KR101284775B1 - Carbon nanotube network transistor element having high on/off ratio and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 트랜지스터 소자 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노튜브 트랜지스터에 관한 것으로, 상세하게는 절연성 재질의 기판 상부에 탄소나노튜브 네트워크를 형성하는 단계; 탄소나노튜브 네트워크 상부에 전극층을 형성하는 단계; 및 소오스와 드레인 사이의 채널 영역을 제외한 나머지 부분의 탄소나노튜브를 제거하는 단계; 및 전극층이 형성된 탄소나노튜브 네트워크에 포토리소그래피와 에칭 작업을 통해 국소적으로 나노튜브의 밀도를 줄이는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 트랜지스터의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노튜브 트랜지스터는 기존의 탄소나노튜브 트랜지스터의 최대 단점인 점멸비를 보완하여 소자로서의 가치를 갖게 만드는 것이다. 본 발명의 탄소나노튜브 트랜지스터는 우수한 전기적 특성 및 기계적, 광학적 특성을 가지며 이에 따라 디스플레이 및 반도체 산업에 그대로 적용 가능한 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a carbon nanotube transistor device having a high flashing ratio and a carbon nanotube transistor manufactured according to the present invention, specifically, forming a carbon nanotube network on an insulating substrate; Forming an electrode layer on the carbon nanotube network; And removing the carbon nanotubes of the remaining portions except for the channel region between the source and the drain. And a step of locally reducing the density of the nanotubes through photolithography and etching operations on the carbon nanotube network on which the electrode layer is formed.
The method of manufacturing a carbon nanotube transistor having a high flashing ratio according to the present invention and the carbon nanotube transistor manufactured according to the present invention complement the flashing ratio, which is the biggest disadvantage of the conventional carbon nanotube transistor, to make a value as a device. The carbon nanotube transistor of the present invention has excellent electrical characteristics, mechanical and optical characteristics, and thus has an effect applicable as it is to the display and semiconductor industries.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노튜브의 밀도를 줄여 채널 길이에 상관없이 높은 점멸비를 가지는 네트워크 트랜지스터 소자로서 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자 및 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbon nanotube transistor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to reduce the density of the nanotube, a network transistor device having a high flashing ratio regardless of the channel length, a carbon nanotube network transistor device and a carbon nanotube A manufacturing method for manufacturing a network transistor device.
탄소 나노튜브는 탄소 원자가 육각형으로 구성되어 있는 튜브 모양을 이루고 있는 신소재이다. 탄소 나노튜브의 두께는 수나노미터 이며 길이는 수 마이크로 미터에서 수 미리 미터인 1차원적인 구조를 띄고 있다. 탄소나노튜브의 전기 전도도는 구리와 비슷하고, 열전도율은 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 뛰어나다.
Carbon nanotubes are new materials in the shape of tubes in which carbon atoms are composed of hexagons. Carbon nanotubes are several nanometers thick and have a one-dimensional structure ranging from a few micrometers to a few millimeters in length. The electrical conductivity of carbon nanotubes is similar to that of copper, the thermal conductivity is the same as that of diamond, and the strength is higher than that of steel.
이러한 우수한 전기적, 열적, 기계적 특성들 때문에 탄소 나노튜브는 나노 기술 분야에서 각광받고 있으며, 이를 이용한 각종 소자 응용에 대한 연구가 보고되고 있다.
Due to these excellent electrical, thermal, and mechanical properties, carbon nanotubes have been in the spotlight in the field of nanotechnology, and research on various device applications using them has been reported.
탄소나노튜브 트랜지스터는 소오스(source), 드레인(drain), 게이트(gate) 전극으로 구성되어 있어 기존의 실리콘(Si)을 기반으로 하는 박막형 트랜지스터에서 액티브층을 탄소나노튜브로 대체함으로써 기존의 한계를 극복하기 위한 대안으로 대두되고 있다. 기존의 트랜지스터에서 할 수 없었던 투명하고 얇은, 그리고 휠 수 있는 박막형 트랜지스터로서의 장점도 가지고 있다.
Carbon nanotube transistors are composed of source, drain, and gate electrodes, and replace the active layer with carbon nanotubes in thin film transistors based on silicon (Si). It is emerging as an alternative to overcome. It also has the advantages as a transparent, thin, and flexible thin film transistor that is not possible with conventional transistors.
공개특허공보 제2011-0064704호는 탄소나노튜브 트랜지스터 어레이 및 탄소 나노튜브 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 공개특허공보 제2011-0064704호에서는 기판 상에 소스, 드레인 및 탄소 나노튜브 채널을 형성하고, 탄소 나노튜브 채널 상에 온도 범위가 제어된 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정에 의해 게이트 절연층을 형성함으로써 탄소 나노튜브 트랜지스터를 제조한다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0064704 relates to a method of manufacturing a carbon nanotube transistor array and a carbon nanotube transistor. In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0064704, a source, a drain, and a carbon nanotube channel are formed on a substrate. Carbon nanotube transistors are fabricated by forming a gate insulating layer on a carbon nanotube channel by an ALD (Atomic Layer Deposition) controlled temperature range.
또한, 공개특허공보 제2006-0024193호는 탄소나노튜브 채널을 포함하는 반도체 장치의 트랜지스터에 관한 것으로, 공개특허공보 제2006-0024193호의 반도체 장치의 트랜지스터는 소수 캐리어가 탄소나노튜브 채널에 유입되는 것을 억제할 수 있고, 소수 캐리어와 다수 캐리어가 모두 채널에 유입됨으로써 누설 전류가 발생되는 것을 방지하여 누설 전류 발생에 따른 트랜지스터의 특성 저하를 방지할 수 있도록 탄소나노튜브 채널 위쪽에 게이트 절연막을 사이에 두고 절연된 적어도 두 개의 게이트 전극으로 구성되어 있다.
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-0024193 relates to a transistor of a semiconductor device including a carbon nanotube channel. A transistor of the semiconductor device of Publication No. 2006-0024193 discloses that a minority carrier is introduced into a carbon nanotube channel. It can be suppressed, and both the minority carriers and the majority carriers are introduced into the channel to prevent leakage currents from being generated, thereby preventing the deterioration of transistor characteristics due to leakage currents. It consists of at least two gate electrodes insulated.
하지만, 종래기술에서 아직까지 해결되지 않은 문제점 중에 하나가 바로 탄소나노튜브의 이성질체(Chirality)를 조절할 수 없다는 것이다.
However, one of the problems not yet solved in the prior art is that it is not possible to control the isomer (Chirality) of carbon nanotubes.
탄소나노튜브는 만들어질 때부터 확률적으로 1/3 정도의 금속성과 2/3 정도의 반도체성을 띄는 이성질체를 가지게 된다. 상기와 같이 금속성과 반도체성을 띄는 두 가지의 이성질체가 섞여있는 상태로 탄소나노튜브로 트랜지스터를 제작하는 경우, 10미만의 낮은 점멸비(On/Off ratio)를 가지게 된다.
Since carbon nanotubes are made, they have an isomer that has a probability of 1/3 of metal and 2/3 of semiconductivity. As described above, when a transistor is manufactured from carbon nanotubes in a state in which two isomers having metallic and semiconducting properties are mixed, they have a low flicker ratio (On / Off ratio) of less than 10.
이렇게 낮은 점멸비를 갖게 될 경우 트랜지스터의 역할인 스위치 동작을 제대로 할 수 없게 되어 반도체로서 적용이 어렵다는 문제점이 있다.
When such a low flashing ratio has a problem that it is difficult to apply a switch operation, which is a role of a transistor, is difficult to apply as a semiconductor.
한편, 이러한 낮은 점멸비를 높일 수 있는 방법으로, 채널의 길이를 길게 하여 금속성을 나타내는 탄소나노튜브에 의한 전기적 연결을 통계적으로 줄일 수 있다.
On the other hand, in such a way to increase the low flashing ratio, it is possible to statistically reduce the electrical connection by the carbon nanotubes exhibiting metallicity by increasing the length of the channel.
하지만 이러한 방법은 채널의 길이가 짧은 디스플레이 소자에서는 사용할 수 없기 때문에, 채널길이에 상관없이 점멸비를 높게 하는 방법이 필요하다.
However, since this method cannot be used in display devices having short channel lengths, a method of increasing the flashing ratio regardless of the channel length is required.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 상기한 바와 같은 종래 기술에 나타낸 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소나노튜브가 형성된 부분에 대해 포토리소그래피와 에칭 작업을 통해 국소적으로 나노튜브의 밀도를 줄여 채널길이에 상관없이 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 트랜지스터의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노튜브 트랜지스터를 제공하는 데 있다.
Accordingly, the technical problem of the present invention is to solve the problems described in the prior art as described above, and to reduce the density of the nanotubes locally on the channel length through photolithography and etching operations on the portions where the carbon nanotubes are formed. There is provided a method of manufacturing a carbon nanotube transistor having a high flashing ratio regardless, and a carbon nanotube transistor manufactured accordingly.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상부에 절연층이 형성되고, 절연성 재질을 포함하는 기판; 상기 절연층의 상부에 탄소나노튜브를 포함하여 형성된 탄소나노튜브 네트워크 층; 상기 탄소나노튜브 네트워크 층 상부에 일정 간격을 두고 증착된 소오스 전극 및 드레인 전극; 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널; 및 상기 소오스 전극 및 드레인 전극 사이의 탄소나노튜브 네트워크 층에 형성된 적어도 하나 이상의 홀;을 포함하되, 상기 탄소나노튜브 네트워크 채널은 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 영역을 제외한 나머지 부분의 상기 탄소나노튜브를 제거하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the carbon nanotube network transistor device according to the present invention, the insulating layer is formed on top, the substrate comprising an insulating material; A carbon nanotube network layer including carbon nanotubes on the insulating layer; Source and drain electrodes deposited on the carbon nanotube network layer at regular intervals; A carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode; And at least one hole formed in the carbon nanotube network layer between the source electrode and the drain electrode, wherein the carbon nanotube network channel has the remaining portion of the carbon nanotube except for a region between the source electrode and the drain electrode. Characterized in that formed by removing.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 홀이 포토리소그래피와 에칭을 통해 형성되고, 상기 홀은 상기 탄소나노튜브에 의한 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 직접적인 연결을 제한하는 것을 특징으로 한다.
In the carbon nanotube network transistor device according to the present invention, the hole is formed through photolithography and etching, and the hole restricts a direct connection between the source electrode and the drain electrode by the carbon nanotube. .
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 영역을 제외한 나머지 부분의 상기 탄소나노튜브의 제거는 포토리소그라피를 통한 산소플라즈마 에칭, 산소자외선 에칭 또는 용액 에칭 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
In the carbon nanotube network transistor device according to the present invention, the removal of the carbon nanotubes in the remaining portions except for the region between the source electrode and the drain electrode may be performed by any one of oxygen plasma etching, oxygen ultraviolet etching, or solution etching through photolithography. It characterized by using.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 탄소나노튜브 네트워크 채널이 상기 소오스와 드레인 전극 사이에 패턴을 형성하고 탄소나노튜브를 분산하여 리프트 오프하는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
The carbon nanotube network transistor device according to the present invention is characterized in that the carbon nanotube network channel is formed in such a manner that a pattern is formed between the source and the drain electrode and the carbon nanotubes are dispersed and lifted off.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 존재하는 탄소나노튜브는 상기 소오스와 드레인 전극 사이에 자기조립하는 분자 접착제를 도포하여 고정화한 것을 특징으로 한다.
The carbon nanotube network transistor device according to the present invention is characterized in that the carbon nanotubes present between the source electrode and the drain electrode are immobilized by applying a molecular adhesive that is self-assembled between the source and the drain electrode.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 기판이 산화 실리콘, 질화 실리콘, 사파이어 및 폴리머를 포함하는 군으로부터 선택되는 절연성 재질의 기판인 것을 특징으로 한다.
The carbon nanotube network transistor device according to the present invention is characterized in that the substrate is an insulating material substrate selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, sapphire and polymer.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 탄소나노튜브 네트워크 층은 촉매를 스핀코팅한 후 열처리를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
In the carbon nanotube network transistor device according to the present invention, the carbon nanotube network layer is formed through heat treatment after spin coating a catalyst.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 촉매가 금속이온을 포함하는 단백질로, 2 내지 10nm의 직경을 가지는 나노파티클인 것을 특징으로 한다.
Carbon nanotube network transistor device according to the present invention, the catalyst is a protein containing a metal ion, characterized in that the nanoparticles having a diameter of 2 to 10nm.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 열처리는 800℃ 내지 1000℃의 온도에서 10분 내지 20분 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
In the carbon nanotube network transistor device according to the present invention, the heat treatment is performed for 10 to 20 minutes at a temperature of 800 ℃ to 1000 ℃.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는, 상기 탄소나노튜브 네트워크 층이 미리 형성된 탄소나노튜브를 액체에 분산시켜 스핀코팅을 통해 상온에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
The carbon nanotube network transistor device according to the present invention is characterized in that the carbon nanotube network layer is formed at room temperature through spin coating by dispersing the carbon nanotubes previously formed in a liquid.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 제조하는 방법은, 상부에 절연층이 형성되고 절연성 재질을 포함하는 기판에 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 네트워크 층을 형성하는 탄소나노튜브 네트워크 층 형성단계; 상기 탄소나노튜브 네트워크 층 형성단계에서 형성된 상기 탄소나노튜브 네트워크 층의 상부에 소오스 전극 및 드레인 전극을 증착하는 전극 층착단계; 상기 전극 층착단계에서 증착된 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 영역을 제외한 나머지 부분의 상기 탄소나노튜브를 제거하여 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성하는 채널 형성단계; 및 상기 소오스 전극 및 드레인 전극 사이의 탄소나노튜브 네트워크 층에 적어도 하나 이상의 홀을 형성하는 홀 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a carbon nanotube network transistor device according to the present invention, a carbon nanotube network layer is formed to form a carbon nanotube network layer including carbon nanotubes on a substrate having an insulating layer formed thereon and an insulating material. step; An electrode deposition step of depositing a source electrode and a drain electrode on the carbon nanotube network layer formed in the carbon nanotube network layer forming step; A channel forming step of forming a carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode by removing the carbon nanotubes except for the region between the source electrode and the drain electrode deposited in the electrode deposition step; And forming at least one hole in the carbon nanotube network layer between the source electrode and the drain electrode.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 제조하는 방법은, 상기 탄소나노튜브 네트워크 층 형성단계에서, 촉매를 상기 기판에 형성하는 공정; 상기 기판에 형성된 상기 촉매를 산화시키는 공정; 산화된 촉매를 수소가스로 환원시키면서 메탄가스를 이용하여 탄소나노튜브를 성장시키는 공정; 및 성장된 상기 탄소나노튜브를 상온으로 식혀 상기 탄소나노튜브 네트워크를 형성하는 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Method of manufacturing a carbon nanotube network transistor device according to the present invention, in the carbon nanotube network layer forming step, forming a catalyst on the substrate; Oxidizing the catalyst formed on the substrate; Growing carbon nanotubes using methane gas while reducing the oxidized catalyst to hydrogen gas; And cooling the grown carbon nanotubes to room temperature to form the carbon nanotube network.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 제조하는 방법은, 상부에 절연층이 형성되고 절연성 재질을 포함하는 기판에 소오스 전극 및 드레인 전극을 증착하는 전극 증착단계; 증착된 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 리소그라피 및 자기조립 패턴을 형성하는 패턴 형성단계; 상기 자기조립 패턴이 형성된 상기 기판에 탄소나노튜브를 분산하여 리프트오프 방식으로 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성하는 채널 형성단계; 및 상기 소오스 전극 및 드레인 전극 사이의 상기 탄소나노튜브 네트워크 채널에 적어도 하나 이상의 홀을 형성하는 홀 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
A method of manufacturing a carbon nanotube network transistor device according to the present invention includes an electrode deposition step of depositing a source electrode and a drain electrode on a substrate having an insulating layer formed thereon and comprising an insulating material; A pattern forming step of forming a lithography and self-assembly pattern between the deposited source and drain electrodes; Forming a carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode in a lift-off manner by dispersing carbon nanotubes on the substrate on which the self-assembly pattern is formed; And forming at least one hole in the carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는 탄소나노튜브가 형성된 부분에 대해 포토리소그래피와 에칭 작업을 통하여 다수의 홀을 형성함으로써, 국소적으로 나노튜브의 밀도를 줄여서 채널길이에 상관없이 높은 점멸비를 가지는 이점이 있다.
The carbon nanotube network transistor device according to the present invention forms a plurality of holes through photolithography and etching operations on a portion where the carbon nanotubes are formed, thereby locally reducing the density of the nanotubes and thus having a high flashing ratio regardless of the channel length. There is an advantage to have.
본 발명의 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자는 우수한 전기적 특성 및 기계적, 광학적 특성을 가지며, 이에 따라 높은 점멸비를 가지는 본 발명의 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 이용하여 디스플레이 및 반도체 산업에 적용할 수 있는 이점이 있다.
The carbon nanotube network transistor device of the present invention has excellent electrical characteristics, mechanical and optical properties, and thus can be applied to the display and semiconductor industries by using the carbon nanotube network transistor device of the present invention having a high flashing ratio. There is this.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 제조 단계별로 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의해 제조되는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 의해 제조되는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의해 제조되는 탄소나노튜브 트랜지스터 소자의 전기적 특성평가를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic diagram of a carbon nanotube network transistor device according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing each step of manufacturing a carbon nanotube network transistor device according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon nanotube network transistor device according to the present invention.
4 is a photograph of a carbon nanotube network transistor device manufactured according to an embodiment of the present invention with a scanning electron microscope.
5 is a photograph of a carbon nanotube network transistor device manufactured according to a comparative example of the present invention with a scanning electron microscope.
6 is a graph showing an electrical characteristic evaluation of the carbon nanotube transistor device manufactured by the embodiment of the present invention.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
Specific structural to functional descriptions of embodiments according to the inventive concept disclosed in the specification or the application are only illustrated for the purpose of describing embodiments according to the inventive concept, and according to the inventive concept. The examples may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein or in the application.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자를 제조 단계별로 나타낸 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention. 1 is a schematic view of a carbon nanotube network transistor device according to the present invention, Figure 2 is a schematic view showing a step of manufacturing a carbon nanotube network transistor device according to the present invention, Figure 3 is a carbon nanotube network transistor according to the present invention It is a flowchart which shows the manufacturing method of an element.
도면을 참조하면, 기판(1)은 절연성 재질로 형성되고, 기판(1)의 상부에는 절연층(2)이 형성되어 있다. 이 기판(1)에 형성된 절연층(2) 상부에 탄소나노튜브(3)를 포함하는 탄소나노튜브 네트워크 층(4)이 형성된다(S10). 형성된 탄소나노튜브 네트워크 층(4)의 상부에는 일정간격을 두고 소오스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 증착되고(S11), 증착된 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이의 영역을 제외한 나머지 부분의 탄소나노튜브(3)를 제거하여 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성한다(S12).
Referring to the drawings, the
이후, 소오스 전극(5) 및 드레인 전극(6) 사이의 탄소나노튜브 네트워크 층(4)에 다수의 홀(7)을 형성하여, 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자(100)를 제조한다. 이때 형성되는 홀(7)의 형태는 원하는 밀도로 조절되도록 원형, 직사각형, 정육각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 형성되는 홀의 개수 또한 원하는 밀도에 따라 조절될 수 있다.
Thereafter, a plurality of holes 7 are formed in the carbon nanotube network layer 4 between the
이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail step by step.
단계(S10)는 절연성 재질의 기판(1)의 절연층(2) 상부에 탄소나노튜브 네트워크 층(4)을 형성하는 단계이다. 기판(1)은 산화 실리콘, 질화 실리콘, 사파이어, 게이트 절연막으로 쓰일 수 있는 폴리머를 포함하는 군으로부터 선택되는 절연성 재질의 기판으로서, 상부에 탄소나노튜브 네트워크 층(4)을 형성하고, 이를 원하는 전극 형태로 패터닝함으로써 트랜지스터 소자를 형성하게 된다.
Step S10 is a step of forming a carbon nanotube network layer 4 on the insulating
또한, 단계(S10)의 탄소나노튜브 네트워크 층(4)의 형성은 기본적으로 촉매를 스핀코팅을 통해 형성하고, 900℃에서 메탄가스와 수소가스를 흘려보내면서 형성할 수 있으며, 촉매로 쓰일 수 있는 군은 페라틴(Ferritin) 등의 금속이온을 포함하는 단백질이 쓰일 수 있다. 이외에도 금속 철 이온들을 단백질의 가운데에 보관하고 있는 Ferritin를 포함하여 Cu-Ferritin, Ni-Ferritin, Hemoglobin 그리고 금속 복합체를 가지고 있는 Heme 분자들이 될 수 있다. 한편, 단백질 외에도 2 ~ 10㎚ 정도의 직경을 가지는 금, 은, 철, 구리, 니켈, 산화철, 산화규소, 산화구리, 산화니켈 등의 나노파티클은 모두 사용될 수 있다.
In addition, the formation of the carbon nanotube network layer 4 of the step (S10) is basically formed by spin coating the catalyst, it can be formed while flowing methane gas and hydrogen gas at 900 ℃, can be used as a catalyst In the group, proteins containing metal ions such as ferritin can be used. In addition, it can be Cu-Ferritin, Ni-Ferritin, Hemoglobin and Heme molecules with metal complexes, including Ferritin, which holds metal iron ions in the middle of the protein. Meanwhile, in addition to proteins, nanoparticles such as gold, silver, iron, copper, nickel, iron oxide, silicon oxide, copper oxide, and nickel oxide having a diameter of about 2 to 10 nm may be used.
이때, 탄소나노튜브(3)는 절연성 재질의 기판(1)에서 900℃의 온도로 직접 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 미리 형성된 탄소나노튜브를 액체에 분산시켜 스핀코팅을 통해서 상온에서도 형성할 수 있다.
In this case, the
또한, 단계(S10)에서 탄소나노튜브(3)의 성장을 위한 열처리는 800℃ 내지 1000℃의 온도에서 10분 내지 20분간 수행되는 것이 바람직하다.
In addition, the heat treatment for growth of the carbon nanotubes (3) in step (S10) is preferably carried out for 10 to 20 minutes at a temperature of 800 ℃ to 1000 ℃.
만약, 800℃ 미만의 온도에서 열처리가 수행되는 경우 형성된 탄소나노튜브가 잘 형성되지 않는 문제점이 있으며, 1000℃를 초과하는 온도에서 열처리가 수행되는 경우 불필요하게 높은 온도로 인하여 공정의 수행이 어려운 문제점이 있다. 또한, 열처리가 10분 미만의 시간 동안 수행되는 경우 탄소나노튜브의 길이가 충분히 길게 되지 않을 문제점이 있으며, 20분을 초과하는 시간 동안 열처리가 수행되는 경우 10분 정도의 열처리와 유사한 탄소나노튜브가 형성됨으로 불필요한 시간적 낭비가 생길 수 있는 문제점이 있다.
If the heat treatment is performed at a temperature of less than 800 ℃, there is a problem that the formed carbon nanotubes are not formed well, if the heat treatment is performed at a temperature exceeding 1000 ℃ difficult to perform the process due to unnecessarily high temperature There is this. In addition, there is a problem that the length of the carbon nanotubes are not long enough when the heat treatment is performed for less than 10 minutes, the carbon nanotubes similar to the heat treatment of about 10 minutes if the heat treatment is performed for a time exceeding 20 minutes There is a problem that can be formed unnecessary waste of time formed.
한편, 단계(S10)에서의 열처리를 통한 탄소나노튜브(3)를 성장시키는 방법은, 촉매를 절연층 기판 전체에 형성시키는 단계(단계 ㄱ);On the other hand, the method of growing the carbon nanotubes (3) through the heat treatment in step (S10), the step of forming a catalyst on the entire insulating layer substrate (step a);
단계 ㄱ의 촉매를 900℃에서 산화시키는 단계(단계 ㄴ);Oxidizing the catalyst of step a at 900 ° C. (step b);
상기 단계 ㄴ에서 산화된 촉매를 900℃에서 수소가스로 환원시키면서 메탄가스로 탄소나노튜브를 성장시키는 단계(단계 ㄷ);Growing carbon nanotubes with methane gas while reducing the catalyst oxidized in step b to hydrogen gas at 900 ° C. (step c);
상기 단계 ㄷ에서 성장된 탄소나노튜브 네트워크를 상온까지 식히는 단계를 포함하는 공정을 통하여 탄소나노튜브 네트워크 층(4)을 형성할 수 있다.
The carbon nanotube network layer 4 may be formed through a process including cooling the carbon nanotube network grown in the step c to room temperature.
본 발명에 따른 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자의 제조방법은 단계(S10)에서 촉매를 형성하고, 900℃에서 수소가스와 메탄가스를 주입하여 직접 탄소나노튜브를 성장시키는 방법 외에, 분산된 탄소나노튜브를 절연층에 스핀코팅함으로써 상온에서 탄소나노튜브를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 절연층(2)은 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터에서 게이트 부분을 반도체부분인 탄소나노튜브와 절연시키기 위한 것으로, 절연층(2)은 SiO2, Si3N4 , Al2O3 및 전기가 양호하게 절연이 되는 폴리머 군으로부터 선택되는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 사용가능한 폴리머로는 SU8, PMMA, AZ5214 등과 같이 통상적으로 절연층으로 사용되는 폴리머를 모두 포함한다.
In addition to the method of manufacturing a carbon nanotube network transistor device having a high flashing ratio according to the present invention, the catalyst is formed in step S10, and hydrogen and methane gas is injected at 900 ° C. to directly grow carbon nanotubes. The method may further include forming carbon nanotubes at room temperature by spin coating the dispersed carbon nanotubes on the insulating layer. The insulating
분산된 탄소나노튜브로 절연층에 형성하는 방법은, 본 발명의 제조방법에 있어 반드시 필요로 하는 부분은 아니지만, 상온에서 탄소나노튜브를 형성할 수 있다는 점에서 플라스틱과 같은 열에 대한 저항이 낮은 물질 위에서 트랜지스터를 형성할 수 있다는데 큰 의의가 있다.
The method of forming the insulating layer with the dispersed carbon nanotubes is not an essential part of the manufacturing method of the present invention, but a material having low resistance to heat such as plastic in that carbon nanotubes can be formed at room temperature It is of great significance that the transistor can be formed from above.
단계(S11)는 단계(S10)에서 형성된 탄소나노튜브 네트워크 층(4) 상부에 포토리소그라피 방법을 통해 탄소나노튜브(3)를 패터닝하고, 또 한번의 포토리소그라피 방법을 이용하여 전극(소오스 전극(5) 및 드레인 전극(6))을 형성하는 단계이다.
In step S11, the
단계(S11)에서 형성된 전극(5, 6)은 단계(S10)의 탄소나노튜브 네트워크 층(4)의 상부에 증착되며, 이러한 증착은 진공챔버 내에서 수행되는 것이 바람직하나, 최근에 연구가 되고 있는 잉크젯 프린팅 방법 등을 통한 전극의 형성도 바람직하다.
The
또한, 단계(S11)에서 증착되는 전극은 탄소나노튜브의 성질에 따라서 타이타늄과 골드에 의한 이중층의 증착도 가능하나 크롬과 골드 등의 전기적 성질을 고려한 여러 금속 전극도 가능하다.
In addition, the electrode deposited in step (S11) is possible to deposit a double layer by titanium and gold, depending on the properties of the carbon nanotubes, but it is also possible for a number of metal electrodes considering the electrical properties, such as chromium and gold.
나아가, 단계(S12)에서 탄소나노튜브 네트워크 층(4)은 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성하기 위하여, 전극(5, 6)으로 직접 연결되는 곳만 남기고, 나머지 부분은 또 한번의 포토리소그라피 방법을 통한 산소플라즈마 에칭하는 것이 바람직하다.
Further, in step S12, the carbon nanotube network layer 4 leaves only the place where the carbon nanotube network channel is directly connected to the
또한, 이러한 에칭단계에서 산소플라즈마를 이용하는 것뿐만 아니라 산소 자외선, 용액공정을 이용한 에칭도 가능하다.
In addition, in addition to using oxygen plasma in such an etching step, etching using oxygen ultraviolet rays and a solution process is also possible.
단계(S12)에서 산소플라즈마 또는 산소 자외선을 이용한 탄소나노튜브 네트워크 층(4)의 에칭은 누설전류에 의한 소자의 구동에 문제가 될 수 있으므로 반드시 수행되는 것이 바람직하다.
Etching of the carbon nanotube network layer 4 using oxygen plasma or oxygen ultraviolet rays in step S12 may be a problem in driving the device due to leakage current, and therefore it is preferably performed.
이를 통하여 탄소나노튜브 네트워크 층(4)은 전극(5, 6)이 형성된 곳만 형성됨으로써, 누설전류에 의한 소자로서의 기능을 잃었던 문제점을 개선하여 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자로서의 기능을 할 수 있게 하는 효과가 있다.
Through this, the carbon nanotube network layer 4 is formed only where the
이때, 포토리소그라피는 통상시 사용하는 광저항성(Photo resist) 폴리머를 스핀코팅을 통하여 형성한 후 원하는 곳에만 자외선을 조사하여서 패터닝을 하는 것이 바람직하다.
In this case, the photolithography is preferably formed by spin-coating a photoresist polymer used in a normal manner and irradiating ultraviolet rays only to a desired place for patterning.
또한, 본 발명에서는 단계(10) 내지 단계(12)를 통하여, 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성하고 있으나, 탄소나노튜브 네트워크 층(4)에 에칭을 통하여 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성하는 것 외에, 도시하지는 않았지만, 도 1을 참조하여, 먼저 기판(1)의 절연층(2)에 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6)을 형성한 후, 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이에 패턴을 형성하고, 탄소나노튜브(3)를 분산하여 리프트 오프하고 자기조립하는 분자 접착제를 도포하여 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이에 탄소나노튜브(3)를 고정화함으로써, 선택적으로 탄소나노튜브 네트워크 층(4)을 형성할 수 있다.
Further, in the present invention, the carbon nanotube network channel is formed through the
단계(S13)는 단계(S12)에서 전극(5, 6)의 영역에 형성된 탄소나노튜브 네트워크 채널에 포토리소그라피 방법과 산소플라즈마 에칭을 통해 홀(Hole)을 만들어주는 단계이다.
Step S13 is a step of forming a hole (Hole) through the photolithography method and oxygen plasma etching in the carbon nanotube network channel formed in the region of the electrode (5, 6) in step S12.
탄소나노튜브는 내부 구조에 따라 암체어(armchair), 지그재그(zigzag), 비대칭(chiral) 타입으로 나뉠 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브의 전기적 특성은 이러한 내부 구조에 따라 금속성과 반도체성을 가지는 나노튜브도 존재한다.
Carbon nanotubes may be divided into armchair, zigzag, and asymmetric types according to their internal structure. The electrical characteristics of the single-walled carbon nanotubes, depending on the internal structure, there are also nanotubes with metallic and semiconducting properties.
지금까지의 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터는 이러한 금속성과 반도체성 탄소나노튜브의 혼합으로 인해서 원하는 전기적 성질을 얻을 수 없었다. 특히, 게이트 전압을 걸어주지 않았을 때 전류가 흐르지 않는 반도체성 탄소나노튜브와는 달리 게이트 전압과 상관없이 전류가 흐르는 금속성 탄소나노튜브에 의해 탄소나노튜브의 점멸비가 낮게 되는 단점이 있었다.
Until now, carbon nanotube network transistors could not achieve the desired electrical properties due to the mixing of the metallic and semiconducting carbon nanotubes. In particular, unlike semiconducting carbon nanotubes in which no current flows when the gate voltage is not applied, the flashing ratio of the carbon nanotubes is lowered by the metallic carbon nanotubes through which the current flows regardless of the gate voltage.
따라서, 본 발명의 탄소나노튜브 네트워크 트래지스터 소자는 이러한 금속성과 반도체성이 섞여있는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자에서 홀(Hole)의 에칭을 통해서 탄소나노튜브의 개수 및 금속성 탄소나노튜브에 의한 영향을 조절할 수 있다. 따라서, 기존의 탄소나노튜브 네트워크 소자에 비하여 더욱 우수한 점멸비 특성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.
Accordingly, the carbon nanotube network transistor device of the present invention has the effect of the number of carbon nanotubes and the influence of metallic carbon nanotubes through etching of holes in a carbon nanotube network transistor device in which such metallic and semiconducting properties are mixed. I can regulate it. Therefore, there is an effect that can exhibit more excellent flashing ratio characteristics than the conventional carbon nanotube network device.
한편, 단계(S13)에서 탄소나노튜브 네트워크에 포토리소그래피와 에칭 작업을 통해 국소적으로 나노튜브의 밀도를 줄임으로써, 채널길이에 상관없이 높은 점멸비를 가지는 것이 바람직하다. 이는, 탄소나노튜브 네트워크 소자를 대면적으로 형성하고자 할 경우에 마스크를 사용한 포토리소그라피 방법으로 대량생산을 할 수 있는 효과가 있다.
On the other hand, it is preferable to have a high blink ratio regardless of the channel length by locally reducing the density of the nanotubes through photolithography and etching operations on the carbon nanotube network in step (S13). This is an effect that can be mass-produced by a photolithography method using a mask when the carbon nanotube network element is to be formed in a large area.
한편, 더 정교한 에칭을 위해서는 이빔리소그라피 방법, 나노임프린팅 방법 및 나노파티클 리소그라피 방법 등도 쓰일 수 있다.
Meanwhile, for more sophisticated etching, an e-beam lithography method, a nanoimprinting method, and a nanoparticle lithography method may also be used.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by the following examples.
<실시예 1> 탄소나노튜브 트랜지스터의 제조 1Example 1 Fabrication of
단계 1 : 실리카 산화막이 코팅된 실리콘 기판을 Aceton, IPA, DI Water에 각각 10분씩 초음파 세척을 통하여 세척을 하였다. 이렇게 세척된 기판에 산소플라즈마 처리를 5분 동안 행함으로써 기판에 젖음성을 확보하였다. 이렇게 산소플라즈마가 처리된 기판을 철 이온을 포함한 단백질, Ferritin (1wt%) in DI water를 2000rpm에서 스핀코팅을 통하여 형성한다. 이렇게 형성된 단백질은 추후에 촉매로서의 역할을 하게 된다. 상기의 기판을 섭씨 900℃의 관상로에서 비활성 기체인 Ar 분위기 하에서 15분간 열처리를 하고, 수소기체 400sccm과 메탄기체 1000sccm 분위기 하에서 10분간 열처리를 한다. 이러한 열처리 과정을 통해서 단일벽 탄소나노튜브 네트워크를 형성하였다.
Step 1: The silicon substrate coated with silica oxide was cleaned by ultrasonic cleaning for 10 minutes in Aceton, IPA, and DI Water, respectively. The wet substrate was secured by performing oxygen plasma treatment on the washed substrate for 5 minutes. The substrate treated with oxygen plasma was formed by spin coating a protein containing iron ions, Ferritin (1wt%) in DI water at 2000 rpm. The protein thus formed later serves as a catalyst. The substrate is heat-treated for 15 minutes in an Ar atmosphere, which is an inert gas, in a tubular furnace of 900 ° C, and heat-treated for 10 minutes under an atmosphere of 400 sccm of hydrogen gas and 1000 sccm of methane gas. Through this heat treatment process, a single-walled carbon nanotube network was formed.
단계 2 : 단계 1에서 형성된 탄소나노튜브 네트워크 상부에 광저항성 폴리머인 AZ5214E 포토레지스트를 4000rpm으로 30초간 스핀코팅을 수행하였고, 이를 90 ℃의 온도에서 3분간 열처리를 하였으며, 이후 포토 마스크를 이용하여 전극을 패턴하여 노광시킨 후 현상액을 이용하여 불필요한 부분의 광저항성 폴리머를 제거하였다. 이를 진공 챔버에 넣고 3㎚ 두께의 타이타늄과 12㎚ 두께의 금을 증착시켰다. Aceton을 이용하여 광저항성 폴리머와 증착된 금속을 모두 제거한 후에 다시 AZ5214E 포토레스트를 4000rpm으로 30초간 스핀코팅을 수행하였고, 이를 90 ℃의 온도에서 3분간 열처리를 하였으며, 이후 포토 마스크를 이용하여 전극 사이의 탄소나노튜브 네트워크만 남겨두고 나머지 부분은 제거하기 위해 패턴을 만든 후 노광시킨다. 이후 현상액을 이용하여 불필요한 부분의 폴리머를 제거하고, 산소플라즈마 처리를 통해 불필요한 부분의 탄소나노튜브를 에칭한다.
Step 2: spin coating of AZ5214E photoresist, a photoresist polymer, was performed at 4000 rpm for 30 seconds on the carbon nanotube network formed in
단계 3 : 상기 단계 2의 전극까지 형성된 탄소나노튜브 네트워크 소자 상부에 이빔 리소그라피 방법을 위한 PMMA 폴리머를 4000rpm으로 30초간 스핀코팅을 수행하였고, 이를 170℃의 온도에서 2분간 열처리를 하였으며, 이후 이빔 리소그라피 방법을 이용하여 전극과 전극 사이의 탄소나노튜브 네트워크 부분에 원하는 크기의 원하는 개수의 홀(Hole)을 만들었다. 이 후 산소플라즈마 처리를 통해 홀 부분의 탄소나노튜브만 에칭을 시킴으로써, 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 네트워크 소자를 제조하였다.
Step 3: The PMMA polymer for the e-beam lithography method was spin-coated at 4000 rpm for 30 seconds on the carbon nanotube network element formed up to the electrode of
<비교예><Comparative Example>
본 발명의 홀(Hole) 부분을 이빔 리소그라피 방법을 통하여 에칭하는 것이 아닌, 일반적인 탄소나노튜브 트랜지스터와 동일하게 수행하여 트랜지스터를 제조하였다.
Instead of etching the hole portion of the present invention through an e-beam lithography method, the transistor was manufactured in the same manner as a general carbon nanotube transistor.
<실험예 1> 주사전자현미경 분석<Experimental Example 1> Scanning electron microscopic analysis
본 발명의 실시예 및 비교예를 통하여 제조된 전극을 주사전자현미경을 통하여 각각 관찰하였고, 그 결과는 도 4 및 도 5에 나타내었다.
Electrodes prepared through Examples and Comparative Examples of the present invention were observed through a scanning electron microscope, respectively, and the results are shown in FIGS. 4 and 5.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터가 도 5에 나타낸 비교예에 의해 제조된 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 보다 잘 제조된 것을 알 수 있다. 특히, 실시예와 비교예의 비교를 통해 실시예에 의해 제조된 탄소나노튜브 네트워크의 경우 탄소나노튜브의 밀도가 조절된 것을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 4, it can be seen that the carbon nanotube network transistor manufactured by the embodiment of the present invention is better manufactured than the carbon nanotube network transistor manufactured by the comparative example shown in FIG. 5. In particular, it can be seen that the density of the carbon nanotubes is controlled in the case of the carbon nanotube network manufactured by the example by comparing the example with the comparative example.
<실험예 2> 전기적 특성평가Experimental Example 2 Electrical Characteristic Evaluation
(1)I-V Curve 분석 1(1)
본 발명의 실시예에 의해 제조된 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터의 전기적 성질을 측정하였다. 게이트 전압은 실리콘 기판의 뒤쪽으로 주어서 기판 전체에 전압이 인가될 수 있게 만들었고, 절연막은 산화 실리콘으로 500 나노의 두께를 가지는 절연층을 사용하였다. 게이트 전압은 -30V에서 +30V까지 인가하였으며, 소오스와 드레인 사이의 전압은 100㎷를 인가하였다. 이러한 전압은 일반적인 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터를 측정할 때 사용하는 값이다.
The electrical properties of the carbon nanotube network transistor manufactured by the embodiment of the present invention were measured. The gate voltage was applied to the back of the silicon substrate so that a voltage could be applied to the entire substrate, and the insulating layer was made of silicon oxide. The gate voltage was applied from -30V to + 30V, and the voltage between the source and the drain was 100 kV. These voltages are used to measure common carbon nanotube network transistors.
도 6에 나타낸 바와 같이 홀(Hole)이 에칭된 탄소나노튜브 네트워크 소자로 I-V Curve를 측정한 경우, 높은 점멸비를 가지는 스위칭 소자가 되는 것을 알 수 있다. 상기 I-V Curve 측정에 있어서, 게이트 전극에 전위를 걸어주게 되면, 반도체적 성질을 나타내는 탄소나노튜브에 전류가 흐르게 되어 소자가 작동하는 것으로, 금속적 성질을 나타내는 탄소나노튜브는 이러한 성질을 나타내지 않게 된다. 상기 I-V Curve 측정은 이와 같은 탄소나노튜브에 전류가 흐르는지 흐르지 않는지를 관측하기 위한 하나의 분석도구로, 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 전류를 측정하는 방식으로 이루어진다. 이러한, I-V Curve 측정은 소자의 트랜지스터적인 성질을 직접적으로 알 수 있는 것으로, 도 6에 나타낸 결과와 같이, 본 발명의 탄소나노튜브 전극이 점멸비가 높은 스위칭 트랜지스터로서의 역할을 수행하는 것을 알 수 있었다.
As shown in FIG. 6, when the IV curve is measured by a carbon nanotube network device in which a hole is etched, it can be seen that the switching device has a high flashing ratio. In the IV curve measurement, when a potential is applied to the gate electrode, a current flows through the carbon nanotubes exhibiting semiconductor properties, and the device operates, and the carbon nanotubes exhibiting metallic properties do not exhibit such properties. . The IV curve measurement is an analysis tool for observing whether or not current flows through such carbon nanotubes. The IV curve measurement is performed by measuring a current between the source electrode and the drain electrode. The IV curve measurement can directly know the transistor properties of the device, as shown in Figure 6, it can be seen that the carbon nanotube electrode of the present invention serves as a switching transistor having a high flashing ratio.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. I will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
1: 기판 2: 절연층
3: 탄소나노튜브 4 : 탄소나노튜브 네트워크 층
5 : 소오스 전극 5 : 드레인 전극
6: 홀(Hole)1: substrate 2: insulating layer
3: carbon nanotube 4: carbon nanotube network layer
5
6: hole
Claims (13)
상기 절연층의 상부에 탄소나노튜브를 포함하여 형성된 탄소나노튜브 네트워크 층;
상기 탄소나노튜브 네트워크 층 상부에 일정 간격을 두고 증착된 소오스 전극 및 드레인 전극;
상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널; 및
상기 소오스 전극 및 드레인 전극 사이의 탄소나노튜브 네트워크 층에 형성된 적어도 하나 이상의 홀;을 포함하되,
상기 탄소나노튜브 네트워크 채널은 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 영역을 제외한 나머지 부분의 상기 탄소나노튜브를 제거하여 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
A substrate having an insulating layer formed thereon and including an insulating material;
A carbon nanotube network layer including carbon nanotubes on the insulating layer;
Source and drain electrodes deposited on the carbon nanotube network layer at regular intervals;
A carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode; And
And at least one hole formed in the carbon nanotube network layer between the source electrode and the drain electrode.
The carbon nanotube network channel is formed by removing the carbon nanotubes of the remaining portion except for the region between the source electrode and the drain electrode.
상기 홀은 포토리소그래피와 에칭을 통해 형성되고,
상기 홀은 상기 탄소나노튜브에 의한 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 직접적인 연결을 제한하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 1,
The holes are formed through photolithography and etching,
And the hole limits a direct connection between the source electrode and the drain electrode by the carbon nanotubes.
상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 영역을 제외한 나머지 부분의 상기 탄소나노튜브의 제거는 포토리소그라피를 통한 산소플라즈마 에칭, 산소자외선 에칭 또는 용액 에칭 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 1,
Removal of the carbon nanotubes in the remaining portions except for the region between the source electrode and the drain electrode may use any one of oxygen plasma etching, oxygen ultraviolet etching, or solution etching through photolithography. .
상기 탄소나노튜브 네트워크 채널은, 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 패턴을 형성하고 탄소나노튜브를 분산하여 리프트 오프하는 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 1,
The carbon nanotube network channel may be formed by forming a pattern between the source electrode and the drain electrode and dispersing the carbon nanotube to lift off the carbon nanotube network channel.
상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 존재하는 탄소나노튜브는 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 자기조립하는 분자 접착제를 도포하여 고정화한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 4, wherein
The carbon nanotubes present between the source electrode and the drain electrode are immobilized by applying a molecular adhesive self-assembled between the source electrode and the drain electrode.
상기 기판은 산화 실리콘, 질화 실리콘, 사파이어 및 폴리머를 포함하는 군으로부터 선택되는 절연성 재질의 기판인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 1,
And the substrate is an insulating material substrate selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, sapphire and polymer.
상기 탄소나노튜브 네트워크 층은 촉매를 스핀코팅한 후 열처리를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 1,
The carbon nanotube network layer is a carbon nanotube network transistor device, characterized in that formed by heat treatment after spin coating the catalyst.
상기 촉매는 금속이온을 포함하는 단백질로, 2 내지 10nm의 직경을 가지는 나노파티클인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 7, wherein
The catalyst is a protein containing a metal ion, carbon nanotube network device, characterized in that the nanoparticles having a diameter of 2 to 10nm.
상기 열처리는 800℃ 내지 1000℃의 온도에서 10 내지 20분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 7, wherein
The heat treatment is performed for 10 to 20 minutes at a temperature of 800 ℃ to 1000 ℃ carbon nanotube network transistor device.
상기 탄소나노튜브 네트워크 층은 미리 형성된 탄소나노튜브를 액체에 분산시켜 스핀코팅을 통해 상온에서 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자.
The method of claim 1,
The carbon nanotube network layer is a carbon nanotube network transistor device, characterized in that formed by dispersing the pre-formed carbon nanotubes in a liquid at room temperature through spin coating.
상부에 절연층이 형성되고 절연성 재질을 포함하는 기판에 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 네트워크 층을 형성하는 탄소나노튜브 네트워크 층 형성단계;
상기 탄소나노튜브 네트워크 층 형성단계에서 형성된 상기 탄소나노튜브 네트워크 층의 상부에 소오스 전극 및 드레인 전극을 증착하는 전극 층착단계;
상기 전극 층착단계에서 증착된 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 영역을 제외한 나머지 부분의 상기 탄소나노튜브를 제거하여 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성하는 채널 형성단계; 및
상기 소오스 전극 및 드레인 전극 사이의 탄소나노튜브 네트워크 층에 적어도 하나 이상의 홀을 형성하는 홀 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자 제조방법.
In the method of manufacturing a carbon nanotube network transistor device,
A carbon nanotube network layer forming step of forming a carbon nanotube network layer including carbon nanotubes on a substrate including an insulating layer formed thereon and an insulating material;
An electrode deposition step of depositing a source electrode and a drain electrode on the carbon nanotube network layer formed in the carbon nanotube network layer forming step;
A channel forming step of forming a carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode by removing the carbon nanotubes except for the region between the source electrode and the drain electrode deposited in the electrode deposition step; And
And a hole forming step of forming at least one hole in the carbon nanotube network layer between the source electrode and the drain electrode.
상기 탄소나노튜브 네트워크 층 형성단계는,
촉매를 상기 기판에 형성하는 공정;
상기 기판에 형성된 상기 촉매를 산화시키는 공정;
산화된 촉매를 수소가스로 환원시키면서 메탄가스를 이용하여 탄소나노튜브를 성장시키는 공정; 및
성장된 상기 탄소나노튜브를 상온으로 식혀 상기 탄소나노튜브 네트워크를 형성하는 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자 제조방법.
The method of claim 11,
The carbon nanotube network layer forming step,
Forming a catalyst on the substrate;
Oxidizing the catalyst formed on the substrate;
Growing carbon nanotubes using methane gas while reducing the oxidized catalyst to hydrogen gas; And
Cooling the grown carbon nanotubes at room temperature to form the carbon nanotube network; Carbon nanotube network transistor device manufacturing method comprising a further.
상부에 절연층이 형성되고 절연성 재질을 포함하는 기판에 소오스 전극 및 드레인 전극을 증착하는 전극 증착단계;
증착된 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 리소그라피 및 자기조립 패턴을 형성하는 패턴 형성단계;
상기 자기조립 패턴이 형성된 상기 기판에 탄소나노튜브를 분산하여 리프트오프 방식으로 상기 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 탄소나노튜브 네트워크 채널을 형성하는 채널 형성단계; 및
상기 소오스 전극 및 드레인 전극 사이의 상기 탄소나노튜브 네트워크 채널에 적어도 하나 이상의 홀을 형성하는 홀 형성단계;를 포함하는 탄소 나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자 제조방법.
In the method of manufacturing a carbon nanotube network transistor device,
An electrode deposition step of depositing a source electrode and a drain electrode on a substrate having an insulating layer formed thereon and including an insulating material;
A pattern forming step of forming a lithography and self-assembly pattern between the deposited source and drain electrodes;
Forming a carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode in a lift-off manner by dispersing carbon nanotubes on the substrate on which the self-assembly pattern is formed; And
And forming at least one hole in the carbon nanotube network channel between the source electrode and the drain electrode.
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