KR100873631B1 - 탄소나노튜브와 금속간의 접촉저항 강하방법 - Google Patents
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Abstract
탄소나노튜브와 금속간의 접촉저항 강하방법이 개시된다. 개시된 접촉저항 강하방법은 탄소나노튜브와 금속간의 접촉점에 레이저빔을 소정 시간 조사하여 상기 탄소나노튜브와 상기 금속간의 접촉저항을 강하시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 레이저빔을 조사하여 접촉점의 이물질을 제거하거나, 접촉면적을 넓히거나, 화합물을 형성시킴으로써 접촉저항을 강하시켜 탄소나노튜브와 금속을 구비하는 소자의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
접촉저항, 탄소나노튜브, 레이저
Description
도 1은 두 개의 금속을 연결하는 탄소나노튜브를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브와 금속간의 접촉저항 강하방법을 나타낸 도면,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브와 금속간의 접촉점 저항 강하방법을 나타낸 도면,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브와 금속간의 접촉면 저항 강하방법을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저항강하방법에 따라 레이저빔을 조사함에 따라 탄소나노튜브와 금속간의 저항이 강하되는 것을 나타낸 그래프,
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
11, 21 : 실리콘 기판 13 : 실리콘 옥사이드
15, 25 : 금속 17, 27 : 탄소나노튜브
30 : 레이저
본 발명은 탄소나노튜브와 금속간의 접촉저항을 강하시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 두 금속을 연결하고 있는 탄소나노튜브를 나타낸 구조도이다. 도면을 참조하면, 실리콘 기판(11)상에 실리콘 옥사이드(13)가 적층되어 있으며, 실리콘 옥사이드(13) 표면의 좌우 양측에 두 개의 금속(15)이 소정간격 떨어져 박판형태로 위치하고 있으며, 두 금속(15)을 연결하는 탄소나노튜브(17)가 형성되어 있다.
상기 구조는 실리콘이 도핑(dopping)되어 있지 않으면 가장 간단한 형태의 I-V(전류-전압)소자가 되고, 실리콘이 불순물 P나 N으로 도핑되어 있는 경우에는 FET(Field-Effect Transistor) 소자가 된다.
탄소나노튜브는 감긴 방향, 지름 및 두께에 따라 반도체 또는 금속으로서의 성질이 결정된다. 반도체 또는 금속의 성질을 가지는 탄소나노튜브를 실제로 나노기술에 응용하기 위해서는 탄소나노튜브와 금속간의 접촉이 아주 중요하다. 탄소나노튜브와 금속간의 접촉이 양호하게 이루어지지 아니하는 경우 접촉저항이 증가하고 소자의 안정성이 떨어져 전체적으로 소자의 성능이 열화된다.
비슷한 종류의 탄소나노튜브와 금속간의 저항이 접촉상태에 따라 1MΩ에서 1kΩ까지 변하는 경우, 1mA의 전류를 흐르게 하기 위해 1MΩ의 저항에는 1kV의 전압이 필요하나 1kΩ의 저항에는 1V의 전압만이 필요하므로 접촉저항에 따라 소자의 성능이 크게 달라지는 것을 알 수 있다.
배치톨드(Bachtold)는 1998년 7월 13일자 Applied Physics Letters 에서 SEM(Scanning Electron Microscope)으로부터 조사되는 전자빔에 금과 다중벽 탄소나노튜브의 접촉영역이 선택적으로 노출될 때 접촉저항이 떨어지는 현상을 발표한 바 있다.
이정오는 2001년 8월 20일자 Applied Physics Letters에서 탄소나노튜브와 Ti/Au 전극간의 안정한 접촉을 형성하기 위해 600-800℃에서 약 30초동안 열 봉합을 실행하였다.
지금까지 탄소나노튜브와 금을 포함하는 금속간의 접촉저항을 향상시키기 위해 몇몇 방법을 시도하고 있으나 정확한 접촉저항 강하방법은 제시되고 있지 않다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 탄소나노튜브와 금속간의 접촉점에 레이저를 조사함으로써 접촉저항을 강하시키는 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소나노튜브와 금속과의 접촉점에 레이저빔을 소정 시간 조사하여 상기 탄소나노튜브와 상기 금속간의 접촉저항을 강하시키는 것을 특징으로 하는 저항강하방법을 제공한다.
여기서, 상기 금속은 일함수가 높은 것이 바람직하며, Au 또는 Pt를 포함한다.
상기 레이저빔은 연속 레이저 및 펄스 레이저 중 어느 하나로부터 조사될 수 있다.
상기 소정 시간은 상기 레이저 빔을 조사하기 시작하는 시점으로부터 상기 탄소나노튜브와 상기 금속 간의 접촉저항이 더 이상 강하하지 않는 시점까지의 시간이다.
본 발명은 탄소나노튜브와 금속간의 접촉점에 레이저를 조사함으로써 접촉저항을 강하시켜 상기 탄소나노튜브와 상기 금속을 구비하는 소자의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 금속간의 접촉저항 강하방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 접촉저항 강하방법을 나타내고 있다.
도 2를 참조하면, 실리콘 기판(21)상에 네 개의 금속(25) 박막이 네 모서리 쪽으로 각각 배치되어 있고 상기 네 금속(25) 박막의 단자간에 탄소나노튜브(27)가 상기 단자간을 연결하도록 설치되어 있다.
이 금속(25)과 탄소나노튜브(27)간의 접촉점에 광원(30)으로부터 레이저빔을 조사하되, 탄소나노튜브(27)가 연결하고 있는 두 금속 사이의 전류(I)와 전압(V)을 측정하면서 저항(R)이 더 이상 강하되지 않을 때까지 광원(20)으로부터 레이저빔을 조사한다. 수학식 1과 같은 오옴의 법칙에 의한 전류(I)와 전압(V)간의 관계식에 의해 저항(R)을 알 수 있다. 저항(R)이 더 이상 변하지 않은 경우 본 발명에 실시예에 따른 레이저빔를 접촉점에 조사함으로써 저항 강하 효과를 확인할 수 있다.
[수학식 1]
V=RI
탄소나노튜브(27)는 단층벽 또는 다층벽 탄소나노튜브를 모두 포함한다.
광원(30)인 레이저는 연속 레이저와 펄스 레이저, 고체 레이저 또는 기체 레이저를 모두 사용할 수 있으며, 레이저빔의 파장범위는 가시광선 영역 또는 자외선 영역 모두 가능하다.
금속(25)으로는 일함수가 탄소나노튜브의 일함수 4.8eV~4.9eV 보다 큰 Au 또는 Pt 가 주로 사용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
탄소나노튜브(27)와 금속(25)간의 접촉시 접촉점에 원하지 않는 유기물질이 존재하는 경우 이 유기물질로 인해 접촉저항이 악화될 수 있으며 본 발명의 실시예에 따른 접촉저항 강하방법에 의해 레이저빔을 조사하면, 이 유기물질을 제거되어 접촉저항이 강하될 수 있다.
또한, 탄소나노튜브(27)와 금속(25)간의 접촉이 면접촉이든 점접촉이든 둘 사이의 형태가 정확히 일치하지 않아 접촉이 약간 들뜨는 경우, 레이저빔을 조사하면 금속 표면의 온도가 올라가 유동성을 갖게 되고 탄소나노튜브와 금속간의 접촉면적이 증가되어 접촉저항이 낮아질 수 있다.
더하여, 탄소나노튜브(27)와 금속(25)간의 접촉점에 레이저빔을 조사하면 접촉점에서 화학반응이 일어나 금속 카본(MCx)의 화합물이 형성될 수 있으며, 이 화학물의 형성으로 인해 접촉저항이 작아질 수 있다.
도 3a는 탄소나노튜브(27)와 금속(25)이 점접촉을 하는 경우 레이저빔을 조사하여 접촉저항을 강하시키는 것을 나타내며, 도 3b는 탄소나노튜브(27)와 금속(25)이 면접촉을 하는 경우 레이저빔을 조사하여 접촉저항을 강하시키는 것을 나타낸다.
도 4는 다층벽 탄소나노튜브를 도 1과 같이 금속간에 연결한 다음 전류와 전압과의 관계를 측정한 그래프이다.
실험조건은, 소자를 250℃에서 20분간 가열하여 더 이상의 저항변화가 없음을 확인한 다음 레이저빔(266nm, 10Hz, Nd-Yag 펄스 레이저)의 강도를 높이면서 전류와 전압을 측정하는 방법으로 진행하였다.
f1은 레이저를 조사하기 전의 전류와 전압관계를 나타내는 그래프이며, f2는 10mJ/pulse, f3는 15mJ/pulse, f4는 20mJ/pulse 의 레이저빔을 조사한 경우 전류-전압관계를 나타내는 그래프이다.
도시된 바와 같이 동일한 전압에 대해 전류가 f1,f2, f3, f4로 갈수록 증가하고 있으므로 수학식 1과 같은 오옴의 법칙에 의해 저항이 점차로 떨어지는 것을 알 수 있다. 특히 f1과 f4를 비교하면, 동일 전압에서 전류가 두 배이상 증가하고 있어서 탄소나노튜브와 금속간의 접촉저항이 반이상 준 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 접촉저항 강하방법은, 접촉점에 레이저빔을 조사하여 접촉점에 존재할 수 있는 이물질을 제거하거나, 접촉면적을 넓히거나, 화합물을 형성함으로써 저항을 강하시켜 소자의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 금속간의 접촉저항 강하방법은 레이저빔을 접촉저항이 더 이상 떨어지지 않을 때까지 소정시간 탄소나노튜브와 금속간의 접촉점에 조사하여 최저의 접촉저항을 달성함으로써 소자의 전체적 인 성능을 향상시키는 것이다.
Claims (5)
- 탄소나노튜브와 금속과의 접촉점에 레이저빔을 소정시간 조사하여 상기 탄소나노튜브와 상기금속간의 접촉저항을 강하시키는것을 특징으로 하는 저항강하방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속은 상기 탄소 나노튜브에 비해 높은 일함수를 가지는 것을 특징으로 하는 저항강하방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 금속은 Au 또는 Pt를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항강하방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 레이저빔은 연속 레이저 및 펄스 레이저 중 어느 하나로부터 조사되는 것을 특징으로 하는 저항강하방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 소정시간은 상기 레이저 빔을 조사하기 시작하는 시점으로부터 상기 탄소나노튜브와 상기 금속 간의 접촉저항이 더 이상 강하하지 않는 시점까지의 시간인 것을 특징으로 하는 저항강하방법.
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