KR101164407B1 - Rf device - Google Patents

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KR101164407B1
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주철원
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 RF 소자를 제공한다. 이 소자는 나도 튜브 고유 진동수(f0)를 가지고 진동하는 탄소나노튜브, 탄소나노튜브의 일단에 고정 결합된 음극, 탄소나노튜브의 타단에 대향하여 배치되고 가변의 공진 주파수로 진동하는 튜닝 전극, 및 튜닝 전극의 일단에 전기적으로 연결된 양극를 포함하되, 튜닝 전극의 타단은 상기 탄소 나노튜브의 타단과 인접하여 배치되고, 탄소나노튜브는 케리어 주파수를 가지는 외부 전자기파에 따라 케리어 주파수로 진동하고, 가변 공진 주파수 특성을 갖는 튜닝 전극은 상기 탄소나노튜브의 타단과 튜닝 전극의 타단의 거리 변화를 증폭시켜 전계 방출에 따른 전자 방출 감도를 증가시킬 수 있다.The present invention provides an RF device. This device comprises a carbon nanotube oscillating with a tube natural frequency f0, a cathode fixedly coupled to one end of the carbon nanotube, a tuning electrode disposed opposite the other end of the carbon nanotube and oscillating at a variable resonance frequency, and An anode electrically connected to one end of the tuning electrode, the other end of the tuning electrode is disposed adjacent to the other end of the carbon nanotubes, the carbon nanotubes vibrate at a carrier frequency in accordance with an external electromagnetic wave having a carrier frequency, variable resonance frequency The tuning electrode having the characteristic may increase the electron emission sensitivity according to the field emission by amplifying a change in distance between the other end of the carbon nanotube and the other end of the tuning electrode.

탄소나노튜브(Carbon nanotube(CNT)), 라디오 주파수 소자(radio frequency(RF) device), 안테나(antenna), 복조(demodulation), 증폭기(amplifier) Carbon nanotube (CNT), radio frequency (RF) device, antenna, demodulation, amplifier

Description

라디오 주파수 소자{RF DEVICE} Radio frequency device {RF DEVICE}

본 발명은 라디오 주파수(radio frequency: RF) 소자에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 탄소 나노튜브를 이용한 RF 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a radio frequency (RF) device. More specifically, the present invention relates to an RF device using carbon nanotubes.

종래의 RF 수신 장치가 안테나를 포함하여 변조기, 필터, 증폭기를 포함하므로, 크기 및 전력 면에서 초소형 무선 장치의 개발에 제약이 따를 수 있다. RF 응용 기술은 RFID 등과 같은 근거리용 인식 장치, 이동 통신, 레이다 등과 같은 원거리 감시, 통신 분야에 널리 이용되고 있다. 기존의 RF 신호를 수신하기 위한 장치들은 안테나, 필터, 복조기(demodulator), 및 증폭기 등의 각각의 별도 RF 부품들로 이루어져 있다. 통상적으로, RF 부품들은 각각 다른 제작 방법을 통해 구현한 뒤, RF 부품들은 하나의 칩으로 패키징을 통해 연결될 수 있다. 또는 RF 부품들은 동일 기판에 서로 다른 소자들을 직접 구현될 수 있다. 이 경우, RF 부품들은 크기나 소모 전력 면에서 인체 삽입형 초소형 소자에 응용되기 어렵다. 또는 RF 부품들은 무선 센서 네트워크에 적용되는 센서 노드를 구현하기 어렵다.Since a conventional RF receiver includes a modulator, a filter, and an amplifier including an antenna, there may be a limitation in the development of a miniature wireless device in terms of size and power. RF application technology is widely used in the field of short-range recognition device, such as RFID, mobile communication, radar, and the like, for remote monitoring and communication. Conventional devices for receiving RF signals consist of separate RF components such as antennas, filters, demodulators, and amplifiers. Typically, RF components may be implemented through different manufacturing methods, and then RF components may be connected through packaging to one chip. Alternatively, RF components may be directly implemented with different devices on the same substrate. In this case, RF components are difficult to be applied to an implantable micro device in terms of size and power consumption. RF components are also difficult to implement sensor nodes applied to wireless sensor networks.

이를 해결하기 위하여 MEMS(micro-electro-mechanical system) 기술을 이용하여 RF 부품들을 소형화하는 기술이 활발하게 개발되고 있다. 예를 들면, 캔티레 버 브릿지나 트램폴린 구조의 소형 안테나는 MEMS 기술로 구현되고, 여러 개의 MEMS 커패시터는 RF 소자의 튜닝 기능을 제공할 수 있다. MEMS 커패시터의 경우, 원하는 주파수 변화 폭을 얻기 위해서는 높은 구동 전압이 요구되며, 수백 마이크론 크기의 구조물은 정밀하게 제어되어야 한다.In order to solve this problem, technologies for miniaturizing RF components using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology have been actively developed. For example, small antennas of cantilever bridge or trampoline structure are implemented in MEMS technology, and several MEMS capacitors can provide tuning functions of RF devices. For MEMS capacitors, high drive voltages are required to achieve the desired frequency variation, and structures of several hundred microns in size must be precisely controlled.

RFID 소자는 저전력, 초소형을 필요로 한다. 특히, RFID 소자는 향후 플라스틱 등과 같은 유연성(flexibility)을 가진 기판 위에 구현하는 것이 꼭 필요하다. MEMS를 이용한 안테나(antenna)의 경우, 안테나는 변형에 매우 취약하며, 증폭기 등의 집적 회로는 동일한 칩 공정으로 구현할 수 없다. 또한, 인크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 롤대롤(roll-to-roll) 공정과 같은 인쇄 기술(printable technology)이 RFID 소자의 제조에 핵심 기술로서 대두되고 있다. RFID 소자의 제조 기술은 인쇄 공정 기술과 연동될 필요가 있다. 따라서, 보다 용이하게 초소형, 저전력, 및 고감도의 마이크로 안테나를 포함한 RF 수신 장치가 필요하다.RFID devices require low power and small size. In particular, it is essential that the RFID device be implemented on a substrate having flexibility such as plastic. In the case of an antenna using MEMS, the antenna is very vulnerable to deformation, and an integrated circuit such as an amplifier cannot be implemented in the same chip process. In addition, printable technologies such as inkjet printing or roll-to-roll processes are emerging as key technologies in the manufacture of RFID devices. The manufacturing technology of the RFID element needs to be linked with the printing process technology. Accordingly, there is a need for an RF receiver including a micro antenna of ultra small, low power, and high sensitivity more easily.

RFID 소자를 포함한 RF 수신 장치는 인체 내장형 마이크로 소자, 또는 무선 센서 네트워크용 센서 노드 등의 미래 융합형 기술 전반에 응용 가능하다.RF receivers including RFID devices can be applied to all future converged technologies, such as embedded micro devices or sensor nodes for wireless sensor networks.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 외부 RF 신호에 따라 발생하는 전기 신호를 이용함으로써 초소형, 저전력, 고감도의 RF 소자를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide an ultra-small, low power, high sensitivity RF device by using an electrical signal generated according to an external RF signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 소자는 나노 튜브 고유 진동수(f0)를 가지고 진동하는 탄소나노튜브, 상기 탄소나노튜브의 일단에 고정 결합된 음극, 상기 탄소나노튜브의 타단에 대향하여 배치되고 진동하는 튜닝 전극, 및 상기 튜닝 전극의 일단에 전기적으로 연결된 양극를 포함하되, 상기 튜닝 전극의 타단은 상기 탄소 나노튜브의 타단과 인접하여 배치되고, 상기 탄소나노튜브는 케리어 주파수를 가지는 외부 전자기파에 따라 상기 케리어 주파수로 진동하고, 상기 튜닝 전극은 상기 탄소나노튜브의 타단과 상기 튜닝 전극의 타단의 거리 변화를 증폭시켜 전자 방출 감도를 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an RF device includes a carbon nanotube vibrating with a nanotube natural frequency f0, a cathode fixedly coupled to one end of the carbon nanotube, and disposed opposite to the other end of the carbon nanotube. A tuning electrode, and an anode electrically connected to one end of the tuning electrode, wherein the other end of the tuning electrode is disposed adjacent to the other end of the carbon nanotube, and the carbon nanotube is disposed according to an external electromagnetic wave having a carrier frequency. Vibrating at a carrier frequency, the tuning electrode may increase the electron emission sensitivity by amplifying a change in distance between the other end of the carbon nanotubes and the other end of the tuning electrode.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 튜닝 전극은 튜닝 고유 진동수(f1)로 진동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the tuning electrode may vibrate at a tuning natural frequency f1.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 튜닝 전극 주위에 배치되는 제어 전극을 더 포함하되, 상기 제어 전극은 상기 튜닝 전극과 상기 제어 전극 사이에 전계를 인가하여 상기 튜닝 고유 진동수(f1)를 변경할 수 있다.In one embodiment of the present invention, further comprising a control electrode disposed around the tuning electrode, the control electrode can change the tuning natural frequency f1 by applying an electric field between the tuning electrode and the control electrode have.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어 전극과 상기 튜닝 전극 사이에 인가되는 전계는 펄스 형태일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electric field applied between the control electrode and the tuning electrode may be in the form of a pulse.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어 전극에 상기 튜닝 고유 진동수(f1)를 가지는 교류를 인가하여 상기 튜닝 전극의 진폭을 증가시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, an alternating current having the tuning natural frequency f1 may be applied to the control electrode to increase the amplitude of the tuning electrode.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 튜닝 전극의 형태는 원통형 또는 원형 막대형일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the tuning electrode may have a cylindrical or circular rod shape.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 싱글 월(single wall) 구조 또는 멀티 월(multi wall) 구조일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes may have a single wall structure or a multi wall structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 직경은 상기 튜닝 전극의 직경보다 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the diameter of the carbon nanotubes may be smaller than the diameter of the tuning electrode.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 튜닝 전극의 튜닝 고유 진동수(f1)은 50 내지 500 MHz일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the tuning natural frequency f1 of the tuning electrode may be 50 to 500 MHz.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 튜닝 전극은 외피 튜닝 전극 및 내부 유전체를 포함하되, 상기 외피 튜닝 전극은 상기 내부 유전체의 외부 표면상에 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the tuning electrode includes an outer tuning electrode and an inner dielectric, wherein the outer tuning electrode can be disposed on an outer surface of the inner dielectric.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 음극와 상기 양극 사이에 펄스 DC 전압을 인가할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a pulsed DC voltage may be applied between the cathode and the anode.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 소자는 단일 CNT가 가지는 전기적, 구조적 특성을 활용하여 나노 구조에서 외부 RF 신호에 따라 발생하는 전기 신호를 이용함으로써 초소형, 저전력, 고감도를 구현할 수 있다. The RF device according to an embodiment of the present invention may realize ultra-small size, low power, and high sensitivity by using an electrical signal generated according to an external RF signal in a nano structure by utilizing electrical and structural characteristics of a single CNT.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 소자는 CNT의 전기적, 구조적 특성을 이용하 여 나노 소재 기반의 초소형, 저전력을 제공할 수 있다. 따라서, RF 소자는 저온 공정을 활용함으로써 실리콘, 유리 등의 기판을 포함하여 플라스틱 등의 유연한 기판 상에 구현될 수 있다. 이에 따라, RF를 이용한 산업 분야 및 생활 응용에 요구되는 저전력, 초소형, 집적화가 가능한 무선 RF 소자가 가능할 수 있다.RF device according to an embodiment of the present invention can provide a small size, low power based on the nano-material by using the electrical and structural characteristics of the CNT. Therefore, the RF device may be implemented on a flexible substrate such as plastic, including a substrate of silicon, glass, or the like by utilizing a low temperature process. Accordingly, a wireless RF device capable of low power, small size, and integration required for industrial and living applications using RF may be possible.

상기 RF 소자는 반도체 공정 기술과 상호 연동이 가능하고, 실리콘 기판을 포함한 다양한 기판 상에 저전력, 초소형 형태로 집적화가 가능하여 첨단 융합 RF 기술을 손쉽게 응용하면서 저렴하고, 대량 생산이 가능한 초소형 무선 센서나 인체 내장형 의료 진단 및 치료 기기에 응용될 수 있다.The RF device is interoperable with semiconductor process technology, and can be integrated in various forms including low-power and ultra-small size on various substrates including silicon substrates. It can be applied to the human embedded medical diagnostic and treatment device.

본 발명에 따른 RF 소자는 CNT를 RF 신호를 수신할 수 있는 안테나로 활용함으로써 보다 간단한 방식으로 초소형 저전력의 RF 수신 소자의 구현을 제공할 수 있다. 상기 RF 소자는 표준 CMOS, IC 공정 기술과 연동이 가능하여, 저전력, 초소형, 휴대 가능한 네트웍 지향의 IT 기반 소자 기술을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 RF 소자는 가까운 시일 내에 광범위하게 활용이 예상되는 RFID의 응용을 넓힐 수 있다. 상기 RF 소자는 인체 삽입형 초소형 소자나 무선 네트워크 기반의 센서 노드를 구현할 수 있게 하여 첨단 융합 산업 전반 및 일상 생활에 응용될 수 있다.The RF device according to the present invention can provide an implementation of an ultra-small low power RF receiving device in a simpler manner by utilizing the CNT as an antenna capable of receiving an RF signal. The RF device is interoperable with standard CMOS and IC process technologies, thereby providing a low power, compact, portable network-oriented IT-based device technology. Therefore, the RF element can broaden the application of RFID, which is expected to be widely used in the near future. The RF device can be implemented in a cutting-edge convergence industry and daily life by enabling the implementation of an implantable micro device or a wireless network-based sensor node.

본 발명에 따른 RF 소자는 기존의 반도체 기술과 상호 연동이 가능하므로, 집적화, 대량생산이 아주 용이하고, 저온 공정의 장점을 활용하여 실리콘이나 유리를 포함한 플라스틱 등 다양한 기판 상에 구현될 수 있다. 상기 RF 소자는 다른 차세대 IT 기반 기술과 융합하여 보다 포괄적이고, 이동성, 휴대성, 및 네트워크 구성이 뛰어날 수 있다.Since the RF device according to the present invention can interoperate with existing semiconductor technologies, integration, mass production is very easy, and can be implemented on various substrates such as plastics including silicon or glass by utilizing the advantages of low temperature process. The RF device can be combined with other next-generation IT-based technologies to provide a more comprehensive, mobile, portable, and network configuration.

탄소나노튜브(carbon nano tube:CNT)는 우수한 전계 방출 효과를 가질 수 있다. 상기 CNT는 기하학적 구조에 기인하여 나노 튜브 고유 진동수(f0)를 가진 진동자로서 기능할 수 있다. 일단이 고정된 상기 CNT는 케리어 주파수(f)로 진동하는 외부 전자기파에 의하여 진동할 수 있다. 이 경우, 상기 CNT는 외력에 의하여 케리어 주파수(f)로 진동할 수 있다. 상기 나노 튜브 고유 진동수(f0)와 상기 케리어(f)가 주파수가 일치하여 공진을 형성하는 경우, 상기 CNT의 진폭은 매우 클 수 있다. 그러나, 상기 나노 튜브 고유 진동수(f0)와 상기 케리어(f)가 주파수가 일치하지 않는 경우, 상기 CNT의 진폭은 작을 수 있다. 결국, 상기 CNT는 상기 케리어 주파수(f)에 따라 길이 등의 물질 특성이 조절될 필요가 있다. 그러나, 상기 CNT의 길이 등의 물질 특성은 임의로 변경할 수 없어, RF 소자로서 주파수 튜닝 범위에 한계가 있다.Carbon nanotubes (CNTs) may have excellent field emission effects. The CNT can function as a vibrator with nanotube natural frequency f 0 due to its geometry. The CNT fixed at one end may vibrate by external electromagnetic waves vibrating at the carrier frequency f. In this case, the CNT may vibrate at the carrier frequency f by an external force. When the nanotube natural frequency f0 and the carrier f coincide with each other to form a resonance, the amplitude of the CNT may be very large. However, when the frequencies of the nanotube natural frequency f0 and the carrier f do not coincide, the amplitude of the CNT may be small. As a result, the CNT needs to adjust material properties such as length according to the carrier frequency f. However, material properties such as the length of the CNT cannot be arbitrarily changed, and there is a limit in the frequency tuning range as an RF element.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 소자는 CNT 및 상기 CNT에 대향하여 배치된 튜닝 전극을 포함할 수 있다. 상기 튜닝 전극은 튜닝 고유 진동수(f1)로 진동하면서, 상기 CNT에서 방출된 전자를 모을 수 있다. 상기 튜닝 전극의 튜닝 고유 진동수(f1)는 제어 전극과 상기 튜닝 전극 사이의 전기장에 따라 변할 수 있다. 상기 나노 튜브 고유 진동수(f0)를 가진 상기 CNT의 전계 방출 전류는 상기 튜닝 전극과 상기 CNT 사이의 거리에 의존할 수 있다. 상기 튜닝 전극이 튜닝 고유 진동수(f1)로 진동함에 따라 상기 튜닝 전극과 상기 CNT 사이의 거리는 더욱 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 CNT의 진폭이 작은 경우에도, 상기 CNT의 전계 방출 전류는 공진 을 형성하는 경우와 같이 높은 감도(sensitivity)를 가질 수 있다.An RF device according to an embodiment of the present invention may include a CNT and a tuning electrode disposed to face the CNT. The tuning electrode may collect electrons emitted from the CNT while vibrating at a tuning natural frequency f1. The tuning natural frequency f1 of the tuning electrode may vary depending on the electric field between the control electrode and the tuning electrode. The field emission current of the CNT with the nanotube natural frequency f 0 may depend on the distance between the tuning electrode and the CNT. As the tuning electrode vibrates at the tuning natural frequency f1, the distance between the tuning electrode and the CNT may further increase. Accordingly, even when the amplitude of the CNT is small, the field emission current of the CNT may have high sensitivity as in the case of forming resonance.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 명세서에서 진동수는 주파수와 동일한 의미 사용될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In the specification of the present invention, the frequency may be used the same meaning as the frequency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 소자를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating an RF device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, RF 소자(10)는 나도 튜브 고유 진동수(f0)를 가지고 진동하는 탄소나노튜브(110), 상기 탄소나노튜브(100)의 일단에 고정 결합된 음극(120), 상기 탄소나노튜브(110)의 타단에 대향하여 배치되고 진동하는 튜닝 전극(130), 및 상기 튜닝 전극(130)의 일단에 고정 결합된 양극(140)를 포함하되, 상기 튜닝 전극(130)의 타단은 상기 탄소나노튜브(110)의 타단과 인접하여 마주보도록 배치되고, 상기 탄소나노튜브(110)는 케리어 주파수(f)를 가지는 외부 RF 전자기파에 따라 상기 케리어 주파수(f)로 진동하고, 상기 튜닝 전극(130)은 상기 탄소나노튜브(110)의 타단과 상기 튜닝 전극(130)의 타단의 거리 변화를 증폭시켜 전자 방출 감도를 증가시킬 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)은 튜닝 고유 진동수(f1)로 진동할 수 있다.Referring to FIG. 1, the RF device 10 includes a carbon nanotube 110 vibrating with a tube natural frequency f0, a cathode 120 fixed to one end of the carbon nanotube 100, and the carbon. A tuning electrode 130 disposed opposite the other end of the nanotube 110 and vibrating, and an anode 140 fixedly coupled to one end of the tuning electrode 130, wherein the other end of the tuning electrode 130 is The carbon nanotubes 110 are disposed to face each other adjacent to the other end of the carbon nanotubes 110, and the carbon nanotubes 110 vibrate at the carrier frequency f according to an external RF electromagnetic wave having a carrier frequency f, and the tuning electrode. 130 may increase the electron emission sensitivity by amplifying a change in distance between the other end of the carbon nanotube 110 and the other end of the tuning electrode 130. The tuning electrode 130 may vibrate at a tuning natural frequency f1.

상기 탄소나노튜브(110)의 전계 방출 전류(field emission current: I)는 다음과 같이 주어질 수 있다.The field emission current (I) of the carbon nanotubes 110 may be given as follows.

Figure 112009018139049-pat00001
Figure 112009018139049-pat00001

여기서, A는 상기 탄소나노튜브의 전자 방출하는 영역의 면적이다. E는 외부에서 인가되는 전계이다. λ는 국소 전계 강화 요소(local field enhancement factor)이다. C1 및 C2는 상수이다. Here, A is the area of the electron emitting region of the carbon nanotubes. E is the externally applied electric field. λ is a local field enhancement factor. C 1 And C 2 is a constant.

λ는 다음과 같이 주어질 수 있다.λ can be given as

Figure 112009018139049-pat00002
Figure 112009018139049-pat00002

여기서, D는 상기 탄소나노튜브(110)의 일단과 상기 튜닝 전극(130)의 타단 사이의 거리이고, h는 상기 탄소나노튜브(100)의 길이이고, r은 상기 탄소나노튜브(110)의 반경이고, α는 상수이다. 상기 탄소나노튜브(110) 및 상기 튜닝 전극(130)이 진동하고 있으므로, D(t)는 시간의 함수이다.Here, D is the distance between one end of the carbon nanotubes 110 and the other end of the tuning electrode 130, h is the length of the carbon nanotubes 100, r is the length of the carbon nanotubes 110 Radius, and α is a constant. Since the carbon nanotubes 110 and the tuning electrode 130 are vibrating, D (t) is a function of time.

따라서, 상기 탄소나노튜브(110) 및/또는 상기 튜닝 전극(130)이 진동하는 경우, λ는 시간에 따라 변할 수 있다. λ는 다음과 같이 표현될 수 있다.Therefore, when the carbon nanotubes 110 and / or the tuning electrode 130 vibrate, λ may change with time. λ can be expressed as follows.

Figure 112009018139049-pat00003
Figure 112009018139049-pat00003

상기 케리어 주파수(f)를 가지는 외부 RF 전자기파에 비례하여 변화하는 전계 방출 전류(I)의 영차 항(zeroth Term)과 일차 항(First Term)을 제외하면 상기 전류 방출 전류(I)의 시간에 따른 반응(response)(ΔI)은 ΔI ~ (Δλ(t))2 의 제곱 반응(quadratic response)를 가질 수 있다. 쿼더러틱 복조기(quadratic demodulator)는 RF 필터에서 많이 활용되고 있다. 즉, 상기 RF 소자는 신호를 케리어 주파수(f)를 이용하여 주파수 변조(FM) 또는 진폭 변조(AM)된 외부 RF 전자기파에서 복조된 신호를 출력할 수 있다. Δλ는 상기 튜닝 전극(130)의 진폭이 커질수록 증가할 수 있다. Δλ의 증가는 상기 RF 소자(10)의 감도(sensitivity)를 증가시킬 수 있다.Except for the zeroth term and the first term of the field emission current I, which change in proportion to the external RF electromagnetic wave having the carrier frequency f, the time of the current emission current I The response ΔI may have a square response of ΔI to (Δλ (t)) 2 . Quadratic demodulators are widely used in RF filters. That is, the RF device may output a signal demodulated from an external RF electromagnetic wave subjected to frequency modulation (FM) or amplitude modulation (AM) using the carrier frequency f. Δλ may increase as the amplitude of the tuning electrode 130 increases. Increasing Δλ may increase the sensitivity of the RF device 10.

상기 튜닝 전극(130)이 없는 경우, 상기 탄소나노튜브(110)의 진폭은 상기 케리어 주파수(f)와 상기 나노튜브 고유 진동수가(f0) 일치하는 경우 공명을 일으켜 최대일 수 있다. 반면, 상기 케리어 주파수(f)와 상기 나노튜브 고유 진동수(f0)가 차이가 많이 나는 경우, 상기 RF 소자(10)의 감도는 매우 감소할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 RF 소자는 상기 튜닝 전극(130)을 포함하고, 상기 튜닝 전극(130)이 고유 진동수가(f1)을 가지고 소정의 진폭을 가지고 진동할 수 있다. 상기 RF 소자(10)에서 주파수 조절이 가능한 상기 튜닝 전극(130)과 상기 탄소나노튜브(110) 사이의 거리 변화가 증가하여, 이에 비례하는 전계방출 전류 신호의 변화로 표현되는 상기 RF 소자(10)의 감도는 향상될 수 있다.When the tuning electrode 130 is absent, the amplitude of the carbon nanotubes 110 may be maximum due to resonance when the carrier frequency f and the nanotubes natural frequency f0 coincide. On the other hand, when the carrier frequency f and the nanotube natural frequency f0 are much different, the sensitivity of the RF device 10 may be greatly reduced. However, the RF device according to the present invention includes the tuning electrode 130, and the tuning electrode 130 may vibrate with a predetermined amplitude with a natural frequency f1. The RF element 10 represented by a change in the field emission current signal in proportion to the change in the distance between the tuning electrode 130 and the carbon nanotubes 110, the frequency of which can be adjusted in the RF element 10 increases. ) Sensitivity can be improved.

또한, 제어 전극(150)은 상기 튜닝 전극(130)에 전계(electric field)를 인 가함으로써, 상기 튜닝 전극(130)의 튜닝 고유 진동수(f1)를 제어할 수가 있다. 상기 튜닝 전극(130)의 진동을 조화진동자(harmonic oscillator)로 근사하면, 튜닝 고유 진동수(f1)를 결정하는 탄성계수(k)는 변위(displacement)에 비례하여 발생하는 복원력(restoring force)의 기울기 값에 대응될 수 있다. 상기 제어 전극(150)에 의해 상기 제어 전극(150)과 상기 튜닝 전극(130) 사이에 전계가 인가되면, 상기 튜닝 전극(130)에 유도된 전하가 변위에 비례하는 복원력 형태로 힘을 받을 수 있다. 따라서, 상기 조화진동자의 탄성계수(k)가 달라지는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상기 제어 전극(150)에 인가되는 전압에 따라, 상기 튜닝 전극(130)의 튜닝 고유 주파수(f1)를 조절할 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)의 튜닝 고유 진동수(f1)은 50 내지 500 MHz일 수 있다.In addition, the control electrode 150 may control the tuning natural frequency f1 of the tuning electrode 130 by applying an electric field to the tuning electrode 130. When the vibration of the tuning electrode 130 is approximated with a harmonic oscillator, the elastic modulus k that determines the tuning natural frequency f1 is the inclination of the restoring force generated in proportion to the displacement. It can correspond to a value. When an electric field is applied between the control electrode 150 and the tuning electrode 130 by the control electrode 150, the charge induced in the tuning electrode 130 may receive a force in the form of a restoring force proportional to the displacement. have. Therefore, the effect of varying the elastic modulus k of the harmonic oscillator can be obtained. That is, the tuning natural frequency f1 of the tuning electrode 130 may be adjusted according to the voltage applied to the control electrode 150. The tuning natural frequency f1 of the tuning electrode 130 may be 50 to 500 MHz.

예를 들어, 상기 탄소나노튜브(110)의 길이가 1μm이고, 직경이 10nm인 경우, 나노 튜브 고유 진동수(fo)는 100MHz 정도를 갖는다. 상기 튜닝 전극(130)은 전기 전도도 좋은 금속 재질일 수 있다. 원통형의 상기 튜닝 전극(130)의 외부 반경(ro)은 100nm이고, 상기 튜닝 전극(130)의 내부 반경(ri)은 90nm이고, 상기 튜닝 전극(130)의 두께가 10nm이고, 길이(L)가 1μm 값을 갖는 경우, 상기 튜닝 고유 진동수(f1)는 다음과 같이 주어질 수 있다.For example, when the carbon nanotubes 110 have a length of 1 μm and a diameter of 10 nm, the nanotubes have a natural frequency fo of about 100 MHz. The tuning electrode 130 may be a metal material having good electrical conductivity. The outer radius r o of the cylindrical tuning electrode 130 is 100 nm, the inner radius r i of the tuning electrode 130 is 90 nm, the thickness of the tuning electrode 130 is 10 nm, and the length ( When L) has a value of 1 μm, the tuning natural frequency f1 may be given as follows.

Figure 112009018139049-pat00004
Figure 112009018139049-pat00004

여기서, Y는 영의 모듈러스(Young's modulus), ρ는 밀도,

Figure 112009018139049-pat00005
,Where Y is Young's modulus, ρ is density,
Figure 112009018139049-pat00005
,

Figure 112009018139049-pat00006
이다. ro은 100nm, ro - ri=10nm, L=1μm, ρ=4g/cm3,인 경우, 상기 튜닝 고유 진동수(f1)은 ~100 Mhz일 수 있다. 따라서, 대표적인 FM 주파수 대역에서, 상기 튜닝 전극(130)은 상기 제어 전극(150)에 인가된 전압에 따라, 제어 가능한 튜닝 고유 주파수(f1)를 제공할 수 있다.
Figure 112009018139049-pat00006
to be. r o is 100nm, r o - can be r i = 10nm, L = 1μm , ρ = 4g / cm 3,, the tuning resonant frequency (f1) if the ~ 100 Mhz. Accordingly, in the representative FM frequency band, the tuning electrode 130 may provide a controllable tuning natural frequency f1 according to the voltage applied to the control electrode 150.

상기 전계 방출 전류(I)는 상기 튜닝 전극(130)의 외벽을 통해 흐르도록 하는 것이 바람직할 수 있다. RF 전자기파는 고주파수의 전송파에 신호가 변조되어 상기 탄소나노튜브(110)에 전달될 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)의 진동에 따른 전류 변화 특성에 의한 복조된 신호가 상기 전송파로부터 분리되어 감지될 수 있다. 예를 들어, 상기 튜닝 전극(130)의 튜닝 고유 진동수(f1)는 상기 전송파의 케리어 주파수 대역에 일치하는 공진 특성을 가지도록 설계될 수 있다.It may be preferable that the field emission current I flows through an outer wall of the tuning electrode 130. The RF electromagnetic wave may be transmitted to the carbon nanotubes 110 by modulating a signal on a high frequency transmission wave. The demodulated signal due to the current change characteristic according to the vibration of the tuning electrode 130 may be detected separated from the transmission wave. For example, the tuning natural frequency f1 of the tuning electrode 130 may be designed to have a resonance characteristic corresponding to the carrier frequency band of the transmission wave.

상기 탄소나노튜브(110)의 공진 특성은 상기 전송파의 케리어 주파수(f0)에 비하여 낮은 주파수 대역에서 발생할 수 있다. 따라서, 상기 튜닝 전극(130)은 활용 주파수 대역을 조절할 수 있는 기능을 가질 수 있다.The resonance characteristics of the carbon nanotubes 110 may occur in a lower frequency band than the carrier frequency f0 of the transmission wave. Therefore, the tuning electrode 130 may have a function of adjusting the utilization frequency band.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 튜닝 전극(130)은 상기 튜닝 고유 진동수(f1)와 같은 진동수를 가지는 교류 전원을 이용하여 상기 튜닝 고유 진동수(f1)로 진동시키면, 상기 튜닝 전극(130)은 공명을 일으켜 최대의 진폭을 가질 수 있다.According to the modified embodiment of the present invention, when the tuning electrode 130 is vibrated at the tuning natural frequency f1 using an AC power source having the same frequency as the tuning natural frequency f1, the tuning electrode 130 ) Can cause resonance to have maximum amplitude.

제1 전원부(170)는 상기 음극(120)와 상기 양극(140) 사이에는 DC 전압을 인가할 수 있다. 상기 DC 전압에 따라, 상기 탄소나노튜브(110)의 상기 나노 튜브 고유 진동수(f1)는 미세하게 변동될 수 있다.The first power supply unit 170 may apply a DC voltage between the cathode 120 and the anode 140. According to the DC voltage, the nanotube natural frequency f1 of the carbon nanotubes 110 may vary slightly.

상기 양극(140)는 접지될 수 있다. 상기 음극(120)와 상기 양극(140) 사이에 흐르는 전계 방출 전류(I)는 전류 검출기(180)에 의하여 측정될 수 있다.The anode 140 may be grounded. The field emission current I flowing between the cathode 120 and the anode 140 may be measured by the current detector 180.

상기 제어 전극(150)에는 제2 전원부(160)가 연결될 수 있다. 상기 제2 전원부(160)는 DC 전원 또는 교류 전원일 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 펄스 형태의 DC 전압이 인가될 수 있다. 상기 교류 전원의 주파수(f2)는 상기 튜닝 전극(130)의 튜닝 고유 진동수(f1)와 일치할 수 있다. 상기 교류 전원의 주파수(f2)는 변경될 수 있다.The second power supply unit 160 may be connected to the control electrode 150. The second power supply unit 160 may be a DC power supply or an AC power supply. The control electrode 150 may be applied with a pulsed DC voltage. The frequency f2 of the AC power source may coincide with the tuning natural frequency f1 of the tuning electrode 130. The frequency f2 of the AC power source can be changed.

상기 RF 소자(10)는 진공 용기(190) 내에 배치될 수 있다. 상기 진공 용기(190)의 압력은 0.1 mTorr 이하일 수 있다.The RF element 10 may be disposed in the vacuum vessel 190. The pressure of the vacuum vessel 190 may be 0.1 mTorr or less.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소자를 설명하는 도면이다.2 is a view illustrating an RF device according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, RF 소자(10)는 나노 튜브 고유 진동수(f0)를 가지고 진동하는 탄소나노튜브(110), 상기 탄소나노튜브(100)의 일단에 고정 결합된 음극(120), 상기 탄소나노튜브(110)의 타단에 대향하여 배치되고 진동하는 튜닝 전극(130), 및 상기 튜닝 전극(130)의 일단에 고정 결합된 양극(140)를 포함하되, 상기 튜닝 전극(130)의 타단은 상기 탄소나노튜브(110)의 타단과 인접하여 마주보도록 배치되고, 상기 탄소나노튜브(110)는 케리어 주파수(f)를 가지는 외부 RF 전자기파에 따라 상기 케리어 주파수(f)로 진동하고, 상기 튜닝 전극(130)은 상기 탄소 나노튜브(110)의 타단과 상기 튜닝 전극(130)의 타단의 거리 변화를 증폭시켜 전자 방출 감도를 증가시킬 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)은 튜닝 고유 진동수(f1)로 진동할 수 있다.Referring to FIG. 2, the RF device 10 includes a carbon nanotube 110 vibrating with a nanotube natural frequency f0, a cathode 120 fixedly coupled to one end of the carbon nanotube 100, and the carbon. A tuning electrode 130 disposed opposite the other end of the nanotube 110 and vibrating, and an anode 140 fixedly coupled to one end of the tuning electrode 130, wherein the other end of the tuning electrode 130 is The carbon nanotubes 110 are disposed to face each other adjacent to the other end of the carbon nanotubes 110, and the carbon nanotubes 110 vibrate at the carrier frequency f according to an external RF electromagnetic wave having a carrier frequency f, and the tuning electrode. 130 may increase the electron emission sensitivity by amplifying a change in distance between the other end of the carbon nanotube 110 and the other end of the tuning electrode 130. The tuning electrode 130 may vibrate at a tuning natural frequency f1.

음극 구조체(20)는 제1 기판(104), 상기 음극(120), 및 상기 탄소나노튜브(110)를 포함할 수 있다. 상기 제1 기판(104) 상에 음극(120)이 배치될 수 있다. 상기 제1 기판(104)은 유리, 폴리머, 및 반도체 기판 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 음극(120) 상에 상기 탄소나노튜브(110)가 성장될 수 있다. The negative electrode structure 20 may include a first substrate 104, the negative electrode 120, and the carbon nanotubes 110. The cathode 120 may be disposed on the first substrate 104. The first substrate 104 may include at least one of glass, a polymer, and a semiconductor substrate. The carbon nanotubes 110 may be grown on the cathode 120.

상기 음극(120)은 도전성 물질일 수 있다. 상기 음극(120)은 알루미늄, 구리, 금, 은, 백금, 타이타늄, 및 텅스텐, 몰리브덴, 및 탄탈늄 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 음극(120)은 촉매층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 촉매층은 코발트, 철, 니켈, 몰리브텐 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 촉매층은 리프 오프(lift-off) 기술, 전자빔 리소그라피 기술, 또는 미세한 팁을 이용하여 상기 음극 상의 소정의 위치에만 형성될 수 있다. The cathode 120 may be a conductive material. The cathode 120 may include at least one of aluminum, copper, gold, silver, platinum, titanium, and tungsten, molybdenum, and tantalum. The cathode 120 may include a catalyst layer (not shown). The catalyst layer may include at least one of cobalt, iron, nickel, and molybten. The catalyst layer may be formed only at predetermined positions on the cathode using leaf-off techniques, electron beam lithography techniques, or fine tips.

상기 탄소나노튜브(110)는 하나일 수 있다. 상기 탄소나노튜브(110)는 단일벽(single wall) 또는 다중벽(multi-wall) 형태일 수 있다. 상기 탄소나노튜브(110)는 플라즈마 도움 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition: PECVD) 방법으로 상기 촉매층 상에 선택적으로 성장할 수 있다. 상기 탄소나노튜브(110)의 길이 및/또는 반경은 상기 케리어 주파수(f)와 인접하게 설정되는 것이 바람직하나, 이에 한하지 않는다.The carbon nanotubes 110 may be one. The carbon nanotubes 110 may be in the form of a single wall or a multi-wall. The carbon nanotubes 110 may be selectively grown on the catalyst layer by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. The length and / or radius of the carbon nanotubes 110 is preferably set to be adjacent to the carrier frequency f, but is not limited thereto.

양극 구조체(30)는 제2 기판(102), 상기 양극(140), 상기 튜닝 전극(130), 및 제어 전극(150)을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판(102) 상에 상기 양극(140)이 형성될 수 있다. 상기 제2 기판(102)은 유리,폴리머, 및 반도체 기판 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 양극(140) 상에 상기 튜닝 전극(130)이 배치될 수 있다. 상기 양극(140)은 도전성 물질일 수 있다. 상기 양극(140)은 알루미늄, 구리, 금, 은, 백금, 타이타늄, 및 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈늄 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)은 도전성 물질일 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)은 원통형 또는 원형 막대형일 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)의 직경은 상기 탄소나노튜브(110)의 직경 보다 클 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)이 원통형인 경우, 상기 튜닝 전극(130)은 외피 튜닝 전극 및 내부 유전체를 포함할 수 있다. 상기 외피 튜닝 전극은 상기 내부 유전체의 외부 표면상에 배치될 수 있다.The anode structure 30 may include a second substrate 102, the anode 140, the tuning electrode 130, and a control electrode 150. The anode 140 may be formed on the second substrate 102. The second substrate 102 may include at least one of glass, a polymer, and a semiconductor substrate. The tuning electrode 130 may be disposed on the anode 140. The anode 140 may be a conductive material. The anode 140 may include at least one of aluminum, copper, gold, silver, platinum, titanium, and tungsten, molybdenum, and tantalum. The tuning electrode 130 may be a conductive material. The tuning electrode 130 may be cylindrical or circular rod-shaped. The diameter of the tuning electrode 130 may be larger than the diameter of the carbon nanotubes 110. When the tuning electrode 130 is cylindrical, the tuning electrode 130 may include an outer tuning electrode and an internal dielectric. The outer tuning electrode can be disposed on an outer surface of the inner dielectric.

상기 제어 전극(150)은 상기 튜닝 전극(130) 주위에 배치될 수 있다. 상기 제2 기판(102) 상에 제어 전극(150)이 배치될 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 복수 개일 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 상기 튜닝 전극을 중심으로 대칭적으로 배치되는 것에 한하지 않는다. 상기 제어 전극(150)은 도전성 물질일 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 도핑된 반도체, 알루미늄, 구리, 금, 은, 백금, 타이타늄, 및 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈늄 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어 전극의 상부면은 상기 튜닝 전극의 상부면 보다 낮을 수 있다.The control electrode 150 may be disposed around the tuning electrode 130. The control electrode 150 may be disposed on the second substrate 102. The control electrode 150 may be a plurality. The control electrode 150 is not limited to being disposed symmetrically about the tuning electrode. The control electrode 150 may be a conductive material. The control electrode 150 may include at least one of doped semiconductors, aluminum, copper, gold, silver, platinum, titanium, and tungsten, molybdenum, and tantalum. An upper surface of the control electrode may be lower than an upper surface of the tuning electrode.

베이스 기판(100) 상에 상기 양극 구조체(30) 및 상기 음극 구조체(20)가 서로 마주 보도록 배치될 수 있다. 상기 탄소나노튜브(110)와 상기 튜닝 전극(130)은 서로 정렬될 수 있다. 상기 양극 구조체(30)와 상기 음극 구조체(20)는 상기 베이 스 기판(100)에 고정 결합할 수 있다. 즉, 상기 양극 구조체(30)와 상기 음극 구조체(20)는 별도로 제작되어, 상기 베이스 기판(100)에 실장될 수 있다.The anode structure 30 and the cathode structure 20 may be disposed to face each other on the base substrate 100. The carbon nanotubes 110 and the tuning electrode 130 may be aligned with each other. The anode structure 30 and the cathode structure 20 may be fixedly coupled to the base substrate 100. That is, the anode structure 30 and the cathode structure 20 may be manufactured separately and mounted on the base substrate 100.

상기 양극 구조체(20), 상기 음극 구조체(30), 및 상기 베이스 기판(100)은 진공 용기(190) 내부에 배치될 수 있다. 상기 진공 용기(190)는 유리, 세라믹, 및 유전체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 진공 용기(190)는 RF 전자기파의 투과하는 특성을 가질 수 있다. 상기 진공 용기(190)의 내부의 압력은 0.1 mTorr 이하일 수 있다. The anode structure 20, the cathode structure 30, and the base substrate 100 may be disposed in the vacuum container 190. The vacuum container 190 may include at least one of glass, ceramic, and a dielectric. The vacuum container 190 may have a property of transmitting RF electromagnetic waves. The pressure inside the vacuum vessel 190 may be 0.1 mTorr or less.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 양극 구조체를 설명하는 사시도들이다. 도 2에서 설명한 부분과 중복되는 설명은 생략한다. 3A to 3C are perspective views illustrating an anode structure according to embodiments of the present invention. Descriptions overlapping with those described in FIG. 2 will be omitted.

도 3a를 참조하면, 양극 구조체(30)는 제2 기판(102), 양극(140), 튜닝 전극(130), 및 제어 전극(150)을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판(102) 상에 상기 양극(140)이 형성될 수 있다. 상기 양극(140) 상에 상기 튜닝 전극(130)이 배치될 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)은 원통 형상일 수 있다. 상기 튜닝 전극은 DRAM의 축전기 형성 기술에 의하여 형성될 수 있다. 상기 제어 전극은 상기 튜닝 전극을 중심으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 제어 전극은 4개일 수 있다. 상기 제어 전극은 상기 제2 기판 상에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3A, the anode structure 30 may include a second substrate 102, an anode 140, a tuning electrode 130, and a control electrode 150. The anode 140 may be formed on the second substrate 102. The tuning electrode 130 may be disposed on the anode 140. The tuning electrode 130 may have a cylindrical shape. The tuning electrode may be formed by a capacitor forming technique of DRAM. The control electrode may be disposed to face each other with respect to the tuning electrode. The control electrode may be four. The control electrode may be disposed on the second substrate.

도 3b를 참조하면, 양극 구조체(30)는 제2 기판(102), 양극(140a), 튜닝 전극(130a), 및 제어 전극(150a)을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판(102) 상에 상기 양극(140)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3B, the anode structure 30 may include a second substrate 102, an anode 140a, a tuning electrode 130a, and a control electrode 150a. The anode 140 may be formed on the second substrate 102.

상기 제2 기판 상에 양극이 형성될 수 있다. 상기 양극이 형성된 상기 제2 기판 상에 제1 층간 절연막, 튜닝 전극막, 및 제2 층간 절연막이 배치될 수 있다. 상기 제2 층간 절연막, 상기 튜닝 전극막, 및 상기 제1 층간 절연막을 연속적으로 패터닝하여 제2 층간 절연 패턴(154a), 튜닝 전극(150a), 제1 층간 절연 패턴(152a),및 홀(156a)을 형성할 수 있다. 상기 홀(156a)의 하부면은 상기 제2 기판(102)의 상부면과 일치할 수 있다. 상기 홀(156a)은 상기 양극(140a)을 노출시킬 수 있다. 상기 노출된 양극(140a) 상에 튜닝 전극(140a)이 형성될 수 있다. 상기 튜닝 전극(130a)은 원기둥 형상일 수 있다.An anode may be formed on the second substrate. A first interlayer insulating film, a tuning electrode film, and a second interlayer insulating film may be disposed on the second substrate on which the anode is formed. The second interlayer insulating layer, the tuning electrode layer, and the first interlayer insulating layer are successively patterned to form a second interlayer insulating pattern 154a, a tuning electrode 150a, a first interlayer insulating pattern 152a, and a hole 156a. ) Can be formed. The lower surface of the hole 156a may coincide with the upper surface of the second substrate 102. The hole 156a may expose the anode 140a. The tuning electrode 140a may be formed on the exposed anode 140a. The tuning electrode 130a may have a cylindrical shape.

도 3c를 참조하면, 양극 구조체(30)는 제2 기판(102), 양극(140), 튜닝 전극(130), 및 제어 전극(150)을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판(102) 상에 상기 양극(140)이 형성될 수 있다. 상기 양극(140) 상에 상기 튜닝 전극(130)이 배치될 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)은 원통 형상일 수 있다. 상기 튜닝 전극(130)은 외피 튜닝 전극(132) 및 내부 유전체(134)를 포함할 수 있다. 상기 외피 튜닝 전극(132)은 상기 내부 유전체(134)의 외부 표면상에 배치될 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 상기 튜닝 전극(130)을 중심으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 2개일 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 상기 제2 기판(102) 상에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3C, the anode structure 30 may include a second substrate 102, an anode 140, a tuning electrode 130, and a control electrode 150. The anode 140 may be formed on the second substrate 102. The tuning electrode 130 may be disposed on the anode 140. The tuning electrode 130 may have a cylindrical shape. The tuning electrode 130 may include an outer tuning electrode 132 and an internal dielectric 134. The outer tuning electrode 132 may be disposed on an outer surface of the inner dielectric 134. The control electrode 150 may be disposed to face each other with respect to the tuning electrode 130. The control electrode 150 may be two. The control electrode 150 may be disposed on the second substrate 102.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 RF 소자를 구성하는 음극 구조체 및 양극 구조체를 설명하는 사시도들이다. 도 4a의 음극 구조체와 도 4b의 양극 구조체는 서로 결합하여 RF 소자를 구성할 수 있다.4A and 4B are perspective views illustrating a cathode structure and an anode structure of an RF device according to embodiments of the present invention. The cathode structure of FIG. 4A and the anode structure of FIG. 4B may be combined with each other to form an RF device.

도 4a를 참조하면, 음극 구조체(20)는 제1 기판(104), 상기 음극들(120), 및 상기 탄소나노튜브들(110)을 포함할 수 있다. 상기 음극들(120)은 아일랜드 형태로 상기 제1 기판(104) 상에 규칙적으로 배열될 수 있다. 상기 탄소나노튜브들(110)은 상기 음극들 상에 각각 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4A, the cathode structure 20 may include a first substrate 104, the cathodes 120, and the carbon nanotubes 110. The cathodes 120 may be regularly arranged on the first substrate 104 in an island form. The carbon nanotubes 110 may be disposed on the cathodes, respectively.

도 4b를 참조하면, 양극 구조체(30)는 제2 기판(102), 양극들(140), 튜닝 전극들(130), 및 제어 전극들(150)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4B, the anode structure 30 may include a second substrate 102, anodes 140, tuning electrodes 130, and control electrodes 150.

상기 양극들(140)은 상기 제2 기판(102) 상에 아일랜드 형태로 배치될 수 있다. 상기 양극들(140) 상에 튜닝 전극들(130)이 각각 배치될 수 있다. 상기 튜닝 전극들(130)과 도 4a의 탄소나노튜브들은 결합시 서로 정렬될 수 있다. 상기 제어 전극들(150)은 상기 튜닝 전극들(130) 주위에 각각 배치될 수 있다. 상기 제어 전극(150)은 상기 튜닝 전극(130)을 중심으로 서로 마주보는 구조를 가질 수 있다. The anodes 140 may be disposed in an island shape on the second substrate 102. Tuning electrodes 130 may be disposed on the anodes 140, respectively. The tuning electrodes 130 and the carbon nanotubes of FIG. 4A may be aligned with each other when combined. The control electrodes 150 may be disposed around the tuning electrodes 130, respectively. The control electrode 150 may have a structure facing each other with respect to the tuning electrode 130.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the following claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 소자를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating an RF device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소자를 설명하는 도면이다.2 is a view illustrating an RF device according to another embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 양극 구조체를 설명하는 사시도들이다.3A to 3C are perspective views illustrating an anode structure according to embodiments of the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 RF 소자를 구성하는 음극 구조체 및 양극 구조체를 설명하는 사시도들이다.4A and 4B are perspective views illustrating a cathode structure and an anode structure of an RF device according to embodiments of the present invention.

Claims (11)

나노 튜브 고유 진동수를 가지고 진동하는 탄소나노튜브;Carbon nanotubes that vibrate with a natural frequency of nanotubes; 상기 탄소나노튜브의 일단에 고정 결합된 음극;A cathode fixedly coupled to one end of the carbon nanotubes; 상기 탄소나노튜브의 타단에 대향하여 배치되고 진동하는 튜닝 전극; 및A tuning electrode disposed opposite to the other end of the carbon nanotubes and vibrating; And 상기 튜닝 전극의 일단에 전기적으로 연결된 양극를 포함하되,A positive electrode electrically connected to one end of the tuning electrode, 상기 튜닝 전극의 타단은 상기 탄소 나노튜브의 타단과 인접하여 배치되고,The other end of the tuning electrode is disposed adjacent to the other end of the carbon nanotube, 상기 탄소나노튜브는 케리어 주파수를 가지는 외부 전자기파에 따라 상기 케리어 주파수로 진동하고, 상기 튜닝 전극은 상기 탄소나노튜브의 타단과 상기 튜닝 전극의 타단의 거리 변화를 증폭시켜 전자 방출 감도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 RF 소자.The carbon nanotubes vibrate at the carrier frequency according to an external electromagnetic wave having a carrier frequency, and the tuning electrode amplifies a distance change between the other end of the carbon nanotube and the other end of the tuning electrode to increase electron emission sensitivity. RF element. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 튜닝 전극은 튜닝 고유 진동수로 진동하는 것을 특징으로 하는 RF 소자.And the tuning electrode vibrates at a tuning natural frequency. 제2 항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 튜닝 전극 주위에 배치되는 제어 전극을 더 포함하되,Further comprising a control electrode disposed around the tuning electrode, 상기 제어 전극은 상기 튜닝 전극과 상기 제어 전극 사이에 전계를 인가하여 상기 튜닝 고유 진동수를 변경하는 것을 특징으로 하는 RF 소자.And the control electrode changes the tuning natural frequency by applying an electric field between the tuning electrode and the control electrode. 제3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제어 전극과 상기 튜닝 전극 사이에 인가되는 전계는 펄스 형태인 것을 특징으로 하는 RF 소자.RF device, characterized in that the electric field applied between the control electrode and the tuning electrode in the form of a pulse. 제3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제어 전극에 상기 튜닝 고유 진동수를 가지는 교류를 인가하여 상기 튜닝 전극의 진폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는 RF 소자.And an amplitude of the tuning electrode is increased by applying an alternating current having the tuning natural frequency to the control electrode. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 튜닝 전극의 형태는 원통형 또는 원형 막대형인 것을 특징으로 하는 RF 소자.RF device, characterized in that the shape of the tuning electrode is a cylindrical or circular rod. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 탄소나노튜브는 싱글 월(single wall) 또는 다중벽(multi-wall) 구조인 것을 특징으로 하는 RF 소자.The carbon nanotubes are RF devices, characterized in that the single wall (single wall) or multi-wall (multi-wall) structure. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 탄소나노튜브의 직경은 상기 튜닝 전극의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 RF 소자.RF device, characterized in that the diameter of the carbon nanotubes smaller than the diameter of the tuning electrode. 제2 항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 튜닝 전극의 튜닝 고유 진동수은 50 내지 500 MHz인 것을 특징으로 하는 RF 소자.The tuning natural frequency of the tuning electrode is an RF device, characterized in that 50 to 500 MHz. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 튜닝 전극은 외피 튜닝 전극 및 내부 유전체를 포함하되,The tuning electrode includes an outer tuning electrode and an internal dielectric, 상기 외피 튜닝 전극은 상기 내부 유전체의 외부 표면상에 배치된 것을 특징으로 하는 RF 소자.The skin tuning electrode is disposed on an outer surface of the inner dielectric. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 음극와 상기 양극 사이에 펄스 DC 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 RF 소자.And a pulsed DC voltage is applied between the cathode and the anode.
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