2D 재료 에칭 / 2D 재료 패턴닝

저차원 재료 에칭은 그래핀, 이황화몰리브덴 등의 2차원 재료와 나노와이어, 나노튜브 등의 1차원 재료를 에칭하는 과정을 말합니다. 저차원 재료는 일반적으로 화학 에칭 방법을 사용하여 처리됩니다. 이는 화학 반응을 이용하여 재료를 가공하는 것으로, 일반적으로 사용되는 화학 에칭 방법에는 웨트 에칭과 드라이 에칭이 포함됩니다.

저차원 재료의 에칭 어려움은 주로 다음을 포함합니다: 1. 에칭 선택: 다양한 저차원 재료는 에칭 조건에 대해 다른 요구 사항을 가지고 있으며, 적절한 에칭 조건(예: 에칭 가스, 전력, 시간 등)은 재료의 특정 속성에 따라 선택되어야 합니다. 2. 에칭 품질: 저차원 재료의 에칭 품질은 그들의 성능과 응용에 직접적인 영향을 미치며, 과도하거나 부족한 에칭을 피하기 위해 에칭 속도와 깊이를 제어해야 합니다. 3. 에칭 균일성: 저차원 재료의 에칭 균일성은 고품질 장치를 준비하는 데 매우 중요하며, 에칭 과정 중 온도, 가스 흐름 속도 및 압력과 같은 매개변수를 제어하여 에칭 균일성을 보장해야 합니다. 4. 에칭 후 처리: 에칭 후 샘플은 에칭 생성물과 잔류 에칭 가스를 제거하기 위해 청소하고 처리되어 샘플의 표면 품질과 안정성을 확보해야 합니다.

2차원 전자 박막 물질은 주로 공가결합으로 형성된 단일 또는 소수의 원자층 두께를 가진 새로운 2차원 재료를 의미합니다.

주요 내용은 다음과 같습니다:

1. 그래핀, h-BN;

2. 전이 금속 산화물;

3. TMCs, MX ₂（M=Mo, W, Re, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Pt, Pd, Fe; X=S, Se, Te), MoS ₂、WS ₂；기타

4. 부분 III⁄IV⁄V 황 기반 재료 등.

2차원 전자 박막 소재에 대한 초기 연구는 특히 그래핀 소재에서 주로 2차원 소재의 제조 방법(기계적 박리, 환원, 침착 등)과 물질 특성에 대한 연구에 초점이 맞춰져 있었습니다. 대형 2차원 박막 소재의 제조 기술이 지속적으로 발전함에 따라 사람들은 장치 제작에 주목하기 시작했습니다. 2차원 박막 소재의 얇게 만들기와 패턴화는 2차원 장치 제작의 핵심입니다. 전통적인 반도체 플라즈마 건식 식각 방식은 2차원 소재의 얇게 만들기와 패턴화에서 두 가지 치명적인 단점이 있습니다:

1. 과도한 식각 속도는 2D 물질 원자층 (나노미터 이하 수준)의 정확하고 안정적인 식각 요구를 충족시킬 수 없습니다;

2. 고에너지 이온 폭격은 2D 재료에 구조적 손상을 일으켜 물질 결함을 초래할 수 있습니다.

2차원 재료 전용 식각 장비가 가져야 할 특성은 다음과 같습니다:

1. 출력 전력을 밀리와트 수준으로 제어합니다;

2. 최소 시작 전력은 5W 이하로 제어해야 합니다;

3. 층별 식각 제어, 분당 0.3층에서 10층 사이의 식각 속도를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

4. 표본을 폭격하기 위한 이온 에너지는 10 eV 이하로 낮출 수 있습니다.

2D 재료 에칭 솔루션 - SHL 100 μ/200 μ - RIE

우리는 위에서 언급한 두 차원 재료 패턴닝의 응용 문제를 해결하기 위해 마이크로 플라즈마 기술을 기반으로 SHL 100 μ/200 μ - RIE 시리즈 장비를 개발했습니다. 이 장치는 그래핀과 같은 2차원 재료의 층 감소 에칭 및 패턴 에칭에 사용됩니다. 그림 2는 2차원 재료 에칭 장치의 외형을 보여줍니다.

2차원 재료 에칭 장치의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:

1. 단일층 또는 소수층 2D 재료 샘플을 준비하기 위한 2D 재료 박리 에칭

2. 2D 재료 패턴 에칭: 2D 재료 장치를 준비하기 위한 처리

3. 2D 재료 수정 처리

2차원 재료 에칭 장비의 핵심 성능 지표:

1. 최대 4인치/8인치 및 그 이하 크기의 샘플을 처리할 수 있음;

2. 초저전력 플라즈마 에칭: 전극 (@ 100mm)에서 3 W의 저전력을 달성하며, RF (@ 13.56 MHz), 전력 밀도는 38 mW/cm2 이하로 출력 전력 정확도는 0.1 W 미만입니다;

3. 이온 에너지는 샘플을 폭격하기 위해 10 eV까지 낮출 수 있습니다;

4. 0.1 층/분에서 1 층/분까지 안정적이고 정확한 원자층 식각이 가능합니다;

2차원 물질 식각 장비의 주요 구성은 다음과 같습니다:

1. 3~8종의 공정 가스를 구성할 수 있으며 금속 밀봉된 MFC로 디지털 제어가 가능합니다;

2. 불순물 원소로 인한 스테인레스 소재의 샘플 오염을 방지하기 위해 반도체 등급 6061 알루미늄을 공정 챔버 재료로 사용합니다;

3. 로드락 챔버는 구성할 수 있으며, 공정 챔버의 배경 진공도는 4 x 10^-4 Pa에 도달할 수 있습니다;

완전 자동 공정 제어, 등급별 사용자 로그인 관리, 종합적인 공정 데이터 및 기계 상태 데이터의 실시간 기록, 레시피 공정 라이브러리 관리 및 호출, 부품 수명주기 관리 및 고장 자가 점검.

2D 재료 에칭 머신 그래픽 결과:

SHL100μ-RIE, 38 mW/cm ², 10초: 다층에서 벗겨진 MoS 표면 잔여물 제거 ₂. 

중앙남부대학교 물리전자학과 선젠 & 류샤오치 팀에서 제공.

SHL100μ-RIE, 51 mW/cm ², 3초: MoS 식각 ₂층별로.

중앙남부대학교 물리전자학과 선젠 & 류샤오치 팀에서 제공.

SHL100μ-RIE, 0.5 W/cm ²: 그래핀 층별로 에칭하기.

중앙남부대학교 물리전자학과 선젠 & 류샤오치 팀에서 제공.

SHL100μ-RIE, 140 mW/cm ²: WSe ₂p형 도핑.

중앙남부대학교 물리전자학과 선젠 & 류샤오치 팀에서 제공.

SHL100μ-RIE, 0.5 W/cm ²: 그래핀 층별로 에칭하기.

중앙남부대학교 물리전자학과 선젠 & 류샤오치 팀에서 제공.

SHL100μ-RIE, WS 에칭 ₂층별로.

화중 과학 기술 대학의 Xuefei Li 팀에서 제공.

SHL100μ-RIE, 그래핀을 층별로 식각.