MoS2를 그래핀처럼 테이프로 떼서 monolayer 만들기 및 SiO2에 증착하기

양양~Jista입니다!

 

여러분들 그래핀은 처음에 어떻게 만들어졌는지 아세요??

수업시간에 소재를 다루는 공학도라면 무조건 들어봤을 겁니다.

 

바로 흑연의 일종인 연필심을 테이프로 한층한층 떼서 만들었다고 하죠.

그래핀은 bulk carbon층을 monolayer로 만든 결과물입니다.

 

electron의 mobility는 무한에 가깝고, bandgap은 0에요.

그러나 bandgap이 0여서 문제였다.

bandgap이 0여서 가만히 있어도 누설전류가 팍팍 생기는 것 무엇...?

 

그래서 대안으로 나온 2d material이 MoS2입니다.

 

MoS2은 층의 갯수에 따라 bandgap이 달라지는데 monolayer은 1.8eV구요. bulk가 아마 1.2eV일거에요.

monolayer은 direct bandgap을 가져서 열손해가 적은 반면 bulk는 indirect bandgap을 가져서 열손해가 발생합니다.

 

그렇기에 monolayer MoS2가 필요하다는 말씀!

그렇다면 이 monolayer MoS2는 연구실에서 어떻게 만들고 있을까요??

 

저도 처음에 어떻게 만들지 몰라 여기저기 찾아봤는데, 한국어로 설명된건 없더라구요 ㅠㅠ.

그래서 제가 직접 다른 연구실에서 배우고 포스팅합니다.

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MoS2를 그래핀처럼 테이프로 떼서, monolayer 만들기 및 SiO2 위에 증착하기!

필요한 준비물

필요한 준비물은 bulk MoS2와 285nm SiO2가 증착되어있는 Si substrate입니다.

인터넷으로 주문하면 견적서 내고 배송까지 2주정도 걸려요.

15 * 20 mm 크기에 47만원쯤입니다. 부가세 포함이구요. 부가세 제외하면 43만원입니당 ㅋㅋㅋㅋ

 

이 큰 녀석을 한번에 다 쓰지는 않구요. 저희가 필요한건 monolayer MoS2잖아요.

그렇기에 옆에 있는 이쑤시개로 아주 살짝 긁어요.

첫번째 과정 - 테이프에 붙이기

이쑤시개로 아주 살짝 긁어서 테이프에 붙입니다.(솔직히 이것보다는 훨씬 많아야하긴함)

테이프는 흰색 투명 테이프가 제일 좋아요.

테이프에 따라서 SiO2에 달라붙는 residue 양이 달라지거든요. 접착력이 강할수록 monolayer를 얻기 쉽지만 테이프 residue가 많이 달라붙습니다.

데칼코마니처럼 테이프를 접었다 펴준다

이제 테이프를 반으로 접었다가 펴주세요. 테이프를 붙일 때 손으로 문질문질 힘을 줘서 눌러줘야합니다.

얼마나 힘을 주냐고요?? 그건 경험으로 획득해야함... 나중에 영상 찍어볼게요.

MoS2가 서로 겹치게 접어도 상관 없어요. 그러나 면적이 어느정도 넓으면 좋기 때문에 완전히 겹치게 접지는 마시고, 살짝살짝 안겹치게 옆으로 접어주세요.

이렇게 테이프를 접었다 폈다 해주면서 bulk MoS2의 층이 점점 얇아집니다. MoS2의 층은 van der waals force로 붙어있어서 테이프의 접착력으로 뗄 수 있거든요.

한 8~10번정도 붙였다 뗐다 하면 모래알처럼 흩어진 샘플을 얻습니다.

이 접는 횟수, 몇번이 적당하냐로 논쟁이 많은데 테이프를 붙일 때 주는 힘이 달라서 뭐라 말을 못하겠어요.

확실한건 너무 많이 붙였다 뗐다 했을 경우 MoS2가 진짜 작게 조각조각나서 써먹을 수가 없어요.

monolayer를 얻어도 면적이 어느정도 있어야 써먹을 수 있거든요.

Si substrate 샘플 준비하기

285nm SiO2가 증착되어있는 Si substrate입니다.

아세톤과 IPA, DI water로 cleaning해주시는게 좋구요.

 

사용할 만큼 쪼개주세요.

2019/12/03 - [공대 대학원 생활 & 반도체 지식] - [공대 대학원생 생활] 반도체 웨이퍼 손쉽게 자르기

 

다른 SiO2들과 다르게 보라빛을 띄고 있어요. 왜 285nm인지 궁금하실거에요.

 

MoS2를 붙이고 몇층인지 확인하는 가장 간단한 방법이 무엇일까요? 바로 Optical Microscope로 보는 방법입니다.

2d를 연구하는 연구실에서 말해줬는데, 90nm나 285nm의 SiO2를 사용해야 OM으로 봤을 때 monolayer 구분이 가장 쉽다고 합니다. 논문상에서도 이렇게 말하더라구요.

 

아마 저 보라색이 중요한 것 같습니다. (SiO2 두께에 따라서 색이 달라집니다.)

MoS2를 붙여주기

이제 테이프를 바닥에 두고 SiO2를 테이프에 붙여주세요. SiO2를 바닥에 두고 테이프를 붙여도 돼요.

MoS2가 반데르발스 결합으로 SiO2 위에 붙게 해줄겁니다.

테이프에 붙였으면 면봉으로 살살 문질러주세요.

살살 문질러서 MoS2와 SiO2를 최대한 밀착시켜야 van der waals force로 달라붙습니다.

한 30초~1분정도 문지르는 것 같아요.

막 쎄게 하면 MoS2 조각조각 부숴집니다.

 

적당히 문지르고 떼시면 돼요.

한번 쓴 테이프는 꼭 버리기

다 쓴 테이프는 꼭 접어서 버려주세요. 다시 쓸 생각하시면 안좋습니다.

이미 쓴 MoS2 테이프라 다시 쓰면 MoS2에 residue가 아주 덕지덕지 붙어있을겁니다. Si substrate 낭비의 지름길임.

나의 샘플들

원래는 substrate의 크기를 좀 크게했었는데, 워낙 OM으로 봐야할 면적이 많아서 지금은 작게 하는 중입니다.

지금 목표는 monolayer 수율 늘리기거든요.

아까 테이프는 MoS2가 거의 없었죠?? 제가 너무 이쑤시개로 적게 긁어와서 그렇습니다.

원래는 좀 더 팍팍 긁어와야돼요. 위 사진처럼 dense해야 수율이 어느정도 나옵니다.

많으면 많을수록 monolayer가 생길 확률이 높아지거든요.

 

 

직접 떼내는 영상을 찍어봤어요. 첨 찍는거라 개노잼이네용.

 

나중에 시간나면 OM으로 찍어본 monolayer MoS2 사진들도 보여드리겠습니다.

요청이 들어오면 재밌어서 더 빨리올리긴함 ㅎㅎㅎ

이상으로 Jista의 대학원 생활이었습니다. 궁금한점 있으시면 댓글남겨주세연~