액상 전구체 O2 Plasma 처리를 통한 CVD-grown WS2 단일층의 성장 거동 제어 (Growth Control of CVD-grown WS2 Monolayers via O2 Plasma Pre-treatment of Liquid Precursor Coatings)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 73권 / 11호 / 893 ~ 899페이지
· 저자명 : 김태연, 이현석

초록

액상 전구체 기반 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)은 전이금속칼코겐화합물인 WS2의 합성을 위한 대표적인 방법이다. 전구체 용액 구성 성분 중 유기 계면활성제인 OptiPrep(C35H44I6N6O15)은 기판 위에 전구체 용액을 균일하게 코팅하기 위해 필수적이나 열분해 과정에서 발생하는 잔류 탄소는 WS2의 결정 성장을 방해한다. 이에 대한 해결법으로 O2 pre-annealing 연구가 보고된 바 있으나, 잔류 O2로 인해 물질 합성 중에 WS2가 산화될 가능성이 있다. 본 연구는 O2 플라즈마 전처리 방식을 도입하여 WS2의 성장을 제어하는 방법을 제안한다. WS2의 CVD 성장 전 전구체 용액을 코팅한 기판에 O2 플라즈마 전처리를 도입한 후 photoluminescence (PL) 및 Raman 분광계를 이용하여 탄소 분해 효과 및 WS2의 광발광 특성을 확인하였다. 그 결과 O2 플라즈마 전처리 후 성장된 WS2에 잔류 탄소가 검출되지 않았고, 플라즈마 세기가 증가할수록 WS2 조각의 크기 증가 및 WS2 관련 PL/Raman 분광 신호 증가를 확인하였다. 이러한 결과는 O2 플라즈마 전처리가 OptiPrep 용액으로부터 열분해되어 생성된 잔류 탄소 생성을 억제하기 때문인 것으로 결론지어진다.

영어초록

Chemical vapor deposition (CVD) based on liquid-solution-precursors is widely employed for the monolayer preparation of transition-metal dichalcogenides. OptiPrep (C35H44I6N6O15), as an organic surfactant in the precursor solution, is essential to uniformly coat the precursor solution on the substrate, but residual carbon produced in the thermal decomposition process inhibits WS2 crystal growth. Although the O2 preannealing method addresses this problem, there is a possibility that WS2 is oxidized during material synthesis due to residual O2. In this study, the introduction of O2 plasma pre-treatment as a method for controlling WS2 growth is proposed. After O2 plasma pre-treatment of the substrate coated with the precursor solution before CVD growth of WS2, the carbon decomposition effect and photoluminescence (PL) characteristics of WS2 were verified by PL and Raman spectroscopy. Consequently, residual carbon was not found in WS2 grown after O2 plasma pre-treatment. In addition, as the plasma intensity increased, both the flake size of WS2 and the PL/Raman spectral signals associated with WS2 increased. These findings are ascribed to the O2 plasma pre-treatment effect, which prevents residual carbon production resulting from thermal decomposition from the OptiPrep solution.

참고자료

· 없음