단결정 게르마늄 기판을 이용한 평면 내 그래핀 육방정계 질화붕소 이종접합 구조의 성장과 특성
- 주제(키워드) Graphene , h-BN , In-plane heterostructure , chemical vapor deposition , percolation theory
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이재현
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000030762
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구팀은 단결정 게르마늄 (Ge) (110) wafer의 표면에서 평면 내 그래핀 육방정계 질화붕소 이종접합 구조 (in-plane GBN heterostructure)의 성장이 잘 된다는 것을 보였다. IV 족 반도체 재료인 Ge은 그래핀 (graphene)과 육방정계 질화붕소 (h-BN)의 에피택시 (epitaxy)한 성장에 적합한 촉매이다. 따라서 가열 영역이 두 부분인 저압 화학 기상 증착 (LPCVD) 장비를 사용하여 Borane-Ammonia 복합체 (NH3-BH3)와 메테인 (CH4) 가스를 순차적으로 반응하도록 하여 in-plane GBN heterostructure를 합성하였다. 전자 현미경을 비롯하여 다양한 분광 분석을 기반으로 Ge (110) wafer에서 합성된 h-BN의 도메인 (domain)의 가장자리부분은 graphene이 측면 epitaxy 성장을 할 수 있게 해주는 핵 형성 부위가 되어 손쉽게 in-plane GBN heterostructure를 합성할 수 있음을 확인하였다. 또한, 우리는 그래핀 육방정계 질화붕소 (GBN)에서 h-BN domain의 면적과 밀도를 시간만을 변수로 두어 체계적으로 제어하고 전도체인 graphene과 부도체인 h-BN의 비율을 기반으로 GBN의 전기전도도 변화를 관찰하였다. 이 결과는 2차원 벌집 구조 재료의 퍼콜레이션 이론 (percolation theory)을 따른다. 본 연구팀의 합성에 대한 접근 방식은 평면 내 이종접합 구조 (in-plane heterostructure)의 대면적 합성이나 물성 제어를 위한 실용적인 방법의 교두보가 될 수 있다. 이 방식은 다양한 유형의 2차원 재료들의 이종접합 구조에 적용할 수 있을 것이며 전자 장치와 같은 광범위한 응용 분야에 대해 높은 잠재력을 가지고 있다.
more목차
1. 서론 (Introduction) 1
2. 이론적 배경 (Theoretical background) 5
2.1 GBN heterostructure 5
2.1.1 그래핀 (Graphene) 5
2.1.2 육방정계 질화붕소 (h-BN) 7
2.1.3 In-plane GBN heterostructure 9
2.2 In-plane GBN heterostructure 합성 기술 12
3. 실험 방법 (Experimental) 15
3.1 In-plane GBN heterostructure 성장 및 전사 15
3.1.1 화학 기상 증착 (Chemical vapor deposition) 15
3.1.2 건식 전사 (Dry transfer) 16
3.2 소재/소자 특성평가 19
3.2.1 현미경 분석 19
가. Scanning electron microscope (SEM) 19
나. Transmission electron microscope (TEM) 19
다. Lateral force microscope (LFM) 20
3.2.2 분광분석 20
가. UV-Visible spectroscopy (UV-Vis) 20
나. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 21
다. Raman spectroscopy 21
3.2.3 전기적 분석 22
4. 결과 및 고찰 (Results and discussion) 23
4.1 단결정 Ge(110) wafer를 이용한 h-BN 성장 23
4.1.1 SEM 표면 분석 23
4.1.2 UV-Vis 분광 분석 26
4.1.3 TEM 격자 분석 28
4.1.4 XPS 원소 분석 30
4.2 In-plane GBN heterostructure 32
4.2.1 In-plane GBN heterostructure의 성장 과정 32
4.2.2 percolation theory에 따른 graphene의 전기전도도 변화 38
4.2.3 기판의 반복 사용 42
5. 결론 (Conclusion) 45
참고문헌 46
