KR101408251B1 - Method for arraying nanowire - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노와이어를 배열하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 나노와이어의 배열방법은 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상에 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계와, 상기 제1전극과 제2전극에 전압을 인가하여 전기장을 형성하는 단계, 및 상기 제1전극과 제2전극이 형성된 기판 상에 나노와이어가 분산된 용액을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of arranging nanowires, the method comprising: preparing a substrate; forming a first electrode and a second electrode on the substrate; Forming an electric field by applying a voltage to the electrode and the second electrode; and forming a solution in which the nanowire is dispersed on the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed.

나노와이어(nanowire), 전기장, 용매, 흐름 Nanowire, electric field, solvent, flow

Description

나노와이어의 배열 방법{METHOD FOR ARRAYING NANOWIRE}[0001] METHOD FOR ARRAYING NANOWIRE [0002]

도 1은 나노와이어를 분산시킨 용액을 소스전극과 드레인전극이 형성된 기판 상에 코팅한 다음 포토리소그래피로 패터닝하여 나노와이어를 배열한 것을 나타낸 도면.1 is a view showing a solution in which nanowires are dispersed on a substrate on which a source electrode and a drain electrode are formed, and then patterning the nanowires by photolithography.

도 2a~ 도 2d는 본 발명에 따른 나노와이어의 배열방법을 순차적으로 나타낸 도면.2A to 2D are diagrams sequentially illustrating a method of arranging nanowires according to the present invention.

도 3a는 극성용매에 전기장을 가하지 않았을 때의 용매분자의 배열을 나타낸 도면.3A is a diagram showing the arrangement of solvent molecules when no electric field is applied to a polar solvent;

도 3b는 극성용매에 전기장을 가했을 때의 용매분자의 배열을 나타낸 도면.FIG. 3B is a diagram showing the arrangement of solvent molecules when an electric field is applied to a polar solvent; FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art

100 : 기판100: substrate

110, 120 : 전극110, 120: electrode

131 : 나노와이어 분산 용액131: Nanowire dispersion solution

132 : 나노와이어132: nanowire

140a, 140b : 프로브 팁140a, 140b: probe tip

본 발명은 나노와이어 배열방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 전기장을 이용하여 나노와이어를 배열시키는 배열방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanowire array method, and more particularly, to a method of arranging nanowires using an electric field.

20세기 후반부에 등장한 나노기술(NT, nanotechnology)은 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon) 등과 같은 직경이 100nm 이하의 일차원 구조의 나노물질 및 나노박막과 기타 100nm 이하의 나노구조물 등을 다루는 분야이다. In the latter half of the 20th century, nanotechnology (NT), a nanotechnology (NT), has developed a one-dimensional structure of nano-materials and nanotubes with diameters of 100nm or less, such as nanowires, nanorods, nanoribbons, And nanostructures.

물질의 크기가 마이크로미터로 작아져도 벌크물질의 물리적 특성들은 대부분 그대로 유지되지만, 나노미터 크기가 되면 새로운 물리적 특성들이 발현된다. 이러한 새로운 물리적 특성들을 이용하여 전자, 광학 소자 등의 나노디바이스(nanodevice)를 조립할 수 있어 나노기술은 차세대 중요한 기술 분야로 각광받고 있다.When the size of a material is reduced to a micrometer, most of the physical properties of the bulk material remain intact, but when nanometer-sized, new physical properties are expressed. Using these new physical properties, nanodevices such as electronic and optical devices can be assembled, and nanotechnology is attracting attention as a next-generation important technology field.

특히, 나노와이어와 같은 크기가 작은 물질에서는 양자구속효과(quantum confinement effect)가 나타나는데, 양자구속효과의 가장 두드러진 점은 물체의 크기가 작아지면 띠 간격(band gap)이 커지는 현상이다. 띠 간격이 커지는 현상을 이용하면 반도체로서 이용이 가능하다. Particularly, quantum confinement effect appears in nanowire-like materials. The most prominent point of the quantum confinement effect is that the band gap becomes larger as the size of the object becomes smaller. If the phenomenon that the band gap becomes large is used, it can be used as a semiconductor.

실제로, 공지된 기술에 따르면 반도체 나노와이어 서스펜션을 이산화규소(SiO2) 기판 상에 분산시킨 다음, 전자빔 리소그래피 방법으로 소스와 드레인의 전극을 접합시켜 나노와이어-전계효과트랜지스터(NW-FET, nanowire-field effect transistor)를 만든 바가 있다.(X. Duan, et al., Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and photoelectronic devices', Nature, 409, pp66-69(2001))Actually, according to a known technique, a semiconductor nanowire suspension is dispersed on a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate, and then an electrode of a source and a drain are bonded by an electron beam lithography method to form a nanowire- field effect transistor (X. Duan, et al., Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and photoelectronic devices', Nature, 409, pp66-69 (2001)).

상기한 바와 같은 NW-FET에서는 전류 대 소스-드레인전압 및 전류 대 게이트 전압 등을 측정해 보면 게이트 전압을 변화시킬 경우 반도체 나노와이어의 정전기 퍼텐셜이 변하고, 따라서 캐리어 농도와 나노와이어의 전도도가 변조되는 현상을 발견할 수 있다. 또한, 전도도의 변조에 따른 도핑의 형태(n 또는 p 타입)를 결정할 수 있으며 각 타입의 나노와이어 내의 캐리어(즉, 전자나 정공)의 이동도를 트랜지스터의 기본 공식으로부터 계산할 수 있어, 나노와이어의 전기전달특성이 규명된 바 있다. 이때, 나노와이어 물질들을 벌크상태의 물질들과 비교해 보았을 때 월등히 우수한 캐리어 이동도(carrier mobility)를 나타내고 있는데, 바로 이런 점이 반도체 나노와이어의 우수한 특성을 말해준다.In the NW-FET as described above, if the current-to-source-drain voltage and the current-to-gate voltage are measured, if the gate voltage is changed, the electrostatic potential of the semiconductor nanowire changes and thus the carrier concentration and the conductivity of the nanowire are modulated A phenomenon can be found. It is also possible to determine the type of doping (n or p type) according to the modulation of the conductivity and to calculate the mobility of the carriers (i.e. electrons or holes) in each type of nanowire from the basic formula of the transistor, The electrical transfer characteristics have been clarified. At this time, when comparing nanowire materials with bulk materials, they show superior carrier mobility, which is an excellent property of semiconductor nanowires.

상기한 바와 같은 나노와이어를 이용하면 평판표시장치 등의 구동 소자인 박막트랜지스터를 제조하는 데 응용이 가능하다. 평판표시장치 등의 박막트랜지스터를 형성하기 위해서 나노와이어를 분산시킨 용액을 코팅하는 방법, 랭뮤어-블로짓(Langmuir-Blodgett, LB) 방법을 비롯하여 다양한 방법으로 소스전극과 드레인전극 사이에 나노와이어를 배열시킬 수 있다. When the nanowire as described above is used, it can be applied to manufacture a thin film transistor which is a driving element such as a flat panel display. In order to form a thin film transistor such as a flat panel display, a nanowire is formed between a source electrode and a drain electrode by various methods including a method of coating a solution in which nanowires are dispersed, a Langmuir-Blodgett (LB) Can be arranged.

도 1은 나노와이어를 분산시킨 용액을 소스전극(10)과 드레인전극(20)이 형성된 기판 상에 코팅한 다음 포토리소그래피로 패터닝하여 나노와이어(32)를 배열한 것을 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 도면에 나타난 바와 같이 기판 상에 나노와이어 분산 용액을 코팅하게 되면 나노와이어(32)가 소스전극(10)과 드레인전극(20) 사이에 임의의 방향으로 랜덤(random)하게 배치된다. 따라서 나노와이어를 반도체로 사용함에 있어 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 1 is a view showing a solution in which a nanowire is dispersed is coated on a substrate on which a source electrode 10 and a drain electrode 20 are formed and then patterned by photolithography to arrange the nanowires 32. FIG. As shown in the drawing, when a nanowire dispersion solution is coated on a substrate, the nanowires 32 are randomly arranged in an arbitrary direction between the source electrode 10 and the drain electrode 20 do. Therefore, there is a problem in that efficiency is lowered when the nanowire is used as a semiconductor.

랭뮤어-블로짓 방법에 따르면, 한 분자 내에 친수성과 소수성 기능을 갖는 부분이 동시에 존재하면 분자가 물 표면에서 일정한 패턴으로 정렬된 단층을 형성하는데, 이 단층을 고체 표면에 옮겨 나노와이어 격자를 형성한다. 이 격자를 리소그래피를 이용하여 다양하게 패터닝함으로써 박막트랜지스터의 반도체막으로 기능하게 하였다.According to the Langmuir-Blowing method, when molecules having both hydrophilic and hydrophobic functions are present at the same time in a molecule, they form a monolayer that is aligned in a uniform pattern on the surface of water. This monolayer is transferred to a solid surface to form a nanowire lattice do. This lattice was patterned by lithography to function as a semiconductor film of a thin film transistor.

그 외에도 자기배열단일층(self-alignment monolayer, SAM) 방법이나, 워터제팅(water jetting) 방법 등이 사용되나, 나노와이어 분산 용액을 코팅하는 방법을 비롯한 상기 방법은 나노와이어를 원하는 위치에 원하는 형태로 정렬시키기 어려울 뿐만 아니라 대면적의 기판에 빠른 시간에 형성이 어려운 문제점이 있다. 또한 랭뮤어-블로짓 방법은 별도의 리소그래피 공정 등으로 패터닝하는 과정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡하고 시간이 걸리는 문제점이 있으며, 패터닝의 과정에서 나노와이어가 과다소비되는 문제점이 있다.In addition, a self-alignment monolayer (SAM) method or a water jetting method is used. However, the method including the method of coating a nanowire dispersion solution can be applied to a desired position And it is difficult to form the substrate on a large area in a short time. In addition, the Langmuir-Blossing method requires a process of patterning by a separate lithography process or the like, so that the process is complicated and time consuming, and nanowires are excessively consumed in the process of patterning.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 복잡한 공정 없이 대면적 기판에 나노와이어를 효율적으로 배열시키는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of efficiently arranging nanowires on a large-area substrate without complicated processes.

본 발명에 따른 나노와이어 배열방법은, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상에 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계와, 상기 제1전극과 제2전극에 전압을 인가하여 전기장을 형성하는 단계, 및 상기 제1전극과 제2전극이 형성된 기판 상에 나노와이어가 분산된 용액을 형성하는 단계를 포함한다.A method of arranging a nanowire according to the present invention includes the steps of preparing a substrate, forming a first electrode and a second electrode on the substrate, forming an electric field by applying a voltage to the first electrode and the second electrode, And forming a solution in which the nanowires are dispersed on the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed.

상기 전기장을 형성하는 단계는 상기 제1전극과 제2전극에 프로브를 접촉시켜 전압을 인가하여 전기장을 형성하는 것을 특징으로 한다.The forming of the electric field is characterized in that a probe is brought into contact with the first electrode and the second electrode, and a voltage is applied to form an electric field.

상기 나노와이어가 분산된 용액을 형성하는 단계는 나노와이어가 분산된 용액을 준비하는 단계와, 상기 제1전극과 제2전극이 형성된 기판 상에 나노와이어가 분산된 용액을 적하하는 단계, 및 상기 나노와이어가 분산된 용액의 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the nanowire-dispersed solution includes: preparing a solution in which the nanowires are dispersed; dropping a solution in which the nanowires are dispersed on the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed; And removing the solvent of the solution in which the nanowires are dispersed.

이때, 상기 나노와이어가 분산된 용액을 준비하는 단계는 나노와이어를 형성하는 단계 및 상기 나노와이어를 극성 용매에 분산시키는 단계를 특징으로 하며, 상기 나노와이어는 유기금속화학증착법을 이용하여 형성할 수 있다.At this time, preparing the nanowire-dispersed solution is characterized by forming a nanowire and dispersing the nanowire in a polar solvent. The nanowire can be formed using an organic metal chemical vapor deposition have.

나노와이어를 가하여 분산시키고자 하는 용매로는 극성 용매가 바람직하며, 상기 극성 용매는 아세톤(acetone), 물, 이소프로필알콜(isopropyl alcohol) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.As the solvent to be dispersed by adding the nanowire, a polar solvent is preferable, and the polar solvent includes at least one of acetone, water, and isopropyl alcohol.

한편, 상기 용액은 상기 용매를 휘발시키거나, 상기 용액에 열을 가하는 방법으로 상기 용매를 제거할 수 있다.Meanwhile, the solvent may be removed by volatilizing the solvent or applying heat to the solution.

여기서, 상기 제1전극과 제2전극에 전압을 인가하여 전기장을 형성하는 단계와, 상기 제1전극과 제2전극이 형성된 기판 상에 나노와이어를 형성하는 단계는 동 시에 진행될 수 있으며, 상기 제1전극과 제2전극이 형성된 기판 상에 나노와이어를 형성하는 단계 이후에 상기 제1전극과 제2전극에 전압을 인가하여 전기장을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.The step of forming an electric field by applying a voltage to the first electrode and the second electrode and the step of forming a nanowire on the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed may be performed at the same time, A step of forming an electric field by applying a voltage to the first electrode and the second electrode after forming the nanowire on the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed may be performed.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노와이어 배열방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of arranging nanowires according to the present invention will be described with reference to the drawings.

현재 반도체층의 대체방안으로서 나노와이어를 채널 물질로 활용하는 연구가 활발히 진행 중이다. 나노 소재 자체는 단일 결정체이자 양자 우물효과를 기대할 수 있어 기존 MOSFET 소자의 전자이동도보다 더 큰 수준을 기대할 수 있다. Currently, research is being actively conducted to utilize nanowires as channel materials as an alternative to semiconductor layers. The nanomaterial itself can expect a single crystal and quantum well effect, which can be expected to be greater than the electron mobility of conventional MOSFET devices.

그러나 종래의 나노와이어 배열 방식만으로는 일정한 방향으로 제어된 채널을 기대할 수 없으므로 나노와이어 배열에 대한 새로운 아이디어 도출이 시급하다. 이에 따라, 최근 전기장이나 자기장을 이용한 나노와이어의 배열 연구가 활발히 이루어지고 있다.However, since the conventional nanowire array method can not expect a controlled channel in a certain direction, it is urgent to draw out a new idea for the nanowire array. Recently, nanowire array research using an electric field or a magnetic field has been actively carried out.

그러나, 이러한 연구는 나노와이어 자체가 전기자기적 특성을 지녀야 한다는 재료 선택성 문제가 있다. 하지만, 본 발명에서는 극성 용매와 전기장을 이용하여 나노와이어를 배열하며, 이러한 배열 방법은 나노와이어의 재료 선택의 폭을 넓혀주고 대면적 기판에도 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다.However, such research has the problem of material selectivity that the nanowire itself must have electromagnetism characteristics. However, in the present invention, nanowires are arranged using a polar solvent and an electric field. Such an arrangement method widens the selection of nanowire materials and can be easily applied to large-area substrates.

본 발명에 따르면, 나노와이어를 배열하기 위해서 먼저 나노와이어가 배열될 기판을 준비한다. 나노와이어가 배열될 기판은 유리, 석영, 플라스틱 또는 세라믹 등의 절연물질로 형성된다. 이때, 상기 기판(100)이 액정표시장치(liquid crystal display; LCD) 또는 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP) 등의 평판디스플레이의 기판(substrate, 100)으로 사용되는 경우에는 필요에 따라 투명한 물질로 형성될 수 있다.According to the present invention, in order to arrange nanowires, a substrate on which nanowires are to be arranged is first prepared. The substrate on which the nanowires are to be arranged is formed of an insulating material such as glass, quartz, plastic or ceramic. In this case, when the substrate 100 is used as a substrate 100 of a flat panel display such as a liquid crystal display (LCD) or a plasma display panel (PDP), a transparent material As shown in FIG.

상기 기판(100) 상에는, 도 2a와 같이, 후술할 나노와이어를 배열시키는데 사용되는 전극(110, 120)을 형성한다. 전극(110, 120)은 나노와이어가 분산된 용액에 나노와이어를 효과적으로 배열시키기 위해 전기장을 형성하는 역할을 한다.On the substrate 100, electrodes 110 and 120 used for arranging nanowires to be described later are formed as shown in FIG. 2A. The electrodes 110 and 120 serve to form an electric field for effectively arranging the nanowires in the nanowire-dispersed solution.

상기 전극(110, 120)은 나노와이어를 배열시키고자 하는 영역에 소정의 간격을 두고 이격되게 형성한다. 두 전극(110, 120) 사이의 간격은 나노와이어를 형성하고자 하는 영역에 비례하여 넓게하거나 좁게 조절이 가능하다.The electrodes 110 and 120 are spaced apart from each other by a predetermined distance in a region where nanowires are to be arranged. The gap between the two electrodes 110 and 120 can be widened or narrowed in proportion to the region where the nanowire is to be formed.

전극(110, 120)은 다양한 방법으로 형성이 가능하나 바람직하게는 기판(100)의 전면에 도전성 물질을 증착한 후 포토리소그래피의 방법으로 패터닝하여 형성할 수 있으며, 나노와이어를 이용하여 박막트랜지스터 등의 스위칭 소자의 반도체층을 형성하는 경우에는 나노와이어를 배열시키기 위한 전극을 타 배선이나 타 전극을 형성함과 동시에 형성할 수 있을 것이다.The electrodes 110 and 120 may be formed by various methods. However, it is preferable that a conductive material is deposited on the entire surface of the substrate 100 and then patterned by a photolithography method. In the case of forming the semiconductor layer of the switching element of the switching element, the electrode for arranging the nanowires may be formed while forming another wiring or another electrode.

전극(110, 120)은 도전성의 물질로 형성할 수 있으며 저저항의 금속이 바람직하다. 예를 들어, 알루미늄, 구리, 몰리브덴, 크롬이나 알루미늄합금 등을 이용하여 형성할 수 있다.The electrodes 110 and 120 may be formed of a conductive material, and a low resistance metal is preferable. For example, it can be formed using aluminum, copper, molybdenum, chromium, an aluminum alloy, or the like.

전극(110, 120)은 (+)전압과 (-)전압을 각각에 인가할 수 있도록 제1전극(110)과 제2전극(120)으로 적어도 2개 이상으로 형성하며, 나노와이어를 배열시키고자 하는 영역이 복수 개인 경우 복수 개로 형성한다.The electrodes 110 and 120 are formed of at least two or more first and second electrodes 110 and 120 so that a positive voltage and a negative voltage may be applied to the electrodes 110 and 120, A plurality of regions are formed.

다음으로, 기판(100)에 형성한 제1전극(100)과 제2전극(120)에 (+)전압과 (-)전압을 인가한다. 본 설명에서는 편의상 한 쌍의 전극에 있어서 제1전극(100)을 (+)전극, 이에 대향하는 제2전극(120)을 (-)전극으로 설명한다. 그러나 각각의 전극(110, 120)에는 그 반대의 전압이 인가될 수 있으므로 각각의 전극(110, 120)이 고정되는 것은 아니다.Next, positive and negative voltages are applied to the first electrode 100 and the second electrode 120 formed on the substrate 100. For convenience of explanation, the first electrode 100 is referred to as a (+) electrode and the second electrode 120 opposed thereto as a (-) electrode for a pair of electrodes. However, since the opposite voltage may be applied to each of the electrodes 110 and 120, the electrodes 110 and 120 are not fixed.

도 2b는 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 것으로, 프로브 팁(probe tip, 140a, 140b)을 이용하여 한 전극에는 (+)전압을, 이에 대향하는 다른 전극에는 (-)전압을 인가하는 모습을 나타낸 것이다. 도면에는 표시하지 않았지만 (+)전극과 (-)전극과 연결된 프로브 팁(140a, 140b)은 외부의 전원의 (+)전극과 (-)전극에 각각 전기적으로 접속시킨다.2B illustrates an embodiment according to the present invention in which a positive voltage is applied to one electrode and a negative voltage is applied to the other electrode using a probe tip 140a and 140b . Although not shown in the drawing, the probe tips 140a and 140b connected to the (+) electrode and the (-) electrode are electrically connected to the (+) electrode and the (-) electrode of the external power source, respectively.

상기 두 전극에는 프로브 팁(140a, 140b)을 이용하여 전압을 인가할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다양한 방법으로 전극에 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 기판(100) 상에 전극과 연결된 배선을 패터닝하여 상기 배선을 통해 전극에 전압을 인가할 수 있다.Although the voltage may be applied to the two electrodes using the probe tips 140a and 140b, the present invention is not limited thereto, and a voltage may be applied to the electrodes by various methods as needed. For example, a wiring connected to the electrode may be patterned on the substrate 100 to apply a voltage to the electrode through the wiring.

다음으로 기판(100) 상에 형성된 두 전극 사이에 나노와이어를 배열시킨다. 나노와이어를 배열시키는 단계는 극성 용매에 나노와이어가 분산(dispersion)된 용액(131)을 준비한 후, 도 2c와 같이, 나노와이어 분산 용액(131)을 전극이 형성된 기판 상에 적하하는 단계를 포함한다.Next, the nanowires are arranged between the two electrodes formed on the substrate 100. The step of arranging the nanowires includes the step of preparing a solution 131 in which a nanowire is dispersed in a polar solvent, and then dropping the nanowire dispersion solution 131 on a substrate having the electrode formed thereon as shown in FIG. 2C do.

나노와이어가 분산된 용액을 준비하기 위해서는 먼저 나노와이어를 제조한 후 상기 나노와이어를 용매에 분산시키는 방법을 이용한다. In order to prepare a nanowire-dispersed solution, nanowires are first prepared, and then the nanowires are dispersed in a solvent.

나노와이어는 레이저를 이용한 촉매, 자기촉매 VLS방법, 유기금속화학증착 법(metal organic chemical vapour deposition; MOCVD) 등 다양한 방법으로 제조가 가능하다. 본 발명에 따른 나노와이어의 배열 방법에 있어서 나노와이어의 제조방법은 특별이 한정되지는 않으며 공지의 방법이라도 무방하다. Nanowires can be fabricated by a variety of methods including laser-assisted catalysis, autocatalytic VLS methods, and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). In the method of arranging the nanowires according to the present invention, the method of manufacturing the nanowires is not limited to a specific method and may be a known method.

예를 들어 상기한 MOCVD는 화학반응을 이용한 금속산화물의 박막 형성법으로, 진공으로 된 용기 안에서 가열된 기판에 증기압이 높은 금속의 유기화합물 증기를 보내어 그 금속 산화물을 기판에 성장시키는 기술이다. 이러한 MOCVD를 이용하면 금속산화물 반도체 결정을 기판 상에 에피택셜 성장(epitaxial growth)시킬 수 있으므로 본 발명에 사용되는 나노와이어를 제조할 수 있다. 본 방법에 의해 제조된 나노와이어는 이후 용매에 분산되게 된다.For example, the above-mentioned MOCVD is a technique of forming a thin film of a metal oxide using a chemical reaction, in which an organic compound vapor of a metal having a high vapor pressure is sent to a substrate heated in a vacuum container to grow the metal oxide on the substrate. By using such MOCVD, the metal oxide semiconductor crystal can be epitaxially grown on the substrate, so that the nanowire used in the present invention can be manufactured. The nanowires produced by this method are then dispersed in a solvent.

나노와이어가 분산된 용액을 준비하기 위해서는 극성 용매(polar solvent)를 사용하여 나노와이어를 분산시키는 과정을 거친다. In order to prepare a nanowire-dispersed solution, a polar solvent is used to disperse the nanowires.

극성 용매란 용매분자 내에 극성 작용기(또는 분자)를 가지고 있어 부분적으로 전하가 분리되어 있는 용매분자로 구성된 용매를 말한다. 극성 용매는 부분적인 전하의 분리로 인해 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 가지게 되며, 극성용매에 전기장이 가해지는 경우에는 상기 쌍극자 모멘트에 의해 전기장의 방향에 따라 용매가 정렬하거나 이동하게 된다.A polar solvent is a solvent composed of a solvent molecule having a polar functional group (or molecule) in a solvent molecule and having a partially separated charge. The polar solvent has a dipole moment due to the partial charge separation. When an electric field is applied to the polar solvent, the solvent is aligned or moved according to the direction of the electric field due to the dipole moment.

이러한 극성 용매로는 아세톤(acetone), 물, 이소프로필알콜(isopropyl alcohol) 등이 있으며, 본 발명에서는 상기 극성 용매 중 하나에 해당하거나, 또는 상기 극성 용매의 적어도 하나를 포함하는 혼합물 용액이 바람직하다. 실시예로서 헥산(hexane)과 상기 아세톤, 물, 이소프로필알콜 중 어느 한 극성 용매를 섞은 혼 합물을 나노와이어의 분산 용매로 사용 가능하다.Examples of such a polar solvent include acetone, water, and isopropyl alcohol. In the present invention, a mixture solution containing one of the polar solvents or at least one of the polar solvents is preferable . As an example, it is possible to use a mixture of hexane and any one of polar solvents such as acetone, water and isopropyl alcohol as a dispersion solvent for nanowires.

도 2c를 참조하면, 상기한 바와 같은 용매에 나노와이어를 분산시켜 나노와이어 분산 용액(131)을 준비한 다음에는 나노와이어 분산 용액(131)을 기판 상에 형성한 두 전극 사이에 적하한다. Referring to FIG. 2C, after the nanowire dispersion solution 131 is prepared by dispersing the nanowires in the solvent as described above, the nanowire dispersion solution 131 is dropped between the two electrodes formed on the substrate.

두 전극 사이에는 전압이 인가되어 전기장이 형성되어 있으므로 나노와이어 분산 용액(131)의 용매는 두 전극 사이에 형성된 전기장에 따라 쿨롱힘이 작용한다. 이에 따라, 도 2d와 같이 나노와이어(132)가 일정 방향으로 정렬하게 된다. 또한 용매가 이온의 형태를 띠는 경우에는 전기장의 방향에 따라 소정 방향으로의 방향성을 나타내며 이동하게 된다. 이에 따라 극성 용매에 분산된 나노와이어(132)는 용매의 배열방향 또는 이동방향과 같은 방향으로 배열된다.Since a voltage is applied between the two electrodes to form an electric field, the solvent of the nanowire dispersion solution 131 acts on the Coulomb force in accordance with the electric field formed between the two electrodes. As a result, the nanowires 132 are aligned in a predetermined direction as shown in FIG. In addition, when the solvent has an ionic form, the solvent moves in a predetermined direction depending on the direction of the electric field. The nanowires 132 dispersed in the polar solvent are arranged in the same direction as the arranging direction or the moving direction of the solvent.

도 3a와 도 3b는 극성용매에 전기장을 인가한 경우와, 인가하지 않은 경우의 극성용매분자의 배열 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. FIGS. 3A and 3B are diagrams schematically showing the arrangement states of polar solvent molecules when an electric field is applied to a polar solvent and when no electric field is applied. FIG.

도면을 참조하면, 극성용매에 있어서 극성분자 자체의 분극에 의해 용매분자가 어느 정도의 규칙성을 가질 수 있으나, 도 3a와 같이 대체적으로 무작위로 배열된다. 이에 반해 도 3b와 같이 극성용매에 전기장이 인가되면 용매분자의 분극된 정도에 따라 용매분자가 전기장의 방향에 따라 일정하게 정렬되어 특정 방향으로 방향성을 나타낸다. Referring to the drawings, solvent molecules may have some degree of regularity due to polarization of polar molecules themselves in a polar solvent, but they are generally randomly arranged as in FIG. On the other hand, when an electric field is applied to the polar solvent as shown in FIG. 3B, the solvent molecules are aligned in a certain direction according to the direction of the electric field according to the polarized degree of the solvent molecules, and are oriented in a specific direction.

따라서, 극성분자로 이루어진 용매에 나노와이어를 분산시킨 후 극성용매에 전기장을 가하게 되면 용매분자가 일정 방향으로 정렬하게 되고 이에 따라 나노와이어 또한 용매분자의 정렬방향에 대응하는 방향으로 정렬하게 되는 것이다.Therefore, when an electric field is applied to a polar solvent after nanowires are dispersed in a solvent made of a polar molecule, the solvent molecules are aligned in a certain direction, and the nanowires are aligned in a direction corresponding to the alignment direction of the solvent molecules.

또한, 나노와이어 용액 내에 이온이 존재하는 경우에는 이온이 전기장의 방향에 따라 이동하여 특정방향으로 방향성을 나타낼 수 있으므로, 나노와이어가 일정한 방향성을 갖도록 도와준다.In addition, when ions are present in the nanowire solution, the ions move along the direction of the electric field and can exhibit a direction in a specific direction, thereby helping the nanowire to have a certain directionality.

이때, 나노와이어(132) 자체는 극성을 띤 극성 분자일 수 있으나 그 자체의 쌍극자 모멘트에 의한 배열 효과는 미미하다. 이는 무극성 용매에 나노와이어(132)를 분산시킨 후 전기장을 인가하였을 때의 나노와이어(132)가 거의 배열되지 않는 것으로 확인할 수 있다. 그러나 나노와이어(132)를 극성 용매에 분산시킨 다음 전기장을 인가하면 용매에 의한 쌍극자모멘트에 의해 용매분자가 전기장 방향으로 배열되어 나노와이어 또한 전기장 방향으로 배열되는 효과가 크다.At this time, the nanowire 132 itself may be a polar polar molecule, but the effect of its own dipole moment arrangement is negligible. It can be confirmed that the nanowires 132 are hardly arranged when the electric field is applied after the nanowires 132 are dispersed in the apolar solvent. However, when the nanowire 132 is dispersed in a polar solvent and then an electric field is applied, the effect of the molecules of the solvent being arranged in the direction of the electric field by the dipole moment due to the solvent and arranging the nanowire in the electric field direction is also great.

두 전극 사이에 인가되는 전압은 두 전극 사이의 이격 거리에 따라 정도가 달라질 수 있다. 전기장의 세기는 거리의 함수이므로 두 전극 사이의 거리가 가까울수록 작은 값의 전압으로도 나노와이어(132)를 배열시킬 수 있기 때문이다. 그와 반대로 두 전극 사이의 거리가 멀면 상대적으로 큰 값의 전압을 인가하여 나노와이어(132)를 배열시켜야 한다.The voltage applied between the two electrodes may vary depending on the distance between the two electrodes. Since the intensity of the electric field is a function of the distance, the nanowire 132 can be arranged with a smaller voltage value as the distance between the two electrodes becomes shorter. On the other hand, if the distance between the two electrodes is large, the nanowire 132 should be arranged by applying a relatively large voltage.

이외에도 극성 용매의 종류와 나노와이어(132)의 크기 및 종류 등의 다양한 요인에 따라 적절한 값으로 인가한다. 예를 들어, 용매의 극성의 정도가 크면 상대적으로 용매의 극성이 작은 용매보다 작은 전압으로도 용매를 쉽게 배열시킬 수 있으므로 상대적으로 작은 값의 전압을 인가한다.In addition, a suitable value is applied according to various factors such as the type of the polar solvent and the size and kind of the nanowire 132. For example, when the degree of polarity of the solvent is large, the solvent can be easily arranged even at a voltage lower than that of the solvent having a relatively low polarity, so that a relatively small voltage is applied.

한편, 두 전극 사이에 전압을 인가하여 전기장을 형성하는 단계와 두 전극 사이에 나노와이어(132) 분산 용액(131)을 적하하여 나노와이어(132)를 배열시키는 단계는 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 전기장을 형성함과 동시에 나노와이어(132) 분산 용액(131)을 적하하여 나노와이어(132)를 배열시킬 수 있다. 또한, 먼저 나노와이어(132) 분산 용액(131)을 두 전극 사이에 적하하고 난 후 두 전극에 전압을 인가하여 전기장을 형성할 수도 있다. Meanwhile, a step of forming an electric field by applying a voltage between the two electrodes and a step of dropping the nanowire 132 dispersed solution 131 between the two electrodes to arrange the nanowires 132 may be performed at the same time. That is, the nanowires 132 may be arranged by dropping the dispersion solution 131 of the nanowires 132 while forming the electric field. In addition, an electric field may be formed by applying a voltage to the two electrodes after dropping the dispersion solution 131 of the nanowire 132 between the two electrodes.

그 다음에는 나노와이어 분산 용액(131)의 용매를 제거한다. 나노와이어(132) 자체로 반도체의 효과를 낼 수 있으므로 분산 용액(131)의 용매를 제거한다.Next, the solvent of the nanowire dispersion solution 131 is removed. Since the nanowire 132 itself can produce the effect of a semiconductor, the solvent of the dispersion solution 131 is removed.

분산 용액(131)의 용매를 제거하기 위해서는 비점이 낮고 휘발성이 강한 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 그 외에도 가온(加溫)하여 증발시키는 등의 방법으로 용매를 제거할 수 있다. 이때, 휘발성이 강한 용매를 사용하는 경우에는 별도의 공정을 거치지 않아도 쉽게 제거되기 때문에 나노와이어(132)를 쉽게 형성할 수 있어 나노와이어(132)의 분산 용매로서 바람직하다. In order to remove the solvent of the dispersion solution 131, it is preferable to use a solvent having a low boiling point and a high volatility. In addition, the solvent may be removed by heating or evaporation. In this case, when a solvent having high volatility is used, the nanowire 132 can be easily formed because it can be easily removed without a separate process, which is preferable as a dispersion solvent for the nanowire 132.

상기한 바와 같은 방법으로 전기장을 인가하여 나노와이어를 일정한 방향으로 배열할 수 있다. 일정한 방향으로 배열된 나노와이어는 일정한 방향성 없이 배열된 나노와이어에 비해 일정 방향으로의 반도체 특성이 향상되는 효과가 있다. 즉, 소스전극으로부터 출력된 전자(e-)는 소스전극과 드레인전극 사이에 일방향으로 배열된 나노와이어를 통해 드레인전극으로 입력되는데, 나노와이어가 소스전극에서 드레인전극 방향으로 일정하게 배열되어 있으므로 전자흐름의 경로가 단축되며 전자흐름에 대한 트랜지스터의 온(ON) 특성이 향상된다.The nanowires can be arranged in a certain direction by applying an electric field as described above. The nanowires arranged in a certain direction have an effect of improving the semiconductor characteristics in a certain direction as compared with the nanowires arranged without a certain directionality. That is, the electrons e - outputted from the source electrode are input to the drain electrode through the nanowires arranged in one direction between the source electrode and the drain electrode. Since the nanowires are arranged uniformly in the direction from the source electrode to the drain electrode, The flow path is shortened and the ON characteristics of the transistor with respect to the electron flow are improved.

본 발명의 실시예에 따르면 나노와이어 분산 용액과 전기장을 이용하여 간단한 방법으로 나노와이어를 원하는 방향으로 배열시킬 수 있는 장점이 있으며 전기장을 형성하는 전극의 위치와 간격을 조절함으로써 대면적에서도 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention, nanowires can be arranged in a desired direction by a simple method using a nanowire dispersion solution and an electric field, and can be easily applied to a large area by adjusting the positions and intervals of the electrodes forming the electric field There is an advantage that it can be.

또한 기존의 발명에서 나노와이어의 패터닝을 위해 수행하는 포토리소그래피 등의 별도의 공정을 진행할 필요가 없으므로 공정이 간단해지고 필요 이상의 나노와이어를 낭비하는 것이 줄어들기 때문에 시간과 비용상의 이점이 있다.In addition, since the conventional process does not require a separate process such as photolithography performed for patterning the nanowire, the process is simplified and waste of unnecessary nanowires is reduced, resulting in time and cost advantages.

그 뿐만 아니라 나노와이어의 종류에 관계없이 용매의 극성 여부에 따라 배열의 정도를 결정할 수 있어 나노와이어 재료 선택의 폭이 넓다.In addition, regardless of the type of nanowire, the degree of alignment can be determined depending on the polarity of the solvent, and thus the selection of the nanowire material is wide.

본 발명에 대해서 구체적으로 기재된 설명은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. The detailed description of the invention should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than as limiting the scope of the invention.

따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.Accordingly, the invention is not to be determined by the embodiments described, but should be determined by equivalents to the claims and the appended claims.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 나노와이어의 배열방법은 복잡한 공정 없이 대면적 기판에 나노와이어를 효과적으로 배열하는 방법을 제공한다.As described above, the method of arranging nanowires according to the present invention provides a method of effectively arranging nanowires on a large-area substrate without complicated processes.

Claims (14)

기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate; 상기 기판 상에 도전성 물질을 증착한 후 포토리소그래피 방법으로 패터닝하여 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계;Depositing a conductive material on the substrate, and patterning the conductive material by a photolithography method to form a first electrode and a second electrode; 유기금속화학증착법을 이용하여 나노와이어를 형성하는 단계;Forming a nanowire using an organic metal chemical vapor deposition method; 상기 나노와이어를 세톤(acetone), 물, 이소프로필알콜(isopropyl alcohol) 중 적어도 하나를 포함하는 극성용매에 분산시키는 단계;Dispersing the nanowire in a polar solvent comprising at least one of acetone, water, and isopropyl alcohol; 상기 제1전극 및 제2전극이 형성된 기판 상에 상기 나노와이어가 분산된 용액을 적하하는 단계;Dropping a solution in which the nanowires are dispersed on a substrate on which the first electrode and the second electrode are formed; 상기 제1전극과 제2전극에 전압을 인가하는 단계; 및Applying a voltage to the first electrode and the second electrode; And 상기 나노와이어가 분산된 용액의 용매를 제거하는 단계Removing the solvent of the solution in which the nanowires are dispersed 를 포함하는 나노와이어 배열방법./ RTI &gt; 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1전극과 제2전극에 전압을 인가하는 단계는,Wherein the step of applying a voltage to the first electrode and the second electrode comprises: 상기 제1전극과 제2전극에 프로브를 접촉시켜 전압을 인가하여 전기장을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노와이어 배열방법.And contacting the probe to the first electrode and the second electrode to apply a voltage to form an electric field. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 용매를 제거하는 단계는 상기 용매를 휘발시키는 것을 특징으로 하는 나노와이어 배열방법.Wherein the step of removing the solvent comprises volatilizing the solvent. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 용매를 제거하는 단계는 상기 용액에 열을 가하여 용매를 제거하는 것을 특징으로 하는 나노와이어 배열방법.Wherein the step of removing the solvent comprises applying heat to the solution to remove the solvent. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1전극 및 제2전극이 형성된 기판 상에 상기 나노와이어가 분산된 용액을 적하하는 단계와, 상기 제1전극과 제2전극에 전압을 인가하는 단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 나노와이어 배열방법.The method comprising: dropping a solution of the nanowires dispersed on a substrate having the first and second electrodes formed thereon; and applying a voltage to the first and second electrodes simultaneously. Array method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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