in low pressure and high temperature CVD growth, forming a uniform, highly crystalline layer. A large-area thin film can be formed.
본 발명의 일 예로, 상기 성장 기판은 웨이퍼 스케일의 면적을 가질 수 있으며, 예를 들어, 상기 기판은 4인치 이상; 8인치 이상; 또는 12인치 이상의 면적일 수 있다. As an example of the present invention, the growth substrate may have a wafer-scale area, for example, the substrate may be 4 inches or more; 8 inches or more; Or it can be an area of 12 inches or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 성장 기판을 준비하는 단계는 상기 성장 기판을 플라즈마 처리하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 성장 기판을 아세톤과 같은 유기 용매에 담궈 초음파 처리한 후, IPA (iso-propenyl alcohol) 등과 같은 알콜과 질소 가스로 세정할 수 있다. 세정된 기판의 표면을 플라즈마 처리함으로써 표면에 남아 있는 탄소 불순물 등 불순물을 제거할 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 산소, 수소 및 아르곤 중 적어도 하나의 가스 플라즈마를 이용하고, 바람직하게는 수소 플라즈마를 이용할 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 탄소 불순물 등의 불순물을 제거할 뿐만 아니라 표면을 친수성으로 만들고 표면 젖음성 (surface wettability)을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판을 HF 용액에 담그고 자연 산화물을 제거할 수도 있고, 무수 에탄올과 질소(N2) 가스를 사용하여 잔류 HF 용액을 제거할 수도 있다. 본 발명의 일 예로, 상기 기판을 플라즈마 처리하는 단계는 플라즈마 공정 챔버 내부에 기판을 배치시키기 전에 기판을 전처리할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, preparing the growth substrate may further include a pretreatment step of plasma treating the growth substrate. For example, the growth substrate can be immersed in an organic solvent such as acetone, sonicated, and then cleaned with alcohol such as IPA (iso-propenyl alcohol) and nitrogen gas. By plasma treating the surface of the cleaned substrate, impurities such as carbon impurities remaining on the surface can be removed. The plasma treatment may use at least one gas plasma of oxygen, hydrogen, and argon, and preferably hydrogen plasma. The plasma treatment not only removes impurities such as carbon impurities, but also makes the surface hydrophilic and improves surface wettability. Additionally, native oxides may be removed by immersing the substrate in an HF solution, or residual HF solution may be removed using anhydrous ethanol and nitrogen (N 2 ) gas. As an example of the present invention, the step of plasma processing the substrate may pre-treat the substrate before placing the substrate inside the plasma process chamber.
본 발명의 일 예로, 상기 공정 챔버 내에 기판을 수용하는 단계는 성장을 위한 반응 가스가 이동할 수 있는 공간을 포함하는 CVD 공정 챔버 내에 상기 준비된 기판을 수용할 수 있다. 어떤 예에서, 저압 및 고온 화학기상증착 장비 (CVD) 공정을 위한 퍼니스 내에 상기 기판이 수용될 수 있다. As an example of the present invention, the step of accommodating the substrate in the process chamber may include accommodating the prepared substrate in a CVD process chamber that includes a space through which a reaction gas for growth can move. In some examples, the substrate may be contained in a furnace for low pressure and high temperature chemical vapor deposition (CVD) processes.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 육방정계 질화붕소 박막을 기판 상에 성장시키는 단계는 CVD 공정 챔버 내에 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 성장을 위한 반응 가스를 주입하여 결정질 질화붕소막의 증착 및 성장 공정을 진행할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step of growing the hexagonal boron nitride thin film on a substrate is a deposition and growth process of a crystalline boron nitride film by injecting a reaction gas for the growth of a single crystal hexagonal boron nitride thin film into a CVD process chamber. You can proceed.
본 발명의 일 예로, 상기 공정 챔버는 저압 및 고온 화학기상증착 장비 (CVD) 챔버이며, 도 1을 참조하면, 공정 챔버인 고온 화학기상증착을 위한 퍼니스 및 반응 가스의 유량 제어를 위한 제1 기체 유량 제어기 및 이외 가스 (예: 캐리어 가스 및 수소 가스)의 유량 제어를 위한 제2 제어기를 포함할 수 있다. 상기 퍼니스는 단결정 육방정계 질화붕소의 에피택시 성장을 위해 단결정 니켈 기판을 성장 온도까지 열처리하는 가열 장비이다. 상기 제1 제어기 및 제2 제어기를 통해 반응 챔버에 도입되는 유량을 정확하고 균일하게 제어하여 고결정성의 대면적 박막을 형성할 수 있다. 어떤 예에서, 상기 화학기상증착 장비 내부에 단결정 니켈 포일을 위치시키고 고온에서 반응 가스 (예: 보라진 가스 전구체)를 주입하여 단결정 니켈 표면에서 단결정 육방정계 질화붕소가 에피택시 성장 작용이 이루어질 수 있다.As an example of the present invention, the process chamber is a low-pressure and high-temperature chemical vapor deposition (CVD) chamber. Referring to FIG. 1, a furnace for high-temperature chemical vapor deposition, which is the process chamber, and a first gas for controlling the flow rate of the reaction gas It may include a flow rate controller and a second controller for controlling the flow rate of other gases (eg, carrier gas and hydrogen gas). The furnace is a heating equipment that heat-treats a single crystal nickel substrate to the growth temperature for epitaxial growth of single crystal hexagonal boron nitride. A highly crystalline, large-area thin film can be formed by accurately and uniformly controlling the flow rate introduced into the reaction chamber through the first and second controllers. In some examples, a single crystal nickel foil is placed inside the chemical vapor deposition equipment and a reaction gas (e.g. borazine gas precursor) is injected at a high temperature to achieve epitaxial growth of single crystal hexagonal boron nitride on the surface of the single crystal nickel. .
본 발명의 일 예로, 상기 반응 가스는 육방정계 질화붕소 박막의 성장을 위한 질화붕소 소스를 포함하고, 상기 질화붕소 소스는 붕소-함유 전구체; 질소-함유 전구체; 및 붕소 및 질소 함유 전구체; 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 질화붕소 소스는 고상, 기상, 증기상 및 액상 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 붕소-함유 전구체는 보란(BH3), 디보란 (B2H6), 트리클로로보란 (BCl3), 트리플루오로보란 (BF3), 보라진의 알킬-치환된 유도체 (예를 들어, 트리-메틸 보린(borine), 트리-에틸 보린, (CH3)3B, (CH3CH2)3B) 및 보란의 테트라히드로푸란 용액 ((THF-BH3)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. In one example of the present invention, the reaction gas includes a boron nitride source for growth of a hexagonal boron nitride thin film, and the boron nitride source includes a boron-containing precursor; nitrogen-containing precursor; and boron and nitrogen containing precursors; It may include at least one selected from the group consisting of. For example, the boron nitride source may be at least one of solid phase, gas phase, vapor phase, and liquid phase. For example, the boron-containing precursors include borane (BH 3 ), diborane (B 2 H 6 ), trichloroborane (BCl 3 ), trifluoroborane (BF 3 ), alkyl-substituted derivatives of borazine ( For example, the group consisting of tri-methyl borine, tri-ethyl borine, (CH 3 ) 3 B, (CH 3 CH 2 ) 3 B) and tetrahydrofuran solutions of borane ((THF-BH 3 ) It may include at least one selected from .
예를 들어, 상기 붕소 및 질소 함유 전구체는 보라진 (예: B3H6N3), 트리클로로보라진 (예: 2,4,6-트리클로로보라진, H3B3Cl3N3), 아미노보란 (예: BH2NH2), 암모니아 보란(BH3-NH3), 암모니아 보란 복합체 (예: H3N-BH3), 보라진 (예: B3N3H6), 디보란의 디암모네이트 (예: [(NH3)2BH2]+[BH4]-) 및 BN 폴리머 복합체 (예: 폴리보라질렌)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 예에서, 고품질의 박막을 형성하기 위해서 질소 대 붕소의 원자비가 약 1 : 1인 전구체일 수 있다. For example, the boron and nitrogen containing precursors include borazine (e.g. B 3 H 6 N 3 ), trichloroborazine (e.g. 2,4,6-trichloroborazine, H 3 B 3 Cl 3 N 3 ), Aminoborane (e.g. BH 2 NH 2 ), ammonia borane (BH 3 -NH 3 ), ammonia borane complex (e.g. H 3 N-BH 3 ), borazine (e.g. B 3 N 3 H 6 ), diborane. It may include at least one selected from the group consisting of diammonate (e.g., [(NH 3 ) 2 BH 2 ] + [BH 4 ] - ) and BN polymer complex (e.g., polyborazilene). In some examples, a precursor may have an atomic ratio of nitrogen to boron of about 1:1 to form a high quality thin film.
예를 들어, 상기 질소 함유 전구체는 질소, 암모니아 (NH3) 및 히드라진 (N2H4)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. For example, the nitrogen-containing precursor may include at least one selected from the group consisting of nitrogen, ammonia (NH 3 ), and hydrazine (N 2 H 4 ).
본 발명의 일 예로, 상기 질화붕소 소스의 도입 유량 (flow rate)은 다른 가스 비해 낮을 수 있고, 예를 들어, 2 sccm 이하; 1 sccm 이하; 0.5 sccm 이하; 0.2 sccm 이하 이하; 0.1 sccm 이하; 0.05 sccm 이하; 0.01 sccm 내지 1 sccm; 또는 0.02 sccm 내지 0.2 sccm일 수 있고, 유량을 낮게 하여 박막의 미세한 두께 조절이 잘 이루어질 수 있다. As an example of the present invention, the flow rate of the boron nitride source may be lower than that of other gases, for example, 2 sccm or less; 1 sccm or less; 0.5 sccm or less; Less than or equal to 0.2 sccm; 0.1 sccm or less; 0.05 sccm or less; 0.01 sccm to 1 sccm; Alternatively, it may be 0.02 sccm to 0.2 sccm, and fine thickness control of the thin film can be easily achieved by lowering the flow rate.
본 발명의 일 예로, 상기 질화붕소 소스는 불활성 가스 및/또는 수소 가스를 포함하는 캐리어 가스와 함께 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 아르곤 가스, 네온 가스, 질소 가스, 헬륨 가스, 크립톤 가스 및 크세논 가스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내부로 주입되는 반응 가스의 혼합비는 육방정계 질화붕소 박막의 성장 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다. As an example of the present invention, the boron nitride source may be supplied with a carrier gas containing an inert gas and/or hydrogen gas. For example, the inert gas may include at least one selected from the group consisting of argon gas, neon gas, nitrogen gas, helium gas, krypton gas, and xenon gas. The mixing ratio of the reaction gas injected into the reaction chamber can be varied depending on the growth conditions of the hexagonal boron nitride thin film.
예를 들어, 상기 불활성 가스의 도입 유량 (flow rate)은 10 sccm 이상; 20 sccm 이상; 30 sccm 이상; 50 sccm 이상; 100 sccm 이상; 120 sccm이상; 10 sccm 내지 50 sccm; 20 sccm 내지 50 sccm;이고, 상기 수소 가스의 유량은 5 sccm 이상; 10 sccm 이상; 20 sccm 이상; 10 sccm 내지 40 sccm; 또는 10 sccm 내지 20 sccm 일 수 있다. For example, the flow rate of the inert gas introduced is 10 sccm or more; More than 20 sccm; More than 30 sccm; More than 50 sccm; More than 100 sccm; More than 120 sccm; 10 sccm to 50 sccm; 20 sccm to 50 sccm; and the flow rate of the hydrogen gas is 5 sccm or more; More than 10 sccm; More than 20 sccm; 10 sccm to 40 sccm; Or it may be 10 sccm to 20 sccm.
본 발명의 일 예로, 저압 및 고온 CVD 증착을 이용하여 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 성장시키면서 두께 (예: 다층의 층수)를 제어하기 위해서, 챔버의 내부로 주입되는 가스의 혼합비 (mixing ratio), 즉 질화붕소 소스 대 캐리어 가스의 유량비는 1 : 100 내지 5000; 1 : 300 내지 4000; 1 : 500 내지 3000; 또는 1 : 500 내지 1000일 수 있다. 이는 과량의 질화붕소 소스가 공급되면, 질화붕소막이 불규칙적으로 성장할 수도 있고, 전구체가 흡착될 수도 있기 때문에 질화붕소 소스의 유량은 캐리어 가스에 비해 낮게 유지하고, 이들의 비율에 의해서 결정성 박막의 두께를 제어할 수 있다. As an example of the present invention, in order to control the thickness (e.g., number of layers) while growing a single crystal hexagonal boron nitride thin film using low pressure and high temperature CVD deposition, the mixing ratio of the gas injected into the inside of the chamber, That is, the flow ratio of boron nitride source to carrier gas is 1:100 to 5000; 1:300 to 4000; 1:500 to 3000; Or it may be 1:500 to 1000. This is because if an excessive amount of boron nitride source is supplied, the boron nitride film may grow irregularly and the precursor may be adsorbed, so the flow rate of the boron nitride source is maintained lower than that of the carrier gas, and the thickness of the crystalline thin film is determined by their ratio. can be controlled.
본 발명의 일 예로, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 기판 상에 성장시키는 단계에서 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 성장시키기 위한 공정 온도는 900 ℃ 이상; 1000 ℃ 이상; 1100 ℃ 이상; 1200 ℃ 이상; 1100 ℃ 내지 1400 ℃; 또는 1250 ℃ 내지 1400 ℃일 수 있다. As an example of the present invention, in the step of growing the single crystal hexagonal boron nitride thin film on a substrate, the process temperature for growing the single crystal hexagonal boron nitride thin film is 900° C. or higher; Above 1000℃; Above 1100℃; Above 1200℃; 1100°C to 1400°C; Or it may be 1250°C to 1400°C.
본 발명의 일 예로, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 성장시키기 위한 공정 압력은 대기압 또는 대략 1 torr 이하; 10-1 torr 이하; 10-3 torr 이하; 10-5 torr 이하; 또는 10-6 torr 이하일 수 있다. As an example of the present invention, the process pressure for growing the single crystal hexagonal boron nitride thin film is atmospheric pressure or approximately 1 torr or less; 10 -1 torr or less; 10 -3 torr or less; 10 -5 torr or less; Or it may be 10 -6 torr or less.
본 발명의 일 예로, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 두께는 공정 온도, 압력, 반응 가스 유량 및 가스 유량비 (예: 반응 가스 유량/캐리어 가스 유량) 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 두께 또는 층수가 미세하게 제어될 수 있다. 어떤 예에서, 900 ℃ 이상의 성장 온도, 1 torr 이하의 압력 및 2 sccm 이하의 반응 가스의 유량 중 적어도 하나 이상을 변화시킬 수 있다. 어떤 예에서는 반응 가스 유량 및/또는 가스 유량비 (예: 반응 가스 유량/캐리어 가스 유량)를 변화시켜 상기 단결정 육방정계 질화붕소의 다층 박막의 두께 또는 층수를 제어하고, 각층이 연속적으로 형성된 다층으로 성장시킬 수 있다. 어떤 예에서 공정 조건이 상이한 상태에서 성장된 복수층들이 조합된 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 공정으로 형성된 제1 복수층; 및 제2 공정으로 형성된 제2 복수층을 포함할 수 있다. As an example of the present invention, the thickness of the single crystal hexagonal boron nitride thin film is determined by changing at least one of process temperature, pressure, reaction gas flow rate, and gas flow rate ratio (e.g., reaction gas flow rate/carrier gas flow rate) to fine the thickness or number of layers. can be controlled properly. In some examples, at least one of a growth temperature of 900° C. or higher, a pressure of 1 torr or lower, and a flow rate of the reaction gas of 2 sccm or lower may be changed. In some examples, the thickness or number of layers of the single crystal hexagonal boron nitride multilayer thin film is controlled by changing the reaction gas flow rate and/or the gas flow rate ratio (e.g., reaction gas flow rate/carrier gas flow rate), and each layer is grown into a continuously formed multilayer. You can do it. In some examples, multiple layers grown under different process conditions may be combined. For example, a first plurality of layers formed in a first process; And it may include a second plural layer formed through a second process.
본 발명의 일 예로, 상기 성장시키는 단계에서 반응 가스 0.025 내지 0.03 (sccm) 및 캐리어 가스 10 내지 40 유량 (sccm); 또는 20 내지 30 (sccm)인 제1 공정 조건; 반응 가스 0.1 내지 0.2 (sccm) 및 캐리어 가스 10 내지 40 유량 (sccm); 또는 또는 20 내지 30 (sccm)인 제2 공정 조건; 및 반응 가스 0,1 내지 0.2 (sccm) 및 캐리어 가스 40 초과 내지 120 유량 (sccm); 50 내지 120 유량 (sccm); 또는 60 초과 내지 120 유량 (sccm)인 제3 공정 조건; 중 적어도 하나 이상을 이용하여 대면적인 단결정 육방정계 질화붕소의 다층 박막을 형성할 수 있다. 즉, 상기 반응 가스, 캐리어 가스 및 수소 가스의 유량비를 제어하여 고결정성, 다층의 두께(예: 층수) 및 대면적을 갖는 박막을 형성할 수 있다. 어떤 예에서, 수소 유량을 증가시켜 성장을 억제하여 층수를 제어하거나 비활성 가스 (예: 질소 가스) 유량을 증가시켜 층수를 증가시킬 수 있다. As an example of the present invention, in the growth step, a reaction gas flow rate of 0.025 to 0.03 (sccm) and a carrier gas flow rate of 10 to 40 (sccm); or a first process condition of 20 to 30 (sccm); flow rate of reaction gas 0.1 to 0.2 (sccm) and carrier gas 10 to 40 (sccm); or or a second process condition of 20 to 30 sccm; and a flow rate of 0.1 to 0.2 sccm for the reaction gas and >40 to 120 sccm for the carrier gas; 50 to 120 flow rates (sccm); or a third process condition of greater than 60 to 120 sccm; A large-area single crystal hexagonal boron nitride multilayer thin film can be formed using at least one of the above. That is, by controlling the flow rate ratio of the reaction gas, carrier gas, and hydrogen gas, it is possible to form a thin film with high crystallinity, multi-layer thickness (e.g., number of layers), and large area. In some examples, the number of layers can be controlled by increasing the hydrogen flow rate to inhibit growth, or the number of layers can be increased by increasing the flow rate of an inert gas (e.g., nitrogen gas).
어떤 예에서 상기 단결정 육방정계 질화붕소의 다층 박막의 두께 또는 층수를 제어할 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 공정 조건으로 이중층으로 성장시키는 단계; 상기 제2 공정 조건으로 삼중층으로 성장시키는 단계; 및 상기 제3 공정 조건으로 오중층으로 성장시키는 단계; 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. In some examples, the thickness or number of layers of the single-crystal hexagonal boron nitride multilayer thin film may be controlled, for example, growing a double layer under the first process conditions; growing a triple layer under the second process conditions; and growing a quintuplayer under the third process conditions; It may include at least one of the following.
어떤 예에서 상기 제1 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스이고, 상기 제2 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스 및 비활성 가스를 포함하고, 상기 제3 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스 및 비활성 가스 (예: 질소 가스)를 포함할 수 있다.In some examples, the carrier gas in the first process condition is hydrogen gas, in the second process condition the carrier gas includes hydrogen gas and an inert gas, and in the third process condition the carrier gas includes hydrogen gas and an inert gas (e.g. : nitrogen gas) may be included.
어떤 예에서, 상기 수소 가스 대 비활성 가스 및/또는 수소 가스의 유량비는 1 : 1 내지 10일 수 있다. In some examples, the flow rate ratio of hydrogen gas to inert gas and/or hydrogen gas may be 1:1 to 10.
어떤 예에서, 상기 제2 공정 조건에서 상기 캐리어 가스는 수소 가스 및 비활성 가스 (예; 아르곤 가스)를 포함하고, 상기 수소 가스 대 상기 비활성 가스의 유량비는 1 : 1 내지 3; 1 : 1 내지 2; 또는 약 1 : 1일 수 있다. In some examples, the carrier gas in the second process conditions includes hydrogen gas and an inert gas (eg, argon gas), and the flow rate ratio of the hydrogen gas to the inert gas is 1:1 to 3; 1:1 to 2; Or it could be about 1:1.
어떤 예에서, 상기 제3 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 수소 가스 대 상기 질소 가스의 유량비는 1 : 4 내지 10; 1 : 5 내지 8; 또는 1 : 5 내지 1 : 6일 수 있다. In some examples, the carrier gas in the third process condition includes hydrogen gas and nitrogen gas, and the flow rate ratio of the hydrogen gas to the nitrogen gas is 1:4 to 10; 1:5 to 8; Or it may be 1:5 to 1:6.
어떤 예에서, 상기 반응 가스는 캐리어 가스와 함께 공급되고, 상기 반응 가스 대 상기 캐리어 가스의 유량비(sccm)는 1 : 100 내지 5000인 것일 수 있다. In some examples, the reaction gas is supplied together with a carrier gas, and the flow rate ratio (sccm) of the reaction gas to the carrier gas may be 1:100 to 5000.
본 발명의 일 예로, 상기 냉각하는 단계는 반응 가스를 제외한 캐리어 가스를 흘려주면서 냉각하며, 어떤 예에서, 상기 언급한 상기 성장시키는 단계에 적용된 공정 조건과 동일한 유량 및 비율로 캐리어 가스를 흘려줄 수 있다. As an example of the present invention, the cooling step is performed by flowing a carrier gas excluding the reaction gas, and in some examples, the carrier gas may be flowed at the same flow rate and ratio as the process conditions applied to the above-mentioned growing step. there is.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 전사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전사하는 단계는 원하는 기판 또는 구성요소 상에 본 기술 분야에서 알려진 전사 공정을 이용할 수 있다. 어떤 예에서 스탬프 전사 (예: 실리콘 러버 스탬프, PDMS 스탬프) 등을 이용하고, 상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 에칭, 세척 등을 통해 원하지 않는 층, 불순물 등을 제거할 수 있다. 어떤 예에서, 상기 전사하는 단계에 의해서 본 발명에 의한 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 포함하는 반도체 소자 또는 전자 소자를 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a step of transferring the single crystal hexagonal boron nitride thin film may be further included. The transferring step may use a transfer process known in the art onto the desired substrate or component. In some examples, stamp transfers (e.g. silicone rubber stamps, PDMS stamps), etc. are used, Unwanted layers and impurities can be removed from single crystal hexagonal boron nitride thin films through etching and cleaning. In some examples, the transferring step according to the present invention A semiconductor device or electronic device containing a single crystal hexagonal boron nitride thin film can be manufactured.
본 발명의 일 예로, 상기 기판(즉, 박막이 전사되는 기판)은 반도체 물질, 금속 물질 및 절연 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 물질은, IV족 반도체 물질 및 반도체 화합물이며, 보다 구체적으로IV족 반도체 물질은, Si, Ge 또는 Sn을 포함할 수 있다. 상기 반도체 화합물은, 예를 들면, Si, Ge, C, Zn, Cd, Al, Ga, In, B, C, N, P, S, Se, As, Sb 및 Te 중에서 적어도 2개의 원소가 결합된 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 물질은, Al, Cu, Co, W, Ti, Ag, Ni, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Sn, Ga, In, Bi, Mo, Nb, Cr, Ta, Pt 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 물질은 소자의 금속 배선, BEOL, FEOL 등에 적용되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 물질은 Si, Al, Hf, Zr, Zn, Ti, Ta, W 및 Mn 중 적어도 하나를 포함하거나 또는 Si, Ni, Al, W, Ru, Co, Mn, Ti, Ta, Au, Hf, Zr, Zn, Y, Cr, Cu, Mo 및 Gd 중 적어도 하나의 산화물, 질화물, 탄화물 및 이들의 유도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 기판은 전자 소자 또는 반도체 소자의 일부 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(transistor), 커패시터(capacitor), 다이오드(diode) 및 저항기(resistor) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 포함하는, 반도체 소자를 제공할 수 있다. As an example of the present invention, the substrate (i.e., the substrate onto which the thin film is transferred) may include at least one of a semiconductor material, a metal material, and an insulating material. For example, the semiconductor material is a group IV semiconductor material and a semiconductor compound, and more specifically, the group IV semiconductor material may include Si, Ge, or Sn. The semiconductor compound is, for example, a compound in which at least two elements from among Si, Ge, C, Zn, Cd, Al, Ga, In, B, C, N, P, S, Se, As, Sb and Te are combined. May contain substances. For example, the metal materials include Al, Cu, Co, W, Ti, Ag, Ni, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Sn, Ga, In, Bi, Mo , Nb, Cr, Ta, Pt, and Si. The metal material may be applied to the metal wiring of the device, BEOL, FEOL, etc. For example, the insulating material includes at least one of Si, Al, Hf, Zr, Zn, Ti, Ta, W and Mn, or Si, Ni, Al, W, Ru, Co, Mn, Ti, Ta, It may include at least one oxide, nitride, carbide, or derivatives thereof of Au, Hf, Zr, Zn, Y, Cr, Cu, Mo, and Gd. As another example, the substrate may be a component of an electronic device or semiconductor device. For example, it may include at least one of a transistor, a capacitor, a diode, and a resistor. That is, it is possible to provide a semiconductor device including a single crystal hexagonal boron nitride thin film.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다. Although the present invention is described with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and is to be understood without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. The present invention can be modified and changed in various ways.
단결정 Ni(111) 호일의 제조 Preparation of single crystal Ni(111) foil
대면적 Ni(111) 호일은 비접촉 어닐링 방법으로 제조하였다. 현탁된 상용 다결정 Ni 호일 (suspended commercial polycrystalline Ni foil, 100 ㎛ thick, 99.994%; Alfa Aesar)을 1,350 ℃로 가열하고 760 torr 압력 하에서 혼합 가스 흐름 (Ar, 30 sccm, H2, 30 sccm; 분당 표준 입방 센티미터)에서 24 시간 동안 상기 온도에서 유지하였다. Large-area Ni(111) foil was prepared by a non-contact annealing method. Suspended commercial polycrystalline Ni foil (100 μm thick, 99.994%; Alfa Aesar) was heated to 1,350 °C and mixed gas flow (Ar, 30 sccm, H 2 , 30 sccm; standard per minute) under 760 torr pressure. cubic centimeters) and maintained at this temperature for 24 hours.
Ni(111)에서 단결정 삼중층 hBN (single-crystal tri-layer hBN)의 성장Growth of single-crystal tri-layer hBN on Ni(111)
도 1에 나타낸 장비 및 공정 조건에 따라 Ni(111) 호일은 퍼니스의 중앙 영역에서 고온 및 저압 CVD 시스템의 내부에 배치하였다. 보라진 (Borazine, purchased from Gelest, Inc.) 전구체 플라스크를 -15 ℃의 수조에 넣고, hBN의 성장 이전에 욕온도 (bath temperature)는 25 ℃까지 상승하였다. 성장 이전에 Ni(111) 호일을 혼합 가스 흐름 (Ar, 10 sccm; H2, 10 sccm) 하에서 성장 온도 (1,220 ℃)로 가열하였다. According to the equipment and process conditions shown in Figure 1, Ni(111) foil was placed inside the high temperature and low pressure CVD system in the central area of the furnace. Borazine (purchased from Gelest, Inc.) precursor flask was placed in a water bath at -15°C, and the bath temperature was raised to 25°C before growth of hBN. Prior to growth, the Ni(111) foil was heated to the growth temperature (1,220 °C) under a mixed gas flow (Ar, 10 sccm; H 2 , 10 sccm).
hBN을 성장시키기 위해 보라진 가스의 0.1 sccm (질량 유량 제어기에 의해 제어됨)의 흐름을 60분 동안 CVD 챔버에 도입하여다. hBN 성장 후, 보라진 흐름은 종료되었고 퍼니스는 혼합 가스 흐름 (Ar, 10 sccm, H2, 10 sccm) 하에서 실온으로 빠르게 냉각된다. 다양한 온도에서 hBN 성장은 1020 ℃ 내지 1320 ℃에서 수행되었다. 이중층 및 오중층 hBN 필름을 성장시키는 데 사용된 전구체 유량은, 각각 0.025 sccm (보라진 가스) 및 50.1 sccm (보라진 가스 0.1 sccm 및 N2 50 sccm)이다. To grow hBN, a flow of 0.1 sccm (controlled by a mass flow controller) of borazine gas was introduced into the CVD chamber for 60 min. After hBN growth, the borazine flow was terminated and the furnace was rapidly cooled to room temperature under mixed gas flow (Ar, 10 sccm, H 2 , 10 sccm). hBN growth at various temperatures was performed from 1020 °C to 1320 °C. The precursor flow rates used to grow the bilayer and quintuple layer hBN films were 0.025 sccm (borazine gas) and 50.1 sccm (0.1 sccm borazine gas and 50 sccm N 2 ), respectively.
임의의 기판에 hBN 필름의 전사Transfer of hBN films to arbitrary substrates
성장한 hBN은 추가 특성화를 위해 폴리머 매개 습식 전사 공정에 의해 SiO2/Si 웨이퍼, 석영판 및 5 nm 두께의 비정질 SiN 윈도우 (TEMwindows.com)로 전사되었다. 성장된 hBN/Ni23B6/Ni 보호층 위에 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA) 필름을 스핀 코팅하였다. 다음으로, Ni23B6/Ni를 염화철 (FeCl3) 수용액 내에서 에칭으로 제거되었다. 철저한 세척 후 hBN 필름을 타겟 기판에 전사하고 최종적으로 아세톤에 침지하여 PMMA를 제거하였다. The grown hBN was transferred to SiO 2 /Si wafers, quartz plates and 5 nm thick amorphous SiN windows (TEMwindows.com) by a polymer-mediated wet transfer process for further characterization. A poly(methyl methacrylate) (PMMA) film was spin-coated on the grown hBN/Ni 23 B 6 /Ni protective layer. Next, Ni 23 B 6 /Ni was removed by etching in an aqueous iron chloride (FeCl 3 ) solution. After thorough washing, the hBN film was transferred to the target substrate and finally immersed in acetone to remove PMMA.
도 1에서 삼중층 대면적 육방정계 질화붕소 박막 제작을 위한 장비와 단결정 니켈 기판 및 에피택시 성장 조건과 결과물 사진을 확인할 수 있다. In Figure 1, you can see equipment for producing a triple-layer large-area hexagonal boron nitride thin film, a single crystal nickel substrate, epitaxial growth conditions, and a photo of the result.
도 2에서 Ni(111)의 삼중층 hBN 박막의 제안된 성장 경로와 Ni(111)/hBN 계면에서 Ni23B6의 후속 출현을 도식화하여 나타낸 것으로, 상단에서 하단까지의 최종 구조는 삼중층 hBN/Ni23B6/Ni(111)이다. 삼중층 hBN/Ni23B6 및 Ni23B6/Ni(111) 층은 각각 에피택시 관계를 보여준다. In Figure 2, the proposed growth path of a triple-layer hBN thin film of Ni(111) and the subsequent appearance of Ni 23 B 6 at the Ni(111)/hBN interface are schematically shown, and the final structure from top to bottom is triple-layer hBN. /Ni 23 B 6 /Ni(111). The trilayer hBN/Ni 23 B 6 and Ni 23 B 6 /Ni(111) layers each show an epitaxial relationship.
단계 (i) 보라진 해리, 즉 1220 ℃에서 Ni 표면의 보라진 전구체의 해리는 hBN 필름에 대한 B 및 N 종을 제공하고, 단계 (ii) B의 용해, 즉 B는 성장 조건에서 높은 용해도로 인해 고용체로서 Ni에 용해된다(3원 Ni-B-N 위상 도표는 1085 ℃에서 B의 용해도 ~0.3 at%를 나타냄). 대조적으로 Ni에 대한 매우 낮은 용해도 (1550 ℃에서 ~0.004 at% - 따라서 1220 ℃에서 훨씬 더 낮을 것으로 예상됨)를 갖는 것으로 보고된다. 따라서, 질화니켈(nickel nitride)의 형성 또는 N의 용해는 hBN의 성장에 역할을 하지 않을 것으로 예상된다. Step (i) borazine dissociation, i.e. dissociation of the borazine precursor on the Ni surface at 1220 °C provides B and N species for the hBN film, and step (ii) dissolution of B, i.e. B with high solubility at the growth conditions. It is soluble in Ni as a solid solution (ternary Ni-B-N phase diagram shows a solubility of B of ~0.3 at% at 1085 °C). In contrast, it is reported to have a very low solubility for Ni (~0.004 at% at 1550 °C - therefore expected to be even lower at 1220 °C). Therefore, the formation of nickel nitride or the dissolution of N is not expected to play a role in the growth of hBN.
단계 (iii) 삼중층 hBN의 성장, 즉 hBN 섬은 Ni(111) 표면에서 핵을 형성하고 에피택셜하게 성장하며, 삼중층 hBN은 표면 매개 메커니즘에 의해 분명히 성장한다 (즉, 냉각 과정 중 벌크에서 침전되지 않음): 두께는 -60, -30 및 -5 ℃/min)의 다양한 냉각 속도에 대해 일정하게 유지된다. 침전 기반 성장에서 냉각 속도가 침전을 "동결 제거"할 만큼 충분히 낮으면 냉각 속도를 감소시킬 때 필름의 두께가 증가할 수 있다. 단계 (iv) 삼중층 hBN의 합체 (coalescence), 즉 섬은 60분 후에 연속 삼중층 hBN 필름으로 합쳐지고 퍼니스는 실온으로 냉각된다. Step (iii) growth of trilayer hBN, i.e. hBN islands nucleate and grow epitaxially on the Ni(111) surface, and trilayer hBN obviously grows by a surface-mediated mechanism (i.e. in the bulk during the cooling process). does not precipitate): the thickness remains constant for different cooling rates (-60, -30 and -5 °C/min). In precipitation-based growth, if the cooling rate is low enough to "freeze out" the precipitation, the thickness of the film can increase as the cooling rate is reduced. Step (iv) coalescence of triple-layer hBN, i.e. the islands coalesce into a continuous triple-layer hBN film after 60 minutes and the furnace is cooled to room temperature.
단계 (v) 냉각 중 Ni23B6의 생성, 즉, Ni(111)에 용해된 과잉 B가 (냉각 중에) 삼중층 hBN 필름과 Ni(111) 기판 사이에 위치하는 Ni23B6 층으로 침전된다. Step (v) Generation of Ni 23 B 6 during cooling, i.e. Excess B dissolved in Ni(111) precipitates (during cooling) into the Ni 23 B 6 layer located between the trilayer hBN film and the Ni(111) substrate.
도 3 및 도 4에서 Ni(111)에서 대면적의 단결정 삼중층 hBN 박막의 에피택시 성장 과정 및 품질을 확인할 수 있다. 도 3에서 (a) 1220 ℃에서 Ni(111) 호일 표면에서 삼중층 hBN의 시간적 진화를 보여주는 SEM 이미지이며, 삽입도는 각각 hBN 섬을 보여주는 2개의 상이한 고배율 SEM 이미지를 보여준다. 첫번째 하나의 hBN 섬은 표면 단차와 평행하고, 두 번째는 한 가장자리를 따라 결합된 두 개의 hBN 섬을 보여준다. (b) SiO2(300nm)/Si 기판에 전사된 2cm x 5cm hBN 필름의 사진이며, 삽입도는 SiO2(300 nm)/Si 기판에 전사된 hBN 막 가장자리의 AFM 이미지를 보여준다. 24개 위치 (필름 가장자리에서)에서의 평균 두께는 1.27±0.06 nm이다. (c) SiO2(300 nm)/Si 상의 삼중층 hBN 필름의 라만 스펙트럼으로, 1368 cm-1에서 특징적인 hBN 신호를 보여준다. (d) SiO2(300 nm)/Si의 삼중층 hBN 필름에 표시된 12개 위치에서 E2g peak 강도의 라만 매핑 이미지이며, 각 위치에서 매핑된 영역은 5 ㎛ x 5 ㎛이다. In Figures 3 and 4, the epitaxial growth process and quality of a large-area single-crystal triple-layer hBN thin film on Ni(111) can be confirmed. In Figure 3 (a) is an SEM image showing the temporal evolution of trilayer hBN on a Ni(111) foil surface at 1220 °C, and the inset shows two different high-magnification SEM images each showing hBN islands. The first shows a single hBN island parallel to the surface step, and the second shows two hBN islands joined along one edge. (b) A photograph of a 2cm The average thickness at 24 locations (at the film edge) is 1.27±0.06 nm. (c) Raman spectrum of a trilayer hBN film on SiO 2 (300 nm)/Si, showing a characteristic hBN signal at 1368 cm -1 . (d) Raman mapping image of the E 2g peak intensity at 12 locations marked on a trilayer hBN film of SiO 2 (300 nm)/Si, and the mapped area at each location is 5 ㎛ x 5 ㎛.
도 4에서 (a) 석영 기판에 전사된 삼중층 hBN 필름의 UV-Vis 흡수 스펙트럼이며, 삽입도는 (a)의 광학 밴드갭 분석 (optical bandgap analysis)이다. (b) 60분 성장 후 Ni(111) 상의 as-grown 삼중층 hBN 필름에서 측정된 XPS 스펙트럼이다. B 1s 영역에 있는 피크의 결합 에너지는 190.2 eV (hBN) 및 117 187.9 eV (Ni-B)로 지정되고 N 1s 영역에서는 379.9 eV (hBN)에서 결합 에너지가 지정된다. (c) SiO2(300 nm)/Si 기판 상에 전사된 삼중층 hBN 필름에서 XPS 스펙트럼 측정 결과이다. In Figure 4 (a) is the UV-Vis absorption spectrum of the triple-layer hBN film transferred to the quartz substrate, and the inset is the optical bandgap analysis in (a). (b) XPS spectrum measured on the as-grown triple-layer hBN film on Ni(111) after 60 minutes of growth. The binding energies of the peaks in the B 1s region are assigned at 190.2 eV (hBN) and 117 187.9 eV (Ni-B), and in the N 1s region the binding energy is assigned at 379.9 eV (hBN). (c) XPS spectrum measurement results from a triple-layer hBN film transferred onto a SiO 2 (300 nm)/Si substrate.
도 5는 Ni23B6/Ni(111) 상의 삼중층 hBN의 결정 구조에 관련되며, 이는 단면 투과전자 현미경으로 확인한 삼중층 hBN 단결정의 두께 및 에피택시 성장 결과를 확인할 수 있다. 도 5에서 (a) 60분 동안 성장된 hBN/Ni23B6/Ni의 저배율 TEM 이미지. (b) Ni23B6/Ni 계면의 고배율 TEM 이미지 및 (c) [110] 영역 축에서 Ni23B6의 ADF-STEM 이미지이다. (d) Ni23B6의 시뮬레이션된 결정 모델, (e) Ni23B6 및 Ni의 SAED 패턴, (f) Ni23B6에 대한 삼중층 hBN의 저배율 및 (g) 고배율 TEM 이미지이다. (g)의 삽입도는 AA'A 스택킹 순서를 나타내며, 더 높은 배율 이미지이다. (h) hBN 및 (i) 노란색 사각형 영역 (g)의 Ni23B6의 관련 FFT이다. Figure 5 relates to the crystal structure of triple-layer hBN on Ni 23 B 6 /Ni(111), which shows the thickness and epitaxial growth results of the triple-layer hBN single crystal confirmed by cross-sectional transmission electron microscopy. In Figure 5 (a) low-magnification TEM image of hBN/Ni 23 B 6 /Ni grown for 60 minutes. (b) High-magnification TEM image of the Ni 23 B 6 /Ni interface and (c) ADF-STEM image of Ni 23 B 6 in the [110] region axis. (d) Simulated crystal model of Ni 23 B 6 , (e) SAED patterns of Ni 23 B 6 and Ni, (f) low-magnification and (g) high-magnification TEM images of triple-layer hBN for Ni 23 B 6 . The inset in (g) shows the AA'A stacking sequence and is a higher magnification image. (h) hBN and (i) the associated FFT of Ni 23 B 6 in the yellow square region (g).
다음으로, 도 6에서 삼중층 hBN 단결정 박막의 전자회절 패턴에 해당되며, (a) 5 nm 두께의 비정질 SiN 윈도우에서 삼중층 hBN 필름의 SEM 이미지이고, (b)(a)에서 상응하는 9개 SAED 패턴이다. 6개의 대칭 육각형 점의 상대 배향 각도 (θ9개의 SAED 패턴을 평균화하여 구함)는 36.52°±0.24°이고, 거의 제로 분산이 관찰된 모든 육각형 격자 (9개의 개별 SAED 패턴에서)가 하나의 특정 방향에 따라 정렬되어 있음을 보여준다. Next, the corresponding electron diffraction pattern of the triple-layer hBN single crystal thin film in Figure 6, (a) the SEM image of the triple-layer hBN film in a 5 nm thick amorphous SiN window, and (b) the corresponding 9-layer hBN film in (a). This is the SAED pattern. The relative orientation angle of the six symmetric hexagonal points (θ obtained by averaging the nine SAED patterns) is 36.52°±0.24°, and all hexagonal lattices (from the nine individual SAED patterns) for which almost zero dispersion was observed are aligned in one specific direction. It shows that they are sorted accordingly.
도 7은 삼중층 hBN 성장의 메커니즘에 관련되며, (a) 1분 (왼쪽) 및 30분 (오른쪽)의 성장 시간에 대한 Ni(111) 표면의 삼중층 hBN AFM 이미지이다. 1분 동안 성장시킨 hBN 섬은 표면의 스텝 가장자리에 한쪽 가장자리가 부착되어 있지만 30분 동안 성장한 hBN 섬의 가장자리는 스텝 가장자리 근처에서 자라지 않는다: (b) Ni(111) 표면의 다른 위치에서 N7B6 (hBN6의 성장을 위한 프로브 시드로 고려됨)의 결합: A, Ni(111) 테라스에서 0°회전 각도 N7B6의 가장 안정적인 구성; B, Ni(111) 테라스에서 60°회전 각도 N7B6의 가장 안정적인 구성; C, Ni(111) 표면의 <110> 단차 모서리 근처에서 0°회전 각도 N7B6의 가장 안정적인 구성; D, Ni(111) 표면의 <110> 스텝 모서리 근처에서 60°회전 각도 N7B6의 가장 안정적인 구성. 이러한 N7B6의 결합 에너지는 아래 패널에 표시되어 있다. 즉, A의 경우 -12.09 eV, B의 경우 -11.95 eV, C의 경우 -14.20 eV 및 D의 경우 -13.85 eV이다. (c) Ni(111) 표면에 있는 hBN 필름의 두 가지의 가능한 에피택셜 정렬에 대한 설명이다: 0 °회전 각도 및 60º회전 각도 및 회전 각도의 함수로서의 Ni(111) 표면 상에 단일층, 이중층 및 삼중층 hBN 층의 결합 에너지이다. 0°회전 각도 hBN 정렬은 전반적인 최소값에 해당하고 60°회전 각도는 단층, 이중층 및 삼중층 hBN 필름에 대한 깊은 국소 최소값에 관련된다. (d) Ni(111) 표면의 hBN 상보성 핵 생성 및 성장을 도식화한 것으로, 여기서 스텝 가장자리 근처의 핵형성이 에너지적으로 선호되지만 도킹된 가장자리는 나중에 추가 성장 동안 단계에 가장자리를 통과한다. 기판의 스텝 가장자리는 일반적으로 그에 평행한 hBN 섬 가장자리의 성장 속도를 느리게 하여 결국 성장한 hBN 섬의 왜곡된 사다리꼴 모양으로 이어진다. (e) Ni(111) 표면에 있는 다층 hBN의 다음 층에 대한 최상층의 특정 결합 에너지 (단일 층 hBN의 "다음" 층은 Ni(111) 표면임)이다. Figure 7 relates to the mechanism of triple-layer hBN growth, (a) AFM images of triple-layer hBN on Ni(111) surface for growth times of 1 min (left) and 30 min (right). hBN islands grown for 1 min have one edge attached to the step edge of the surface, but the edges of hBN islands grown for 30 min do not grow near the step edge: (b) N 7 B at a different location on the Ni(111) surface. Binding of 6 (considered as a probe seed for the growth of hBN 6 ): A, the most stable configuration of 0° rotation angle N7B6 on the Ni(111) terrace; B, most stable configuration with 60° rotation angle N 7 B 6 on Ni(111) terrace; C, the most stable configuration of 0° rotation angle N7B6 near the <110> step edge of the Ni(111) surface; D, The most stable configuration with a 60° rotation angle N 7 B 6 near the <110> step edge of the Ni(111) surface. The binding energies of these N 7 B 6 are shown in the panel below. That is, -12.09 eV for A, -11.95 eV for B, -14.20 eV for C, and -13.85 eV for D. (c) Illustration of two possible epitaxial alignments of hBN films on Ni(111) surfaces: 0° rotation angle and 60° rotation angle and monolayer, double layer on Ni(111) surface as a function of rotation angle. and the binding energy of the trilayer hBN layer. The 0° rotation angle hBN alignment corresponds to the global minimum and the 60° rotation angle relates to the deep local minimum for monolayer, bilayer, and trilayer hBN films. (d) Schematic illustration of hBN complementary nucleation and growth on a Ni(111) surface, where nucleation near the step edge is energetically favored but the docked edge later passes through the step edge during further growth. The stepped edge of the substrate generally slows the growth rate of the hBN island edges parallel to it, ultimately leading to a distorted trapezoidal shape of the grown hBN island. (e) Specific binding energy of the top layer to the next layer of multilayer hBN on a Ni(111) surface (the “next” layer of a single layer hBN is a Ni(111) surface).
도 8은 이중층 hBN 단결정 박막의 성장 결과 및 두께를 확인한 것으로, 도 8에서 (a) 전사 이후 SiO2(300nm)/Si 기판 위의 5mm x 5mm 이중층 hBN 필름 사진, (b) (a)에 표시된 16개 위치의 라만 스펙트럼, (c) 이중층 및 삼중층 hBN의 라만 스펙트럼 비교이다. 이중층 hBN (197.1 ± 665 17.4)의 절대 라만 강도는 삼중층 hBN (314.4 ± 23.5)보다 1.6배 낮다. 이것은 기계적으로 박리된 삼중층과 이중층 hBN에 대한 라만 피크 강도의 비율에 대해 보고된 결과와 일치한다. (d) AFM 이미지는 SiO2 (300 nm)/Si 기판 상에 전사된 이중층 hBN 필름의 4개 가장자리를 보여준다. 대표적인 높이 프로파일이 삽입도에서 표시된다. 12개 위치에서 평균 AFM 두께는 0.91 ± 0.04 nm이다. Figure 8 confirms the growth results and thickness of the double-layer hBN single crystal thin film. In Figure 8, (a) a photograph of a 5 mm x 5 mm double-layer hBN film on a SiO 2 (300 nm)/Si substrate after transfer, (b) shown in (a). Raman spectra at 16 positions, (c) comparison of Raman spectra of double-layer and triple-layer hBN. The absolute Raman intensity of bilayer hBN (197.1 ± 665 17.4) is 1.6 times lower than that of trilayer hBN (314.4 ± 23.5). This is consistent with the results reported for the ratio of Raman peak intensities for mechanically exfoliated trilayer and bilayer hBN. (d) AFM image shows four edges of the bilayer hBN film transferred onto SiO 2 (300 nm)/Si substrate. A representative height profile is shown in the inset. The average AFM thickness at 12 locations is 0.91 ± 0.04 nm.
도 9는 오중층 hBN 단결정 박막의 성장 결과 및 두께를 확인한 것으로, 도 9에서 (a) 전사 이후 SiO2 (300 nm)/Si 기판 상의 5 mm x 5 mm 오중층 hBN 필름의 사진, (b) (a)에 표시된 16개 위치에서 라만 스펙트럼이다. (c) 삼중층 및 오중층 hBN의 라만 스펙트럼 비교이다. 오중층 hBN (515.6 ± 24.1)의 절대 라만 강도는 삼중층 hBN (314.4 ± 23.5)보다 1.64배 더 높다. 이것은 기계적으로 박리된 오중층 및 삼중층 hBN에 대한 라만 피크 강도의 비율에 대한 결과와 일치한다. (d) AFM 이미지는 SiO2(300 nm)/Si 기판으로 전사된 오중층 hBN 필름의 4개 가장자리를 보여준다. 대표적인 높이 프로파일이 삽입되고, 12 위치에서 AFM의 평균 두께는 1.93 ± 0.11 nm이다. Figure 9 confirms the growth results and thickness of the quintuplayer hBN single crystal thin film. In Figure 9, (a) a photograph of a 5 mm x 5 mm quintuplayer hBN film on a SiO 2 (300 nm)/Si substrate after transfer, (b) Raman spectra at 16 positions shown in (a). (c) Comparison of Raman spectra of triple-layer and pent-layer hBN. The absolute Raman intensity of quintlayer hBN (515.6 ± 24.1) is 1.64 times higher than that of trilayer hBN (314.4 ± 23.5). This is consistent with the results for the ratio of Raman peak intensities for mechanically exfoliated quintlayer and trilayer hBN. (d) AFM image shows four edges of the quintlayer hBN film transferred to SiO 2 (300 nm)/Si substrate. Representative height profiles are inset, the average thickness of AFM at 12 positions is 1.93 ± 0.11 nm.
본 발명은 화학 기상 증착 방법에 의해 웨이퍼 규모로 단결정 삼중층 hBN의 에피택셜 성장을 성공적으로 실현시킬 수 있다. 균일하게 정렬된 삼중층 hBN 섬 (island)이 성장 초기 단계에서 2 cm x 5 cm 단결정 Ni(111)에서 성장하고 최종적으로 단결정 필름으로 합체되는 것을 확인할 수 있다. 단면 투과 전자 현미경 (TEM, transmission electron microscopy) 결과는 Ni(111)에 용해된 붕소에 의해 단결정 삼중층 hBN 필름과 Ni(111) 기판 사이에 Ni23B6 중간층 (interlayer)이 형성(냉각 중)되는 것을 보여준다. 즉, 삼중층 hBN과 Ni23B6 사이 및 Ni23B6과 Ni 사이에는 에피택셜 관계가 성립된다. The present invention can successfully realize epitaxial growth of single-crystal triple-layer hBN at wafer scale by chemical vapor deposition method. It can be seen that uniformly aligned triple-layer hBN islands grow on 2 cm x 5 cm single crystal Ni(111) in the early stages of growth and finally coalesce into a single crystal film. Cross-sectional transmission electron microscopy (TEM) results show that a Ni 23 B 6 interlayer is formed between the single crystal triple-layer hBN film and the Ni (111) substrate by boron dissolved in Ni (111) (during cooling). It shows what happens. That is, an epitaxial relationship is established between the triple layer hBN and Ni 23 B 6 and between Ni 23 B 6 and Ni.
또한, 삼중층 hBN 필름이 수소의 촉매 발생 동안 손상되지 않는 보호층으로 작용한다는 것을 발견하였고, 이는 연속적이고 균일한 대면적의 단결정 삼중층의 hBN임을 시사한다. SiO2(300 nm)/Si 웨이퍼로 전사된 이러한 삼중층 hBN은 MoS2 FET의 SiO2 기판에서 도핑되는 전자를 줄이기 위한 유전층 역할을 할 수 있다. 이러한 결과는 CVD에 의해 넓은 면적에 고품질 다층 hBN을 달성하는 것이 가능하다는 것을 보여주고, 이는 2D 반도체 및 기타 목적을 위한 유비쿼터스 기판을 만들기 위한 새로운 접근 방식을 제안할 수 있다. In addition, it was found that the triple-layer hBN film acts as a protective layer that is not damaged during the catalytic generation of hydrogen, suggesting that it is a continuous and uniform single-crystal triple-layer hBN of large area. This triple-layer hBN transferred to SiO 2 (300 nm)/Si wafer can serve as a dielectric layer to reduce electrons doped from the SiO 2 substrate of the MoS 2 FET. These results demonstrate that it is possible to achieve high-quality multilayer hBN over large areas by CVD, which may suggest a new approach to create ubiquitous substrates for 2D semiconductors and other purposes.
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. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다. As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents. Adequate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
Claims (17)
A multilayer, single-crystal hexagonal boron nitride thin film with a thickness of 0.6 nm or more.
상기 두께는 0.6 nm 내지 1.5 nm인 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막.
According to paragraph 1,
The thickness is 0.6 nm to 1.5 nm,
Single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막의 면적은 웨이퍼 크기인 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막.
According to paragraph 1,
The area of the single crystal hexagonal boron nitride thin film is the size of a wafer,
Single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은, 니켈 (111)의 성장 기판 상에서 CVD 증착 공정으로 성장된 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막.
According to paragraph 1,
The single crystal hexagonal boron nitride thin film was grown by a CVD deposition process on a nickel (111) growth substrate,
Single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 다층은,
온도, 압력, 반응 가스 유량 및 가스 유량비 (반응 가스 유량/캐리어 가스 유량) 중 적어도 하나 이상을 변화시켜, 상기 다층의 두께 또는 층수가 제어된 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막.
According to paragraph 1,
The multilayer is,
The thickness or number of layers of the multilayer is controlled by changing at least one of temperature, pressure, reaction gas flow rate, and gas flow rate ratio (reaction gas flow rate/carrier gas flow rate),
Single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 다층은 각층이 연속적으로 성장된 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막.
According to paragraph 1,
The multilayer is one in which each layer is grown continuously,
Single crystal hexagonal boron nitride thin film.
The single crystal hexagonal boron nitride thin film of claim 1; Containing a semiconductor device.
니켈(111)의 성장 기판을 준비하는 단계; 및
상기 성장 기판 상에 다층의 단결정 육방정계 질화붕소 박막을 성장시키는 단계;
를 포함하고,
상기 단결정 육방정계 질화붕소 박막은 0.6 nm 이상의 두께를 갖는 다층인 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
A method for manufacturing a single crystal hexagonal boron nitride thin film,
Preparing a growth substrate of nickel (111); and
Growing a multi-layer single crystal hexagonal boron nitride thin film on the growth substrate;
Including,
The single crystal hexagonal boron nitride thin film is a multilayer having a thickness of 0.6 nm or more,
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 성장시키는 단계는,
하나의 분자 내 붕소 및 질소를 포함하는 전구체를 포함하는 반응 가스를 이용하는 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 8,
The growing step is,
Using a reaction gas containing a precursor containing boron and nitrogen in one molecule,
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 반응 가스는,
보라진 (B3H6N3), 트리클로로보라진, 아미노보란 (BH2NH2), 암모니아 보란 (BH3-NH3), 암모니아 보란 복합체 (H3N-BH3), 보라진 (B3N3H6), 디보란의 디암모네이트 및 BN 폴리머 복합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 9,
The reaction gas is,
Borazine (B 3 H 6 N 3 ), trichloroborazine, aminoborane (BH 2 NH 2 ), ammonia borane (BH 3 -NH 3 ), ammonia borane complex (H 3 N-BH 3 ), borazine (B 3 N 3 H 6 ), containing at least one selected from the group consisting of diammonate of diborane and BN polymer complex,
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 반응 가스는 캐리어 가스와 함께 공급되고,
상기 반응 가스 대 상기 캐리어 가스의 유량비 (sccm)는 0.025 내지 0.1 : 10 내지 50인 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 9,
The reaction gas is supplied together with a carrier gas,
The flow rate ratio (sccm) of the reaction gas to the carrier gas is 0.025 to 0.1: 10 to 50,
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 성장시키는 단계는 저압 CVD 증착 공정을 이용하는 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 8,
The growing step uses a low pressure CVD deposition process,
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 성장시키는 단계는 에피택시 성장을 유도하고,
상기 성장시키는 단계는, 온도, 압력, 반응 가스 유량 및 가스 유량비 (반응 가스 유량/캐리어 가스 유량) 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 다층의 두께 또는 층수가 제어된 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 8,
The growing step induces epitaxial growth,
In the growing step, the thickness or number of layers of the multilayer is controlled by changing at least one of temperature, pressure, reaction gas flow rate, and gas flow rate ratio (reaction gas flow rate/carrier gas flow rate),
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 성장시키는 단계는,
900 ℃이상의 성장 온도, 1 torr 이하의 압력 및 2 sccm 이하의 반응 가스의 유량 중 적어도 하나 이상을 이용하는 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 8,
The growing step is,
Using at least one of a growth temperature of 900 ℃ or more, a pressure of 1 torr or less, and a flow rate of reaction gas of 2 sccm or less,
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 성장시키는 단계는,
반응 가스 0.025 내지 0.03 (sccm) 및 캐리어 가스 10 내지 40 유량 (sccm)인 제1 공정 조건;
반응 가스 0.1 내지 0.2 (sccm) 및 캐리어 가스 10 내지 40 유량 (sccm)인 제2 공정 조건; 및
반응 가스 0.1 내지 0.2 (sccm) 및 캐리어 가스 50 내지 120 유량 (sccm)인 제3 공정 조건; 중 적어도 하나 이상을 이용하여 다층을 형성하는 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 8,
The growing step is,
A first process condition of 0.025 to 0.03 sccm of reaction gas and 10 to 40 sccm of carrier gas;
a second process condition of 0.1 to 0.2 sccm of reaction gas and 10 to 40 sccm of carrier gas; and
a third process condition of 0.1 to 0.2 sccm of reaction gas and 50 to 120 sccm of carrier gas; Forming a multilayer using at least one of
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 제1 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스이고,
상기 제2 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스 및 비활성 가스를 포함하고, 상기 수소 가스 대 상기 비활성 가스의 유량비는 1 : 1 내지 3이고,
상기 제3 공정 조건에서 캐리어 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 수소 가스 대 상기 질소 가스의 유량비는 1 : 4 내지 10인 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.
According to clause 15,
In the first process conditions, the carrier gas is hydrogen gas,
In the second process conditions, the carrier gas includes hydrogen gas and an inert gas, and the flow rate ratio of the hydrogen gas to the inert gas is 1:1 to 3,
In the third process condition, the carrier gas includes hydrogen gas and nitrogen gas, and the flow rate ratio of the hydrogen gas to the nitrogen gas is 1:4 to 10,
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
상기 성장시키는 단계는,
상기 제1 공정 조건으로 이중층으로 성장시키는 단계;
상기 제2 공정 조건으로 삼중층으로 성장시키는 단계; 및
상기 제3 공정 조건으로 오중층으로 성장시키는 단계;
중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
단결정 육방정계 질화붕소 박막의 제조방법.According to clause 15,
The growing step is,
Growing a double layer under the first process conditions;
growing a triple layer under the second process conditions; and
growing a quintuplayer under the third process conditions;
Containing at least one or more of
Method for manufacturing single crystal hexagonal boron nitride thin film.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |