KR100875902B1 - Field effect transistor(fet), sensor for alcohol including the field effect transistor, and method for detecting alcohol using the sensor - Google Patents

Abstract

The alcohol sensor and the alcohol detecting method for utilizing the alcohol sensor is provided to apply alcohol sensor in the cellular phone etc. The field effect transistor comprises the gate electrode(11), the insulating layer(15), the source region(12), the drain region(13), the channel region(14). The insulating layer is formed on one side of the gate electrode. The source and drain region are separated from each other on the insulating layer. The channel region is arranged between the source and drain region. The channel region is made of the carbon nanotube of the compound having the functional group of forming the alcohol and hydrogen bond.

Description

전계 효과 트랜지스터, 이를 포함하는 알코올 센서, 및 상기 알코올 센서를 이용한 알코올 검출 방법{Field Effect Transistor(FET), sensor for alcohol including the Field Effect Transistor, and method for detecting alcohol using the sensor}Field effect transistor, an alcohol sensor including the same, and an alcohol detection method using the alcohol sensor {Field Effect Transistor (FET), sensor for alcohol including the Field Effect Transistor, and method for detecting alcohol using the sensor}

본 발명은 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor(FET)), 이를 포함하는 알코올 검출 센서 및 상기 알코올 검출 센서를 이용하는 알코올 검출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역; 및 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역을 포함하는 전계 효과 트랜지스터로서, 상기 채널 영역이 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 탄소 나노 튜브로 이루어진 전계 효과 트랜지스터, 이를 포함하는 알코올 센서 및 상기 알코올 센서를 이용하는 알코올 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field effect transistor (FET), an alcohol detection sensor including the same, and an alcohol detection method using the alcohol detection sensor, and more particularly, a gate electrode; An insulating layer formed on one side of the gate electrode; A source region and a drain region formed spaced apart from each other on the insulating layer; And a channel region disposed between the source region and the drain region, wherein the channel region is formed of carbon nanotubes on which a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with an alcohol is adsorbed. It relates to an alcohol sensor comprising the same and an alcohol detection method using the alcohol sensor.

탄소 나노튜브라 함은 육각형 벌집 무늬로 결합되어 있는 탄소 원자들의 배열이 튜브 형태를 이루고 있어, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작은 물질 이다. 흑연면의 결합수에 따라서 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT: single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소 나노튜브 (DWNT: double-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소 나노튜브(MWNT: multi-walled carbon nanotube) 및 다발형 탄소 나노튜브(rope carbon nanotube)로 분류된다. 1985년에 크로토(Kroto)와 스몰리(Smalley)가 탄소의 동소체(allotrope)의 하나인 풀러렌(Fullerene) (탄소 원자 60개가 모인 것: C₆₀)을 처음으로 발견한 이후, 1991년 일본전기회사 (NEC) 부설 연구소의 이지마(Iijima) 박사가 전기방전법 (arc-discharge)을 사용하여 흑연 음극 상에 형성시킨 탄소덩어리를 투과전자현미경 (TEM)으로 분석하는 과정에서 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소 나노튜브를 발견하여 네이처 (Nature)지에 처음으로 발표하였다.Carbon nanotubes are tubes that are arranged in a hexagonal honeycomb pattern of carbon atoms, so that the diameter of the tube is very small, at the nanometer level. Single-walled carbon nanotubes (SWNT), double-walled carbon nanotubes (DWNT), and multi-walled carbon nanotubes (MWNT) depending on the number of bonds of graphite And rope carbon nanotubes. Nippon Electric Company in 1991, when Kroto and Smalley first discovered Fullerene (a collection of 60 carbon atoms: C ₆₀ ), one of the allotrope of carbon. Dr. Iijima of the (NEC) research institute has a long, long, carbon-like carbon nanotube that analyzes carbon masses formed on graphite cathodes using arc-discharge with transmission electron microscopy (TEM). The tube was found and published for the first time in Nature.

또한, 탄소 나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 갖고 있어서, 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 재료산업, 의약의료, 전자컴퓨터, 보안안전, 등 거의 모든 분야에 실제로 응용되고 있으며, 그 중 하나가 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터 (FET)이다.In addition, carbon nanotubes have excellent mechanical properties, electrical selectivity, excellent field emission characteristics, high-efficiency hydrogen storage medium characteristics, such as aerospace, biotechnology, environmental energy, materials industry, medicine and medical, electronic computer, security and safety, It is practically applied to almost every field, and one of them is a carbon nanotube field effect transistor (FET).

상기 탄소나노튜브 FET는 소스, 드레인, 게이트로 이루어진 구성에 채널영역이 탄소나노튜브로 적용된 구조로 제작된 것이다.The carbon nanotube FET has a structure in which a channel region is applied to carbon nanotubes in a configuration consisting of a source, a drain, and a gate.

상기 FET의 채널영역을 이루는 탄소나노튜브는 반도체 혹은 금속 특성을 보이면서 전기전도도가 매우 높고, 열전도도가 높아 열 방출 효과가 좋은 장점이 있고, 또한 가벼우면서도 강철보다 100배 이상 강하고, 화학적 특성으로 다른 화합물 과 반응을 잘 하지 않아 매우 안정적이기 때문에 알코올 센서의 안정적 동작에 매우 유리한 장점이 있다.Carbon nanotubes constituting the channel region of the FET have the advantages of high electrical conductivity, high thermal conductivity, and good heat dissipation effect while exhibiting semiconductor or metal characteristics, and are also light and at least 100 times stronger than steel, and have different chemical characteristics. It is very stable because it does not react well with the compound, which is very advantageous for the stable operation of the alcohol sensor.

위와 같이, 탄소나노튜브는 그 특이한 물리적, 화학적 성질 및 뛰어난 전기 전도도등에 의해 차세대 나노소자의 대표물질로 인식되고 있으며, 특히 반도성을 띠는 탄소나노튜브의 경우, FET로 제작하였을 때, 기존의 실리콘 소자에 비해 월등한 성능과 작은 크기를 지녀서 차세대 실리콘을 대체할 물질로 주목받고 있다. As described above, carbon nanotubes are recognized as representative materials of next-generation nanodevices due to their unique physical and chemical properties and excellent electrical conductivity. Especially, in the case of semiconducting carbon nanotubes, when manufactured with FET, It is attracting attention as a material to replace next generation silicon because of its superior performance and small size compared to silicon devices.

따라서, 나노크기의 미세 수준에서 높은 전기전도성과 반도체 성질을 지닌 탄소나노튜브를 이용하여 기존의 센서들과 다른 독창적인 감지법을 갖는 초소형화된 알코올 센서의 개발 및 이의 휴대폰 등의 휴대성이 용이한 제품에의 적용이 여전히 요구되고 있는 현실이다.Therefore, by using carbon nanotubes having high electrical conductivity and semiconductor properties at the nanoscale fine level, it is easy to develop an ultra-small alcohol sensor having a unique sensing method different from the existing sensors, and the portability of the mobile phone thereof. The application to one product is still a reality.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 나노크기의 미세 수준에서 높은 전기전도성과 반도체 성질을 지닌 탄소나노튜브로서, 알코올과 특이적 결합이 가능한 화합물이 적용된 탄소나노튜브를 채널 영역으로 포함하는 전계 효과 트랜지스터를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is a carbon nanotube having high electrical conductivity and semiconductor properties at a nano-scale fine level, a field effect transistor comprising a carbon nanotube to which a compound capable of specific binding with alcohol is applied as a channel region. To provide.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 기존의 센서들과 다른 독창적인 감지법을 갖는 초소형화된 알코올 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microminiaturized alcohol sensor including the field effect transistor and having a unique sensing method different from existing sensors.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 알코올 센서를 이용한 알코올 검출 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an alcohol detection method using the alcohol sensor.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역; 및 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역을 포함하는 전계 효과 트랜지스터로서, 상기 채널 영역이 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 탄소 나노 튜브로 이루어진 전계 효과 트랜지스터를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is a gate electrode; An insulating layer formed on one side of the gate electrode; A source region and a drain region formed spaced apart from each other on the insulating layer; And a channel region disposed between the source region and the drain region, wherein the channel region is formed of carbon nanotubes on which a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with an alcohol is adsorbed. To provide.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 알코올 센서를 제공한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention provides an alcohol sensor including the field effect transistor.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 알코올 센서를 이용하는 알코올 검출 방법을 제공한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention provides an alcohol detection method using an alcohol sensor.

본 발명에 따르면, 나노크기의 미세 수준에서 높은 전기전도성과 반도체 성질을 지닌 탄소나노튜브로서, 알코올과 특이적 결합이 가능한 화합물를 적용된 탄소나노튜브를 채널 영역으로 포함하는 전계 효과 트랜지스터 및 이를 포함하고 기존의 센서들과 다른 독창적인 감지법을 갖는 초소형화된 알코올 센서를 제공할 수 있고, 그 결과 휴대폰 등의 휴대성이 용이한 제품에도 상기 알코올 센서를 적용할 수 있게 되었다.According to the present invention, a carbon nanotube having high electrical conductivity and semiconductor properties at a nanoscale fine level, and a field effect transistor including a carbon nanotube applied with a compound capable of specific binding with an alcohol as a channel region, and including the same It is possible to provide a miniaturized alcohol sensor having a unique detection method different from the sensors of the, and as a result it is possible to apply the alcohol sensor to a portable product such as a mobile phone.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구현예를 중심으로 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명의 일 태양은 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역; 및 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역을 포함하는 전계 효과 트랜지스터로서, 상기 채널 영역이 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 탄소 나노 튜브로 이루어진 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다. One aspect of the invention is a gate electrode; An insulating layer formed on one side of the gate electrode; A source region and a drain region formed spaced apart from each other on the insulating layer; And a channel region disposed between the source region and the drain region, wherein the channel region is formed of carbon nanotubes on which a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with an alcohol is adsorbed. It is about.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a structure of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전계 효과 트랜지스터는 기판을 겸하는 게이트 전극(11), 소스 영역(12), 드레인 영역(13), 채널 영역(14) 및 절연층(15)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the field effect transistor includes a gate electrode 11 serving as a substrate, a source region 12, a drain region 13, a channel region 14, and an insulating layer 15.

게이트 전극(11)은 전도성이 좋은 반도체 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 반도체 재료는 예컨대, 실리콘, 게르마늄, 또는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 금속으로는 알루미늄, 금, 구리 등이 사용될 수 있다.The gate electrode 11 is preferably made of a semiconductor material having good conductivity. The semiconductor material may be formed of silicon, germanium, or metal, for example. Aluminum, gold, copper, or the like may be used as the metal.

소스 영역(12) 및 드레인 영역(13)은 기판(11) 내에 서로 이격 되어 형성되어 있고 각각의 영역에 금속 물질을 증착하여 형성된 소스 금속 전극 및 드레인 금속 전극이 위치할 수 있다. The source region 12 and the drain region 13 are formed spaced apart from each other in the substrate 11, and a source metal electrode and a drain metal electrode formed by depositing a metal material in each region may be located.

소스 영역(12)은 캐리어, 예컨대 자유전자 또는 정공을 공급하고, 드레인 영역은 소스 영역 (12)에서 공급된 캐리어가 도달한다. The source region 12 supplies a carrier such as free electrons or holes, and the drain region arrives by a carrier supplied from the source region 12.

소스 영역에는 일정한 전압이 인가될 수 있고, 예컨대 그라운드일 수 있다. 또한, 드레인 영역에도 일정한 전압(V_ds)이 인가될 수 있다. A constant voltage may be applied to the source region, for example, ground. In addition, a constant voltage V _ds may be applied to the drain region.

상기 금속 전극의 증착은 통상적인 방법, 예컨대, 물리기상증착법(PVD), 전자빔 증발법(e-beam evaporation) 또는 열 증발법(thermal evaporation)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 상기 금속은 백금, 금, 크롬, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐 및 티타늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The deposition of the metal electrode may be carried out by conventional methods such as physical vapor deposition (PVD), e-beam evaporation or thermal evaporation. In addition, the metal may be at least one selected from the group consisting of platinum, gold, chromium, copper, aluminum, nickel, palladium and titanium.

채널 영역(14)은 소스 영역 (12) 및 드레인 영역 (13) 사이에 배치된다. 채널 영역(14)을 통해 캐리어, 예컨대 자유전자 또는 정공이 통과한다. The channel region 14 is disposed between the source region 12 and the drain region 13. Carriers, such as free electrons or holes, pass through the channel region 14.

본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터에서는 상기 채널 영역이 탄소나노튜브로 형성된다. 상기 탄소나노튜브는 단일벽 나노튜브인 것이 바람직하다. In the field effect transistor according to the present invention, the channel region is formed of carbon nanotubes. The carbon nanotubes are preferably single-walled nanotubes.

상기 탄소나노튜브는 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 단일 채널 형태로 형성될 수도 있고, 단일벽 탄소나노튜브가 다중 채널 형태로 형성될 수도 있고, 탄소나노튜브가 직접 연결되지 않고 얽혀서 연결된 고밀집의 네트워크의 다중 채널 형태로 형성될 수도 있다. The carbon nanotubes may be formed in the form of a single channel between the source region and the drain region, the single-walled carbon nanotubes may be formed in the multi-channel form, and the carbon nanotubes are not directly connected but entangled in a network. It may be formed in the form of a multi-channel.

즉, 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 연결된 단일벽 탄소나노튜브의 수는 철 촉매 나노입자의 밀도를 조절함으로써 제어할 수 있는데, 촉매 나노입자의 밀도는 염화철(III)의 농도로 조절이 가능하다. 염화철(III)의 농도를 1mM 내지 2mM로 하면 단일 채널 단일벽 나노튜브를, 염화철(III)의 농도를 5mM 내지 10mM로 하면 다중 채널 단일벽 나노튜브를 각각 제조할 수 있다. 또한, 염화철(III)의 농 도를 10mM 내지 20mM로 높이고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역에 형성된 각 전극의 간격을 약 100 ㎛ 정도로 넓혀주어 네트워크 형태의 트렌지스터를 제조할 수 있게 된다.That is, the number of single-walled carbon nanotubes connected between the source region and the drain region can be controlled by adjusting the density of the iron catalyst nanoparticles, and the density of the catalyst nanoparticles can be controlled by the concentration of iron (III) chloride. . When the concentration of iron (III) chloride is 1 mM to 2 mM, single channel single wall nanotubes can be prepared, and when the concentration of iron (III) chloride is 5 mM to 10 mM, multichannel single wall nanotubes can be prepared. In addition, the concentration of the iron (III) chloride to 10mM to 20mM, and the distance between each electrode formed in the source region and the drain region can be widened to about 100 ㎛ to manufacture a transistor in the form of a network.

상기 탄소나노튜브의 형성은 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 탄소나노튜브의 증착은 화학기상증착법(CVD), 레이저 어블레이션법(laser ablation), 전기방전법(arc-discharge), 플라즈마강화화학기상증착법, 열화학기상증착법, 기상합성법(vapor phase growth), 전기분해법 및 플레임 합성법으로 이루어진 군에서 선택되는 방법에 의해 수행될 수 있다.Formation of the carbon nanotubes may be performed by a conventional method. For example, the deposition of the carbon nanotubes may be performed by chemical vapor deposition (CVD), laser ablation, arc-discharge, plasma enhanced chemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, or vapor phase growth. ), Electrolysis and flame synthesis can be carried out by a method selected from the group consisting of.

게이트 전극의 일측 상에 형성되는 절연층(15)은 채널 영역(14) 아래에 배치된다. 절연층(15)은 소스 영역(12) 및 드레인 영역(13)의 일부 아래에도 배치될 수 있다. The insulating layer 15 formed on one side of the gate electrode is disposed under the channel region 14. The insulating layer 15 may also be disposed under a portion of the source region 12 and the drain region 13.

절연층(15)은 전기적 절연 재료로 구성되는데, 상기 전기적 절연 재료는 알코올이 고정되지 않는 임의의 재료일 수 있고, 예컨대, 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 니트라이드일 수 있다. 또한, 절연층(15) 상에 알코올이 고정되지 않는 다른 재료로 구성되는 부가층이 형성되어 있을 수도 있다.The insulating layer 15 is composed of an electrically insulating material, which may be any material to which alcohol is not fixed, for example, silicon dioxide or silicon nitride. In addition, an additional layer made of another material on which the alcohol is not fixed may be formed on the insulating layer 15.

게이트 전극(11)은 높은 레벨로 도핑된 전도성 기판을 사용한다. 게이트 전극에 일정한 전압이 인가될 수 있다. The gate electrode 11 uses a conductive substrate doped to a high level. A constant voltage may be applied to the gate electrode.

바람직하게, 상기 전계 효과 트랜지스터는 마이크로채널 내에 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 절연층(15) 위에 형성된 탄소나노튜브 내에 채널 영역(14)이 형성된다. Preferably, the field effect transistor may be formed in a microchannel. In this case, the channel region 14 is formed in the carbon nanotubes formed on the insulating layer 15.

본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터는 채널 영역을 이루는 탄소나노튜브에 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 특징을 가지고 있다. The field effect transistor according to the present invention has a feature that a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with an alcohol is adsorbed to a carbon nanotube forming a channel region.

상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물로는 -NH₂ 및 -COOH기를 동시에 갖는 화합물이면 특별히 제한되지 않으나, 단백질을 구성하는 기본체로서 자연친화성이 크고, 물에 잘 녹아 다루기가 용이한 아미노산이 바람직하다. The compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol is not particularly limited as long as it is a compound having a -NH ₂ and -COOH group at the same time. Preferred amino acids are preferred.

상기 아미노산으로는 특별히 제한되지 않으나, 위에서 일어나는 알코올의 흡수과정과 신경전달체인 시냅스에서 에탄올의 작용에 직,간접적으로 관여하므로 알코올의 선택적인 흡착을 기대할수 있어 글리신이 바람직하다. (Y. Iimuro, B. U. Bradford, D. T. Forman, R. G. Thurman Gastroenterology 1996, 110, 1536-1542.; L. Tao, J. H. Ye Br. J. Pharmacol.. 2002, 136, 629-635. )The amino acid is not particularly limited, but glycine is preferable because it is directly or indirectly involved in the absorption process of alcohol and the action of ethanol at the neurotransmitter synapse. (Y. Iimuro, BU Bradford, DT Forman, RG Thurman Gastroenterology 1996 , 110 , 1536-1542 .; L. Tao, JH Ye Br. J. Pharmacol . 2002 , 136 , 629-635.)

상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물은 수용액 형태로 탄소나노튜브에 가하는 경우 상기 탄소나노튜브의 표면에 흡착된다. 이때, 상기 흡착된 화합물은 자기 조립 나노클러스터(self assembly nanocluster)를 형성한다. The compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol is adsorbed onto the surface of the carbon nanotubes when added to the carbon nanotubes in the form of an aqueous solution. At this time, the adsorbed compound forms a self assembly nanocluster.

이러한 화합물, 특히 아미노산의 자기 조립 나노클러스터의 형성, 즉 핵화(nucleation)는 Smalley et al (J. Liu, M. J. Casavant, M. Cox, D. A. Walters, P. Boul, W. Lu, A. J. Rimberg, K. A. Smith, D. T. Colbert, R. E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 1999, 303, 125-129)에 의해 이미 증명된 바와 같이 강한 나노튜브-아민 상호작용에 의한다. 아미노산은 카르복실기 및 아민기를 모두 포함하고 있으므로, 연속적인 클러스터의 형성은 자유 아미노산과 탄소나노튜브 상에 흡수된 아미노산 사이에 분자간 수소 결합에 의해 일어난다. The formation, i.e. nucleation, of self-assembled nanoclusters of these compounds, especially amino acids, has been shown by Smalley et al (J. Liu, MJ Casavant, M. Cox, DA Walters, P. Boul, W. Lu, AJ Rimberg, KA Smith). , DT Colbert, RE Smalley, Chem. Phys. Lett . 1999 , 303 , 125-129) by strong nanotube-amine interactions. Since amino acids contain both carboxyl and amine groups, the formation of continuous clusters is caused by intermolecular hydrogen bonds between free amino acids and amino acids absorbed on carbon nanotubes.

참고로, 도 2는 단일 탄소나노튜브 상에 아미노산의 일례로 글리신을 사용한 경우, 글리신 클러스터 흡착 전 (왼쪽) 및 흡착 후 (가운데 )의 원자 힘 현미경 (AFM) 이미지와, 탄소나노튜브 전계효과 트렌지스터 제작 후, 글리신 클러스터가 탄소나노튜브 위에 흡착된 원자힘 현미경(AFM)이미지(오른쪽)를 도시하고 있다.For reference, FIG. 2 shows atomic force microscopy (AFM) images and carbon nanotube field effect transistors before (left) and after (adsorbing) glycine cluster adsorption when glycine is used as an example of an amino acid on a single carbon nanotube. After fabrication, atomic force microscopy (AFM) images (right) where glycine clusters are adsorbed onto carbon nanotubes are shown.

상기 아미노산 클러스터의 크기는, 통상 1.5 내지 3 nm 이고, 특히 글리신 나노클러스터의 평균 크기는 약 직경이 2.5 nm이다. 이들은 여러 개의 용매를 이용한 통상적인 수세 과정에 의하여도 거의 제거되지 않는다 The size of the amino acid clusters is usually 1.5 to 3 nm, in particular the average size of the glycine nanoclusters is about 2.5 nm in diameter. They are rarely removed by the usual washing process with several solvents.

본 발명의 다른 태양은 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역; 및 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역을 포함하는 전계 효과 트랜지스터로서, 상기 채널 영역이 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 탄소 나노 튜브로 이루어진 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 알코올 센서에 관한 것이다. 상기 알코올 센서는 상기 전계 효과 트랜지스터외에, 알코올 주입구, 전류 측정기, 전압 공급기 등을 더 구비할 수 있다. Another aspect of the invention is a gate electrode; An insulating layer formed on one side of the gate electrode; A source region and a drain region formed spaced apart from each other on the insulating layer; And a channel region disposed between the source region and the drain region, wherein the channel region is formed of carbon nanotubes on which a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with an alcohol is adsorbed. It relates to an alcohol sensor comprising a. The alcohol sensor may further include an alcohol inlet, a current meter, a voltage supply, etc. in addition to the field effect transistor.

본 발명의 또 다른 태양은 상기 알코올 센서를 이용하는 알코올 검출 방법에 관한 것이다.Another aspect of the invention relates to an alcohol detection method using the alcohol sensor.

상기 알코올 검출 방법은 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역; 및 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역을 포함하는 트랜지스터로서, 상기 채널 영역이 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 탄소 나노 튜브로 이루어진 전계 효과 트랜지스터에 알코올을 노출시키는 단계; The alcohol detection method comprises a gate electrode; An insulating layer formed on one side of the gate electrode; A source region and a drain region formed spaced apart from each other on the insulating layer; And a channel region disposed between the source region and the drain region, wherein the channel region is composed of carbon nanotubes adsorbed with a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with alcohol. Exposing;

상기 알코올과 상기 채널 영역에 흡착된, 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물의 결합의 결과로 상기 채널 영역에 흐르는 전류 값을 측정하는 단계; 및Measuring a current value flowing in the channel region as a result of bonding of the alcohol with a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol adsorbed to the channel region; And

상기 측정된 전류 값의 변화를 근거로 하여 상기 알코올을 검출하는 단계를 포함한다.Detecting the alcohol based on the change in the measured current value.

전술한 바와 같이, 상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물은, -NH₂ 및 -COOH기를 동시에 갖는 화합물이면 특별히 제한되지 않으나, 아미노산이 자연친화성과 취급의 편리함의 이유로 바람직하고, 상기 아미노산으로는 특별히 제한되지 않으나, 알코올의 선택적인 흡착성을 이유로 글리신이 바람직하다. As described above, the compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol is not particularly limited as long as it is a compound having a -NH ₂ and -COOH group at the same time, amino acids are preferred for reasons of natural affinity and convenience of handling, The amino acid is not particularly limited, but glycine is preferable for the selective adsorption of alcohol.

먼저, 상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물,예를 들어 아미노산이 흡착된 탄소나노튜브에 알코올이 노출되면 알코올의 히드록실기와 아미노산의 카르복실기 사이에 다시 견고한 수소 결합에 의하여 알코올과 아 미노산의 상호 작용이 일어나게 된다.First, when an alcohol is exposed to a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol, for example, an amino acid-adsorbed carbon nanotube, the alcohol is formed again by a rigid hydrogen bond between the hydroxyl group of the alcohol and the carboxyl group of the amino acid. The interaction of and amino acid occurs.

아미노산으로 글리신을, 알코올로 에탄올을 각각 사용한 경우로서, 이러한 탄소나노튜브의 표면에의 아미노산의 흡착 및 아미노산과 알코올의 상호작용에 대하여 도 3에 도시하였다.When glycine is used as the amino acid and ethanol is used as the alcohol, the adsorption of amino acids on the surface of the carbon nanotubes and the interaction between the amino acids and alcohols are shown in FIG. 3.

이후, 본 발명에 따른 알코올 센서를 이용한 알코올의 검출은 반도체 분석기(예를 들면, Keithley 4200) 등을 사용하여 상기 알코올 센서 상에 알코올 흡수 전후의 I _DS (알코올 흡착 후의 평균 전류 강하도(average degree of current drop))-V _G (게이트 전극의 전압) 특성 곡선의 변화를 측정함으로써 이루어지게 된다.Then, the detection of the alcohol using an alcohol sensor according to the present invention is a semiconductor analyzer (for example, Keithley 4200) of the alcohol average current drop sensor onto the alcohol absorbed before and after the I _DS (after alcohol absorption also be used, such as (average degree of current drop))-by measuring the change in the V _G (voltage at the gate electrode) characteristic curve.

도 4를 참조하면, 아미노산으로 글리신이 흡착된 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 I _DS-V _G 곡선은 전형적인 p-타입 특성을 보인다 (도 4의 왼쪽 그래프 참조). 하지만, 상기 알코올 센서에 에탄올과 같은 알코올이 노출되어 글리신의 카르복실기와 알코올의 히드록시기의 수소 결합등으로 상호작용이 일어나게 되면 I _DS-V _G 곡선은 극적으로 변화하여서, -10 내지 +10 V 사이의 게이트 전압 스윕(voltage sweep)에 대한 게이트 의존성이 거의 없는, 의사-금속성 (pseudo-metallic) 거동을 보이게 된다 (도 4의 오른쪽 그래프 참조).Referring to FIG. 4, the I _DS −V _G curve of an alcohol sensor including a carbon nanotube FET adsorbed with glycine as an amino acid shows typical p -type characteristics (see the left graph of FIG. 4). However, when the alcohol sensor such as ethanol is exposed to the alcohol sensor and the interaction occurs due to hydrogen bonding between the carboxyl group of glycine and the hydroxyl group of the alcohol, the I _DS -V _G curve is changed dramatically, and thus, between -10 and +10 V. Pseudo-metallic behavior with little gate dependence on gate voltage sweep is seen (see graph on the right of FIG. 4).

한편, 상기 알코올 센서가 대기 조건에서 유지될 때, I _DS-V _G 곡선은 알코올에 노출되기 전인 최초의 형태로 시간에 따라 변화를 보이고, 약 12시간 후에는 알코 올에 노출되기 전과 동일한 p-타입 특성을 보여주게 된다. 이는 물리적으로 흡착된(physisorbed) 에탄올 분자들이 글리신-흡착된 탄소 나노 튜브를 구비한 알코올 센서로부터 서서히 탈착되고, 일정 시간 이후에는 게이트 전압에 따른 소스-드레인 사이의 전류 변화가 처음과 같이 회복된다. 그리고 10회 이상의 반복적인 실험을 통해 글리신 분자의 재흡착 과정없이 알코올 센서로서 재사용이 가능함을 보여주었다. On the other hand, when the alcohol sensor is maintained at atmospheric conditions, the I _DS -V _G curve changes with time in its first form before exposure to alcohol, and after about 12 hours the same p − as before exposure to alcohol. Will show the type characteristics. This causes the physisorbed ethanol molecules to be slowly desorbed from the alcohol sensor with glycine-adsorbed carbon nanotubes, and after a period of time the current change between source-drain with gate voltage is restored as first. Ten or more repeated experiments showed that it can be reused as an alcohol sensor without resorption of glycine molecules.

이러한 흡착된 알코올의 대기중에서 자연적인 탈착에 대한 결과를 도 5에 도시하였다. 알코올이 흡착되면서 의사 금속 거동을 보여주는 그래프는 시간이 지남에 따라 흡착 전의 그래프로 천천히 돌아가고, 약 12시간 이후에 거의 흡착전의 특성을 다시 보여주게 된다. 완전하게 탈착이 이루어진 후, 다시 이소프로필알코올의 흡착을 통해서 알코올의 재검출이 됨을 알수 있다. The results for the natural desorption of the adsorbed alcohol in the air are shown in FIG. 5. The graph showing the pseudo metal behavior as the alcohol is adsorbed slowly returns to the graph before adsorption over time and reappears almost before the adsorption after about 12 hours. After complete desorption, it can be seen that alcohol is redetected through adsorption of isopropyl alcohol.

이와 같은 오랜시간을 통한 탈착은 실제 센서로서의 응용에 방해 요인이 될 수 있다. 이를 극복하기 위해서 Ar 블로우잉, 가열 또는 물을 이용한 단순한 린스 등으로 신호 복귀를 가속화 시킬 수 있다. Desorption over such a long time can be a hindrance to the application as a real sensor. To overcome this, the signal return can be accelerated by Ar blowing, heating or simple rinsing with water.

그 한 예로 도 6a 및 도 6b는 글리신-흡착된 탄소 나노 튜브 FET를 포함하는 알코올 센서를 물로 린스한 경우 각각 이소프로필알코올(도 6a), 및 에탄올(도 6b)의 즉각적인 탈착 결과를 보여준다. 참고로, 도 6a 및 6b에서, (a)는 해당 알코올에 흡착 전, (b)는 해당 알코올로 1차 흡착 후, (c)는 탈이온수로 린스 후 N₂ 건조한 상태, (d)는 해당 알코올로 2차 흡착 후 를 각각 나타낸다. As an example, FIGS. 6A and 6B show the immediate desorption results of isopropyl alcohol (FIG. 6A) and ethanol (FIG. 6B) when rinsed with water with an alcohol sensor comprising glycine-adsorbed carbon nanotube FETs. For reference, in FIGS. 6A and 6B, (a) before adsorption to the corresponding alcohol, (b) after primary adsorption with the corresponding alcohol, (c) after rinsing with deionized water, N ₂ dry state, (d) corresponding After secondary adsorption with alcohol Respectively.

본 발명의 알코올 센서에 노출되었을 때 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역을 이루는 탄소 나노 튜브 상에 흡착된 화합물과 선택적 결합 특성을 보이는 알코올류로는 에탄올, 이소프로필알코올, 메탄올 등이 있으나, 여기에 한정되지는 않는다. Alcohols exhibiting selective binding properties with the compounds adsorbed on the carbon nanotubes forming the channel region of the field effect transistor when exposed to the alcohol sensor of the present invention include, but are not limited to, ethanol, isopropyl alcohol, methanol, etc. Does not.

이하, 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역을 이루는 탄소 나노 튜브의 알코올에 대한 결합 거동의 메커니즘에 대하여 살펴보겠다. 하지만, 이하의 설명은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 단지 발명의 이해를 돕기 위함이다.Hereinafter, the mechanism of the bonding behavior with respect to the alcohol of the carbon nanotubes forming the channel region of the field effect transistor according to the present invention will be described. However, the following description is not intended to limit the scope of the present invention, but merely to aid in understanding the invention.

종래의 연구에서는, 화학 또는 생화학 종의 흡착에 대한 단일벽 탄소나노튜브-전계 효과 트랜지스터의 수송 특성의 조절은 전자-정공 도핑 농도의 정도 또는 쇼트키 배리어 조절에 의해 주로 설명되었다. 하지만, 이러한 메커니즘 중 어느 것도 알코올 검출 후 상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착된 탄소 나노 튜브를 구비한 전계 효과 트랜지스터의 의사-금속 수송 거동을 성공적으로 지지하지 못하였다.In the prior studies, the control of the transport properties of single-walled carbon nanotube-field effect transistors on the adsorption of chemical or biochemical species has been largely explained by the degree of electron-hole doping concentration or by the Schottky barrier control. However, none of these mechanisms has successfully supported the pseudo-metal transport behavior of field effect transistors with carbon nanotubes adsorbed with compounds having functional groups capable of forming hydrogen bonds with the alcohol after alcohol detection.

따라서, 본 발명에서는 분자의 파동함수는 각각의 원자 오비탈의 선형조합이라는 제1 원리 밀도 함수 이론(first-principle density functional theory)을 바탕으로, 상기 화합물로서 아미노산의 한 종류인 글리신을 적용하여, 상기 글리신 분자에 결합가능한 여러가지 대상과의 결합에너지를 계산을 통해 예측해 보고, 이를 통한 글리신-흡착된 탄소나노튜브를 감싸는 알코올 분자에 의해 기인될 수 있는 전기장 스크리닝 인자(K)의 변화와 이에 따른 스크리닝 효과를 제안하였다. Accordingly, in the present invention, based on the first-principle density functional theory that the wave function of the molecule is a linear combination of each atomic orbital, by applying glycine, which is a kind of amino acid, as the compound, Calculate the binding energy of various targets that can be bound to glycine molecules through calculation, and change of electric field screening factor ( K ) which can be caused by alcohol molecules surrounding glycine-adsorbed carbon nanotubes through the screening effect Suggested.

먼저, 글리신 분자와 이소프로필알코올 사이의 결합 에너지를 계산해보면 약 0.6 eV 인 것에 비해 글리신 분자와 아세톤, 물에 대한 결합에너지는 각각 이보다 약 0.28, 0.35 eV 낮은 값으로 예측되었다. 이는 이소프로필알코올이 물이나 아세톤 보다 쉽게 흡착되거나 갖힐수 있는 것을 의미한다. 그리고 대기상에서 낮은 부분압력을 갖기 때문에 결합에너지가 작은 물과 아세톤의 경우 쉽게 탈착이 될 수 있음을 의미한다. First, when calculating the binding energy between the glycine molecule and the isopropyl alcohol, the binding energy for the glycine molecule, acetone, and water was estimated to be about 0.28 and 0.35 eV lower than that of about 0.6 eV. This means that isopropyl alcohol can be more easily adsorbed or retained than water or acetone. And because it has a low partial pressure in the atmosphere, it means that it can be easily desorbed in the case of water and acetone having a small binding energy.

그리고 알코올이 흡착되었을때, 알코올은 알코올이 갖는 고유의 유전상수에 의해 게이트 전극에서 가해지는 전기장을 상쇄시켜주는 역할을 하게 된다. 즉, 알코올의 유효 유전율 ε를 갖는 두께 ΔR의 실린더 쌍극자 층에 의해 둘러싸여진 반지름 R (SWNT)의 실린더로써 아미노산-알코올 쌍, 예를 들면 글리신-이소프로필알코올(GI) 쌍에 의해 커버링된 탄소나노튜브를 모델링하고, 이후 균일한 외부 전기장, E ₀ 의 존재 하에서 이러한 모델 시스템의 라플라스 방정식을 풀었다.When the alcohol is adsorbed, the alcohol serves to cancel the electric field applied to the gate electrode by the intrinsic dielectric constant of the alcohol. That is, carbon covered by amino acid-alcohol pairs, for example glycine-isopropyl alcohol (GI) pairs, as cylinders of radius R (SWNT) surrounded by a cylinder dipole layer of thickness Δ R having an effective dielectric constant ε of alcohol The nanotubes were modeled and then solved the Laplace equation of this model system in the presence of a uniform external electric field, E ₀ .

상기 실린더의 내부의 전기장 E _in, 대 E ₀, 의 비율에 의해 정의되는 스크리닝 인자 K, 즉 K(ε,ΔR) = E _in/E ₀는 ε 및 ΔR 의 변수인 하기 식으로 주어진다:The interior of the cylinder _in the electric field E, for E _0, screening factor K, which is defined by the ratio of, that is K (ε, Δ R) = E in / E 0 is ε and It is given by the following formula, which is a variable of Δ R :

유전율 ε는 미시 (분자) 편극능(microscopic (molecular) polarizability) α, 상기 분자쌍의 쌍극자 모멘트 p, 및 충진 인자 f (복합체의 함량 %)의 함수로 서, ε = ε(α,p,f) 로 되는 랑제방-데바이 (Langevin-Debye) 이론으로부터 계산된다.The permittivity ε is a function of microscopic (molecular) polarizability α , the dipole moment p of the molecular pair, and the filling factor f (% content of the complex), ε = ε ( α , p, f Calculated from the Langvin-Debye theory.

n ₀ 는 이상적인 글리신-이소프로판올 흡착 분자의 갯수 밀도로서 약 3 × 10²¹ cm^{- 3} 로 예상되며, k _B 는 볼츠만 상수이다. α, p 는 제 1원리 밀도함수 이론을 통한 계산으로 각각 24.2 ų, 1.8 Debye로 예측되었다. R 및 ΔR은 실험값에서 얻었다. n ₀ is an ideal glycine-as the number density of isopropanol adsorbed molecules of about 3 × 10 ²¹ cm ^- is expected to ^3, k _B is Boltzmann's constant. α and p were predicted to be 24.2 Å ³ and 1.8 Debye, respectively, by the first principle density function theory. R and Δ R was obtained from the experimental values.

스크리닝 인자는 도 7a에 도시된 바와 같이, K는 R = 1.5 nm 및 ΔR = 0.5 nm를 사용하여 f의 함수로써 계산되었다. 또한, 도 7b의 곡선 (a)는 전형적인 I _DS-V _G 특성 곡선을 나타낸 것이고, 도 7b의 곡선 (b)는 f=83%으로부터 평가된 스크리닝 인자 K=0.1을 상기 전형적인 I _DS-V _G 특성 곡선에 적용하여서 얻은 알코올 흡착 후의 대응 곡선을 나타낸 것이다. 상기 도 7b의 곡선(b)는 실험적으로 측정된 곡선과 매우 유사함을 알 수 있다. Screening factor is shown in Figure 7a, K is R = 1.5 nm And Use Δ R = 0.5 nm was calculated as a function of f. In addition, the curve of Figure 7b (a) is a typical I _DS - V _G characteristic will showing a curve, a curve (b) of Figure 7b f = the screening factor K = the typical I to 0.1 _DS evaluated from 83% - V _G The corresponding curve after alcohol adsorption obtained by applying to the characteristic curve is shown. It can be seen that curve (b) of FIG. 7B is very similar to the curve measured experimentally.

결론적으로, 아미노산 나노클러스터는 탄소나노튜브 상에 자발적으로 형성되고, 아미노산-흡착된 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서는 알코올에 대하여 매우 큰 선택적인 검출 특성을 보임을 알 수 있다. 아미노산-흡착된 탄소나노튜브 상에 알코올 분자의 장기간의 유지는 상기 적용된 전기 게이트 장을 스크리닝하고, 이는 종래의 p-타입 수송 거동을 금속상으로 즉시 조절하게 되는 것이다.In conclusion, it can be seen that the amino acid nanoclusters are spontaneously formed on the carbon nanotubes, and the alcohol sensor including the amino acid-adsorbed carbon nanotube FETs shows very large selective detection properties for alcohol. Prolonged maintenance of alcohol molecules on amino acid-adsorbed carbon nanotubes screens the applied electric gate field, which immediately controls the conventional p-type transport behavior into the metal phase.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by Examples.

실시예Example

실시예 1 : 단일벽 탄소 나노튜브 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 알코올 센서의 제조 (단일 채널, 다중 채널 및 네트워크 형태의 Example 1 Fabrication of Alcohol Sensors Including Single-Walled Carbon Nanotube Field Effect Transistors (Single Channel, Multi-Channel and Network Forms) 단일벽Single wall 나노튜브 포함) Nanotubes included)

열적 산화된 (500nm SiO₂) 고도 붕소 도핑된 Si 기판 (비저항 <0.01 (Ωㆍcm)을 게이트 전극으로 준비하고, 준비된 산화 Si 기판 상에 SWNTs를 열화학 CVD 시스템을 사용하여 합성하였다. 히드록실아민 매개(mediated) 글러스터링 방법을 사용하여 미세 제작된 SiO₂/Si 기판 상의 포토리소그라피 방법으로 제작된 촉매 섬 (catalyst islands) 상에서 산화철 나노입자를 직접 합성하였다. A thermally oxidized (500 nm SiO ₂ ) highly boron doped Si substrate (resistance <0.01 (Ω · cm) was prepared as a gate electrode, and SWNTs were synthesized on the prepared Si oxide substrate using a thermochemical CVD system. Iron oxide nanoparticles were synthesized directly on catalyst islands fabricated by photolithography on microfabricated SiO ₂ / Si substrates using a mediated blasting method.

감광제 층을 제거한 후에, 상기 기판을 열화학 CVD 시스템으로 이동시켰는데, 상기 열적 CVD 시스템에서는 CH₄, H₂ 및 C₂H₄ 기체들이 단일벽 탄소나노튜브의 성장을 위해 900℃ 에서 1000, 500 및 20 sccm 의 유량으로 제공되었다. 이때 얻은 탄소나노튜브의 길이의 평균값이 약 10㎛ 였다. 상기 성장 후에, 포토 리소크라피 법을 한번 더 이용하여 전극의 형태를 제작한 후, 열증착에 의해 15 nm 두께의 Cr 상에 20 nm 두께의 Au를 갖는 소스 전극을 포함하는 소스 영역 및 드레인 전극을 포함하는 드레인 영역을 형성하였다. 이때 양 전극의 간격은 약 5㎛ 였다 상기 공정에서 고온의 아세톤을 사용하는 통상의 리프트-오프 단계를 거쳐 감광제 층을 제거하였다. 미세 패턴을 제작하는 마스크 얼라이너는 각각 원자외선(Deep UV)을 위해 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA, MicroChem^TM)를, 정상 자외선 (normal UV)을 위해서 Az7210 (Clariant^TM)을 감광제로 사용하였다. After removing the photoresist layer, the substrate was transferred to a thermochemical CVD system where CH ₄ , H ₂ and C ₂ H ₄ gases were deposited at 900, 1000, 500 and 900 ° C. for growth of single-walled carbon nanotubes. It was provided at a flow rate of 20 sccm. The average value of the lengths of the obtained carbon nanotubes was about 10 μm. After the growth, after forming the shape of the electrode by using the photolithography method once more, the source region and the drain electrode comprising a source electrode having a 20 nm thick Au on Cr 15 nm thick by thermal deposition A drain region including the was formed. At this time, the distance between the two electrodes was about 5 μm. The photoresist layer was removed through the usual lift-off step using hot acetone in the process. The mask aligner for fabricating the fine patterns used poly (methyl methacrylate) (PMMA, MicroChem ^™ ) for deep UV and Az7210 (Clariant ^™ ) for photosensitive ultraviolet light, respectively. .

상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 연결된 단일벽 탄소나노튜브의 수는 철 촉매 나노입자의 밀도를 조절함으로써 제어할 수 있다. 촉매 나노입자의 밀도는 염화철(III)의 농도로 조절이 가능하다. 염화철(III)의 농도를 2 mM로 하여 단일 채널 단일벽 나노튜브를, 염화철(III)의 농도를 10 mM로 하여 다중 채널 단일벽 나노튜브를 각각 제조하였다. 또한, 염화철(III)의 농도를 10 mM으로 하고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역에 형성된 각 전극의 간격을 약 100 ㎛ 정도로 넓혀주어 네트워크 형태의 트렌지스터를 제조하였다. The number of single-walled carbon nanotubes connected between the source region and the drain region can be controlled by adjusting the density of the iron catalyst nanoparticles. The density of the catalyst nanoparticles can be controlled by the concentration of iron (III) chloride. Single-channel single-walled nanotubes were prepared using a concentration of iron (III) chloride at 2 mM, and multi-channel single-walled nanotubes were prepared at a concentration of 10 mM of iron (III) chloride. In addition, the concentration of iron (III) chloride was set to 10 mM, and the distance between each electrode formed in the source region and the drain region was widened to about 100 μm to prepare a transistor in the form of a network.

이후 상기 알코올 센서의 채널 영역 상으로 실온에서 1 시간 동안 수계 글리신 용액(40 mM)의 수개의 분취액을 분배함으로써 자발적으로 단일벽 탄소나노튜브의 측벽 상에 글리신 나노클러스터를 형성시켰다. Then, glycine nanoclusters were spontaneously formed on the sidewall of single-walled carbon nanotubes by dispensing several aliquots of aqueous glycine solution (40 mM) for 1 hour at room temperature onto the channel region of the alcohol sensor.

이후 상기 얻어진 글리신이 흡착된 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터를 전압공급장치, 전류측정기 등에 연결하여 알코올 센서를 제조하였다. Thereafter, the obtained glycine-adsorbed single-wall carbon nanotube field effect transistor was connected to a voltage supply device, a current meter, and the like to prepare an alcohol sensor.

상기 제조된 알코올 센서의 광학 사진 이미지를 도 8에 나타내었다.An optical photo image of the manufactured alcohol sensor is shown in FIG. 8.

실시예 2 : HiPco 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 알코올 센서의 제조 (고밀집 네트워크 형태의 다중 채널 단일벽 탄소나노튜브)Example 2 Preparation of Alcohol Sensor Including HiPco Single-Walled Carbon Nanotube Field Effect Transistor (Multi-Channel Single-Walled Carbon Nanotube in Dense Network Type)

SiO₂/Si 기판을 먼저 포토리소그라피 및 통상의 리프트-오프 방법을 사용하여 특정 부위만 친수성 실란으로 패터닝하였다. 이후 상기 기판을 실온에서 1 시간 동안 부유된(suspended) HiPco 단일벽 탄소나노튜브 용액에 담구어 실란 패턴이 있는 부분에만 탄소나노튜브를 흡착시켰다. 이때 상기 탄소나노튜브의 길이는 평균 약 1㎛ 였다. 이 후 포토 리소그라피를 통해서 전극형태를 패터닝 하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 금속 전극을 증착, 통상적인 리프트-오프 방법으로 감광제를 제거하였다. SiO ₂ / Si substrates were first patterned with hydrophilic silane only at specific sites using photolithography and conventional lift-off methods. The substrate was then immersed in a suspended HiPco single-walled carbon nanotube solution at room temperature for 1 hour to adsorb carbon nanotubes only to the silane pattern. In this case, the length of the carbon nanotubes was about 1 μm on average. Thereafter, the electrode shape was patterned through photolithography, a metal electrode was deposited in the same manner as in Example 1, and the photosensitive agent was removed by a conventional lift-off method.

이후 상기 알코올 센서의 채녈 영역 상으로 실온에서 1 시간 동안 수계 글리신 용액(40 mM)의 수개의 분취액을 분배함으로써 자발적으로 단일벽 탄소나노튜브의 측벽 상에 글리신 나노클러스터를 형성시켰다.The glycine nanoclusters were spontaneously formed on the sidewalls of single-walled carbon nanotubes by dispensing several aliquots of aqueous glycine solution (40 mM) for 1 hour at room temperature onto the channeling area of the alcohol sensor.

상기 제조된 HiPco 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 광학 및 AFM 이미지를 도 9에 도시하였다. Optical and AFM images of the alcohol sensor including the prepared HiPco single-walled carbon nanotube FETs are shown in FIG. 9.

실시예Example 3 : 알코올 센서(단일 채널 나노튜브 포함)를 이용한 알코올 검출 3: Alcohol detection using alcohol sensor (including single channel nanotube)

실시예 1에서 제조한 알코올 센서(단일 채널 나노튜브 포함)를 이용하여 이소프로필알코올의 검출 평가를 하였다. 그 결과를 도 10에 도시하였다. Detection of isopropyl alcohol was evaluated using the alcohol sensor prepared in Example 1 (including single channel nanotubes). The results are shown in FIG.

실시예Example 4 : 알코올 센서(네트워크 형태의 다중 채널 나노튜브 포함)를 이용한 알코올 검출 4: Alcohol detection using alcohol sensor (including multichannel nanotubes in network form)

실시예 1 에서 제조한 알코올 센서(네트워크 형태의 다중 채널 나노튜브 포 함)를 이용하여 이소프로필알코올의 검출 평가를 하였다. 그 결과를 도 11에 도시하였다.The detection evaluation of isopropyl alcohol was carried out using the alcohol sensor prepared in Example 1 (including a multi-channel nanotube in the form of a network). The results are shown in FIG.

실시예Example 5 : 알코올 센서(네트워크 형태의 다중 채널 나노튜브 포함)를 이용한 알코올 검출 5: Alcohol detection using alcohol sensors (including multichannel nanotubes in network form)

실시예 2에서 제조한 알코올 센서를 이용하여 이소프로필알코올의 검출 평가를 하였다. 그 결과를 도 12에 도시하였다.Detection evaluation of isopropyl alcohol was performed using the alcohol sensor prepared in Example 2. The results are shown in FIG.

실시예Example 6 : 알코올 센서 (단일 채널 나노튜브 포함)를 이용한 알코올 검출 6: Alcohol detection using alcohol sensor (including single channel nanotube)

실시예 1에서 제조한 알코올 센서를 이용하여 에탄올의 검출 평가를 하였다. 그 결과를 도 13에 도시하였다.The detection evaluation of ethanol was performed using the alcohol sensor manufactured in Example 1. The results are shown in FIG.

실시예Example 7 : 알코올 센서 (다중 채널  7: alcohol sensor (multi-channel 단일벽Single wall 나노튜브 포함)를 이용한 알코올 검출 Alcohol detection using nanotubes)

실시예 1에서 제조한 알코올 센서를 이용하여 메탄올의 검출 평가를 하였다. 그 결과를 도 14에 도시하였다.The detection evaluation of methanol was performed using the alcohol sensor manufactured in Example 1. The results are shown in FIG.

비교예Comparative example 1 One

실시예 1로 제조된 알코올 센서(다중 채널 단일벽 나노튜브 포함)를 이용하여 아세톤의 검출 평가를 실시한 점을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 도 15에 도시하였다.Except that the detection evaluation of acetone using an alcohol sensor (including multi-channel single-wall nanotubes) prepared in Example 1 was carried out in the same manner as in Example 3. The results are shown in FIG.

비교예Comparative example 2 2

실시예 1로 제조된 알코올 센서(다중 채널 단일벽 나노튜브 포함)를 이용하여 물의 검출 평가를 실시한 점을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 도 16에 도시하였다.The detection was carried out in the same manner as in Example 3, except that the detection of water was performed using the alcohol sensor prepared in Example 1 (including multi-channel single-walled nanotubes). The result is shown in FIG.

이하, 상기 실시예 3 내지 5 및 비교예 1 내지 2에 의한 검출 평가 결과를 도 10 내지 16을 참조하여 살펴 보겠다.Hereinafter, the detection evaluation results of Examples 3 to 5 and Comparative Examples 1 to 2 will be described with reference to FIGS. 10 to 16.

본래 글리신 흡착된 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 알코올 센서는 도 10 및 11의 곡선 (a)로 도시된 바와 같이 전형적인 p-타입 특성을 보였다. The alcohol sensor, which originally contained glycine adsorbed single-walled carbon nanotube field effect transistors, exhibited typical p -type characteristics as shown by curves (a) of FIGS. 10 and 11.

하지만, 상기 I _DS-V _G 곡선은 이소프로필알코올(IPA)의 흡수에 따라서 극적으로 변화하여서, -10 내지 +10 V 사이의 게이트 전압 스윕(voltage sweep)에 대한 게이트 의존성이 거의 없는, 의사-금속 (pseudo-metallic) 거동 (도 10 및 11의 곡선 (b) 참조)을 보였다. 도 10 및 11의 곡선 (c)는 이소프로필알코올 흡착 후에 공기 중에 밤새 방치한 후의 거동을 표시한 것이다.However, the I _DS -V _G curve changes dramatically with absorption of isopropyl alcohol (IPA), so that there is little gate dependence on gate voltage sweep between -10 and +10 V. Pseudo-metallic behavior was shown (see curve (b) of FIGS. 10 and 11). Curve (c) of FIGS. 10 and 11 shows the behavior after being left in air overnight after isopropyl alcohol adsorption.

10개의 센서를 테스트 하고 나서, 이소프로필알코올 흡착 후의 평균 전류 강하도(average degree of current drop (I _DS))는 흡착 전의 전류 강하도와 비교했을때, 게이트 포텐셜의 범위에서 단일 채널일 경우 약 1% 이하, 다중 채널 및 네트워크 형태의 채널일 경우 약 35% 정도였다. After testing ten sensors, the average degree of current drop ( I _DS ) after isopropyl alcohol adsorption is about 1% for a single channel in the range of gate potential, compared to the current drop before adsorption. Hereinafter, about 35% of the multi-channel and network-type channels.

실시예 4에 따라, CVD-성장 고효율 단일벽 탄소나노튜브 및 상업적으로 구입 가능한 HiPco 단일벽 탄소나노튜브 현탁액을 사용하여 제작된 네트워크형 센서를 가지고 검출 평가를 한 경우에도 글리신-흡착된 알코올 센서 상의 IPA 흡착에 따른 I _DS-V _G 곡선 변화에서 유사한 경향을 보였다. 즉, 도 12의 곡선 (a)는 IPA 흡착 전 을 나타내고, 곡선 (b)는 흡착 후를 나타낸다. According to Example 4, detection was also performed on a glycine-adsorbed alcohol sensor even when the detection was evaluated with a networked sensor fabricated using CVD-growth high efficiency single wall carbon nanotubes and a commercially available HiPco single wall carbon nanotube suspension. Similar trends were observed in the change of I _DS - V _G curve with IPA adsorption. That is, curve (a) of FIG. 12 shows before IPA adsorption, and curve (b) shows after adsorption.

또한, 도 13 및 14를 참조하면, 실시예 6 및 7에 따른 알코올 센서의 에탄올과 메탄올에 대한 검출 평가에 있어서도, 유사한 경향을 보임을 확인할 수 있었고, 이로써, 상기 글리신-흡착된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서는 알코올에 대해 매우 큰 선택성을 보임을 알 수 있었다. 참고로, 도 13의 곡선 (a), (b) 및 (c)는 각각 에탄올 흡착 전, 에탄올 흡착 후, 및 에탄올 흡착 후에 공기 중에 밤새 방치한 후의 거동을 나타내고, 도 14의 곡선 (a), (b) 및 (c)는 각각 메탄올 흡착 전, 메탄올 흡착 후, 및 메탄올 흡착 후에 공기 중에 밤새 방치한 후의 거동을 나타낸다.13 and 14, it was confirmed that the alcohol sensor according to Examples 6 and 7 showed similar trends in the detection evaluation of ethanol and methanol, whereby the glycine-adsorbed single-wall carbon nano It was found that the alcohol sensor including the tube FET showed very high selectivity for alcohol. For reference, the curves (a), (b) and (c) of FIG. 13 show the behaviors after leaving in air overnight before ethanol adsorption, after ethanol adsorption, and after ethanol adsorption, respectively. (b) and (c) show the behavior after leaving in air overnight before methanol adsorption, after methanol adsorption, and after methanol adsorption, respectively.

한편, 비교예 1 및 2에 따라서, 아세톤 및 물 분자가 글리신-흡착된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서에 흡착되는 경우에는 일체의 I _DS-V _G 곡선 변화는 관찰되지 않았다 (도 15 및 16 참조). 참고로 도 15및 16의 (a) 는 아세톤, 물이 흡착되기 전이며, (b) 는 각각 아세톤, 물을 이용해 흡착 과정을 거친 결과이다. 이때, 아세톤 및 물을 이용한 경우 흡착되지 않아서 변화가 없음을 확인할 수 있었다.On the other hand, according to Comparative Examples 1 and 2, when the acetone and water molecules were adsorbed to the alcohol sensor including the glycine-adsorbed single-walled carbon nanotube FET, no I _DS -V _G curve change was observed (Fig. 15 and 16). For reference, FIGS. 15 and 16 (a) are before acetone and water are adsorbed, and (b) is the result of the adsorption process using acetone and water, respectively. At this time, when using acetone and water was not adsorbed it was confirmed that there is no change.

이러한 결과를 살펴보면, 아세톤 및 물 분자는 글리신 분자와 효율적으로 상호 작용하지 않는 것을 의미하는데, 이는 아세톤에 대한 불충분한 수소 결합 상호 작용, 소수성 탄소 나노튜브 표면에 대한 높은 친수성의 물의 습윤 문제로부터 기 인될 수 있다.These results indicate that acetone and water molecules do not interact efficiently with glycine molecules, which is due to insufficient hydrogen bond interactions for acetone and high hydrophilic water wetting problems on hydrophobic carbon nanotube surfaces. Can be.

제1 원리 밀도 함수 이론(first-principle density functional theory)을 사용하여, 글리신-이소프로필알코올 (GI), 글리신-물 (GW), 및 글리신-아세톤 (GA)과 같은 수 쌍의 결합 특성을 계산하였다.Using first-principle density functional theory, several pairs of binding properties such as glycine-isopropyl alcohol (GI), glycine-water (GW), and glycine-acetone (GA) are calculated. It was.

그 결과, 글리신이 물 및 아세톤 보다 각각 약 0.28 및 약 0.35 eV만큼 더 강하게 이소프로필알코올과 결합한다는 사실을 확인했는데, 이는 알코올 분자가 글리신 나노클러스터에 의해 흡착되거나 트랩핑되어서 대기 조건에서 안정한 검출 상태를 부여하고, 반면에 물 또는 아세톤은 용이하게 글리신-흡착된 나노튜브를 변하지 않게 하면서 탈착되는 것을 의미한다고 볼 수 있다.As a result, it was confirmed that glycine binds isopropyl alcohol more strongly by about 0.28 and about 0.35 eV than water and acetone, respectively, which means that the alcohol molecules are adsorbed or trapped by the glycine nanoclusters and are stable under atmospheric conditions. On the other hand, water or acetone can be seen to mean that the desorption is easily unchanged glycine-adsorbed nanotubes.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 FET의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a structure of a FET according to an embodiment of the present invention.

도 2는 단일 탄소나노튜브 상에 글리신 클러스터 흡착 전 (왼쪽) 및 흡착 후 (가운데)의 원자 힘 현미경 (AFM) 이미지와, 탄소나노튜브 전계효과 트렌지스터 제작 후, 글리신 클러스터가 탄소나노튜브 위에 흡착된 원자힘 현미경(AFM)이미지(오른쪽)를 도시하고 있다.2 shows atomic force microscopy (AFM) images before (left) and after (center) adsorption of glycine clusters on a single carbon nanotube and after fabrication of carbon nanotube field effect transistors, wherein glycine clusters are adsorbed onto carbon nanotubes. An atomic force microscope (AFM) image (right) is shown.

도 3은 나노튜브-아민 상호 작용을 통한 단일벽 탄소나노튜브의 자발적인 흡착 및 수소 결합 상호 작용에 의한 알코올에 대한 글리신의 특이적 상호작용에 대한 개략적인 모식도이다.FIG. 3 is a schematic diagram of the specific interaction of glycine to alcohol by spontaneous adsorption and hydrogen bond interaction of single-walled carbon nanotubes through nanotube-amine interactions.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서에 있어서 에탄올 노출 전 후의 전기적 특성의 변화를 측정한 것이다. 4 is a measure of the change in the electrical properties before and after ethanol exposure in the alcohol sensor including a single-walled carbon nanotube FET manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 이소프로필알코올에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선과 시간에 따른 신호 회복 곡선을 도시한 것이다.FIG. 5 shows I _DS -V _G curves before and after exposure to isopropyl alcohol and a signal recovery curve over time of an alcohol sensor comprising a single-walled carbon nanotube FET prepared according to Example 1 of the present invention. .

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 이소프로필알코올(도 6a) 및 에탄올(도 6b)에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선과 물을 이용한 즉각적인 신호 회복 그리고 재 노출을 각 각 도시한 것이다. 6A and 6B illustrate I _DS -V before and after exposure to isopropyl alcohol (FIG. 6A) and ethanol (FIG. 6B) of an alcohol sensor comprising a single-walled carbon nanotube FET fabricated in accordance with Example 1 of the present invention. _{Each shows a G} curve and immediate signal recovery and re-exposure using water.

도 7a는 스크리닝 인자(K)를 충진 인자 f의 함수로서 도시한 것이고, 도 7b는 글리신 코팅된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 이소프로필알코올에 대한 노출 전 후의 기대값 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.Figure 7a shows the screening factor (K) as a function of the filling factor f, Figure 7b shows the expected value before and after exposure to isopropyl alcohol of an alcohol sensor comprising a glycine coated single-walled carbon nanotube FET I _DS- The V _G curve is shown.

도 8는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 광학 현미경 이미지를 도시한 것이다.FIG. 8 shows an optical microscope image of an alcohol sensor including a single-walled carbon nanotube FET manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작된 HiPco-단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 광학 현미경 이미지 (위) 및 AFM 이미지 (아래)를 도시한 것이다.FIG. 9 shows optical microscopy images (top) and AFM images (bottom) of an alcohol sensor comprising a HiPco-single-wall carbon nanotube FET fabricated in accordance with Example 2 of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일 채널 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 이소프로필알코올에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.FIG. 10 shows I _DS -V _G curves before and after exposure to isopropyl alcohol of an alcohol sensor comprising a single channel single wall carbon nanotube FET fabricated in accordance with Example 1 of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 다중 채널 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 이소프로필알코올에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.FIG. 11 shows I _DS -V _G curves before and after exposure to isopropyl alcohol of an alcohol sensor comprising a multi-channel single-walled carbon nanotube FET fabricated in accordance with Example 1 of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작된 HiPco-단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 이소프로필알코올에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.FIG. 12 shows I _DS -V _G curves before and after exposure to isopropyl alcohol of an alcohol sensor comprising a HiPco-single wall carbon nanotube FET fabricated in accordance with Example 2 of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함 하는 알코올 센서의 에탄올에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.FIG. 13 shows I _DS -V _G curves before and after exposure to ethanol of an alcohol sensor comprising a single-walled carbon nanotube FET prepared according to Example 1 of the present invention.

도 14는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 메탄올에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.FIG. 14 shows I _DS -V _G curves before and after exposure to methanol of an alcohol sensor comprising a single-walled carbon nanotube FET fabricated in accordance with Example 1 of the present invention.

도 15은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 아세톤에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.FIG. 15 shows I _DS -V _G curves before and after exposure to acetone of an alcohol sensor comprising a single-walled carbon nanotube FET fabricated in accordance with Example 1 of the present invention.

도 16은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 단일벽 탄소나노튜브 FET를 포함하는 알코올 센서의 물에 대한 노출 전 후의 I _DS-V _G 곡선을 도시한 것이다.FIG. 16 illustrates I _DS -V _G curves before and after exposure to water of an alcohol sensor including a single-walled carbon nanotube FET manufactured according to Example 1 of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11 : 게이트 전극 (기판)11: gate electrode (substrate)

12 : 소스 영역12: source area

13 : 드레인 영역13: drain area

14 : 채널 영역14: channel area

15 : 절연층15: insulation layer

Claims (13)

게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역; 및 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역을 포함하는 전계 효과 트랜지스터로서, A gate electrode; An insulating layer formed on one side of the gate electrode; A source region and a drain region formed spaced apart from each other on the insulating layer; And a channel region disposed between the source region and the drain region, 상기 채널 영역이 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 탄소 나노 튜브로 이루어진 전계 효과 트랜지스터. A field effect transistor comprising carbon nanotubes in which the channel region is adsorbed with a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with an alcohol. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 탄소나노튜브가 단일벽 나노튜브인 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.The carbon nanotube is a single-walled nanotubes, characterized in that the field effect transistor. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 탄소 나노튜브가 화학기상증착법(CVD), 레이저 어블레이션법(laser ablation), 전기방전법(arc-discharge), 플라즈마화학기상증착법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 열화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 기상합성법 (vapor phase growth), 전기분해법(electrolysis) 및 플레임 합성법으로 이루어진 군에서 선택되는 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.The carbon nanotubes are chemical vapor deposition (CVD), laser ablation, (arc-discharge), plasma enhanced chemical vapor deposition (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), thermal chemical vapor deposition (Thermal Chemical Vapor Deposition) A field effect transistor, characterized in that formed by a method selected from the group consisting of vapor phase growth, electrolysis, and flame synthesis. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 자기 조립 나노클러스터를 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.And a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol forms a self-assembled nanocluster. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 아미노산인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.A field effect transistor, characterized in that the compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol is an amino acid. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 아미노산이 글리신인 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.A field effect transistor, wherein said amino acid is glycine. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트 전극이 실리콘, 게르마늄 또는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터. And the gate electrode is formed of silicon, germanium or metal. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층이 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 니트라이드로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터. And the insulating layer is formed of silicon dioxide or silicon nitride. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 알코올 센서.An alcohol sensor comprising the field effect transistor of any one of claims 1 to 8. 제9항의 알코올 센서를 이용하는 알코올 검출 방법으로서,An alcohol detection method using the alcohol sensor of claim 9, 상기 방법이 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역; 및 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역을 포함하는 트랜지스터로서, 상기 채널 영역이 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 흡착되어 있는 탄소 나노 튜브로 이루어진 전계 효과 트랜지스터에 알코올을 노출시키는 단계;The method comprises a gate electrode; An insulating layer formed on one side of the gate electrode; A source region and a drain region formed spaced apart from each other on the insulating layer; And a channel region disposed between the source region and the drain region, wherein the channel region is composed of carbon nanotubes adsorbed with a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with alcohol. Exposing; 상기 알코올과 상기 채널 영역에 흡착된, 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물의 결합의 결과로 상기 채널 영역에 흐르는 전류 값을 측정하는 단계; 및Measuring a current value flowing in the channel region as a result of bonding of the alcohol with a compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol adsorbed to the channel region; And 상기 측정된 전류 값의 변화를 근거로 하여 상기 알코올을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알코올 검출 방법.Detecting the alcohol based on the change in the measured current value. 삭제delete 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 알코올과 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 화합물이 아미노산인 것을 특징으로 하는 알코올 검출 방법.Alcohol detection method characterized in that the compound having a functional group capable of forming a hydrogen bond with the alcohol is an amino acid. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 아미노산이 글리신인 것을 특징으로 하는 알코올 검출 방법.Alcohol detection method, characterized in that the amino acid is glycine.

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