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KR102817259B1 - Transition metal chalcogen compound based semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR102817259B1
KR102817259B1 KR1020230180661A KR20230180661A KR102817259B1 KR 102817259 B1 KR102817259 B1 KR 102817259B1 KR 1020230180661 A KR1020230180661 A KR 1020230180661A KR 20230180661 A KR20230180661 A KR 20230180661A KR 102817259 B1 KR102817259 B1 KR 102817259B1
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KR
South Korea
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transition metal
layer
phase
chalcogen
compound
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KR1020230180661A
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Korean (ko)
Inventor
권순용
송승욱
장소라
Original Assignee
울산과학기술원
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 반금속성 1T' 상으로 구성된 전극체를 별도로 형성하여 반도체성 2H 상으로 구성된 채널체에 전사하여 형성함으로써, 컨택 저항을 감소시켜 성능을 향상시킬 수 있는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법은, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제1 기판을 제공하는 단계; 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 금속 패턴층을 형성하는 단계; 상기 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 패턴 구조체를 형성하는 단계; 상기 제1 기판으로부터 상기 패턴 구조체를 분리하는 단계; 및 상기 제2 층의 일부 영역 상에 상기 패턴 구조체를 전사하는 단계를 포함한다.The present invention provides a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide, which can reduce contact resistance and improve performance by separately forming an electrode body composed of a semi-metallic 1T' phase and transferring it to a channel body composed of a semi-conductive 2H phase, and a method for manufacturing the same. A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide according to an embodiment of the present invention includes the steps of: providing a first substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a transition metal chalcogenide compound of a first phase and having a first region and a second region; providing a second substrate having a second layer including a transition metal chalcogenide compound of a second phase formed on a surface thereof; forming a metal pattern layer on the first region of the first layer; using the metal pattern layer as a mask layer, removing the second region of the first layer exposed by the metal pattern layer to form a pattern structure; separating the pattern structure from the first substrate; and transferring the pattern structure on a portion of the second layer.

Description

전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 및 그 제조방법{Transition metal chalcogen compound based semiconductor device and method of manufacturing the same}Transition metal chalcogen compound based semiconductor device and method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a semiconductor device, and more specifically, to a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound and a method for manufacturing the same.

전이금속 칼코젠 화합물(transition metal dichalcogenide)는 차세대 반도체 재료 중 하나로, 저전력 전기 장치, 열전 재료, 디스플레이 장치, 수소 생산, 광전지 등의 많은 분야에 다양하게 이용되고 있다.Transition metal dichalcogenides are one of the next-generation semiconductor materials and are widely used in many fields such as low-power electrical devices, thermoelectric materials, display devices, hydrogen production, and photovoltaics.

반도체 소자의 소형화에 따라 활성층의 크기가 감소되고, 반도체 소자 내의 금속과 반도체 접촉면에서의 접촉 저항이 반도체 소자의 성능을 결정짓는 중요한 요소로 작용하게 된다. 따라서, 전이금속 칼코젠 화합물 기반 트랜지스터 소자 연구에서 청정한 계면을 가진 소자를 제작하는 기술이 요구된다. 기존의 실리콘 기반 전계효과 트랜지스터 소자 제작에 사용되는 3차원 상용금속의 직접 증착 공정에서 금속과 반도체의 계면에서 결함이 발생하여, 높은 접촉저항 값이 발생되며 저전력 트랜지스터 소자를 제작하는 데 한계가 존재한다. 따라서, 전이금속 칼코젠 화합물 기반 트랜지스터 소자에서의 접촉저항을 낮추기 위한 최적화된 공정 기법이 요구된다.As semiconductor devices are miniaturized, the size of the active layer is reduced, and the contact resistance at the metal-semiconductor contact surface within the semiconductor device becomes an important factor that determines the performance of the semiconductor device. Therefore, a technology for fabricating a device with a clean interface is required in the study of transition metal chalcogenide-based transistor devices. In the direct deposition process of three-dimensional commercial metals used to fabricate conventional silicon-based field-effect transistor devices, defects occur at the interface between the metal and the semiconductor, resulting in high contact resistance values and limitations in fabricating low-power transistor devices. Therefore, an optimized process technique is required to lower the contact resistance in transition metal chalcogenide-based transistor devices.

한국공개특허공보 제10-2013-0103913호Korean Patent Publication No. 10-2013-0103913

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반금속성 1T' 상으로 구성된 전극체를 별도로 형성하여 반도체성 2H 상으로 구성된 채널체에 전사하여 형성함으로써, 컨택 저항을 감소시켜 성능을 향상시킬 수 있는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide compound and a method for manufacturing the same, which can reduce contact resistance and improve performance by separately forming an electrode body composed of a semi-metallic 1T' phase and transferring it to a channel body composed of a semi-conductive 2H phase.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법은, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제1 기판을 제공하는 단계; 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 금속 패턴층을 형성하는 단계; 상기 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 패턴 구조체를 형성하는 단계; 상기 제1 기판으로부터 상기 패턴 구조체를 분리하는 단계; 및 상기 제2 층의 일부 영역 상에 상기 패턴 구조체를 전사하는 단계를 포함한다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide comprises the steps of: providing a first substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a first phase transition metal chalcogenide compound and having a first region and a second region; providing a second substrate having a second layer including a second phase transition metal chalcogenide compound formed on a surface thereof; forming a metal pattern layer on the first region of the first layer; using the metal pattern layer as a mask layer, removing the second region of the first layer exposed by the metal pattern layer to form a pattern structure; separating the pattern structure from the first substrate; and transferring the pattern structure onto a portion of the second layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 기판을 제공하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 제1 전이금속을 포함하는 제1 금속층을 표면에 형성하는 단계; 상기 제1 금속층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계; 상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계; 및 상기 제1 금속층의 상기 제1 전이금속이 상기 칼코젠 물질과 반응하여 칼코제나이드화되어 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of providing the first substrate may include the steps of forming a first metal layer including a first transition metal on a surface of the first substrate using sputtering or electron beam evaporation; providing a chalcogen material to the first metal layer; heating the chalcogen material; and the steps of reacting the first transition metal of the first metal layer with the chalcogen material to form a chalcogenide to form a transition metal chalcogen compound of the first phase.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 기판을 제공하는 단계는, 제2 전이금속을 포함하는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계; 상기 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 씨드층을 제공하는 단계; 상기 대상층의 적어도 일부 영역 상에 상기 씨드층을 배치하는 단계; 상기 대상층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계; 상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계; 및 상기 씨드층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 상변이층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of providing the second substrate may include the steps of: providing a second substrate including a target layer having a first phase transition metal chalcogen compound including a second transition metal formed thereon; providing a seed layer having a second phase transition metal chalcogen compound including the second transition metal formed thereon; disposing the seed layer on at least a portion of the target layer; providing a chalcogen material on the target layer; heating the chalcogen material; and, as the second phase transition metal chalcogen compound of the seed layer is transferred as a seed, the first phase transition metal chalcogen compound of the target layer reacts with the chalcogen material, thereby causing the first phase transition metal chalcogen compound of the target layer to phase-change into a second phase transition metal chalcogen compound to form a phase-change layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대상층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계는, 예비 기판 상에 제3 전이금속을 포함하는 예비 금속층을 표면에 형성하는 단계; 상기 예비 금속층에 상기 칼코젠 물질을 제공하여 가열함에 따라 상기 제3 전이금속이 예비 칼코제나이드화되어 형성된 상기 제3 전이금속과 칼코젠 물질의 화합물층을 형성하는 단계; 및 상기 화합물층을 상기 칼코젠 물질로서 제공하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of providing a chalcogen material to the target layer may include the step of forming a preliminary metal layer including a third transition metal on a surface of a preliminary substrate; the step of providing the chalcogen material to the preliminary metal layer and heating it to form a compound layer of the third transition metal and the chalcogen material by preliminary chalcogenization of the third transition metal; and the step of providing the compound layer as the chalcogen material.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계는, 상기 칼코젠 물질을 고상 상태, 액상 상태, 기상 상태, 또는 이들의 혼합 상태로 제공하여 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of providing the chalcogen material may be accomplished by providing the chalcogen material in a solid state, a liquid state, a gaseous state, or a mixed state thereof.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계는, 상기 칼코젠 물질과 전이금속의 공정 합금을 제공하여 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of providing the chalcogen material can be accomplished by providing a eutectic alloy of the chalcogen material and a transition metal.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계는, 상기 칼코젠 물질이 가열되어 기상화되고, 상기 기상화된 상기 칼코젠 물질이, 불활성 가스로 구성되거나 또는 수소 함유 가스와 불활성 가스의 혼합 가스로 구성된 캐리어 가스에 의하여 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물에 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of heating the chalcogen material may be such that the chalcogen material is heated and vaporized, and the vaporized chalcogen material may be provided to the transition metal chalcogen compound of the first phase of the target layer by a carrier gas composed of an inert gas or a mixed gas of a hydrogen-containing gas and an inert gas.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상변이층을 형성하는 단계에서, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이는 상기 씨드층으로부터 측방향 에피택셜 성장에 의하여 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step of forming the phase change layer, the phase change to the second phase transition metal chalcogen compound can be achieved by lateral epitaxial growth from the seed layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 씨드층을 제공하는 단계에서, 상기 씨드층은, 기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 상기 제2 전이금속을 포함하는 금속층을 표면에 형성하는 단계; 상기 금속층에 칼코젠 물질을 제공하여 600℃ 내지 750℃ 미만 범위의 온도로 가열하는 단계; 및 상기 금속층이 상기 칼코젠 물질과 반응하여 칼코제나이드화되어 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계에 의하여 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step of providing the seed layer, the seed layer can be formed by the steps of: forming a metal layer including the second transition metal on a surface of a substrate using sputtering or electron beam evaporation; providing a chalcogen material to the metal layer and heating it to a temperature in a range of from 600° C. to less than 750° C.; and reacting the metal layer with the chalcogen material to form a chalcogenide to form a transition metal chalcogen compound of the second phase.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 씨드층을 제공하는 단계에서, 상기 씨드층은, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물 모결정으로부터 기계적 박리를 수행하여 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step of providing the seed layer, the seed layer can be formed by performing mechanical exfoliation from a second phase transition metal chalcogenide compound mother crystal.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 구조체를 분리하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 상기 패턴 구조체를 덮도록 전사 보조체를 형성하는 단계; 상기 전사 보조체 상에 접착체를 부착하는 단계; 및 상기 접착체를 이용하여 상기 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 상기 제1 기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of separating the pattern structure may include the step of forming a transfer assistant to cover the pattern structure on the first substrate; the step of attaching an adhesive on the transfer assistant; and the step of separating the transfer assistant containing the pattern structure from the first substrate using the adhesive.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 구조체를 전사하는 단계는, 상기 제2 기판의 상기 제2 층 상에 상기 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 배치하는 단계; 및 상기 제2 층 상에 상기 패턴 구조체가 잔존하도록 상기 전사 보조체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of transferring the pattern structure may include the step of arranging the transfer assistant receiving the pattern structure on the second layer of the second substrate; and the step of removing the transfer assistant so that the pattern structure remains on the second layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 1T 상(1T phase) 또는 1T' 상(1T' phase)으로 배열된 결정구조를 가지고, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H 상(2H phase)으로 배열된 결정구조를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transition metal chalcogenide compound of the first phase may have a crystal structure arranged in a 1T phase or a 1T' phase, and the transition metal chalcogenide compound of the second phase may have a crystal structure arranged in a 2H phase.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 제1 전이금속 또는 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 제2 전이금속은, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 카드뮴(Cd) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first transition metal constituting the first phase transition metal chalcogenide compound or the second transition metal constituting the second phase transition metal chalcogenide compound may include at least one of molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and cadmium (Cd).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 제1 칼코젠 물질 또는 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 제2 칼코젠 물질은, 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first chalcogen material constituting the first phase transition metal chalcogen compound or the second chalcogen material constituting the second phase transition metal chalcogen compound may include at least one of sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 패턴층은, 금, 백금, 은, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 루세늄, 이리듐, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal pattern layer may include gold, platinum, silver, palladium, copper, aluminum, tungsten, molybdenum, titanium, ruthenium, iridium, or a combination thereof.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전사 보조체는, 폴리메타아크릴레이트(PolyMethyl Methacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 아크릴(acrylic), 폴리부타디엔(Polybutadiene), 폴리벤족사졸(polybenzoxazole), 벤조사이클로뷰텐(Benzocyclo butene, BCB), 폴리페닐렌 벤조바이소이미드(polyphenylene benzobisoxazole, PBO), 에폭시 수지(Epoxy resin), 및 실리콘 수지(Silicon resin) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transfer assistant may include at least one of polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide, polyvinyl alcohol (PVA), acrylic, polybutadiene, polybenzoxazole, benzocyclo butene (BCB), polyphenylene benzobisoxazole (PBO), epoxy resin, and silicone resin.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제3 전이금속은, 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 카드뮴(Cd) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the third transition metal may include at least one of scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and cadmium (Cd).

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자는, 상술한 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에 의하여 제조되고, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물층과 금속 패턴층이 적층되어 구성된 전극부; 및 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물층으로 구성되고, 상기 전극부와 전기적으로 연결된 채널층을 포함하고, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물층과 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물층은 반데르발스 결합을 이룰 수 있다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above technical task, a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide described above, and includes an electrode portion formed by stacking a first phase transition metal chalcogenide compound layer and a metal pattern layer; and a channel layer formed of a second phase transition metal chalcogenide compound layer and electrically connected to the electrode portion, wherein the first phase transition metal chalcogenide compound layer and the second phase transition metal chalcogenide compound layer can form a van der Waals bond.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 1T' MoTe2 를 포함하고, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H MoTe2 를 포함하고, 상기 금속 패턴층은 금을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first phase transition metal chalcogenide compound may include 1T' MoTe 2 , the second phase transition metal chalcogenide compound may include 2H MoTe 2 , and the metal pattern layer may include gold.

본 발명의 기술적 사상에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에 의하면, 반도체성 2H 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 씨드층을 이용하여 금속성 1T' 상 전이금속 칼코젠 화합물을 후공정과 호환가능한 저온에서 2H 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여, 우수한 결정 품질을 가지는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 대면적으로 형성할 수 있다.According to a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide compound according to the technical idea of the present invention, a seed layer including a semiconducting 2H phase transition metal chalcogenide compound is used to cause a metallic 1T' phase transition metal chalcogenide compound to undergo a phase transformation into a 2H phase transition metal chalcogenide compound at a low temperature compatible with a post-process, thereby forming a large area of a second phase transition metal chalcogenide compound having excellent crystal quality.

또한, 반금속성 1T' 상으로 구성된 전극체를 별도로 형성하여 반도체성 2H 상으로 구성된 채널체에 전사하여 형성함으로써, 컨택 저항을 감소시켜 성능을 향상시킨 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자를 제공할 수 있다.In addition, by separately forming an electrode body composed of a semi-metallic 1T' phase and transferring it to a channel body composed of a semi-conductive 2H phase, a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide compound can be provided with improved performance by reducing contact resistance.

본 발명의 초고품질의 초청정 반데르발스 금속 반도체 접합 트랜지스터 어레이의 온칩 제조에 대한 시도는 개선된 p형 이동도를 위하여 최소한의 컨택 장벽을 구현하는 것에 중요한 의미가 있다. 본 발명의 중요성은 2차원 반도체와 2차원 반금속 사이에서 약 0.7 kΩ μm 수준의 낮은 컨택 저항(Rc)를 가지는 것이다. 상기 Rc은 2H-MoTe2 및 WSe2 를 기반한 10개 이하의 층들의 p형 2차원 트랜지스터에서 최저 값이다. 따라서 물질 합성, 장치 제조 및 계면 엔지니어링을 결합함으로써, 본 발명은 2차원 전자 장치 응용 분야의 범위를 확장할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있다.The attempt at on-chip fabrication of ultra-high quality, ultra-clean van der Waals metal semiconductor junction transistor arrays of the present invention has significant implications in realizing a minimum contact barrier for improved p-type mobility. The significance of the present invention is the low contact resistance (R c ) of about 0.7 kΩ μm between the two-dimensional semiconductor and the two-dimensional semimetal. The R c is the lowest value reported for p-type two-dimensional transistors with less than 10 layers based on 2H-MoTe 2 and WSe 2 . Therefore, by combining materials synthesis, device fabrication, and interface engineering, the present invention has significant potential to expand the scope of two-dimensional electronic device applications.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are described as examples, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법을 예시적으로 나타내는 모식도들이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에서, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에 의한 MoTe2 상변이를 나타내는 광학현미경 사진들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 씨드층과 상변이층의 주사투과전자현미경 사진들이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법을 이용하여 형성한 1T' MoTe2 상 및 2H MoTe2 상의 밴드 구조를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 광학현미경 사진들이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 미세조직을 나타내는 주사투과전자현미경 사진들이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자를 구성하는 층들의 X-선 광전자 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에서 적용되는 전이금속 칼코젠 화합물의 밴드 구조를 나타낸다.
FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram exemplifying a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flow chart showing a step of providing a first substrate including a first phase transition metal chalcogen compound in a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flow chart showing a step of providing a second substrate including a second phase transition metal chalcogen compound in a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an optical microscope photograph showing a MoTe 2 phase transition by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a scanning transmission electron microscope photograph of a seed layer and a phase change layer formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the band structures of 1T' MoTe 2 phase and 2H MoTe 2 phase formed using a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an optical microscope photograph of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a scanning transmission electron microscope photograph showing the microstructure of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing X-ray photoelectron spectra of layers constituting a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 11 to 13 are graphs showing electrical characteristics of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 shows the band structure of a transition metal chalcogen compound applied in a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified in various different forms, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited to the following embodiments. Rather, these embodiments are provided to more faithfully and completely convey the technical idea of the present invention to those skilled in the art. Like reference numerals throughout this specification denote like elements. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Therefore, the technical idea of the present invention is not limited by the relative sizes or intervals drawn in the attached drawings.

명세서 전체에 걸쳐서, "전기적으로 연결"의 의미는 구성요소들이 직접적으로 접촉하는 경우 및 다른 구성요소를 사이에 두고 접촉하는 경우 등을 포함하며, 다양한 방식을 전기적으로 연결되는 것을 모두 포함함에 유의한다. Throughout the specification, it is noted that the term "electrically connected" includes components being in direct contact, components being in contact with each other through other components, and includes various ways in which components are electrically connected.

2차원 반데르발스 반도체 등과 같은 새로운 트랜지스터 나노물질에 대한 방대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 대부분의 2차원 반도체는 n형이거나 양극성이며, 단극성 p형 2차원 반도체가 부족한 상황은 낮은 비트당 전력 지연을 가지는 에너지 효율적 회로를 위한 씨모스(CMOS) 인버터를 2차원 전자기기에 광범위하게 사용되는 것을 제한하게 된다. 550 ℃ 이하의 저온에서 직접 성장하거나, 원하는 기판 상에 쉽게 전사될 수 있고, 높은 전기적 성능을 가지는 2차원 반도체에 대한 연구는 씨모스 후공정(back-end-of-line, BEOL)의 호환 공정을 목표로 하는 소자 제작에 있어 중요하다. 전이금속 디칼코제나이드(transition metal dichalcogenide, TMD) 중 2차원 2H 상(phase) 몰리브덴 디텔루라이드 (molybdenum ditelluride, MoTe2)는 가전자 밴드 최대에너지(EVBM)을 4.9 eV 내지 5.1 eV 범위로 가장 낮은 값을 가지므로, 다른 전이금속 디칼코제나이드와 비교하면, 억제된 전자 이동도를 가지는 단극성 p형 반도체의 제조가 가능하다. 따라서, 신뢰성 있고, 스케일업이 가능한 수 개의 층을 가지는 고품질 p형 2H-MoTe2의 제조방법의 개발은 전공정과 후공정을 위한 차세대 2차원 전자기기를 가능하게 할 수 있다.Extensive research is being conducted on novel transistor nanomaterials, such as two-dimensional van der Waals semiconductors. However, most two-dimensional semiconductors are n-type or bipolar, and the lack of unipolar p-type two-dimensional semiconductors limits the widespread use of CMOS inverters for energy-efficient circuits with low power-per-bit delay in two-dimensional electronic devices. Research on two-dimensional semiconductors that can be grown directly at low temperatures, below 550 °C, or easily transferred onto desired substrates and have high electrical performance is important for device fabrication targeting CMOS back-end-of-line (BEOL) compatible processes. Among transition metal dichalcogenides (TMDs), two-dimensional 2H phase molybdenum ditelluride (MoTe 2 ) has the lowest valence band maximum energy (E VBM ) in the range of 4.9–5.1 eV, which enables the fabrication of unipolar p-type semiconductors with suppressed electron mobility compared to other transition metal dichalcogenides. Therefore, the development of a reliable and scalable method for fabricating high-quality p-type 2H-MoTe 2 with several layers can enable next-generation two-dimensional electronic devices for upstream and downstream processes.

그러나, 화학기상증착(CVD) 성장법을 이용한 웨이퍼 규모의 100% 커버리지를 가지는 단결정 2H-MoTe2 다형체의 형성은 아직 이루어지지 않고 있다. 이는 2H-MoTe2가 좁은 성장 윈도우 내에서만 형성되고, 성장 중에 제어되지 않은 Te 플럭스(낮은 평형 증기압)는, 분자량당 약 35 meV 수준의 작은 자유 에너지 차이로 인하여, 금속성 1T' 구조와 반도체성 2H 구조 사이의 다형체 제어를 방해하기 때문이다. 산소 관련 불순물들, Te 공공들 및 결정립계들과 2H-MoTe2 의 표면에 걸친 화학기상증착에 의해 생성된 부분 1T' 잔류 생성물들은 전자 장치의 면저항을 증가시키고 부적절한 기능을 야기하며, 이에 따라 전기적 특성들의 열화를 초래할 수 있다. 최근에는 고체-고체 상 전이 또는 2차원 씨드 성장 방법을 사용하여, 2H-MoTe2 를 합성하기 위한 선구적인 연구가 수행된 바 있다. 그러나 이러한 방법의 실용적인 응용은 분말 기반의 수평 CVD 사용이나 AlOx 패시베이션층을 요구하는 등의 제한점이 있으며, 균일하고 고품질의 2H-MoTe2 박막을 고속으로 대형으로 생산하기 어렵다. 또한, 이러한 방법을 사용하여 합성된 2H-MoTe2의 전기 전도도는 제한된다. 예를 들어, 온 상태의 면전도도는 약 10 μS 미만이고, 온-오프 전류 비율은 약 104 이다. 따라서, 새로운 성장 기술이 요구된다.However, the formation of single-crystal 2H-MoTe 2 polymorph with 100% wafer-scale coverage by chemical vapor deposition (CVD) growth has not been achieved yet. This is because 2H-MoTe 2 is formed only within a narrow growth window, and the uncontrolled Te flux (low equilibrium vapor pressure) during the growth hinders the polymorph control between the metallic 1T' structure and the semiconducting 2H structure due to the small free energy difference of about 35 meV per molecular weight. The partial 1T' residual products generated by CVD along with oxygen-related impurities, Te vacancies, and grain boundaries of 2H-MoTe 2 on the surface can increase the sheet resistance of electronic devices, cause improper functioning, and thus lead to deterioration of their electrical properties. Recently, pioneering studies have been performed to synthesize 2H-MoTe 2 using solid-solid phase transition or two-dimensional seed growth methods. However, the practical applications of these methods have limitations, such as the use of powder-based horizontal CVD or the requirement of an AlO x passivation layer, and it is difficult to produce uniform and high-quality 2H-MoTe 2 thin films at high speed and on a large scale. In addition, the electrical conductivity of 2H-MoTe 2 synthesized using these methods is limited. For example, the on-state surface conductivity is less than about 10 μS, and the on-off current ratio is about 10 4 . Therefore, a new growth technique is required.

전기적 컨택을 제조할 때. 2H-MoTe2 기반 이종접합에서 공공 결함, 유리층 및 합금과 같은 계면 결함의 형성은, Mo와 Te의 작은 전기음성도 차이로 인해 3차원 금속화 과정 중에 증가될 수 있고, 이에 따라 결합이 더 약해지게 된다. 이러한 결함은 페르미 준위(EF)가 특정 에너지 준위에 고정시켜 새로운 계면 상태를 형성하므로, 다른 일함수를 가지는 금속을 선택하여 컨택 특성 또는 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 효과적으로 조절할 수 없다. 이와 관련하여, 종래의 2H-MoTe2 전계효과 트랜지스터(FET)의 p형 이동도 성능은 주로 온/오프 전류 비율(Ion/Ioff < 104), 온 상태 전류(Vds = -1 V에서 Ion < 1 μA/μm), 그리고 전계효과 정공 이동도(μh < 10 cm2V-1s-1)에 의하여 제한되며, Pd 및 Pt 와 같은 높은 일함수 3차원 금속 컨택 전극을 사용할 때도 제한된다. 대안적으로, 2차원 다형체성 금속 전극인 1T'-상 MoTe2의 vdW 통합은 수직 2차원/2차원 금속 반도체 접합(MSJ)에서 매우 날카롭고 프리스틴(pristine) 계면을 제공할 수 있다. 그러나, 모든 2차원 장치에는 3차원 컨택 패드가 요구되지만, 2차원/2차원 금속 반도체 접합에서 2차원 반도체에 대하여 반대 위치인, 2차원 금속에 3차원 금속화의 영향에 대한 체계적인 연구가 수행되지 않았다. 모든 2차원 회로의 전자 부품으로서 2차원 금속을 사용하는 것이 더 많은 빈도로 나타나므로 매우 중요하다. 예를 들어, 그래핀, VSe2, NbSe2 등이 해당 2차원 (반)금속 물질이며, WSe2 트랜지스터의 컨택 전극으로 사용될 수 있다. 그러나 3차원 금속으로 조정된 2차원 반금속의 일함수는 종종 간과된다. 또한, 대부분의 반데르발스 통합 2차원 금속은 기계적으로 박리되거나 CVD 성장된 불규칙한 플레이크를 사용하여 제작되었고, 이는 고수율 제조에는 실용적이지 않다. 또한, 성능 측정 항목이나 전계효과 트랜지스터 스위칭 극성에서의 중대한 차이는 1T'-MoTe2 를 사용한 다형체성 접합의 재현성에 대한 의문을 제기한다.When fabricating electrical contacts, the formation of interface defects such as vacancy defects, glassy layers, and alloys in 2H-MoTe 2 -based heterojunctions can increase during the 3D metallization process due to the small electronegativity difference between Mo and Te, which further weakens the bonding. These defects cause the Fermi level (E F ) to be pinned at a specific energy level to form a new interface state, so that the contact properties or Schottky barrier height (SBH) cannot be effectively controlled by selecting metals with different work functions. In this regard, the p-type mobility performance of conventional 2H-MoTe 2 field-effect transistors (FETs) is mainly limited by the on/off current ratio (I on /I off < 10 4 ), the on-state current (I on < 1 μA/μm at V ds = -1 V), and the field-effect hole mobility (μ h < 10 cm 2 V -1 s -1 ), even when using high-work-function three-dimensional metal contact electrodes such as Pd and Pt. Alternatively, the vdW integration of 1T'-phase MoTe 2 as a two-dimensional polymorphic metal electrode can provide a very sharp and pristine interface in vertical 2D/2D metal-semiconductor junctions (MSJs). However, although all 2D devices require 3D contact pads, there has been no systematic study on the effect of 3D metallization on the 2D metal, which is located opposite the 2D semiconductor in 2D/2D metal-semiconductor junctions. This is very important because 2D metals are increasingly used as electronic components in all 2D circuits. For example, graphene, VSe 2 , NbSe 2 , etc. are relevant 2D (semi)metal materials and can be used as contact electrodes in WSe 2 transistors. However, the work function of 2D semimetals tuned to 3D metals is often overlooked. In addition, most van der Waals-integrated 2D metals have been fabricated using irregular flakes grown mechanically or CVD-grown, which are not practical for high-yield manufacturing. In addition, significant differences in performance metrics or field-effect transistor switching polarity raise questions about the reproducibility of polymorphic junctions using 1T'-MoTe 2 .

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법(S100)은, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제1 기판을 제공하는 단계(S110); 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하는 단계(S120); 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 금속 패턴층을 형성하는 단계(S130); 상기 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 패턴 구조체를 형성하는 단계(S140); 상기 제1 기판으로부터 상기 패턴 구조체를 분리하는 단계(S150); 및 상기 제2 층의 일부 영역 상에 상기 패턴 구조체를 전사하는 단계(S160)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide (S100) includes the steps of: providing a first substrate having a first layer formed on a surface thereof, which includes a first phase transition metal chalcogenide compound and has a first region and a second region; providing a second substrate having a second layer formed on a surface thereof, which includes a second phase transition metal chalcogenide compound; forming a metal pattern layer on the first region of the first layer (S130); using the metal pattern layer as a mask layer, removing the second region of the first layer exposed by the metal pattern layer to form a pattern structure (S140); separating the pattern structure from the first substrate (S150); and transferring the pattern structure onto a portion of the second layer (S160).

상기 제1 기판을 제공하는 단계(S110)는, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제1 기판을 제공하여 이루어질 수 있다.The step (S110) of providing the first substrate may be performed by providing a first substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a first phase transition metal chalcogen compound and having a first region and a second region.

상기 제2 기판을 제공하는 단계(S120)는, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하여 이루어질 수 있다.The step (S120) of providing the second substrate can be performed by providing a second substrate having a second layer including a second phase transition metal chalcogen compound formed on a surface thereof.

상기 제1 기판, 상기 제2 기판, 또는 이들 모두는, 실리콘 상에 실리콘 절연층이 형성되어 구성될 수 있다. 상기 실리콘은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 실리콘 절연층은 형성되는 상기 전이금속 칼코젠 화합물과와 상기 실리콘의 반응을 방지하는 반응 방지막의 기능을 수행할 수 있다. 상기 실리콘 절연층은, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 실리콘 산질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판, 또는 이들 모두는, 실리콘 상에 실리콘 산화물층이 형성된 SiO2/Si의 구조를 가질 수 있다. The first substrate, the second substrate, or both of them may be configured by forming a silicon insulating layer on silicon. The silicon may be a silicon wafer. The silicon insulating layer may function as a reaction prevention film that prevents a reaction between the formed transition metal chalcogenide and the silicon. The silicon insulating layer may include, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. For example, the first substrate, the second substrate, or both of them may have a structure of SiO 2 /Si in which a silicon oxide layer is formed on silicon.

또한, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판, 또는 이들 모두는, 육각형 질화붕소(h-BN) 또는 운모(mica)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판, 또는 이들 모두는, 층상형 기판으로 구성될 수 있다.Additionally, the first substrate, the second substrate, or both of them may be configured to include hexagonal boron nitride (h-BN) or mica. Additionally, the first substrate, the second substrate, or both of them may be configured as layered substrates.

상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 제1 전이금속과 제1 칼코젠 물질로 구성될 수 있다. 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 제2 전이금속과 제2 칼코젠 물질로 구성될 수 있다. 상기 제1 전이금속과 상기 제2 전이금속은 동일한 물질이거나 또는 서로 다른 물질일 수 있다. 상기 제1 칼코젠 물질과 상기 제2 칼코젠 물질은 동일한 물질이거나 또는 서로 다른 물질일 수 있다.The above first phase transition metal chalcogen compound may be composed of a first transition metal and a first chalcogen material. The above second phase transition metal chalcogen compound may be composed of a second transition metal and a second chalcogen material. The first transition metal and the second transition metal may be the same material or different materials. The first chalcogen material and the second chalcogen material may be the same material or different materials.

상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 제1 전이금속 또는 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 제2 전이금속은, 예를 들어 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 카드뮴(Cd) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이는 예시적이며, 상기 제1 전이금속 또는 상기 제2 전이금속은, 칼코젠 원소들과 층상형 구조를 형성할 수 있는 모든 전이금속 군을 포함할 수 있다.The first transition metal constituting the first phase transition metal chalcogenide compound or the second transition metal constituting the second phase transition metal chalcogenide compound may include at least one of, for example, molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and cadmium (Cd). However, this is exemplary, and the first transition metal or the second transition metal may include all transition metal groups capable of forming a layered structure with chalcogen elements.

상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 제1 칼코젠 물질 또는 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 제2 칼코젠 물질은, 예를 들어 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The first chalcogen material constituting the transition metal chalcogen compound of the first phase or the second chalcogen material constituting the transition metal chalcogen compound of the second phase may include, for example, at least one of sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te).

상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 화학식 MX2 로 나타내는 화합물로서 결정질 화합물일 수 있다. 여기에서, M은 전이금속이고, X는 칼코젠이다. 또는, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 전이금속 원소 대비 칼코젠 원소의 비율이 5:1 내지 1:5의 비율을 갖는 전이금속 칼코젠 화합물을 포함할 수 있다. 상기 칼코젠 물질이 황(S) 또는 셀레늄(Se)인 경우에는, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물의 결정 구조는 1T 상(1T phase)일 수 있다. 상기 칼코젠 물질이 텔루륨(Te)인 경우에는, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물의 결정 구조는 1T'상(1T' phase)일 수 있다. 상기 1T 상 또는 상기 1T' 상의 결정 구조는 열역학적으로 준안정상태로서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 금속성의 특성을 강하게 나타낸다. 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반금속성(semi metal) 특성을 가질 수 있다.The transition metal chalcogen compound of the first phase may be a crystalline compound represented by the chemical formula MX 2 . Here, M is a transition metal, and X is a chalcogen. Alternatively, the transition metal chalcogen compound of the first phase may include a transition metal chalcogen compound having a ratio of a chalcogen element to a transition metal element of 5:1 to 1:5. When the chalcogen material is sulfur (S) or selenium (Se), the crystal structure of the transition metal chalcogen compound of the first phase may be a 1T phase. When the chalcogen material is tellurium (Te), the crystal structure of the transition metal chalcogen compound of the first phase may be a 1T' phase. The crystal structure of the 1T phase or the 1T' phase is a thermodynamically metastable state, and the transition metal chalcogen compound of the first phase strongly exhibits metallic characteristics. The above first phase transition metal chalcogen compound may have semi-metal properties.

또한, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 화학식 MX2 로 나타내는 화합물로서 결정질 화합물일 수 있다. 여기에서, M은 전이금속이고, X는 칼코젠이다. 또는, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 전이금속 원소 대비 칼코젠 원소의 비율이 5:1 내지 1:5의 비율을 갖는 전이금속 칼코젠 화합물을 포함할 수 있다. 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H 상(2H phase)으로 배열된 결정구조를 가질 수 있다. 상기 2H 상의 결정 구조는 열역학적으로 안정한 구조로서, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반도체 특성을 강하게 나타내고, 상기 1T 상 또는 상기 1T'상에 비하여 상대적으로 밴드갭 에너지가 높을 수 있다. In addition, the transition metal chalcogenide compound of the second phase may be a crystalline compound represented by the chemical formula MX 2 . Here, M is a transition metal, and X is a chalcogen. Alternatively, the transition metal chalcogenide compound of the second phase may include a transition metal chalcogenide compound having a ratio of the transition metal element to the chalcogen element of 5:1 to 1:5. The transition metal chalcogenide compound of the second phase may have a crystal structure arranged in a 2H phase. The crystal structure of the 2H phase is a thermodynamically stable structure, and the transition metal chalcogenide compound of the second phase may strongly exhibit semiconductor properties and may have a relatively high band gap energy compared to the 1T phase or the 1T' phase.

예를 들어, 상기 제1 전이금속 및 상기 제2 전이금속이 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 상기 칼코겐 물질은 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 1T' MoTe2 를 포함할 수 있다. 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H MoTe2 를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the first transition metal and the second transition metal may include molybdenum (Mo). The chalcogen material may include tellurium (Te). The transition metal chalcogen compound of the first phase may include 1T' MoTe 2 . The transition metal chalcogen compound of the second phase may include 2H MoTe 2 . However, this is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 금속 패턴층을 형성하는 단계(S130)는, 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 금속 패턴층을 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S130) of forming the metal pattern layer can be performed by forming a metal pattern layer on the first region of the first layer.

상기 금속 패턴층을 형성하는 단계(S130)는, 상기 제1 층 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법 등을 이용하여 금속층을 형성하고, 상기 금속층을 패터닝하여 상기 금속 패턴층을 형성할 수 있다. 상기 패터닝은 포토레지스트를 사용한 포토리소그래피법, 리프트 오프법 등을 이용하여 구현될 수 있다. 상기 제1 층의 상기 제1 영역은 상기 금속 패턴층에 의하여 겹쳐져 가려지고, 상기 제1 층의 상기 제2 영역은 상기 금속 패턴층에 의하여 노출될 수 있다. 상기 금속 패턴층은, 예를 들어 금, 백금, 은, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 루세늄, 이리듐, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그러나 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The step (S130) of forming the metal pattern layer may include forming a metal layer on the first layer by using sputtering or electron beam evaporation, and patterning the metal layer to form the metal pattern layer. The patterning may be implemented by using a photolithography method using photoresist, a lift-off method, or the like. The first region of the first layer may be overlapped and covered by the metal pattern layer, and the second region of the first layer may be exposed by the metal pattern layer. The metal pattern layer may include, for example, gold, platinum, silver, palladium, copper, aluminum, tungsten, molybdenum, titanium, ruthenium, iridium, or a combination thereof. However, this is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 패턴 구조체를 형성하는 단계(S140)는, 상기 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 패턴 구조체를 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S140) of forming the pattern structure can be performed by using the metal pattern layer as a mask layer to remove the second region of the first layer exposed by the metal pattern layer to form the pattern structure.

상기 제2 영역의 제거는 플라즈마 식각 또는 반응성 이온 식각을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 제2 영역의 제거에 의하여 상기 금속 패턴층 사이에서 상기 제1 기판이 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 층이 패턴화된 제1 패턴층과 상기 금속 패턴층으로 구성된 상기 패턴 구조체를 형성할 수 있다.The removal of the second region can be performed using plasma etching or reactive ion etching. The first substrate can be exposed between the metal pattern layers by the removal of the second region. Accordingly, the pattern structure composed of the first pattern layer in which the first layer is patterned and the metal pattern layer can be formed.

상기 패턴 구조체를 분리하는 단계(S150)는, 상기 제1 기판으로부터 상기 패턴 구조체를 분리하여 이루어질 수 있다.The step (S150) of separating the above pattern structure can be performed by separating the pattern structure from the first substrate.

상기 패턴 구조체를 분리하는 단계(S150)는, 상기 제1 기판 상에 상기 패턴 구조체를 덮도록 전사 보조체를 형성하는 단계; 상기 전사 보조체 상에 접착체를 부착하는 단계; 및 상기 접착체를 이용하여 상기 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 상기 제1 기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.The step (S150) of separating the pattern structure may include a step of forming a transfer assistant to cover the pattern structure on the first substrate; a step of attaching an adhesive on the transfer assistant; and a step of separating the transfer assistant containing the pattern structure from the first substrate using the adhesive.

상기 전사 보조체는, 액상을 코팅한 후 경화한 고상 물질일 수 있다. 상기 전사 보조체는, 예를 들어 스핀 코팅, 드롭 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 잉크젯 인쇄, 및 그라비아 인쇄 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다.The above transfer assistant may be a solid material that is hardened after coating a liquid. The above transfer assistant may be formed using at least one of spin coating, drop coating, spray coating, screen printing, offset printing, inkjet printing, and gravure printing, for example.

상기 전사 보조체는 폴리머를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리메타아크릴레이트(PolyMethyl Methacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 아크릴(acrylic), 폴리부타디엔(Polybutadiene), 폴리벤족사졸(polybenzoxazole), 벤조사이클로뷰텐(Benzocyclo butene, BCB), 폴리페닐렌 벤조바이소이미드(polyphenylene benzobisoxazole, PBO), 에폭시 수지(Epoxy resin), 및 실리콘 수지(Silicon resin) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The above-described transcriptional assistant may include a polymer, and may include, for example, at least one of polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide, polyvinyl alcohol (PVA), acrylic, polybutadiene, polybenzoxazole, benzocyclo butene (BCB), polyphenylene benzobisoxazole (PBO), epoxy resin, and silicone resin.

상기 접착체는, 임시 접착 및 탈착이 가능한 물질로 구성될 수 있고, 예를 들어 액상을 코팅한 후 경화한 고상 물질이거나, 접착 필름일 수 있다. 상기 접착체는 PET(polyethylene terephthalate), PP(polypropylene), PE(polyethylene), PVC(polyvinyl chloride), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalene), PTFE(polytetrafluoro ethylene), ETFE (ethylene terafluoroethylene), PEEK(polyether ether keton), PPS(polyphenylene sulfide), PES(polyether sulfone) 등으로 구성된 베이스 필름 상에 실리콘 수지 또는 아크릴 수지가 접착제로서 도포되어 구성될 수 있다.The adhesive may be composed of a material capable of temporary adhesion and detachment, and may be, for example, a solid material that is hardened after coating a liquid, or an adhesive film. The adhesive may be composed of a base film composed of PET (polyethylene terephthalate), PP (polypropylene), PE (polyethylene), PVC (polyvinyl chloride), PI (polyimide), PEN (polyethylene naphthalene), PTFE (polytetrafluoro ethylene), ETFE (ethylene terafluoroethylene), PEEK (polyether ether keton), PPS (polyphenylene sulfide), PES (polyether sulfone), or the like, and a silicone resin or acrylic resin may be applied as an adhesive.

상기 접착체는 열방출 테이프(thermal release tape)일 수 있다.The above adhesive may be a thermal release tape.

상기 패턴 구조체를 전사하는 단계(S160)는, 상기 제2 층의 일부 영역 상에 상기 패턴 구조체를 전사하여 이루어질 수 있다.The step (S160) of transferring the above pattern structure can be performed by transferring the pattern structure onto a portion of the second layer.

상기 패턴 구조체를 전사하는 단계(S160)는, 상기 제2 기판의 상기 제2 층 상에 상기 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 배치하는 단계; 및 상기 제2 층 상에 상기 패턴 구조체가 잔존하도록 상기 전사 보조체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The step (S160) of transferring the pattern structure may include a step of arranging the transfer assistant receiving the pattern structure on the second layer of the second substrate; and a step of removing the transfer assistant so that the pattern structure remains on the second layer.

상기 패턴 구조체를 전사하는 단계(S160)에서, 상기 전사 보조체를 배치하는 단계를 수행한 후에, 100℃ 내지 200℃ 범위의 온도로 1 분 내지 30분 동안 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 가열에 의하여, 상기 제2 층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 패턴 구조체의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반데르발스 결합을 이룰 수 있다. 상기 접착체의 열방출 테이프가 반데르발스 결합을 위한 열을 전달 할 수 있다. In the step (S160) of transferring the pattern structure, after performing the step of arranging the transfer assistant, a step of heating at a temperature in the range of 100° C. to 200° C. for 1 minute to 30 minutes may be further included. By this heating, the second phase transition metal chalcogen compound of the second layer and the first phase transition metal chalcogen compound of the pattern structure can form a van der Waals bond. The heat dissipating tape of the adhesive can transfer heat for the van der Waals bond.

상기 전사 보조체를 제거하는 단계는, 물 또는 유기 용매를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 유기 용매는, 알코올, 또는 아세톤 등을 포함할 수 있다.The step of removing the above-mentioned transcriptional assistant can be performed using water or an organic solvent. The organic solvent can include alcohol, acetone, or the like.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법을 예시적으로 나타내는 모식도들이다.FIG. 2 is a schematic diagram exemplifying a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

상기 제1 전이금속 및 상기 제2 전이금속으로 몰리브덴(Mo), 상기 칼코젠 물질로 텔루륨(Te), 상기 금속 패턴층을 구성하는 물질로 금(Au), 및 상기 전사 보조체로 PMMA를 선택하였다. 이는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.Molybdenum (Mo) was selected as the first transition metal and the second transition metal, tellurium (Te) was selected as the chalcogen material, gold (Au) was selected as the material constituting the metal pattern layer, and PMMA was selected as the transfer assistant. This is exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

도 2의 (a)를 참조하면, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 1T' MoTe2 으로 구성되고 제1 영역(221)과 제2 영역(222)을 가지는 제1 층(220)이 표면에 형성된 SiO2/Si 로 구성된 제1 기판(210)을 제공한다. Referring to (a) of FIG. 2, a first substrate (210) composed of SiO 2 /Si is provided, on the surface of which a first layer (220) is formed, which is composed of 1T' MoTe 2 as a first phase transition metal chalcogen compound and has a first region ( 221 ) and a second region (222).

도 2의 (b)를 참조하면, 제1 층(220)의 제1 영역(221) 상에 금(Au)으로 구성된 금속 패턴층(230)을 형성한다, 제1 층(220)의 제1 영역(222)은 노출된다.Referring to (b) of Fig. 2, a metal pattern layer (230) composed of gold (Au) is formed on the first region (221) of the first layer (220), and the first region (222) of the first layer (220) is exposed.

도 2의 (c)를 참조하면, 플라즈마 식각을 이용하여 노출된 제1 층(220)의 제1 영역(222)을 제거한다. Referring to (c) of Fig. 2, the first region (222) of the exposed first layer (220) is removed using plasma etching.

도 2의 (d)를 참조하면, 제1 영역(222)을 제거된 부분에는 제1 기판(210)이 노출된다. 금속 패턴층(230)과 제1 층(220)이 패턴화된 제1 패턴층(240)은 패턴 구조체(250)을 형성한다.Referring to (d) of Fig. 2, the first substrate (210) is exposed in the portion where the first region (222) is removed. The first pattern layer (240) in which the metal pattern layer (230) and the first layer (220) are patterned forms a pattern structure (250).

도 2의 (e)를 참조하면, 제1 기판(210) 상에 패턴 구조체(250)를 덮도록 PMMA로 구성된 전사 보조체(260)를 형성한다, Referring to (e) of Fig. 2, a transfer auxiliary body (260) made of PMMA is formed to cover a pattern structure (250) on a first substrate (210).

도 2의 (f)를 참조하면, 전사 보조체(260) 상에 접착체를 부착한 후에, 상기 접착체를 이용하여 패턴 구조체(250)를 수용한 전사 보조체(260)를 제1 기판(210)으로부터 분리한다.Referring to (f) of FIG. 2, after attaching an adhesive on a transfer assistant (260), the transfer assistant (260) containing a pattern structure (250) is separated from the first substrate (210) using the adhesive.

도 2의 (g)를 참조하면, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 2H MoTe2 으로 구성된 제2 층(320)이 표면에 형성된 제2 기판(310)을 제공한다. 제2 층(320) 상에 패턴 구조체(250)를 수용한 전사 보조체(260)를 배치한다, 이어서, 상기 구조체 전체를 가열하여 제2 층(320) 상기 2H MoTe2 과 패턴 구조체(250)의 1T' MoTe2 를 반데르발스 결합시킨다.Referring to (g) of FIG. 2, a second substrate (310) is provided having a second layer (320) formed on a surface thereof, which is composed of 2H MoTe 2 as a second phase transition metal chalcogen compound. A transfer assistant (260) containing a pattern structure (250) is placed on the second layer (320). Subsequently, the entire structure is heated to cause van der Waals bonding between the 2H MoTe 2 of the second layer (320) and the 1T' MoTe 2 of the pattern structure (250).

도 2의 (h)를 참조하면, 전사 보조체(260)를 물 또는 유기 용매 등과 같은 세정제를 사용하여 제거한다.Referring to (h) of Fig. 2, the transfer assistant (260) is removed using a detergent such as water or an organic solvent.

도 2의 (i)를 참조하면, 제2 층(320)은 제3 영역(323)과 제4 영역(324)을 포함한다. 제3 영역(323) 상에는 금속 패턴층(230)과 제1 패턴층(240)으로 구성된 패턴 구조체(250)가 배치된다. 제4 영역(324)은 패턴 구조체(250)를 사이에 두고 노출된다. 이에 따라, 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자가 완성된다.Referring to (i) of FIG. 2, the second layer (320) includes a third region (323) and a fourth region (324). A pattern structure (250) composed of a metal pattern layer (230) and a first pattern layer (240) is arranged on the third region (323). The fourth region (324) is exposed with the pattern structure (250) interposed therebetween. Accordingly, a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide compound is completed.

상기 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자에서, 제2 층(320)의 제4 영역(324) 상에 위치한 1T' MoTe2 으로 구성된 제1 패턴층(240)과 금속 패턴층(230)을 포함하는 패턴 구조체(250)는 전극으로 기능할 수 있고, 예를 들어 소스/드레인 전극으로 기능할 수 있다. 상기 2H MoTe2 으로 구성된 제2 층(320)의 제4 영역(324)이 채널층으로 기능할 수 있다. In the semiconductor device based on the above transition metal chalcogenide compound, the pattern structure (250) including the first pattern layer (240) composed of 1T' MoTe 2 and the metal pattern layer (230) located on the fourth region (324) of the second layer (320) can function as an electrode, for example, can function as a source/drain electrode. The fourth region (324) of the second layer (320) composed of 2H MoTe 2 can function as a channel layer.

이하에서는, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물 및 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 방법을 예시적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for forming the transition metal chalcogen compound of the first phase and the transition metal chalcogen compound of the second phase will be exemplarily described.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계를 나타내는 흐름도이다.FIG. 3 is a flow chart showing a step of providing a first substrate including a first phase transition metal chalcogen compound in a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 제1 기판을 제공하는 단계(S110)는, 상기 제1 기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 상기 제1 전이금속을 포함하는 제1 금속층을 표면에 형성하는 단계(S111); 상기 제1 금속층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S112); 상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S113); 및 상기 제1 금속층의 상기 제1 전이금속이 상기 칼코젠 물질과 반응하여 칼코제나이드화되어 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계(S114)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the step of providing the first substrate (S110) may include the step of forming a first metal layer including the first transition metal on the surface of the first substrate using sputtering or electron beam evaporation (S111); the step of providing a chalcogen material to the first metal layer (S112); the step of heating the chalcogen material (S113); and the step of forming a first phase transition metal chalcogen compound by reacting the first transition metal of the first metal layer with the chalcogen material to form a chalcogenide (S114).

상기 제1 금속층을 표면에 형성하는 단계(S111)는, 상기 제1 기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 상기 제1 전이금속을 포함하는 제1 금속층을 표면에 형성하여 이루어질 수 있다The step (S111) of forming the first metal layer on the surface can be performed by forming a first metal layer including the first transition metal on the surface of the first substrate using sputtering or electron beam evaporation.

상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S112)는, 상기 제1 금속층에 칼코젠 물질을 제공하여 이루어질 수 있다. The step (S112) of providing the above chalcogen material can be performed by providing the chalcogen material to the first metal layer.

상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S112)는, 예비 기판 상에 제3 전이금속을 포함하는 예비 금속층을 표면에 형성하는 단계; 상기 예비 금속층에 상기 칼코젠 물질을 제공하여 가열함에 따라 상기 제3 전이금속이 예비 칼코제나이드화되어 형성된 상기 제3 전이금속과 칼코젠 물질의 화합물층을 형성하는 단계; 및 상기 화합물층을 상기 칼코젠 물질로서 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The step (S112) of providing the chalcogen material may include: a step of forming a preliminary metal layer including a third transition metal on a surface of a preliminary substrate; a step of providing the chalcogen material to the preliminary metal layer and heating it to form a compound layer of the third transition metal and the chalcogen material by preliminary chalcogenization of the third transition metal; and a step of providing the compound layer as the chalcogen material. However, this This is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 예비 칼코제나이드화는, 예를 들어 400℃ 내지 600℃ 범위의 온도에서 1분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.The above preliminary chalcogenidation can be performed, for example, at a temperature in the range of 400°C to 600°C for 1 minute to 60 minutes.

상기 제3 전이금속은, 예를 들어 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 카드뮴(Cd) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제3 전이금속은 상기 칼코젠 물질과 공정(eutectic) 합금을 형성하는 물질을 포함할 수 있다. The third transition metal may include at least one of, for example, scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and cadmium (Cd). The third transition metal may include a material that forms a eutectic alloy with the chalcogen material.

예를 들어, 상기 제3 전이금속은 니켈(Ni)을 포함하고, 상기 칼코젠 물질은 텔루륨(Te)을 포함하고, 상기 화합물은 니켈-텔루륨 공정합금(NixTey)을 포함할 수 있다. 여기서, x와 y는 니켈의 산화수에 대응하여 변화되는 수로서, x와 y 간의 비율은 예를 들어 1 내지 10 범위의 수일 수 있다.For example, the third transition metal may include nickel (Ni), the chalcogen material may include tellurium (Te), and the compound may include a nickel-tellurium eutectic alloy (Ni x Te y ). Here, x and y are numbers that change corresponding to the oxidation number of nickel, and the ratio between x and y may be, for example, a number in the range of 1 to 10.

상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S112)는, 상기 칼코젠 물질을 상기 제1 금속층과 대면하도록 반응기 내에 배치하여 이루어질 수 있다.The step (S112) of providing the chalcogen material can be performed by placing the chalcogen material in a reactor so that it faces the first metal layer.

상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S113)는 상기 칼코젠 물질을 가열하여 이루어질 수 있다.The step of heating the above chalcogen material (S113) can be performed by heating the above chalcogen material.

상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S113)에서, 상기 가열은, 예를 들어 400℃ 내지 600℃ 범위의 온도에서 1 분 내지 60분 범위 동안 수행될 수 있다. 상기 가열에 의하여 상기 칼코젠 물질과 상기 제1 금속층이 함께 가열될 수 있다.In the step (S113) of heating the chalcogen material, the heating may be performed, for example, at a temperature in the range of 400° C. to 600° C. for a period of 1 minute to 60 minutes. By the heating, the chalcogen material and the first metal layer may be heated together.

상기 칼코젠 물질은, 예를 들어 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 칼코젠 물질은, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물 및 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 칼코젠 물질과 동일할 수 있다.The chalcogen material may include, for example, at least one of sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te). The chalcogen material may be the same as the chalcogen material constituting the transition metal chalcogen compound of the first phase and the transition metal chalcogen compound of the second phase.

상기 칼코젠 물질은 고상 상태, 액상 상태, 기상 상태, 또는 이들의 혼합 상태로 제공될 수 있다. 상기 칼코젠 물질은, 예를 들어 상기 칼코젠 물질과 전이금속의 공정(eutectic) 합금을 제공될 수 있다.The chalcogen material may be provided in a solid state, a liquid state, a gaseous state, or a mixed state thereof. The chalcogen material may be provided, for example, as a eutectic alloy of the chalcogen material and a transition metal.

상기 기상화된 칼코젠 물질은, 캐리어 가스에 의하여 상기 제1 금속층에 제공될 수 있다, 상기 캐리어 가스는 상기 기상화된 칼코젠 물질을 상기 제1 금속층에 균일하게 전달되는 기능을 수행할 수 있다. The above-described vaporized chalcogen material can be provided to the first metal layer by a carrier gas, and the carrier gas can perform a function of uniformly transferring the vaporized chalcogen material to the first metal layer.

상기 캐리어 가스는, 불활성 가스로 구성되거나 또는 수소 함유 가스와 불활성 가스의 혼합 가스로 구성될 수 있다. 상기 수소 함유 가스는 칼코젠 물질과 반응하여 칼코젠화 수소 가스를 형성하므로, 칼코젠 물질의 효과적인 이송을 구현할 수 있다. 상기 수소 함유 가스는, 예를 들어 수소 가스 및 암모니아 가스, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 불활성 가스는, 예를 들어 질소 가스 및 아르곤 가스, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. The carrier gas may be composed of an inert gas or a mixture of a hydrogen-containing gas and an inert gas. The hydrogen-containing gas reacts with the chalcogen material to form a chalcogenide hydrogen gas, thereby enabling effective transport of the chalcogen material. The hydrogen-containing gas may include, for example, hydrogen gas and ammonia gas, or both. The inert gas may include, for example, nitrogen gas and argon gas, or both.

상기 혼합 가스에서, 상기 수소 함유 가스는, 예를 들어 50 sccm내지 2,000 sccm 범위의 유동량으로 제공될 수 있고, 상기 불활성 가스는, 예를 들어 300 sccm 내지 7,000 sccm 범위의 유동량으로 제공될 수 있다. 상기 혼합 가스에서 상기 수소 함유 가스와 상기 불활성 가스의 비율은 부피비로 1:10 내지 10:1 범위일 수 있다.In the above mixed gas, the hydrogen-containing gas may be provided at a flow rate ranging from, for example, 50 sccm to 2,000 sccm, and the inert gas may be provided at a flow rate ranging from, for example, 300 sccm to 7,000 sccm. The ratio of the hydrogen-containing gas and the inert gas in the above mixed gas may be in a volume ratio ranging from 1:10 to 10:1.

상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계(S114)는, 상기 제1 금속층이 상기 칼코젠 물질과 반응하여 칼코제나이드화되어 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S114) of forming the transition metal chalcogen compound of the first phase can be performed by allowing the first metal layer to react with the chalcogen material to be chalcogenized, thereby forming the transition metal chalcogen compound of the first phase.

상기 제1 금속층과 상기 칼코젠 물질은 서로 접촉하도록 대면하거나, 또는 기상화된 칼코젠 물질이 외부로 빠져나가는 것을 최소화할 수 있는 간격을 가지고 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 금속층과 상기 예비 금속층이 최소화할 수 있는 간격을 가지고 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 기상화된 칼코젠 물질은 대부분 상기 제1 금속층에 도달하여 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물과와 반응할 수 있고, 반응 중에 칼코젠 부족 현상을 방지할 수 있다. 이러한 방식을 수직형 텔루륨화 공정으로 지칭할 수 있다. The first metal layer and the chalcogen material may be disposed so as to face each other or have a gap that can minimize the escape of the vaporized chalcogen material to the outside. For example, the first metal layer and the pre-metal layer may be disposed with a gap that can be minimized. Accordingly, most of the vaporized chalcogen material can reach the first metal layer and react with the transition metal chalcogen compound of the first phase, and a chalcogen deficiency phenomenon can be prevented during the reaction. This method may be referred to as a vertical tellurization process.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에서, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계를 나타내는 흐름도이다.FIG. 4 is a flow chart showing a step of providing a second substrate including a second phase transition metal chalcogen compound in a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 제2 기판을 제공하는 단계(S120)는, 제2 전이금속을 포함하는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계(S121); 상기 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 씨드층을 제공하는 단계(S122); 상기 대상층의 적어도 일부 영역 상에 상기 씨드층을 배치하는 단계(S123); 상기 대상층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S124); 상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S125); 및 상기 씨드층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 상변이층을 형성하는 단계(S126)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the step of providing the second substrate (S120) includes the steps of: providing a second substrate including a target layer on which a first phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal is formed (S121); providing a seed layer on which a second phase transition metal chalcogenide compound including the second transition metal is formed (S122); arranging the seed layer on at least a portion of the target layer (S123); providing a chalcogen material to the target layer (S124); heating the chalcogen material (S125); and forming a phase change layer by reacting the first phase transition metal chalcogenide compound of the target layer with the chalcogen material while the second phase transition metal chalcogenide compound of the seed layer is transferred as a seed, thereby transforming the first phase transition metal chalcogenide compound of the target layer into a second phase transition metal chalcogenide compound to form a phase change layer (S126).

상기 제2 기판을 제공하는 단계(S121)는, 제2 전이금속을 포함하는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 포함하는 제2 기판을 제공하여 이루어질 수 있다.The step (S121) of providing the second substrate can be performed by providing a second substrate including a target layer on which a first phase transition metal chalcogen compound including a second transition metal is formed.

상기 씨드층을 제공하는 단계(S122)는, 상기 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 씨드층을 제공하여 이루어질 수 있다.The step (S122) of providing the seed layer can be performed by providing a seed layer on which a second phase transition metal chalcogen compound including the second transition metal is formed.

상기 씨드층을 배치하는 단계(S123)는, 상기 대상층의 적어도 일부 영역 상에 상기 씨드층을 배치하여 이루어질 수 있다.The step (S123) of placing the seed layer can be performed by placing the seed layer on at least a portion of the target layer.

상기 대상층의 면적에 비하여 상기 씨드층의 면적은 작을 수 있다. 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물의 일부와 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물의 일부와 직접적으로 접촉하도록, 상기 대상층과 상기 씨드층은 대면하여 배치될 수 있다. The area of the seed layer may be small compared to the area of the target layer. The target layer and the seed layer may be arranged facing each other so as to directly contact a portion of the transition metal chalcogen compound of the first phase and a portion of the transition metal chalcogen compound of the second phase.

상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S124)는, 상기 대상층에 칼코젠 물질을 제공하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S124)는, 상기 칼코젠 물질을 상기 대상층과 대면하도록 반응기 내에 배치하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 칼코젠 물질은 상기 씨드층과 대면하도록 배치될 수 있다. The step (S124) of providing the chalcogen material may be performed by providing the chalcogen material to the target layer. For example, the step (S124) of providing the chalcogen material may be performed by placing the chalcogen material in the reactor so as to face the target layer. Additionally, the chalcogen material may be placed so as to face the seed layer.

상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S124)는, 상기 대상층에 상기 칼코젠 물질의 제공 방법은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 방식을 이용할 수 있고, 예를 들어 예비 금속층을 형성하거나 캐리어 가스를 이용할 수 있고, 따라서 간명한 설명을 위하여 생략하기로 한다.The step (S124) of providing the chalcogen material can utilize the method described with reference to FIG. 3 for providing the chalcogen material to the target layer, for example, by forming a preliminary metal layer or using a carrier gas, and therefore, for the sake of brevity, it will be omitted.

상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S125)는, 상기 칼코젠 물질을 가열하여 이루어질 수 있다.The step of heating the chalcogen material (S125) can be performed by heating the chalcogen material.

상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S125)는, 상기 칼코젠 물질이 가열되어 기상화되어 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물에 제공되는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가열에 의하여 상기 대상층 및 상기 씨드층이 함께 가열될 수 있다. 상기 가열은, 예를 들어 400℃ 내지 600℃ 미만 범위의 온도에서, 예를 들어 예를 들어 400℃ 내지 550℃ 범위의 온도에서, 1 분 내지 4 시간 범위 동안 수행될 수 있다. 상기 가열은 상기 반응기에 배치된 가열부에 의하여 이루어질 수 있다.The step of heating the chalcogen material (S125) may further include a step of heating the chalcogen material to vaporize and provide it to the transition metal chalcogen compound of the first phase of the target layer. The target layer and the seed layer may be heated together by the heating. The heating may be performed at a temperature in the range of, for example, 400° C. to less than 600° C., for example, at a temperature in the range of, for example, 400° C. to 550° C., for a period of 1 minute to 4 hours. The heating may be performed by a heating unit disposed in the reactor.

상기 상변이층을 형성하는 단계(S126)는, 상기 씨드층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 상변이층을 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S126) of forming the phase change layer may be performed by forming a phase change layer by causing the transition metal chalcogen compound of the first phase of the target layer to phase-change into a transition metal chalcogen compound of the second phase as the transition metal chalcogen compound of the second phase is transferred as a seed and the transition metal chalcogen compound of the first phase of the target layer reacts with the chalcogen material.

상기 대상층과 상기 칼코젠 물질은 서로 접촉하도록 대면하거나, 또는 기상화된 칼코젠 물질이 외부로 빠져나가는 것을 최소화할 수 있는 간격을 가지고 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 대상층과 상기 예비 금속층이 최소화할 수 있는 간격을 가지고 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 기상화된 칼코젠 물질은 대부분 상기 대상층에 도달하여 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물과와 반응할 수 있고, 반응 중에 칼코젠 부족 현상을 방지할 수 있다. 이러한 방식을 수직형 텔루륨화 공정으로 지칭할 수 있다. The target layer and the chalcogen material may be disposed so as to face each other so as to contact each other, or may be disposed with a gap that can minimize the escape of the vaporized chalcogen material to the outside. For example, the target layer and the preparatory metal layer may be disposed with a gap that can be minimized. Accordingly, most of the vaporized chalcogen material can reach the target layer and react with the transition metal chalcogen compound of the first phase, and a chalcogen deficiency phenomenon can be prevented during the reaction. This method may be referred to as a vertical tellurization process.

상기 상변이층을 형성하는 단계(S126)에서, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이는 상기 씨드층으로부터 측방향 에피택셜 성장에 의하여 이루어질 수 있다.In the step (S126) of forming the above phase change layer, the phase change to the second phase transition metal chalcogen compound can be achieved by lateral epitaxial growth from the seed layer.

상기 씨드층과 상기 상변이층은, [0001] 방향으로 등각으로 형성된 (0001) 집합 조직을 가지는 2H MoTe2 상을 가질 수 있다.The above seed layer and the above phase change layer may have a 2H MoTe 2 phase having a (0001) aggregate structure formed equiangularly in the [0001] direction.

상기 씨드층은, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물 모결정으로부터 기계적 박리를 수행하여 형성될 수 있다. The above seed layer can be formed by performing mechanical exfoliation from a second phase transition metal chalcogenide compound mother crystal.

또는, 상기 씨드층은 상기 대상층을 형성하는 상술한 방법과 동일하거나 유사하게 형성될 수 있다. 상기 씨드층은, 기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 상기 제2 전이금속을 포함하는 금속층을 표면에 형성하는 단계; 상기 금속층에 칼코젠 물질을 제공하여 600℃ 내지 750℃ 미만 범위의 온도로 가열하는 단계; 및 상기 금속층이 상기 칼코젠 물질과 반응하여 칼코제나이드화되어 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물 층을 형성하는 단계에 의하여 형성될 수 있다. 상기 가열은, 예를 들어 400℃ 내지 600℃ 범위의 온도에서 1 분 내지 4 시간 범위 동안 수행될 수 있다. Alternatively, the seed layer may be formed in the same or similar manner as the above-described method of forming the target layer. The seed layer may be formed by: forming a metal layer including the second transition metal on a surface of a substrate using sputtering or electron beam evaporation; providing a chalcogen material to the metal layer and heating the metal layer to a temperature in a range of from 600° C. to less than 750° C.; and reacting the metal layer with the chalcogen material to form a chalcogenide to form a transition metal chalcogen compound layer of the second phase. The heating may be performed, for example, at a temperature in a range of from 400° C. to 600° C. for from 1 minute to 4 hours.

상기 칼코젠 물질의 제공은, 상술한 바와 같이 상기 예비 금속층에 상기 칼코젠 물질을 제공하는 방식과 동일하거나 유사하게 이루어질 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The provision of the above chalcogen material can be carried out in the same or similar manner as the method of providing the chalcogen material to the preparatory metal layer as described above. However, this is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에 의하여 제조되고, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물층과 금속층이 적층되어 구성된 전극부; 및 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물층으로 구성되고, 상기 전극부와 전기적으로 연결된 채널층을 포함하고, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물층과 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물층은 반데르발스 결합을 이루는, 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자를 제공한다. According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide is provided, which is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogenide described above, and includes an electrode portion formed by stacking a first phase transition metal chalcogenide layer and a metal layer; and a channel layer formed of a second phase transition metal chalcogenide layer and electrically connected to the electrode portion, wherein the first phase transition metal chalcogenide layer and the second phase transition metal chalcogenide layer form van der Waals bonds.

상기 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자에서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 1T' MoTe2 를 포함하고, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H MoTe2 를 포함하고, 상기 금속층은 금을 포함할 수 있다.In the semiconductor device based on the above transition metal chalcogenide, the first phase transition metal chalcogenide may include 1T' MoTe 2 , the second phase transition metal chalcogenide may include 2H MoTe 2 , and the metal layer may include gold.

실험예Experimental example

이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위한 실험예에 대해서 설명한다. 하기의 실험예는 발명의 이해를 돕기 위해 제시되는 것이며, 본 발명의 하기 실험예로 한정되는 것은 아니다. Below, experimental examples are described to help understand the present invention. The following experimental examples are presented to help understand the invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 반금속 1T' MoTe2 과 반도체 2H MoTe2 의 층별 통합에 의하여 고성능 전계효과 트랜지스터 어레이를 위한 웨이퍼 스케일 및 다형체 제어 합성이 구현될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, wafer-scale and polymorph-controlled synthesis for high-performance field-effect transistor arrays can be realized by layer-by-layer integration of semimetal 1T' MoTe 2 and semiconductor 2H MoTe 2 .

전이금속 칼코젠화합물의 제조Preparation of transition metal chalcogenides

전이금속 칼코젠 화합물로서 MoTe2 를 선택하였다. 텔루륨 공급원으로 NixTey 공정 합금을 사용하였다.MoTe 2 was selected as the transition metal chalcogen compound. Ni x Te y eutectic alloy was used as the tellurium source.

DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 SiO2/Si 기판 상에 약 65 nm 두께의 니켈층을 형성하였다. 이어서, 500℃에서 10분 동안 텔루륨 분말을 기반으로 텔루라이드화(tellurization)을 수행하여 NixTey 공정 합금을 형성하였다. 이에 따라, SiO2/Si 기판 상에 NixTey 이 형성된 제1 예비체를 형성하였다. A nickel layer having a thickness of about 65 nm was formed on a SiO 2 /Si substrate using DC magnetron sputtering. Then, tellurization was performed based on tellurium powder at 500° C. for 10 minutes to form a Ni x Te y eutectic alloy. Accordingly, a first preform in which Ni x Te y was formed on a SiO 2 /Si substrate was formed.

DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 SiO2/Si 기판에 1 nm 내지 20 nm 두께의 몰리브덴(Mo) 전구체층을 형성하였다. 이에 따라, SiO2/Si 기판 상에 몰리브덴 전구체층이 형성된 제2 예비체를 형성하였다. A molybdenum (Mo) precursor layer having a thickness of 1 nm to 20 nm was formed on a SiO 2 /Si substrate using DC magnetron sputtering. Accordingly, a second preform in which a molybdenum precursor layer was formed on the SiO 2 /Si substrate was formed.

상기 제1 예비체와 상기 제2 예비체를 서로 마주보게 하여, 상기 NixTey 층과 상기 몰리브덴층을 대면시킴으로써, 샌드위치 구조체를 형성하였다. 이때에, 분말 전구체는 사용되지 않았다. 상기 샌드위치 구조체를 핫-월(hot-wall) 퍼니스로서 4인치 석영관 내에 배치하였다. 상기 샌드위치 구조체를 대기압에서 약 500℃로 1 시간 동안 가열하여, 1T' MoTe2 을 형성하였다.The first and second preforms were placed facing each other so that the Ni x Te y layer and the molybdenum layer faced each other, thereby forming a sandwich structure. At this time, no powder precursor was used. The sandwich structure was placed in a 4-inch quartz tube as a hot-wall furnace. The sandwich structure was heated at about 500° C. at atmospheric pressure for 1 hour, thereby forming 1T' MoTe 2 .

상기 1T' MoTe2 가 형성된 상기 기판을 반도체 소자를 제조하기 위한 제1 상의 전이금속 칼코젠화합물을 포함하는 제1 층이 표면에 형성된 제1 기판으로 사용하였다.The substrate on which the above 1T' MoTe 2 was formed was used as a first substrate having a first layer including a first phase transition metal chalcogenide formed on its surface for manufacturing a semiconductor device.

또한, 상기 1T' MoTe2 가 형성된 상기 기판을 추가로 제조하여, 1T' MoTe2 대상층을 포함하는 제2 기판으로 사용하였다. In addition, the substrate on which the 1T' MoTe 2 was formed was additionally manufactured and used as a second substrate including the 1T' MoTe 2 target layer.

고품질 그래핀에서 취득한 벌크 MoTe2 모결정에 점착 테이프를 부착시킨 후 다시 제거하여, 상기 점착 테이프에 상기 단결정 플레이크를 전사하여, 기계적으로 박리된 2H MoTe2 씨드층을 형성하였다.An adhesive tape was attached to a bulk MoTe 2 mother crystal obtained from high-quality graphene, and then removed to transfer the single crystal flake onto the adhesive tape, thereby forming a mechanically exfoliated 2H MoTe 2 seed layer.

상기 제2 기판의 상기 1T' MoTe2 대상층 상에 상기 2H MoTe2 씨드층을 대면하도록 배치하였다. 상기 1T' MoTe2 대상층 상에 상기 2H MoTe2 씨드층을 덮도록 다른 상기 제1 예비체를 배치하고, 대기압에서 약 500℃로 1 시간 동안 가열하였다. 이러한 가열에 의하여, 상기 제1 예비체의 상기 NixTey 공정 합금으로부터 텔루륨이 기상화되어 텔루륨 증기를 형성하고, 상기 텔루륨 증기는 지속적으로 증발되어, 상기 제1 예비체와 상기 1T' MoTe2 대상층 사이의 공간에 고정되고, 이에 따라 상기 1T' MoTe2 대상층의 1T' MoTe2 를 상변이시켜 2H MoTe2 상변이층을 형성하였다. 상기 공정에서, 캐리어 가스는 수소 가스(H2) 100 sccm 및 아르곤 가스(Ar) 500 sccm로 혼합된 혼합 가스를 사용하였다. The 2H MoTe 2 seed layer was placed so as to face the 1T' MoTe 2 target layer of the second substrate. Another first preform was placed on the 1T' MoTe 2 target layer to cover the 2H MoTe 2 seed layer, and heated at about 500° C. for 1 hour at atmospheric pressure. By this heating, tellurium from the Ni x Te y eutectic alloy of the first preform vaporizes to form tellurium vapor, and the tellurium vapor continuously evaporates and is fixed in the space between the first preform and the 1T' MoTe 2 target layer, thereby phase-changing the 1T' MoTe 2 of the 1T' MoTe 2 target layer to form a 2H MoTe 2 phase-change layer. In the process, a mixed gas including 100 sccm of hydrogen gas (H 2 ) and 500 sccm of argon gas (Ar) was used as a carrier gas.

본 발명에 따르면, 상기 NixTey 공정 합금의 표면에서 텔루륨이 균일하게 증발되어 몰리브덴에 균일하게 제공되므로, 상기 1T' MoTe2 에서 상기 2H MoTe2 로의 상변이가 균일하게 이루어질 수 있고, 종래의 분말 기반 수평 화학기상합성법으로는 현재로는 한계가 있다.According to the present invention, tellurium is uniformly evaporated from the surface of the Ni x Te y process alloy and uniformly provided to molybdenum, so that a phase transition from the 1T' MoTe 2 to the 2H MoTe 2 can occur uniformly, which is currently limited by the conventional powder-based horizontal chemical vapor synthesis method.

반도체 소자의 제조Manufacturing of semiconductor devices

수직형 1T' MoTe2/2H MoTe2 의 이종구조를 제작하기 위해, 각각의 상에 대하여 다양한 성장 온도와 시간에서 대면적으로 수행하였다. 예를 들어, 1T' MoTe2 의 형성은 500℃에서 30분 동안 수행하였고, 2H MoTe2 의 형성은 700℃에서 60분 동안 수행하였다.To fabricate the vertical 1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 heterostructure, large-area growth was performed at various growth temperatures and times for each phase. For example, the formation of 1T' MoTe 2 was performed at 500 °C for 30 min, and the formation of 2H MoTe 2 was performed at 700 °C for 60 min.

상기 패턴 구조체로서 Au/1T' MoTe2 패턴 구조체를 형성하기 위하여, 포토리소그래피와 전자 빔 증착기(Temescal FC-2000)를 이용하여, 상기 1T' MoTe2 상에 금(Au) 패턴을 40 nm 두께로 증착하여 형성하였다. 고에너지 증착 공정 중에 재료 손상과 계면 열화를 감소하기 위하여, 증착 속도를 초고진공(10-9 Torr)에서 0.1 Å/s로 감소시켰다. 상기 금 패턴을 마스크층으로 SF6 및 O2 플라즈마의 반응성 이온 식각(RIE) 기술을 이용하여, 금 패턴의 하측에 배치된 상기 1T' MoTe2 을 잔존시키고, 노출된 1T'-MoTe2를 제거하여 패턴 구조체를 형성하였다. 상기 패턴 구조체 상에 상기 전사 보조체로서 0.4 M PMMA가 코팅되어 경화되었고, 상기 전사 보조체 상에 단면 열방출 테이프를 부착하였다.In order to form the Au/1T' MoTe 2 pattern structure as the above pattern structure, a gold (Au) pattern was deposited on the 1T' MoTe 2 with a thickness of 40 nm using photolithography and an electron beam evaporator (Temescal FC-2000). In order to reduce material damage and interface deterioration during the high-energy deposition process, the deposition rate was reduced to 0.1 Å/s in an ultra-high vacuum (10 -9 Torr). Using the gold pattern as a mask layer, a reactive ion etching (RIE) technique of SF 6 and O 2 plasma was used to leave the 1T' MoTe 2 disposed under the gold pattern and remove the exposed 1T'-MoTe 2 to form the pattern structure. 0.4 M PMMA was coated and cured as the transfer assistant on the pattern structure, and a single-sided heat-dissipating tape was attached on the transfer assistant.

상기 구조체를 기계적 힘을 측면에서 인가하여, 기판에서 분리하였다. 이어서 상기 2H MoTe2 상이 형성된 기판 상에 전사하였다. 이어서, 상기 패턴 구조체 상에 약 300g의 무게를 인가하여다. 이이서, 약 150℃에서 5분 내지 10분 동안 가열하였다. 이러한 가열에 의하여 상기 1T'-MoTe2 층과 상기 2H-MoTe2 층 사이에 반데르발스(vdW) 접착을 형성하였다. 열예산 효과를 방지하기 위해, 전사하는 동안 150℃ 이상의 온도의 열처리는 수행하지 않았다.The above structure was separated from the substrate by applying a mechanical force from the side. Then, it was transferred onto the substrate on which the 2H MoTe 2 phase was formed. Then, a weight of about 300 g was applied onto the pattern structure. Then, it was heated at about 150° C. for 5 to 10 minutes. By this heating, van der Waals (vdW) adhesion was formed between the 1T'-MoTe 2 layer and the 2H-MoTe 2 layer. In order to prevent the heat budget effect, heat treatment at a temperature higher than 150° C. was not performed during the transfer.

전사를 수행한 후에, PMMA를 아세톤 용액(CMOS 등급, J.T. Baker)에 약 20분 동안 침지하여 제거하였고, 이소프로판올 알코올을 이용하여 세정하였다.After performing the transcription, the PMMA was removed by immersing it in acetone solution (CMOS grade, J.T. Baker) for about 20 minutes and cleaned using isopropanol alcohol.

이러한 건식 전사 방법에 의하여 Au/1T' MoTe2/2H MoTe2 접합부의 형성을 가능하게 했고, 2H-MoTe2 로 구성된 채널 폭을 정의할 수 있다.This dry transfer method enabled the formation of Au/1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 junctions, and defined the channel width composed of 2H-MoTe 2 .

전이금속 칼코젠화합물의 특성 측정Measurement of the properties of transition metal chalcogenides

X-선 회절 패턴은 X-선 장비(Bruker AXS D8)를 이용하여 Cu K 소스를 이용하여 취득하였다. 원자힘 현미경 사진은 원자힘 현미경(Bruker Dimension AFM)을 사용하여 탭핑 모드에서 취득하였다. 고해상도 주사투과전자현미경 사진, SAED 패턴 및 EDS는 200 kV의 가속 전압에서 수차 보정하여(FEI Titan3 G2 60-300을 이용함) 취득하였다. 고해상도 주사투과전자현미경 사진은 고각도 환형 암시야(high-angle annular dark-field, HAADF) 검출기를 이용하여 50.5 mrad 내지 200 mrad 범위에서 반각을 수집하여 취득하였다. 위너(Wiener) 필터를 이용하여, 고해상도 주사투과전자현미경 사진의 잡음을 제거하였다. 상용 소프트웨어 템파스(TEMPAS)(Total Resolution)를 이용하여, 다중 슬라이스 주사투과전자현미경 사진의 시뮬레이션을 수행하였다. 투과전자현미경 사진과 회절 패턴은 200 kV의 가속 전압으로 사용하여 취득하였다(Tecnai G2 F20 X-Twin 시스템을 사용함). 단결정 MoTe2 박막은 주사투과전자현미경(FEI Verios 460) 및 전자 후방 산란 회절(EBSD)(AMTEK, Inc., Hikari)로 관찰하였다. X-ray diffraction patterns were acquired using an X-ray equipment (Bruker AXS D8) with a Cu K source. Atomic force microscopy images were acquired using an atomic force microscope (Bruker Dimension AFM) in tapping mode. High-resolution scanning transmission electron microscopy images, SAED patterns, and EDS were acquired with aberration correction (FEI Titan3 G2 60-300) at an acceleration voltage of 200 kV. High-resolution scanning transmission electron microscopy images were acquired using a high-angle annular dark-field (HAADF) detector with a half-angle collection in the range of 50.5 to 200 mrad. Noise in the high-resolution scanning transmission electron microscopy images was removed using a Wiener filter. Simulations of multi-slice scanning transmission electron microscopy images were performed using the commercial software TEMPAS (Total Resolution). Transmission electron microscopy images and diffraction patterns were acquired using an accelerating voltage of 200 kV (using a Tecnai G2 F20 X-Twin system). Single-crystal MoTe 2 thin films were observed by scanning transmission electron microscopy (FEI Verios 460) and electron backscatter diffraction (EBSD) (AMTEK, Inc., Hikari).

미세 촛점 단색 Al X-선 소스를 이용하여(ESCALAB 250XI 시스템) (Thermo Fisher, K-alpha), X-선 광전자 분광(XPS) 측정 및 자외선 광전자 분광(UPS) 측정을 수행하였다. X-선 광전자 분광 교정은 284.5 eV의 C 1s 라인에 대한 결합 에너지를 정렬하여 수행하였다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) measurements were performed using a fine-focus monochromatic Al X-ray source (ESCALAB 250XI system) (Thermo Fisher, K-alpha). X-ray photoelectron spectroscopy calibration was performed by aligning the binding energy for the C 1s line at 284.5 eV.

반도체 소자의 전기적 특성 측정Measurement of electrical characteristics of semiconductor devices

반도체 소자(전계효과 트랜지스터)의 전기적 특성은 138 K 내지 300 K의 온도와 10-6 torr의 고진공에서 검출기(Keithley 4200-SCS)가 장착된 저온 프로브 스테이션(Lakeshore CRX-4K)을 이용하여 수행하였다. 기판의 실리콘 층에 있는 300 nm 두께의 SiO2를 통해 상기 반도체 소자에 백게이트(back gate) 전압을 인가하였다.The electrical characterization of semiconductor devices (field-effect transistors) was performed using a low-temperature probe station (Lakeshore CRX-4K) equipped with a detector (Keithley 4200-SCS) at temperatures ranging from 138 K to 300 K and a high vacuum of 10 -6 torr. The back gate voltage was applied to the semiconductor devices through a 300 nm thick SiO 2 layer on the silicon layer of the substrate.

n2D 은 다음의 식을 사용하여 계산되었다. n2D = Cox(Vg-Vth)/q, 여기서 Cox는 산화물 유전체의 정전용량이다. 평균 소자간 변동(Cv = σ/μ, 여기서 σ는 표준 편차, μ는 평균 값을 나타냄)은 전사 길이 방법(Transfer Length Method, TLM) 소자에 대해 약 11 ± 5%로 추정되었다. 2차원 재료, 접촉 및 유전체 계면의 비균일성 또는 국소 전하 불순물은 소자 간 변동을 야기할 수 있다. 도 4i의 오차 막대는 그래프의 선형 적합에서 발생하는 회귀 표준 오차이며, 적어도 다섯 개의 다른 세트에 대한 감소된 카이제곱 통계의 제곱근으로 스케일된다. 본 발명에서 통계적으로 추정된 모든 값은 '평균 ± 표준편차'로 표시되며, 피팅된 값('평균 ± 표준오차')은 제외된다.n 2D was calculated using the following equation: n 2D = C ox (V g -V th )/q, where C ox is the capacitance of the oxide dielectric. The average device-to-device variation (C v = σ/μ, where σ is the standard deviation and μ represents the mean) was estimated to be about 11 ± 5% for Transfer Length Method (TLM) devices. Non-uniformities of the 2D material, contact and dielectric interfaces, or localized charge impurities can cause device-to-device variation. The error bars in Fig. 4i are the regression standard errors resulting from a linear fit of the graph, scaled by the square root of the reduced chi-square statistic for at least five different sets. All statistically estimated values in the present invention are presented as 'mean ± standard deviation', excluding the fitted values ('mean ± standard error').

결과 및 분석Results and Analysis

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에 의한 MoTe2 상변이를 나타내는 광학현미경 사진들이다.FIG. 5 is an optical microscope photograph showing a MoTe 2 phase transition by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)는 1T' MoTe2 대상층 상에 2H MoTe2 씨드층이 배치된 상태이고, 도 5의 (b)는 텔루륨을 제공하면서 500℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 후의 상태이다. 도 5의 (c) 및 (d) 는 (a)를 700℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 후의 상태이다. Figure 5 (a) shows a state in which a 2H MoTe 2 seed layer is arranged on a 1T' MoTe 2 target layer, and Figure 5 (b) shows a state after telluride treatment by heating at 500°C while providing tellurium. Figures 5 (c) and (d) show a state after telluride treatment by heating at 700°C in (a).

도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 500℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 경우에는, 상기 2H MoTe2 씨드층의 둘레를 따라서 광학적으로 구별되는 형태가 나타났고, 이에 따라 상기 대상층의 1T' MoTe2 상이 2H MoTe2 상으로 상변이됨을 알 수 있다.Referring to (a) and (b) of FIG. 5, when the telluride treatment was performed by heating to 500°C, an optically distinct shape appeared along the periphery of the 2H MoTe 2 seed layer, and accordingly, it can be seen that the 1T' MoTe 2 phase of the target layer was transformed into the 2H MoTe 2 phase.

도 5의 (c) 및 (d)를 참조하면, 700℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 경우에는, 화살표로 표시된 바와 같이, 상기 씨드층 주변 외의 영역에서도 2H MoTe2 이 무작위로 형성되었다. Referring to (c) and (d) of Fig. 5, when telluride treatment was performed by heating to 700°C, 2H MoTe 2 was randomly formed in areas other than the periphery of the seed layer, as indicated by the arrow.

따라서, 500℃로 가열하여 텔루라이드 처리하면, 상기 2H MoTe2 씨드층의 주변 영역에서만 전사에 의하여 2H MoTe2 상변이층이 형성되고, 상기 2H 상 MoTe2 의 무작위 핵생성이 억제됨을 알 수 있다. 따라서, 500℃ 또는 그 이하의 온도로 씨드 성장 모드로 성장시킨 경우에는, 1T'상으로부터 2H 상으로의 상변이를 가속화함으로써 2H 상을 가지는 2차원 칼코제나이드 반도체의 합성 위치의 제어가 가능할 수 있다. 이와 같이 씨드층의 주변 영역에 우선적으로 2H MoTe2 상이 핵생성 및 성장하고, 무작위 핵생성 및 성장을 억제하는 성장을 "비정상(abnormal) 결정 성장"으로 지칭할 수 있다. Therefore, it can be seen that when the telluride treatment is performed by heating to 500°C, the 2H MoTe 2 phase transition layer is formed by transfer only in the peripheral area of the 2H MoTe 2 seed layer, and the random nucleation of the 2H phase MoTe 2 is suppressed. Therefore, when grown in a seed growth mode at a temperature of 500°C or lower, it is possible to control the synthesis location of a two-dimensional chalcogenide semiconductor having a 2H phase by accelerating the phase transition from the 1T' phase to the 2H phase. In this way, the growth in which the 2H MoTe 2 phase preferentially nucleates and grows in the peripheral area of the seed layer and random nucleation and growth are suppressed can be referred to as "abnormal crystal growth."

라만 스펙트럼 분석 결과에 따르면, 상기 2H MoTe2 씨드층과 상기 1T' MoTe2 대상층이 상변이된 후의 2H MoTe2 상변이층의 라만 스?p트럼이 동일한 형태로 나타났다. 따라서, 상기 2H MoTe2 상변이층은 상기 2H MoTe2 씨드층과 동일하게 2H MoTe2 상으로 구성된 것ㅇ로 분석된다.According to the Raman spectrum analysis results, the Raman spectra of the 2H MoTe 2 phase change layer after the 2H MoTe 2 seed layer and the 1T' MoTe 2 target layer were phase changed appeared to have the same shape. Therefore, the 2H MoTe 2 phase change layer is analyzed to be composed of the 2H MoTe 2 phase , similar to the 2H MoTe 2 seed layer.

발명자들의 이전 연구에 따르면, 씨드층을 사용하지 않는 경우에는, 1T' MoTe2 상에서 2H MoTe2 상을 형성하는 최소 온도가 550℃ 이었다. 그러나, 상기 2H MoTe2 씨드층을 사용한 경우에는 이보다 낮은 온도인 500℃에서 1T' MoTe2 상에서 2H MoTe2 상을 형성할 수 있다,According to the inventors' previous study, when no seed layer was used, the minimum temperature for forming the 2H MoTe 2 phase from the 1T' MoTe 2 phase was 550°C. However, when the 2H MoTe 2 seed layer was used, the 2H MoTe 2 phase can be formed from the 1T' MoTe 2 phase at a lower temperature of 500°C.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 씨드층과 상변이층의 주사투과전자현미경 사진들이다.FIG. 6 is a scanning transmission electron microscope photograph of a seed layer and a phase change layer formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a)를 참조하면, 500℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 후의 2H MoTe2 씨드층과 2H MoTe2 상변이층에 대한 원자 분해능 고각도 환형 암시야(HAADF) 사진 및 선택영역 전자회절(SAED) 패턴이 나타나 있다. 상기 2H-MoTe2 씨드층과 상기 2H MoTe2 상변이층은 동일한 평면을 가지는 단결정으로 구성된 것으로 분석된다. 또한, 상기 2H MoTe2 상변이층은 상기 2H MoTe2 씨드층으로부터 측방향 결정립 성장에 의해 형성된 것으로 분석된다. 참고로, 상기 2H MoTe2 상변이층에 비하여 상기 2H MoTe2 상 씨드층이 더 큰 두께를 가짐에 따라, 더 밝은 영역으로 나타났다. 상기 선택영역 전자회절 패턴을 분석하면, 상기 2H MoTe2 상변이층은 상기 2H MoTe2 씨드층의 단결정과 잘 정렬된 삼중 대칭성 평면 세트를 가지며, 동일한 결정 방위를 나타내었다. 이는 고상 에픽택셜 및 비정상 결정립 성장이 수행된 것으로 분석된다. Referring to Fig. 6(a), an atomic-resolution high-angle annular dark-field (HAADF) image and a selected-area electron diffraction (SAED) pattern are shown for a 2H MoTe 2 seed layer and a 2H MoTe 2 phase transition layer after tellurization treatment by heating to 500°C. The 2H-MoTe 2 seed layer and the 2H MoTe 2 phase transition layer are analyzed to be composed of single crystals having the same plane. In addition, the 2H MoTe 2 phase transition layer is analyzed to have been formed by lateral grain growth from the 2H MoTe 2 seed layer. For reference, since the 2H MoTe 2 phase seed layer has a larger thickness than the 2H MoTe 2 phase transition layer, it appears as a brighter area. Analysis of the above-described selected area electron diffraction pattern shows that the 2H MoTe 2 phase transition layer has a set of triple symmetry planes that are well aligned with the single crystal of the 2H MoTe 2 seed layer and exhibits the same crystal orientation. This suggests that solid-state epitaxial and abnormal grain growth have occurred.

도 6의 (b)를 참조하면, 비교예로서, 700℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 후의 1T' MoTe2 대상층과 2H MoTe2 상변이층에 대한 원자 분해능 고각도 환형 암시야 사진 및 선택영역 전자회절 패턴이 나타나 있다. 상기 1T' MoTe2 대상층은 링 형성을 나타내므로, 다결정체로 분석된다. 또한, 내부 사진은 다형체 간의 무작위 배치를 보여주는 해당 고속 푸리에 변환(FFT) 패턴을 나타내며, 따라서, 상기 1T' MoTe2 대상층과 상기 2H MoTe2 상변이층은 무작위 방위를 가지는 것으로 분석된다. 이러한 결과는 상술한 700℃에서 발생한 1T' 상에서 2H 상으로의 무작위 핵생성 및 성장에 따른 상변이에 기인한 것으로 분석된다. Referring to Fig. 6(b), as a comparative example, an atomic-resolution high-angle annular dark-field image and a selected area electron diffraction pattern are shown for the 1T' MoTe 2 target layer and the 2H MoTe 2 phase transition layer after tellurization treatment by heating at 700°C. The 1T' MoTe 2 target layer shows a ring formation, and therefore, it is analyzed to be a polycrystal. In addition, the inner image shows the corresponding fast Fourier transform (FFT) pattern showing random arrangement between polymorphs, and therefore, the 1T' MoTe 2 target layer and the 2H MoTe 2 phase transition layer are analyzed to have random orientations. It is analyzed that these results are due to the phase transition caused by random nucleation and growth from the 1T' phase to the 2H phase at 700°C as described above.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 상기 2H MoTe2 은 500℃ 이하의 성장 온도를 가지고, 1 nm 내지 2 nm 범위의 최소 두께를 나타낸다. 따라서, 본 발명은 상대적으로 낮은 성장 온도와, 얇은 두께의 2H MoTe2 박막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 씨모스 후공정(BEOL)이 가능한 온도는 550℃ 이하이므로, 상기 후공정과 직접적으로 통합되어 수행될 수 있다. 반면, 종래의 수평형 화학기상증착법(CVD)을 사용한 경우에는, 600℃의 성장 온도와 3 nm 이상의 최소 두께를 가졌다. 종래의 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)을 사용한 경우에는, 400℃의 성장 온도와 2 nm 이상의 최소 두께를 가졌다. According to the technical idea of the present invention, the 2H MoTe 2 has a growth temperature of 500°C or less, and exhibits a minimum thickness in the range of 1 nm to 2 nm. Therefore, the present invention can form a 2H MoTe 2 thin film with a relatively low growth temperature and a thin thickness. In addition, since the temperature at which the BEOL process of the present invention is possible is 550°C or less, it can be directly integrated with the post-process and performed. On the other hand, when the conventional horizontal chemical vapor deposition (CVD) method was used, it had a growth temperature of 600°C and a minimum thickness of 3 nm or more. When the conventional metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method was used, it had a growth temperature of 400°C and a minimum thickness of 2 nm or more.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법을 이용하여 형성한 1T' MoTe2 상 및 2H MoTe2 상의 밴드 구조를 나타내는 모식도이다.FIG. 7 is a schematic diagram showing the band structures of 1T' MoTe 2 phase and 2H MoTe 2 phase formed using a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 대상층을 구성하는 상기 1T' MoTe2 상은 약 4.51 eV의 일함수(WF)을 가지고, 에너지 밴드갭이 없는 반금속으로 나타났다, Referring to Fig. 7, the 1T' MoTe 2 phase constituting the target layer has a work function (WF) of about 4.51 eV and is shown to be a semimetal with no energy band gap.

상기 상변이층을 구성하는 상기 2H MoTe2 상은 약 4.44 eV의 일함수(WF)을 가지고, 에너지 밴드갭(Eg)이 있는 반도체로 나타났다. 이는 종래의 기계적 박리에 의하여 형성한 2H MoTe2 상의 일함수(4.35 내지 4.42 eV)와 유사하다.The 2H MoTe 2 phase constituting the above phase change layer was shown to be a semiconductor with a work function (WF) of approximately 4.44 eV and an energy band gap (E g ). This is similar to the work function (4.35 to 4.42 eV) of the 2H MoTe 2 phase formed by conventional mechanical exfoliation.

상기 2H MoTe2 상의 페르미 에너지 준위(EF)는 가전자 밴드 오프셋(EF - EVBM)이 약 0.57 eV이므로, 상기 에너지 밴드갭의 절반 위치에 비하여 높은 위치이고, 이는 상기 2H MoTe2 상이 p형으로 도핑되지 않았음을 의미한다. 상기 가전자 밴드 오프셋은 종래의 기계적 박리에 의하여 형성한 상기 2H MoTe2 상에 비하여 상대적으로 낮은 값을 나타내었고, 따라서, 전자 또는 정공과 같은 캐리어 이동에 유리할 것으로 예측된다. The Fermi energy level (E F ) of the above 2H MoTe 2 phase is higher than the half position of the energy band gap since the valence band offset (E F - E VBM ) is about 0.57 eV, which means that the 2H MoTe 2 phase is not doped as p-type. The valence band offset showed a relatively low value compared to the 2H MoTe 2 phase formed by conventional mechanical exfoliation, and therefore, it is predicted to be advantageous for carrier movement such as electrons or holes.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 광학현미경 사진들이다.FIG. 8 is an optical microscope photograph of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 8의 (a)에는, 1 x 1 cm2 크기의 SiO2/Si 기판 상에 형성된 반도체 소자로서 전계효과 트랜지스터(FET) 어레이가 나타나있다. 도 8의 (b)에는, 상기 반도체 소자의 전사 길이 방법(transfer length method, TLM) 패턴이 나타나있다. 도 8의 (c)에는, 상기 반도체 소자의 Au/1T' MoTe2 의 사이에 배치된 2H MoTe2 가 나타나있다. Fig. 8(a) shows a field effect transistor (FET) array as a semiconductor element formed on a SiO 2 /Si substrate having a size of 1 x 1 cm 2 . Fig. 8(b) shows a transfer length method (TLM) pattern of the semiconductor element. Fig. 8(c) shows 2H MoTe 2 arranged between Au/1T' MoTe 2 of the semiconductor element.

최근의 2차원/2차원 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터에 대한 기계적으로 박리한 플레이크를 이용한 반데르발스 통합에 관한 최근 연구와 비교하면, 본 발명은 두 종류의 다른 합성 2차원 박막을 결합하여, 전계효과 트랜지스터 어레이를 더 높은 수율로 제작할 수 있다. 예를 들어, 칩 당 전계효과 트랜지스터의 개수가 약 490% 증가하였다.Compared with recent studies on van der Waals integration using mechanically exfoliated flakes for recent 2D/2D metal-semiconductor junction field-effect transistors, the present invention enables the fabrication of field-effect transistor arrays with higher yield by combining two different types of synthetic 2D thin films. For example, the number of field-effect transistors per chip was increased by about 490%.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 미세조직을 나타내는 주사투과전자현미경 사진들이다.FIG. 9 is a scanning transmission electron microscope photograph showing the microstructure of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, (a)는 1T' MoTe2 층, (b)는 2H-MoTe2 층, (c) 2H-MoTe2 층과1T' MoTe2 층의 접합 계면이고, (d)는 비교예로서, 1T' MoTe2 층이 없이 3차원 금속층과 2H-MoTe2 층이 금속 컨택으로서 계면을 이루는 경우이다. 2H-MoTe2 층과1T' MoTe2 층으로 구성된 이종 구조는 매우 깨끗하고 날카로운 계면을 나타내었다, 또한, EDS 분석에 따르면, 상기 2H MoTe2 는 Te/Mo 이 2.14 원자%, 상기 1T' MoTe2 는 Te/Mo 이 2.11 원자%를 나타내었고, 텔레늄 공공은 발견되지 않았다. 따라서, 2H-MoTe2 층과 1T' MoTe2 층으로 구성된 이종 구조는 우수한 계면 품질을 가지고 있으며, 소자 제작 공정 이후에 열화 징후가 나타나지 않았다.Referring to FIG. 9, (a) is a 1T' MoTe 2 layer, (b) is a 2H-MoTe 2 layer, (c) is a bonding interface between the 2H-MoTe 2 layer and the 1T' MoTe 2 layer, and (d) is a comparative example in which the 3D metal layer and the 2H-MoTe 2 layer form an interface as a metal contact without the 1T' MoTe 2 layer. The heterostructure composed of the 2H-MoTe 2 layer and the 1T' MoTe 2 layer exhibited a very clean and sharp interface. In addition, according to the EDS analysis, the 2H MoTe 2 exhibited a Te/Mo of 2.14 at%, and the 1T' MoTe 2 exhibited a Te/Mo of 2.11 at%, and no tellurium vacancies were found. Therefore, the heterostructure composed of 2H-MoTe 2 layers and 1T' MoTe 2 layers has excellent interface quality and no signs of degradation were observed after the device fabrication process.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자를 구성하는 층들의 X-선 광전자 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다.FIG. 10 is a graph showing X-ray photoelectron spectra of layers constituting a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 10의 (a)와 (b)를 참조하면, Mo 3d 코어 레벨 및 Te 3d 코어 레벨 각각에 대한 금속과 1T' MoTe2 상 사이의 결합 에너지가 나타나있다. 각각의 피크 위치들은 점선으로 표시되어 있다. 프리스틴(pristine) 1T' MoTe2 과 비교하면, Au/1T' MoTe2 및 Ag/1T' MoTe2 은 결합 에너지가 감소되며, Pt/1T' MoTe2 는 증가되었다. 이러한 변화는 화학양론적 변화와는 무관하고, 금, 은, 백금과 같은 3차원 금속과 텔레륨 간의 화학적 상호작용과 무관한 것으로 분석된다. 이러한 변화는, 1T' MoTe2 반금속 상에 높은 캐리어 밀도를 가지는 3차원 금속의 형성이 전자적 특성에 영향을 끼쳤고, 도핑에 따라 캐리어 이동도를 변화시켜 페르미 준위를 이동시킴에 기인한 것으로 분석된다. 예를 들어, Au/1T' MoTe2의 자외선 광전자 구동 일함수는 5.0 eV로 나타났고, 성장 직후 층의 4.45 eV의 일함수와는 상이하게 나타났다. 또한, 금속간화합물 AuTex 또는 금속간화합물 AgTex 은 형성되지 않은 것으로 분석된다.Referring to Fig. 10(a) and (b), the binding energies between the metal and the 1T' MoTe 2 phase for the Mo 3d core level and the Te 3d core level, respectively, are shown. Each peak position is indicated by a dotted line. Compared with the pristine 1T' MoTe 2 , the binding energies of Au/1T' MoTe 2 and Ag/1T' MoTe 2 decreased, and those of Pt/1T' MoTe 2 increased. It is analyzed that these changes are unrelated to the stoichiometric change and unrelated to the chemical interaction between tellurium and three-dimensional metals such as gold, silver, and platinum. It is analyzed that these changes are due to the formation of three-dimensional metals with high carrier density on the 1T' MoTe 2 semimetal phase affecting the electronic properties, and the change in carrier mobility due to doping shifts the Fermi level. For example, the UV photoelectron driven work function of Au/1T' MoTe 2 was found to be 5.0 eV, which is different from the work function of 4.45 eV of the as-grown layer. In addition, it was analyzed that no intermetallic compound AuTe x or intermetallic compound AgTe x was formed.

도 10의 (c)와 (d)를 참조하면, Mo 3d 코어 레벨 및 Te 3d 코어 레벨 각각에 대한 2H MoTe2 상과 금속 또는 1T' MoTe2 상 사이의 결합 에너지가 나타나있다. 프리스틴(pristine) 1T' MoTe2 과 비교하면, 2H MoTe2 상과 금속의 경우에 비하여 2H MoTe2 상과 1T' MoTe2 상 사이의 결합에너지가 더 많은 감소를 나타내었다.Referring to Fig. 10(c) and (d), the binding energy between the 2H MoTe 2 phase and the metal or 1T' MoTe 2 phase for the Mo 3d core level and the Te 3d core level, respectively, is shown. Compared with the pristine 1T' MoTe 2 , the binding energy between the 2H MoTe 2 phase and the 1T' MoTe 2 phase showed a greater decrease than in the case of the 2H MoTe 2 phase and the metal.

반도체 소자에서 전극층 등을 구성하는 금속층을 형성함에 있어서, 더 두꺼운 3차원 금속에 의해 기계적으로 고정된 2차원 반금속 층이 전사 과정 동안 주름이나 크랙과 같은 대형 결함의 형성을 방지할 수 있으므로, 3차원 금속과 2차원 금속의 통합은 높은 수율 공정을 보장할 수 있다. 이에 따라, 센티미터 스케일 칩 상에 반도체 소자 어레이를 고밀도로 제조할 수 있다. 여기에서, 2차원 금속은 1T' MoTe2 이고, 3차원 금속은 1T' MoTe2 상에 형성된 금속, 예를 들어 금(Au)을 지칭한다.In forming a metal layer constituting an electrode layer, etc. in a semiconductor device, a two-dimensional semi-metal layer mechanically fixed by a thicker three-dimensional metal can prevent the formation of large defects such as wrinkles or cracks during the transfer process, so that the integration of the three-dimensional metal and the two-dimensional metal can ensure a high-yield process. Accordingly, a semiconductor device array can be manufactured at a high density on a centimeter-scale chip. Here, the two-dimensional metal is 1T' MoTe 2 , and the three-dimensional metal refers to a metal formed on the 1T' MoTe 2 , for example, gold (Au).

본 발명에 따른 제조 방법은, MoTe2 기반 금속 반도체 접합을 형성하기 위한 티타늄(Ti) 또는 백금(Pt) 등과 같은 3차원 금속의 기존 증착 방법에 비하여 큰 장점이 있다. 백금(Pt)은 5.64 eV의 높은 일함수를 가지고, Pt 접촉 금속 반도체 접합 내에 높은 p형 이동도가 기대되므로, 컨택 전극으로 선택할 수 있다. 티타늄(Ti)은 4.4 eV의 일함수를 가지므로, n 형 컨택에 적용될 수 있다. 그러나, 증착을 위한 고에너지 공정과 2차원 MoTe2와의 화학적 상호작용에 의하여, 공공 결함, 합금 형성 및 유리층 형성 등과 결함이 발생할 수 있다.The manufacturing method according to the present invention has a great advantage over the existing deposition method of three-dimensional metals, such as titanium (Ti) or platinum (Pt), for forming a MoTe 2 -based metal-semiconductor junction. Platinum (Pt) has a high work function of 5.64 eV and is expected to have high p-type mobility within the Pt contact metal-semiconductor junction, and therefore can be selected as a contact electrode. Titanium (Ti) has a work function of 4.4 eV and therefore can be applied to an n-type contact. However, due to the high-energy process for deposition and the chemical interaction with the two-dimensional MoTe 2 , defects, such as vacancy defects, alloy formation, and glass layer formation, may occur.

금은 1T'-MoTe2 에 대한 가장 우수한 3차원 접촉 패드일 수 있다. 또한, 제조 공정에서 하부층들의 산화를 방지할 수 있다. 또한, 금은 더 많은 전하를 도입하여 반금속으로 캐리어 이동을 향상시킬 수 있고, 금속간 화합물 AuTex 또는 비화학양론적 MoTe2-x 의 형성을 방지할 수 있다. Gold can be the best three-dimensional contact pad for 1T'-MoTe 2 . It can also prevent oxidation of the underlying layers during the fabrication process. In addition, gold can introduce more charges to enhance carrier transport to the semimetal, and prevent the formation of intermetallic compounds AuTe x or non-stoichiometric MoTe 2-x .

도 11 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프들이다.FIGS. 11 to 13 are graphs showing electrical characteristics of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 11의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 2H MoTe2 채널층을 가지는 전계효과 트랜지스터의 출력 특성(Ids - Vds)이 나타나있다. 상기 채널층과 접하는 전극층으로 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 Au/1T' MoTe2 반데르발스 컨택 전극이고, (b)는 3차원 백금(Pt) 컨택 전극이고, (c)는 3차원 티타늄(Ti) 컨택 전극의 경우이다, 상기 Au/1T' MoTe2 반데르발스 컨택 전극은 출력 특성(Ids - Vds)에서 우수한 선형성을 나타내었고, 따라서, p형 오믹 접촉이 달성된 것으로 분석된다. 반면, 3차원 백금(Pt) 컨택 전극과 3차원 티타늄(Ti) 컨택 전극은 비선형성을 나타내었고, 이는 3차원 금속과 2차원 반도체의 금속 반도체 접합 계면에서 상당한 컨택 장벽이 있는 것으로 분석된다.Referring to (a) to (c) of FIG. 11, the output characteristics (I ds - V ds ) of a field effect transistor having a 2H MoTe 2 channel layer according to an embodiment of the present invention are shown. As for the electrode layer in contact with the channel layer, (a) is an Au/1T' MoTe 2 van der Waals contact electrode according to an embodiment of the present invention, (b) is a three-dimensional platinum (Pt) contact electrode, and (c) is a three-dimensional titanium (Ti) contact electrode. The Au/1T' MoTe 2 van der Waals contact electrode exhibited excellent linearity in the output characteristics (I ds - V ds ), and therefore, it is analyzed that a p-type ohmic contact was achieved. On the other hand, the three-dimensional platinum (Pt) contact electrode and the three-dimensional titanium (Ti) contact electrode exhibited nonlinearity, and this is analyzed that there is a significant contact barrier at the metal-semiconductor junction interface of the three-dimensional metal and the two-dimensional semiconductor.

도 11의 (d)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 2H MoTe2 채널층을 가지고, 5 μm 내지 9 μm 의 채널 길이를 가지는 50 개의 전계효과 트랜지스터들에 대하여 Vds = -1 V에서 측정한 Ids 에 대한 Vg 관계이다. 내부 도면은 1T' MoTe2 접점을 가진 50개의 다른 전계효과 트랜지스터의 정공 이도동(μh)의 히스토그램이 나타나 있다. Referring to Fig. 11(d), the relationship of V g versus I ds measured at V ds = -1 V for 50 field-effect transistors having a channel length of 5 μm to 9 μm and having a 2H MoTe 2 channel layer according to an embodiment of the present invention . The inner figure shows a histogram of hole conduction (μ h ) of 50 different field-effect transistors having 1T' MoTe 2 contacts.

도 11의 (e) 및 (f)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 Au/1T' MoTe2 컨택 전극을 가지는 50개의 전계효과 트랜지스터들에 대한 온 상태 전류 밀도(Ion) 및 온오프 전류비(Ion/Ioff)에 대한 히스토그램을 나타나있다.Referring to FIG. 11(e) and (f), histograms of the on-state current density (I on ) and on-off current ratio (I on /I off ) for 50 field-effect transistors having Au/1T' MoTe 2 contact electrodes according to an embodiment of the present invention are shown.

도 11의 (d) 내지 (f)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터들은 p형 반도체 소자로서 높은 재현성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 상기 전계효과 트랜지스터들은, Vds = -1 V에서 온 상태 전류 밀도(Ion)가 7,820 ± 1,405 (nA/μm), 상온에서의 온오프 전류비(Ion/Ioff)가 1.3 x 105, 전계효과 정공 이동도(μh)가 21.0 ± 3.3 cm2V-1s-1 로서 기존에 보고된 반도체 소자들에 비하여 더 큰 값을 가지므로, 성능이 향상된 것으로 분석된다.Referring to FIGS . 11(d) to (f), it can be seen that the field-effect transistors according to the embodiments of the present invention have high reproducibility as p-type semiconductor devices. In addition, the field-effect transistors have an on-state current density (I on ) of 7,820 ± 1,405 (nA/μm) at V ds = -1 V, an on-off current ratio (I on /I off ) at room temperature of 1.3 x 10 5 , and a field-effect hole mobility (μ h ) of 21.0 ± 3.3 cm 2 V -1 s -1 , which are larger values than those of previously reported semiconductor devices, and thus it is analyzed that the performance is improved.

참고로, 이하의 그래프들에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터에 대한 결과는 "vdW Au/1T'-MoTe2" 또는 "vdW Au/1T'"로 표시되어 있다.For reference, in the graphs below, the results for the field-effect transistor according to the embodiments of the present invention are indicated as "vdW Au/1T'-MoTe 2 " or "vdW Au/1T'".

도 12의 (a)를 참조하면, 3차원 금속인 백금(Pt) 또는 티타늄(Ti)을 사용한 경우에 비하여, 본 발명의 실시예에 따른 Au/1T' MoTe2 컨택 전극을 가지는 전계효과 트랜지스터는, 무질서가 없는 계면의 영향으로 인하여, Ids-Vg 관계로부터 더 높은 스위칭 성능을 가짐을 알 수 있다.Referring to (a) of FIG. 12, it can be seen that, compared to the case where a three-dimensional metal such as platinum (Pt) or titanium (Ti) is used, a field-effect transistor having an Au/1T' MoTe 2 contact electrode according to an embodiment of the present invention has higher switching performance from the I ds -V g relationship due to the effect of a disorder-free interface.

도 12의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터에서 채널 길이를 2 μm 내지 9 μm 범위로 변화시킨 경우의 온 상태 전류 밀도(Ion)의 변화이고, 도 12의 (c)는, Vds = -1 V에서 Ids-Vg 관계이고, 도 12의 (d)는, Vg = -100 V에서 Ids-Vds 관계이다,Fig. 12(b) shows the change in the on-state current density (I on ) when the channel length is changed in the range of 2 μm to 9 μm in the field-effect transistor according to the embodiment of the present invention, Fig. 12(c) shows the I ds -V g relationship at V ds = -1 V, and Fig. 12(d) shows the I ds -V ds relationship at V g = -100 V.

도 12의 (b) 내지 (d)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터는 채널 길이(L)가 감소함에 따라 온 상태 전류 밀도(Ion)가 증가하는 역비례 관계를 나타내었고, 오믹 거동을 나타내었다. 2 μm 채널 길이에서는 온 상태 전류 밀도(Ion)가 약 7.8 ± 1.4 μAμm-1에 근접하게 나타났다. 참고로, Vds = -1 V 이었다. 종래의 화학기상증착으로 형성한 경우 또는 기계적 박리법에 의하여 형성한 경우에 비하여, 본 발명의 전계효과 트랜지스터는 모든 범위의 채널 길이에서 온 상태 전류 밀도(Ion)가 더 높게 나타났다.Referring to FIG. 12 (b) to (d), the field-effect transistor according to the embodiment of the present invention exhibited an inverse relationship in which the on-state current density (I on ) increased as the channel length (L) decreased, and exhibited ohmic behavior. At a channel length of 2 μm, the on-state current density (I on ) was close to about 7.8 ± 1.4 μAμm -1 . For reference, V ds = -1 V. Compared to a case formed by a conventional chemical vapor deposition method or a case formed by a mechanical exfoliation method, the field-effect transistor of the present invention exhibited a higher on-state current density (I on ) in all ranges of channel length.

도 12의 (e)는 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 캐리어 밀도(n2D)에 대한 온 상태 전류 밀도(Ion)이고, 도 12의 (f)는 층 수에 대한 전계효과 정공 이동도(μFE)이다. Fig. 12(e) shows the on-state current density (I on ) versus the carrier density (n 2D ) of the field-effect transistor according to an embodiment of the present invention, and Fig. 12(f) shows the field-effect hole mobility (μ FE ) versus the number of layers.

도 12의 (e) 및 (f)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터 및 비교예에 대한 게이트 전압에 의하여 유도된 2차원 채널의 캐리어 밀도(n2D)에서 상대적으로 높은 온 상태 전류 밀도(Ion)를 나타내었다. 또한 높은 전계효과 정공 이동도(μFE)를 가짐에 따라 더 효과적인 정공 이동을 구현할 수 있다.,Referring to (e) and (f) of FIG. 12, the field effect transistor according to the embodiment of the present invention and the comparative example exhibited a relatively high on-state current density (I on ) in the carrier density (n 2D ) of the two-dimensional channel induced by the gate voltage. In addition, more effective hole movement can be implemented as it has a high field effect hole mobility (μ FE ).

또한, 본 발명의 실시예에 따른 형성된 전계효과 트랜지스터의 온 상태 전류 밀도(Ion)는 비교예인 CVD 법으로 성장시킨 WSe2 채널층의 경우에 비하여 높게 나타났고, 다른 비교예인 기계적으로 박리된 WSe2 다중층 기반 채널층의 경우와 유사하게 나타났다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터는 높은 채널 전도도를 나타냄을 알 수 있다. 이론적으로, 다른 6족 2차원 전이금속 칼코젠 화합물들에 비하여, 2H MoTe2는 씨모스 소자용으로 더 우수한 단극성 p형 채널로 거동할 수 있고, n형 이동도를 억제할 수 있다. 이러한 결과는 금속 컨택의 페르미 에너지(EF)에 대한 가전자 밴드 최대 에너지(EVBM)과 대역 정렬에 근거한다.In addition, the on-state current density (I on ) of the field-effect transistor formed according to the embodiment of the present invention was higher than that of the WSe 2 channel layer grown by the CVD method as a comparative example, and was similar to that of the mechanically exfoliated WSe 2 multilayer-based channel layer as another comparative example. Therefore, it can be seen that the field-effect transistor according to the embodiment of the present invention exhibits high channel conductivity. Theoretically, compared to other VI-group two-dimensional transition metal chalcogenides, 2H MoTe 2 can behave as a better unipolar p-type channel for CMOS devices and suppress n-type mobility. This result is based on the band alignment of the valence band maximum energy (E VBM ) with respect to the Fermi energy (E F ) of the metal contact.

도 13의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 전계효과 정공 이동도(μh)와 온오프 전류비(Ion/Ioff)가 나타나있다. 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터는, 5.1 ± 2.8 cm2V-1s-1의 높은 전계효과 정공 이동도(μh) 및 104 이상의 높은 온오프 전류비(Ion/Ioff)를 가졌다. 이는 비교예로서 흑색 원으로 표시된 기계적으로 박리되어 형성된 소자에 상당히 우수하며, MoTe2의 산화에 관련된 결함이 발생하지 않기 때문으로 분석된다. 참고로, 산화는 오프 전류 밀도(Ioff)를 증가시켜 온오프 전류비(Ion/Ioff)를 103 이하로 감소시킨다. Referring to FIG. 13(a), the field-effect hole mobility (μ h ) and the on-off current ratio (I on /I off ) of the field-effect transistor according to the embodiment of the present invention are shown. The field-effect transistor according to the embodiment of the present invention has a high field-effect hole mobility (μ h ) of 5.1 ± 2.8 cm 2 V -1 s -1 and a high on-off current ratio (I on /I off ) of 10 4 or more. This is considerably superior to the mechanically exfoliated device indicated by the black circle as a comparative example, and is analyzed to be because defects related to the oxidation of MoTe 2 do not occur. For reference, oxidation increases the off current density (I off ) and reduces the on-off current ratio (I on /I off ) to 10 3 or less.

또한, 다른 비교예로서, 비정질 구조와 비화학양론적 2H MoTe2 층을 형성한 경우에는, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 성능과 거의 유사하게 나타났다.In addition, as another comparative example, when an amorphous structure and a non-stoichiometric 2H MoTe 2 layer were formed, the performance was almost similar to that of the field effect transistor according to the embodiment of the present invention.

2H MoTe2 내에 1T' MoTe2 상이 국부적으로 잔존하면 온오프 전류비(Ion/Ioff)가 감소할 수 있으므로, 더 나은 소자 성능을 얻기 위해서는 채널층이 2H MoTe2 로의 완전한 상변이가 될 필요가 있다. 또한, 비정상 결정 성장된 2H MoTe2 단결정은 캐리어의 결정립계 산란 메커니즘을 방지할 수 있으므로, 활성층의 높은 전도도를 유지할 수 있고, 따라서 다결정 MoTe2 에 비하여 장점이 된다. 또한, 6층의 2H MoTe2의 29.5 cm2V-1s-1 수준의 높은 정공 이동도(μh)는 동등하거나 또는 더 두꺼운 두께를 가진 경우보다 높게 나타났으며, 이는 높은 결정 품질에 의한 것으로 분석된다.Since the local residual 1T' MoTe 2 phase within the 2H MoTe 2 can reduce the on-off current ratio (I on /I off ), the channel layer needs to undergo a complete phase transformation to 2H MoTe 2 to obtain better device performance. In addition, the abnormally grown 2H MoTe 2 single crystal can prevent the grain boundary scattering mechanism of carriers, so that the high conductivity of the active layer can be maintained, and thus has an advantage over polycrystalline MoTe 2 . In addition, the high hole mobility (μ h ) of 29.5 cm 2 V -1 s -1 of the six-layer 2H MoTe 2 was found to be higher than that of the same or thicker thickness, which is analyzed to be due to the high crystal quality.

본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터에서, 2H MoTe2 및 1T' MoTe2 상은 7.0 kΩ sq-1 수준의 낮은 면저항(Rsh)을 나타내었고, 이는 기계적으로 박리된 시편과 동등하거나 유사한 비교 가능한 수준이다. 이는 반도체층을 통해 캐리어가 효과적으로 주입되었음을 시사한다.In the field-effect transistor according to the embodiment of the present invention, the 2H MoTe 2 and 1T' MoTe 2 phases exhibited a low sheet resistance (R sh ) of 7.0 kΩ sq -1 , which is comparable to or similar to that of mechanically exfoliated specimens. This suggests that carriers were effectively injected through the semiconductor layer.

도 13의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 채널 길이에 대한 총 저항(RW)을 나타낸다. 다양한 게이트 전압(Vg)에서 1T' MoTe2/2H MoTe2 접합 전계효과 트랜지스터의 전사 길이 방법(TLM) 패턴으로, 총 저항(RW)이 채널 길이(L)에 대해 선형 관계를 가짐을 알 수 있다. 오차 막대는 적어도 5개의 다른 전사 길이 방법(TLM) 패턴의 평균에서 취득하였다. 상기 그래프의 y절편에서 2Rc가 취득되므로, 컨택 저항(Rc)이 산출할 수 있다Referring to Fig. 13(b), the total resistance (RW) with respect to the channel length of the field-effect transistor according to the embodiment of the present invention is shown. It can be seen that the total resistance (RW) has a linear relationship with respect to the channel length ( L ) with the transfer length method (TLM) pattern of the 1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 junction field-effect transistor at various gate voltages (V g ). The error bars are obtained from the average of at least five different transfer length method (TLM) patterns. Since 2R c is obtained from the y-intercept of the graph, the contact resistance (R c ) can be calculated.

상기 전사 길이 방법 패턴은 종래의 2차원 (반)금속성 전이금속 칼코겐 화합물 플레이크를 사용하여 층별로 조립하는 방법으로는 구현하기 어려우므로, 본 발명에 따른 방법이 크기 증가와 재현성 측면에서 개선되었다.The above-mentioned transfer length method pattern is difficult to implement by a layer-by-layer assembly method using conventional two-dimensional (semi)metallic transition metal chalcogenide flakes, so the method according to the present invention is improved in terms of size increase and reproducibility.

내부 사진은, 본 발명의 실시예에 따른 vdW Au/1T' MoTe2 컨택 전극을 가진 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 전사 길이 방법 패턴을 나타내는 광학현미경 사진이고, 스케일 바는 20 μm 이다.The inner photograph is an optical micrograph showing the transfer length method pattern of a 2H MoTe 2 field-effect transistor with vdW Au/1T' MoTe 2 contact electrodes according to an embodiment of the present invention, and the scale bar is 20 μm.

도 13의 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 인가된 게이트 전압(Vg)에 의해 유도된 캐리어 농도(n2D)에 따른 컨택 저항(Rc)이 나타나있다. 적색은 본 발명의 실시예에 따른 1T' MoTe2 와 2H MoTe2 의 컨택 저항이고, 청색은 비교예로서 백금(Pt)과 2H MoTe2 의 컨택 저항이고, 흑색은 비교예로서 CVD로 성장시킨 경우의 컨택 저항이다. 주요 캐리어는 정공이었다. 이때. 본 발명의 실시예에 따른 vdW Au/1T' MoTe2 컨택의 대응하여, 3차원 백금(Pt)으로 컨택된 2H MoTe2 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터의 컨택 저항(Rc)을 평가하였다. 그 이유는 백금(Pt)을 통한 정공 전달이 3차원 금속 컨택 중에서 가장 좋은 특성을 나타내기 때문이다. 게이트 전압(Vg)이 -100 V에서 산출된 캐리어 농도(n2D)가 7.4 x 1012 cm-2 일 때, 본 발명의 실시예에 따른 Au/1T' MoTe2/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터는 약 2.4 ± 1.0 kΩ μm 수준의 낮은 2Rc를 나타냈었고, 이는 비교예의 Pt/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 7.8 x 1012 cm-2 캐리어 농도(n2D)에서 660 ± 82 kΩ μm에 비하여 훨씬 낮은 값이었다. Referring to FIG. 13(c), the contact resistance (R c ) according to the carrier concentration (n 2D ) induced by the applied gate voltage (V g ) of the field effect transistor according to the embodiment of the present invention is shown. Red is the contact resistance of 1T' MoTe 2 and 2H MoTe 2 according to the embodiment of the present invention, blue is the contact resistance of platinum (Pt) and 2H MoTe 2 as a comparative example, and black is the contact resistance in the case of growth by CVD as a comparative example. The main carrier was holes. At this time, the contact resistance (R c ) of the 2H MoTe 2 metal-semiconductor junction field effect transistor contacted with three-dimensional platinum (Pt) corresponding to the vdW Au/1T' MoTe 2 contact according to the embodiment of the present invention was evaluated. This is because hole transport through platinum (Pt) exhibits the best characteristics among three-dimensional metal contacts. When the gate voltage (V g ) was -100 V and the calculated carrier concentration (n 2D ) was 7.4 x 10 12 cm -2 , the Au/1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 field-effect transistor according to the embodiment of the present invention exhibited a low 2R c of about 2.4 ± 1.0 kΩ μm, which was much lower than that of the Pt/2H MoTe 2 field-effect transistor of the comparative example, which was 660 ± 82 kΩ μm at the carrier concentration (n 2D ) of 7.8 x 10 12 cm -2 .

이와 같은 2Rc에는 3차원/2차원 금속 패드/1T' MoTe2 계면의 약 0.5 kΩ μm의 Rc 도 포함되므로, 2H MoTe2 반도체와 1T' MoTe2 반금속 사이의 실제 계면에서의 컨택 저항(Rc)는 7.4 x 1012 cm-2 의 캐리어 농도(n2D)에서 0.7 ± 0.5 kΩ μm에 가까운 것으로 분석된다.Since such 2R c also includes R c of about 0.5 kΩ μm at the 3D/2D metal pad/1T' MoTe 2 interface, the contact resistance (R c ) at the actual interface between the 2H MoTe 2 semiconductor and the 1T' MoTe 2 semimetal is analyzed to be close to 0.7 ± 0.5 kΩ μm at a carrier concentration (n 2D ) of 7.4 x 10 12 cm -2 .

도 13의 (d)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 면저항 (Rsh)에 대한 컨택 저항(Rc)의 관계가 나타나있다. 적색은 본 발명의 실시예에 따른 Au/1T' MoTe2/2H MoTe2, 청색은 비교예로서 Pt/2H MoTe2. 흑색은 비교예로서 CVD로 성장시킨 경우이다. 트랜지스터의 효과적인 스위칭을 위해서는 낮은 컨택 저항(Rc)에 대하여 면저항 (Rsh)이 큰 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터는 이러한 요구사항을 만족한다. 본 발명의 실시예에 따른 전꼐효과 트랜지스터는, 면저항 (Rsh)이 44.3 ± 2.3 kΩ sq-1 으로 가장 작은 값을 나타냈다 이러한 결과는 채널이 더 높은 품질을 나타낸다는 것을 나타내며, 면저항(Rsh)은 소자의 크기와 컨택 특성을 제외한 재료 의존적인 특성을 나타내기 때문이다. 낮은 컨택 저항(Rc)에도 불구하고, 온오프 전류비(Ion/Ioff)가 낮거나 면저항(Rsh)이 높은 것은 고품질 활성층이 높은 성능을 달성하는 데 중요한 요소인 것으로 분석된다.Referring to FIG. 13(d), the relationship of the contact resistance (R c ) to the sheet resistance (R sh ) of the field effect transistor according to the embodiment of the present invention is shown. Red is Au/1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 according to the embodiment of the present invention, blue is Pt/2H MoTe 2 as a comparative example, and black is a case grown by CVD as a comparative example. For effective switching of the transistor, it is desirable that the sheet resistance (R sh ) is high for a low contact resistance (R c ). The field effect transistor according to the embodiment of the present invention satisfies this requirement. The field effect transistor according to the embodiment of the present invention exhibited the smallest sheet resistance (R sh ) of 44.3 ± 2.3 kΩ sq -1. This result indicates that the channel exhibits higher quality, because the sheet resistance (R sh ) exhibits a material-dependent characteristic excluding the size and contact characteristics of the device. Despite the low contact resistance (R c ), a low on-off current ratio (I on /I off ) or high sheet resistance (R sh ) are analyzed as important factors for a high-quality active layer to achieve high performance.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법에서 적용되는 전이금속 칼코젠 화합물의 밴드 구조를 나타낸다.FIG. 14 shows the band structure of a transition metal chalcogen compound applied in a method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 밴드 구조를 고려할 때, 씨모스에서 다른 VI족 2차원 전이금속 칼코젠 화합물에 비하여, MoTe2는 더 우수한 p형 채널로 동작할 수 있다. MoTe2를 제외한 전형적인 VI 족 2차원 전이금속 칼코젠 화합물은 그들의 가전자 밴드 최대 에너지(EVBM)가 5.0 eV 이상이므로 전자 전송을 억제하기 어렵다. 따라서, 홀의 쇼트키 밴드 높이(SBH)가 높아지며, 이는 정공 전도성을 제한하게 된다. 반면, MoTe2는 가전자 밴드 최대 에너지(EVBM)의 위치가 높으므로, 쇼트키 밴드 높이(SBH)가 정공 전도성이 증가된다. 특히, MoTe2의 정공에 대한 열이온 장벽 높이(Φhole)와 전자에 대한 열이온 장벽 높이(Φelectron) 비율도 VI족 2차원 전이금속 칼코젠 화합물 중에서 가장 작다. 따라서 MoTe2 은 단극성 p형을 나타내는 경향이 있으며, p형 모스(MOS)에서 오프 상태 전류가 더 작고, 고-저 전이 및 저-고 전이에서 효율이 더 높아지므로, 씨모스에서 더 작은 비트당 전력 지연곱(low power-delay product)을 가질 수 있다.Referring to Fig. 14, considering the band structure, MoTe 2 can operate as a better p-type channel than other group VI two-dimensional transition metal chalcogenides in CMOS. Typical group VI two-dimensional transition metal chalcogenides, except for MoTe 2 , have difficulty in suppressing electron transport because their valence band maximum energy (E VBM ) is higher than 5.0 eV. Therefore, the Schottky band height (SBH) of holes increases, which limits the hole conductivity. On the other hand, MoTe 2 has a high valence band maximum energy (E VBM ), so that the Schottky band height (SBH) increases the hole conductivity. In particular, the ratio of the thermionic barrier height for holes (Φ hole ) to the thermionic barrier height for electrons (Φ electron ) of MoTe 2 is also the smallest among the group VI two-dimensional transition metal chalcogenides. Therefore, MoTe2 tends to exhibit unipolar p-type, which results in smaller off-state current in p-type MOS, higher efficiency in high-to-low and low-to-high transitions, and thus lower power-delay product per bit in CMOS.

씨드 전사에 의하여 형성한 상기 2H MoTe2 박막은 포화 흡수기, 변조기, 광 검출기 등 광 통신 기기에 사용될 큰 가능성이 있다. 특히 상기 2H MoTe2 박막을 이용한 전계효과 트랜지스터는 더 큰 밴드갭을 가진 다른 2차원 전이금속 디칼코제나이드로는 달성할 수 없는 근적외선 범위에서 고성능 광검출기에 적용될 수 있다. 근적외선 하에서는 광 게이팅 효과에 의해 트랜지스터의 광 감도성이 향상될 수 있다. 또한, 서로 다른 배출-소스 전극을 사용하여 형성된 비대칭적인 접촉 장벽은 정류비율을 추가적으로 향상시킬 수 있다. 조절한 페르미 준위의 1T'-MoTe2는 정공 운송을 위한 효율적인 반데르 발스 컨택을 제공할 수 있고, 금속 반도체 접합 계면에서의 전하 함정이 적기 때문에 빠른 광응답을 확보할 수 있다.The above 2H MoTe 2 thin film formed by seed transfer has great potential to be used in optical communication devices such as saturable absorbers, modulators, and photodetectors. In particular, a field-effect transistor using the above 2H MoTe 2 thin film can be applied to a high-performance photodetector in the near-infrared range, which cannot be achieved with other two-dimensional transition metal dichalcogenides with a wider bandgap. The photosensitivity of the transistor can be improved by the optical gating effect under the near-infrared. In addition, the asymmetric contact barrier formed by using different emission-source electrodes can further improve the rectification ratio. The 1T'-MoTe 2 with the controlled Fermi level can provide an efficient van der Waals contact for hole transport, and a fast photoresponse can be secured because of less charge trapping at the metal-semiconductor junction interface.

상기 1T' MoTe2 상과 상기 2H MoTe2 상 사이의 결정립 크기 차이는 약 1000배 이상인 것으로 분석된다. 이러한 결정립 크기 차이는 상기 1T' MoTe2 상에서 상기 2H MoTe2 상으로 상변이가 성장 중에 재결정화 및 원자 재배열을 통해 발생된 것으로 분석된다. 예를 들어, 상기 1T' MoTe2 상과 2H MoTe2 상 사이의 접합부의 일부는 [2-1-10]2H//[020]1T' 계면과 원자 배향을 공유하며, 이는 상변이에 에너지적으로 가장 유리한 계면일 수 있다. 그러나, 모든 평면 내 1T' MoTe2 상과 2H MoTe2 상의 접합부가 유사한 방향성을 나타내지 않는다. The difference in grain size between the above 1T' MoTe 2 phase and the 2H MoTe 2 phase is analyzed to be about 1000 times or more. This difference in grain size is analyzed to have occurred through recrystallization and atomic rearrangement during the phase transition from the 1T' MoTe 2 phase to the 2H MoTe 2 phase during growth. For example, some of the junctions between the 1T' MoTe 2 phase and the 2H MoTe 2 phase share an atomic orientation with the [2-1-10] 2H //[020] 1T' interface, which may be the energetically most favorable interface for the phase transition. However, not all in-plane junctions of the 1T' MoTe 2 phase and the 2H MoTe 2 phase exhibit similar orientations.

본 발명에 따른 2H MoTe2 상의 성장 모드가 다결정체의 무작위 결정학적 배향을 배열하는 에너지 장벽을 극복하는 데 도움이 될 수 있으며, 결과적으로 2H-MoTe2의 결정립 성장이 발생한다는 것을 의미한다. 이를 일반적으로 "비정상(abnormal) 결정랍 성장"으로 지칭할 수 있다. 단결정의 형성이 상대적으로 균일한 결정립 크기 분포를 나타내는 "일반적인 결정립 성장"과 대조된다.It means that the growth mode of 2H MoTe 2 phase according to the present invention can help to overcome the energy barrier of arranging random crystallographic orientation of polycrystals, resulting in grain growth of 2H-MoTe 2 . This can be generally referred to as "abnormal grain growth", in contrast to "normal grain growth" where the formation of single crystals exhibits a relatively uniform grain size distribution.

MoTe2 합성에 대한 이전 연구에 따르면, 텔루륨의 양은 성장 중 MoTe2 상을 결정하는 중요한 요인이다. 많은 양의 텔루륨이 존재하면, 2H MoTe2 상이 열역학적으로 안정된다. 그러나, 텔루륨이 부족하면 비화학양론적 MoTe2-x의 형성을 유도하며, 이는 준안정 1T' MoTe2 상이 형성될 수 있다. Previous studies on MoTe 2 synthesis have shown that the amount of tellurium is an important factor in determining the MoTe 2 phase during growth. When a large amount of tellurium is present, the 2H MoTe 2 phase is thermodynamically stable. However, a lack of tellurium leads to the formation of nonstoichiometric MoTe 2-x , which can lead to the formation of metastable 1T' MoTe 2 phase.

본 발명에 따른 텔루륨 제한 성장 방식은, 몰리브덴 전구체에 일정하고 상당한 양의 텔루륨 증기 흐름을 제공하여, 웨이퍼 전체에 걸쳐 2H MoTe2 상의 균일한 성장과 비정상 결정립 성장을 촉진할 수 있다. 이것은 텔루륨이 균일하지 않게 수평으로 공급되는 분말 기반 수평 CVD를 사용하는 텔루륨 소스와는 대조되며, 이는 필연적으로 기판을 가로지르는 조성 구배를 초래하고 성장 스케일링을 제한하게 된다.The tellurium-limited growth method according to the present invention can promote uniform growth and abnormal grain growth of 2H MoTe 2 phase across the wafer by providing a constant and significant amount of tellurium vapor flow to the molybdenum precursor. This is in contrast to tellurium sources using powder-based horizontal CVD in which tellurium is supplied non-uniformly horizontally, which inevitably leads to a compositional gradient across the substrate and limits growth scaling.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 대면적 고성능 p형 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터(MSJ FET) 어레이를 제조하기 위하여, 2H MoTe2 단결정의 상 제어 성장 및 위치 제어 성장과 두 가지 다형체의 3차원 금속 지원 번데르발스(vdW) 통합을 구현하였다.According to the technical idea of the present invention, phase-controlled growth and position-controlled growth of 2H MoTe 2 single crystals and three-dimensional metal-assisted Werner Waals (vdW) integration of two polymorphs were implemented to fabricate large-area high-performance p-type metal-semiconductor junction field-effect transistor (MSJ FET) arrays.

텔루륨을 충분히 공급하는 분위기는 고품질 MoTe2의 합성을 촉진하고, 1T' MoTe2 에서 2H MoTe2 으로의 상변이를 가능하게 했다. 여기서, 2H MoTe2 단결정 영역은 비정상 입자성장을 통해 4인치 크기의 SiO2/Si 웨이퍼를 덮을 수 있었다. 이러한 성장 기술은 두드러진 미세 공동이나 불순물이 없이 약 20 mm로 대형 크기의 두 층의 MoTe2 박막을 형성하는 것에 확장될 수 있었다. 이는 수 미터 크기의 CVD 모드를 이용하여 취득할 수 있는 가장 얇은 박막이었다. 또한, 에너지적으로 유리한 2H MoTe2 씨드층의 공간 배열이 단결정 2H MoTe2 패턴의 측면 고상 에피택시를 가능하게 하여, 약 500℃의 저온에서 모든 비정질 기판 상에 2차원 반도체의 결정 방향성을 제어할 수 있었다. An atmosphere sufficiently supplying tellurium promoted the synthesis of high-quality MoTe2 and enabled the phase transition from 1T' MoTe2 to 2H MoTe2 . Here, the 2H MoTe2 single-crystal domain was able to cover a 4-inch SiO2 /Si wafer through abnormal grain growth. This growth technique could be extended to form large-sized two-layer MoTe2 thin films of about 20 mm without noticeable microcavities or impurities, which were the thinnest films attainable using the CVD mode with a size of several meters. In addition, the energetically favorable spatial arrangement of the 2H MoTe2 seed layer enabled the lateral solid-state epitaxy of single-crystal 2H MoTe2 patterns, which enabled the controllable crystal orientation of the two-dimensional semiconductor on all amorphous substrates at a low temperature of about 500°C.

또한, 표준 포토리소그래피 패터닝과 3차원 금속이 증착된 2차원 1T' MoTe2 구조의 전사를 통해 고성능 반데르발스(vdW) 통합 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터 어레이가 제조되었다. 종래와 비교하여, 본 발명에서 단결정 2H MoTe2 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터는 약 1.3 x 105의 Ion/Ioff 및 약 29.5 cm2V-1s-1의 μh 측면에서 더 나은 성능을 보였다. 상당히 높은 온 상태 전도도는, (즉 Ion 는 약 7.8 μA μm-1)는 MoTe2의 높은 결정성을 가지며, 즉 산화물, 금속 불순물 및 비정질 또는 비화학양론적 구조의 부재에 기인한 것으로 분석된다. Furthermore, high-performance van der Waals (vdW) integrated MOSFET arrays were fabricated via standard photolithography patterning and transfer of the two-dimensional 1T' MoTe 2 structure onto which the three-dimensional metal was deposited. Compared with the conventional ones, the single-crystal 2H MoTe 2 MOSFETs in the present invention exhibited better performance in terms of I on /I off of about 1.3 x 10 5 and μ h of about 29.5 cm 2 V -1 s -1 . The considerably high on-state conductivity (i.e., I on is about 7.8 μA μm -1 ) is attributed to the high crystallinity of MoTe 2 , i.e., the absence of oxides, metallic impurities, and amorphous or non-stoichiometric structures.

또한, 1T' MoTe2과 2H MoTe2 사이에 초청정이고 원자적으로 정밀한 계면의 형성은, 갭 상태의 형성을 방지하고, 페르미 준위 피닝(FLP)이 없는 계면을 형성하였다. 이를 통하여, 2차원 반금속 상의 다양한 3차원 금속들의 전자 상태에 기반하여, 열이온 방출 장벽의 높이를 조절할 수 있다. 예를 들어, 금을 가지는 1T' MoTe2 반금속의 금속화는 반데르발스 금속 전극의 높은 일함수 값을, 약 5.0 eV를, 제공하였고, 컨택 계면에서 홀을 이동시키는 장벽 높이를 상당히 억제했다. 즉, VFB 에서 약 14 meV 이었다.Furthermore, the formation of an ultraclean and atomically precise interface between the 1T' MoTe 2 and 2H MoTe 2 prevented the formation of gap states and formed an interface without Fermi level pinning (FLP). Through this, the height of the thermionic emission barrier can be controlled based on the electronic states of various 3D metals on the 2D semimetal. For example, the metallization of the 1T' MoTe 2 semimetal with gold provided a high work function value of the van der Waals metal electrode, about 5.0 eV, and significantly suppressed the barrier height for hole transport at the contact interface, that is, about 14 meV at V FB .

n형 2차원 트랜지스터의 형성이 상대적으로 용이함을 고려하면, 본 발명은 홀 이동도를 향상시킨 p형 2차원 트랜지스터의 확장 가능한 제작을 위한 상당한 진전을 나타낸다. 예를 들어, 2차원 반도체는 칼코젠 공공과 유전층에 의한 외부 n형 도핑에 대하여 취약하지만, 본 발명의 접근 방식은 이를 피하는 데 도움이 될 수 있다. Considering the relative ease of forming n-type two-dimensional transistors, the present invention represents a significant advance toward the scalable fabrication of p-type two-dimensional transistors with enhanced hole mobility. For example, two-dimensional semiconductors are vulnerable to external n-type doping by chalcogen vacancies and dielectric layers, but the present approach may help to avoid this.

p형 2차원 셀레나이드와 텔루라이드의 합성은 종종 약 700℃ 이상의 높은 성장 온도가 요구된다. 이는, 셀레륨(Se)과 텔루륨(Te)이 황(S)보다 증기압이 낮기 때문이다. 이에 따라, 2차원 채널의 품질을 저하시키고 열에 의한 칼코젠 공공을 형성할 수 있다. 셀레륨(Se)과 텔루륨(Te)의 공공은 2차원 칼코젠화합물에서 n형 도판트로 간주되며, 2차원 반도체가 금속 전극과 접촉할 때, 전도 밴드 부근에서 페르미 준위 피닝(FLP)을 야기할 수 있다. 또한, 실리콘 산화물(SiO2)과 알루미늄 산화물(AlOx)과 같이 널리 사용되는 유전층은 2차원 활성층의 n 도핑을 야기할 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명은 약 500℃의 저온에서 무작위 비정질 기판에 2차원 단결정 반도체를 고품질로 성장함으로써 원하지 않는 n형 도핑 효과를 방지할 수 있다.The synthesis of p-type two-dimensional selenide and telluride often requires a high growth temperature of about 700°C or higher. This is because selenium (Se) and tellurium (Te) have lower vapor pressures than sulfur (S). Accordingly, they can deteriorate the quality of two-dimensional channels and form chalcogen vacancies due to heat. The vacancies of selenium (Se) and tellurium (Te) are considered as n-type dopants in two-dimensional chalcogenides, and can cause Fermi level pinning (FLP) near the conduction band when two-dimensional semiconductors come into contact with metal electrodes. In addition, widely used dielectric layers such as silicon oxide (SiO 2 ) and aluminum oxide (AlO x ) can cause n-doping of the two-dimensional active layer. In this respect, the present invention can prevent undesired n-type doping effects by growing high-quality two-dimensional single crystal semiconductors on random amorphous substrates at a low temperature of about 500°C.

또한, 종래의 p형 높은 일함수 3차원 금속 전극은, 예를 들어, Au, Pt, Pd는, 1064℃ 내지 1768℃의 높은 융점을 가지므로 고에너지 증착 공정을 요구하며, 이에 따라 2차원 금속 반도체 접합 계면을 손상시킬 수 있고, 컨택 저항(Rc)을 증가시킬 수 있다. 이는 MoS2의 n형 오믹 금속 컨택을 위한 인듐(In)이나 비스무트(Bi)는157℃ 내지 271℃의 낮은 융점을 가지므로 무결함 컨택 계면을 생성하게 되므로, 대조적이다. In addition, conventional p-type high work function 3D metal electrodes, for example, Au, Pt, and Pd, have high melting points of 1064°C to 1768°C, which require high energy deposition processes, which may damage the 2D metal-semiconductor junction interface and increase the contact resistance (R c ). This is in contrast to indium (In) or bismuth (Bi) for n-type ohmic metal contacts of MoS 2 , which have low melting points of 157°C to 271°C, which create defect-free contact interfaces.

따라서, 본 발명의 초고품질의 초청정 반데르발스 금속 반도체 접합 트랜지스터 어레이의 온칩 제조에 대한 시도는 개선된 p형 이동도를 위하여 최소한의 컨택 장벽을 구현하는 것에 중요한 의미가 있다. 본 발명의 중요성은 2차원 반도체와 2차원 반금속 사이에서 약 0.7 kΩ μm 수준의 낮은 컨택 저항(Rc)를 가지는 것이다. 여기에서, 컨택 저항(Rc)은 3차원 금속/2차원 반금속의 Rc를 제외하여 취득한 것이다. 상기 컨택 저항(Rc)은 2H-MoTe2 및 WSe2 를 기반한 10개 이하의 층들의 p형 2차원 트랜지스터에서 최저 값이다. 따라서 물질 합성, 장치 제조 및 계면 엔지니어링을 결합함으로써, 본 발명은 2차원 전자 장치 응용 분야의 범위를 확장할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있다.Therefore, the attempt to fabricate on-chip ultra-high quality, ultra-clean van der Waals metal semiconductor junction transistor arrays of the present invention is significant in implementing a minimum contact barrier for improved p-type mobility. The significance of the present invention is that it has a low contact resistance (R c ) of about 0.7 kΩ μm between the two-dimensional semiconductor and the two-dimensional semimetal. Here, the contact resistance (R c ) is obtained by excluding the R c of the three-dimensional metal/two-dimensional semimetal. The contact resistance (R c ) is the lowest value in p-type two-dimensional transistors with less than 10 layers based on 2H-MoTe 2 and WSe 2 . Therefore, by combining material synthesis, device fabrication and interface engineering, the present invention has significant potential to expand the scope of two-dimensional electronic device applications.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to a person skilled in the art that the technical idea of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the attached drawings, and that various substitutions, modifications, and changes are possible within a scope that does not depart from the technical idea of the present invention.

Claims (20)

제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제1 기판을 제공하는 단계;
제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하는 단계;
상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 금속 패턴층을 형성하는 단계;
상기 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거함으로써 상기 제1 층을 제1 패턴층으로 형성하여, 상기 제1 패턴층과 상기 금속 패턴층이 적층된 구조를 가지는 패턴 구조체를 형성하는 단계;
상기 제1 기판으로부터 상기 패턴 구조체를 분리하는 단계; 및
상기 제2 층의 일부 영역 상에 상기 패턴 구조체를 전사하는 단계를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
A step of providing a first substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer comprising a first phase transition metal chalcogen compound and having a first region and a second region;
A step of providing a second substrate having a second layer formed on a surface thereof, the second layer comprising a second phase transition metal chalcogen compound;
A step of forming a metal pattern layer on the first region of the first layer;
A step of forming the first layer as a first pattern layer by using the metal pattern layer as a mask layer and removing the second area of the first layer exposed by the metal pattern layer, thereby forming a pattern structure having a structure in which the first pattern layer and the metal pattern layer are laminated;
a step of separating the pattern structure from the first substrate; and
Comprising a step of transferring the pattern structure onto a portion of the second layer;
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 기판을 제공하는 단계는,
상기 제1 기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 제1 전이금속을 포함하는 제1 금속층을 표면에 형성하는 단계;
상기 제1 금속층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계;
상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계; 및
상기 제1 금속층의 상기 제1 전이금속이 상기 칼코젠 물질과 반응하여 칼코제나이드화되어 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 1,
The step of providing the first substrate comprises:
A step of forming a first metal layer including a first transition metal on the surface of the first substrate using sputtering or electron beam evaporation;
A step of providing a chalcogen material to the first metal layer;
a step of heating the above chalcogen material; and
A step of forming a transition metal chalcogen compound of the first phase by reacting the first transition metal of the first metal layer with the chalcogen material to form a chalcogenide.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 기판을 제공하는 단계는,
제2 전이금속을 포함하는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계;
상기 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 씨드층을, 상기 대상층의 적어도 일부 영역 상에 대면하도록 배치하는, 씨드층 배치 단계;
상기 대상층에 대면하도록 칼코젠 물질을 제공하는 단계;
상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계; 및
상기 씨드층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 상변이층을 형성하는 단계를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 1,
The step of providing the second substrate is:
A step of providing a second substrate including a target layer formed with a first phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal;
A seed layer arrangement step of arranging a seed layer formed with a second phase transition metal chalcogen compound including the second transition metal so as to face at least a portion of the target layer;
A step of providing a chalcogen material so as to face the target layer;
a step of heating the above chalcogen material; and
A step of forming a phase change layer by transferring the second phase transition metal chalcogen compound of the seed layer as a seed, and the first phase transition metal chalcogen compound of the target layer reacts with the chalcogen material, thereby causing the first phase transition metal chalcogen compound of the target layer to phase change into the second phase transition metal chalcogen compound.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 3에 있어서,
상기 대상층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계는,
예비 기판 상에 제3 전이금속을 포함하는 예비 금속층을 표면에 형성하는 단계;
상기 예비 금속층에 상기 칼코젠 물질을 제공하여 가열함에 따라 상기 제3 전이금속이 예비 칼코제나이드화되어 형성된 상기 제3 전이금속과 칼코젠 물질의 화합물층을 형성하는 단계; 및
상기 화합물층을 상기 칼코젠 물질로서 제공하는 단계를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 3,
The step of providing a chalcogen material to the above target layer is:
A step of forming a preliminary metal layer including a third transition metal on a surface of a preliminary substrate;
A step of providing the chalcogen material to the above preparatory metal layer and forming a compound layer of the third transition metal and the chalcogen material by heating the third transition metal by preparatory chalcogenidation; and
Comprising a step of providing the compound layer as the chalcogen material,
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 3에 있어서,
상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계는,
상기 칼코젠 물질을 고상 상태, 액상 상태, 기상 상태, 또는 이들의 혼합 상태로 제공하여 이루어지는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 3,
The step of providing the above chalcogen material is:
The above chalcogen material is provided in a solid state, a liquid state, a gaseous state, or a mixed state thereof.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 3에 있어서,
상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계는,
상기 칼코젠 물질과 전이금속의 공정 합금을 제공하여 이루어지는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 3,
The step of providing the above chalcogen material is:
It is made by providing a process alloy of the above chalcogen material and a transition metal.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 3에 있어서,
상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계는,
상기 칼코젠 물질이 가열되어 기상화되고,
상기 기상화된 상기 칼코젠 물질이, 불활성 가스로 구성되거나 또는 수소 함유 가스와 불활성 가스의 혼합 가스로 구성된 캐리어 가스에 의하여 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물에 제공되는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 3,
The step of heating the above chalcogen material is:
The above chalcogen material is heated and vaporized,
The above-mentioned vaporized chalcogen material is provided to the transition metal chalcogen compound of the first phase of the target layer by a carrier gas composed of an inert gas or a mixed gas of a hydrogen-containing gas and an inert gas.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 3에 있어서,
상기 상변이층을 형성하는 단계에서,
상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이는 상기 씨드층으로부터 측방향 에피택셜 성장에 의하여 이루어지는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 3,
In the step of forming the above-mentioned phase change layer,
The phase transition to the second phase transition metal chalcogenide compound is achieved by lateral epitaxial growth from the seed layer.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 3에 있어서,
상기 씨드층 배치 단계에서,
상기 씨드층은,
스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 상기 제2 전이금속을 포함하는 금속층을 제3 기판의 표면에 형성하는 단계;
상기 금속층에 칼코젠 물질을 제공하여 600℃ 내지 750℃ 미만 범위의 온도로 가열하는 단계; 및
상기 금속층이 상기 칼코젠 물질과 반응하여 칼코제나이드화되어 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계에 의하여 형성되는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 3,
In the above seed layer placement step,
The above seed layer is,
A step of forming a metal layer including the second transition metal on the surface of a third substrate using sputtering or electron beam evaporation;
A step of providing a chalcogen material to the metal layer and heating it to a temperature in the range of 600°C to less than 750°C; and
The metal layer is formed by a step of reacting with the chalcogen material to form a chalcogenide, thereby forming a transition metal chalcogen compound of the second phase.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 3에 있어서,
상기 씨드층을 제공하는 단계에서,
상기 씨드층은, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물 모결정으로부터 기계적 박리를 수행하여 형성된,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 3,
In the step of providing the seed layer,
The above seed layer is formed by performing mechanical exfoliation from a second phase transition metal chalcogen compound mother crystal.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 1에 있어서,
상기 패턴 구조체를 분리하는 단계는,
상기 제1 기판 상에 상기 패턴 구조체를 덮도록 전사 보조체를 형성하는 단계; 상기 전사 보조체 상에 접착체를 부착하는 단계; 및
상기 접착체를 이용하여 상기 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 상기 제1 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 1,
The step of separating the above pattern structure is:
A step of forming a transfer assistant to cover the pattern structure on the first substrate; A step of attaching an adhesive on the transfer assistant; and
A step of separating the transfer assistant containing the pattern structure from the first substrate using the adhesive,
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 11에 있어서,
상기 패턴 구조체를 전사하는 단계는,
상기 제2 기판의 상기 제2 층 상에 상기 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 배치하는 단계; 및
상기 제2 층 상에 상기 패턴 구조체가 잔존하도록 상기 전사 보조체를 제거하는 단계를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 11,
The step of transferring the above pattern structure is:
A step of placing the transfer assistant body containing the pattern structure on the second layer of the second substrate; and
A step of removing the transfer assistant so that the pattern structure remains on the second layer,
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 12에 있어서,
상기 전사 보조체를 배치하는 단계를 수행한 후에,
100℃ 내지 200℃ 범위의 온도로 가열하여, 상기 제2 층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 패턴 구조체의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반데르발스 결합을 이루는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 12,
After performing the step of placing the above warrior auxiliary body,
By heating to a temperature in the range of 100°C to 200°C, the transition metal chalcogen compound of the second phase of the second layer and the transition metal chalcogen compound of the first phase of the pattern structure form a van der Waals bond.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 1T 상(1T phase) 또는 1T' 상(1T' phase)으로 배열된 결정구조를 가지고,
상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H 상(2H phase)으로 배열된 결정구조를 가지는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 1,
The above first phase transition metal chalcogen compound has a crystal structure arranged in a 1T phase or a 1T' phase,
The above second phase transition metal chalcogen compound has a crystal structure arranged in a 2H phase.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 제1 전이금속 또는 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 제2 전이금속은, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 카드뮴(Cd) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 제1 칼코젠 물질 또는 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 제2 칼코젠 물질은, 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 1,
The first transition metal constituting the transition metal chalcogenide compound of the first phase or the second transition metal constituting the transition metal chalcogenide compound of the second phase includes at least one of molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and cadmium (Cd).
The first chalcogen material constituting the transition metal chalcogen compound of the first phase or the second chalcogen material constituting the transition metal chalcogen compound of the second phase contains at least one of sulfur (S), selenium (Se) and tellurium (Te).
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 패턴층은, 금, 백금, 은, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 루세늄, 이리듐, 또는 이들의 조합을 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 1,
The above metal pattern layer comprises gold, platinum, silver, palladium, copper, aluminum, tungsten, molybdenum, titanium, ruthenium, iridium, or a combination thereof.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 11에 있어서,
상기 전사 보조체는, 폴리메타아크릴레이트(PolyMethyl Methacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 아크릴(acrylic), 폴리부타디엔(Polybutadiene), 폴리벤족사졸(polybenzoxazole), 벤조사이클로뷰텐(Benzocyclo butene, BCB), 폴리페닐렌 벤조바이소이미드(polyphenylene benzobisoxazole, PBO), 에폭시 수지(Epoxy resin), 및 실리콘 수지(Silicon resin) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 11,
The above-mentioned transfer assistant comprises at least one of polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide, polyvinyl alcohol (PVA), acrylic, polybutadiene, polybenzoxazole, benzocyclo butene (BCB), polyphenylene benzobisoxazole (PBO), epoxy resin, and silicone resin.
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
청구항 4에 있어서,
상기 제3 전이금속은, 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 카드뮴(Cd) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자의 제조방법.
In claim 4,
The third transition metal comprises at least one of scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and cadmium (Cd).
A method for manufacturing a semiconductor device based on a transition metal chalcogen compound.
제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물층과 금속 패턴층이 적층되어 구성된 전극부; 및
제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물층으로 구성되고, 상기 전극부와 전기적으로 연결된 채널층을 포함하고,
상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물층과 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물층은 반데르발스 결합을 이루는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자.
An electrode part formed by laminating a first phase transition metal chalcogen compound layer and a metal pattern layer; and
A second phase transition metal chalcogenide compound layer is formed, and a channel layer electrically connected to the electrode portion is included.
The first phase transition metal chalcogen compound layer and the second phase transition metal chalcogen compound layer form van der Waals bonds.
Semiconductor devices based on transition metal chalcogenide compounds.
청구항 19에 있어서,
상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 1T' MoTe2 를 포함하고,
상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H MoTe2 를 포함하고,
상기 금속 패턴층은 금을 포함하는,
전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자.
In claim 19,
The above first phase transition metal chalcogen compound comprises 1T' MoTe 2 ,
The above second phase transition metal chalcogen compound comprises 2H MoTe 2 ,
The above metal pattern layer comprises gold,
Semiconductor devices based on transition metal chalcogenide compounds.
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