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KR102775548B1 - Transition metal chalcogen compound based semiconductor device array having work function controlled electrode layer and method of manufacturing the same - Google Patents

Transition metal chalcogen compound based semiconductor device array having work function controlled electrode layer and method of manufacturing the same Download PDF

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KR102775548B1
KR102775548B1 KR1020230184141A KR20230184141A KR102775548B1 KR 102775548 B1 KR102775548 B1 KR 102775548B1 KR 1020230184141 A KR1020230184141 A KR 1020230184141A KR 20230184141 A KR20230184141 A KR 20230184141A KR 102775548 B1 KR102775548 B1 KR 102775548B1
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KR
South Korea
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layer
transition metal
phase
chalcogen
work function
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Application number
KR1020230184141A
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Korean (ko)
Inventor
권순용
송승욱
장소라
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 동일한 채널층으로 다양한 일함수를 가지는 반도체 소자를 동시에 구현할 수 있는 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법은, 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 기판 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계; 상기 제1 채널 패턴층 상에 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 일함수를 나타내는 제1 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 상기 제1 일함수와는 다른 제2 일함수를 나타내는 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention provides a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide including a work function control electrode layer capable of simultaneously implementing semiconductor devices having various work functions with the same channel layer, and a method for manufacturing the same. A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention includes the steps of: providing a first substrate; simultaneously forming first and second channel pattern layers including a first phase transition metal chalcogenide compound on the first substrate; forming a first electrode layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and exhibiting a first work function on the first channel pattern layer; and forming a second electrode layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and exhibiting a second work function different from the first work function on the second channel pattern layer.

Description

일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이 및 그 제조방법{Transition metal chalcogen compound based semiconductor device array having work function controlled electrode layer and method of manufacturing the same}Transition metal chalcogen compound based semiconductor device array having work function controlled electrode layer and method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a semiconductor device, and more specifically, to a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer 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 transistor devices based on transition metal chalcogenide compounds. 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 transistor devices based on transition metal chalcogenide compounds.

또한, 종래에는 반도체 소자의 일함수를 변화시키기 위하여, 채널층을 이온 주입 등의 방식으로 변화시켜 구현하였으나, 공정 단순화 등의 효과를 위하여 동일한 채널층을 이용하여 다양한 일함수를 가지는 반도체 소자를 형성하는 공정 방법이 요구되고 있다.In addition, in the past, in order to change the work function of a semiconductor device, the channel layer was changed by ion implantation or other methods, but in order to simplify the process, a process method for forming semiconductor devices with various work functions using the same channel layer is required.

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

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 동일한 채널층으로 다양한 일함수를 가지는 반도체 소자를 동시에 구현할 수 있는 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이 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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer capable of simultaneously implementing semiconductor devices having various work functions with the same channel layer, and a method for manufacturing the same.

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 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법은, 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 기판 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계; 상기 제1 채널 패턴층 상에 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 일함수를 나타내는 제1 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 상기 제1 일함수와는 다른 제2 일함수를 나타내는 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide including a work function control electrode layer comprises the steps of: providing a first substrate; simultaneously forming first and second channel pattern layers including a first phase transition metal chalcogenide compound on the first substrate; forming a first electrode layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and exhibiting a first work function on the first channel pattern layer; and forming a second electrode layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and exhibiting a second work function different from the first work function on the second channel pattern layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계는, 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 제1 금속 패턴층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 제1 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 제1 패턴 구조체를 형성하는 단계; 상기 제2 기판으로부터 상기 제1 패턴 구조체를 분리하는 단계; 및 상기 제1 기판의 상기 제1 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체를 전사하여 상기 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the first electrode layer may include the steps of: providing a second substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a second phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal and having a first region and a second region; forming a first metal pattern layer on the first region of the first layer; using the first metal pattern layer as a mask layer, removing the second region of the first layer exposed by the first metal pattern layer to form a first pattern structure; separating the first pattern structure from the second substrate; and transferring the first pattern structure onto the first channel pattern layer of the first substrate to form the first electrode layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극층을 형성하는 단계는, 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제3 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 제2 금속 패턴층을 형성하는 단계; 상기 제2 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 제2 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 제2 패턴 구조체를 형성하는 단계; 상기 제3 기판으로부터 상기 제2 패턴 구조체를 분리하는 단계; 및 상기 제1 기판의 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제2 패턴 구조체를 전사하여 상기 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층은 서로 다른 일함수를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the second electrode layer includes the steps of: providing a third substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a second phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal and having a first region and a second region; forming a second metal pattern layer on the first region of the first layer; using the second metal pattern layer as a mask layer, removing the second region of the first layer exposed by the second metal pattern layer to form a second pattern structure; separating the second pattern structure from the third substrate; and transferring the second pattern structure onto the second channel pattern layer of the first substrate to form the second electrode layer, wherein the first electrode layer and the second electrode layer may have different work functions.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 패턴 구조체를 분리하는 단계는, 상기 제2 기판 상에 상기 제1 패턴 구조체를 덮도록 전사 보조체를 형성하는 단계; 상기 전사 보조체 상에 접착체를 부착하는 단계; 및 상기 접착체를 이용하여 상기 제1 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of separating the first pattern structure may include the steps of forming a transfer assistant on the second substrate to cover the first pattern structure; attaching an adhesive on the transfer assistant; and separating the transfer assistant containing the first pattern structure from the second substrate using the adhesive.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계는, 상기 제1 기판의 상기 제1 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체를 수용한 전사 보조체를 배치하는 단계; 및 상기 제1 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체가 잔존하도록 상기 전사 보조체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the first electrode layer may include the step of placing a transfer assistant receiving the first pattern structure on the first channel pattern layer of the first substrate; and the step of removing the transfer assistant so that the first pattern structure remains on the first channel pattern layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전사 보조체를 배치하는 단계를 수행한 후에, 100℃ 내지 200℃ 범위의 온도로 가열하여, 상기 제1 채널 패턴층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 제1 패턴 구조체의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반데르발스 결합을 이룰 수 있다.In one embodiment of the present invention, after performing the step of disposing the transfer assistant, by heating to a temperature in the range of 100° C. to 200° C., the first phase transition metal chalcogen compound of the first channel pattern layer and the second phase transition metal chalcogen compound of the first pattern structure can form a van der Waals bond.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 제1 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 형성하는 단계; 상기 제1 전이금속을 포함하는 제1 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; 상기 씨드층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 채널층을 형성하는 단계; 및 상기 채널층을 패터닝하여 상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers may include the steps of: forming a target layer on the first substrate, in which a second phase transition metal chalcogen compound including a first transition metal is formed; providing a seed layer on which a first phase transition metal chalcogen compound including the first transition metal is formed; 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; when the first phase transition metal chalcogen compound of the seed layer is transferred as a seed, the second phase transition metal chalcogen compound of the target layer reacts with the chalcogen material, thereby causing the second phase transition metal chalcogen compound of the target layer to undergo a phase change to a first phase transition metal chalcogen compound to form a channel layer; and patterning the channel layer to form the first channel pattern layer and the second channel pattern layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 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 the chalcogen material 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 on 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 채널층을 형성하는 단계에서, 상기 제1 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 channel layer, the phase transition to the first 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 제1 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.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 first 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 layer of the second phase.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 씨드층을 제공하는 단계에서, 상기 씨드층은, 제1 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 first phase transition metal chalcogenide compound mother crystal.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 제1 전이금속을 포함하는 금속층을 형성하는 단계; 상기 금속층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계; 상기 칼코젠 물질을 제1 온도로 가열하여, 상기 제1 전이금속과 상기 칼코젠 물질이 반응하여 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계; 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 칼코젠 물질을 상기 제1 온도에 비하여 높은 제2 온도로 가열하여, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로부터 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하여 채널층을 형성하는 단계; 및 상기 채널층을 패터닝하여 상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers may include: forming a metal layer including a first transition metal on the first substrate; providing a chalcogen material to the metal layer; heating the chalcogen material to a first temperature so that the first transition metal and the chalcogen material react to form a transition metal chalcogen compound of the second phase; heating the transition metal chalcogen compound of the second phase and the chalcogen material to a second temperature higher than the first temperature so as to form a first phase transition metal chalcogen compound from the second phase transition metal chalcogen compound to form a channel layer; and patterning the channel layer to form the first channel pattern layer and the second channel pattern layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 온도는, 400℃ 내지 600℃ 미만 범위이고, 상기 제2 온도는, 600℃ 내지 750℃ 미만 범위일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first temperature may be in a range of 400°C to less than 600°C, and the second temperature may be in a range of 600°C to less than 750°C.

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

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 제1 전이금속 또는 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 구성하는 상기 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 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 transition metal constituting the transition metal chalcogen compound of the first phase or the second transition metal constituting the transition metal chalcogen 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), and 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 at least one of sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te).

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이는, 상술한 제조방법에 의하여 제조된 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이로서, 제1 기판 상에 제1 소자 영역에 배열된 하나 또는 그 이상의 제1 반도체 소자; 및 제1 기판 상에 제2 소자 영역에 배열된 하나 또는 그 이상의 제2 반도체 소자를 포함하고, 상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널층을 가지고, 상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 구성된 하부층과 상기 하부층 상에 배치된 상부층으로 구성된 전극층을 가지고, 상기 채널층과 상기 하부층은 반데르발스 결합을 이루고, 상기 상부층이 서로 다른 금속을 포함함에 따라, 상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는 서로 다른 일함수를 가질 수 있다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide including a work function control electrode layer is provided, which is a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide manufactured by the above-described manufacturing method, comprising: one or more first semiconductor devices arranged in a first device region on a first substrate; and one or more second semiconductor devices arranged in a second device region on the first substrate, wherein the first semiconductor device and the second semiconductor device have a channel layer including a transition metal chalcogenide of a first phase, and the first semiconductor device and the second semiconductor device have an electrode layer including a lower layer composed of a transition metal chalcogenide of a second phase and an upper layer disposed on the lower layer, wherein the channel layer and the lower layer form a van der Waals bond, and since the upper layer includes different metals, the first semiconductor device and the second semiconductor device can have different work functions.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널 패턴층을 형성하는 단계; 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 하부층과 금속을 포함하는 상부층으로 구성된 패턴 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 채널 패턴층 상에 상기 패턴 구조체를 전사하여 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 상부층을 구성하는 금속은 목표 일함수를 가지도록 선택될 수 있다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above technical task, a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide including a work function controlling electrode layer comprises the steps of: providing a substrate; forming a channel pattern layer including a first phase transition metal chalcogenide compound on the substrate; forming a pattern structure including a lower layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and an upper layer including a metal; and forming an electrode layer by transferring the pattern structure onto the channel pattern layer, wherein the metal forming the upper layer can be selected to have a target work function.

본 발명의 기술적 사상에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에 의하면, 반도체성 2H 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널층을 동일하게 이용하여 전극 구조를 변경함에 의하여 다양한 일함수를 가지는 반도체 소자를 동시에 구현할 수 있다.According to a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to the technical idea of the present invention, semiconductor devices having various work functions can be implemented simultaneously by changing the electrode structure while using the same channel layer including a transition metal chalcogenide compound of a semiconducting 2H phase.

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 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이를 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계를 예시적으로 나타내는 모식도들이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에 의하여 형성된 채널층을 나타내는 광학현미경 사진들이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에 의하여 형성된 씨드층과 상변이층의 주사투과전자현미경 사진들이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법을 이용하여 형성한 1T' MoTe2 상 및 2H MoTe2 상의 밴드 구조를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법으로 형성한 P형 반도체 소자의 광학현미경 사진들이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 미세조직을 나타내는 주사투과전자현미경 사진들이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서 적용되는 전이금속 칼코젠 화합물의 밴드 구조를 나타낸다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 전기적 특성을 나타내는 그래프들이다.
FIG. 1 is a plan view illustrating a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow chart showing a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogen compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flow chart showing a step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flow chart showing a step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a step of forming the first electrode layer in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogen compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram exemplarily showing a step of forming the first electrode layer in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogen compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an optical microscope photograph showing a channel layer formed by a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an optical microscope photograph of a P-type semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a scanning transmission electron microscope photograph showing the microstructure of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 shows the band structure of a transition metal chalcogenide compound applied in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 14 to 18 are graphs showing electrical characteristics of a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer 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.

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 칼코젠 화합물(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 bit-power 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 에너지 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 트랜지스터의 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 three-dimensional metallization process due to the small electronegativity difference between Mo and Te, which further weakens the bonding. These defects cause the Fermi energy 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 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 3D metal contact electrodes such as Pd and Pt. Alternatively, the vdW integration of 1T'-phase MoTe 2 as a 2D polymorphic metal electrode can provide a very sharp and pristine interface in vertical 2D/2D metal-semiconductor junctions (MSJs). However, although 3D contact pads are required for all 2D devices, there has been no systematic study on the effect of 3D metallization on the 2D metal, which is located opposite to the 2D semiconductor in the 2D/2D MSJs. The use of two-dimensional metals as electronic components in all-two-dimensional circuits is of great importance as they are increasingly emerging. For example, graphene, VSe 2 , NbSe 2 , etc. are the relevant two-dimensional (semi)metal materials and can be used as contact electrodes in WSe 2 transistors. However, the work function of two-dimensional semimetals tuned to three-dimensional metals is often overlooked. In addition, most van der Waals-integrated two-dimensional metals have been fabricated using irregular flakes either mechanically exfoliated 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 .

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.

먼저, 명세서 전체에 걸쳐 기재된, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물 및 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 상세하게 설명하기로 한다.First, the first phase transition metal chalcogenide compound and the second phase transition metal chalcogenide compound described throughout the specification will be described in detail.

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 제2전이금속은, 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 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H 상(2H phase)으로 배열된 결정구조를 가질 수 있다. 상기 2H 상의 결정 구조는 열역학적으로 안정한 구조로서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반도체 특성을 강하게 나타내고, 상기 1T 상 또는 상기 1T'상에 비하여 상대적으로 밴드갭 에너지가 높을 수 있다. The transition metal chalcogenide 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 chalcogenide compound of the first phase may include a transition metal chalcogenide compound having a ratio of a chalcogen element to a transition metal element of 5:1 to 1:5. The transition metal chalcogenide compound of the first 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 first phase may strongly exhibit semiconductor properties and may have a relatively high band gap energy compared to the 1T phase or the 1T' phase.

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 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 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 금속성의 특성을 강하게 나타낸다. 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반금속성(semi metal) 특성을 가질 수 있다.The transition metal chalcogen 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 chalcogen compound of the second 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 second phase strongly exhibits metallic characteristics. The above second phase transition metal chalcogen compound may have semi-metal properties.

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

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이를 도시하는 평면도이다.FIG. 1 is a plan view illustrating a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이(1000)는, 제1 기판(10) 상에 제1 소자 영역(11)에 배열된 하나 또는 그 이상의 제1 반도체 소자(1) 및 제2 소자 영역(12)에 배열된 하나 또는 그 이상의 제2 반도체 소자(2)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a semiconductor device array (1000) based on a transition metal chalcogenide compound may include one or more first semiconductor devices (1) arranged in a first device region (11) on a first substrate (10) and one or more second semiconductor devices (2) arranged in a second device region (12).

제1 반도체 소자(1)는 제1 일함수(work function)를 가질 수 있다. 제2 반도체 소자(2)는 상기 제1 일함수와 다른 제2 일함수를 가질 수 있다. The first semiconductor element (1) may have a first work function. The second semiconductor element (2) may have a second work function different from the first work function.

반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)는 P형 반도체 소자일 수 있다. 또는 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)는 N형 반도체 소자일 수 있다. 또는, 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2) 중 어느 하나가 P형 반도체 소자이고, 다른 하나는 N형 반도체 소자일 수 있다.The semiconductor element (1) and the second semiconductor element (2) may be P-type semiconductor elements. Alternatively, the semiconductor element (1) and the second semiconductor element (2) may be N-type semiconductor elements. Alternatively, one of the semiconductor element (1) and the second semiconductor element (2) may be a P-type semiconductor element, and the other may be an N-type semiconductor element.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 반도체 소자의 일함수와 극성의 변화는 채널층이 아닌 전극층을 구성하는 물질에 의하여 이루어질 수 잇다.According to the technical idea of the present invention, the work function and polarity of a semiconductor device can be changed by a material constituting an electrode layer rather than a channel layer.

제1 소자 영역(11)과 제2 소자 영역(12)은 간명한 설명을 위하여 개략적으로 직사각형 형상을 도시된 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고, 일함수가 다른 반도체 소자가 각각 형성되는 영역으로서 구분한 것으로서 다양한 형상 및 갯수로 구획될 수 있다.The first element region (11) and the second element region (12) are schematically illustrated as rectangular shapes for concise explanation, but the technical idea of the present invention is not limited thereto, and may be divided into various shapes and numbers as regions where semiconductor elements having different work functions are respectively formed.

제1 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널층을 가질 수 있다.The first semiconductor element (1) and the second semiconductor element (2) may have a channel layer including a first phase transition metal chalcogen compound.

제1 반도체 소자(1)는, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 채널 패턴층; 및 상기 제1 채널 패턴층 상에 배치되고 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 하부층과 제1 금속을 포함하는 제1 상부층으로 구성된 제1 전극층을 포함할 수 있다. 상기 제1 채널 패턴층과 상기 제1 하부층은 반데르발스 결합을 이룰 수 있다.A first semiconductor element (1) may include a first channel pattern layer including a first phase transition metal chalcogenide compound; and a first electrode layer formed on the first channel pattern layer and including a first lower layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and a first upper layer including a first metal. The first channel pattern layer and the first lower layer may form a van der Waals bond.

제2 반도체 소자(2)는, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 채널 패턴층; 및 상기 제2 채널 패턴층 상에 배치되고 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 하부층과 제2 금속을 포함하는 제2 상부층으로 구성된 제2 전극층을 포함할 수 있다. 상기 제2 채널 패턴층과 상기 제2 하부층은 반데르발스 결합을 이룰 수 있다.The second semiconductor element (2) may include a second channel pattern layer including a first phase transition metal chalcogenide compound; and a second electrode layer disposed on the second channel pattern layer and composed of a second lower layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and a second upper layer including a second metal. The second channel pattern layer and the second lower layer may form a van der Waals bond.

본 발명의 기술적 사상에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이는, 제1 기판 상에 제1 소자 영역에 배열된 하나 또는 그 이상의 제1 반도체 소자; 및 제1 기판 상에 제2 소자 영역에 배열된 하나 또는 그 이상의 제2 반도체 소자를 포함하고, 상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널층을 가지고, 상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 구성된 하부층과 상기 하부층 상에 배치된 상부층으로 구성된 전극층을 가지고, 상기 채널층과 상기 하부층은 반데르발스 결합을 이루고, 상기 상부층이 서로 다른 금속을 포함함에 따라, 상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는 서로 다른 일함수를 가질 수 있다.According to the technical idea of the present invention, a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide including a work function controlling electrode layer comprises: one or more first semiconductor devices arranged in a first device region on a first substrate; and one or more second semiconductor devices arranged in a second device region on the first substrate, wherein the first semiconductor device and the second semiconductor device have a channel layer including a transition metal chalcogenide of a first phase, and the first semiconductor device and the second semiconductor device have an electrode layer including a lower layer composed of a transition metal chalcogenide of a second phase and an upper layer disposed on the lower layer, wherein the channel layer and the lower layer form van der Waals bonds, and since the upper layer includes different metals, the first semiconductor device and the second semiconductor device can have different work functions.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 2 is a flow chart showing a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogen compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법(S1)은, 제1 기판을 제공하는 단계(S10); 상기 제1 기판 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 각각 포함하는 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계(S20); 상기 제1 채널 패턴층 상에 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 일함수를 나타내는 제1 전극층을 형성하는 단계(S30); 및 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 상기 제1 일함수와는 다른 제2 일함수를 나타내는 제2 전극층을 형성하는 단계(S40)를 포함한다,Referring to FIGS. 2 and 3, a method (S1) for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer includes the steps of: providing a first substrate (S10); simultaneously forming first and second channel pattern layers, each of which includes a first phase transition metal chalcogenide compound, on the first substrate (S20); forming a first electrode layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and exhibiting a first work function on the first channel pattern layer (S30); and forming a second electrode layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and exhibiting a second work function different from the first work function on the second channel pattern layer (S40).

또한, 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법(S1)은, 상기 제1 채널 패턴층 및 상기 제2 채널 패턴층 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계(S50); 및 상기 게이트 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.In addition, the method (S1) for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer may further include a step (S50) of forming a gate insulating layer on the first channel pattern layer and the second channel pattern layer; and a step (S60) of forming a gate electrode on the gate insulating layer.

상기 제1 기판을 제공하는 단계(S10)는, 제1 기판(10)을 제공하여 이루어질 수 있다.The step (S10) of providing the first substrate can be performed by providing the first substrate (10).

제1 기판(10)은 제1 반도체 소자(1)가 형성되는 제1 소자 영역(11)과 제2 반도체 소자(2)가 형성되는 제2 소자 영역(12)을 포함할 수 있다. The first substrate (10) may include a first element region (11) in which a first semiconductor element (1) is formed and a second element region (12) in which a second semiconductor element (2) is formed.

제1 기판(10)은 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, 제1 기판(10)은 실리콘 상에 실리콘 산화물층이 형성된 SiO2/Si의 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 기판(10)은 육각형 질화붕소(h-BN) 또는 운모(mica)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 제1 기판(10)은 층상형 기판으로 구성될 수 있다. 또한, 하기에 사용되는 기판은 상기 제1 기판과 동일한 구성요소를 가질 수 있다.The first substrate (10) 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 transition metal chalcogenide compound formed 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 (10) may have a structure of SiO 2 /Si in which a silicon oxide layer is formed on silicon. In addition, the first substrate (10) may be configured by including hexagonal boron nitride (h-BN) or mica. In addition, the first substrate (10) may be configured as a layered substrate. In addition, the substrate used below may have the same components as the first substrate.

상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계(S20)는, 제1 기판(10) 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 각각 포함하는 제1 및 제2 채널 패턴층(21, 22)을 동시에 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S20) of simultaneously forming the first and second channel pattern layers can be accomplished by simultaneously forming the first and second channel pattern layers (21, 22), each of which includes a first phase transition metal chalcogen compound, on the first substrate (10).

제1 채널 패턴층(21)은 제1 기판(10)의 제1 소자 영역(11)에 대하여 형성될 수 있다. 제2 채널 패턴층(22)은 제1 기판(10)의 제2 소자 영역(12)에 대하여 형성될 수 있다. 제1 및 제2 채널 패턴층(21, 22)은 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 각각 포함할 수 있다.The first channel pattern layer (21) may be formed on the first element region (11) of the first substrate (10). The second channel pattern layer (22) may be formed on the second element region (12) of the first substrate (10). The first and second channel pattern layers (21, 22) may each include a transition metal chalcogen compound of the first phase.

제1 및 제2 채널 패턴층(21, 22)은, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 반도체층을 형성한 후에, 상기 반도체층을 패터닝하여 형성될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 채널 패턴층(21, 22)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 동일한 공정에서 동시에 형성될 수 있다. The first and second channel pattern layers (21, 22) can be formed by patterning a semiconductor layer after forming a semiconductor layer including a transition metal chalcogen compound of the first phase. Accordingly, the first and second channel pattern layers (21, 22) can include the same material and can be formed simultaneously in the same process.

상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계(S20)에 대하여는 하기에 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.The step (S20) of simultaneously forming the first and second channel pattern layers will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 below.

상기 제1 전극층을 형성하는 단계(S30)는, 제1 채널 패턴층(21) 상에 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 일함수를 나타내는 제1 전극층(30)을 형성하여 이루어질 수 있다. The step (S30) of forming the first electrode layer can be performed by forming a first electrode layer (30) including a second phase transition metal chalcogen compound and exhibiting a first work function on the first channel pattern layer (21).

제1 전극층(30)은 제1 기판(10)의 제1 소자 영역(11)에 대하여 형성될 수 있다. 제1 전극층(30)은 제1 채널 패턴층(21)의 일부 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극층(30)은 제1 반도체 소자(1)의 소스/드레인 전극으로 기능할 수 있다.The first electrode layer (30) can be formed on the first element region (11) of the first substrate (10). The first electrode layer (30) can be electrically connected to a portion of the first channel pattern layer (21). The first electrode layer (30) can function as a source/drain electrode of the first semiconductor element (1).

제1 전극층(30)은 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 하부층(32)과 금속을 포함하는 제2 상부층(34)을 포함할 수 있다. 제1 하부층(32)과 제1 상부층(34)은 물리적으로 접촉하여 연결되거나 또는 전기적으로 연결될 수 있다.The first electrode layer (30) may include a first lower layer (32) including a first phase transition metal chalcogen compound and a second upper layer (34) including a metal. The first lower layer (32) and the first upper layer (34) may be physically connected by contact or electrically connected.

제1 하부층(32)은 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함할 수 있다.The first lower layer (32) may include a transition metal chalcogen compound of the second phase.

제1 상부층(34)은 금속을 포함할 수 있고, 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 first upper layer (34) may include a metal, 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 제2 전극층을 형성하는 단계(S40)는, 제2 채널 패턴층(22) 상에 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 상기 제1 일함수와는 다른 제2 일함수를 나타내는 제2 전극층(40)을 형성하여 이루어질 수 있다. The step (S40) of forming the second electrode layer can be performed by forming a second electrode layer (40) that includes a second phase transition metal chalcogen compound on the second channel pattern layer (22) and exhibits a second work function different from the first work function.

제2 전극층(40)은 제1 기판(10)의 제2 소자 영역(12)에 대하여 형성될 수 있다. 제2 전극층(40)은 제2 채널 패턴층(22)의 일부 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극층(40)은 제2 반도체 소자(2)의 소스/드레인 전극으로 기능할 수 있다.The second electrode layer (40) can be formed on the second element region (12) of the first substrate (10). The second electrode layer (40) can be electrically connected to a portion of the second channel pattern layer (22). The second electrode layer (40) can function as a source/drain electrode of the second semiconductor element (2).

제2 전극층(40)은 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제2 하부층(42)과 금속을 포함하는 제2 상부층(44)을 포함할 수 있다. 제2 하부층(42)과 제2 상부층(44)은 물리적으로 접촉하여 연결되거나 또는 전기적으로 연결될 수 있다.The second electrode layer (40) may include a second lower layer (42) including a second phase transition metal chalcogen compound and a second upper layer (44) including a metal. The second lower layer (42) and the second upper layer (44) may be physically connected by contact or electrically connected.

제2 하부층(42)은 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함할 수 있다.The second lower layer (42) may include a transition metal chalcogen compound of the second phase.

제2 상부층(44)은 금속을 포함할 수 있고, 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 second upper layer (44) may include a metal, 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.

제1 상부층(34)을 구성하는 금속과 제2 상부층(44)을 구성하는 금속은 서로 다를 수 있고, 이에 따라 제1 반도체 소자(1)와 제2 반도체 소자(2)는 다른 일함수를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 상부층(34)은 금을 포함하고, 제2 상부층(44)은 백금 또는 은을 포함할 수 있다.The metal constituting the first upper layer (34) and the metal constituting the second upper layer (44) may be different from each other, and accordingly, the first semiconductor element (1) and the second semiconductor element (2) may have different work functions. For example, the first upper layer (34) may include gold, and the second upper layer (44) may include platinum or silver.

또한, 제2 전극층(40)은 제2 하부층(42)을 포함하지 않고, 금속으로 구성된 제2 상부층(44) 만을 포함할 수 있다. 이러한 경우에는, 제2 전극층(40)은 제2 채널 패턴층(22) 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법 등을 이용하여 금속층을 형성한 후 상기 금속층을 패터닝하여 형성될 수 있다. 상기 금속층의 패터닝은 포토레지스트를 사용한 포토리소그래피법, 리프트 오프법 등을 이용하여 구현될 수 있다. In addition, the second electrode layer (40) may not include a second lower layer (42), but may include only a second upper layer (44) made of metal. In this case, the second electrode layer (40) may be formed by forming a metal layer on the second channel pattern layer (22) using sputtering or electron beam evaporation, and then patterning the metal layer. The patterning of the metal layer may be implemented using a photolithography method using photoresist, a lift-off method, or the like.

제1 전극층(30) 및 제2 전극층(40)의 형성에 대하여는 하기에 도 6 및 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.The formation of the first electrode layer (30) and the second electrode layer (40) will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7 below.

상기 게이트 절연층을 형성하는 단계(S50)는, 제1 채널 패턴층(21) 및 제2 채널 패턴층(22) 상에 게이트 절연층(50)을 형성하여 이루어질 수 있다. The step (S50) of forming the gate insulating layer can be performed by forming a gate insulating layer (50) on the first channel pattern layer (21) and the second channel pattern layer (22).

게이트 절연층(50)은 제1 채널 패턴층(21) 및 제2 채널 패턴층(22)을 덮도록 형성될 수 있고, 또한 제1 전극층(30), 제2 전극층(40), 또는 이들 모두를 덮도록 연장될 수 있다. 게이트 절연층(50)은 스퍼터링 또는 전자빔 증발법 등의 다양한 증착 방법과 포토리소그래피법, 리프트 오프법 등 다양한 패터닝 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 게이트 절연층(50)은, 절연물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 하프늄 산화물(HfO2), 란타늄 산화물(La2O3) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The gate insulating layer (50) may be formed to cover the first channel pattern layer (21) and the second channel pattern layer (22), and may also extend to cover the first electrode layer (30), the second electrode layer (40), or both. The gate insulating layer (50) may be formed using various deposition methods such as sputtering or electron beam evaporation, and various patterning methods such as photolithography and lift-off. The gate insulating layer (50) may include an insulating material, and may include, for example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), or a combination thereof.

상기 게이트 전극을 형성하는 단계(S60)는, 게이트 절연층(50) 상에 게이트 전극(60)을 형성하여 이루어질 수 있다. The step (S60) of forming the above gate electrode can be performed by forming a gate electrode (60) on a gate insulating layer (50).

게이트 전극(60)은, 게이트 절연층(50)을 사이에 두고, 제1 채널 패턴층(21) 및 제2 채널 패턴층(22) 상에 각각 위치할 수 있다. 게이트 전극(60)은 스퍼터링 또는 전자빔 증발법 등의 다양한 증착 방법과 포토리소그래피법, 리프트 오프법 등 다양한 패터닝 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 게이트 전극(60)은 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 금, 백금, 은, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 루세늄, 이리듐, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The gate electrode (60) may be positioned on the first channel pattern layer (21) and the second channel pattern layer (22), with the gate insulating layer (50) interposed therebetween. The gate electrode (60) may be formed using various deposition methods, such as sputtering or electron beam evaporation, and various patterning methods, such as photolithography and lift-off. The gate electrode (60) may include a metal, and may include, for example, gold, platinum, silver, palladium, copper, aluminum, tungsten, molybdenum, titanium, ruthenium, iridium, or a combination thereof.

이에 따라, 제1 소자 영역(11)에 제1 반도체 소자(1)가 완성될 수 있고, 제2 소자 영역(12)에 제2 반도체 소자(2)가 완성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 반도체 소자(1)와 제2 반도체 소자(2)는 동일한 채널층을 가지지만, 전극층을 구성하는 물질이 상이함에 따라 다른 일함수를 가질 수 있다. 제1 반도체 소자(1)의 제1 일함수가 제2 반도체 소자(2)의 제2 일함수에 비하여 크거나 또는 작을 수 있다. Accordingly, a first semiconductor element (1) can be completed in a first element region (11), and a second semiconductor element (2) can be completed in a second element region (12). As described above, the first semiconductor element (1) and the second semiconductor element (2) have the same channel layer, but may have different work functions because the materials constituting the electrode layers are different. The first work function of the first semiconductor element (1) may be larger or smaller than the second work function of the second semiconductor element (2).

이하에서는, 제1 및 제2 채널 패턴층(21, 22)의 형성하는 단계(S20)에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Below, the step (S20) of forming the first and second channel pattern layers (21, 22) will be described in detail.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.FIG. 4 is a flow chart showing a step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계(S20)는, 상기 제1 기판 상에 제1 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 형성하는 단계(S210); 상기 제1 전이금속을 포함하는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 씨드층을 제공하는 단계(S220); 상기 대상층의 적어도 일부 영역 상에 상기 씨드층을 배치하는 단계(S230); 상기 대상층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S240); 상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S250); 상기 씨드층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 채널층을 형성하는 단계(S260); 및 상기 채널층을 패터닝하여 상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계(S270)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers (S20) includes: a step of forming a target layer on which a second phase transition metal chalcogenide compound including a first transition metal is formed on the first substrate (S210); a step of providing a seed layer on which a first phase transition metal chalcogenide compound including the first transition metal is formed (S220); a step of disposing the seed layer on at least a portion of the target layer (S230); a step of providing a chalcogen material to the target layer (S240); a step of heating the chalcogen material (S250); a step of simultaneously forming a channel layer by phase-changing the second phase transition metal chalcogenide compound of the target layer into a first phase transition metal chalcogenide compound as the first phase transition metal chalcogenide compound of the seed layer is transferred as a seed and the second phase transition metal chalcogenide compound of the target layer reacts with the chalcogenide material (S260); And it may include a step (S270) of patterning the channel layer to form the first channel pattern layer and the second channel pattern layer.

상기 대상층을 형성하는 단계(S210)는, 상기 제1 기판 상에 제1 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 형성하여 이루어질 수 있다. 상기 대상층은 하기에 설명하는 상기 단계(S310) 내지 상기 단계(S310)를 이용하여 형성될 수 있다.The step (S210) of forming the target layer may be performed by forming a target layer on which a second phase transition metal chalcogen compound including a first transition metal is formed on the first substrate. The target layer may be formed using the steps (S310) to (S310) described below.

상기 씨드층을 제공하는 단계(S220)는, 상기 제1 전이금속을 포함하는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 씨드층을 제공하여 이루어질 수 있다.The step (S220) of providing the seed layer can be performed by providing a seed layer on which a first phase transition metal chalcogen compound including the first transition metal is formed.

상기 씨드층을 배치하는 단계(S230)는, 상기 대상층의 적어도 일부 영역 상에 상기 씨드층을 배치하여 이루어질 수 있다.The step of placing the seed layer (S230) 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 chalcogenide compound of the first phase and a portion of the transition metal chalcogenide compound of the second phase.

상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S240)는, 상기 대상층에 칼코젠 물질을 제공하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S240)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 (S240) of providing the chalcogen material may be performed by providing the chalcogen material to the target layer. For example, the step (S240) 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 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) 합금으로 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 대상층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S240)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 (S240) 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. However, this This is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 예비 기판은 상술한 제1 기판과 동일한 구성을 가질 수 있다.The above-described spare substrate may have the same configuration as the first substrate described above.

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 가열하는 단계(S250)는, 상기 칼코젠 물질을 가열하여 이루어질 수 있다.The step of heating the chalcogen material (S250) can be performed by heating the chalcogen material.

상기 칼코젠 물질을 가열하는 단계(S250)는, 상기 칼코젠 물질이 기상화되어 상기 대상층의 상기 제2 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 (S250) of heating the chalcogen material may further include a step of providing the chalcogen material to the second phase transition metal chalcogen compound of the target layer by vaporizing the chalcogen material. 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 기상화된 칼코젠 물질은, 캐리어 가스에 의하여 상기 대상층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물에 제공될 수 있다, 상기 캐리어 가스는 상기 기상화된 칼코젠 물질을 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물에 균일하게 전달되는 기능을 수행할 수 있다. The above-described vaporized chalcogen material can be provided to the transition metal chalcogen compound of the first phase of the target layer by a carrier gas, and the carrier gas can perform a function of uniformly transferring the vaporized chalcogen material to the transition metal chalcogen compound of the first phase.

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 in a flow rate ranging from, for example, 50 sccm to 2,000 sccm, and the inert gas may be provided in 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 채널층을 형성하는 단계(S260)는, 상기 씨드층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 채널층을 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S260) of forming the channel layer may be performed by, when the transition metal chalcogen compound of the first phase of the seed layer is transferred as a seed, the transition metal chalcogen compound of the second phase of the target layer reacts with the chalcogen material, thereby causing the transition metal chalcogen compound of the second phase of the target layer to undergo a phase change into the transition metal chalcogen compound of the first phase, thereby forming a channel layer.

또한, 상기 화합물층은 가열됨에 따라, 상기 화합물층으로부터 상기 칼코젠 물질이 기상화될 수 있고, 상기 기상화된 칼코젠 물질을 제공하여 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상변이되어 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성할 수 있다.In addition, as the compound layer is heated, the chalcogen material can be vaporized from the compound layer, and the vaporized chalcogen material can be provided so that the second phase transition metal chalcogen compound undergoes a phase change to form the first phase transition metal chalcogen compound.

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 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 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 second phase, and a chalcogen deficiency phenomenon can be prevented during the reaction. This method may be referred to as a vertical tellurization process.

상기 채널층을 형성하는 단계(260)에서, 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이는 상기 씨드층으로부터 측방향 에피택셜 성장에 의하여 이루어질 수 있다.In the step (260) of forming the channel layer, the phase transition to the first phase transition metal chalcogen compound can be achieved by lateral epitaxial growth from the seed layer.

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

상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계(S270)는, 상기 채널층을 패터닝하여 이루어질 수 있다. 상기 패터닝은 포토레지스트를 사용한 포토리소그래피법, 리프트 오프법 등을 이용하여 구현될 수 있다.The step (S270) of forming the first channel pattern layer and the second channel pattern layer can be performed by patterning the channel layer. The patterning can be implemented using a photolithography method using photoresist, a lift-off method, or the like.

상기 씨드층은, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물 모결정으로부터 기계적 박리를 수행하여 형성될 수 있다. The above seed layer can be formed by performing mechanical exfoliation from a first 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 제1 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 제1 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 first 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 first 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.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.FIG. 5 is a flow chart showing a step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계(S20A)는, 상기 제1 기판 상에 제1 전이금속을 포함하는 금속층을 형성하는 단계(S310); 상기 금속층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S320); 상기 칼코젠 물질을 제1 온도로 가열하여, 상기 제1 전이금속과 상기 칼코젠 물질이 반응하여 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계(S330); 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 칼코젠 물질을 상기 제1 온도에 비하여 높은 제2 온도로 가열하여, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로부터 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하여 채널층을 형성하는 단계(S340); 및 상기 채널층을 패터닝하여 상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계(S350)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers (S20A) may include the steps of: forming a metal layer including a first transition metal on the first substrate (S310); providing a chalcogen material to the metal layer (S320); heating the chalcogen material to a first temperature so that the first transition metal and the chalcogen material react to form a transition metal chalcogen compound of the second phase (S330); heating the transition metal chalcogen compound of the second phase and the chalcogen material to a second temperature higher than the first temperature so as to form a first phase transition metal chalcogen compound from the second phase transition metal chalcogen compound to form a channel layer (S340); and patterning the channel layer to form the first channel pattern layer and the second channel pattern layer (S350).

상기 금속층을 형성하는 단계(S310)는, 상기 제1 기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 제1 전이금속을 포함하는 금속층을 표면에 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S310) of forming the metal layer can be performed by forming a metal layer including a first transition metal on the surface of the first substrate using sputtering or electron beam evaporation.

상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S320)는, 상기 금속층에 상기 칼코젠 물질을 제공하여 이루어질 수 있다. 상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계(S240)와 동일한 방식으로 수행될 수 있다. The step (S320) of providing the chalcogen material can be performed by providing the chalcogen material to the metal layer. It can be performed in the same manner as the step (S240) of providing the chalcogen material.

상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계(S330)는, 상기 칼코젠 물질을 제1 온도로 가열하여, 상기 제1 전이금속과 상기 칼코젠 물질이 반응하여 이루어질 수 있다.The step (S330) of forming the second phase transition metal chalcogen compound can be performed by heating the chalcogen material to a first temperature so that the first transition metal and the chalcogen material react.

상기 채널층을 형성하는 단계(S340)는, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 칼코젠 물질을 상기 제1 온도에 비하여 높은 제2 온도로 가열하여, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로부터 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S340) of forming the channel layer may be performed by heating the second phase transition metal chalcogen compound and the chalcogen material to a second temperature higher than the first temperature, thereby forming the first phase transition metal chalcogen compound from the second phase transition metal chalcogen compound.

상기 제1 온도 및 상기 제2 온도로의 가열은 상기 반응기에 배치된 가열부에 의하여 이루어질 수 있다.Heating to the first temperature and the second temperature can be accomplished by a heating unit disposed in the reactor.

상기 제1 온도는, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성되는 온도로서, 예를 들어 400℃ 내지 600℃ 미만 범위일 수 있다. 상기 제1 온도로 유지하는 시간은, 예를 들어 1분 내지 60분 범위일 수 있다.The first temperature is a temperature at which the second phase transition metal chalcogen compound is formed, and may be, for example, in a range of 400° C. to less than 600° C. The time for maintaining the first temperature may be, for example, in a range of 1 minute to 60 minutes.

상기 제2 온도는, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상변이되어 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 온도로서, 예를 들어 600℃ 내지 750℃ 미만 범위일 수 있다. 상기 제2 온도로 유지하는 시간은, 예를 들어 1분 내지 4 시간 범위일 수 있다.The second temperature is a temperature at which the second phase transition metal chalcogenide compound undergoes a phase transformation to form the first phase transition metal chalcogenide compound, and may be, for example, in a range of less than 600° C. to 750° C. The time for maintaining the second temperature may be, for example, in a range of 1 minute to 4 hours.

상술한 바와 같이 칼코젠 물질이 기상화될 수 있고, 캐리어 가스에 의하여 제공될 수 있다.As described above, the chalcogen material can be vaporized and provided by a carrier gas.

상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계(S350)는, 상기 채널층을 패터닝하여 이루어질 수 있다. 상기 패터닝은 포토레지스트를 사용한 포토리소그래피법, 리프트 오프법 등을 이용하여 구현될 수 있다.The step (S350) of forming the first channel pattern layer and the second channel pattern layer can be performed by patterning the channel layer. The patterning can be implemented using a photolithography method using photoresist, a lift-off method, or the like.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart showing a step of forming the first electrode layer in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogen compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계(S30)는, 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하는 단계(S410); 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 제1 금속 패턴층을 형성하는 단계(S420); 상기 제1 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 제1 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 제1 패턴 구조체를 형성하는 단계(S430); 상기 제2 기판으로부터 상기 제1 패턴 구조체를 분리하는 단계(S440); 및 상기 제1 기판의 상기 제1 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체를 전사하여 상기 제1 전극층을 형성하는 단계(S450)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the step of forming the first electrode layer (S30) includes the step of providing a second substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a second phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal and having a first region and a second region; the step of forming a first metal pattern layer on the first region of the first layer (S420); the step of forming a first pattern structure by removing the second region of the first layer exposed by the first metal pattern layer using the first metal pattern layer as a mask layer (S430); the step of separating the first pattern structure from the second substrate (S440); and the step of transferring the first pattern structure onto the first channel pattern layer of the first substrate to form the first electrode layer (S450).

상기 제2 기판을 제공하는 단계(S410)는, 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하여 이루어질 수 있다. The step (S410) of providing the second substrate may be performed by providing a second substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a second phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal and having a first region and a second region.

상기 제2 기판은, 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 제2 기판은 실리콘 상에 실리콘 산화물층이 형성된 SiO2/Si의 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 기판은, 육각형 질화붕소(h-BN) 또는 운모(mica)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 기판은, 층상형 기판으로 구성될 수 있다.The second substrate 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 second substrate may have a structure of SiO 2 /Si in which a silicon oxide layer is formed on silicon. In addition, the second substrate may be configured by including hexagonal boron nitride (h-BN) or mica. In addition, the second substrate may be configured as a layered substrate.

상기 제1 금속 패턴층을 형성하는 단계(S420)는, 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 제1 금속 패턴층을 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S420) of forming the first metal pattern layer can be performed by forming the first metal pattern layer on the first region of the first layer.

상기 제1 금속 패턴층을 형성하는 단계(S420)는, 상기 제1 층 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법 등을 이용하여 금속층을 형성하고, 상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1 금속 패턴층을 형성할 수 있다. 상기 패터닝은 포토레지스트를 사용한 포토리소그래피법, 리프트 오프법 등을 이용하여 구현될 수 있다. 상기 제1 층의 상기 제1 영역은 상기 제1 금속 패턴층에 의하여 겹쳐져 가려지고, 상기 제1 층의 상기 제2 영역은 상기 제1 금속 패턴층에 의하여 노출될 수 있다. 상기 제1 금속 패턴층은, 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 (S420) of forming the first 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 first 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 first metal pattern layer, and the second region of the first layer may be exposed by the first metal pattern layer. The first metal pattern layer may include 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 제1 패턴 구조체를 형성하는 단계(S430)는, 상기 제1 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 제1 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 제1 패턴 구조체를 형성하여 이루어질 수 있다.The step (S430) of forming the first pattern structure can be performed by using the first metal pattern layer as a mask layer to remove the second region of the first layer exposed by the first metal pattern layer to form the first pattern structure.

상기 제2 영역의 제거는 플라즈마 식각 또는 반응성 이온 식각을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 제2 영역의 제거에 의하여 상기 제1 금속 패턴층 사이에서 상기 제1 기판이 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 층이 패턴화된 제1 패턴층과 상기 제1 금속 패턴층으로 구성된 상기 제1 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 first metal pattern layers by the removal of the second region. Accordingly, the first pattern structure composed of the first pattern layer in which the first layer is patterned and the first metal pattern layer can be formed.

상기 분리하는 단계(S440)는, 상기 제2 기판으로부터 상기 제1 패턴 구조체를 분리하여 이루어질 수 있다.The above separating step (S440) can be performed by separating the first pattern structure from the second substrate.

상기 분리하는 단계(S440)는, 상기 제2 기판 상에 상기 제1 패턴 구조체를 덮도록 전사 보조체를 형성하는 단계; 상기 전사 보조체 상에 접착체를 부착하는 단계; 및 상기 접착체를 이용하여 상기 제1 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.The above-described separating step (S440) may include a step of forming a transfer assistant to cover the first pattern structure on the second substrate; a step of attaching an adhesive on the transfer assistant; and a step of separating the transfer assistant containing the first pattern structure from the second 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 제2 전극층을 형성하는 단계(S450)는, 상기 제1 기판의 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체를 전사하여 이루어질 수 있다.The step (S450) of forming the second electrode layer can be performed by transferring the first pattern structure onto the second channel pattern layer of the first substrate.

상기 제2 전극층을 형성하는 단계(S450)는, 상기 제1 기판의 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 배치하는 단계; 및 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체가 잔존하도록 상기 전사 보조체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The step (S450) of forming the second electrode layer may include the step of arranging the transfer assistant receiving the first pattern structure on the second channel pattern layer of the first substrate; and the step of removing the transfer assistant so that the first pattern structure remains on the second channel pattern layer.

상기 제2 전극층을 형성하는 단계(S450)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 채널층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 제1 패턴 구조체의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반데르발스 결합을 이룰 수 있다. 상기 접착체의 열방출 테이프가 반데르발스 결합을 위한 열을 전달할 수 있다. In the step of forming the second electrode layer (S450), 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 transition metal chalcogenide compound of the first phase of the channel layer and the transition metal chalcogenide compound of the second phase of the first 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.

상기 제2 전극층을 형성하는 단계(S40)는, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계(S30)와 동일한 방식으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 제2 전극층을 형성하는 단계(S40)는, 제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제3 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 제2 금속 패턴층을 형성하는 단계; 상기 제2 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 제2 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 제2 패턴 구조체를 형성하는 단계; 상기 제3 기판으로부터 상기 제2 패턴 구조체를 분리하는 단계; 및 상기 제1 기판의 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제2 패턴 구조체를 전사하여 상기 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.The step (S40) of forming the second electrode layer can be performed in the same manner as the step (S30) of forming the first electrode layer. That is, the step (S40) of forming the second electrode layer includes the steps of: providing a third substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer including a second phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal and having a first region and a second region; forming a second metal pattern layer on the first region of the first layer; using the second metal pattern layer as a mask layer, removing the second region of the first layer exposed by the second metal pattern layer to form a second pattern structure; separating the second pattern structure from the third substrate; and transferring the second pattern structure onto the second channel pattern layer of the first substrate to form the second electrode layer.

여기에서, 상기 제1 금속 패턴층과 제2 금속 패턴층은 일함수가 서로 다를 수 있고, 이를 위하여 예시적으로 서로 다른 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 금속 패턴층은 금을 포함하고, 상기 제2 금속 패턴층은 백금 또는 은을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the first metal pattern layer and the second metal pattern layer may have different work functions, and for this purpose, they may be formed using different metals, for example. For example, the first metal pattern layer may include gold, and the second metal pattern layer may include platinum or silver. However, this is an example, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 제1 패턴 구조체와 상기 제2 패턴 구조체는 서로 다른 금속을 포함할 수 있다. 다만, 상기 제1 패턴 구조체와 상기 제2 패턴 구조체는 모두 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함할 수 있다.Additionally, the first pattern structure and the second pattern structure may include different metals. However, both the first pattern structure and the second pattern structure may include a second phase transition metal chalcogenide compound.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계를 예시적으로 나타내는 모식도들이다.FIG. 7 is a schematic diagram exemplarily showing a step of forming the first electrode layer in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogen compound including a work function control electrode layer according to one embodiment of the present invention.

상기 제1 전이금속 및 상기 제2 전이금속으로 몰리브덴(Mo), 상기 칼코젠 물질로 텔루륨(Te), 상기 제1 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 first 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 7의 (a)를 참조하면, 제2 전이금속을 포함하는 제2 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 제2 기판(210)을 제공한다. Referring to (a) of FIG. 7, a second substrate (210) composed of SiO 2 /Si is provided, which has a first layer (220) formed on a surface thereof, which is composed of 1T' MoTe 2 as a second phase transition metal chalcogen compound including a second transition metal and has a first region (221) and a second region (222).

도 7의 (b)를 참조하면, 제1 층(220)의 제1 영역(221) 상에 금(Au)으로 구성된 제1 금속 패턴층(230)을 형성한다, 제1 층(220)의 제1 영역(222)은 노출된다.Referring to (b) of Fig. 7, a first 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 7의 (c)를 참조하면, 플라즈마 식각을 이용하여 노출된 제1 층(220)의 제1 영역(222)을 제거한다. Referring to (c) of Fig. 7, the first region (222) of the exposed first layer (220) is removed using plasma etching.

도 7의 (d)를 참조하면, 제1 영역(222)을 제거된 부분에는 제2 기판(210)이 노출된다. 제1 금속 패턴층(230)과 제1 층(220)이 패턴화된 제1 패턴층(240)은 제1 패턴 구조체(250)을 형성한다.Referring to (d) of Fig. 7, the second substrate (210) is exposed in the portion where the first region (222) is removed. The first metal pattern layer (230) and the first pattern layer (240) in which the first layer (220) is patterned form a first pattern structure (250).

도 7의 (e)를 참조하면, 제2 기판(210) 상에 제1 패턴 구조체(250)를 덮도록 PMMA로 구성된 전사 보조체(260)를 형성한다, Referring to (e) of Fig. 7, a transfer auxiliary body (260) made of PMMA is formed to cover the first pattern structure (250) on the second substrate (210).

도 7의 (f)를 참조하면, 전사 보조체(260) 상에 접착체를 부착한 후에, 상기 접착체를 이용하여 제1 패턴 구조체(250)를 수용한 전사 보조체(260)를 제2 기판(210)으로부터 분리한다.Referring to (f) of FIG. 7, after attaching an adhesive on a transfer assistant (260), the transfer assistant (260) containing the first pattern structure (250) is separated from the second substrate (210) using the adhesive.

도 7의 (g)를 참조하면, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 2H MoTe2 으로 구성된 제1 채널 패턴층(21)이 표면에 형성된 제1 기판(10)을 제공한다. 제1 채널 패턴층(21) 상에 제1 패턴 구조체(250)를 수용한 전사 보조체(260)를 배치한다. 이어서, 상기 구조체 전체를 가열하여 제1 채널 패턴층(21)의 상기 2H MoTe2 과 제1 패턴 구조체(250)의 1T' MoTe2 를 반데르발스 결합시킨다.Referring to (g) of FIG. 7, a first substrate (10) is provided having a first channel pattern layer (21) formed on a surface thereof, which is composed of 2H MoTe 2 as a first phase transition metal chalcogen compound. A transfer assistant (260) containing a first pattern structure (250) is placed on the first channel pattern layer (21). Then, the entire structure is heated to cause van der Waals bonding between the 2H MoTe 2 of the first channel pattern layer (21) and the 1T' MoTe 2 of the first pattern structure (250).

도 7의 (h)를 참조하면, 전사 보조체(260)를 물 또는 유기 용매 등과 같은 세정제를 사용하여 제거한다.Referring to (h) of Fig. 7, the transfer assistant (260) is removed using a detergent such as water or an organic solvent.

도 7의 (i)를 참조하면, 제2 채널 패턴층(21)은 제3 영역(323)과 제4 영역(324)을 포함한다. 제3 영역(323) 상에는 제1 금속 패턴층(230)과 제1 패턴층(240)으로 구성된 제1 패턴 구조체(250)가 배치된다. 제4 영역(324)은 제1 패턴 구조체(250)를 사이에 두고 노출된다. 이에 따라, 제1 하부층(32)과 제1 상부층(34)을 포함하는, 제1 전극층(40)이 형성된다.Referring to (i) of FIG. 7, the second channel pattern layer (21) includes a third region (323) and a fourth region (324). A first pattern structure (250) composed of a first 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 first pattern structure (250) interposed therebetween. Accordingly, a first electrode layer (40) including a first lower layer (32) and a first upper layer (34) is formed.

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 포함되는 금속을 변화시킴에 따라 일함수를 제어할 수 있다.In the semiconductor device based on the above transition metal chalcogenide, the first phase transition metal chalcogenide includes 1T' MoTe 2 , the second phase transition metal chalcogenide includes 2H MoTe 2 , and the metal layer can control the work function by changing the metal included therein.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널 패턴층을 형성하는 단계; 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 하부층과 금속을 포함하는 상부층으로 구성된 패턴 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 채널 패턴층 상에 상기 패턴 구조체를 전사하여 상기 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 상부층을 구성하는 금속은 목표 일함수를 가지도록 선택될 수 있다.In addition, a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: providing a substrate; forming a channel pattern layer including a first phase transition metal chalcogenide compound on the substrate; forming a pattern structure including a lower layer including a second phase transition metal chalcogenide compound and an upper layer including a metal; and transferring the pattern structure onto the channel pattern layer to form the electrode layer, wherein the metal forming the upper layer can be selected to have a target work function.

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.

또한, 동일한 방법으로 2H WSe2 상변이층을 형성하여 채널층으로 이용하였다.Additionally, a 2H WSe 2 phase transition layer was formed using the same method and used as a channel layer.

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 제1 패턴 구조체로서 Au/1T' MoTe2 제1 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 제1 패턴 구조체를 형성하였다. 상기 제1 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 first pattern structure, the Au/1T' MoTe 2 first pattern structure, as the first 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 the exposed 1T'-MoTe 2 was removed to form the first pattern structure. 0.4 M PMMA as the transfer assistant was coated and cured on the first 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 제1 패턴 구조체 상에 약 300g의 무게를 인가하였다. 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 first 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 .

또한, 동일한 방식으로 금을 대신하여, 백금 및 은을 이용하여 Ag/1T' MoTe2/2H MoTe2 접합부 및 Pt/1T' MoTe2/2H MoTe2 접합부를 형성하였다. 금속층을 형성하지 않은 1T' MoTe2/2H MoTe2 접합부는 "프리스틴(pristine) 1T'"로 지칭하기로 한다.Additionally, in the same manner, instead of gold, platinum and silver were used to form Ag/1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 junctions and Pt/1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 junctions. The 1T' MoTe 2 /2H MoTe 2 junction without forming a metal layer will be referred to as "pristine 1T'".

반도체 소자의 특성 측정Measurement of characteristics of semiconductor devices

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. 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 aberration-corrected (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 half-angles collected 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). TEM images and diffraction patterns were acquired using an acceleration voltage of 200 kV (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).

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.

채널층의 캐리어 밀도(n2D)는 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, 컨택 및 유전체 계면의 비균일성 또는 국소 캐리어 불순물은 소자 간 변동을 야기할 수 있다. 통계적으로 추정된 모든 값은 '평균 ± 표준편차'로 표시되며, 피팅된 값('평균 ± 표준오차')은 제외되었다.The carrier density (n 2D ) in the channel layer 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 value) was estimated to be about 11 ± 5% for the Transfer Length Method (TLM) devices. Inhomogeneities of the two-dimensional material, contact, and dielectric interfaces, or local carrier impurities can cause the device-to-device variation. All statistically estimated values are presented as 'mean ± standard deviation', excluding the fitted values ('mean ± standard error').

결과 및 분석Results and Analysis

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에 의하여 형성된 채널층을 나타내는 광학현미경 사진들이다.FIG. 8 is an optical microscope photograph showing a channel layer formed by a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 8의 (a)는 1T' MoTe2 대상층 상에 2H MoTe2 씨드층이 배치된 상태이고, 도 8의 (b)는 텔루륨을 제공하면서 500℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 후의 상태이다. 도 8의 (c) 및 (d) 는 (a)를 700℃로 가열하여 텔루라이드 처리한 후의 상태이다. Fig. 8 (a) shows a state in which a 2H MoTe 2 seed layer is arranged on a 1T' MoTe 2 target layer, and Fig. 8 (b) shows a state after telluride treatment by heating at 500° C. while providing tellurium. Fig. 8 (c) and (d) show a state after telluride treatment by heating at 700° C. in (a).

도 8의 (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. 8, 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 8의 (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. 8, 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 것으로 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 9는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에 의하여 형성된 씨드층과 상변이층의 주사투과전자현미경 사진들이다.FIG. 9 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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (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. 상기 2H MoTe2 상변이층은 채널층으로 사용될 수 있다.Referring to Fig. 9 (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 selective 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 been performed. The 2H MoTe 2 phase transition layer can be used as a channel layer.

도 9의 (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. 9(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 10은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법을 이용하여 형성한 1T' MoTe2 상 및 2H MoTe2 상의 밴드 구조를 나타내는 모식도이다.FIG. 10 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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 상기 대상층을 구성하는 상기 1T' MoTe2 상은 약 4.51 eV의 일함수(WF)을 가지고, 에너지 밴드갭이 없는 반금속으로 나타났다, Referring to Fig. 10, the 1T' MoTe 2 phase constituting the target layer has a work function (WF) of about 4.51 eV and appears 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-mentioned 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 11은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법으로 형성한 P형 반도체 소자의 광학현미경 사진들이다.FIG. 11 is an optical microscope photograph of a P-type semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 11의 (a)에는, 1 x 1 cm2 크기의 SiO2/Si 기판 상에 형성된 반도체 소자로서 P형 전계효과 트랜지스터(FET) 어레이가 나타나있다. 도 11의 (b)에는, 상기 반도체 소자의 전사 길이 방법(transfer length method, TLM) 패턴이 나타나있다. 도 11의 (c)에는, 상기 반도체 소자의 Au/1T' MoTe2 의 사이에 배치된 2H MoTe2 가 나타나있다. Fig. 11(a) shows a P-type 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. 11(b) shows a transfer length method (TLM) pattern of the semiconductor element. Fig. 11(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 combines two different types of synthetic 2D thin films to fabricate field-effect transistor arrays with higher yields. For example, the number of field-effect transistors per chip was increased by about 490%.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법으로 형성한 반도체 소자의 미세조직을 나타내는 주사투과전자현미경 사진들이다.FIG. 12 is a scanning transmission electron microscope photograph showing the microstructure of a semiconductor device formed by a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 12를 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. 12, (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.

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 제2 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 . In addition, it can prevent the oxidation of the second sublayers during the manufacturing 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 13은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에서 적용되는 전이금속 칼코젠 화합물의 밴드 구조를 나타낸다.FIG. 13 shows the band structure of a transition metal chalcogenide compound applied in a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 밴드 구조를 고려할 때, 씨모스에서 다른 VI족 2차원 전이금속 칼코젠 화합물에 비하여, MoTe2는 더 우수한 p형 채널로 동작할 수 있다. 또한, WSe2도 유사한 성능을 가질 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, 정공의 쇼트키 장벽 높이(SBH)가 높아지며, 이는 정공 전도성을 제한하게 된다. 반면, MoTe2는 가전자 밴드 최대 에너지(EVBM)의 위치가 높으므로, 쇼트키 장벽 높이(SBH)가 낮아져 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. 13, 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. In addition, WSe 2 can also have similar performance. 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 barrier 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 the Schottky barrier height (SBH) decreases, which increases the hole conductivity. In particular, the ratio of the thermionic barrier height for holes (Φ hole ) to 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.

도 14 내지 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 전기적 특성을 나타내는 그래프들이다.FIGS. 14 to 18 are graphs showing electrical characteristics of a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to an embodiment of the present invention.

도 14는 페르미 준위가 조절된 반데르발스 반금속 컨택 전극에 대한 것이다. Figure 14 is for a van der Waals semimetal contact electrode with a controlled Fermi level.

도 14의 (a)는 반데르발스 Au/1T' MoTe2 (적색), Pt/1T' MoTe2 (금색), Ag/1T' MoTe2 (자색)으로 컨택된 2H MoTe2 채널층을 가지는 전계효과 트랜지스터의 전달 특성이다. 내부 도면은 반데르발스 반금속 컨택에 3차원 금속을 금속층에 추가함에 따라 문턱 전압(Vth)이 변화되는 것을 보여준다. Figure 14(a) shows the transfer characteristics of field-effect transistors having 2H MoTe 2 channel layers contacted with van der Waals Au/1T' MoTe 2 (red), Pt/1T' MoTe 2 (gold), and Ag/1T' MoTe 2 (purple). The internal diagram shows that the threshold voltage (V th ) changes with the addition of a 3D metal to the metal layer in the van der Waals semimetal contact.

도 14의 (b)는 3차원 금속으로 증착된 1T' MoTe2 계면의 자외선 광전자 분광(UPS) 특성이다. 프리스틴 1T' MoTe2 (회색) 및 은(Ag)(자색), 금(Au)(적색), 및 Pt(금색)로 증착된 1T' MoTe2의 스펙트럼이 나타나있다. 상기 자외선 광전자 분광은 3차원 금속/1T' MoTe2 표면의 2차 전자 에지 영역에 대한 것이다. 일함수(WF)는 선형 영역(실선)의 x절편에서 추출될 수 있고, 동적 에너지(Ek)는 자외선 광자 에너지(약 21.21 eV, He I 방사선)와 결합 에너지(Eb) 의 차이를 나타낸다. Figure 14(b) shows the UV photoelectron spectroscopy (UPS) characteristics of the 1T' MoTe 2 interface deposited with 3D metals. The spectra of pristine 1T' MoTe 2 (gray) and 1T' MoTe 2 deposited with silver (Ag) (purple), gold (Au) (red), and Pt (gold) are shown. The UV photoelectron spectroscopy is for the secondary electron edge region of the 3D metal/1T' MoTe 2 surface. The work function (WF) can be extracted from the x-intercept of the linear region (solid line), and the kinetic energy (E k ) represents the difference between the UV photon energy (ca. 21.21 eV, He I radiation) and the binding energy (E b ).

도 14의 (c)는 3차원 금속으로 증착된 1T' MoTe2 계면의 X-선 광전자 분광(XPS) 특성이다. 프리스틴 1T' MoTe2 (회색) 및 은(Ag)(자색), 금(Au)(적색), 및 Pt(금색)로 증착된 1T' MoTe2의 스펙트럼이 나타나있다. 상기 X-선 광전자 분광은 3차원 금속/1T' MoTe2 계면에서 얻은 Te 3d 코어 레벨의 정규화 XPS 스펙트럼이다. 점선은 프리스틴 1T' MoTe2의 결합 에너지(Eb)를 나타낸다.Figure 14(c) shows X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characteristics of the 1T' MoTe 2 interface deposited with 3D metals. The spectra of pristine 1T' MoTe 2 (gray) and 1T' MoTe 2 deposited with silver (Ag) (purple), gold (Au) (red), and Pt (gold) are shown. The X-ray photoelectron spectroscopy is the normalized XPS spectrum of Te 3d core level obtained at the 3D metal/1T' MoTe 2 interface. The dashed line represents the binding energy (E b ) of pristine 1T' MoTe 2 .

도 14의 (d)는 전계효과 트랜지스터에서 2H MoTe2 채널층과 반데르발스 컨택된 Au/1T' MoTe2(적색) 및 3차원 Pt(청색)에 대하여 Ids-Vg 관계를 다양한 온도에 대하여 나타낸다. 내부 도면은 온도에 따른 온/오프 전류 비율(Ion/Ioff)을 보여준다. Figure 14(d) shows the I ds -V g relationship for the van der Waals contacted Au/1T' MoTe 2 (red) and 3D Pt (blue) with the 2H MoTe 2 channel layer in a field-effect transistor at various temperatures. The inner figure shows the on/off current ratio (I on /I off ) as a function of temperature.

도 14의 (e)는 전계효과 트랜지스터에서 2H MoTe2 채널층과 반데르발스 컨택된 Au/1T' MoTe2 (적색), 3차원 Pt(청색), Ag/1T' MoTe2 (자색)에 대하여 다양한 게이트 전압(Vg)에 대한 열전자 장벽 높이(ΦB)이다. 플랫 밴드 전압(VFB)에서의 열전자 장벽 높이인 쇼트키 장벽 높이(SBH)는 화살표로 표시되어 있다. Figure 14(e) shows the hot electron barrier height (Φ B ) for various gate voltages (V g ) for Au/1T' MoTe 2 (red), 3D Pt (blue), and Ag/1T' MoTe 2 (purple) in van der Waals contact with the 2H MoTe 2 channel layer in the field-effect transistor. The Schottky barrier height ( SBH ), which is the hot electron barrier height at the flat band voltage (V FB ) , is indicated by the arrow.

도 14의 (f)는 본 발명의 2H MoTe2 채널층을 가지는 전계효과 트랜지스터 및쇼트키 장벽 높이(SBH)와 일함수가 종래 연구 결과와 비교되어 있다. 본 발명은 칼라로 표시되어 있고, 종래 연구 결과는 흑색으로 표시되어 있다. 페르미 준위 피닝 인자(S=dΦB/dWF)는 반데르발스 반금속 및 3차원 컨택에 대해 표시되어 있다. Figure 14(f) shows a field effect transistor having a 2H MoTe 2 channel layer of the present invention and the Schottky barrier height (SBH) and work function are compared with the results of a prior art study. The present invention is shown in color and the results of a prior art study are shown in black. The Fermi level pinning factor (S=dΦ B /dWF) is shown for the van der Waals semimetal and the three-dimensional contact.

도 15의 (a)는 전계효과 트랜지스터의 2H MoTe2 채널층과 반데르발스 반금속 컨택에 대하여, (b)는 2H MoTe2 채널층과 3차원 금속 컨택에 대하여, 쇼트키 장벽 높이(SBH)의 형성 및 페르미 에너지 준위(EF) 정렬을 보여주는 밴드 구조이다. Ec와 Ev는 각각 도체와 가전자 밴드 에지의 에너지 준위를 나타낸다.Figure 15(a) shows the band structure showing the formation of the Schottky barrier height (SBH) and the alignment of the Fermi energy level (E F ) for the 2H MoTe 2 channel layer and the van der Waals semimetal contact of the field-effect transistor, and (b) shows the band structure showing the alignment of the 2H MoTe 2 channel layer and the 3D metal contact. E c and E v represent the energy levels of the conductor and valence band edges, respectively.

도 16의 (a)는, 게이트 전압(Vg)이 -100 V에서의 (7.5 내지 7.9 x 1012 cm-2 의 유도된 캐리어 밀도(n2D)에 상응함) 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 반데르발스 Au/1T' MoTe2 및 3차원 Pt 컨택 전극에 대한 채널 길이(L)에 따른 평균 전체 저항(RW)을 나타낸다. 5개 이상의 전사 길이 방법(TLM) 세트에 대한 평균이다.Figure 16(a) shows the average total resistance ( RW ) as a function of channel length (L) for van der Waals Au/1T' MoTe 2 and 3D Pt contact electrodes of 2H MoTe 2 field-effect transistors at a gate voltage (V g ) of -100 V (corresponding to an induced carrier density (n 2D ) of 7.5 to 7.9 × 10 12 cm -2 ). The average is for at least five transfer length method (TLM) sets.

도 16의 (b)는 본 발명에서 취득한 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 컨택 저항(Rc) 및 온/오프 전류 비율(Ion/Ioff)을 종래 연구 결과와 비교한 그래프이다.Figure 16 (b) is a graph comparing the contact resistance (R c ) and on/off current ratio (I on /I off ) of the 2H MoTe 2 field-effect transistor obtained in the present invention with the results of prior research.

도 16의 (c)는 본 발명에서 전사 길이 방법 패턴을 사용하여 취득한 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 온/오프 전류 비율(Ion/Ioff) 및 면저항(Rsh)을 종래 연구 결과와 비교한 그래프이다.Figure 16 (c) is a graph comparing the on/off current ratio (I on /I off ) and surface resistance (R sh ) of the 2H MoTe 2 field-effect transistor obtained using the transfer length method pattern in the present invention with the results of prior research.

도 16의 (d)는 본 발명에서 취득한 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 면저항(Rsh)을 종래 연구 결과와 2H MoTe2 층의 수에 따라 비교한 그래프이다.Figure 16 (d) is a graph comparing the sheet resistance (R sh ) of the 2H MoTe 2 field-effect transistor obtained in the present invention with the results of a previous study according to the number of 2H MoTe 2 layers.

도 16의 (e)는 본 발명에서 취득한 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 "내재적" 전계효과 이동도(μi)를 종래 연구 결과와 2H MoTe2 층의 수에 따라 비교한 그래프이다.FIG. 16(e) is a graph comparing the “intrinsic” field-effect mobility (μ i ) of the 2H MoTe 2 field-effect transistor obtained in the present invention with the results of a prior study according to the number of 2H MoTe 2 layers.

여기에서, 전사 길이 방법(TLM)을 사용하여 온 상태 면저항(Rsh)를 결정했으며, Vg = -100 V에서 ~44.3 ± 2.3 kΩ/sq로 추정된다. 상기 온 상태 면저항(Rsh)은 물질에 의존하는 양이며, 장치 크기와 컨택 저항에서 비롯된 기여를 포함하지 않는다. 2H MoTe2의 온 상태 (Rsh)에 대한 분석으로부터, 본 발명은 종래 연구에 따른 CVD로 성장된 MoTe2 전계효과 트랜지스터에 비해 가장 낮은 면저항(Rsh) (약 44.3 ± 2.3 kΩ/sq), 가장 높은 온/오프 전류 비율(Ion/Ioff) (> 2.9 x 105) 및 가장 작은 층 수(약 6 층)를 나타내었다(도 16 의 (c) 및 (d) 참조).Here, the on-state sheet resistance (R sh ) was determined using the transfer length method (TLM) and is estimated to be ~44.3 ± 2.3 kΩ/sq at V g = -100 V. The on-state sheet resistance (R sh ) is a material-dependent quantity and does not include contributions from device size and contact resistance. From the analysis of the on-state (R sh ) of 2H MoTe 2 , the present invention exhibits the lowest sheet resistance (R sh ) (ca. 44.3 ± 2.3 kΩ/sq), the highest on/off current ratio (I on /I off ) (> 2.9 × 10 5 ), and the smallest number of layers (ca. 6 layers) compared to the CVD-grown MoTe 2 field-effect transistors in prior studies (see FIG. 16 (c) and (d)).

또한, 전사 길이 방법(TLM)을 통해 얻은 온 상태 면저항(Rsh) (약 44.3 ± 2.3 kΩ/sq)과 게이트 전압(Vg)에 의해 유도된 캐리어 밀도(n2D)(약 7 x 1012 cm-2) 사이의 관계를 사용하여 MoTe2의 "내재적" 전계효과 이동도(μi)를 하기와 같이 산출할 수 있다.Additionally, using the relationship between the on-state sheet resistance (R sh ) (ca. 44.3 ± 2.3 kΩ/sq) obtained by the transfer length method (TLM) and the carrier density (n 2D ) induced by the gate voltage (V g ) (ca. 7 x 10 12 cm -2 ), the "intrinsic" field-effect mobility (μ i ) of MoTe 2 can be calculated as:

계산된 내재적 전계효과 이동도(μi)는 약 20.2 ± 1.1 cm2V-1s-1 로, 컨택 저항에 영향을 받지 않는 내재적 채널 특성을 나타낸다. 주목할 만한 것은 이 값이 평균된 두 개의 터미널 전계효과 이동도(μh)(약 21.0 ± 3.3 cm2V-1s-1)와 거의 일치한다는 것인데, 이는 본 발명의 2차원 반금속 컨택 전극이 터미널 전계효과 이동도(μh) 에 영향이 거의 없음을 의미한다. The calculated intrinsic field-effect mobility (μ i ) is about 20.2 ± 1.1 cm 2 V -1 s -1 , indicating intrinsic channel characteristics that are not affected by the contact resistance. It is noteworthy that this value is almost consistent with the averaged two-terminal field-effect mobility (μ h ) (about 21.0 ± 3.3 cm 2 V -1 s -1 ), which means that the two-dimensional semimetal contact electrode of the present invention has little effect on the terminal field-effect mobility (μ h ).

또한, 본 발명에서, 전사 길이 방법(TLM)으로 취득한 내재적 전계효과 이동도(μi)(약 20.2 ± 1.1 cm2V-1s-1)는 종래 연구 결과의 CVD로 성장된 MoTe2에 대한 계산된 값들을 초과한다(도 16의 (e) 참조). 종래 연구 결과에서 온 상태 면저항(Rsh)은 전사 길이 방법 그래프의 기울기에서 추출되고, 캐리어 밀도(n2D)는 평행 정전용량 모델을 사용하여 (n2D = Cox(Vg- Vth)/q) 취득하였다. 모든 비교된 전계효과 트랜지스터가 SiO2 유전층을 하단 게이트로 사용하는 것을 감안할 때, 내재적 전계효과 이동도(μi) 또는 캐리어 밀도(n2D)는 재료 특성(예: 결함 밀도 및 도핑 용량)에 주로 영향을 받으며, 장치 구성이나 유전 계면에 의해서는 크게 영향을 받지 않는다.Moreover, in the present invention, the intrinsic field-effect mobility (μ i ) (about 20.2 ± 1.1 cm 2 V -1 s -1 ) acquired by the transfer length method (TLM) exceeds the calculated values for the CVD-grown MoTe 2 in the previous studies (see Fig. 16(e)). In the previous studies, the ON-state sheet resistance (R sh ) was extracted from the slope of the transfer length method graph, and the carrier density (n 2D ) was acquired using the parallel capacitance model (n 2D = Cox(V g - V th )/q). Considering that all the compared FETs use SiO 2 dielectric layer as the bottom gate, the intrinsic field-effect mobility (μ i ) or carrier density (n 2D ) is mainly affected by the material properties (e.g., defect density and doping capacity), and is not significantly affected by the device configuration or dielectric interface.

도 17의 (a), (b), (c) 는 (d)는 2H MoTe2 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터들의 다양한 온도에서 Ids-Vg 곡선이다. 각각 반데르발스 Au/1T' MoTe2, 반데르발스 Ag/1T' MoTe2, 3차원 Ti 및 3차원 Pt 컨택 전극을 사용한 경우이다.Figures 17(a), (b), (c) and (d) are the I ds -V g curves at various temperatures of 2H MoTe 2 metal-semiconductor junction field-effect transistors, for van der Waals Au/1T' MoTe 2 , van der Waals Ag/1T' MoTe 2 , 3D Ti and 3D Pt contact electrodes, respectively.

도 17의 (e)는, 전계효과 트랜지스터의 2H MoTe2 채널층과 컨택된 반데르발스 Au/1T' MoTe2 (적색), 3차원 Ti (녹색), 3차원 Pt (청색)의 온도에 따른 두 가지 터미널 홀 이동도를 나타낸다. 이동도의 온도 의존성 관계 는 전계효과 트랜지스터의 주된 포논 산란을 나타낸다.Figure 17(e) shows the temperature-dependent two-terminal hole mobility of van der Waals Au/1T' MoTe 2 (red), 3D Ti (green), and 3D Pt (blue) in contact with the 2H MoTe 2 channel layer of the field-effect transistor. Temperature dependence of mobility represents the main phonon scattering in field-effect transistors.

도 17의 (f)는 캐리어 밀도(n2D)가 약 6 x 1012 cm-2 (ΔVg 는 약 1 V)에서, 1T'/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터 (적색) 및 Pt/2H MoTe2 (청색) 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터의 아레니우스(Arrhenius) 그래프를 나타낸다. 1T'/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터와 Pt/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 취득된 열전자 장벽 높이(ΦB)는 -1.6 meV 및 152.2 meV이다.Figure 17(f) shows the Arrhenius plots of the 1T'/2H MoTe 2 field-effect transistor (red) and the Pt/2H MoTe 2 (blue) metal - semiconductor junction field-effect transistors at a carrier density (n 2D ) of about 6 x 10 12 cm -2 (ΔV g is about 1 V). The acquired hot electron barrier heights (Φ B ) of the 1T'/2H MoTe 2 field-effect transistor and the Pt/2H MoTe 2 field-effect transistor are -1.6 meV and 152.2 meV.

도 17의 (g)는 3차원 Ti 컨택 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터에서 홀 전송을 위해 다양한 게이트 전압(Vg)에서 취득된 열전자 장벽 높이(ΦB)이다. 플랫 밴드 전압에서 열전자 장벽 높이(ΦB)는 188 meV 였다.Figure 17(g) shows the hot electron barrier height (Φ B ) obtained at various gate voltages (V g ) for hole transport in a 3D Ti-contact 2H MoTe 2 field-effect transistor. At flat band voltage, the hot electron barrier height (Φ B ) was 188 meV.

도 17의 (h), (i) 및 (j)는 전사 길이 방법(TLM) 패턴에서 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 반데르발스 Au/1T' MoTe2 컨택 전극의 쇼트키 장벽 높이(SBH)의 재현성을 나타낸다.Figures 17(h), (i), and (j) show the reproducibility of the Schottky barrier height (SBH) of the van der Waals Au/1T' MoTe 2 contact electrodes of the 2H MoTe 2 field-effect transistor in the transfer length method (TLM) pattern.

도 17의 (h)는 다양한 온도(218 K 내지 338 K)에서 측정한 전계효과 트랜지스터의 Ids-Vg 그래프이다. 동일한 색상으로 더 두드러진 표시는 더 높은 온도에서 측정되었다는 것을 의미한다.Fig. 17(h) is a graph of I ds -V g of a field-effect transistor measured at various temperatures (from 218 K to 338 K). A more prominent mark in the same color indicates that the measurement was made at a higher temperature.

도 17의 (i)는 채널 길이에 관계없이 유사한 동작을 보이는 1T'/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 열전자 장벽 높이(ΦB)를 나타낸다. 곡선은 플랫 밴드 전압(VFB)에 도달하기 전까지 열전자 장벽 높이(ΦB) 의 직선성을 보여준다. 여기서 진정한 쇼트키 장벽 높이(SBH)가 추출될 수 있다.Figure 17(i) shows the thermoelectron barrier height (Φ B ) of the 1T'/2H MoTe 2 field-effect transistor, which exhibits similar behavior regardless of the channel length. The curve shows a linearity of the thermoelectron barrier height (Φ B ) until the flat band voltage (V FB ), from which the true Schottky barrier height (SBH) can be extracted.

도 17의 (j)는 8개의 다른 장치의 계산된 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 나타내며, 평균값이 27.4 ± 17.3 meV 이다.Figure 17(j) shows the calculated Schottky barrier heights (SBH) of eight different devices, with an average value of 27.4 ± 17.3 meV.

도 17의 (e)의 회색 선은 이론적 계산에서 나온 이상적인 포논 산란 모델을 나타내며, 본 연구의 2H MoTe2에 대한 반데르발스 Au/1T' 컨택에서는 γ 값이 0.92 ± 0.24 (평균 ± 표준오차)로 양수였으며, 이는 전송이 여전히 포논 산란에 의해 제한되고 있음을 나타낸다. 이상적인 값(약 1.69)에서의 약간의 편차는 효과적인 쇼트키 장벽 높이의 온도 의존성 및/또는 정공 극성 포논 모드 진동과 캐리어 불순물 산란 간의 상호작용 때문일 수 있다. 반면에 3차원 금속 컨택을 가진 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터들(즉, Pt 및 Ti)은 T가 감소함에 따라 필드 효과 정공 이동도(μFE)가 감소하였으며, 이는 전송이 포논 산란이 아닌 컨택 저항에 의해 제한되고 있음을 나타낸다.The gray line in Fig. 17(e) represents the ideal phonon scattering model from theoretical calculations, and for the van der Waals Au/1T' contact for 2H MoTe 2 in this study, the γ value was positive as 0.92 ± 0.24 (mean ± standard error), indicating that the transport was still limited by phonon scattering. The slight deviation from the ideal value (ca. 1.69) could be due to the temperature dependence of the effective Schottky barrier height and/or the interaction between the hole-polarized phonon mode vibration and carrier impurity scattering. On the other hand, the 2H MoTe 2 FETs with 3D metal contacts (i.e., Pt and Ti) showed a decrease in the field-effect hole mobility (μ FE ) with decreasing T , indicating that the transport was limited by the contact resistance rather than phonon scattering.

도 18은 Pt/2H MoTe2의 3차원/2차원 금속 반도체 접합 및 1T'/2H MoTe2의 2차원/2차원 계면에서 쇼트키 장벽을 통한 정공 주입 메커니즘을 기반으로 하는 밴드 다이어그램을 나타낸다. 여기서 채널 레이어의 p 도핑은 게이트 전압(Vg)을 감소시킴으로써, 또는 게이트 전압(Vg)을 -100 V까지 크게 적용하여 수행된다. 예를 들어, (a)와 (d)는 Vg > VFB, (b)와 (e)는 Vg = VFB, (c)와 (f)는 Vg < VFB 인 경우이다. (1)과 (2)는 각각 열 이온 방출과 터널링 전송을 나타낸다. Pt (약 5.6 eV)와 Au/1T' MoTe2 (약 5.0 eV)의 일함수 값은 충분히 높아서 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 무시할 수 있으나, Pt/2H MoTe2 금속 반도체 접합에서 추출된 쇼트키 장벽 높이(SBH)는 약 174 meV로 1T'/2H MoTe2 금속 반도체 접합의 약 27.4 meV에 비하여 높다. 이는 Pt와 2H MoTe2 사이의 결함에 의한 계면 상태에서의 핀된 페르미 준위 때문이다. 즉, 원자 단위의 불연속성, 미세 결함 또는 상 응집 등이다.Figure 18 shows the band diagrams based on the hole injection mechanism through the Schottky barrier at the 3D/2D metal-semiconductor junction of Pt/2H MoTe 2 and the 2D/2D interface of 1T'/2H MoTe 2 . Here, the p-doping of the channel layer is performed by decreasing the gate voltage (V g ) or by applying a large gate voltage (V g ) down to −100 V. For example, (a) and (d) are the cases where V g > V FB , (b) and (e) are V g = V FB , and (c) and (f) are V g < V FB . (1) and (2) represent thermionic emission and tunneling transport, respectively. The work function values of Pt (ca. 5.6 eV) and Au/1T' MoTe 2 (ca. 5.0 eV) are sufficiently high that the Schottky barrier height (SBH) can be neglected, but the extracted Schottky barrier height (SBH) of the Pt/2H MoTe 2 metal-semiconductor junction is about 174 meV, which is higher than that of the 1T'/2H MoTe 2 metal-semiconductor junction, which is about 27.4 meV. This is because of the pinned Fermi level at the interface state due to defects between Pt and 2H MoTe 2 , such as atomic-level discontinuities, microdefects, or phase aggregation.

이하에서는 도 14 내지 도 18을 참조하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 전기적 특성을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the electrical characteristics of the semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 14 to 18.

다양한 3차원 금속, 예를 들어 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 등을 반데르발스 1T' MoTe2 전극의 컨택 패드로 선택함으로써, 2H MoTe2 MSJ 전계효과 트랜지스터의 전달 특성을 제어할 수 있다(도 14의 (a), 도 17의 (a), 도 17의 (b) 참조). 금속 반도체 접합의 정공 주입 효율은 반데르발스 Au/1T' MoTe2가 사용되었을 때 가장 높았고, 이어서 반데르발스 Pt/1T' 및 반데르발스 Ag/1T' 의 순서였다. 이는 0V 이하의 게이트 전압(Vg)에서의 다양한 전류 밀도로 나타났다(도 14의 (a) 참조). By selecting various three-dimensional metals, such as gold (Au), platinum (Pt), and silver (Ag), as the contact pads of the van der Waals 1T' MoTe 2 electrode, the transfer characteristics of the 2H MoTe 2 MSJ field-effect transistor can be controlled (see Fig. 14(a), Fig. 17(a), and Fig. 17(b)). The hole injection efficiency of the metal-semiconductor junction was the highest when van der Waals Au/1T' MoTe 2 was used, followed by van der Waals Pt/1T' and van der Waals Ag/1T', in that order. This was shown by various current densities at gate voltages (V g ) below 0 V (see Fig. 14(a)).

또한, 3차원 금속의 선택에 따라 반데르발스 3차원/2차원 금속 시스템에서 문턱 전압(Vth)이 변경되었다. 동일한 제조 공정과 채널 물질을 사용할 경우에는, 문턱 전압 (Vth)의 변경운 채널의 도핑 효과보다는 컨택 저항(Rc)과 쇼트키 장벽 높이(SBH)의 감소로 인한 컨택에서의 캐리어 주입의 조절을 나타낸다. 이러한 컨택 특성의 조절은, 자외선 광전자 분광(UPS) 측정에 기반하여, 증착된 3차원 금속에 따른 1T' MoTe2 반데르발스 반금속의 일함수의 변화일 수 있다(도 14의 (b) 참조). 예를 들어, 반데르발스 Au/1T' MoTe2 및 반데르발스 Pt/1T' MoTe2 표면은 각각 약 5.0 eV와 약 5.6 eV의 높은 일함수 값을 나타내었고, 약 4.5 eV의 프리스틴 1T' MoTe2 에 비하여 높다. 이와 같이 높은 일함수는 정공 이동에 유리하다. Moreover, the threshold voltage (V th ) in the van der Waals 3D/2D metal system was changed depending on the choice of the 3D metal. When the same fabrication process and channel material are used, the change in the threshold voltage (V th ) indicates the modulation of carrier injection at the contact due to the reduction of contact resistance (R c ) and Schottky barrier height (SBH) rather than the doping effect of the channel. This modulation of the contact properties can be attributed to the change in the work function of the 1T' MoTe 2 van der Waals semimetal depending on the deposited 3D metal, based on ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) measurements (see Fig. 14(b)). For example, the van der Waals Au/1T' MoTe 2 and van der Waals Pt/1T' MoTe 2 surfaces exhibited high work function values of about 5.0 eV and about 5.6 eV, respectively, which are higher than that of the pristine 1T' MoTe 2 of about 4.5 eV. Such a high work function is advantageous for hole transport.

그러나, 백금(Pt)은 일함수가 가장 많이 증가되었으나, 반데르발스 Au/1T' MoTe2와 비교하여 반데르발스 Pt/1T' MoTe2 컨택을 가지는 전계효과 트랜지스터의 성능은 그다지 향상되지 않았다(도 14의 (a) 참조). 이는 X-선 광전자 분광(XPS) 분석에서 나타난 바와 같이, PtTex 의 생성과 비화학양론 MoTe2-x로 인한 반데르발스 Pt/1T' MoTe2 계면의 열화때문으로 분석된다(도 14의 (c) 참조). 반데르발스 Ag/1T' 및 반데르발스 Au/1T' MoTe2 의 X-선 광전자 분광(XPS) Te 3d 스캔으로부터, 에너지가 최소한의 피크 확대 없이 낮은 값으로 이동함을 알 수 있다. 이는 은(Ag) 또는 금(Au)에서의 캐리어 이동으로 유도된 1T' MoTe2의 도핑을 나타내고, 또한 계면 결함 문제가 없음을 의미한다. 이러한 결과는 2차원 전계효과 트랜지스터의 반데르발스 2차원 (반)금속 컨택을 위한 원하는 성능을 달성하기 위해 비반응성 3차원 금속 패드 선택이 매우 중요하다는 것을 나타낸다.However, although the work function of platinum (Pt) was increased the most, the performance of the field-effect transistor with van der Waals Pt/1T' MoTe 2 contact was not significantly improved compared to van der Waals Au/1T' MoTe 2 (see Fig. 14(a)). This is analyzed to be due to the generation of PtTe x and the degradation of the van der Waals Pt/1T' MoTe 2 interface due to non-stoichiometric MoTe 2-x , as shown in the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis (see Fig. 14(c)). From the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) Te 3d scans of van der Waals Ag/1T' and van der Waals Au/1T' MoTe 2 , it can be seen that the energy shifts to lower values without minimal peak broadening. This indicates the doping of 1T' MoTe 2 induced by carrier mobility in silver (Ag) or gold (Au), and also implies the absence of interface defect problems. These results indicate that the selection of non-reactive 3D metal pads is very important to achieve the desired performance for van der Waals 2D (semi)metal contacts in 2D field-effect transistors.

본 발명에서는 전계효과 트랜지스터의 컨택 특성을 더 자세히 조사하기 위해 다양한 온도(178 K < T < 338 K)에서 전기 측정을 수행했다. 도 14의 (d)는 페르미 에너지 준위가 조절된 반데르발스 반금속 컨택(즉, 반데르발스 Au/1T' MoTe2)과, 테스트한 3차원 금속 컨택 중 가장 우수한 p형 성능을 보인 3차원 백금(Pt)과의 컨택을 통한 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 대표적인 전달 특성을 보여준다. 온도가 낮아짐에 따라 온/오프 전류 비율(Ion/Ioff)이 증가하여 178 K에서 약 107에 도달하였다(도 14의 (d)의 내부 도면 참조; 해당 준로그 스케일 그래프는 도 16의 (a) 참조). 이것은 낮은 온도에서 오프 상태 전류(Ioff)의 캐리어의 열전자-보조 방출이 억제되어 야기된 결과로 분석된다. Pt/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 전류는 온도가 감소함에 따라 온 상태 전류(Ion)가 감소되었으나, 1T' MoTe2 컨택 전계효과 트랜지스터는 이러한 감소가 나타나지 않았다. 오히려 온 상태 전류(Ion)은 338 K에서 218 K로 온도가 감소함에 따라 크게 증가했다 (도 14의 (d) 및 도 17의 (h) 참조). In order to further investigate the contact characteristics of the field-effect transistor, electrical measurements were performed at various temperatures (178 K < T < 338 K) in the present invention. Fig. 14(d) shows representative transfer characteristics of the 2H MoTe 2 field-effect transistor through the contact of a van der Waals semimetal contact with tuned Fermi energy level (i.e., van der Waals Au/1T' MoTe 2 ) and 3D platinum (Pt), which showed the best p-type performance among the tested 3D metal contacts. As the temperature decreased, the on/off current ratio (I on /I off ) increased and reached about 10 7 at 178 K (see the inner drawing of Fig. 14(d) ; the corresponding quasi-logarithmic scale graph is shown in Fig. 16(a) ). This is analyzed to be a result caused by the suppression of thermionic-assisted emission of carriers of the off-state current (I off ) at low temperatures. The on-state current (I on ) of the Pt/2H MoTe 2 field-effect transistor decreased with decreasing temperature, but this decrease was not observed in the 1T' MoTe 2 contact field-effect transistor. Rather, the on-state current (I on ) increased significantly with decreasing temperature from 338 K to 218 K (see Fig. 14(d) and Fig. 17(h)).

이러한 채널 전도도 증가는 온도에 대한 절연체-금속 전이(insulator-to-metal transition, MIT)로 설명될 수 있디. 2H MoTe2의 낮은 온도에서의 온 상태 전류(Ion)의 금속 반응은 1T'/2H 접합 계면에서 일정한 장벽 높이(ΦB)를 통한 열전자-보조 전송이 무시할 수 있음을 의미하며, 캐리어가 장벽을 터널링하여 본래의 전송 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 전계효과 트랜지스터의 절연체-금속 전이 거동은 정공에 대한 진정한 오믹 컨택을 구현할 수 있음을 의미한다. 또한, 반데르발스 Au/1T'/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 캐리어는 218 K에서 338 K 사이의 온도에서 포논-제한 전송을 따르며, 이동도(μ)가 T-0.92 에 비례하는 거듭제곱법칙 의존성을 나타냈다(도 17의 (e) 참조). 반면에, Pt로 컨택된 전계효과 트랜지스터의 이동도(μ)는 온도가 감소함에 따라 크게 저하되었고, 이는 열전자 장벽 높이(ΦB)의 높은 값이 턴온 상태에서의 캐리어 이동을 3차원 금속을 통해 주로 제한했기 때문이다. 이것은 컨택 계면에서 열전자 방출의 상대적으로 높은 기여로 인한 것이다.This increase in channel conductance can be explained by the insulator-to-metal transition (MIT) with temperature. The metallic response of the on-state current (I on ) of 2H MoTe 2 at low temperatures implies that the hot electron-assisted transport through a constant barrier height (Φ B ) at the 1T'/2H junction interface is negligible, and carriers can tunnel across the barrier to exhibit the original transport characteristics. Therefore, the insulator-to-metal transition behavior of the field-effect transistor implies that a true ohmic contact can be realized for holes. In addition, the carriers in the van der Waals Au/1T'/2H MoTe 2 field-effect transistor follow phonon-limited transport between 218 K and 338 K, and the mobility (μ) exhibits a power-law dependence proportional to T -0.92 (see Figure 17(e)). On the other hand, the mobility (μ) of the Pt-contacted field-effect transistor significantly decreased with decreasing temperature, because the high value of the thermionic barrier height (Φ B ) mainly limited the carrier transport through the three-dimensional metal in the turn-on state. This was due to the relatively high contribution of thermionic emission at the contact interface.

열전자 방출 모델에 따르면, 온도에 따른 Ids 의 정보를 추가로 제공함으로써 효과적인 열전자 장벽 높이(ΦB)를 계산할 수 있다.According to the thermionic emission model, the effective thermionic barrier height (Φ B ) can be calculated by providing additional information on the temperature-dependent I ds .

상기 식에서 A는 이종 접합의 면적을 나타내고, A*는 유효 리처드슨-볼츠만(Richardson-Boltzmann) 상수를 나타낸다.In the above equation, A represents the area of the heterojunction, and A* represents the effective Richardson-Boltzmann constant.

상기 식을 통해 열전자 장벽 높이(ΦB)는 아레니우스(Arrhenius) 플롯(ln (Ids/T3/2) 대 1000/T)에 대한 선형 피팅의 기울기에서 도출할 수 있다(도면 17의 (f)). 3차원 Pt로 컨택된 전계효과 트랜지스터에 비교하면, 반데르발스 Au/1T'/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터는 양의 기울기(무시할 수 있는 ΦB 임)를 나타내었고, 이는 게이트 전압(Vg)이 문턱 전압(Vth) 부근에서 열전자 장벽 높이(ΦB)가 존재한다는 것을 나타낸다. 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 열전자 장벽 높이(ΦB)는 기울기에서 추출되어 게이트 전압(Vg)의 함수로 도 14의 (e)에서 나타내었고, 도 17의 (g)에서도 확인할 수 있다. From the above equation, the thermoelectron barrier height (Φ B ) can be derived from the slope of the linear fit to the Arrhenius plot (ln (I ds /T 3/2 ) versus 1000/T) (Fig. 17(f)). Compared with the 3D Pt-contacted field-effect transistor, the van der Waals Au/1T'/2H MoTe 2 field-effect transistor exhibited a positive slope (negligible Φ B ), indicating that the thermoelectron barrier height (Φ B ) exists near the threshold voltage (V th ) when the gate voltage (V g ) is low. The thermoelectron barrier height (Φ B ) of the 2H MoTe 2 field-effect transistor is extracted from the slope and plotted as a function of the gate voltage (V g ) in Fig. 14(e) and can also be confirmed in Fig. 17(g).

열전자 장벽 높이(ΦB)의 거동은 게이트 전압(Vg)에 따라 변하며, 이는 플랫 밴드 전압(VFB ; 게이트 전압(Vg)을 감소시켜 p형 전계효과 트랜지스터를 켜는 게이트 전압(Vg)와 열전자 장벽 높이(ΦB) 사이의 선형 관계가 끝나는 지점)에 따라 결정된다. 플랫 밴드 전압(VFB)은, 게이트 전압(Vg)을 감소시켜 p형 전계효과 트랜지스터를 켜는 게이트 전압(Vg)와 열전자 장벽 높이(ΦB) 사이의 선형 관계가 끝나는 지점이다. 이는 플랫 밴드 조건 (Vg < VFB) 이후의 밴드 굽힘이 좁은 장벽 폭을 통하여 터널링 이동을 유도하고, 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 통한 열전자 방출이 함께 일어나기 때문이다(도 18 참조). 따라서 플랫 밴드 전압(VFB)에서의 정확한 열전자 장벽 높이(ΦB)는 열전자 방출에 대한 "정확한 SBH"로 해석된다. The behavior of the thermoelectron barrier height (Φ B ) varies with the gate voltage (V g ), which is determined by the flat band voltage (V FB ; the point at which the linear relationship between the gate voltage (V g ) and the thermoelectron barrier height ( Φ B ) that turns on the p-type field-effect transistor by decreasing the gate voltage (V g ) ends). The flat band voltage (V FB ) is the point at which the linear relationship between the gate voltage (V g ) and the thermoelectron barrier height (Φ B ) that turns on the p-type field-effect transistor ends. This is because band bending after the flat band condition (V g < V FB ) induces tunneling transport through a narrow barrier width, and thermoelectron emission through the Schottky barrier height (SBH) occurs together (see Fig. 18). Therefore, the exact thermoelectron barrier height (Φ B ) at the flat band voltage (V FB ) is interpreted as the "exact SBH" for the thermoelectron emission.

반데르발스로 통합된 Au/1T'/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 열전자 장벽 높이(ΦB)는, 즉, 플랫 밴드 전압(VFB)에서의 열전자 장벽 높이(ΦB)는, 거의 0에 가까웠다. 약 14 meV이며, 도17의 (j)에서는 평균 27.4 ± 17.3 meV이다. 이는 3차원 금속 Pt/2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 약129 meV보다 훨씬 작다. 또한 게이트 전압(Vg)을 추가로 유도함으로써 발생하는 밴드 굽힘이 열전자 장벽 높이(ΦB)의 음의 값을 야기했으며, 이는 게이트 전압(Vg)이 0 V 이하에서 터널이동 영역에서의 열전자 장벽 높이(ΦB)의 투명성을 나타낸다. 반데르발스 Au/1T' MoTe2 컨택에 의해 쇼트키 장벽 높이(SBH)가 무시할 수준이 되며, 채널 길이(L)와 무관하다 (도 17의 (h) 내지 (j) 참조). 또한, 취득된 거의 0에 가까운 쇼트키 장벽 높이(SBH)는, 즉, 플랫 밴드 전압(VFB)에서의 열전자 장벽 높이(ΦB)는, 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터에 대한 종래의 연구 결과에 비하여 가장 낮게 나타났다.The hot electron barrier height (Φ B ) of the Au/1T'/2H MoTe 2 field-effect transistor integrated with van der Waals, i.e., the hot electron barrier height (Φ B ) at the flat band voltage (V FB ), was close to zero. It was about 14 meV, and the average was 27.4 ± 17.3 meV in Fig. 17(j). This is much smaller than that of the three-dimensional metallic Pt/2H MoTe 2 field-effect transistor, which was about 129 meV. In addition, the band bending caused by additionally inducing the gate voltage (V g ) caused the negative value of the hot electron barrier height (Φ B ), which indicates the transparency of the hot electron barrier height (Φ B ) in the tunneling region when the gate voltage (V g ) is below 0 V. The Schottky barrier height (SBH) is negligible due to the van der Waals Au/1T' MoTe 2 contact and is independent of the channel length (L) (see (h) to (j) of Fig. 17). In addition, the acquired near-zero Schottky barrier height (SBH), i.e., the hot electron barrier height (Φ B ) at the flat band voltage (V FB ), is the lowest compared to the results of previous studies on 2H MoTe 2 field-effect transistors.

이상적으로, 금속과 반도체 사이의 밴드 정렬은 p형 반도체에 대해 쇼트키-모트 규칙을 따라 하기의 식을 기반으로 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 결정할 수 있다.Ideally, the band alignment between the metal and the semiconductor follows the Schottky–Mott rule for p-type semiconductors, which can determine the Schottky barrier height (SBH) based on the following equation:

여기에서, "Eg"는 2H MoTe2의 밴드갭이고(약 0.89 eV), "χ"는 전자 친화도이다(약 4.12 eV).Here, "E g " is the band gap of 2H MoTe 2 (about 0.89 eV) and "χ" is the electron affinity (about 4.12 eV).

그러나, 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 쇼트키 장벽 높이(SBH)는 3차원 금속 컨택 패드의 일함수에 의해 효과적으로 조절되지 않았다. 예를 들어, 3차원 Pt 금속 컨택 패드에 연결된 본 연구의 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터는 정공에 대하여 상당한 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 나타냈고, 약 129 meV 이었다(도 14의 (5)에서 청색임). 그러나 상기 이론을 고려하면, 일함수가 약 5.01 eV보다 높은 금속의 이상적인 쇼트키 장벽 높이(SBH)는 0이어야 한다. 또한, 낮은 일함수 금속 컨택 패드인 Ti (일함수는 약 4.4 eV임)를 사용하더라도 계면에는 홀 이동이 가능할 만큼 충분히 낮은 쇼트키 장벽 높이(SBH), 약 188 meV를 가진다(도 17의 (g) 참조). However, the Schottky barrier height (SBH) of the 2H MoTe 2 field-effect transistor was not effectively controlled by the work function of the 3D metal contact pad. For example, the 2H MoTe 2 field-effect transistor in this study connected to the 3D Pt metal contact pad exhibited a significant Schottky barrier height (SBH) for holes, which was about 129 meV (blue in (5) of Fig. 14). However, considering the theory above, the ideal SBH of a metal having a work function higher than about 5.01 eV should be zero. In addition, even when using a low-work function metal contact pad, Ti (work function is about 4.4 eV), the interface has a Schottky barrier height (SBH) of about 188 meV, which is low enough to allow hole transport (see (g) of Fig. 17).

쇼트키 장벽 높이(SBH)와 일함수 사이의 큰 차이는 페르미 준위 피닝(FLP)이 결함으로 유도된 갭 상태 (defect-induced gap states)에 기인할 수 있음을 나타낸다. 즉, 도 12의 (d)의 3차원 금속과 MoTe2 계면의 결함이다. 따라서 이동된 캐리어 중화는 다양한 금속에 대해 강한 페르미 준위 피닝(FLP)를 유발하였고, 심지어 페르미 준위 피닝(FLP)의 강도를 나타내는 지표인 S [= d(SBH)/d(WF)]는 백금(Pt) 컨택 전계효과 트랜지스터 또는 티타늄(Ti) 컨택 전계효과 트랜지스터에 대하여 거의 0에 가까워졌다. 도 14의 (f)의 청색 선에 나타난 바와 같이, 상기 S는 약 0.18이다. The large difference between the Schottky barrier height (SBH) and the work function indicates that the Fermi level pinning (FLP) may be due to the defect-induced gap states, i.e., the defects at the interface of the three-dimensional metal and MoTe 2 in Fig. 12(d). Therefore, the transferred carrier neutralization induced strong Fermi level pinning (FLP) for various metals, and even S [= d(SBH)/d(WF)], which is an indicator of the strength of Fermi level pinning (FLP), approached 0 for platinum (Pt) contact field-effect transistors or titanium (Ti) contact field-effect transistors. As shown in the blue line in Fig. 14(f), the S is about 0.18.

이와 유사한 페르미 준위 피닝(FLP) 현상은 MoTe2 전계효과 트랜지스터의 이전 연구에서 Ti, Cr, Pd 및 Au 접점을 사용한 경우에도 관찰할 수 있었다 (도 14의 (f) 참조), 즉 해당 금속 전극의 일함수와 관계없이 보고된 전계효과 트랜지스터는 홀 이동이 가능한 유사한 110 ± 85 meV 의 쇼트키 장벽 높이를 나타냈다.A similar Fermi level pinning (FLP) phenomenon was also observed in our previous study of MoTe 2 field-effect transistors using Ti, Cr, Pd, and Au contacts (see Fig. 14(f)), i.e., regardless of the work function of the corresponding metal electrodes, the reported field-effect transistors exhibited a similar Schottky barrier height of 110 ± 85 meV for hole transport.

반면, 반데르발스 3차원-금속/1T' MoTe2 컨택 전극을 사용한 2H MoTe2 전계효과 트랜지스터의 금속 반도체 접합 계면은 그들의 다른 일함수 값에 의해 효과적으로 조절된 쇼트키 장벽 높이(SBH)가 쇼트키-모트 한계에 가까웠다. 반데르발스 Au/1T' MoTe2 컨택된 2H MoTe2 금속 반도체 접합의 실험적으로 얻어진 평균 쇼트키 장벽 높이(SBH)는 약 27.4 ± 17.3 meV이며(도 17의 (j) 참조), 식 2를 사용하여 계산된 값인 약 10 meV과 비슷하며, 도핑된 반데르발스 1T' MoTe2 컨택의 일함수 약 5.0 eV(도 14의 (b) 참조)와 비슷하다. In contrast, the metal-semiconductor junction interface of the 2H MoTe 2 FETs using van der Waals 3D-metal/1T' MoTe 2 contact electrodes had a Schottky barrier height (SBH) close to the Schottky–Mott limit, which was effectively controlled by their different work function values. The experimentally obtained average Schottky barrier height (SBH) of the van der Waals Au/1T' MoTe 2 contacted 2H MoTe 2 is about 27.4 ± 17.3 meV (see Figure 17(j)), which is similar to the calculated value of about 10 meV using eq. 2 and the work function of the doped van der Waals 1T' MoTe 2 contact of about 5.0 eV (see Figure 14(b)).

또한, 더 작은 일함수에, 약 4.8 eV(도 14의 (b) 참조), 반응하는 반데르발스 Ag/1T' MoTe2 컨택을 사용하여 금속화함으로써 더 큰 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 얻을 수 있으며, 이는 약 207 meV에 접근했다(도 14의 (e) 참조). 페르미 준위 조정 반데르발스 1T' MoTe2 금속 컨택과 컨택된 전계효과 트랜지스터에 대한 피닝 인자(pinning factor) S는 약 0.99로, 쇼트키-모트 한계에 대한 이상적인 값인 1에 가까웠으며, 부분적으로 고정되지 않은 반데르발스 계면을 나타낸다.Additionally, a larger Schottky barrier height (SBH) could be achieved by metallizing with the reactive van der Waals Ag/1T' MoTe 2 contact at a smaller work function, around 4.8 eV (see Fig. 14(b)), which approached around 207 meV (see Fig. 14(e)). The pinning factor S for the field-effect transistor contacted with the Fermi-level tuned van der Waals 1T' MoTe 2 metal contact was around 0.99, which was close to the ideal value of 1 for the Schottky–Mott limit, indicating a partially unpinned van der Waals interface.

도 15의 (g) 및 (h)는 밴드 정렬과 캐리어 이동 측면에서 조절 가능한 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 가진 페르미 준위 피닝(FLP)이 없는 계면을 형성하는 데에 2차원 반금속 1T' MoTe2 전극이 수행하는 역할을 다음과 같이 설명할 수 있다.Figures 15(g) and (h) illustrate the role of the two-dimensional semimetallic 1T' MoTe 2 electrode in forming an interface without Fermi level pinning (FLP) with a tunable Schottky barrier height (SBH) in terms of band alignment and carrier transport.

3차원 금속과 달리 (도 15의 (h)), 금속 반도체 접합 계면에 대한 반데르발스 통합은 기본 2H MoTe2 표면에서 결함 생성을 피할 수 있다. 즉, 결함 유도 갭 상태이다. 또한, 2차원 반금속의 상태 밀도(DOS)가 3차원 금속보다 작기 때문에 금속 유도 갭 상태를 생성할 가능성이 적어지게 되어, 페르미 준위 피닝(FLP)의 필요성이 없어진다. 가장 중요한 것은, 1T' MoTe2의 작은 상태 밀도(DOS)가 상부 표면에 흡착된 3차원 금속의 페르미 에너지 준위(EF)에 대한 도핑 수준의 변화를 용이하게 한다는 것이다. 이는 반금속 그래핀에서 관찰된 현상과 유사하다. 이 점에서, 금이 컨택된 1T' MoTe2는 p형 컨택에 유망한 큰 일함수 값을 가질 수 있으며, 2차원 반도체와의 매우 청정한 반데르발스 컨택은 페르미 준위 피닝(FLP)이 없는 금속 반도체 접합을를 허용하여, 낮은 쇼트키 장벽 높이(SBH)를 가진 전계효과 트랜지스터를 생산하기 위한 확장 가능한 기술을 용이하게 한다. Unlike 3D metals (Fig. 15(h)), van der Waals integration at the metal-semiconductor junction interface can avoid the generation of defects at the underlying 2H MoTe 2 surface, i.e., defect-induced gap states. In addition, since the density of states (DOS) of 2D semimetals is smaller than that of 3D metals, the possibility of generating metal-induced gap states becomes less, thereby eliminating the need for Fermi level pinning (FLP). Most importantly, the small DOS of 1T' MoTe 2 facilitates the doping level change of the Fermi energy level (E F ) of the 3D metal adsorbed on the top surface, which is similar to the phenomenon observed in semimetal graphene. In this respect, gold-contacted 1T' MoTe 2 can have promising large work function values for p-type contacts, and the very clean van der Waals contact with two-dimensional semiconductors allows metal-semiconductor junctions without Fermi level pinning (FLP), which facilitates a scalable technique for producing field-effect transistors with low Schottky barrier height (SBH).

이는 페르미 준위 피닝(FLP)이 없는 금속 반도체 접합 계면 및 고성능 p형 2차원 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터를 얻는 데에 다양성과 일반성을 제공한다. 예를 들어, 이 방법을 다른 2차원 반도체인 WSe2 와 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터에 적용할 수 있다. 3차원 금속 컨택의 증발에 의해 제작된 다층 WSe2 전계효과 트랜지스터의 n형 특징과 달리, 계면 결함이 없고, 페르미 준위가 조절된 반데르발스 Au/1T' MoTe2 컨택 전극을 통해 WSe2 금속 반도체 접합 전계효과 트랜지스터에서 p형 전송을 달성할 수 있었다. 따라서, 본 연구의 페르미 준위 피닝(FLP)-프리 반데르발스 컨택 스키마는 n형과 p형 극성을 제어하기 위한 실용적인 접근법으로 2차원 통합 회로를 실현할 수 있다.This provides versatility and generality for obtaining FLP-free MOJ interfaces and high-performance p-type 2D MOJFETs. For example, this method can be applied to other 2D semiconductors, WSe 2 and MOJFETs. In contrast to the n-type characteristics of multilayer WSe 2 MOJFETs fabricated by evaporation of 3D metal contacts, p-type transport was achieved in WSe 2 MOJFETs via the interface-defect-free and Fermi-level-tuned van der Waals Au/1T' MoTe 2 contact electrodes. Therefore, the FLP-free van der Waals contact scheme in this study can be a practical approach for controlling n- and p-type polarities in 2D integrated circuits.

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 for use 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 having a wider bandgap. The photosensitivity of the transistor can be improved by the photo-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 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 is implied 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 반데르발스(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 van der 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. This was the thinnest film achievable using 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 온/오프 전류 비율(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 the on-state current ratio (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, 플랫 밴드 전압(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 the flat band voltage (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 formation of 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)는 157℃ 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 a defect-free contact interface.

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)을 가지는 것이다. 여기에서, 컨택 저항(Rc)은 3차원 금속/2차원 반금속의 컨택 저항(Rc)을 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 contact resistance (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 기판을 제공하는 단계;
상기 제1 기판 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계;
상기 제1 채널 패턴층 상에 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 일함수를 나타내는 제1 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 상기 제1 일함수와는 다른 제2 일함수를 나타내는 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
A step of providing a first substrate;
A step of simultaneously forming first and second channel pattern layers including a first phase transition metal chalcogen compound on the first substrate;
A step of forming a first electrode layer including a second phase transition metal chalcogen compound on the first channel pattern layer and exhibiting a first work function; and
A step of forming a second electrode layer including a second phase transition metal chalcogen compound on the second channel pattern layer and exhibiting a second work function different from the first work function,
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극층을 형성하는 단계는,
제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제2 기판을 제공하는 단계;
상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 제1 금속 패턴층을 형성하는 단계;
상기 제1 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 제1 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 제1 패턴 구조체를 형성하는 단계;
상기 제2 기판으로부터 상기 제1 패턴 구조체를 분리하는 단계; 및
상기 제1 기판의 상기 제1 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체를 전사하여 상기 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함하는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 1,
The step of forming the first electrode layer is:
A step of providing a second substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer comprising a second phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal, and having a first region and a second region;
A step of forming a first metal pattern layer on the first region of the first layer;
A step of forming a first pattern structure by removing the second region of the first layer exposed by the first metal pattern layer using the first metal pattern layer as a mask layer;
a step of separating the first pattern structure from the second substrate; and
A step of forming the first electrode layer by transferring the first pattern structure onto the first channel pattern layer of the first substrate,
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 전극층을 형성하는 단계는,
제2 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하고, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 제1 층이 표면에 형성된 제3 기판을 제공하는 단계;
상기 제1 층의 상기 제1 영역 상에 제2 금속 패턴층을 형성하는 단계;
상기 제2 금속 패턴층을 마스크층으로 이용하여, 상기 제2 금속 패턴층에 의하여 노출된 상기 제1 층의 상기 제2 영역을 제거하여 제2 패턴 구조체를 형성하는 단계;
상기 제3 기판으로부터 상기 제2패턴 구조체를 분리하는 단계; 및
상기 제1 기판의 상기 제2 채널 패턴층 상에 상기 제2 패턴 구조체를 전사하여 상기 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층은 서로 다른 일함수를 가지는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 2,
The step of forming the second electrode layer is:
A step of providing a third substrate having a first layer formed on a surface thereof, the first layer comprising a second phase transition metal chalcogenide compound including a second transition metal, and having a first region and a second region;
A step of forming a second metal pattern layer on the first region of the first layer;
A step of forming a second pattern structure by removing the second region of the first layer exposed by the second metal pattern layer using the second metal pattern layer as a mask layer;
a step of separating the second pattern structure from the third substrate; and
A step of forming the second electrode layer by transferring the second pattern structure onto the second channel pattern layer of the first substrate,
The first electrode layer and the second electrode layer have different work functions.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 패턴 구조체를 분리하는 단계는,
상기 제2 기판 상에 상기 제1 패턴 구조체를 덮도록 전사 보조체를 형성하는 단계;
상기 전사 보조체 상에 접착체를 부착하는 단계; 및
상기 접착체를 이용하여 상기 제1 패턴 구조체를 수용한 상기 전사 보조체를 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 2,
The step of separating the first pattern structure is:
A step of forming a transfer assistant to cover the first pattern structure on the second substrate;
a step of attaching an adhesive on the above-mentioned transfer assistant; and
A step of separating the transfer assistant containing the first pattern structure from the second substrate using the adhesive,
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 전극층을 형성하는 단계는,
상기 제1 기판의 상기 제1 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체를 수용한 전사 보조체를 배치하는 단계; 및
상기 제1 채널 패턴층 상에 상기 제1 패턴 구조체가 잔존하도록 상기 전사 보조체를 제거하는 단계를 포함하는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 2,
The step of forming the first electrode layer is:
A step of placing a transfer assistant receiving the first pattern structure on the first channel pattern layer of the first substrate; and
A step of removing the transfer assistant so that the first pattern structure remains on the first channel pattern layer,
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 5에 있어서,
상기 전사 보조체를 배치하는 단계를 수행한 후에,
100℃ 내지 200℃ 범위의 온도로 가열하여, 상기 제1 채널 패턴층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 제1 패턴 구조체의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 반데르발스 결합을 이루는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 5,
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 first phase of the first channel pattern layer and the transition metal chalcogen compound of the second phase of the first pattern structure form a van der Waals bond.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계는,
상기 제1 기판 상에 제1 전이금속을 포함하는 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 형성된 대상층을 형성하는 단계;
상기 제1 전이금속을 포함하는 제1 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;
상기 씨드층의 상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 씨드로서 전사되면서, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 상기 칼코젠 물질과 반응함에 따라, 상기 대상층의 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물이 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이하여 채널층을 형성하는 단계; 및
상기 채널층을 패터닝하여 상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계를 포함하는
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 1,
The step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers is:
A step of forming a target layer on which a second phase transition metal chalcogenide compound including a first transition metal is formed on the first substrate;
A step of providing a seed layer on which a first phase transition metal chalcogen compound including the first transition metal is formed;
A step of disposing the seed layer on at least a portion of the target layer;
A step of providing a chalcogen material to the above target layer;
A step of heating the above chalcogen material;
A step in which the transition metal chalcogen compound of the second phase of the target layer is phase-transformed into the transition metal chalcogen compound of the first phase to form a channel layer as the transition metal chalcogen compound of the first phase of the target layer is transferred as a seed; and
A step of patterning the channel layer to form the first channel pattern layer and the second channel pattern layer.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 7에 있어서,
상기 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
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 7,
The step of providing the above chalcogen material 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 preliminary metal layer and forming a compound layer of the third transition metal and the chalcogen material by heating the third transition metal through preliminary chalcogenization; and
A step of providing the compound layer as the chalcogen material is included.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 7에 있어서,
상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계는,
상기 칼코젠 물질을 고상 상태, 액상 상태, 기상 상태, 또는 이들의 혼합 상태로 제공하여 이루어지는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 7,
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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 7에 있어서,
상기 칼코젠 물질을 제공하는 단계는,
상기 칼코젠 물질과 전이금속의 공정 합금을 제공하여 이루어지는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 7,
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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 7에 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,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 7,
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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 7에 있어서,
상기 채널층을 형성하는 단계에서,
상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 상변이는 상기 씨드층으로부터 측방향 에피택셜 성장에 의하여 이루어지는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 7,
In the step of forming the above channel layer,
The phase transition to the first phase transition metal chalcogenide compound is achieved by lateral epitaxial growth from the seed layer.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 7에 있어서,
상기 씨드층을 제공하는 단계에서,
상기 씨드층은,
기판 상에 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 상기 제1 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 형성되는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 7,
In the step of providing the seed layer,
The above seed layer is,
A step of forming a metal layer including the first transition metal on a surface of a 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-type transition metal chalcogen compound layer of the second phase.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 7에 있어서,
상기 씨드층을 제공하는 단계에서,
상기 씨드층은, 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물 모결정으로부터 기계적 박리를 수행하여 형성되는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 7,
In the step of providing the seed layer,
The above seed layer is formed by performing mechanical exfoliation from the first phase transition metal chalcogen compound mother crystal.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 채널 패턴층을 동시에 형성하는 단계는,
상기 제1 기판 상에 제1 전이금속을 포함하는 금속층을 형성하는 단계;
상기 금속층에 칼코젠 물질을 제공하는 단계;
상기 칼코젠 물질을 제1 온도로 가열하여, 상기 제1 전이금속과 상기 칼코젠 물질이 반응하여 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하는 단계;
상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물과 상기 칼코젠 물질을 상기 제1 온도에 비하여 높은 제2 온도로 가열하여, 상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로부터 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 형성하여 채널층을 형성하는 단계; 및
상기 채널층을 패터닝하여 상기 제1 채널 패턴층과 상기 제2 채널 패턴층을 형성하는 단계를 포함하는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 1,
The step of simultaneously forming the first and second channel pattern layers is:
A step of forming a metal layer including a first transition metal on the first substrate;
A step of providing a chalcogen material to the above metal layer;
A step of heating the chalcogen material to a first temperature, so that the first transition metal and the chalcogen material react to form a transition metal chalcogen compound of the second phase;
A step of forming a channel layer by heating the second phase transition metal chalcogen compound and the chalcogen material to a second temperature higher than the first temperature, thereby forming a first phase transition metal chalcogen compound from the second phase transition metal chalcogen compound; and
A step of forming the first channel pattern layer and the second channel pattern layer by patterning the channel layer,
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 온도는, 400℃ 내지 600℃ 미만 범위이고,
상기 제2 온도는, 600℃ 내지 750℃ 미만 범위인,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 15,
The above first temperature is in the range of 400°C to less than 600°C,
The second temperature is in the range of 600°C to less than 750°C.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 2H 상(2H phase)으로 배열된 결정구조를 가지고,
상기 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물은 1T 상(1T phase) 또는 1T' 상(1T' phase)으로 배열된 결정구조를 가지는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
In claim 1,
The above first phase transition metal chalcogen compound has a crystal structure arranged in a 2H phase,
The above second phase transition metal chalcogen compound has a crystal structure arranged in a 1T phase or a 1T' phase.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
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,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 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 array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
청구항 1 내지 청구항 18항 중 어느 한 항의 일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법에 의하여 제조된 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이로서,
제1 기판 상에 제1 소자 영역에 배열된 하나 또는 그 이상의 제1 반도체 소자; 및
제1 기판 상에 제2 소자 영역에 배열된 하나 또는 그 이상의 제2 반도체 소자를 포함하고,
상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널층을 가지고,
상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는, 제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물로 구성된 하부층과 상기 하부층 상에 배치된 상부층으로 구성된 전극층을 가지고,
상기 채널층과 상기 하부층은 반데르발스 결합을 이루고,
상기 상부층이 서로 다른 금속을 포함함에 따라, 상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자는 서로 다른 일함수를 가지는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이.
A semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound manufactured by a method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer according to any one of claims 1 to 18,
One or more first semiconductor elements arranged in a first element region on a first substrate; and
comprising one or more second semiconductor elements arranged in a second element region on a first substrate;
The first semiconductor element and the second semiconductor element have a channel layer including a first phase transition metal chalcogen compound,
The above first semiconductor element and the above second semiconductor element have an electrode layer comprising a lower layer composed of a second phase transition metal chalcogen compound and an upper layer disposed on the lower layer,
The above channel layer and the lower layer form van der Waals bonds,
Since the upper layer contains different metals, the first semiconductor element and the second semiconductor element have different work functions.
An array of semiconductor devices based on transition metal chalcogenide compounds including a work function control electrode layer.
기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 제1 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 채널 패턴층을 형성하는 단계;
제2 상의 전이금속 칼코젠 화합물을 포함하는 하부층과 금속을 포함하는 상부층으로 구성된 패턴 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 채널 패턴층 상에 상기 패턴 구조체를 전사하여 전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 상부층을 구성하는 금속은 목표 일함수를 가지도록 선택되는,
일함수 제어 전극층을 포함하는 전이금속 칼코젠 화합물 기반 반도체 소자 어레이의 제조방법.
Step of providing a substrate;
A step of forming a channel pattern layer including a first phase transition metal chalcogen compound on the substrate;
A step of forming a pattern structure comprising a lower layer including a second phase transition metal chalcogen compound and an upper layer including a metal; and
A step of forming an electrode layer by transferring the pattern structure onto the channel pattern layer is included.
The metal constituting the upper layer is selected to have a target work function.
A method for manufacturing a semiconductor device array based on a transition metal chalcogenide compound including a work function control electrode layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120500072A (en) * 2025-07-17 2025-08-15 中国科学院上海技术物理研究所 Method and application of preparing two-dimensional semiconductor single crystal metal contacts by atomic-level layer-by-layer evaporation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130103913A (en) 2012-03-12 2013-09-25 성균관대학교산학협력단 Preparing method of chacogenide metal thin film
US20200411692A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-31 Intel Corporation Transistor structures with a metal oxide contact buffer
US20210376134A1 (en) * 2019-04-19 2021-12-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130103913A (en) 2012-03-12 2013-09-25 성균관대학교산학협력단 Preparing method of chacogenide metal thin film
US20210376134A1 (en) * 2019-04-19 2021-12-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device
US20200411692A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-31 Intel Corporation Transistor structures with a metal oxide contact buffer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120500072A (en) * 2025-07-17 2025-08-15 中国科学院上海技术物理研究所 Method and application of preparing two-dimensional semiconductor single crystal metal contacts by atomic-level layer-by-layer evaporation
CN120500072B (en) * 2025-07-17 2025-09-05 中国科学院上海技术物理研究所 Atomic-level layer-by-layer evaporation method for preparing two-dimensional semiconductor single crystal metal contact and application

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