KR102715857B1 - Method of forming nanofores in 2d materials structure - Google Patents
Method of forming nanofores in 2d materials structure Download PDFInfo
- Publication number
- KR102715857B1 KR102715857B1 KR1020200169018A KR20200169018A KR102715857B1 KR 102715857 B1 KR102715857 B1 KR 102715857B1 KR 1020200169018 A KR1020200169018 A KR 1020200169018A KR 20200169018 A KR20200169018 A KR 20200169018A KR 102715857 B1 KR102715857 B1 KR 102715857B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dimensional material
- nanopores
- wse
- forming
- mos
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- -1 chalcogenide compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910016001 MoSe Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910005543 GaSe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910005866 GeSe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910005913 NiTe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- QHASIAZYSXZCGO-UHFFFAOYSA-N selanylidenenickel Chemical compound [Se]=[Ni] QHASIAZYSXZCGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 claims 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 18
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 11
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 8
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 6
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 101100069231 Caenorhabditis elegans gkow-1 gene Proteins 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N Norphytane Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003090 WSe2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012538 light obscuration Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02587—Structure
- H01L21/0259—Microstructure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3174—Particle-beam lithography, e.g. electron beam lithography
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
본 발명은 2차원 물질 구조체의 나노포어 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차원 물질을 이용한 다양한 구조(단일 구조, 이종접합 구조, 멀티접합 구조 등) 상에 나노포어를 형성함으로써 다층 이차원 물질이 갖는 간접 밴드갭을 직접 밴드갭 구조로 갖도록 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming nanopores in a two-dimensional material structure, and more specifically, to a method for forming nanopores on various structures (single structure, heterojunction structure, multijunction structure, etc.) using a two-dimensional material so that the indirect band gap of a multilayer two-dimensional material can be transformed into a direct band gap structure.
Description
본 발명은 2차원 물질 구조체의 나노포어 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차원 물질을 이용한 다양한 구조(단일 구조, 이종접합 구조, 멀티접합 구조 등) 상에 나노포어를 형성함으로써 다층 이차원 물질이 갖는 간접 밴드갭을 직접 밴드갭 구조로 갖도록 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming nanopores in a two-dimensional material structure, and more specifically, to a method for forming nanopores on various structures (single structure, heterojunction structure, multijunction structure, etc.) using a two-dimensional material so that the indirect band gap of a multilayer two-dimensional material can be transformed into a direct band gap structure.
기존에 보고된 2차원 물질 기반의 이종 접합 소자는 전사 기법을 이용하여 제작되며, 이들의 광/전기적 특성 분석을 우선하였다. 다층의 2차원 물질은 단일층의 2차원 물질과 대비하여 충분한 전하 캐리어를 가지는 것이나, 단일층의 2차원 물질이 가지는 직접 밴드갭(direct bandgap)이 간접 밴드갭(indirect bandgap)으로 변화되어 광전자의 재결합 움직임에 제한적이다.Previously reported two-dimensional material-based heterojunction devices were fabricated using a transfer technique, and their optical/electrical properties were analyzed first. Multilayer two-dimensional materials have sufficient charge carriers compared to single-layer two-dimensional materials, but the direct bandgap of single-layer two-dimensional materials is changed to an indirect bandgap, which limits the recombination movement of photoelectrons.
2차원 물질은 일반적으로 엑시톤 결합 에너지가 매우 높아 엑시톤의 재결합률이 매우 높다. 이러한 현상은 2차원 물질의 벌크 형태 밴드 다이어그램에서, 간접 밴드갭의 인광형태의 재결합에 의해 형광 특성은 거의 관찰되지 않으며, 엑시톤 생존 시간 또한 매우 짧게 관찰된다.Two-dimensional materials generally have very high exciton binding energies, and thus very high exciton recombination rates. This phenomenon is observed in the bulk band diagram of two-dimensional materials, where fluorescence properties are hardly observed due to recombination in the indirect band gap phosphorescence form, and the exciton survival time is also observed to be very short.
본 발명은 2차원 물질 기반의 구조체 상에 나노포어를 형성함으로써 직접 밴드갭 형태로의 밴드 구조로의 변화를 가지는 소자를 제공함에 목적이 있다.The present invention aims to provide a device having a change in the band structure into a direct band gap type by forming nanopores on a two-dimensional material-based structure.
해결하고자 하는 과제의 달성을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 2차원 물질 기반 구조체의 나노포어 형성 방법은 2차원 물질 구조체을 제공하는 단계; 및 상기 구조체에 대하여 두께 방향으로 나노포어(nanopores)를 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the task to be solved, a method for forming nanopores in a two-dimensional material-based structure according to one embodiment of the present invention includes the steps of providing a two-dimensional material structure; and the steps of forming nanopores in the thickness direction for the structure.
상기 2차원 물질 구조체는 그래핀, 산화그래핀, 칼코겐화합물, 3 내지 5족 화합물, 흑린(BP), 육방정계 질화붕소 및 2차원 산화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 1 또는 2이상의 물질일 수 있다.The above two-dimensional material structure may be one or two or more materials selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, chalcogenides, compounds of groups 3 to 5, black phosphorus (BP), hexagonal boron nitride, and two-dimensional oxides.
상기 칼코겐화합물은 MoS2, TiS2, TiSe2, TiTe2, VS2, VSe2, VTe2, ReS2, RuS2, RuSe2, RuTe2, PdS2, PdSe2, PdTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2, NiS2, NiSe2, NiTe2, MoSe2, MoTe2, IrS2, IrSe2, IrTe2, PtS2, PtSe2, PtTe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, WS2, WSe2, WTe2, GaS, GaSe, InSe, GeS 및 GeSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.The chalcogenide compound is MoS 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , ReS 2 , RuS 2 , RuSe 2 , RuTe 2 , PdS 2 , PdSe 2 , PdTe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 , NbS 2 , NbSe 2 , TaS 2 , TaSe 2 , NiS 2 , NiSe 2 , NiTe 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , IrS 2 , IrSe 2 , IrTe 2 , PtS 2 , PtSe 2 , PtTe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , WS 2 , WSe 2 , It may be at least one selected from the group consisting of WTe 2 , GaS, GaSe, InSe, GeS, and GeSe.
상기 2차원 물질 구조체는 단일 구조체, 이중접합 구조체 또는 멀티접합 구조체일 수 있다.The above two-dimensional material structure may be a single structure, a double-junction structure, or a multi-junction structure.
상기 나노포어는 나노패터닝을 통하여 제조하는 것일 수 있으며, 상기 나노패터닝은 전자빔 리소그래피일 수 있다.The above nanopores may be manufactured through nanopatterning, and the nanopatterning may be electron beam lithography.
본 발명의 일 형태에 따르면, 나노패터닝 기술을 이용하여 2차원 물질에 일정한 나노포어를 형성함으로써 우수한 광흡수를 위한 표면적을 증가시키는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, there is an effect of increasing the surface area for excellent light absorption by forming certain nanopores in a two-dimensional material using nanopatterning technology.
또한, 다층 구조의 2차원 물질의 특성인 간접 밴드갭의 형태를 직접 밴드갭의 형태로 변화시키는 효과가 있다.In addition, it has the effect of changing the form of an indirect band gap, which is a characteristic of a two-dimensional material with a multilayer structure, into the form of a direct band gap.
또한, 2차원 물질에 대하여 나노포어를 형성하여 엑시톤 생존 시간을 증가시키는 효과가 있으며, 이를 통하여 2차원 물질이 가지는 큰 엑시톤 결합 에너지에 의한 빠른 재결합 속도를 제어할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect of increasing the exciton survival time by forming nanopores for two-dimensional materials, and through this, there is an effect of controlling the fast recombination speed due to the large exciton binding energy of the two-dimensional material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노포어가 형성된 2차원 물질 기반의 이종접합 구조체의 도식도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노포어가 형성된 2차원 물질 기반의 이종접합 구조체의 광학이미지를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 일 실시예에 따른 2차원 물질 기반의 이종접합 구조체에 대하여 광 루미넨스(Photoluminescence)를 측정 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대한 광학이미지와 PL 맵핑(mapping) 이미지((a): 광학이미지, (b): PL 맵핑 이미지)를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대한 광학이미지와 PL 맵핑(mapping) 이미지((a): 광학이미지, (b): PL 맵핑 이미지)를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 및 본 발명의 일 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대하여 광 소멸 프로파일을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 및 보 본 발명의 일 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 적용한 FET 소자의 구성도를 도시한 것이다.
도 8은 도 7의 FET 소자에 대한 IDS-VDS 곡선을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 및 보 본 발명의 일 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대한 광반응성 분석 결과를 도시한 것이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a two-dimensional material-based heterojunction structure having nanopores formed therein according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates an optical image of a two-dimensional material-based heterojunction structure having nanopores formed therein according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates the results of measuring photoluminescence for a two-dimensional material-based heterojunction structure according to a comparative example and an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates an optical image and a PL mapping image ((a): optical image, (b): PL mapping image) of a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example of the present invention.
FIG. 5 illustrates an optical image and a PL mapping image ((a): optical image, (b): PL mapping image) of a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates optical extinction profiles for a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example of the present invention and a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates a configuration diagram of a FET device using a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example of the present invention and a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the I DS -V DS curve for the FET device of Figure 7.
FIG. 9 illustrates the results of photoreactivity analysis for a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example of the present invention and a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings and the contents described in the attached drawings, but the present invention is not limited or restricted by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular includes the plural unless the context clearly dictates otherwise. The terms "comprises" and/or "comprising" as used herein do not exclude the presence or addition of one or more other components, steps, operations, and/or elements.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.The terms “embodiment,” “example,” “aspect,” and “example” as used herein are not to be construed as implying that any aspect or design described is better or advantageous over other aspects or designs.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as being common and universal in the relevant technical fields, but other terms may exist depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, etc. Therefore, the terms used in the description below should not be understood as limiting the technical ideas, but should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there are terms that the applicant has arbitrarily selected, and in such cases, the detailed meaning thereof will be described in the relevant description section. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the contents of the entire specification, not simply the name of the term.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Meanwhile, although terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐 만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.Additionally, when it is said that a part such as a film, layer, region, or component request is "over" or "on" another part, it includes not only the case where it is directly over the other part, but also the case where there are other films, layers, regions, components, etc. intervening therein.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다．Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning that can be commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries shall not be ideally or excessively interpreted unless explicitly and specifically defined.
한편, 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. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 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.Meanwhile, when explaining the present invention, if it is judged that a specific description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terminology used in this specification is a terminology used to appropriately express the embodiments of the present invention, and this may vary depending on the intention of the user or operator, or the customs of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definition of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 2차원 물질 기반 구조체의 나노포어 형성 방법은 2차원 물질 구조체을 제공하는 단계; 및 상기 구조체에 대하여 두께 방향으로 나노포어(nanopores)를 형성하는 단계를 포함한다. The method for forming nanopores in a two-dimensional material-based structure of the present invention comprises the steps of providing a two-dimensional material structure; and the step of forming nanopores in the thickness direction of the structure.
상기 나노포어는 나노 스케일(nanoscale)부터 마이크로스케일(microscale)까지 다양한 범위의 포어일 수 있으며, 상기 나노포어는 구형 또는 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형 형태일 수 있다. 일례로서, 상기 나노포어는 구형으로서 직경 50 내지 100nm일 수 있으며, 복수 개의 나노포어는 이웃한 나노포어와 50 nm의 간격으로 이격되어 형서되는 것일 수 있다.The above nanopores may be pores of various sizes from nanoscale to microscale, and the nanopores may be spherical or polygonal in shape such as triangle, square, or hexagon. As an example, the nanopores may be spherical and have a diameter of 50 to 100 nm, and a plurality of nanopores may be formed at intervals of 50 nm from adjacent nanopores.
상기 2차원 물질 구조체을 제공하는 단계는 실리콘(Si) 기판 상에 2차원 물질을 형성시키는 것일 수 있다.The step of providing the above two-dimensional material structure may be forming a two-dimensional material on a silicon (Si) substrate.
상기 구조체에 대하여 두께 방향으로 나노포어(nanopores)를 형성하는 단계는, 상기 2차원 물질이 형성된 기판 상에 감광제를 도포하고 전자빔 리소그래피 공정을 위한 전처리 후, 포어 디자인을 형성시키는 단계; 상기 포어 디자인 형성 후 전자빔을 노출시키는 단계; 절연막 식각을 통하여 감광제가 제거된 영역의 2차원 물질을 에칭하는 단계; 및 잔류하는 감광제를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 감광제는 PMMA(polymethylmethacrylate)일 수 있다.The step of forming nanopores in the thickness direction for the above structure may include the steps of applying a photoresist on a substrate on which the two-dimensional material is formed, and forming a pore design after preprocessing for an electron beam lithography process; exposing an electron beam after the pore design is formed; etching the two-dimensional material in an area where the photoresist is removed through etching an insulating film; and removing the remaining photoresist. The photoresist may be PMMA (polymethylmethacrylate).
상기 2차원 물질은 원자들이 단일 원자층의 두께를 가지고 평면에서 결정 구조를 이루는 물질일 수 있으며, 상기 단일 원자층의 두께는 약 1 nm 수준일 수 있다.The above two-dimensional material may be a material in which atoms form a crystal structure on a plane with a thickness of a single atomic layer, and the thickness of the single atomic layer may be on the order of about 1 nm.
상기 2차원 물질은 그래핀, 산화그래핀, 칼코겐화합물, 3 내지 5족 화합물, 흑린(BP), 육방정계 질화붕소 및 2차원 산화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 1 또는 2이상의 물질일 수 있다.The above two-dimensional material may be one or two or more materials selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, chalcogenides, compounds of groups 3 to 5, black phosphorus (BP), hexagonal boron nitride, and two-dimensional oxides.
상기 칼코겐화합물은 전이금속 디칼코게나이드(TMDCs) 또는 모노 칼코게나이드(monochalcogenide)일 수 있으며, 상기 전이금속 디칼코게나이드는 MoS2, TiS2, TiSe2, TiTe2, VS2, VSe2, VTe2, ReS2, RuS2, RuSe2, RuTe2, PdS2, PdSe2, PdTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2, NiS2, NiSe2, NiTe2, MoSe2, MoTe2, IrS2, IrSe2, IrTe2, PtS2, PtSe2, PtTe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, WS2, WSe2 및 WTe2으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상 일 수 있으며, 상기 모노칼코게나이드는 GaS, GaSe, InSe, GeS 및 GeSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.The above chalcogenide may be a transition metal dichalcogenide (TMDCs) or a monochalcogenide, and the transition metal dichalcogenide may be MoS 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , ReS 2 , RuS 2 , RuSe 2 , RuTe 2 , PdS 2 , PdSe 2 , PdTe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 , NbS 2 , NbSe 2 , TaS 2 , TaSe 2 , NiS 2 , NiSe 2 , NiTe 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , IrS 2 , IrSe 2 , IrTe 2 , PtS 2 , It may be at least one selected from the group consisting of PtSe 2 , PtTe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , WS 2 , WSe 2 and WTe 2 , and the monochalcogenide may be at least one selected from the group consisting of GaS, GaSe, InSe, GeS and GeSe.
상기 2차원 물질 구조체는 단일 구조체, 이중접합 구조체 또는 멀티접합 구조체일 수 있다. 상기 단일 구조체는 단일 2차원 물질 하나로 이루어진 소자일 수 있으며, MoS2, WSe2, 흑린(BP) 또는 도체 반도체 특성을 가지는 2차원 물질일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 이중접합 구조체는 2 이상의 상이한 물질이 접합된 형태로서, 일례로 제1 구조체와 제2 구조체가 소정 영역이 중첩된 이종접합 구조일 수 있으며, 상기 제1 구조체와 제2 구조체의 조합은 MOS2-WSe2, WS2-WSe2, MoS2-흑린(BP) 또는 MoSe2-흑린(BP)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 멀티접합 구조체는 3개 이상의 상이한 물질 접합된 형태로서, 일례로 MoS2-WS2-WSe2 또는 MoS2-흑린(BP)-WS2일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The above two-dimensional material structure may be a single structure, a double-junction structure, or a multi-junction structure. The single structure may be a device composed of a single two-dimensional material, and may be MoS 2 , WSe 2 , black phosphorus (BP), or a two-dimensional material having conductor semiconductor properties, but is not limited thereto. The double-junction structure is a form in which two or more different materials are bonded, and for example, may be a heterojunction structure in which a first structure and a second structure overlap a predetermined region, and the combination of the first structure and the second structure may be MOS 2 -WSe 2 , WS 2 -WSe 2 , MoS 2 -black phosphorus (BP), or MoSe 2 -black phosphorus (BP), but is not limited thereto. The above multi-junction structure is a bonded form of three or more different materials, for example, MoS2-WS 2 -WSe 2 or MoS 2 -black phosphorus (BP)-WS 2 , but is not limited thereto.
상기 나노포어는 나노패터닝을 통하여 제조하는 것일 수 있으며, 상기 나노패터닝은 전자빔 리소그래피일 수 있다.The above nanopores may be manufactured through nanopatterning, and the nanopatterning may be electron beam lithography.
상기 나노포어는 수 나노미터(nm) 크기의 수준일 가지는 것이며, 2차원 물질 구조체 상에 일정하게 분포되는 것일 수 있다.The above nanopores may have a size on the order of several nanometers (nm) and may be uniformly distributed on a two-dimensional material structure.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are intended to explain the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
비교예. WSeComparative example. WSe 22 -MoS-MoS 22 이종접합 구조체의 준비Preparation of heterojunction structures
2차원 물질로서 WSe2 박막 플레이크와 MoS2 박막 플레이크를 각각 준비한 후, WSe2 박막 플레이크 상에 MoS2 박막 플레이크를 적층함으로써, WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 제작하였다.After preparing WSe 2 thin film flakes and MoS 2 thin film flakes as two-dimensional materials, respectively, a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure was fabricated by stacking MoS 2 thin film flakes on the WSe 2 thin film flakes.
실시예．나노포어가 형성된 WSeExample. WSe with nanopores formed 22 -MoS-MoS 22 이종접합 구조체의 준비Preparation of heterojunction structures
비교예와 동일하게 수행하되, 제작된 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 상에 나노패터닝을 통하여 복수 개의 나노포어(nanopores)을 형성하여, 도 1에서와 같은 이종접합 구조체를 제작하였다.The same procedure as in the comparative example was performed, but multiple nanopores were formed through nanopatterning on the fabricated WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure, thereby fabricating a heterojunction structure as in Fig. 1.
나노포어의 형성은 상기 비교예에서 제작된 WSe2-MoS2 이종접합 구조체가 형성된 실리콘(Si)에 감광제(photoresist)로서 PMMA(polymethylmethacrylate)를 도포한다. 이후, 전자빔 리소그래피를 위한 전처리하고, 나노포어 디자인을 형성한 후 전자빔에 노출시킨다. 이후, 현상액을 처리하여 나노포어 패턴의 형성을 확인하여 전자빔에 노출된 영역(또는 위치)은 PMMA가 제거되었으며 전자빔에 노출되지 않는 영역(또는 위치)은 PMMA가 잔류하는 것을 확인한다. 이후, 절연막 식각을 통하여 전자빔 노출에 따른 PMMA가 제거된 영역에 대하여 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 에칭한다. 이후, 최종적으로 잔류하는 PMMA를 제거하여 최종적으로 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 상에 나노포어를 형성하였다.The formation of nanopores is performed by applying PMMA (polymethylmethacrylate) as a photoresist to the silicon (Si) on which the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure manufactured in the comparative example is formed. Thereafter, pretreatment for electron beam lithography is performed, and the nanopore design is formed and exposed to an electron beam. Thereafter, the formation of the nanopore pattern is confirmed by treating a developer to confirm that the PMMA is removed in the area (or location) exposed to the electron beam and that PMMA remains in the area (or location) not exposed to the electron beam. Thereafter, the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure is etched in the area where PMMA is removed due to electron beam exposure through an insulating film etching. Thereafter, the remaining PMMA is finally removed to form nanopores on the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure.
실험예 1. WSeExperimental Example 1. WSe 22 -MoS-MoS 22 이종접합 구조체의 광학이미지 분석의 특성 분석Characteristics of optical image analysis of heterojunction structures
실시예에 따른 나노포어가 형성된 WSe2-MoS2 이종접합 구조체의 광학이미지를 촬영하였으며, 촬영이미지를 도 2에 도시하였다.An optical image of the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure in which nanopores were formed according to an embodiment was captured, and the captured image is shown in Fig. 2.
도 2의 삽도는 이종 접합 영역(Radius = 100 nm, Pitch = 50 nm_에서의 나노포어(nanopores)의 SEM 이미지이다.The inset in Fig. 2 is a SEM image of nanopores in the heterojunction region (Radius = 100 nm, Pitch = 50 nm).
도 2를 참조하면, WSe2와 MoS2가 중첩되는 형성되는 영역 상(도 2의 삽도)상에 복수 개의 나노포어가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 2, it can be confirmed that multiple nanopores are formed on the region where WSe 2 and MoS 2 overlap (inset of Fig. 2).
실험예 2. WSeExperimental Example 2. WSe 22 -MoS-MoS 22 이종접합 구조체의 광 루미넨스(Photoluminescence) 분석Photoluminescence analysis of heterojunction structures
비교예 및 실시예에 따른 이종접합 구조체에 대하여 광 루미넨스(Photoluminescence)를 측정하여 도 3에 도시하였다.Photoluminescence was measured for heterojunction structures according to comparative examples and examples, and the results are shown in Fig. 3.
도 3을 참조하면, 비교예에 따른 이종접합 구초제('Pristine')과 실시예에 따른 이종접합 구조체('Nanopore')에 대하여, 각각 상이한 위치에서의 광 루미넨스(Photoluminescence)를 측정하였으며, 도 3에 기재된 위치(position)는 다음과 같다: position 1 : pristine-MoS2, position 2 : pristine-WSe2, position 3 : pristine-overlapped WSe2-MoS2 hetero region, position 4 : nanopores-MoS2, position 5 : nanopores-WSe2, position 6 : nanopores-overlapped WSe2-MoS2 hetero region.Referring to FIG. 3, photoluminescence was measured at different positions for the heterojunction structure ('Pristine') according to the comparative example and the heterojunction structure ('Nanopore') according to the embodiment, and the positions described in FIG. 3 are as follows: position 1: pristine-MoS 2 , position 2: pristine-WSe 2 , position 3: pristine-overlapped WSe 2 -MoS 2 hetero region, position 4: nanopores-MoS 2 , position 5: nanopores-WSe 2 , position 6: nanopores-overlapped WSe 2 -MoS 2 hetero region.
도 3은 나노포어가 형성된 영역와 형성되지 않은 영역을 광에너지를 외부에 인가하여 이차원 물질의 발광특성을 측정한 데이터에 해당되는 것이며, 도 3을 참조하면, position 1 내지 3은 나노포어가 형성되지 않는 영역에 해당되는 것으로, position 1 및 position 2의 경우 간접 밴드캡에 해당하는 발광 피크(peak)가 2개 관찰되는 것을 확인할 수 있으며, position 3의 경우 position 1 및 position 2에서의 발광 피크가 동시에 관찰되는 것을 확인할 수 있다.FIG. 3 is data corresponding to measurements of luminescence characteristics of a two-dimensional material by externally applying light energy to regions where nanopores are formed and regions where they are not formed. Referring to FIG. 3, positions 1 to 3 correspond to regions where nanopores are not formed. In the case of positions 1 and 2, it can be confirmed that two luminescence peaks corresponding to indirect bandcaps are observed, and in the case of position 3, it can be confirmed that the luminescence peaks at positions 1 and 2 are observed simultaneously.
한편, position 4 내지 6의 경우, 나노포어가 형성된 영역에 해당되는 것으로, position 4 및 position 5의 경우 position 1 및 position 2에서의 2개의 발광 피크가 하나의 발광 피크로 변환된 것을 관찰할 수 있으며, 이는 간접 밴드갭의 형태가 직접 밴드갭 형태로 변환되었음을 의미하며, position 6의 경우 position 4 및 position 5의 발광 피크가 동시에 관찰되는 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, for positions 4 to 6, which correspond to the regions where nanopores are formed, it can be observed that the two emission peaks at positions 1 and 2 are converted into one emission peak for positions 4 and 5, which means that the indirect band gap form is converted into a direct band gap form, and for position 6, it can be confirmed that the emission peaks at positions 4 and 5 are observed simultaneously.
실험예 3. WSeExperimental Example 3. WSe 22 -MoS-MoS 22 이종접합 구조체의 나노포어 형성 확인Confirmation of nanopore formation in heterojunction structures
비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대한 광학이미지와 PL 맵핑(mapping) 이미지를 도 4((a): 광학이미지, (b): PL 맵핑 이미지)에 도시하였으며, 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대한 광학이미지와 PL 맵핑(mapping) 이미지를 도 5((a): 광학이미지, (b): PL 맵핑 이미지)에 도시하였다.The optical image and PL mapping image for the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to the comparative example are shown in Fig. 4 ((a): optical image, (b): PL mapping image), and the optical image and PL mapping image for the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to the embodiment are shown in Fig. 5 ((a): optical image, (b): PL mapping image).
도 4 및 도 5에서의 PL 맵핑 이미지는 ~30 ps 펄프폭(pulse width)과 ~30 μW 레이저 출력을 가지는 470 nm 레이저 다이오드(laser diode)로 측정하였다.The PL mapping images in Figures 4 and 5 were measured with a 470 nm laser diode with a pulse width of ~30 ps and a laser power of ~30 μW.
도 4 및 도 5를 대비함으로써, 실시예에 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대하여 나노포어가 형성된 것을 확인할 수 있다.By comparing FIGS. 4 and 5, it can be confirmed that nanopores were formed in the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure in the example.
도 4를 참조하면, 비교예('As fabrication(제작후)')에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체의 PL 맵핑 이미지로 이차원 물질의 높은 엑시톤 결합 에너지로 인하여 빠르게 재결합되어 어둡게 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 4, the PL mapping image of the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to the comparative example ('As fabricated') shows that it appears dark due to rapid recombination caused by the high exciton binding energy of the two-dimensional material.
한편, 도 5를 참조하면, 포어 형성후(실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체)의 PL 맵핑 이미지로, 포어 형성에 의한 결함 준위(defect levels)를 생성하여 엑시톤의 재결합 시간을 늘려 이차원 물질이 존재하는 영역에서 밟게 보이는 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 5, the PL mapping image of the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure after pore formation (according to the embodiment) shows that defect levels are generated by pore formation, increasing the recombination time of excitons and making it appear as if a two-dimensional material exists in the region.
비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 및 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대하여 광 소멸 프로파일을 도 6(비교예: 'As fabrication', 실시예: 'With nanopores')에 도시하였다.The optical extinction profiles of the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to the comparative example and the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to the exemplary embodiment are shown in FIG. 6 (Comparative Example: 'As fabrication', Example: 'With nanopores').
도 6은 광 소멸 프로파일로서 나노포어의 형성 전후의 엑시톤의 수명관련 데이터인 바, 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 나노포어 형성 후 엑시톤의 수명이 늘어 난 것을 알 수 있다.FIG. 6 is a light extinction profile, which is data related to the lifetime of excitons before and after the formation of nanopores. Referring to FIG. 6, it can be seen that the lifetime of excitons increases after the formation of nanopores according to the example.
실험예 4. WSeExperimental Example 4. WSe 22 -MoS-MoS 22 이종 접합 구조의 나노포어 구조 유무에 따른 FET 디바이스 특성 분석Analysis of FET device characteristics according to the presence or absence of nanopore structure in heterojunction structure
비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 및 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 도 7에서와 같이 FET(field effect transistor) 소자에 적용하여, 그에 따른 IDS-VDS 곡선을 도 8에 도시하였다.The WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to the comparative example and the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to the embodiment were applied to a FET (field effect transistor) device as in FIG. 7, and the I DS -V DS curves thereof were shown in FIG. 8.
도 7의 (a)는 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 적용한 FET 소자의 구성도이며, 도 7의 (b)는 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 적용한 FET 소자의 구성도이다. 도 7의 FET 소자는 p-type으로 도핑된 실리콘(Si) 기판 상에 300nm 실리콘산화물(SiO2) 층이 형성되며, 실리콘 산화물 층 상에 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 및 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 적층하였으며, 전극으로 Ti/Au를 적용한 것이다.Fig. 7 (a) is a configuration diagram of a FET device applying a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example, and Fig. 7 (b) is a configuration diagram of a FET device applying a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to an embodiment. In the FET device of Fig. 7, a 300 nm silicon oxide (SiO 2 ) layer is formed on a p-type doped silicon (Si) substrate, and the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example and the WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to an embodiment are laminated on the silicon oxide layer, and Ti/Au is applied as an electrode.
도 8에 따른 IDS-VDS 곡선은 도 7의 소자에 대하여 -30 VG의 게이트 전압에서의 0 내지 189 μWcm-2의 광학 출력 밀도로 측정한 것이며, 도 8의 (a)는 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 적용한 FET 소자에 대한 IDS-VDS 곡선이며, 도 8의 (b)는 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체를 적용한 FET 소자에 대한 IDS-VDS 곡선이다.The I DS -V DS curve according to FIG. 8 is measured at an optical power density of 0 to 189 μWcm -2 at a gate voltage of -30 V G for the device of FIG. 7, and FIG. 8 (a) is an I DS -V DS curve for a FET device using a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example, and FIG. 8 (b) is an I DS -V DS curve for a FET device using a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to an embodiment.
도 8의 (a)와 (b)는 다이오드 특성이 명확하게 관찰되는 게이트 바이어스의 (VG = -30v) 전류-전압 거동을 나타내는 것인 바, Dark(0) 대비 광원에 노출되었을 때 증가되는 광전류를 비교할 수 있다. 도 8을 참조하면, 동일한 189 μWcm-2에서의 광전류를 비교시 수십 배 이상 증가한 것으로 보이며, 나노포어 형성 후 소자의 광특성이 향상된 것을 볼 수 다.Figures 8 (a) and (b) show the current-voltage behavior of the gate bias (V G = -30 V) where the diode characteristics are clearly observed, and the increased photocurrent when exposed to a light source can be compared with Dark(0). Referring to Figure 8, when comparing the photocurrent at the same 189 μWcm -2 , it appears to have increased by several tens of times, and it can be seen that the optical characteristics of the device are improved after the formation of nanopores.
실험예 5. WSeExperimental Example 5. WSe 22 -MoS-MoS 22 이종 접합 구조의 나노포어 구조 유무에 따른 광반응성 분석Analysis of photoreactivity according to the presence or absence of nanopore structure in heterojunction structure
도 9는 비교예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체 및 실시예에 따른 WSe2-MoS2 이종접합 구조체에 대한 광반응성 분석 결과를 도시한 것이다.FIG. 9 illustrates the results of photoreactivity analysis for a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to a comparative example and a WSe 2 -MoS 2 heterojunction structure according to an embodiment.
도 9의 (a)는 게이트 전압에 따른 전류-전압 곡선이며(비교예: 'As. Fac.', 실시예: 'Nanopores'), 도 9의 (b)는 각각 빛의 출력(power)에 따른 광전류이며(비교예: 'As Fabracation', 실시예: 'With nanopores'), 도 9의 (c)는 광반응도(왼쪽 y 축)-광검출능 (오른쪽 y축)이며, 도 9의 (d)는 광을 on/off 시켰을때 광에 따른 반응을 보는 지표이며(비교예: 'As Fabracation', 실시예: 'With nanopores'), 도 9의 (e)는 rise time 과 decay time을 분석하기 위한 것이다.Fig. 9 (a) is a current-voltage curve according to the gate voltage (Comparative Example: 'As. Fac.', Example: 'Nanopores'), Fig. 9 (b) is a photocurrent according to the light output (power) (Comparative Example: 'As Fabracation', Example: 'With nanopores'), Fig. 9 (c) is a photoresponsivity (left y-axis) - photodetectivity (right y-axis), Fig. 9 (d) is an index for viewing the reaction according to light when the light is turned on/off (Comparative Example: 'As Fabracation', Example: 'With nanopores'), and Fig. 9 (e) is for analyzing the rise time and decay time.
도 9를 참조하면, 광전소자의 성능지수들을 비교하여 나노포어 형성 후 향상된 광특성 도출할 수 있다.Referring to Figure 9, the performance indices of the photovoltaic device can be compared to derive improved optical characteristics after nanopore formation.
도 9에서, 광 전류(photo current)는 light current - dark current에 해당하는 것이며, 광반응도(responsivity)는 photo current / optical power에 해당하는 것이며, 광검출능(detectivity)은 responsivity/(2×electron charge*dark current/Area)1/2 에 해당하는 것이다.In Fig. 9, the photo current corresponds to light current - dark current, the responsivity corresponds to photo current / optical power, and the detectivity corresponds to responsivity/(2×electron charge*dark current/Area) 1/2 .
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.Meanwhile, the embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are merely specific examples presented to help understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
Claims (6)
상기 다층의 2차원 물질 구조체에 대하여 두께 방향으로 나노포어(nanopores)를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 나노포어를 형성하는 단계는,
상기 2차원 물질 구조체에 감광제를 도포하는 단계;
상기 감광제에 나노포어 디자인을 형성하는 단계;
상기 나노포어 디자인이 형성된 감광제를 전자빔에 노출시키는 단계;
현상액을 이용하여 상기 전자빔에 노출된 감광제를 제거하는 단계; 및
절연막 식각을 수행하여 상기 감광제가 제거된 영역에서 노출된 2차원 물질 구조체의 이종접합 영역 또는 멀티접합 영역에서 상기 다층의 2차원 물질 구조체를 관통하여 나노포어를 형성하는 단계를 포함하는 2차원 물질 기반 구조체의 나노포어 형성 방법.
A step of providing a multilayered two-dimensional material structure based on a two-dimensional material structure, which is either a heterojunction structure or a multijunction structure; and
A step of forming nanopores in the thickness direction for the above multilayer two-dimensional material structure is included.
The step of forming the above nanopores is:
A step of applying a photosensitizer to the above two-dimensional material structure;
A step of forming a nanopore design in the above photosensitizer;
A step of exposing a photosensitive agent having the above nanopore design formed thereon to an electron beam;
A step of removing the photosensitive agent exposed to the electron beam using a developer; and
A method for forming nanopores in a two-dimensional material-based structure, comprising the step of forming nanopores by penetrating a two-dimensional material structure of multiple layers in a heterojunction region or a multijunction region of the two-dimensional material structure exposed in an area where the photosensitizer is removed by performing an insulating film etching.
상기 2차원 물질 구조체는 그래핀, 산화그래핀, 칼코겐화합물, 3 내지 5족 화합물, 흑린(BP), 육방정계 질화붕소 및 2차원 산화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 1 또는 2이상의 물질인 2차원 물질 기반 구조체의 나노포어 형성 방법.
In the first paragraph,
A method for forming nanopores in a two-dimensional material-based structure, wherein the two-dimensional material structure is one or more materials selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, chalcogenides, compounds of groups 3 to 5, black phosphorus (BP), hexagonal boron nitride, and two-dimensional oxides.
상기 칼코겐화합물은 MoS2, TiS2, TiSe2, TiTe2, VS2, VSe2, VTe2, ReS2, RuS2, RuSe2, RuTe2, PdS2, PdSe2, PdTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2, NiS2, NiSe2, NiTe2, MoSe2, MoTe2, IrS2, IrSe2, IrTe2, PtS2, PtSe2, PtTe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, WS2, WSe2, WTe2, GaS, GaSe, InSe, GeS 및 GeSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 2차원 물질 기반 구조체의 나노포어 형성 방법.
In the second paragraph,
The chalcogenide compounds include MoS 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , ReS 2 , RuS 2 , RuSe 2 , RuTe 2 , PdS 2 , PdSe 2 , PdTe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 , NbS 2 , NbSe 2 , TaS 2 , TaSe 2 , NiS 2 , NiSe 2 , NiTe 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , IrS 2 , IrSe 2 , IrTe 2 , PtS 2 , PtSe 2 , PtTe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , WS 2 , WSe 2 , A method for forming nanopores in a two-dimensional material-based structure comprising at least one selected from the group consisting of WTe 2 , GaS, GaSe, InSe, GeS, and GeSe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200169018A KR102715857B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Method of forming nanofores in 2d materials structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200169018A KR102715857B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Method of forming nanofores in 2d materials structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220079340A KR20220079340A (en) | 2022-06-13 |
| KR102715857B1 true KR102715857B1 (en) | 2024-10-11 |
Family
ID=81983921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200169018A KR102715857B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Method of forming nanofores in 2d materials structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102715857B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114975675B (en) * | 2022-06-30 | 2024-09-17 | 中国科学院半导体研究所 | Optoelectronic device and method for producing the same |
| CN116282170A (en) * | 2023-02-10 | 2023-06-23 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | Solid nano-pore, preparation method thereof, small peptide detection method and application |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5902723B2 (en) * | 2011-03-15 | 2016-04-13 | プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ | Controlled fabrication of nanopores in nanometer semiconductor materials |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS592723B2 (en) * | 1976-07-16 | 1984-01-20 | 黒崎炉工業株式会社 | Trolley type heating furnace |
| EP3108523B1 (en) * | 2014-02-21 | 2018-08-29 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | A device and method of manufacturing high-aspect ratio structures |
| KR102149891B1 (en) * | 2019-01-25 | 2020-08-31 | 한국전력공사 | Method of preparing nanonet transition metal dichalcogenide thin film and phototransistor including nanonet transition metal dichalcogenide thin film thereby |
-
2020
- 2020-12-04 KR KR1020200169018A patent/KR102715857B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5902723B2 (en) * | 2011-03-15 | 2016-04-13 | プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ | Controlled fabrication of nanopores in nanometer semiconductor materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220079340A (en) | 2022-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lv et al. | High‐performance, self‐driven photodetector based on graphene sandwiched GaSe/WS2 heterojunction | |
| Kim et al. | Ultrasensitive MoS2 photodetector by serial nano-bridge multi-heterojunction | |
| Lu et al. | 2D In2S3 nanoflake coupled with graphene toward high‐sensitivity and fast‐response bulk‐silicon Schottky photodetector | |
| US8598567B2 (en) | Color-selective quantum dot photodetectors | |
| Chang et al. | Ultrahigh responsivity and detectivity graphene–perovskite hybrid phototransistors by sequential vapor deposition | |
| Gschrey et al. | In situ electron-beam lithography of deterministic single-quantum-dot mesa-structures using low-temperature cathodoluminescence spectroscopy | |
| Zhao et al. | Single CdS nanorod for high responsivity UV–Visible photodetector | |
| Zou et al. | Schottky Barrier‐Controlled Black Phosphorus/Perovskite Phototransistors with Ultrahigh Sensitivity and Fast Response | |
| Chang et al. | Ultrasensitive photoresponsive devices based on graphene/BiI3 van der Waals epitaxial heterostructures | |
| Chen et al. | Atomically thin p–n junctions with van der Waals heterointerfaces | |
| JP2018519664A (en) | Heterostructure and electronic device derived from the heterostructure | |
| Zhang et al. | Fully‐depleted PdTe2/WSe2 van der Waals field effect transistor with high light on/off ratio and broadband detection | |
| Yu et al. | High Performances for Solution‐Pocessed 0D–0D Heterojunction Phototransistors | |
| KR102715857B1 (en) | Method of forming nanofores in 2d materials structure | |
| US10608095B2 (en) | Electronic device based on black phosphorous single channel with multi-function and method of manufacturing the same | |
| Park et al. | Nano-patterning on multilayer MoS2 via block copolymer lithography for highly sensitive and responsive phototransistors | |
| Itkis et al. | Enhanced photosensitivity of electro-oxidized epitaxial graphene | |
| Mahajan et al. | Light emission from the layered metal 2H-TaSe2 and its potential applications | |
| Bandopadhyay et al. | Spatially resolved photoresponse on individual ZnO nanorods: correlating morphology, defects and conductivity | |
| Kwak et al. | Lateral WSe2 p–n junction device electrically controlled by a single‐gate electrode | |
| Houshmand et al. | SCAPS modeling for degradation of ultrathin CdTe Films: Materials interdiffusion | |
| Lei et al. | High detectivity and responsivity in black phosphorus/SnS2 heterostructure with broken-gap energy band alignment | |
| Razeen et al. | Enhanced near-UV responsivity of AlGaN/GaN HEMT based photodetectors by nanohole etching of barrier surface | |
| Svatek et al. | Graphene-InSe-graphene van der Waals heterostructures | |
| Kim et al. | Topological insulator bismuth selenide grown on black phosphorus for sensitive broadband photodetection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |