KR101173381B1 - Electronic device comprising one-dimensional structures and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소자용 기판 상에 1차원 구조물, 상기 1차원 구조물 상에 위치한 그래핀 박막을 포함하는 전자 소자와 이러한 전자 소자를 간단한 공정으로 제조하는 방법을 제공한다. The present invention provides a one-dimensional structure on an element substrate, an electronic device including a graphene thin film located on the one-dimensional structure and a method of manufacturing such an electronic device in a simple process.
Description
본 발명은 마이크로 기둥, 와이어 또는 나노 기둥, 와이어와 같은 1차원 구조물을 포함하는 전자 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic device including a one-dimensional structure such as a micro pillar, a wire or a nano pillar, a wire, and a manufacturing method thereof.
본 명세서에서는 전하의 저장 상태 차이에 따른 전류 크기 차이로 정보를 저장하고 판독하는 메모리 소자, 가스를 센싱하는 가스 센서 소자, 전기를 빛으로 바꾸거나 빛을 전기로 바꾸는 전자 소자, 예컨대 전기를 빛으로 바꾸는 발광 소자, 빛을 전기로 바꾸는 태양 전지(solar cell), 광검출기(photodetector) 등을 통틀어 전자 소자라고 부르기로 한다. In the present specification, a memory device for storing and reading information as a current magnitude difference according to a difference in storage state of charge, a gas sensor device for sensing gas, and an electronic device for converting electricity to light or electricity to light, for example, electricity to light The light emitting device that changes, the solar cell that converts light into electricity, the photodetector, etc. will be collectively called an electronic device.
발광 다이오드(LED) 시장은 핸드폰 등 휴대형 통신기기나 소형가전제품의 키패드, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트 유닛(back light unit) 등에 사용되는 저출력 LED를 기반으로 성장하였다. 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 대형 LCD의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고휘도, 고출력, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, LED 시장 또한 그러한 제품 중심으로 옮겨 가고 있다. The light emitting diode (LED) market has grown based on low-power LEDs used in portable communication devices such as mobile phones, keypads of small home appliances, and back light units of liquid crystal displays (LCDs). Recently, as the need for high brightness, high output and high efficiency light sources used for interior lighting, exterior lighting, interior and exterior of automobiles, and backlight units of large LCDs, the LED market is shifting to such products.
고휘도 LED를 제조하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중, 마이크로 사이즈의 발광 기둥을 다수개 형성하고, 그 기둥들 사이의 갭을 SiO2, Si3N4, DBR(ZrO2/SiO2, HfO2/SiO2), 폴리아미드 등의 충진재로 채운 후, 발광 기둥 어레이들과 충진재의 상부면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 가공에 의해 평탄화한 후에 Ni/Au 혹은 ITO(Indium Tin Oxide)로 투명 전극을 형성하는 방법이 있다. Much research is being conducted to manufacture high-brightness LEDs. Among them, a plurality of micro-sized light emitting pillars are formed, and the gaps between the pillars are filled with fillers such as SiO 2 , Si 3 N 4 , DBR (ZrO 2 / SiO 2 , HfO 2 / SiO 2 ), and polyamide. After filling, planarizing the top surfaces of the light emitting pillar arrays and the filler by CMP (Chemical Mechanical Polishing), there is a method of forming a transparent electrode with Ni / Au or Indium Tin Oxide (ITO).
그런데 위 방법은 발광 기둥 형성, 갭 충진, CMP 가공, 전극 형성을 위한 금속 증착 등 공정이 매우 복잡하다. 그리고 폴리아미드 등 열에 약한 충진재를 사용하기 때문에 오믹 콘택에 필요한 열처리 공정에 제약을 가진다. 뿐만 아니라, 충진재에 의한 빛의 흡수 및 간섭으로 발광 효율 및 흡수 효율이 저하된다.However, the above method is very complicated process such as light emitting pillar formation, gap filling, CMP processing, metal deposition for electrode formation. In addition, since heat-sensitive fillers such as polyamide are used, the heat treatment process required for ohmic contact is limited. In addition, the luminous efficiency and absorption efficiency are lowered due to absorption and interference of light by the filler.
LED 뿐만 아니라 태양 전지나 기타 반도체 소자에서 소자의 특성 개선을 위하여 반도체층을 식각하여 기판과 수직한 기둥 모양의 1차원 구조물을 형성하는 경우가 많다. 이러한 1차원 구조물 위에 전극을 형성함에 있어 물성의 저하없이 전극을 형성하고 공정이 간단하며 쉽게 오믹 콘택을 형성할 수 있는 구조 및 방법이 필요하다.In addition to LEDs, in order to improve device characteristics, solar cells or other semiconductor devices are often etched to form columnar one-dimensional structures perpendicular to the substrate. In forming the electrode on the one-dimensional structure, there is a need for a structure and a method for forming an electrode without deterioration of physical properties and a simple process and easily form an ohmic contact.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 1차원 구조물들 사이에 충진재를 채우지 않아 빛의 흡수 또는 간섭이 발생하지 않아 발광 효율 및 흡수 효율이 향상될 뿐만 아니라 가스 이송이 용이한 전자 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is not to fill the filler between the one-dimensional structure does not occur light absorption or interference does not improve the luminous efficiency and absorption efficiency as well as easy to transfer gas electronic device and method for manufacturing the same To provide.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 1차원 구조물과 그 상부의 그래핀 박막이 오믹 콘택으로 연결된 전자 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, the problem to be solved by the present invention is to provide an electronic device connected to the one-dimensional structure and the graphene thin film on the top thereof by ohmic contact and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 1차원 구조물들 사이에 충진재가 채워지지 않고 그래핀 박막을 전극으로 이용함으로써 휘어질 수 있는 전자 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide an electronic device that can be bent by using a graphene thin film as an electrode without filling the filler between the one-dimensional structure and a method of manufacturing the same.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자 소자는 소자용 기판 상에 일측 단부들이 배치되고, 타측 단부들은 상기 소자용 기판의 상부 방향을 향하는 1차원 구조물들, 상기 1차원 구조물들의 타측 단부에 구비된 오믹 콘택층 및 상기 오믹 콘택층 상부에 부착된 그래핀 박막을 포함한다.An electronic device according to the present invention for solving the above problems is one end is disposed on the substrate for the device, the other ends are one-dimensional structures facing the upper direction of the device substrate, the other end of the one-dimensional structures The provided ohmic contact layer and the graphene thin film attached to the upper ohmic contact layer.
상기 1차원 구조물들 사이의 공간은 충진재로 채워져 있지 않은 빈 공간인 것이 바람직하다.The space between the one-dimensional structures is preferably an empty space not filled with a filler.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법의 일 구성에서는, 소자용 기판 상에 1차원 구조물들을 형성하고, 시트 형상이면서 금속이 증착된 그래핀 박막을 제작한 다음, 상기 금속이 증착된 그래핀 박막을 상기 1차원 구조물들 상에 부착한다. 금속 확산 열처리를 시행하여 상기 그래핀 박막 상의 금속을 상기 1차원 구조물 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층을 형성한다.In one configuration of the electronic device manufacturing method according to the present invention for solving the above problems, to form a one-dimensional structure on the substrate for the device, to produce a graphene thin film sheet-like and deposited metal, and then the metal The deposited graphene thin film is attached onto the one-dimensional structures. The metal diffusion heat treatment is performed to diffuse the metal on the graphene thin film toward the one-dimensional structure to form an ohmic contact layer.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법의 다른 구성은, 소자용 기판 상에 1차원 구조물들을 형성하는 단계; 시트 형상의 그래핀 박막을 제작하는 단계; 상기 그래핀 박막을 상기 1차원 구조물들 상에 부착하는 단계; 상기 그래핀 박막 상에 금속을 증착하는 단계; 및 금속 확산 열처리를 시행하여 상기 그래핀 박막 위의 금속을 상기 1차원 구조물 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층을 형성하는 단계를 포함한다.Another configuration of the method for manufacturing an electronic device according to the present invention for solving the above problems comprises the steps of: forming one-dimensional structures on the device substrate; Preparing a sheet-like graphene thin film; Attaching the graphene thin film on the one-dimensional structures; Depositing a metal on the graphene thin film; And diffusing a metal on the graphene thin film toward the one-dimensional structure by performing metal diffusion heat treatment to form an ohmic contact layer.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법의 또 다른 구성은, 소자용 기판 상에 1차원 구조물들을 형성하는 단계; 상기 1차원 구조물들 상에 금속을 증착하는 단계; 금속 확산 열처리를 시행하여 상기 금속을 상기 1차원 구조물 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층을 형성하는 단계; 시트 형상의 그래핀 박막을 제작하는 단계; 및 상기 그래핀 박막을 상기 1차원 구조물들 상에 부착하는 단계를 포함한다.Another configuration of an electronic device manufacturing method according to the present invention for solving the above problems, forming a one-dimensional structure on the device substrate; Depositing metal on the one-dimensional structures; Performing a metal diffusion heat treatment to diffuse the metal toward the one-dimensional structure to form an ohmic contact layer; Preparing a sheet-like graphene thin film; And attaching the graphene thin film on the one-dimensional structures.
본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법에 있어서, 상기 그래핀 박막을 제작하기 위해서는, 그래파이트화 금속막이 형성된 기판을 챔버 내에 장입한 다음, 상기 챔버 내에서 상기 그래파이트화 금속막 및 기판 중 적어도 어느 하나에 전류를 흘려 그때의 전열 효과에 의해 상기 그래파이트화 금속막을 가열한 후, 상기 그래파이트화 금속막이 가열되는 상태에서 상기 챔버 내에 기상 탄소 공급원을 공급하여 상기 그래파이트화 금속막 안에 탄소 성분을 고용시키고, 상기 전류의 양을 조절하여 상기 그래파이트화 금속막을 제어된 속도로 냉각시킴으로써 상기 고용시킨 탄소 성분으로부터 상기 그래파이트화 금속막 표면에 그래핀을 석출시킨 다음, 산처리에 의해 상기 그래파이트화 금속막을 제거함으로써, 석출된 그래핀을 상기 기판으로부터 분리하는 것이 바람직하다.In the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, in order to manufacture the graphene thin film, a substrate on which a graphitized metal film is formed is charged into a chamber, and then a current is applied to at least one of the graphitized metal film and the substrate in the chamber. After heating the graphitized metal film by the heat transfer effect at that time, the gaseous carbon source is supplied into the chamber while the graphitized metal film is heated to solidify a carbon component in the graphitized metal film, and By adjusting the amount to cool the graphitized metal film at a controlled rate, thereby depositing graphene on the surface of the graphitized metal film from the solid solution carbon component, and then removing the graphitized metal film by acid treatment, thereby Separating pins from the substrate It is preferred.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다른 전자 소자는 소자용 기판 상에 일측 단부들이 배치되고, 타측 단부들은 상기 소자용 기판의 상부 방향으로 향하는 1차원 구조물들 및 상기 1차원 구조물들 상에 배치되며, 상기 1차원 구조물들의 타측 단부에 전기적으로 연결된 그래핀 박막을 포함하며, 상기 1차원 구조물들 사이는 빈 공간이 존재할 수 있다.Another electronic device according to the present invention for solving the above problems is that one end is disposed on the substrate for the device, the other end is on the one-dimensional structures and the one-dimensional structures toward the upper direction of the device substrate It is disposed, and includes a graphene thin film electrically connected to the other end of the one-dimensional structures, there may be an empty space between the one-dimensional structures.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 본 발명에 의하면, 충진재가 채워지지 않은 1차원 구조물들 상에 그래핀 박막을 전극으로 사용하며, 1차원 구조물들과 그래핀 박막은 오믹 콘택으로 전기적으로 연결되므로써, 빛의 흡수 또는 간섭이 발생하지 않아 발광 효율 및 흡수 효율이 향상되고, 가스 이용이 용이한 그래핀 박막을 포함하는 전자 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.According to the configuration of the present invention can achieve all the objects of the present invention described above. Specifically, according to the present invention, a graphene thin film is used as an electrode on one-dimensional structures not filled with a filler, and the one-dimensional structures and the graphene thin film are electrically connected to ohmic contacts, thereby absorbing or interfering with light. This does not occur, the luminous efficiency and absorption efficiency is improved, there is an effect of providing an electronic device including a graphene thin film easy to use gas and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명에 의하면, 1차원 구조물들과 그래핀 박막이 오믹 콘택으로 연결되어, 접촉 저항을 줄일 수 있는 그래핀 박막을 포함하는 전자 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the one-dimensional structures and the graphene thin film are connected to the ohmic contact, thereby providing an electronic device including a graphene thin film capable of reducing contact resistance and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명에 의하면, 1차원 구조물들 사이가 충진재로 채워지지 않고, 그래핀 박막을 전극으로 이용함으로써 휘어지는 그래핀 박막을 포함하는 전자 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect of providing an electronic device including a graphene thin film bent by using the graphene thin film as an electrode, without filling between the one-dimensional structures and the electrode and a method of manufacturing the same.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 전자 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법에 대한 바람직한 제1 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 그에 따른 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법에 대한 바람직한 제2 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 그에 따른 공정 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법에 대한 바람직한 제3 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 7은 그에 따른 공정 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전자 소자 제조에 이용할 그래핀 박막을 얻기 위한 바람직한 실시예의 순서도이고, 도 9 내지 11은 그에 따른 개략적인 실시 도면들이다.
도 12는 본 발명에 따라 제조된 전자 소자의 SEM 사진이다.
도 13은 본 발명에 따라 전자 소자를 제조하는 과정 중 금속 확산 열처리의 시행 여부에 따른 I-V 곡선이다.
도 14는 본 발명에 따라 제조된 전자 소자를 태양 전지로 구성하여 빛을 주기 전후의 I-V를 측정한 I-V 곡선이다.
도 15는 본 발명에 따라 제조된 전자 소자를 LED로 구성하여 전류를 인가할 때의 사진이다.
도 16은 본 실험 예에 따라 제조된 전자 소자의 SEM 사진들이다.
도 17은 도 16에 도시된 전자 소자의 광투과도를 보여주는 그래프이다.
도 18은 제조 방법의 제1 실시예에 따라 제조된 전자 소자를 제조하는 과정 중 금속 확산 열처리 온도에 따른 I-V 곡선이다.
도 19a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서의 개략도이고, 도 19b는 도 19a의 A-A'선을 따라 절취한 단면도이다.
도 20은 도 19a 및 도 19b에 도시된 가스 센서의 전기기계 특성을 평가한 그래프이고, 도 21은 가스 센서의 실제 전기기계 특성을 평가하는 장면을 촬영한 사진이고, 도 22는 도 20에 도시된 가스 센서의 전기기계 특성을 설명하는 개념도이다.
도 23은 도 19a에 도시된 가스 센서의 가스 센싱 능력을 측정한 결과이다.
도 24는 도 19a에 도시된 가스 센서의 가스 센싱 감도를 측정한 결과이다.1A to 1C are schematic cross-sectional views of an electronic device according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a process of performing a first preferred embodiment of the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, and FIG. 3 is a process cross-sectional view thereof.
4 is a flowchart illustrating a process of performing a second preferred embodiment of the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, and FIG. 5 is a process cross-sectional view thereof.
6 is a flowchart illustrating a process of performing a third preferred embodiment of the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, and FIG. 7 is a process cross-sectional view thereof.
8 is a flowchart of a preferred embodiment for obtaining a graphene thin film to be used for manufacturing an electronic device according to the present invention, Figures 9 to 11 are schematic implementation views accordingly.
12 is an SEM photograph of an electronic device manufactured according to the present invention.
13 is an IV curve depending on whether metal diffusion heat treatment is performed during the manufacturing of an electronic device according to the present invention.
FIG. 14 is an IV curve of an electronic device manufactured according to the present invention and measured IV before and after light by using a solar cell. FIG.
15 is a photograph when the current is applied by configuring the electronic device manufactured according to the present invention with an LED.
16 are SEM images of electronic devices manufactured according to the present experimental example.
17 is a graph showing light transmittance of the electronic device illustrated in FIG. 16.
18 is an IV curve according to a metal diffusion heat treatment temperature during a process of manufacturing an electronic device manufactured according to a first embodiment of the manufacturing method.
19A is a schematic diagram of a gas sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 19B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 19A.
20 is a graph evaluating the electromechanical characteristics of the gas sensor shown in FIGS. 19A and 19B, FIG. 21 is a photograph of a scene of evaluating actual electromechanical characteristics of the gas sensor, and FIG. 22 is shown in FIG. 20. Is a conceptual diagram illustrating the electromechanical properties of a conventional gas sensor.
FIG. 23 is a result of measuring gas sensing capability of the gas sensor illustrated in FIG. 19A.
FIG. 24 is a result of measuring gas sensing sensitivity of the gas sensor illustrated in FIG. 19A.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.
본 발명에서 제시하는 전자 소자는 1차원 구조물들 사이의 공간을 채우는 별도의 충진재 없이 1차원 구조물 어레이를 포함할 수 있으며 그래핀 박막을 전극으로 사용하고 1차원 구조물들과 전극 사이에 오믹 콘택층이 형성되어 있는 새로운 구조의 전자 소자이다. 도 1a와 도 1b, 그리고 도 1c는 그러한 소자의 개략적인 단면도이다. The electronic device proposed in the present invention may include an array of one-dimensional structures without a separate filler filling the space between the one-dimensional structures, and use a graphene thin film as an electrode, and an ohmic contact layer between the one-dimensional structures and the electrode. It is an electronic device of a new structure formed. 1A and 1B and 1C are schematic cross-sectional views of such a device.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 소자(100, 100', 100")는 소자용 기판(10) 상에 1차원 구조물(20)과 그래핀 박막(30)과 오믹 콘택층(40a)을 포함하여 구성되어 있다. 1A to 1C, the
특히 도 1a에 도시한 전자 소자(100)는 도 1c에 도시한 전자 소자(100")에 비하여 그래핀 박막(30) 위에 금속 요철부(40b)를 더 포함한다. 금속 요철부(40b)는 입사하는 빛 또는 방출되는 빛의 굴절 및 산란을 조절하여 전자 소자(100)가 태양 전지 혹은 광검출기로 이용될 때에는 입사 효율을 좋게 하고, 전자 소자(100)가 LED로 이용될 때에는 발광 효율을 좋게 하는 효과가 있다. 그리고, 도 1b에 도시한 전자 소자(100')는 도 1c에 도시한 전자 소자(100")에 비하여 그래핀 박막(30) 위에 금속막(40c)을 더 포함한다. In particular, the
소자용 기판(10)은 일반적으로 반도체 소자용으로 사용되는 기판으로서, 유리(glass), 석영(quartz), Al2O3 , SiC 등의 투명한 무기물 기판, 금속 박막, 금속 포일 등의 불투명한 무기물 기판, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PS(폴리스티렌), PI(폴리이미드), PVC(폴리염화비닐), PVP(poly vinyl pyrrolidone), PE(폴리에틸렌) 등의 투명한 유기물 기판 또는 Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP 등의 기판을 사용할 수 있다. The
소자용 기판(10)으로 투명 기판을 사용할 경우 입사광이 전자 소자(100, 100', 100")의 상단 및 하단 양쪽에서 모두 입사할 수 있으므로 입사량이 증가하여 광기전력 효율이 증가하는 태양 전지나 광검출기 소자로 제작할 수 있다. PET와 같은 플라스틱 기판 또는 금속 포일 등과 같은 가요성(flexible) 기판을 사용하면 전자 소자(100, 100', 100")를 유연성 있는 소자로 제조할 수 있다. When a transparent substrate is used as the
소자용 기판(10) 상에는 1차원 구조물(20)들이 형성되어 있다. 이 1차원 구조물(20)들은 소자용 기판(10) 상에 반도체층 등을 증착한 것을 식각하여 형성하거나 일정 부위에만 선택적으로 반도체층을 성장시켜 만든 것일 수 있다. 또한, 1차원 구조물(20)들은 소자용 기판(10) 상에 시드층을 형성한 후, 시드층으로부터 실질적으로 수직하게 성장시켜 만든 것일 수 있다. 실질적으로 수직이라 함은 1차원 구조물(20)들의 일측 단부는 상기 소자용 기판(10) 상에 배치되고, 타측 단부는 소자용 기판(10)의 상부 방향으로 향하는 것을 말한다. 이때, 1차원 구조물(20)들은 그 일측 단부는 소자용 기판(10) 상에 부착되어 배치되고, 타측 단부는 소자용 기판(10)의 상부 방향으로 향하되, 그래핀 박막(30)에 부착 또는 접촉된 형태로 구비되는 것이 바람직하다.One-
따라서, 소자용 기판(10)과 1차원 구조물(20) 사이에는 다른 층들이 물론 개재될 수 있다. 또한, 1차원 구조물(20)이 여러 물질로 이루어진 다층으로 이루어질 수도 있고, 단일 물질로 이루어진 층일 수도 있다. 그리고, 1차원 구조물(20)들은 도시된 바와 같이 소자용 기판(10)에 대하여 수직으로 신장하게 여러 개가 나란히 어레이 형태로 배치되는 경우가 일반적이지만 반드시 이러한 배치에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Therefore, other layers may of course be interposed between the
또한, 본 발명에 따른 전자 소자(100, 100', 100")는 전자 소자를 구성하는 각 층의 페르미 레벨 등을 고려한 물질 선택, 적절한 전기적 동작을 위한 회로 구성 등의 변경을 통해 메모리 소자, 태양 전지, 광검출기, LED 혹은 가스 센서로 구현할 수 있으므로, 1차원 구조물(20)들은 메모리 소자의 메모리층, 태양 전지와 광검출기의 광기전력층, LED의 발광층, 가스 센서의 감지층으로서 기능할 수 있다. In addition, the electronic device (100, 100 ', 100 ") according to the present invention is a memory device, by changing the circuit configuration for proper electrical operation, such as material selection in consideration of the Fermi level, etc. of each layer constituting the electronic device Since it can be implemented as a battery, a photodetector, an LED or a gas sensor, the one-
그래핀 박막(30)은 기상 탄소 공급원을 이용한 그래핀 증착을 통해 얻어진 시트 형상으로서, 다음에 설명하는 본 발명 제조 방법에 따라 연속적인 막의 형태를 물리적으로 운반하여 1차원 구조물(20)들 위에 부착시킬 수 있는 것이기에, 바람직하게, 1차원 구조물(20)들 사이의 공간은 충진재로 채워져 있지 않다. 종래의 소자들은 폴리머와 같은 충진재를 이용하기 때문에 빛의 흡수나 방출 효율이 저해되는 문제가 있었다. 본 발명에 따른 전자 소자에서는 충진재를 사용하지 않아 그러한 문제를 해결할 수 있다. 즉, 1차원 구조물(20)들 사이는 충진재가 채워지지 않은 빈 공간을 이루고 있어, 전자 소자가 가스 센서로 적용될 때, 1차원 구조물(20)들 사이의 빈 공간을 통해 가스의 이송이 용이하다.The graphene
오믹 콘택층(40a)은 그래핀 박막(30)과 1차원 구조물(20)들 사이에 형성되어 있어 접촉 저항을 낮춘다. 종래의 소자들은 폴리머와 같은 충진재를 이용하기 때문에 열처리 온도에 제한이 있어 일반적으로 금속과 반도체간의 반응을 일으켜 화합물을 형성한 오믹 콘택층의 형성이 용이하지 않았다. 본 발명에 따른 전자 소자에서는 충진재를 사용하지 않기 때문에 오믹 콘택층(40a)을 형성하기가 용이하다. 오믹 콘택층(40a)은 도시한 바와 같이 1차원 구조물(20)들 상단에 형성되어 있고 인접한 오믹 콘택층(40a)끼리 분리된 구조를 가져 1차원 구조물(20)들과 일대일 대응하는 형상이다. 그러나, 이러한 오믹 콘택층(40a)들이 서로 연결되어 있을 수도 있다. The
그래핀은 탄소 원자들이 그래파이트와 같이 2차원으로 결합되어 구성된 물질이며, 그래파이트와는 달리 단층 또는 2 ~ 3층으로 아주 얇게 형성되어 있다. 이러한 그래핀은 유연하고 전기 전도도가 매우 높으며 투명하다. 본 발명의 전자 소자(100, 100', 100")는 전기 전도도가 높은 그래핀 박막(30)을 전극으로 이용하게 됨에 따라 유연성 있는 소자로 제작할 수 있으며 그래핀의 우수한 전기적 성질을 이용할 수 있다. Graphene is a material composed of carbon atoms bonded in two dimensions like graphite, and unlike graphite, it is formed as a single layer or a very thin layer of 2-3 layers. These graphenes are flexible, very high in electrical conductivity and transparent. The
기존에 많이 사용하는 ITO 전극은 주재료인 인듐(In)의 가격 상승 및 고갈 가능성으로 인해 제조비용이 높아지고 있으며, 유연성이 없기 때문에 휘어지는 소자에 적용하기 곤란한 점이 있다. 그러나 본 발명에서와 같이 그래핀 박막(30)을 전극으로 채용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. The ITO electrode, which is used a lot in the past, has a high manufacturing cost due to the possibility of increasing and depleting the price of indium (In), a main material, and it is difficult to be applied to a curved device because of inflexibility. However, this problem can be solved by employing the graphene
도 2는 본 발명에 따른 소자 제조 방법에 대한 바람직한 제1 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 그에 따른 공정 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 도 1a에 도시한 전자 소자(100) 및 도 1b에 도시한 전자 소자(100') 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 2 is a flowchart illustrating a process of performing a first preferred embodiment of the device manufacturing method according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view according to the process. With reference to FIGS. 2 and 3, the
우선, 도 2의 단계 S11과 도 3의 (a)에 따라, 소자용 기판(10) 상에 1차원 구조물(20)들을 형성한다. 예컨대 GaAs 기판 위에 각 구성 성분의 조성을 달리하여 다층의 AlGaAs층을 형성하여 활성층을 만든 다음, 실리카볼을 도포한다. 그런 다음, 이를 식각 마스크로 이용하는 건식 식각을 하여 AlGaAs층 일부를 식각하고 실리카볼을 제거하여 1차원 구조물(20)들을 형성한다. 식각 방법에 의하지 않고 1차원 구조물(20)들만 성장하도록 선택적인 성장법을 이용하여도 된다. 예컨대, 소자용 기판(10) 상에 시드층(seed layer)을 형성하고, 시드층으로부터 1차원 구조물(20)들을 성장시켜 형성한다. 시드층은 ZnO로 이루어질 수 있고, 시드층으로부터 성장된 1차원 구조물(20)들은 ZnO로 이루어질 수 있다.First, according to step S11 of FIG. 2 and (a) of FIG. 3, the one-
다음에 도 2의 단계 S12와 도 3의 (b)를 참조하여, 전자 소자(100, 100')에서 투명 전극으로 사용할 것으로 시트 형상이면서 금속(40)이 증착된 그래핀 박막(30)을 제작한다. 여기서, 1차원 구조물(20)들을 형성하는 단계와 그래핀 박막(30)을 제작하는 단계의 순서는 서로 바뀌어도 무방하다.Next, referring to step S12 of FIG. 2 and FIG. 3B, a graphene
먼저 SiO2 기판 위에 그래핀을 증착한다(도 2의 단계 S110). 이를 위해 Ni이 증착된 SiO2 기판을 화학기상증착(CVD) 챔버 안에 넣고 수소와 아르곤 가스를 적절한 비율, 예컨대 1:4의 비율로 채워 넣는다. 일정한 기압을 유지하면서 고온에서 기상 탄소 공급원인 CH4 가스와 수소-아르곤 혼합 가스를 일정 시간, 예컨대 30초 동안 흘려준 후, 상온까지 천천히 냉각시킨다. 이 과정에서 그래핀이 Ni 위에 성장한다. First, graphene is deposited on the SiO 2 substrate (step S110 of FIG. 2). For this purpose, Ni deposited SiO 2 substrates are placed in a chemical vapor deposition (CVD) chamber and hydrogen and argon gas are filled in an appropriate ratio, such as 1: 4. The gaseous carbon source CH 4 gas and the hydrogen-argon mixed gas were flowed for a predetermined time, for example, 30 seconds while maintaining a constant atmospheric pressure, and then slowly cooled to room temperature. In this process, graphene grows over Ni.
다음, 단계 S110을 통해 얻은 그래핀 위에 금속(40)을 증착한다(도 2의 단계 S111). 예컨대, Ti, Au을 각각 2nm, 2nm 정도 증착한다. 금속의 증착은 진공 열 증착법 또는 스퍼터링 등이 가능하다. 그래핀 위에 금속(40)을 증착한 후, 그래핀을 지지하기 위한 폴리머막을 더 형성하여도 무방하다. 폴리머막은 이후 그래핀 박막(30)을 SiO2 기판에서 분리한 후 또는 1차원 구조물(20) 상에 부착한 후 제거될 수 있다.Next, the
다음에 금속(40)이 증착된 그래핀 박막(30)을 SiO2 기판으로부터 분리한다(도 2의 단계 S112). 이를 위해 SiO2 기판을 각각 HF 용액 및 Ni 식각액에 순차적으로 넣어 SiO2 및 Ni을 식각하여 금속이 증착된 그래핀을 박막 형태로 추출하여 완전히 분리해낸다. Ni 식각액으로는 TFB 또는 TFG 용액을 사용할 수 있다. Next, the graphene
기존에 투명 전극용 그래핀 박막을 제작하는 방법은 촉매를 이용해 그래파이트를 정제하여 박막으로 제작하는 방법과 산화 그래핀을 이용한 습식 방법으로 나뉜다. 그래파이트를 정제하여 그래핀 박막을 제작하는 방법은 기판 위에 부착된 그래파이트 위에 촉매를 입힌 후 고분자를 그 위에 덮고 열처리하여 그래파이트로부터 그래핀을 얻은 다음 기판을 제거하여 그래핀 박막을 얻는 것이었다. Conventionally, the graphene thin film for transparent electrode production is divided into a method of producing graphite thin film by using a catalyst and a wet method using graphene oxide. The method for preparing a graphene thin film by refining graphite was to apply a catalyst on the graphite attached on the substrate, cover the polymer thereon, and heat treatment to obtain graphene from the graphite, and then remove the substrate to obtain the graphene thin film.
그래파이트와 촉매를 사용하는 방법은 고품질의 그래핀 박막을 얻을 수 있으나 공정 과정이 다소 복잡하다. 산화시킨 그래핀을 사용하는 방법은 그래파이트를 정제하는 방법에 비해 간단하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 산화된 그래핀을 사용하기 때문에 순수한 그래핀을 사용하는 경우에 비해 전기적 특성이 떨어지며, 단일 박막이 아닌 작은 조각으로 나뉘어 형성되기 때문에 투명 전극으로서의 특성은 기존의 ITO에 비해 떨어진다. The method using graphite and catalyst can obtain high quality graphene thin film, but the process is rather complicated. The method of using oxidized graphene has the advantage of being simpler than the method of purifying graphite. However, since the oxidized graphene is used, the electrical properties are inferior to those of pure graphene, and since they are formed into small pieces rather than a single thin film, the characteristics as transparent electrodes are inferior to those of conventional ITO.
그러나 본 발명 제조 방법에 따르면 기상 탄소 공급원을 이용한 그래핀 증착을 통해 시트 형상의 그래핀 박막을 제작하는데, CVD와 같은 간단한 기상 증착 과정을 통해 그래핀을 얻을 수 있으므로 공정이 간단하며 제작된 그래핀 박막의 품질도 우수하다. However, according to the manufacturing method of the present invention, a graphene thin film is manufactured by depositing graphene using a gaseous carbon source, and the graphene can be obtained through a simple vapor deposition process such as CVD. The quality of the thin film is also excellent.
다음으로 단계 S12에서 얻은 금속(40)이 증착된 그래핀 박막(30)을 단계 S1에서 형성한 1차원 구조물(20)들 위에 부착한다(도 2의 단계 S13과 도 3의 (c)). 이를 위해 그래핀 박막(30)을 증류수 위에 띄워 1차원 구조물(20) 위로 전달한다. 그래핀 박막(30)은 1차원 구조물(20)들 위에 반데르발스 힘에 의해 쉽게 부착이 되며 부착을 위해 별도의 접착 물질이나 공정을 필요로 하지 않는다. 그래핀 박막(30)은 연속적인 막의 형태를 물리적으로 운반하여 1차원 구조물(20)들 위에 부착시킬 수 있는 것이기에, 1차원 구조물(20)들 사이의 공간을 충진재로 채울 필요가 없다. Next, the graphene
다음에 도 2의 단계 S14와 도 3의 (d)를 참조하여, 금속 확산 열처리를 시행하여 그래핀 박막(30) 위의 금속(40)을 1차원 구조물(20) 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층(40a)을 형성한다. 예를 들어 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 통하여 300℃에서 20분 동안 열처리하여 금속(40)을 1차원 구조물(30) 상단에 확산시킴으로써 접촉 저항을 줄여준다. Next, referring to step S14 of FIG. 2 and FIG. 3D, a metal diffusion heat treatment is performed to diffuse the
금속(40)은 그래핀 박막(30)을 구성하는 그래핀 사이의 결정 입계를 지나 1차원 구조물(20) 쪽으로 확산한다. 이때 금속(40)은 전부 1차원 구조물(20) 쪽으로 확산하여 도 1c에 도시한 전자 소자(100") 구조와 같이 오믹 콘택층(40a)만을 형성할 수도 있지만, 일부는 그래핀 박막(30) 위에 남아 도 1a에 도시한 전자 소자(100) 구조와 같이 금속 요철부(40b)를 형성하거나, 도 1b에 도시한 전자 소자(100') 구조와 같이 금속막(40c)을 남길 수도 있다. The
도 4는 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법에 대한 바람직한 제2 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 그에 따른 공정 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하여 도 1a에 도시한 전자 소자(100) 및 도 1b에 도시한 전자 소자(100')의 다른 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 4 is a flowchart illustrating a process of performing a second preferred embodiment of the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, and FIG. 5 is a process cross-sectional view thereof. 4 and 5, another method of manufacturing the
우선, 소자용 기판(10) 상에 1차원 구조물(20)들을 형성한다(도 4의 단계 S21과 도 5(a)). 이 단계는 앞에서 설명한 도 2의 단계 S11과 동일하다.First, the one-
다음에 투명 전극으로 사용할 시트 형상의 그래핀 박막(30)을 제작한다(도 4의 단계 S22와 도 5(b)). 여기서, 1차원 구조물(20)을 형성하는 단계와 그래핀 박막(30)을 제작하는 단계의 순서는 서로 바뀌어도 무방하다.Next, a sheet-like graphene
먼저 SiO2 기판 위에 그래핀을 증착한다(도 4의 단계 S210). 이 단계는 도 2의 단계 S110과 동일하다. First, graphene is deposited on the SiO 2 substrate (step S210 of FIG. 4). This step is the same as step S110 of FIG.
다음, 단계 S210을 통해 얻은 그래핀을 SiO2 기판으로부터 분리한다(도 4의 단계 S211). 이를 위해 SiO2 기판을 각각 HF 용액 및 Ni 식각액에 순차적으로 넣어 SiO2 및 Ni을 식각하여 그래핀을 박막 형태로 추출하여 완전히 분리해낸다. Next, the graphene obtained through step S210 is separated from the SiO 2 substrate (step S211 of FIG. 4). To this end, the SiO 2 substrate is sequentially added to the HF solution and the Ni etchant respectively to etch SiO 2 and Ni to extract graphene in a thin film form and completely separate them.
다음으로 단계 S22에서 얻은 그래핀 박막(30)을 단계 S21에서 형성한 1차원 구조물(20)들 위에 부착한다(도 4의 단계 S23과 도 5(c)). 이 단계는 도 2의 단계 S13과 동일하다. Next, the graphene
그런 다음, 그래핀 박막(30) 위에 예컨대 Ni 및/또는 Au와 같은 금속(40)을 증착한다(도 4의 단계 S24와 도 5(d)). Then, a
다음에 금속 확산 열처리를 시행하여 그래핀 박막(30) 위의 금속(40)을 1차원 구조물(20) 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층(40a)을 형성한다(도 4의 단계 S25와 도 5(e)). 이 단계는 도 2의 단계 S14와 동일하다. 금속(40)은 전부 1차원 구조물(20) 쪽으로 확산하여 도 1c에 도시한 전자 소자(100") 구조와 같이 오믹 콘택층(40a)만을 형성할 수도 있지만, 일부는 그래핀 박막(30) 위에 남아 도 1a에 도시한 전자 소자(100) 구조와 같이 금속 요철부(40b)를 형성하거나, 도 1b에 도시한 전자 소자(100') 구조와 같이 금속막(40c)을 남길 수도 있다. Next, a metal diffusion heat treatment is performed to diffuse the
도 6은 본 발명에 따른 전자 소자 제조 방법에 대한 바람직한 제3 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 7은 그에 따른 공정 단면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하여 도 1c에 도시한 전자 소자(100")의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 6 is a flowchart illustrating a process of performing a third preferred embodiment of the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, and FIG. 7 is a process cross-sectional view thereof. A method of manufacturing the
우선, 소자용 기판(10) 상에 1차원 구조물(20)을 형성한다(도 6의 단계 S31과 도 7(a)). 이 단계는 도 2의 단계 S11과 동일하다.First, the one-
다음에 1차원 구조물(20) 상에 금속(25)을 증착한다(도 6의 단계 S32와 도 7(b)). 이때 금속이 1차원 구조물(20)들 상면뿐만 아니라 측면, 혹은 그들 사이의 내부 바닥에 증착이 될 수도 있으나 물리적으로 연결되지 않아 전류 전도의 통로(path)가 될 염려는 없으므로 상관이 없다. Next, the
그런 다음에 금속 확산 열처리를 시행하여 금속(25)을 1차원 구조물(20) 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층(40a)을 형성한다(도 6의 단계 S33과 도 7(c)). Then, the metal diffusion heat treatment is performed to diffuse the
다음에 투명 전극으로 사용할 시트 형상의 그래핀 박막(30)을 제작한다(도 6의 단계 S34와 도 7(d)). 이 단계는 도 4의 단계 S22와 동일하다. 즉, SiO2 기판 위에 그래핀을 증착(단계 S310)한 다음, SiO2 기판으로부터 분리한다(단계 S311). Next, a sheet-like graphene
다음으로 단계 S34에서 얻은 그래핀 박막(30)을 단계 S33에서 형성한 오믹 콘택층(40a)이 형성된 1차원 구조물(20)들 위에 부착한다(단계 S35). 그래핀 박막(30)은 반데르발스 힘에 의해 오믹 콘택층(40a)이 형성된 1차원 구조물(20)들 위에 잘 부착이 된다. 물론 금속 확산 열처리 단계 S33은 그래핀 박막 부착 단계 S35 다음에 수행할 수도 있다. Next, the graphene
위 실시예들에서는 Ni이 증착된 SiO2 기판에 그래핀을 성장시켜 그래핀 박막을 형성하는 것을 설명하였는데, 그래핀 박막을 형성하기 위한 기재 수단인 기판은 반드시 SiO2 기판에 한정되는 것은 아니다. 그리고 그래핀의 성장은 일반적인 CVD에 의하여도 되나, 다음에 설명하는 방법에 의할 경우에는 보다 고품질의 그래핀 박막을 얻을 수 있어 이를 전극으로 채용하는 소자의 품질을 향상시킬 수 있으므로 이하에서 상세히 설명하기로 한다. In the above embodiments, the graphene was formed by growing graphene on the SiO 2 substrate on which Ni was deposited. The substrate, which is a substrate means for forming the graphene thin film, is not necessarily limited to the SiO 2 substrate. In addition, the growth of graphene may be performed by general CVD, but in the following method, a higher quality graphene thin film may be obtained, and thus the quality of a device adopting the electrode may be improved. Let's do it.
도 8은 본 발명에 따른 전자 소자 제조에 이용할 그래핀 박막을 얻기 위한 바람직한 실시예의 순서도이고, 도 9 내지 11은 그에 따른 개략적인 실시 도면들이다. 8 is a flowchart of a preferred embodiment for obtaining a graphene thin film to be used for manufacturing an electronic device according to the present invention, Figures 9 to 11 are schematic implementation views accordingly.
먼저 도 9와 같이 기판(210) 위에 그래파이트화 금속막(220)이 형성된 것을 준비하여, 도 10과 같이 챔버(230) 내에 장입한다(도 8의 단계 S1). First, a
여기서의 챔버(230)는 기본적으로 CVD를 행할 수 있도록 기판(210) 측에 각종 가스를 공급할 수 있는 가스 공급 기구(235)가 설치되어 있다. 가스 공급 기구(235)는, 예를 들면 통상 이러한 종류의 장치의 가스 공급 기구로서 이용되는 샤워헤드로 구성할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그래파이트화 금속막(220)이 형성된 기판(210)을 챔버(230) 내에 장입한 후에는 미도시의 펌프 등을 이용해 챔버(230) 내의 공기를 제거한다. 그 후 챔버(230) 내의 진공을 유지하면서 가스 공급 기구(235)를 통해 적절한 분위기 가스, 예컨대 수소와 아르곤 가스를 1:1 내지 1:6 사이의 비율로 흘려주어 상압을 유지시킨다. The
기판(210)은 그래핀 박막을 형성하기 위한 보조적인 수단으로서 기판(210) 재질은 크게 상관이 없으나, 후속 공정에서 1000℃ 근방으로 가열되는 것에는 견딜 수 있어야 하며 기판(210)과 분리된 시트 형상의 그래핀 박막을 얻기 위해서는 산처리 등에 의해 쉽게 제거될 수 있는 재질로 선택함이 바람직하다. 이러한 성질을 만족하면서 비싸지 않고 쉽게 입수할 수 있는 기판(210) 재질로서 본 실시예에서는 도핑되거나 도핑되지 않은 실리콘 기판을 채택하고, 그 위에 실리콘 산화막(215)을 형성한 후에 그래파이트화 금속막(220)을 형성한다. The
그래파이트화 금속막(220)은 그래파이트화 금속 촉매를 포함하는 막으로서, 그래파이트화 금속 촉매는 탄소 성분들이 서로 결합하여 6각형의 판상 구조를 형성하도록 도와주는 역할을 수행하며, 그 예로서는 그래파이트를 합성하거나, 탄화 반응을 유도하거나, 또는 탄소나노튜브를 제조하는 데 사용되는 촉매를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금을 사용할 수 있다.The
그래파이트화 금속막(220)은 이러한 금속의 착체 또는 금속의 알콕사이드를 알코올 등의 용매에 용해시킨 후 기판(210) 위에 도포하여 건조시켜 형성할 수 있다. 아니면 열증착 등의 금속 증착 방법으로 기판(210) 위에 증착시켜 형성할 수도 있다. The
특히 본 실시예에 이용되는 챔버(230) 내부에는 기판(210) 양단 근방에 전극(240)을 설치하는 점이 특별한데, 이 전극(240)에는 챔버 외부의 전원(250, 직류 또는 교류 전원)이 접속되어 있어, 도 10에 도시한 바와 같이 전극(240)을 그래파이트화 금속막(220)이 형성된 기판(210)에 접촉시키면, 기판(210)이 도핑되지 않은 실리콘 기판처럼 절연성인 경우에는 그래파이트화 금속막(220)을 통해 전류를 흘려줄 수 있고, 기판(210)이 도핑된 실리콘 기판과 같은 도전성 기판이면 그래파이트화 금속막(220)이나 기판(210) 중 적어도 어느 한쪽을 통해 전류를 흘려줄 수 있다. 도 10에 도시한 전극(240)은 기판(210)의 상/하 양단에 기판(210)의 마주보는 두 변을 따라 신장되어 있는 형태의 두 쌍의 전극이지만, 전극(240)의 형태는 도시한 바에 한정되지 않고 그래파이트화 금속막(220) 및/또는 기판(210)을 고르게 통전시킬 수 있는 구조이면 어떠한 것이라도 가능하다. In particular, the inside of the
다음, 상압을 유지한 상태로 챔버(230) 내에서 그래파이트화 금속막(220) 및 기판(210) 중 적어도 어느 하나에 전류를 흘려 그 때의 전열 효과에 의해 그래파이트화 금속막(220)을 가열한다(도 8의 단계 S2). 즉, 열저항가열방식을 이용해 그래파이트화 금속막(220)의 온도를 올리는 것이다. 바람직하게는 그 온도를 600 ~ 1000℃로 올려준다. 이때의 가열 효과로 인해 그래파이트화 금속막(220)의 입자 사이즈가 커지면서 그래파이트화 금속막(220) 표면이 평평해진다. Next, an electric current flows in at least one of the
앞에서 언급한 바와 같이, 챔버(230) 내부의 전극(240)을 기판(210)에 접촉시킴으로써 그래파이트화 금속막(220) 및/또는 기판(210)에 급전 가능해지고 이때의 전열 효과에 의해 그래파이트화 금속막(220)이 가열된다. 기판(210)이 절연성인 경우에는 그래파이트화 금속막(220)이 통전되면서 그래파이트화 금속막(220)의 직접 발열에 의해 온도가 올라간다. 금속 촉매가 막 형태로 형성되어 있고 전극(240)이 기판(210) 양단에 접촉되어 있기 때문에 그래파이트화 금속막(220)의 전면에 거의 균일하게 전류를 흘릴 수 있다. 이와 같이, 그래파이트화 금속막(220)에 전류를 흘리는 것만으로, 복잡한 제어를 행하는 일이 없이 전열 효과에 의해 그래파이트화 금속막(220)의 전체가 거의 균일하게 가열되어 승온된다. 기판(210)이 도전성인 경우에 기판(210)을 통전시키면 기판(210)이 발열되고 그 위에 형성되어 있는 그래파이트화 금속막(220)은 쉽게 가열된다. As mentioned above, the
이 단계에서 그래파이트화 금속막(220)은 가열 효과 뿐만 아니라 흘려주는 전류에 의해 형성된 전기장에 의한 추가적인 효과로 인해 그래파이트화 금속막(220)을 구성하고 있는 금속 입자 사이즈가 커지게 되고 이에 따라 그래파이트화 금속막(220) 표면은 매우 평평해진다. 후속 공정에서 그래핀은 이렇게 평평해진 그래파이트화 금속막(220) 위에 형성되므로 그 품질이 우수해진다. In this step, the
다음, 그래파이트화 금속막(220)이 가열되는 상태에서 가스 공급 기구(235)를 통해 챔버(230) 내에 기상 탄소 공급원을 공급하여 그래파이트화 금속막(220) 안에 탄소 성분을 고용시킨다(도 8의 단계 S3). Next, a gaseous carbon source is supplied into the
기상 탄소 공급원은 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 헥산과 같은 탄화수소 가스 계열을 이용할 수 있는데, 특히 CH4 가스를 포함할 수 있으며, 기상 탄소 공급원과 함께 수소를 더 공급할 수 있다. 다시 말해, 챔버(230) 내의 상압을 유지하기 위한 수소-아르곤 가스의 혼합 가스를 계속 공급하면서 기상 탄소 공급원인 CH4 가스를 이 단계에서 공급할 수 있다. 이 단계에서의 가열 온도, 시간, 기상 탄소 공급원의 공급량 등을 조절하는 것에 의해 그래파이트화 금속막(220) 안에 고용되는 탄소 성분의 양을 조절하는 것이 가능하다. 시간과 공급량을 크게 해 고용되는 탄소 성분의 양을 많게 할 경우 결과적으로 그래핀 박막의 두께를 크게 할 수 있으며, 반대로 시간과 공급량을 작게 해 고용되는 탄소 성분의 양을 적게 하면 그래핀 박막의 두께를 작게 할 수 있다. 공급량이 작은 경우 시간을 길게 하면 원하는 정도의 탄소 성분의 양을 고용시킬 수 있다. The gaseous carbon source may use a hydrocarbon gas family such as ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, propylene, butane, butadiene, pentane, hexane, in particular may include CH4 gas, and further hydrogen with gaseous carbon source Can supply In other words, CH 4 gas, which is a gaseous carbon source, may be supplied at this stage while continuously supplying a mixed gas of hydrogen-argon gas for maintaining the atmospheric pressure in the
보통 가열을 필요로 하는 기판의 처리에 있어서는 저항 히터나 램프의 복사열에 의해 간접적으로 기판을 가열하는 방법이 주로 이용되고 있다. 최근, 박막 디스플레이의 대형화나 저렴한 태양 전지 패널의 수요 증대 등으로 인해, 투명 전극용의 그래핀 박막도 대형화될 것이 요구되고 있다. 이와 같은 대형의 그래핀 박막을 얻기 위해서는 그래핀 박막이 형성되는 기재로서의 기판(210)을 대형으로 해야 하는데 기존의 저항 히터나 램프 등을 이용하여 복사에 의해 간접적으로 가열하는 방법에서는 히터 등의 사이즈도 대형화할 필요가 생기기 때문에 제조비용의 증가가 우려된다. In the processing of the substrate which normally requires heating, a method of heating the substrate indirectly by radiant heat of a resistance heater or a lamp is mainly used. In recent years, the graphene thin film for transparent electrodes is also required to be enlarged due to the increase in the size of the thin film display, the increase in the demand for inexpensive solar panels, and the like. In order to obtain such a large graphene thin film, the
그러나 여기서는 열저항가열방식을 이용해 기판(210) 및/또는 그래파이트화 금속막(220)을 직접 통전 가열하므로, 간단한 구성에 의해 효율 좋게 가열할 수 있고 제조비용의 증가가 없으며, 기판(210)이 절연성인 경우뿐만 아니라 도전성인 경우에도 그래파이트화 금속막(220)을 가열하는 것이 가능하다.However, in this case, since the
다음, 기상 탄소 공급원의 공급을 중단하고 열저항 가열방식에서의 흘려주는 전류의 양을 줄여 그래파이트화 금속막(220)을 제어된 속도로 냉각(도 8의 단계 S4)시킴으로써, 그래파이트화 금속막(220) 안에 고용시킨 탄소 성분으로부터 그래파이트화 금속막(220) 표면에 도 11과 같이 그래핀을 석출시켜 그래핀 박막(260)을 형성한다. Next, the supply of the gaseous carbon source is stopped and the amount of current flowing in the heat resistance heating method is reduced to cool the
이 냉각 공정은 그래핀을 균일하게 석출시켜 고품질을 얻기 위한 중요한 단계로서, 급격한 냉각은 원하는 두께에 못 미치는 그래핀을 얻거나 생성되는 그래핀 박막에 균열 등을 야기할 수 있으며 느린 냉각은 그래핀의 두께가 너무 두껍거나 생산성을 저해하므로 가급적 제어된 일정 속도로 냉각시키는 것이 바람직하다. 이상적인 냉각 속도는 초당 1 ~ 50℃의 속도로 냉각시키는 것이고 가장 이상적인 경우는 초당 10℃ 씩 냉각시키는 것이다. This cooling process is an important step to obtain high quality by uniformly depositing graphene. Rapid cooling can lead to graphene films that fall short of the desired thickness or cause cracks in the resulting graphene film. It is desirable to cool at a controlled constant rate as much as possible because the thickness of is too thick or inhibits productivity. The ideal cooling rate is 1 to 50 ° C per second, and ideally 10 ° C per second.
보통의 막 형성 후 냉각은 주로 비활성 가스를 흘려주거나 자연 냉각 등의 방법을 사용하고 있다. 그러나 본 실시예에서는 전류량 조절로 발열량을 제어할 수 있기 때문에 전류의 양을 변화시킴으로써 그래파이트화 금속막(220)의 냉각 속도를 정확하게 제어하여 고품질의 그래핀을 성장시킬 수 있다. Cooling after normal film formation is mainly performed by flowing inert gas or natural cooling. However, in this embodiment, since the calorific value can be controlled by controlling the amount of current, by changing the amount of current, the cooling rate of the
다음에 산처리에 의해 그래파이트화 금속막(220)을 제거함으로써, 그래핀 박막(260)을 기판(210)으로부터 분리한다. 실시예에서 그래핀 박막(260)이 형성된 기판(210)을 HF 및 TFG 용액에 순차적으로 담그면 실리콘 산화막(215)과 그래파이트화 금속막(220)이 차례대로 제거되어 시트 형상의 그래핀 박막(260)을 기판(210)으로부터 완전 분리하여 추출할 수 있게 된다. 기판(210)으로부터 분리된 그래핀 박막(260)은 도 1a와 도 1b에 도시한 전자 소자(100, 100')에서의 그래핀 박막(30)으로 이용이 된다.
Next, the graphene
(실험 예1)Experimental Example 1
제조 방법의 제1 실시예에 따라 도 1a에서 제시한 전자 소자(100)를 제조하였다. 본 실험 예에서는 제조 방법의 제1 실시 예에 따라 제조된 전자 소자(100)를 기준으로 설명하고 있으나, 제조 방법의 제2 실시 예 또는 제3 실시 예에 따라 제조된 전자 소자(100', 100")들을 적용하는 것도 가능하다.According to the first embodiment of the manufacturing method, the
도 12는 제조된 전자 소자의 SEM 사진이다. 그래핀 전극이 투명하기 때문에 그 밑의 1차원 구조물들까지 보인다. 도 12의 (a)는 전자 소자를 위에서 촬영한 사진, (b)는 비스듬히 촬영한 사진, (c)는 단면 사진이다.12 is a SEM photograph of the manufactured electronic device. Since the graphene electrode is transparent, even the one-dimensional structures below it are visible. 12 (a) is a photograph taken from above of the electronic device, (b) is taken at an angle, and (c) is a cross-sectional photograph.
도 13은 본 실험 예에서의 전자 소자(100)를 제조하는 과정 중 금속 확산 열처리의 시행 여부에 따른 I-V 곡선이다.13 is an I-V curve according to whether metal diffusion heat treatment is performed during the process of manufacturing the
단계 S13까지 수행한 경우, 즉 열처리를 시행하지 않은 경우(점선)에 비하여, 단계 S14까지 수행한 경우, 즉 열처리를 시행한 경우(실선)의 전류가 급격히 증가하는 것으로부터, 본 발명에 따라 열처리까지 시행하면 1차원 구조물 쪽에 오믹 콘택층이 형성되어 접촉 저항이 현격히 줄어든다는 것을 확인할 수 있다.Compared to the case where step S13 is performed, that is, when the step S14 is performed, that is, when the heat treatment is performed (solid line), the current increases rapidly compared to the case where the heat treatment is not performed (dotted line). If it is carried out until the ohmic contact layer is formed on the one-dimensional structure side it can be seen that the contact resistance is significantly reduced.
도 14는 본 실험 예에서의 전자 소자(100)를 제조하되, 태양 전지로 구성하여 빛을 주기 전후의 I-V를 측정한 I-V 곡선이다.FIG. 14 is an I-V curve of the
빛을 주기 전의 전류(점선)와 빛을 준 후의 전류(실선) 크기 차이가 100배 가까이 되므로 효율이 높은 태양 전지로 작동함을 알 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 전자 소자(100)가 1차원 구조물(20)들 사이에 충진재를 넣지 않기 때문에 빛의 흡수 효율을 저감시키지 않기 때문이다.Since the difference between the current before the light (dotted line) and the light after the light (solid line) is close to 100 times, it can be seen that it operates as a highly efficient solar cell. This is because the
도 15는 본 실험 예에서의 전자 소자(100)를 제조하되, LED로 구성하여 전류를 인가할 때의 사진이다. 작은 전류 인가에도 빛이 발광하는 모습을 확인할 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 전자 소자(100)가 1차원 구조물(20)들 사이에 충진재를 넣지 않고, 빈 공간으로 존재하기 때문에 충진재에 의한 발광 효율의 감소가 발생되지 않기 때문이다. 또한, 기존의 LED에서는 투명 전극 위에 형성하는 금속 전극에 의해 일부 발광 면적이 차단되는 한계가 있으나 본 발명에 의하면 전기전도도가 높은 그래핀 박막(30)을 전극으로 사용하므로 별도의 금속 전극을 형성하지 않아도 되므로 전체 면적을 발광에 이용할 수 있는 장점도 있다.
FIG. 15 is a photograph when the
(실험 예2)Experimental Example 2
제조 방법의 제1 실시예에 따라 도 1a에서 제시한 전자 소자(100)를 제조하였다. 본 실험 예에서는 제조 방법의 제1 실시 예에 따라 제조된 전자 소자(100)를 기준으로 설명하고 있으나, 제조 방법의 제2 실시 예 또는 제3 실시 예에 따라 제조된 전자 소자(100', 100")들을 적용하는 것도 가능하다.According to the first embodiment of the manufacturing method, the
도 16은 본 실험 예에 따라 제조된 전자 소자의 SEM 사진들이다.16 are SEM images of electronic devices manufactured according to the present experimental example.
도 16에 도시된 전자 소자의 SEM 사진들을 보면, 상단부 좌측의 SEM 사진은 1차원 구조물들(ZnO NRs)과 1차원 구조물들(ZnO NRs) 상에 부착된 그래핀 박막/금속(Gr/M)을 보여주고 있다. 상단부 우측의 SEM 사진과 하단부의 SEM 사진은 1차원 구조물과 그래핀 박막/금속의 단면을 보여주는 것으로, 1차원 구조물이 수직으로 성장하여 형성되어 있고, 1차원 구조물들 사이는 빈 공간으로 이루어진 것을 알 수 있으며, 1차원 구조물 상에 그래핀 박막이 부착되어 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to the SEM pictures of the electronic device shown in FIG. 16, the SEM picture on the left side of the upper part shows graphene thin film / metal (Gr / M) attached on the one-dimensional structures (ZnO NRs) and the one-dimensional structures (ZnO NRs). Is showing. The SEM image on the right side of the upper part and the SEM image on the lower part show the cross-section of the one-dimensional structure and the graphene thin film / metal, and it can be seen that the one-dimensional structure is formed by growing vertically, and the empty space is formed between the one-dimensional structures. It can be confirmed that the graphene thin film is attached to the one-dimensional structure.
도 17은 도 16에 도시된 전자 소자의 광투과도를 보여주는 그래프이다.17 is a graph showing light transmittance of the electronic device illustrated in FIG. 16.
도 16에 도시된 전자 소자가 유리로 이루어진 소자용 기판 상에 구비된 경우, 400nm 이상의 파장에서 70% 이상의 광투과도를 나타내는 것을 보여주고 있다. 이는 도 16에 도시된 전자 소자의 광투과도가 높다는 것을 알 수 있다.When the electronic device shown in FIG. 16 is provided on a device substrate made of glass, it shows that the light transmittance of 70% or more is shown at a wavelength of 400 nm or more. It can be seen that the light transmittance of the electronic device shown in FIG. 16 is high.
도 18은 제조 방법의 제1 실시예에 따라 제조된 전자 소자를 제조하는 과정 중 금속 확산 열처리 온도에 따른 I-V 곡선이다.18 is an I-V curve according to a metal diffusion heat treatment temperature during a process of manufacturing an electronic device manufactured according to a first embodiment of the manufacturing method.
전자 소자(100)를 열처리 하기 전에는 그래프에서 보는 바와 같이 비선형(nonlinear)의 I-V 특성(L1)을 보이는 것을 알 수 있는데, 이는 1차원 구조물(20)들과 그래핀 박막(30 사이에 높은 접촉 저항이 있기 때문이다. 전자 소자(100)를 200℃에서 10분 동안 열처리하면, 그래프에서 보는 바와 같이 직선에 가까운 형태의 I-V 특성(L2)을 보이는 것을 알 수 있고, 300℃에서 열처리하게 되면 직선 형태의 I-V 특성(L3)을 보이게 되는데, 이는 열처리를 통해 1차원 구조(20)들에 오믹 콘택층이 형성되고, 오믹 콘택층이 1차원 구조(20)들과 그래핀 박막(10) 사이의 접촉 저항을 최소화하기 때문이다. 특히, 300℃에서 열처리한 경우, I-V 특성(L3)이 직선인 것으로 보아 접촉 저항을 최소하는 최적의 열처리 조건인 것으로 확인되었다.Before heat treatment of the
도 19a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서의 개략도이고, 도 19b는 도 19a의 A-A'선을 따라 절취한 단면도이다.19A is a schematic diagram of a gas sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 19B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 19A.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서(300)는 소자용 기판(10) 상에 제조 방법의 제1 실시 예 내지 제3 실시 예에 따라 도 1a 내지 도 1c에 제시한 전자 소자(100, 100', 100")들을 형성함으로써 형성될 수 있다.19A and 19B, a
소자용 기판(10)은 소자용 기판(10)의 일정 영역인 소자 영역(10a) 및 소자 영역(10b)으로부터 각각 일측 및 타측으로 연장된 제1전극 영역(10b) 및 제2전극 영역(10c)을 포함할 수 있다.The
본 실시 예의 전자 소자(100)는 도 2를 참조하여 설명한 1차원 구조물(20)들을 형성하는 방법 중 어느 하나를 이용하여 1차원 구조물(20)들을 형성할 수 있다.The
즉, 본 실시 예의 전자 소자(100)는 활성층을 형성한 후 이를 식각하여 1차원 구조물(20)들을 형성할 수 있고, 도전층인 시드층(310)을 형성한 후, 시드층(310)으로부터 성장시켜 1차원 구조물(20)들을 형성할 수 있다.That is, the
시드층(310)은 ZnO로 이루어질 수 있다. 시드층(310)은 적어도 소자 영역(10a) 및 소자 영역(10a)으로부터 연장된 제2전극 영역(10c) 상에 연장되어 형성되며, 소자 영역(10a)으로부터 연장된 제1전극 영역(10b) 상까지 연장되어 형성될 수 있다.The
소자 영역(10a) 상의 1차원 구조물(20) 상에 그래핀 박막(30)을 구비할 수 있다. 이때, 소자용 기판(10) 상에 1차원 구조물(20)들을 형성한 후, 그래핀 박막(30)을 부착하기 이전에, 그래핀 박막(30)을 지지하고, 그래핀 박막(30)과 하부의 시드층(310) 사이를 절연하기 위해 제1전극 영역(10b) 상에 형성된 절연 패턴(320)을 구비할 수 있다. 그러므로, 그래핀 박막(30)은 소자 영역(10a) 상의 1차원 구조물(20)들 상에 부착되어 있을 뿐만 아니라 제1전극 영역(10b) 상의 절연 패턴(320)의 상부까지 연장되어 부착될 수 있다.The graphene
절연 패턴(320)은 그래핀 박막(30)을 지지할 수 있을 정도의 경도를 갖고, 그래핀 박막(30)과 시드층(310) 사이를 절연할 수 있는 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 이와 같은 기능을 수행할 수 있는 물질이라면 어떠한 물질로 이루어져도 무방하다. 본 실시 예에서는 절연 패턴(320)을 포토레지스트(photoresist)를 이용하여 형성할 수 있다.The insulating pattern 320 may have a hardness enough to support the graphene
그리고, 가스 센서(300)를 외부 기기와 전기적으로 연결하기 위해, 그래핀 박막(30) 상에 제1전극(330)을 구비하고, 시드층(310) 상에 제2전극(340)을 구비할 수 있다. 제1전극(330)은 절연 패턴(320) 상에 부착된 그패핀 박막(30), 즉, 제1전극 영역(10b)의 그래핀 박막(30) 상에 형성될 수 있으며, 제2전극(330)은 제2전극 영역(10c)의 시드층(310) 상에 형성될 수 있다. 제1전극(330) 및 제2전극(340)은 실버 페이스(silver paste)로 이루어질 수 있다.In addition, in order to electrically connect the
그래핀 박막(30)과 1차원 구조물(20) 사이는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 오믹 콘택층(40a)에 의해 접촉될 수 있다. 즉, 1차원 구조물(20)의 상단에 오믹 콘택층(40a)을 구비하여 그래핀 박막(30)과 전기적으로 연결될 수 있다. 오믹 콘택층(40a)은 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한 형성 방법들 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.The graphene
도 20은 도 19a 및 도 19b에 도시된 가스 센서의 전기기계 특성을 평가한 그래프이고, 도 21은 가스 센서의 실제 전기기계 특성을 평가하는 장면을 촬영한 사진이고, 도 22는 도 20에 도시된 가스 센서의 전기기계 특성을 설명하는 개념도이다.20 is a graph evaluating the electromechanical characteristics of the gas sensor shown in FIGS. 19A and 19B, FIG. 21 is a photograph of a scene of evaluating actual electromechanical characteristics of the gas sensor, and FIG. 22 is shown in FIG. 20. Is a conceptual diagram illustrating the electromechanical characteristics of the gas sensor.
도 20에 도시된 그래프는 도 19a에 도시된 가스 센서(300)(이때, 소자용 기판(10)은 유연한 SUS 포일로 이루어지고, 1차원 구조물은 ZnO로 형성되어 있음)를 도 21에 도시한 바와 같은 인장 변형률(tensile strain)이 1.3%에 해당되는 반경이 0.8cm인 원기둥(400)을 이용하여 일정 시간 동안 굽힌(bending) 후, 일정 시간 동안 펴(unbending)는 굽힘-폄 실험을 반복하면서 1차원 구조물(20)의 저항을 측정한 결과를 도시하고 있다. 가스 센서(300)를 일정 시간 동안 편 상태(회색 음영 구간)와 일정 시간 동안 굽힌 상태(무색 구간)을 비교하여 보면, 굽힌 상태(무색 구간)이 편 상태(회색 음영 구간)에 비해 저항이 2~3% 정도 더 낮은 것을 수 있다. 또한, 그래프 내에 삽입된 굽힌 상태와 편 상태에서의 I-V 곡선은 거의 겹쳐지는 것으로 보아 본 실험 예에서의 가스 센서는 기계적 변형성이 우수한 것을 알 수 있다. The graph shown in FIG. 20 shows the
그래핀 박막(30)을 포함하는 도전 박막들은 편 상태에 비해 굽힌 상태 즉, 기계적 변형이 가해지는 경우, 저항이 증가하는 것이 일반적인 현상이다. 그러나 도 20에 도시된 그래프에서는 편 상태(회색 음영 구간)에 비해 굽힌 상태(무색 구간)의 저항 값이 더 낮다는 결과를 보여 주고 있다. 이는 기계적 변형으로 그래핀 박막(30) 자체의 저항은 증가하나, 도 22에 도시된 바와 같이 편 상태에서는 그래핀 박막(30)과 접촉하지 못하던 1차원 구조물(20)들이 굽힌 상태에서는 접촉하여 전기적 연결 상태를 증가시켜, 그래핀 박막(30)의 기계적 변형에 따른 저항의 상승을 상쇄하고, 가스 센서(300)의 전체적인 저항 값을 낮추기 때문인 것으로 보인다.In the conductive thin film including the graphene
도 23은 도 19a에 도시된 가스 센서의 가스 센싱 능력을 측정한 결과이다.FIG. 23 is a result of measuring gas sensing capability of the gas sensor illustrated in FIG. 19A.
도 23에 도시된 그래프는 도 19a에 도시된 가스 센서(300)를 진공 실링되며, 가스 공급 시스템과 연결된 직경 3인치의 석영 튜브에 장입하고, 300℃의 온도 분위기에서 여러 농도의 에탄올 증기를 포함하는 공기로 전도도 반응(conductance response)을 측정하여 가스 센서(300)의 가스 센싱 능력을 평가하는 결과를 도시하고 있다. 그래프를 분석하여 보면, 첫째, 공기 중에서 가스 센서(300)의 초기 전도도는 작동 온도가 증가함에 따라 상당히 감소하는데, 초기 전도도는 300℃에서 거의 0으로 감소된다. 이러한 낮은 전도성의 메커니즘은 작동 온도에 의존하는 O- 또는 O2 -에 의한 1차원 구조물(20)들의 표면에의 산소 이온-수착(oxygen ion-sorption)에 의한 1차원 구조물(20)들의 궁핍에 기초한다. 둘째, 가스 센서(300)는 에탄올 증기가 공급되면 전도도가 급격히 증가하고, 에탄올 증기를 포함하지 않은 공기를 접촉한 후 비전도도 상태(non-conducting state)로 회복되는 거동을 보인다. 1차원 구조물(20)들이 에탄올 등과 같은 환원성 가스(reducing gas)에 노출될 때, 가스는 표면 경계 산소를 대체하고, 그로므로써 1차원 구조물(20)들 내로 전자들을 전달하여 주고, 1차원 구조물(20)들의 전기 전도성을 증가시키게 된다.The graph shown in FIG. 23 vacuum seals the
도 24는 도 19a에 도시된 가스 센서의 가스 센싱 감도를 측정한 결과이다.FIG. 24 is a result of measuring gas sensing sensitivity of the gas sensor illustrated in FIG. 19A.
도 24는 가스 센싱 감도를 측정한 결과를 도시한 것으로 가스 센서(300)의 가스 민감도는 S로 정의될 수 있으며, S는 Ra/Rg로 표현되고, Ra와 Rg는 각각 공기 중에서의 가스 센서(300)의 저항이고, Rg는 에탄올 가스가 존재할 때의 가스 센서(300)의 저항을 의미한다.FIG. 24 illustrates a result of measuring gas sensing sensitivity. The gas sensitivity of the
그래프에서 보는 바와 같이 본 실험 예에서의 가스 센서(300)는 10ppm 내지 50ppm의 낮은 농도에서도 가스 민감도(S)는 선형적인 것으로 보아 아주 낮은 농도의 환원성 가스를 검출할 수 있다. 즉, 본 실험 예에서의 가스 센서(300)는 환원성 가스에 대해 매우 민감도가 높은 가스 센서임을 알 수 있게 한다. 이는 상기에서도 상술한 봐 같이 1차원 구조물(20)들 사이에 충진재를 채우지 않아 빈 공간을 포함하고 있고, 1차원 구조물(20)들 상에 부착된 그래핀 박막(30)이 다공성이기 때문에 가스 이송이 용이하고 빠르게 이루어질 수 있기 때문이다.As shown in the graph, the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예들에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the technology to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
10 : 소자용 기판 20 : 1차원 구조물
30 : 그래핀 박막 25, 40 : 금속
40a : 오믹 콘택층 40b : 금속 요철부
100, 100', 100" : 전자 소자 210 : 기판
215 : 실리콘 산화막 220 : 그래파이트화 금속막
230 : 챔버 235 : 가스 공급 기구
240 : 전극 250 : 전원
260 : 그래핀 박막10
30: graphene
40a:
100, 100 ', 100 ": electronic device 210: substrate
215: silicon oxide film 220: graphitized metal film
230: chamber 235: gas supply mechanism
240: electrode 250: power
260: graphene thin film
Claims (21)
상기 1차원 구조물들의 타측 단부에 구비된 오믹 콘택층; 및
상기 오믹 콘택층 상부에 부착된 그래핀 박막을 포함하는 전자 소자.One end portions are disposed on the device substrate, and the other ends are one-dimensional structures facing the upper direction of the device substrate;
An ohmic contact layer provided at the other end of the one-dimensional structures; And
An electronic device comprising a graphene thin film attached to the ohmic contact layer.
금속이 증착된 그래핀 박막을 제작하는 단계;
상기 금속이 증착된 그래핀 박막을 상기 1차원 구조물들 상에 부착하는 단계; 및
금속 확산 열처리를 시행하여 상기 그래핀 박막 상의 금속을 상기 1차원 구조물 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층을 형성하는 단계를 포함하는 전자 소자 제조 방법.Forming one-dimensional structures on the device substrate;
Preparing a graphene thin film on which metal is deposited;
Attaching the metal deposited graphene thin film on the one-dimensional structures; And
Performing a metal diffusion heat treatment to diffuse the metal on the graphene thin film toward the one-dimensional structure to form an ohmic contact layer.
기판 위에 그래핀을 증착하는 단계;
상기 그래핀 상에 금속을 증착하는 단계; 및
상기 금속이 증착된 그래핀을 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.The method of claim 5, wherein the manufacturing of the graphene thin film on which the metal is deposited is performed.
Depositing graphene on the substrate;
Depositing a metal on the graphene; And
And separating the graphene on which the metal is deposited, from the substrate.
그래핀 박막을 제작하는 단계;
상기 그래핀 박막을 상기 1차원 구조물들 상에 부착하는 단계;
상기 그래핀 박막 상에 금속을 증착하는 단계; 및
금속 확산 열처리를 시행하여 상기 그래핀 박막 상의 금속을 상기 1차원 구조물 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층을 형성하는 단계를 포함하는 전자 소자 제조 방법.Forming one-dimensional structures on the device substrate;
Preparing a graphene thin film;
Attaching the graphene thin film on the one-dimensional structures;
Depositing a metal on the graphene thin film; And
Performing a metal diffusion heat treatment to diffuse the metal on the graphene thin film toward the one-dimensional structure to form an ohmic contact layer.
상기 1차원 구조물들 상에 금속을 증착하는 단계;
금속 확산 열처리를 시행하여 상기 금속을 상기 1차원 구조물 쪽으로 확산시켜 오믹 콘택층을 형성하는 단계;
그래핀 박막을 제작하는 단계; 및
상기 그래핀 박막을 상기 1차원 구조물들 상에 부착하는 단계를 포함하는 전자 소자 제조 방법.Forming one-dimensional structures on the device substrate;
Depositing metal on the one-dimensional structures;
Performing a metal diffusion heat treatment to diffuse the metal toward the one-dimensional structure to form an ohmic contact layer;
Preparing a graphene thin film; And
Attaching the graphene thin film on the one-dimensional structures.
그래파이트화 금속막이 형성된 기판을 챔버 내에 장입하는 단계;
상기 챔버 내에서 상기 그래파이트화 금속막 및 기판 중 적어도 어느 하나에 전류를 흘려 그 때의 전열 효과에 의해 상기 그래파이트화 금속막을 가열하는 단계;
상기 그래파이트화 금속막이 가열되는 상태에서 상기 챔버 내에 기상 탄소 공급원을 공급하여 상기 그래파이트화 금속막 안에 탄소 성분을 고용시키는 단계;
상기 전류의 양을 조절하여 상기 그래파이트화 금속막을 제어된 속도로 냉각시킴으로써 상기 고용시킨 탄소 성분으로부터 상기 그래파이트화 금속막 표면에 그래핀을 석출시키는 단계; 및
산처리에 의해 상기 그래파이트화 금속막을 제거함으로써, 석출된 그래핀을 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.The method of claim 7 or 8, wherein the manufacturing of the graphene thin film,
Charging a substrate in which a graphitized metal film is formed into a chamber;
Heating the graphitized metal film by a heat transfer effect by flowing a current to at least one of the graphitized metal film and the substrate in the chamber;
Supplying a gaseous carbon source into the chamber while the graphitized metal film is heated to solidify a carbon component in the graphitized metal film;
Controlling the amount of current to cool the graphitized metal film at a controlled rate, thereby depositing graphene on the graphitized metal film surface from the solid solution carbon component; And
Removing the graphitized metal film by acid treatment, thereby separating the precipitated graphene from the substrate.
상기 1차원 구조물들 상에 배치되며, 상기 1차원 구조물들의 타측 단부에 전기적으로 연결된 그래핀 박막;을 포함하며,
상기 1차원 구조물들 사이는 빈 공간이 존재하는 전자 소자.One end portions are disposed on the device substrate, and the other ends are one-dimensional structures facing upwardly of the device substrate; And
And a graphene thin film disposed on the one-dimensional structures and electrically connected to the other ends of the one-dimensional structures.
An electronic device having an empty space between the one-dimensional structure.
상기 제1전극 영역과 상기 그래픽 박막 사이에 배치되어 상기 그래핀 박막을 지지하는 절연 패턴을 더 포함하는 전자 소자.The device substrate of claim 12, wherein the device substrate includes a device region in which the one-dimensional structures are disposed, and a first electrode region adjacent to one side of the device region, and the graphene thin film is disposed above the first electrode region. Prolonged,
The electronic device further comprises an insulating pattern disposed between the first electrode region and the graphic thin film to support the graphene thin film.
그래파이트화 금속막이 형성된 기판을 챔버 내에 장입하는 단계;
상기 챔버 내에서 상기 그래파이트화 금속막 및 기판 중 적어도 어느 하나에 전류를 흘려 그 때의 전열 효과에 의해 상기 그래파이트화 금속막을 가열하는 단계;
상기 그래파이트화 금속막이 가열되는 상태에서 상기 챔버 내에 기상 탄소 공급원을 공급하여 상기 그래파이트화 금속막 안에 탄소 성분을 고용시키는 단계; 및
상기 전류의 양을 조절하여 상기 그래파이트화 금속막을 제어된 속도로 냉각시킴으로써 상기 고용시킨 탄소 성분으로부터 상기 그래파이트화 금속막 표면에 그래핀을 석출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.The method of claim 6, wherein the depositing the graphene,
Charging a substrate in which a graphitized metal film is formed into a chamber;
Heating the graphitized metal film by a heat transfer effect by flowing a current to at least one of the graphitized metal film and the substrate in the chamber;
Supplying a gaseous carbon source into the chamber while the graphitized metal film is heated to solidify a carbon component in the graphitized metal film; And
And controlling the amount of current to cool the graphitized metal film at a controlled rate, thereby depositing graphene on the surface of the graphitized metal film from the dissolved carbon component.
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