KR101176166B1 - Nano transistor utilizing graphene and magnetic body - Google Patents

Nano transistor utilizing graphene and magnetic body Download PDF

Info

Publication number
KR101176166B1
KR101176166B1 KR1020100030450A KR20100030450A KR101176166B1 KR 101176166 B1 KR101176166 B1 KR 101176166B1 KR 1020100030450 A KR1020100030450 A KR 1020100030450A KR 20100030450 A KR20100030450 A KR 20100030450A KR 101176166 B1 KR101176166 B1 KR 101176166B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
control
graphene
nano
region
graphene nano
Prior art date
Application number
KR1020100030450A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110111063A (en
Inventor
안도열
손맹호
이용윤
고석남
이문선
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020100030450A priority Critical patent/KR101176166B1/en
Publication of KR20110111063A publication Critical patent/KR20110111063A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101176166B1 publication Critical patent/KR101176166B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14692Thin film technologies, e.g. amorphous, poly, micro- or nanocrystalline silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13088Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistor [GNRFET]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 나노 트랜지스터는 그래핀 나노 리본 및 제어용 자성체들을 포함한다. 그래핀 나노 리본은, 그래핀(graphene) 물질로 형성되어, 소오스 영역, 드레인 영역 및 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역을 구비한다. 제어용 자성체들은 그래핀 나노 리본의 채널 영역 위에서 자기장을 각각 발생시킨다.The nano transistor according to the present invention includes a graphene nano ribbon and control magnetic bodies. The graphene nano ribbon is formed of a graphene material and has a source region, a drain region, and a channel region between the source region and the drain region. Control magnets generate a magnetic field on the channel region of the graphene nanoribbon, respectively.

Description

그래핀과 자성체를 이용한 나노 트랜지스터{Nano transistor utilizing graphene and magnetic body}Nano transistor utilizing graphene and magnetic body

본 발명은, 나노 트랜지스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 그래핀 물질을 이용한 나노 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a nano transistor, and more particularly, to a nano transistor using a graphene material.

21세기에 들어서면서 대용량의 정보를 초고속으로 처리할 수 있는 기술의 필요성이 커짐에 따라, 정보소자의 소형화, 고속화가 지속적으로 요구되고 있다. In the 21st century, as the necessity of a technology capable of processing a large amount of information at a high speed increases, miniaturization and high speed of information devices are continuously required.

이를 위하여 나노 트랜지스터가 개발되고 있으며, 그 대표적인 예가 단전자 트랜지스터(single-electron transistor)라고도 불리운다.For this purpose, nano transistors have been developed, a representative example of which is also called a single-electron transistor.

단전자 트랜지스터란, 단결정 실리콘으로 된 실리콘 나노 리본에서 전자 한 개의 변화에 의해 스위치 역할을 할 수 있는 전자 소자이다. 즉, 소오스와 드레인 전극 사이에 나노미터(nm) 크기의 반도체 입자를 배치하면 소위 단전자 충전 현상(single electron charging effect)에 의해 한 개의 전자가 들어가고 나옴에 따라, 온 및 오프(on-off)가 가능하다. A single electron transistor is an electronic device which can act as a switch by the change of one electron in the silicon nano ribbon made of single crystal silicon. That is, when nanometer (nm) -sized semiconductor particles are disposed between the source and drain electrodes, one electron enters and exits by a so-called single electron charging effect, thereby turning on and off. Is possible.

쿨롱의 법칙(Coulomb's law)에 의하면 고립된 공간에 전자를 밀어 넣기 위해서는 공간 크기의 역수에 비례한 만큼의 에너지가 필요하다. 즉 공간이 작으면 작을수록 전자 한 개를 그 공간에 밀어 넣기가 힘들다. 이것이 관통 현상과 함께 단전자 소자의 주요 동작원리로 작용하는 쿨롱 봉쇄(Coulomb blockade) 효과이다. 단전자 트랜지스터를 상온에서 작동시키기 위해서는 소자의 핵심 부분이 수 나노미터 수준이어야 한다.Coulomb's law states that to push electrons into an isolated space requires energy proportional to the inverse of the size of the space. In other words, the smaller the space, the harder it is to push one electron into the space. This is the Coulomb blockade effect that acts as the main operating principle of the single-electron device together with the penetrating phenomenon. To operate single-electron transistors at room temperature, the core of the device must be several nanometers.

상기와 같은 통상적인 나노 트랜지스터에 의하면, 제어의 정밀도 및 동작 속도의 향상이 요구된다.According to the conventional nano-transistors as described above, improvement in control accuracy and operation speed is required.

본 발명의 목적은, 제어의 정밀도 및 동작 속도가 향상될 수 있는 나노 트랜지스터를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a nano transistor in which the precision of control and the speed of operation can be improved.

본 발명의 나노 트랜지스터는 그래핀 나노 리본 및 제어용 자성체들을 포함한다.The nano transistor of the present invention comprises a graphene nano ribbon and control magnetic materials.

상기 그래핀 나노 리본은, 그래핀(graphene) 물질로 형성되어, 소오스 영역, 드레인 영역 및 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역을 구비한다.The graphene nano ribbon is formed of a graphene material and has a source region, a drain region, and a channel region between the source region and the drain region.

상기 제어용 자성체들은 상기 그래핀 나노 리본의 채널 영역 위에서 자기장을 각각 발생시킨다.The control magnetic bodies generate magnetic fields on the channel region of the graphene nano ribbon, respectively.

본 발명의 상기 나노 트랜지스터에 의하면, 상기 그래핀 나노 리본에 사용되는 그래핀(graphene) 물질이 탄소로 이루어진 단층의 2차원 구조를 가진다. 또한, 상기 그래핀 나노 리본의 모서리가 "지그재그(zig-zag)" 형상의 대칭 구조를 가질 경우, 금속의 성질이 나타난다. 그리고, 상기 그래핀 나노 리본의 모서리가 "팔걸이-의자(armchair)" 형상의 대칭 구조를 가질 경우, 그 폭에 따라서 반도체 또는 금속의 성질이 나타난다. According to the nano-transistor of the present invention, the graphene material used in the graphene nanoribbon has a single layer two-dimensional structure made of carbon. In addition, when the edge of the graphene nano ribbon has a "zig-zag" symmetric structure, the properties of the metal appears. In addition, when the edge of the graphene nano ribbon has a "armchair" symmetrical structure, depending on the width of the semiconductor or metal properties appear.

여기에서, 상기 제어용 자성체들이 서로 같은 방향의 자기장을 발생시킬 경우, 상기 그래핀 나노 리본에서 소오스 영역의 전자 스핀 방향과 드레인 영역의 전자 스핀 방향이 동일해진다. 즉, 상기 그래핀 나노 리본은 전체적으로 강자성체가 되면서 전기적으로 도체가 된다.Here, when the control magnetic bodies generate magnetic fields in the same direction, the electron spin direction of the source region and the electron spin direction of the drain region of the graphene nano ribbon become the same. That is, the graphene nanoribbon becomes an electrically conductive material as a whole ferromagnetic material.

이와 반대로, 상기 제어용 자성체들이 서로 반대 방향의 자기장을 발생시킬 경우, 상기 그래핀 나노 리본에서 소오스 영역의 전자 스핀 방향과 드레인 영역의 전자 스핀 방향이 서로 반대가 된다. 즉, 상기 그래핀 나노 리본은 전체적으로 반강자성체가 되면서 전기적으로 부도체가 된다. On the contrary, when the control magnetic bodies generate magnetic fields in opposite directions, the electron spin direction of the source region and the electron spin direction of the drain region of the graphene nano ribbon are opposite to each other. In other words, the graphene nanoribbon becomes an antiferromagnetic material as a whole and becomes an electrically nonconductive material.

따라서, 본 발명의 상기 나노 트랜지스터에 의하면, 상기 그래핀 나노 리본 및 상기 제어용 자성체들이 이용됨에 따라 제어의 정밀도가 향상될 수 있다.Therefore, according to the nano transistor of the present invention, as the graphene nanoribbon and the control magnetic materials are used, the precision of the control may be improved.

더 나아가, 상기 그래핀 물질은 나노 소자와 관련된 물질들 중에서 가장 높은 전자 이동도를 가진다. 현재까지의 측정 결과에 의하면, 그래핀의 전자 이동도가 약 200,000 (cm2/Vs)이고, 실리콘의 전자 이동도가 약 1,420 (cm2/Vs)이며, 안티몬화 인듐(InSb)의 전자 이동도가 약 77,000 (cm2/Vs)이다.Furthermore, the graphene material has the highest electron mobility among materials related to nano devices. According to the measurement results to date, the electron mobility of graphene is about 200,000 (cm 2 / Vs), the electron mobility of silicon is about 1,420 (cm 2 / Vs), and the electron mobility of indium antimonide (InSb) The degree is about 77,000 (cm 2 / Vs).

따라서, 본 발명의 상기 나노 트랜지스터에 의하면, 동작 속도도 급격히 향상될 수 있다.Therefore, according to the nano transistor of the present invention, the operation speed can also be dramatically increased.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 나노 트랜지스터를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 나노 트랜지스터의 평면도이다.
도 3은 도 1의 A-A의 단면도이다.
1 is a perspective view showing a nano transistor according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the nano transistor of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of AA of FIG. 1.

하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다. The following description and the annexed drawings are for understanding the operation according to the present invention, and a part that can be easily implemented by those skilled in the art may be omitted.

또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. In addition, the specification and drawings are not provided to limit the invention, the scope of the invention should be defined by the claims. Terms used in the present specification should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical spirit of the present invention so as to best express the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 나노 트랜지스터를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 나노 트랜지스터의 평면도이다. 도 3은 도 1의 A-A의 단면도이다. 도 1 내지 3에서 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다.1 is a perspective view showing a nano transistor according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the nano transistor of FIG. 1. 3 is a cross-sectional view of A-A of FIG. The same reference numerals in FIGS. 1 to 3 indicate the objects of the same function.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 나노 트랜지스터는 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70), 절연층(120) 및 제어용 자성체들(90,100)을 포함한다. 1 to 3, a nano transistor according to a preferred embodiment of the present invention includes graphene nano ribbons 10, 20, 50, 60, and 70, an insulating layer 120, and control magnetic bodies 90, 100. .

그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)은, 그래핀(graphene) 물질로 형성되어, 소오스 영역(10), 드레인 영역(20) 및 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역(50, 60)을 구비한다. The graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60, and 70 are formed of graphene material, so that the source region 10, the drain region 20, and the channel region between the source region and the drain region ( 50, 60).

그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)에 사용되는 그래핀(graphene) 물질은 잘 알려져 있는 바와 같이 탄소로 이루어진 단층의 2차원 구조를 가진다. 또한, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)의 모서리가 "지그재그(zig-zag)" 형상의 대칭 구조를 가질 경우, 금속의 성질이 나타난다. 그리고, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)의 모서리가 "팔걸이-의자(armchair)" 형상의 대칭 구조를 가질 경우, 그 폭에 따라서 반도체 또는 금속의 성질이 나타난다. Graphene materials used in graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60 and 70 have a monolayer two-dimensional structure of carbon, as is well known. In addition, when the edges of the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60 and 70 have a zigzag shape symmetrical structure, the properties of the metal appear. In addition, when the edges of the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60, and 70 have a symmetrical structure of "armchair" shape, semiconductor or metal properties appear depending on the width thereof.

절연층(120)은 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70) 위에 형성된다. 제어용 자성체들(90, 100)은 그래핀 나노 리본의 채널 영역(50, 60) 위에서 자기장을 각각 발생시킨다.The insulating layer 120 is formed on the graphene nano ribbons 10, 20, 50, 60, and 70. The control magnetic bodies 90 and 100 generate magnetic fields on the channel regions 50 and 60 of the graphene nanoribbon, respectively.

제어용 자성체들(90, 100)이 서로 같은 방향의 자기장을 발생시킬 경우, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)에서 소오스 영역(10)의 전자 스핀 방향과 드레인 영역(20)의 전자 스핀 방향이 동일해진다. 즉, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)은 전체적으로 강자성체가 되면서 전기적으로 도체가 된다.When the control magnetic bodies 90 and 100 generate magnetic fields in the same direction, the electron spin direction of the source region 10 and the drain region 20 in the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60, and 70. Electron spin direction becomes the same. That is, the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60 and 70 are electrically ferromagnetic as a whole.

이와 반대로, 제어용 자성체들(90, 100)이 서로 반대 방향의 자기장을 발생시킬 경우, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)에서 소오스 영역(10)의 전자 스핀 방향과 드레인 영역(20)의 전자 스핀 방향이 서로 반대가 된다. 즉, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)은 전체적으로 반강자성체가 되면서 전기적으로 부도체가 된다. On the contrary, when the control magnetic bodies 90 and 100 generate magnetic fields in opposite directions, the electron spin direction and the drain region of the source region 10 in the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60 and 70. The electron spin directions at 20 are opposite to each other. That is, the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60, and 70 become antiferromagnetic materials as a whole and become electrically insulators.

따라서, 본 실시예의 나노 트랜지스터에 의하면, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70) 및 제어용 자성체들(90, 100)이 이용됨에 따라 제어의 정밀도가 향상될 수 있다.Therefore, according to the nano-transistor of the present embodiment, as the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60, and 70 and the control magnetic bodies 90 and 100 are used, the precision of the control may be improved.

더 나아가, 그래핀 물질은 나노 소자와 관련된 물질들 중에서 가장 높은 전자 이동도를 가진다. 현재까지의 측정 결과에 의하면, 그래핀의 전자 이동도가 약 200,000 (cm2/Vs)이고, 실리콘의 전자 이동도가 약 1,420 (cm2/Vs)이며, 안티몬화 인듐(InSb)의 전자 이동도가 약 77,000 (cm2/Vs)이다.Furthermore, graphene materials have the highest electron mobility among materials associated with nanodevices. According to the measurement results to date, the electron mobility of graphene is about 200,000 (cm 2 / Vs), the electron mobility of silicon is about 1,420 (cm 2 / Vs), and the electron mobility of indium antimonide (InSb) The degree is about 77,000 (cm 2 / Vs).

따라서, 본 실시예의 나노 트랜지스터에 의하면, 동작 속도도 급격히 향상될 수 있다.Therefore, according to the nano transistor of this embodiment, the operation speed can also be drastically improved.

보다 상세하게는, 제어용 자성체들(90, 100)은 제어용 약자성체(90)와 제어용 강자성체(100)를 포함한다.In more detail, the control magnetic bodies 90 and 100 include the control weak magnetic body 90 and the control ferromagnetic material 100.

제어용 강자성체(90)로부터의 자기장은 일정하고 제어용 약자성체(100)로부터의 자기장이 변한다. The magnetic field from the controlling ferromagnetic body 90 is constant and the magnetic field from the controlling weak magnetic body 100 changes.

상기한 바와 같이, 제어용 약자성체(100)로부터의 자기장의 방향이 제어용 강자성체(90)로부터의 자기장의 방향과 같도록 제어될 경우, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)은 전체적으로 강자성체가 되면서 전기적으로 도체가 된다.As described above, when the direction of the magnetic field from the control weak magnetic material 100 is controlled to be the same as the direction of the magnetic field from the control ferromagnetic material 90, the graphene nano ribbons 10, 20, 50, 60 and 70 are The ferromagnetic material as a whole is electrically conductive.

이와 반대로, 제어용 약자성체(100)로부터의 자기장의 방향이 제어용 강자성체(90)로부터의 자기장의 방향과 반대이도록 제어될 경우, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)은 전체적으로 반강자성체가 되면서 전기적으로 부도체가 된다.On the contrary, when the direction of the magnetic field from the control weak magnetic material 100 is controlled to be opposite to the direction of the magnetic field from the control ferromagnetic material 90, the graphene nano ribbons 10, 20, 50, 60 and 70 are generally half As a ferromagnetic material it becomes an electrical insulator.

본 실시예의 나노 트랜지스터에 있어서, 실리콘 웨이퍼(150) 위에 제1 실리콘 옥사이드(SiO2)층(121)이 형성되고, 제1 실리콘 옥사이드 층(121) 위에 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)이 형성된다. 따라서 상기 절연층(120)은 제2 실리콘 옥사이드 층으로 된다.In the nano transistor of the present embodiment, a first silicon oxide (SiO 2 ) layer 121 is formed on the silicon wafer 150, and graphene nano ribbons 10, 20, 50, and the like are formed on the first silicon oxide layer 121. 60 and 70) are formed. Therefore, the insulating layer 120 is a second silicon oxide layer.

제어용 약자성체(90)는 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70) 위에서 소오스 영역에 인접된다. 제어용 강자성체(100)는 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70) 위에서 드레인 영역(20)에 인접된다.The control weak magnetic material 90 is adjacent to the source region on the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60 and 70. The controlling ferromagnetic material 100 is adjacent to the drain region 20 on the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60 and 70.

추가적으로, 보다 정밀하고 다양한 제어 양태를 구현하기 위하여, 그래핀 나노 리본(10,20,50,60 및 70)의 채널 영역(50, 60)의 일부에서 단일 전자의 터널링을 위한 양자점(70)이 형성된다.Additionally, in order to implement more precise and various control aspects, the quantum dots 70 for tunneling single electrons in portions of the channel regions 50 and 60 of the graphene nanoribbons 10, 20, 50, 60 and 70 are provided. Is formed.

또한, 상기 절연층(120)으로서의 제2 실리콘 옥사이드 층 위에서 상기 양자점(70) 위를 경유하는 게이트 전극(110)이 형성된다. 게이트 전극(110)은 제어용 약자성체(90)와 제어용 강자성체(100) 사이를 경유한다.In addition, a gate electrode 110 via the quantum dot 70 is formed on the second silicon oxide layer as the insulating layer 120. The gate electrode 110 passes between the control weak magnetic body 90 and the control ferromagnetic material 100.

따라서, 본 실시예의 나노 트랜지스터가 온(on) 상태가 되려면, 제어용 약자성체(100)로부터의 자기장의 방향이 제어용 강자성체(90)로부터의 자기장의 방향과 같도록 제어되면서, 게이트 전극(110)에 단일 전자의 터널링 전압이 인가되어야 한다. Therefore, in order for the nano transistor of the present embodiment to be turned on, the direction of the magnetic field from the control weak magnetic material 100 is controlled to be the same as the direction of the magnetic field from the control ferromagnetic material 90. The tunneling voltage of a single electron must be applied.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 트랜지스터에 의하면, 그래핀 나노 리본에 사용되는 그래핀(graphene) 물질이 탄소로 이루어진 단층의 2차원 구조를 가진다. 또한, 그래핀 나노 리본의 모서리가 "지그재그(zig-zag)" 형상의 대칭 구조를 가질 경우, 금속의 성질이 나타난다. 그리고, 그래핀 나노 리본의 모서리가 "팔걸이-의자(armchair)" 형상의 대칭 구조를 가질 경우, 그 폭에 따라서 반도체 또는 금속의 성질이 나타난다. As described above, according to the nano-transistor according to the present invention, the graphene material used in the graphene nano ribbon has a monolayer two-dimensional structure made of carbon. In addition, when the edge of the graphene nano ribbon has a "zig-zag" shaped symmetrical structure, the properties of the metal appear. And, when the edge of the graphene nano ribbon has a "armchair" symmetrical structure, depending on the width of the semiconductor or metal properties appear.

여기에서, 제어용 자성체들이 서로 같은 방향의 자기장을 발생시킬 경우, 그래핀 나노 리본에서 소오스 영역의 전자 스핀 방향과 드레인 영역의 전자 스핀 방향이 동일해진다. 즉, 그래핀 나노 리본은 전체적으로 강자성체가 되면서 전기적으로 도체가 된다.Here, when the control magnetic bodies generate magnetic fields in the same direction, the electron spin direction of the source region and the electron spin direction of the drain region of the graphene nano ribbon become the same. In other words, graphene nanoribbons become ferromagnetic as a whole and become electrically conductive.

이와 반대로, 제어용 자성체들이 서로 반대 방향의 자기장을 발생시킬 경우, 그래핀 나노 리본에서 소오스 영역의 전자 스핀 방향과 드레인 영역의 전자 스핀 방향이 서로 반대가 된다. 즉, 그래핀 나노 리본은 전체적으로 반강자성체가 되면서 전기적으로 부도체가 된다. On the contrary, when the control magnetic bodies generate magnetic fields in opposite directions, the electron spin direction of the source region and the electron spin direction of the drain region of the graphene nano ribbon are opposite to each other. In other words, the graphene nanoribbons become antiferromagnetic materials as a whole and become electrically insulators.

따라서, 본 발명에 따른 나노 트랜지스터에 의하면, 그래핀 나노 리본 및 제어용 자성체들이 이용됨에 따라 제어의 정밀도가 향상될 수 있다.Therefore, according to the nano-transistor according to the present invention, as the graphene nanoribbon and the control magnetic materials are used, the precision of the control can be improved.

더 나아가, 그래핀 물질은 나노 소자와 관련된 물질들 중에서 가장 높은 전자 이동도를 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 나노 트랜지스터에 의하면, 동작 속도도 급격히 향상될 수 있다.Furthermore, graphene materials have the highest electron mobility among materials associated with nanodevices. Therefore, according to the nano transistor according to the present invention, the operation speed can also be drastically improved.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.The present invention has been described above with reference to preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in various other forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the above-described embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and the inventions claimed by the claims and the inventions equivalent to the claimed invention are to be construed as being included in the present invention.

나노 트랜지스터 뿐만 아니라 메모리를 위한 나노 셀에 이용될 수 있다.It can be used in nano cell as well as nano transistor.

10...소오스 영역, 20...드레인 영역,
50,60...채널 영역, 10,20,50,60 및 70...그래핀 나노 리본,
120...제2 실리콘 옥사이드 층, 90...제어용 자성체,
100...제어용 강자성체, 150...실리콘 웨이퍼,
121...제1 실리콘 옥사이드 층, 70...양자점,
110...게이트 전극.
10 ... source region, 20 ... drain region,
50,60 ... channel region, 10,20,50,60 and 70 ... graphene nano ribbons,
120 ... second silicon oxide layer, 90 ... control magnetic material,
100 ... ferromagnetic for control, 150 ... silicon wafer,
121 first silicon oxide layer, 70 quantum dots,
110 ... gate electrode.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 그래핀(graphene) 물질로 형성되어, 소오스 영역, 드레인 영역 및 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역을 구비한 그래핀 나노 리본;
상기 그래핀 나노 리본의 채널 영역에 자기장을 각각 발생시키는 제어용 자성체들; 및
상기 그래핀 나노 리본과 상기 제어용 자성체들 사이에 형성된 절연층을 포함하고,
상기 제어용 자성체들이, 일정한 자기장을 발생시키는 제어용 강자성체와, 변하는 자기장을 발생시키는 제어용 약자성체를 포함하며,
상기 제어용 약자성체가 상기 그래핀 나노 리본 위에서 상기 소오스 영역에 인접되고,
상기 제어용 강자성체가 상기 그래핀 나노 리본 위에서 상기 드레인 영역에 인접된 나노 트랜지스터.
A graphene nano ribbon formed of a graphene material and having a source region, a drain region, and a channel region between the source region and the drain region;
Control magnetic bodies each generating a magnetic field in the channel region of the graphene nano ribbon; And
It includes an insulating layer formed between the graphene nano ribbons and the control magnetic material,
The control magnetic material includes a control ferromagnetic material for generating a constant magnetic field, and a control weak magnetic material for generating a changing magnetic field,
The control weak magnetic material is adjacent to the source region on the graphene nano ribbon,
And the control ferromagnetic material adjacent to the drain region on the graphene nano ribbon.
그래핀(graphene) 물질로 형성되어, 소오스 영역, 드레인 영역 및 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역을 구비한 그래핀 나노 리본;
상기 그래핀 나노 리본의 채널 영역에 자기장을 각각 발생시키는 제어용 자성체들; 및
상기 그래핀 나노 리본과 상기 제어용 자성체들 사이에 형성된 절연층을 포함하고,
상기 제어용 자성체들이, 일정한 자기장을 발생시키는 제어용 강자성체와, 변하는 자기장을 발생시키는 제어용 약자성체를 포함하며,
상기 그래핀 나노 리본의 채널 영역의 일부에서 단일 전자의 터널링을 위한 양자점이 형성된 나노 트랜지스터.
A graphene nano ribbon formed of a graphene material and having a source region, a drain region, and a channel region between the source region and the drain region;
Control magnetic bodies each generating a magnetic field in the channel region of the graphene nano ribbon; And
It includes an insulating layer formed between the graphene nano ribbons and the control magnetic material,
The control magnetic material includes a control ferromagnetic material for generating a constant magnetic field, and a control weak magnetic material for generating a changing magnetic field,
And a quantum dot for tunneling single electrons in a portion of the channel region of the graphene nano ribbon.
제7항에 있어서, 상기 절연층 위에서 상기 양자점 위를 경유하는 게이트 전극이 형성된 나노 트랜지스터.The nano transistor of claim 7, wherein a gate electrode is formed on the insulating layer via the quantum dot. 제8항에 있어서, 상기 게이트 전극이,
상기 제어용 약자성체와 제어용 강자성체 사이를 경유하는 나노 트랜지스터.
The method of claim 8, wherein the gate electrode,
Nanotransistors passing between the control weak magnetic material and the control ferromagnetic material.
KR1020100030450A 2010-04-02 2010-04-02 Nano transistor utilizing graphene and magnetic body KR101176166B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100030450A KR101176166B1 (en) 2010-04-02 2010-04-02 Nano transistor utilizing graphene and magnetic body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100030450A KR101176166B1 (en) 2010-04-02 2010-04-02 Nano transistor utilizing graphene and magnetic body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110111063A KR20110111063A (en) 2011-10-10
KR101176166B1 true KR101176166B1 (en) 2012-08-22

Family

ID=45027345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100030450A KR101176166B1 (en) 2010-04-02 2010-04-02 Nano transistor utilizing graphene and magnetic body

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101176166B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015178519A1 (en) * 2014-05-22 2015-11-26 이윤택 Transistor including selection of at least one from at least one bending deformation of graphene or position shift to control at least one work function

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009182173A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Fujitsu Ltd Graphene transistor and electronic apparatus
JP2010045124A (en) * 2008-08-11 2010-02-25 National Institute Of Information & Communication Technology Magnetic switching element using conductive nanowire

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009182173A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Fujitsu Ltd Graphene transistor and electronic apparatus
JP2010045124A (en) * 2008-08-11 2010-02-25 National Institute Of Information & Communication Technology Magnetic switching element using conductive nanowire

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015178519A1 (en) * 2014-05-22 2015-11-26 이윤택 Transistor including selection of at least one from at least one bending deformation of graphene or position shift to control at least one work function

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110111063A (en) 2011-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bai et al. Very large magnetoresistance in graphene nanoribbons
US8841650B2 (en) Electronic-structure modulation transistor
Reddy et al. Graphene field-effect transistors
Weber et al. Reconfigurable nanowire electronics–a review
US8659009B2 (en) Locally gated graphene nanostructures and methods of making and using
Weber et al. Reconfigurable nanowire electronics-enabling a single CMOS circuit technology
Sinha et al. Impact of oxide thickness on gate capacitance—a comprehensive analysis on MOSFET, nanowire FET, and CNTFET devices
EP2887398A1 (en) A bilayer graphene tunneling field effect transistor
JP5513955B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
Dehzangi et al. Electrical property comparison and charge transmission in p-type double gate and single gate junctionless accumulation transistor fabricated by AFM nanolithography
Qu et al. Enhanced interband tunneling in two-dimensional tunneling transistors through anisotropic energy dispersion
Narendar et al. First principle study of doped graphene for FET applications
KR101176166B1 (en) Nano transistor utilizing graphene and magnetic body
Yi et al. Super tiny nanoscale graphene nanoribbon field-effect transistor
Zhang et al. Electrically controllable spin transport in bilayer graphene with Rashba spin-orbit interaction
US8860106B2 (en) Spin filter and driving method thereof
Kliros Modeling of carrier density and quantum capacitance in graphene nanoribbon FETs
Ramezani et al. Fundamental phenomena in nanoscale semiconductor devices
Xia et al. Quantum Waveguide in Microcircuits
Souma et al. Impact of electron–phonon scattering on the strain-induced current-blocking effect in graphene field-effect transistors
Es-Sakhi et al. Multichannel tunneling carbon nanotube field effect transistor (MT-CNTFET)
Vancsó et al. A magnetic phase-transition graphene transistor with tunable spin polarization
KR101101387B1 (en) Nano transistor utilizing graphene and conductor line
KR101123958B1 (en) Nano transistor utilizing graphene and conductor lines
Algul et al. Study on device parameters of carbon nanotube field electron transistors to realize steep subthreshold slope of less than 60 mV/Decade

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150804

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160526

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170721

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180801

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190731

Year of fee payment: 8