h-BN 및 2D 물질 표면에 생성된 페로브스카이트 복합체, 그를 포함하는 전자소자 및 그의 제조방법
PEROVSKITE COMPLEX FORMED ON THE SURFACE OF h-BN AND 2D MATERIAL, ELECTRONIC DEVICE COMPRISING SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING SAME
특허 요약
h-BN 및 2D 물질 표면에 생성된 페로브스카이트 복합체, 그를 포함하는 전자소자 및 그의 제조방법이 개시된다. 게이트 전극을 포함하는 기판(100); 상기 기판 상에 위치하는 절연막(200); 상기 절연막 상에 위치하는 소수성층(300); 상기 소수성층 상에 위치하는 반도체층(400); 및 상기 반도체층 상에 서로 이격되어 위치하는 소스 전극(500) 및 드레인 전극(600);을 포함하고, 상기 소수성층은 2차원 물질을 포함하는, 박막 트랜지스터(10)가 제공된다. 본 발명은 페로브스카이트를 육방정계 질화붕소 (hBN) 2차원 단일층 위에 증착시켜 균일하고 결함이 적으며 결정의 크기가 훨씬 큰 박막을 형성하여 정공 농도가 높지 않아 광전자 장치에 사용 가능한 주석 기반 페로브스카이트 복합체를 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

소수성 2차원 물질(hydrophobic 2-dimensional material)을 포함하는 소수성층(hydrophobic layer); 및상기 소수성층 상에 형성되고, 주석계 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(semiconductor layer);을포함하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

2

제1항에 있어서,상기 소수성 2차원 물질이 헥사고날 보론나이트라이드(hexagonal boron nitride, hBN), 그래핀(graphene) 및 2차원 전이금속 디칼코겐 화합물((2D transition metal dichalcogenide, 2D TMD))로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

3

제2항에 있어서,상기 2차원 전이금속 디칼코겐이 아래 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체:[화학식 1]MX2상기 화학식 1에서,M은 Mo, W, V, Nb, Ta, 또는 Ti이고,X는 S, Se, Te 또는 Po이다.

4

제1항에 있어서,상기 2차원 전이금속 디칼코겐이 이황화텅스텐(WS2), 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 및 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 주석계 페로브스카이트 적층체.

5

제1항에 있어서,상기 소수성층의 수접촉각이 85 내지 110˚의 범위인 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

6

제1항에 있어서,상기 주석계 페로브스카이트가 아래 구조식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.[구조식 1] Aa(B(1-b)Cb)cSnd(X(1-e)Ye)f상기 구조식 1에서,A는 세슘(Cs)이고,B 및 C는 서로 다르고, 각각 독립적으로 메틸암모늄(MA) 또는 포름아미디늄(FA)이고,a는 0≤a≤1의 실수이고, b는 0≤b≤1의 실수이고,c는 0≤c≤1의 실수이고, a 및 c는 동시에 0은 아니고, d는 0.5≤d≤1의 실수이고,X 및 Y는 서로 다르고, 각각 독립적으로 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)이고,e는 0≤e≤1의 실수이고,f는 2.5≤f≤3.5의 실수이다.

7

제4항에 있어서,상기 주석계 페로브스카이트가 CsI로 도핑된 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

8

제4항에 있어서,상기 주석계 페로브스카이트가 cesium tin triiodide (CsSnI3), methylammonium tin triiodide(MASnI3), formamidinium tin triiodide(FASnI3) 및 Cesium formamidinium tin triiodide(CsFASnI3)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 주석계 페로브스카이트 적층체.

9

제1항에 있어서,상기 반도체층이 첨가제를 추가로 포함하고,상기 첨가제가 상기 반도체층을 기준으로 0.1 내지 50 mol%로 첨가되는 주석계 페로브스카이트 적층체.

10

제9항에 있어서,상기 첨가제가 PbCl2, SnCl2, CsCl, FACl(formamidinium chloride), MACl(methylammonium chloride)), PbAc2(lead(II) acetate), SnAc2(tin(II) acetate), CsAc (Cesium acetate), FAAc(formamidinium acetate) 및 MAAc(methylammonium acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

11

제1항에 있어서,상기 주석계 페로브스카이트 적층체가 트랜지스터, 태양전지, 발광 다이오드, 포토 다이오드 또는 포토센서에 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

12

제1항에 있어서,상기 반도체층의 두께가 10 내지 500nm의 범위인 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

13

제1항에 있어서,상기 소수성층이 표면에 댕글링 본드(dangling bond)를 갖고 있지 않는 것을 특징으로 하는 주석계 페로브스카이트 적층체.

14

게이트 전극(100);상기 게이트 전극 상에 형성된 절연층(200);상기 절연층 상에 형성되고, 소수성 2차원 물질을 포함하는 소수성층(300);상기 소수성층 상에 형성되고, 주석계 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(400); 및 상기 반도체층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 전극(500) 및 드레인 전극(600);을 포함하는 박막 트랜지스터(10).

15

(a) 게이트 전극(100) 및 상기 게이트 전극(100) 상에 형성된 절연층(200)을 포함하는 기판을 공급하는 단계; (b) 상기 기판의 절연층(200) 상에 소수성 2차원 물질을 포함하는 소수성층(300)을 형성하는 단계;(c) 상기 소수성층(300) 상에 주석계 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(400)을 형성하는 단계; 및(d) 상기 반도체층(400) 상에 소스 전극(500) 및 드레인 전극(600)을 서로 이격되게 형성하는 단계;를포함하는 박막트랜지스터의 제조방법.

16

제15항에 있어서,상기 단계 (b)가,(b-1) 금속포일 상에 소수성 2차원 물질을 포함하는 금속포일-소수성층을 형성하는 단계;(b-2) 상기 소수성층 상에 고분자를 포함하는 고분자 코팅층을 형성하여 금속포일-소수성층-고분자코팅층을 제조하는 단계;(b-3) 상기 금속포일-소수성층-고분자코팅층의 금속포일을 에칭하여 소수성층-고분자코팅층을 제조하는 단계;(b-4) 상기 소수성층-고분자 코팅층을 게이트 전극-절연층을 포함하는 기판 상에 올려 게이트 전극-절연층-소수성층-고분자코팅층을 제조하는 단계; 및(b-5) 상기 게이트 전극-절연층-소수성층-고분자코팅층을 유기용매에 함침하여 고분자코팅층을 용해시켜 게이트 전극(100)-절연층(200)-소수성층(300)을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.

17

제16항에 있어서,상기 단계(b)가 단계(b-2) 전에,(b'-2) 상기 금속포일의 양면 상에 소수성층이 형성되고, 상기 양면 중 한 어느 한 면 상에 형성된 소수성층을 CF4 플라즈마 처리하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.

18

제16항에 있어서,상기 단계(b-1)이 화학기상증착법(CVD)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.

19

제16항에 있어서,상기 단계(b-2)가 스핀코팅에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.

20

제15항에 있어서,상기 단계(c)가 열 증착(Thermal Evaporation), 스핀코팅, 바코팅, 스프레이(Spray), 잉크젯(Inkjet), 플렉소그라피(Flexography), 스크린(Screen), Dip-Coating, 화학 증착(CVD), 원자층 증착(ADL), 스퍼터링 및 그라비어(Gravure)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.