핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법
A manufacturing method of two-dimensional transition metal-chalcogen compounds using nucleation kinetics control
특허 요약
본 발명은 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법을 공개한다. 이 방법의 제1 실시예는 (A) 제1 전이금속-칼코겐 화합물의 단일 원자층이 제1 온도에서 실리콘 산화물 기판 상에 성장되는 단계; (B) 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 단일 원자층이 상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물 상에 합체되어 상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물의 가장자리에서부터 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 핵 생성이 시작되는 단계; (C) 제2 온도에서 순차적 단일층 결정화에 의해 이종 수평 스티칭 성장이 이루어져 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물이 상기 실리콘 산화물 기판 상에 수평 방향으로 성장되는 단계; 및 (D) 상기 수평 방향으로 성장된 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 단결정이 합체되어 화학 반응이 일어나 다결정의 단일 원자층 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 순차적인 기상 성장동안 2차원 핵 생성 동력학의 조작에 의해 이종 2차원 적층 및 스티칭 단일층을 제공하여 층간 회전 부정합 없이 육각-온-육각 단위 셀 스택과 육각-바이-육각 스티칭을 제조함으로써 최종 크기 제한에서 정확하게 제어되는 대면적의 새로운 전자 및 광학 반도체 플랫폼 제공이 가능하게 된다.
청구항
번호청구항
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제 1 항에 있어서, 상기 제1 온도는 800 ℃ 이고,상기 제2 온도는 660 ℃ 인 것을 특징으로 하는 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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(A) 제1 전이금속-칼코겐 화합물의 단일 원자층이 제1 온도에서 실리콘 산화물 기판 상에 성장되는 단계;(B) 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 단일 원자층이 상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물 상에 합체되어 상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물의 가장자리에서부터 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 핵 생성이 시작되는 단계; (C) 제2 온도에서 순차적 단일층 결정화에 의해 이종 수평 스티칭 성장이 이루어져 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물이 상기 실리콘 산화물 기판 상에 수평 방향으로 성장되는 단계; 및(D) 상기 수평 방향으로 성장된 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 단결정이 합체되어 화학 반응이 일어나 다결정의 단일 원자층 박막을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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(a) 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 단일 원자층이 제2 온도에서 실리콘 산화물 기판 상에 성장되는 단계;(b) 제1 전이금속-칼코겐 화합물의 단일 원자층이 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물 상에 합체되어 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물의 가장자리에서부터 상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물의 핵 생성이 시작되는 단계; (c) 제1 온도에서 순차적 단일층 결정화에 의해 이종 수직 적층 성장이 이루어져 상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물이 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물 상에 수직 방향으로 성장되는 단계; 및(d) 상기 수직 방향으로 성장된 제1 전이금속-칼코겐 화합물의 단결정이 합체되어 화학 반응이 일어나 다결정의 단일 원자층 박막을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물은 이황화 몰리브데늄(MoS2)이고, 상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물은 이황화 텅스텐(WS2)인 것을 특징으로 하는 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 1 항에 있어서, 상기 (A) 단계에서상기 제1 전이금속-칼코겐 화합물은 고체 파우더 형태의 3황화 몰리브데늄 및 황을 전구 물질로 하여 성장되는 것을 특징으로 하는 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 2 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서상기 제2 전이금속-칼코겐 화합물은 3황화 텅스텐 및 황을 전구 물질로 하여 성장되는 것을 특징으로 하는 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 2 항에 있어서, 상기 제1 온도는 800 ℃ 이고,상기 제2 온도는 660 ℃ 인 것을 특징으로 하는 핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이종 수평 스티칭 성장 또는 상기 이종 수직 적층 성장 여부는 핵 생성 에너지에 대한 열역학적 변수를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는,핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 8 항에 있어서, 상기 핵 생성 에너지는핵 생성 과정에서의 유효 표면 에너지 변화량에 의한 깁스 자유 에너지 변화를 고려하여 계산되는 것을 특징으로 하는,핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 9 항에 있어서, 상기 이종 수평 스티칭 성장의 경우, 상기 유효 표면 에너지 변화량이 상기 이종 수직 적층 성장보다 큰 것을 특징으로 하는,핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.

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제 8 항에 있어서, 상기 핵 생성 에너지는기화된 전구 물질이 합성 온도에서 가지는 과포화 정도가 구동력이 되는 것을 특징으로 하는,핵 생성 동역학 조절을 이용한 2차원 전이금속-칼코겐 화합물의 제조 방법.