KR101441062B1 - Laminated body comprising graphene and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
그래핀을 포함한 적층체 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 적층체는 전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-Assembled Monolayers); 자기조립단분자층 상에 배치되고, 그래핀을 포함하는 그래핀층(graphene layer); 그래핀층 상에 배치되고, 전자주는 기 및 전자받는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층; 및 자립조립단분자층의 양 측면 중 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되거나 또는 상기 박막층의 양 측면 중 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되는 기재;를 포함할 수 있다. 이에 의하여, 본 발명의 적층체를 포함하는 전자소자 또는 트랜지스터 소자는 이중겹의 그래핀 상층과 하층을 모두 분자적 방법을 기반으로 개질함으로써 고해상도의 리소그래피 공정과정을 필요로 하지 않고 종래 그래핀 소자에 비하여 점멸비에 따른 성능향상을 도모함은 물론 제조공정을 간단히 하고 비용을 절감할 수 있다.A laminate including graphene and a manufacturing method thereof are disclosed. The stack of the present invention may include self-assembled monolayers (SAMs) comprising a first molecule having any one selected from an electron-donating group and an electron-withdrawing group; A graphene layer disposed on the self-assembled monolayer and comprising graphene; A thin film layer disposed on the graphene layer and including a second molecule having any one selected from an electron donating group and an electron accepting group; And a substrate disposed on the opposite side of the opposite face of the graphene layer on either side of the self-assembled monolayer or on the opposite side of the opposite side of the graphene layer on both sides of the thin film layer. Thus, the electronic device or the transistor device including the laminate of the present invention can be manufactured by modifying the upper and lower layers of the double-layered graphene based on a molecular method so that a high-resolution lithography process is not required, It is possible to improve the performance according to the blinking ratio as well as to simplify the manufacturing process and reduce the cost.
Description
본 발명은 그래핀을 포함하는 적층체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그래핀을 이용하면서 그래핀의 상하부를 모두 개질하여 밴드갭을 조절하고 점멸비를 향상시킨 그래핀을 포함하는 적층체, 그의 제조방법, 및 그를 이용한 전자소자와 트랜지스터 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a laminate including graphene and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a laminate including graphene and a method of manufacturing the same, which includes graphene, which modifies the upper and lower portions of graphene using graphene, A method of manufacturing the same, and an electronic device and a transistor device using the same.
그래핀은 모든 원자가 동등한 대칭성을 가지기 때문에 특이적인 에너지-운동량 분산관계를 가진다. 특히 역격자 공간의 단위 격자마다 에너지 밴드 구조가 한 점으로 만나는 콘 비정상(Kohn anomaly)을 가지며, 이러한 에너지 밴드 구조를 Dirac cone이라 한다. 이러한 성질 때문에 그래핀은 실리콘보다 100배 이상의 매우 높은 전하 이동도를 가지며, 반도체와 유사하게 끄고(0) 켜지는(1) 점멸 특성을 보인다. 또한 기존의 실리콘 재료에 비해 월등히 우수한 기계적, 광학적 특성과 열적 특성을 가지기 때문에 실리콘을 대체할 차세대 전자 소재로 매우 높은 가능성이 있다.Graphene has a specific energy-momentum dispersion relationship because all atoms have equal symmetry. In particular, each lattice of the reciprocal lattice space has a Kohn anomaly where the energy band structure meets at one point, and this energy band structure is called the Dirac cone. Because of this property, graphene has a very high charge mobility of more than 100 times that of silicon and exhibits flicker-like characteristics (1) that are turned off (0) and turned on (1). In addition, it has very high mechanical, optical and thermal properties compared to conventional silicon materials, so it is very likely to be a next generation electronic material to replace silicon.
그럼에도 불구하고 그래핀을 반도체 소자로 응용하는데 제약이 있는데, 그 대표적인 이유는 그래핀이 반도체와 유사한 점멸 특성이 있지만, 일반적인 반도체와 다르게 밴드갭을 가지지 않기 때문에 그래핀 소자를 끄기(0) 힘들며, 따라서 점멸 특성이 매우 낮다는 문제점이 있다. Nevertheless, there is a limitation in application of graphene as a semiconductor device, and its typical reason is that graphene has flicker-like characteristics similar to semiconductors, but unlike ordinary semiconductors, it does not have a bandgap, Therefore, there is a problem that the flicker characteristic is very low.
따라서 이를 극복하기 위해 그래핀에 밴드갭을 유도하는 것이 중요한 연구 이슈로 진행되고 있다. 기본적인 연구 방향은 그래핀의 비대칭성을 유도하는 것으로, 수나노 크기의 그래핀 리본을 만들거나, 이중층 그래핀에 전기장을 가하는 방법이 있다. 또한 그래핀에 다른 원소를 치환하여 그래핀의 비대칭성을 유도하는 방법도 제시되고 있다. Therefore, to overcome this problem, inducing a bandgap in graphene is an important research issue. The basic research direction is to induce the asymmetry of graphene, by making graphene ribbons of several nanometers in size, or by applying an electric field to bilayer graphene. Also, a method of inducing graphene asymmetry by substituting other elements for graphene is also proposed.
그러나 이러한 방법들은 나노수준의 분자 구조 제어와 리소그래피 공정을 필요로 한다는 단점이 있으며, 따라서 재현성 있도록 제어하기가 쉽지 않다. 또한 전기장을 가하는 등의 방법은 3개의 채널을 가지는 기존의 반도체 소자의 구조와 달리 4개의 채널을 필요로 하기 때문에 전력의 소모가 크고 기존의 전자부품에 적용할 수 없다는 큰 단점이 있다.However, these methods have disadvantages in that they require nano-level molecular structure control and lithography processes, and thus are difficult to control for reproducibility. In addition, the method such as applying an electric field requires four channels unlike a conventional semiconductor device having three channels, which consumes a large amount of power and can not be applied to existing electronic components.
이러한 종래 기술의 문제점들은 소자의 특성 및 공정과정을 복잡하게 하고, 결국 생산성, 신뢰성, 경제성의 저하를 초래하여 그래핀의 전자 소자로의 응용 및 사용화에 걸림돌이 되어왔다.Such problems of the prior art complicate the characteristics of the device and the process of the device, and as a result, the productivity, reliability, and economical efficiency are lowered, which hinders the application and use of graphene as an electronic device.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고해상도의 리소그래피 공정을 수행하지 않고도 분자적인 방법에 기초하여 그래핀의 밴드갭 조절을 할 수 있는 그래핀 개질 방법을 제공하며, 개질된 그래핀을 포함하는 전자소자, 트랜지스터 소자를 제조하여 높은 점멸비에 따른 성능 향상을 도모함은 물론 제조공정을 간단히 하고 비용을 절감하도록 하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a graphene modification method capable of adjusting a bandgap of graphene based on a molecular method without performing a high resolution lithography process, The present invention relates to an electronic device and a transistor device, and more particularly, to an electronic device and a transistor device.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-Assembled Monolayers); 상기 자기조립단분자층 상에 배치되고, 그래핀을 포함하는 그래핀층(graphene layer); 상기 그래핀층 상에 배치되고, 전자주는 기 및 전자받는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층; 및 상기 자립조립단분자층의 양 측면 중 상기 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되거나 또는 상기 박막층의 양 측면 중 상기 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되는 기재;를 포함하는, 적층체가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a self-assembled monolayer comprising a first molecule having any one selected from an electron-donating group and an electron-withdrawing group. (SAMs; Self-Assembled Monolayers); A graphene layer disposed on the self-assembled monolayer and including graphene; A thin film layer disposed on the graphene layer and including a second molecule having any one selected from an electron donating group and an electron accepting group; And a substrate disposed on a side opposite to the surface facing the graphene layer or on a surface opposite to the side facing the graphene layer on both sides of the thin film layer, A laminate is provided.
본 발명에서 상기 자기조립단분자층은 전자주는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자받는 기를 함유하는 제2분자를 포함할 수 있다.In the present invention, the self-assembled monolayer includes a first molecule containing an electron-withdrawing group, and the thin-film layer may comprise a second molecule containing an electron-withdrawing group.
본 발명에서 상기 자기조립단분자층은 전자받는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자주는 기를 함유하는 제2분자를 포함할 수 있다.In the present invention, the self-assembled monolayer includes a first molecule containing an electron acceptor, and the thin layer may comprise a second molecule containing an electron donating group.
본 발명에서, 상기 전자주는 기(electron-donating group)는 아미노기, C1 내지 C30 아민기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C30 알킬하이드록시기, 할로겐기 및 하이드록시기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the electron-donating group is a group consisting of an amino group, a C1 to C30 amine group, a C1 to C30 alkyl group, a C1 to C30 alkoxy group, a C1 to C30 alkylhydroxy group, a halogen group and a hydroxy group ≪ / RTI >
본 발명에서 상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)는 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 및 트리시아노메틸기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the electron-withdrawing group may be a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, a triiodomethyl group, And the like.
본 발명에서 상기 자기조립단분자층이 포함하는 상기 제1분자가 상기 기재와 결합하는 분자단위는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In the present invention, the molecular unit in which the first molecule included in the self-assembled monolayer binds to the substrate may be represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C30의 알킬기이고,R 1 and R 2 may be the same or different and are each independently a hydrogen atom or a C1 to C30 alkyl group,
n은 0 내지 20의 정수이고,n is an integer of 0 to 20,
D는 전자주는 기 또는 전자받는 기이다.D is an electron-donor or electron-acceptor.
본 발명에서 상기 전자주는 기(electron-donating group)를 갖는 제1분자는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리메톡실릴프로필디에틸렌트리아민, 아미노트리에틸실란, 옥타데실트리클로로실란, 브로모트리에톡시실란, 클로로트리에톡시실란, 하이드록시트리에톡시실란, 트리데카플루오로-n-옥틸트리에톡시실란, N-[2-아미노에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(트리메톡실릴프로필)에틸렌디아민 트리아세트산, 에폭시헥실트리에톡시실란, 에틸렌디아민 및 올리고머 실세스퀴옥산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the first molecule having an electron-donating group is preferably selected from the group consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine, aminotriethylsilane, octadecyltrichlorosilane, Aminopropyltrimethoxysilane, bromotriethoxysilane, chlorotriethoxysilane, hydroxytriethoxysilane, tridecafluoro-n-octyltriethoxysilane, N- [2-aminoethyl] And at least one selected from the group consisting of N- (trimethoxysilylpropyl) ethylenediamine triacetic acid, epoxyhexyltriethoxysilane, ethylenediamine and oligomeric silsesquioxane.
본 발명에서 상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제1분자는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다. In the present invention, the first molecule having an electron-withdrawing group may be a compound represented by the following formula (2).
[화학식 2](2)
상기 화학식 2에서, R3 내지 R5는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C9 알킬기이고, q은 0 내지 10의 정수이고, r은 0 내지 10의 정수이다.In the general formula (2), R 3 to R 5 may be the same or different from each other and are each independently a hydrogen atom or a C 1 to C 9 alkyl group, q is an integer of 0 to 10, and r is an integer of 0 to 10.
본 발명에서 상기 그래핀은 단일겹그래핀(monolayer graphene) 및 이중겹그래핀(bilayer graphene), 바람직하게는 이중겹그래핀(bilayer graphene)일 수 있다.In the present invention, the graphene may be a monolayer graphene and a bilayer graphene, preferably a bilayer graphene.
본 발명에서 상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제2분자는 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.In the present invention, the second molecule having the electron-withdrawing group may be represented by the following formula (3).
[화학식 3](3)
상기 화학식 3에서,In Formula 3,
R6 내지 R9는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 또는 트리시아노메틸기이고,R 6 to R 9 may be the same or different and each independently represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, Lt; / RTI >
R10 내지 R13은 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 또는 트리시아노메틸기이다.R 10 to R 13 may be the same or different and each independently represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, Lt; / RTI >
본 발명에서 상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제2분자는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 멜라민(Melamine), 클로로포름(Chloroform), 물(H2O), 오존(Ozone), 9,10-디브로모안트라센(9,10-dibromoanthracene), 테트라소디움(tetrasodium), 1,3,6,8-파이렌테트라설포닉산(1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid), 과불소계 고분자(perfluorinated polymer, CYTOP) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 멜라민(Melamine), 9,10-디브로모안트라센(9,10-dibromoanthracene), 테트라소디움(tetrasodium), 1,3,6,8-파이렌테트라설포닉산(1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid), 과불소계 고분자(perfluorinated polymer, CYTOP) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 9,10-디브로모안트라센(9,10-dibromoanthracene), 테트라소디움(tetrasodium), 과불소계 고분자(perfluorinated polymer, CYTOP) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the second molecule having an electron-withdrawing group is selected from the group consisting of F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), melamine, (H 2 O), ozone, 9,10-dibromoanthracene, tetrasodium, 1,3,6,8-pyrene tetrasulfo May be at least one member selected from the group consisting of 1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid, perfluorinated polymer (CYTOP), and polymethyl methacrylate (PMMA) Is a compound selected from the group consisting of F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), melamine, 9,10-dibromoanthracene, tetrasodium, 1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid, perfluorinated polymer (CYTOP) and poly (methyl methacrylate, PMMA) And more preferably at least one selected from the group consisting of F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 9,10-dibromoanthracene ), Tetrasodium, perfluorinated polymer (CYTOP), and poly (methyl methacrylate) (PMMA).
본 발명에서 상기 전자주는 기(electron-donating group)를 갖는 제2분자는 질산(HNO3) 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3), 삼염화금(AuCl3), 트리아진(triazine), Ag 입자, Al 입자, 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene), 니트로메탄(Nitromethane), HAuCl4, 황산(H2SO4) 및 염산(HCl)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 삼염화금(AuCl3), 트리아진(triazine), 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 및 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 트리아진(triazine), 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 및 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the second molecule having an electron-donating group is selected from the group consisting of nitric acid (HNO 3 ) nitrogen dioxide (NO 2 ), ammonia (NH 3 ), gold trichloride (AuCl 3 ), triazine, Particles, Al particles, 1,5-naphthalenediamine, 9,10-dimethylanthracene, Nitromethane, HAuCl 4 , sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and Hydrochloric acid (HCl), and preferably at least one selected from the group consisting of AuCl 3 , triazine, 1,5-naphthalenediamine, and 9,10- Dimethylanthracene, and more preferably at least one selected from the group consisting of triazine, 1,5-naphthalenediamine, and 9,10-dimethyl And anthracene (9,10-dimethylanthracene).
본 발명에서 상기 기재는 금속 산화물, 반도체, 유리 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the substrate may be at least one selected from the group consisting of metal oxides, semiconductors, glass, and plastics.
본 발명에서 상기 기재는 상기 자기조립단분자층에 대향하는 상기 기재의 표면부가 산화물을 포함하는 것일 수 있다.In the present invention, the substrate may be one in which the surface portion of the substrate facing the self-assembled monolayer includes an oxide.
본 발명에서 상기 그래핀 층은 상기 전자주는 기에 의해 n 도핑 되고, 상기 전자받는 기에 의해 p 도핑 되는 것일 수 있다.In the present invention, the graphene layer may be n-doped by the electron-donating group and p-doped by the electron-accepting group.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면 본 발명의 적층체를 포함하는 전자소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electronic device including the laminate of the present invention.
본 발명의 또 다른 하나의 측면에 따르면 기재; 상기 기재상에 배치되는 소스 전극 및 드레인 전극; 상기 기재 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되고, 전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-assembled monolayers); 상기 자기조립단분자층 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되고, 그래핀을 포함하는 그래핀층(graphene layer); 및 상기 그래핀층 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되고, 전자받는 기 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층;을 포함하는 트랜지스터 소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, A source electrode and a drain electrode disposed on the substrate; A first molecule disposed on the substrate and electrically connected to the source electrode and the drain electrode and having any one selected from an electron-donating group and an electron-withdrawing group; Self-assembled monolayers (SAMs); A graphene layer disposed on the self-assembled monolayer and electrically connected to the source electrode and the drain electrode, the graphene layer including graphene; And a thin film layer disposed on the graphene layer, the thin film layer including a second molecule electrically connected to the source electrode and the drain electrode, the second molecule having any one of an electron acceptor and an electron donor do.
본 발명에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In the present invention, the source electrode and the drain electrode may be formed of Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, , Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, and Zn.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 그래핀을 포함하는 그래핀층을 제조하는 단계; 전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-assembled monolayers)을 기재 상에 형성하는 단계; 상기 자기조립단분자층 상에 상기 그래핀층(graphene layer)을 형성하는 단계; 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층을 상기 그래핀층 상에 형성하는 단계;를 포함하는 적층체의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a graphene sheet, comprising the steps of: preparing a graphene layer containing graphene; Forming self-assembled monolayers (SAMs) on a substrate, the self-assembled monolayers comprising a first molecule having any one selected from an electron-donating group and an electron-withdrawing group; Forming a graphene layer on the self-assembled monolayer; And forming a thin film layer on the graphene layer, the thin film layer including a second molecule having any one selected from the group consisting of an electron-withdrawing group and an electron-donating group.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 그래핀을 포함하는 그래핀층을 준비하는 단계; 전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-assembled monolayers)을 기재 상에 형성하는 단계; 상기 그래핀층(graphene layer)을 상기 자기조립단분자층 상에 형성하는 단계; 상기 자기조립단분자층 및 상기 그래핀층과 전기적으로 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 상기 기재상에 형성하는 단계; 및 소스 전극 및 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 박막층으로서, 전자받는 기(electron-withdrawing group) 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층을 상기 그래핀층 상에 형성하는 단계;를 포함하는 트랜지스터 소자의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a graphene layer including graphene; Forming self-assembled monolayers (SAMs) on a substrate, the self-assembled monolayers comprising a first molecule having any one selected from an electron-donating group and an electron-withdrawing group; Forming the graphene layer on the self-assembled monolayer; Forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the self-assembled monolayer and the graphene layer on the substrate; And forming a thin film layer on the graphene layer, the thin film layer including a second molecule having any one selected from an electron-withdrawing group and an electron-donating group, the thin film layer being electrically connected to the source electrode and the drain electrode; A method of manufacturing a transistor element is provided.
본 발명의 그래핀 적층체를 이용한 전자소자는 그래핀 상부와 하부를 모두 분자적 방법을 기반으로 개질함으로써 고해상도의 리소그래피 공정을 필요로 하지 않고도 종래의 그래핀 소자에 비하여 점멸비에 따른 성능향상을 도모하고, 전하이동 특성과 밴드갭을 용이하게 조절할 수 있으며, 제조공정이 간단하고 비용을 절감하는 효과가 있다.The electronic device using the graphene laminate of the present invention can improve the performance according to the blinking ratio compared to the conventional graphene device without requiring a high-resolution lithography process by modifying both the graphene upper part and the lower part based on a molecular method The charge transfer characteristics and the band gap can be easily controlled, and the manufacturing process is simple and the cost is reduced.
도 1은 본 발명의 그래핀을 포함한 적층체의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 적층체를 포함한 트랜지스터 소자의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 그래핀을 포함한 적층체의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 적층체를 포함한 트랜지스터 제조공정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 트랜지스터 소자에 포함되는 적층체의 구조를 화학구조식을 이용하여 나타낸 개략도이다.
도 6은 이중겹 그래핀의 도핑에 따른 전자적 특성변화를 나타낸 것이다.
도 7은 F4-TCNQ 층 두께에 따른 트랜지스터 소자의 특성변화를 나타낸 것이다.
도 8은 이중겹 그래핀의 트랜지스터 출력 특성을 나타낸 것이다.
도 9는 분자 시뮬레이션을 이용하여 그래핀과 분자 사이의 전하이동을 통한 밴드 구조 변화를 계산한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 이중겹 그래핀과 단일겹 그래핀의 도핑에 따른 전류-전압(current-voltage) 전이 특성을 비교한 그래프이고, 여기서 (a)는 이중겹 그래핀 (b) 단일겹 그래핀의 특성에 관한 것이다.
도 11은 실시예 1에서 제조된 NH2-SAMS으로 개질된 SiO2(두께 300nm)/Si 기재 상에 이중겹 그래핀 FETs(fabricating field-effect transistors)가 형성되었음을 보여주는 Optical microscopy 이미지이고, 좌측상단의 삽입 그림은 적층된 그래핀이 이중겹그래핀임을 확인시켜주는 라만스펙트럼을 도시한 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a laminate including graphene of the present invention. FIG.
2 is a side cross-sectional view showing a structure of a transistor element including the laminate of the present invention.
3 is a flowchart sequentially showing a method for producing a laminate including graphene of the present invention.
4 is a schematic view showing a transistor manufacturing process including the laminate of the present invention.
5 is a schematic view showing the structure of a laminate included in a transistor element manufactured according to Embodiment 1 of the present invention, using a chemical structural formula.
FIG. 6 shows changes in electronic characteristics due to the doping of double-layer graphenes.
FIG. 7 shows a characteristic change of the transistor device according to the F4-TCNQ layer thickness.
8 shows the transistor output characteristics of the double-layer graphene.
FIG. 9 shows a result of calculating a change in band structure through charge transfer between graphene and a molecule using molecular simulation.
10 is a graph comparing current-voltage transition characteristics according to doping of a double-layer graphene and a single-layer graphene, wherein (a) shows the characteristics of double-layer graphene (b) .
11 is an optical microscopy image showing that double layered graphene FETs (fabricating field-effect transistors) were formed on SiO 2 (
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The invention is capable of various modifications and may have various embodiments, and particular embodiments are exemplified and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Furthermore, terms including an ordinal number such as the first, second, etc. to be used below can be used to describe various elements, but the constituent elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when an element is referred to as being "formed" or "laminated" on another element, it may be directly attached or laminated to the front surface or one surface of the other element, It will be appreciated that other components may be present in the < / RTI >
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란 별도의 정의가 없는 한, 지방족 탄화수소기를 의미한다. 알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"일 수 있다. As used herein, the term "alkyl group" means an aliphatic hydrocarbon group, unless otherwise defined. The alkyl group may be a "saturated alkyl group" which does not contain any double or triple bonds.
알킬기는 적어도 하나의 이중결합 또는 삼중결합을 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"일 수도 있다.The alkyl group may be an "unsaturated alkyl group" comprising at least one double bond or triple bond.
알킬기는 C1 내지 C30 알킬기일 수 있고, C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로 알킬기는 C1 내지 C10 알킬기 또는 C1 내지 C6 알킬기일 수도 있다.The alkyl group may be a C1 to C30 alkyl group, and may be a C1 to C20 alkyl group. More specifically, the alkyl group may be a C1 to C10 alkyl group or a C1 to C6 alkyl group.
본 명세서에서 아민기는 C1 내지 C30 아민기일 수 있고, C1 내지 C20 아민기일 수 있다. 보다 구체적으로 아민기는 C1 내지 C10 아민기 또는 C1 내지 C6 아민기일 수도 있다. As used herein, the amine group may be a C1 to C30 amine group and may be a C1 to C20 amine group. More specifically, the amine group may be a C1 to C10 amine group or a C1 to C6 amine group.
본 명세서에서 알콕시기는 C1 내지 C30 알콕시기일 수 있고, C1 내지 C20 알콕시기일 수 있다. 보다 구체적으로 알콕시기는 C1 내지 C10 알콕시기 또는 C1 내지 C6 알콕시기일 수도 있다.In the present specification, the alkoxy group may be a C1 to C30 alkoxy group and may be a C1 to C20 alkoxy group. More specifically, the alkoxy group may be a C1 to C10 alkoxy group or a C1 to C6 alkoxy group.
본 명세서에서 알킬하이드록시기는 C1 내지 C30 알킬하이드록시기일 수 있고, C1 내지 C20 알킬하이드록시기일 수 있다. 보다 구체적으로 알킬하이드록시기는 C1 내지 C10 알킬하이드록시기 또는 C1 내지 C6 알킬하이드록시기일 수도 있다.In the present specification, the alkylhydroxy group may be a C1 to C30 alkylhydroxy group and may be a C1 to C20 alkylhydroxy group. More specifically, the alkylhydroxy group may be a C1 to C10 alkylhydroxy group or a C1 to C6 alkylhydroxy group.
먼저, 본 발명의 그래핀을 포함하는 적층체와 이를 이용한 트랜지스터 소자의 구조를 설명한 후, 그 제조방법에 대해 설명하도록 한다.First, the structure of the laminate including the graphene of the present invention and the transistor device using the same will be described, and then a manufacturing method thereof will be described.
도 1은 본 발명의 그래핀을 포함한 적층체의 구조를 나타낸 측단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a laminate including graphene of the present invention. FIG.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 그래핀을 포함한 적층체(100)의 구조를 설명하도록 한다.Hereinafter, the structure of the
본 발명의 적층체(100)는, 전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(20); 상기 자기조립단분자층 상에 배치되고, 그래핀을 포함하는 그래핀층(30); 상기 그래핀층 상에 배치되고, 전자주는 기 및 전자받는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층(40); 및 상기 자립조립단분자층의 양 측면 중 상기 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되거나 또는 상기 박막층의 양 측면 중 상기 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되는 기재(1);를 포함할 수 있다.The
본 발명의 적층체(100)는 바람직하게는 하부로부터 기재(10), 전자주는 기 및 전자받는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(20), 그래핀층(30) 및 전자받는 기 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층(40)을 포함한다.The
본 발명의 하나의 실시예에 따르면 상기 자기조립단분자층은 전자주는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자받는 기를 함유하는 제2분자를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the self-assembled monolayer includes a first molecule containing an electron-withdrawing group, and the thin layer may comprise a second molecule containing an electron-withdrawing group.
또한 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 자기조립단분자층은 전자받는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자주는 기를 함유하는 제2분자를 포함할 수 있다.Also according to one embodiment of the present invention, the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron acceptor and the thin layer may comprise a second molecule containing an electron donor group.
기재(10)는 금속 산화물, 반도체, 유리 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라, 기재층(12)과 산화물층(14)으로 이루어질 수 있다.The
산화물층(14)은 산소에 의해 소정의 두께만큼 기재가 도핑된 부분이다. 이때, 산화물층(14)은 20nm~300nm 두께 범위로 형성된 것이 바람직하다.The oxide layer 14 is a portion doped with a predetermined thickness of the substrate by oxygen. At this time, the oxide layer 14 has a thickness ranging from 20 nm to 300 nm Is preferably formed.
전자주는기 또는 전자받는 기를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(20)은 기재(10)상에 배치된다.A self-assembled
이때, 상기 전자주는 기는, 아미노기, C1 내지 C30 아민기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C30 알킬하이드록시기, 할로겐기 및 하이드록시기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. The electron-donating group may be at least one selected from the group consisting of an amino group, a C1 to C30 amine group, a C1 to C30 alkyl group, a C1 to C30 alkoxy group, a C1 to C30 alkylhydroxy group, a halogen group and a hydroxy group.
또한 상기 전자 받는 기는 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 및 트리시아노메틸기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.Also, May be at least one member selected from the group consisting of a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, a triiodomethyl group and a tricyanomethyl group.
또한, 상기 전자주는 기를 갖는 제1분자가 상기 기재(10)와 결합하는 분자단위는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The molecular unit in which the first molecule having the electron-withdrawing group is bonded to the
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C30의 알킬기이고,R 1 and R 2 may be the same or different and are each independently a hydrogen atom or a C1 to C30 alkyl group,
n은 0 내지 20의 정수이고,n is an integer of 0 to 20,
D는 전자주는 기 또는 전자받는 기이다. 여기서 전자주는 기와 전자받는 기는 위에서 설명한 바와 동일하다.D is an electron-donor or electron-acceptor. Here, the electron donating unit and electron accepting unit are the same as those described above.
상기 전자주는 기(electron-donation group)를 갖는 제1분자는, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리메톡실릴프로필디에틸렌트리아민, 아미노트리에틸실란, 옥타데실트리클로로실란, 브로모트리에톡시실란, 클로로트리에톡시실란, 하이드록시트리에톡시실란, 트리데카플루오로-n-옥틸트리에톡시실란, N-[2-아미노에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(트리메톡실릴프로필)에틸렌디아민 트리아세트산, 에폭시헥실트리에톡시실란, 에틸렌디아민 및 올리고머 실세스퀴옥산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The first molecule having an electron-donating group is preferably selected from the group consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine, aminotriethylsilane, octadecyltrichlorosilane, N-octyltriethoxysilane, N- [2-aminoethyl] -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-methyltriethoxysilane, N- (Trimethoxysilylpropyl) ethylenediamine triacetic acid, epoxyhexyltriethoxysilane, ethylenediamine, and oligomeric silsesquioxane.
본 발명에서 상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제1분자는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.In the present invention, the first molecule having an electron-withdrawing group may be a compound represented by the following formula (2).
[화학식 2](2)
상기 화학식 2에서, R3 내지 R5는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C9 알킬기이고,In the general formula (2), R 3 to R 5 may be the same or different from each other and are each independently a hydrogen atom or a C 1 to C 9 alkyl group,
q은 0 내지 10의 정수이고,q is an integer of 0 to 10,
r은 0 내지 10의 정수이다.and r is an integer of 0 to 10.
그래핀층(30)은 자기조립단분자층(20) 상에 배치되며, 그래핀 하층(32)과 그래핀 상층(34)으로 이루어진 이중겹 그래핀 또는 단일겹 그래핀, 바람직하게는 이중겹 그래핀일 수 있다. The
상기 그래핀층(30)은 상기 전자주는 기에 의해 n도핑되고, 상기 전자받는 기에 의해 p도핑될 수 있다. 상세하게는, 이중겹 그래핀의 경우, 그래핀 하층(32)은 전자주는 기로부터 전자를 받아 n도핑되고, 그래핀 상층(34)은 전자받는 기에 전자를 주어 p도핑될 수 있다. 마찬가지로, 단일겹 그래핀은 그래핀의 하부와 상부에서 각각 n도핑 및 p도핑이 이루어질 수 있다. The
전자받는 기 또는 전자주는 기를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층(40)은 그래핀층(30)상에 배치되고 그래핀층(30)의 상부를 개질하는 역할을 수행할 수 있으며, 그 두께는 5~25Å 범위 형성되는 것이 바람직하다.A
상기 전자받는 기는 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 및 트리시아노메틸기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The electron acceptor may be at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine, cyan, trifluoromethyl, trichloromethyl, tribromomethyl, triiodomethyl and tricyanomethyl .
또한, 상기 전자받는 기를 갖는 제2분자는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.Further, the second molecule having the electron acceptor may be represented by the following formula (3).
[화학식 3](3)
상기 화학식 3에서,In Formula 3,
R3 내지 R6은 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 또는 트리시아노메틸기이고,R 3 to R 6 may be the same or different and each independently represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, Lt; / RTI >
R7 내지 R10은 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 또는 트리시아노메틸기이다.R 7 to R 10 may be the same or different and each independently represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, Lt; / RTI >
또한 상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제2분자는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 멜라민(Melamine), 클로로포름(Chloroform), 물(H2O), 오존(Ozone), 9,10-디브로모안트라센(9,10-dibromoanthracene), 테트라소디움(tetrasodium), 1,3,6,8-파이렌테트라설포닉산(1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid), 과불소계 고분자(perfluorinated polymer, CYTOP) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 멜라민(Melamine), 9,10-디브로모안트라센(9,10-dibromoanthracene), 테트라소디움(tetrasodium), 1,3,6,8-파이렌테트라설포닉산(1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid), 과불소계 고분자(perfluorinated polymer, CYTOP) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 9,10-디브로모안트라센(9,10-dibromoanthracene), 테트라소디움(tetrasodium), 과불소계 고분자(perfluorinated polymer, CYTOP) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.Also, the second molecule having an electron-withdrawing group may be selected from F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), melamine, chloroform ), Water (H 2 O), ozone, 9,10-dibromoanthracene, tetrasodium, 1,3,6,8-pyrene tetrasulfonic acid ( 1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid, perfluorinated polymer (CYTOP), and polymethyl methacrylate (PMMA), and preferably at least one selected from the group consisting of F4 -TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), melamine, 9,10-dibromoanthracene, tetrasodium, 1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid, perfluorinated polymer (CYTOP), and poly (methyl methacrylate) (PMMA) 1 < / RTI > , More preferably F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 9,10-dibromoanthracene, tetra And may be at least one selected from the group consisting of tetrasodium, perfluorinated polymer (CYTOP), and polymethyl methacrylate (PMMA).
본 발명에서, 상기 자기조립단분자층이 전자주는 기를 함유하는 제1분자를 포함하는 경우, 상기 박막층은 전자받는 기를 함유하는 제2분자를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 자기조립단분자층이 전자받는 기를 함유하는 제1분자를 포함하는 경우, 상기 박막층은 전자주는 기를 함유하는 제2분자를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 자기조립단분자층과 박막층의 사이에 위치하는 그래핀층이, 자기조립단분자층으로부터 n 도핑 되고 박막층으로부터 p 도핑되거나, 자기조립단분자층으로부터 p 도핑 되고 박막층으로부터 n도핑 될 수 있다.In the present invention, when the self-assembled monolayer includes a first molecule containing an electron-withdrawing group, the thin layer preferably includes a second molecule containing an electron-withdrawing group. Also, when the self-assembled monolayer includes a first molecule containing an electron acceptor, the thin layer preferably comprises a second molecule containing an electron-withdrawing group. In this case, a graphene layer positioned between the self-assembled monolayer and the thin film layer can be n-doped from the self-assembled monolayer and p-doped from the thin layer, or p-doped from the self-assembled monolayer and n-doped from the thin layer.
상기 전자주는 기(electron-donating group)를 갖는 제2분자는 질산(HNO3) 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3), 삼염화금(AuCl3), 트리아진(triazine), Ag 입자, Al 입자, 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene), 니트로메탄(Nitromethane), HAuCl4, 황산(H2SO4) 및 염산(HCl)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 삼염화금(AuCl3), 트리아진(triazine), 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 및 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 트리아진(triazine), 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 및 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The second molecule having an electron-donating group is selected from the group consisting of nitric acid (HNO 3 ) nitrogen dioxide (NO 2 ), ammonia (NH 3 ), gold trichloride (AuCl 3 ), triazine, Particles, 1,5-naphthalenediamine, 9,10-dimethylanthracene, Nitromethane, HAuCl 4 , sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrochloric acid (HCl (AuCl 3 ), triazine, 1,5-naphthalenediamine, and 9,10-dimethylanthracene (hereinafter referred to as " 9,10-dimethylanthracene), and more preferably at least one selected from the group consisting of triazine, 1,5-naphthalenediamine, and 9,10-dimethylanthracene (9 , 10-dimethylanthracene).
본 발명에서 상기 기재는 금속 산화물, 반도체, 유리 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the substrate may be at least one selected from the group consisting of metal oxides, semiconductors, glass, and plastics.
본 발명에서 상기 기재는 상기 자기조립단분자층에 대향하는 상기 기재의 표면부가 산화물을 포함하는 것일 수 있다.In the present invention, the substrate may be one in which the surface portion of the substrate facing the self-assembled monolayer includes an oxide.
본 발명에서 상기 그래핀 층은 상기 전자주는 기에 의해 n 도핑 되고, 상기 전자받는 기에 의해 p 도핑 되는 것일 수 있다.In the present invention, the graphene layer may be n-doped by the electron-donating group and p-doped by the electron-accepting group.
본 발명은 상기 그래핀을 포함한 적층체를 포함하는 전자소자를 제공한다.The present invention provides an electronic device including the laminate including the graphene.
도 2는 본 발명의 적층체를 포함한 트랜지스터 소자(200)의 구조를 나타낸 측단면도이다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 적층체를 포함한 트랜지스터 소자(200)의 구조를 설명하도록 한다. 2 is a side cross-sectional view showing the structure of the
본 발명의 트랜지스터 소자(200)는, 하부로부터 기재(10), 전자주는 기 및 전자받는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(20), 그래핀층(30), 전자받는 기 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층(40) 및 전극(50)을 포함한다.The
한편, 전극(50)은 기재(10)상에 배치되며, 도시된 바와 같이 양측의 소스 전극 및 드레인 전극으로 구성된다. 이는 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다. 이때, 혼합금속으로 전극(50)을 구성할 경우, 합금이거나 경우에 따라, 접합된 형태로 적용할 수도 있다.On the other hand, the
한편, 자기조립단분자층(20)은 기재(10) 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된다.On the other hand, the self-assembled
그래핀층(30)은 자기조립단분자층(20) 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된다.The
박막층(40)은 상기 그래핀층 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된다.A
여기서, 기재(10), 자기조립단분자층(20), 그래핀층(30), 박막층(40)의 상세한 특성들은 상술한 적층체(100)에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 그 부분을 참조하기로 한다.
Here, the detailed characteristics of the
도 3은 본 발명의 적층체의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart sequentially showing a method for producing a laminate according to the present invention.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 그래핀을 포함한 적층체의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a laminate including graphene of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 그래핀층을 제조한다(단계 a).First, a graphene layer is prepared (step a).
상기 그래핀층은 기계적 박리법 또는 화학증기 증착법에 따라 수행할 수 있다.The graphene layer may be formed by a mechanical stripping method or a chemical vapor deposition method.
상세하게는, HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite) 또는 키쉬흑연(kish graphite) 표면을 물리적인 방법으로 벗겨내는 기계적 박리법에 의하여 그래핀을 제조할 수 있다. In detail, graphene can be produced by a mechanical peeling method in which the surface of Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG) or kish graphite is peeled off by a physical method.
또는, 메탄(CH4)을 전구체로, 전이금속인 Cu 또는 Ni, 혹은 이들을 포함하는 합금을 촉매로 하여, 진공에서 950~1100℃로 가열된 전이금속 표면 위에 형성하는 화학증기 증착법을 활용할 수 있다.Alternatively, a chemical vapor deposition method in which methane (CH 4 ) is used as a precursor and a transition metal, Cu or Ni, or an alloy containing them, as a catalyst, is formed on a transition metal surface heated at 950 to 1100 ° C in vacuum .
상기 방법에 따라 제조된 그래핀층은 단일겹 또는 이중겹으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 그래핀이 의도대로 잘 형성되었는지 확인하기 위하여 라만 분광법 등의 광학적 분석을 통해 확인할 수 있다.The graphene layer produced according to the above method can be formed into a single layer or a double layer, and can be confirmed by optical analysis such as Raman spectroscopy to confirm whether the graphene is formed as intended.
화학증기 증착법에 따라 그래핀층을 제조하는 경우, 화학증기 증착을 수행한 이후, Cu 촉매를 제거하는 공정을 더 수행할 수 있다. 상세하게는, 상기 화학증기 증착법에 따라 제조된 그래핀층 상에 고분자층을 지지층으로 코팅하고, 이를 과황산암모늄(Ammonium Persulfate) 수용액 위에 띄워 Cu 촉매가 상기 수용액에 용해되도록 한다.When a graphene layer is prepared by a chemical vapor deposition method, a chemical vapor deposition is performed, and then a Cu catalyst is removed. Specifically, a polymer layer is coated on a graphene layer produced by the chemical vapor deposition method with a support layer, and the support layer is floated on an aqueous solution of ammonium persulfate to dissolve the Cu catalyst in the aqueous solution.
다음으로, 기재상에 전자주는 기 및 전자받는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층을 형성한다(단계 b).Next, a self-assembled monolayer comprising a first molecule with either an electron-donating group or an electron-accepting group is formed on the substrate (step b).
상기 기재 및 자기조립단분자층의 특성은 상술한 적층체의 설명에서와 동일하므로 상세한 설명은 그 부분을 참조하기로 한다.The characteristics of the base material and the self-assembled monolayer are the same as those in the above-described description of the laminate, and therefore, a detailed description thereof will be referred to.
또한, 상기 자기조립단분자층은 표면-활성화 작용기를 함유하는 분자에 의해 자발적으로 기재 표면에 흡착하여 화학적인 결합을 통해 단분자층으로 형성되며, 기재상에 원하는 전자주는 기 또는 전자받는 기를 갖는 자기조립분자 물질과 톨루엔 등의 용매와의 혼합용액을 도포하는 방식으로 수행할 수 있다.In addition, the self-assembled monolayer is spontaneously adsorbed on the surface of the substrate by molecules containing a surface-activating functional group to form a monolayer through chemical bonding, and a self-assembling molecular material having a desired electron donating group or electron accepting group And a solvent such as toluene may be applied.
다음으로, 상기 단계 a에서 제조한 그래핀층을 상기 단계 b에서 제조한 자기조립단분자층 상에 형성한다(단계 c).Next, the graphene layer prepared in step a) is formed on the self-assembled monolayer prepared in step b) (step c).
이에 따라, 상기 단일겹 그래핀층 하부 또는 이중겹 그래핀층의 그래핀 하층은 전자주는 기 또는 전자받는 기에 의해 n 또는 p도핑 될 수 있다.Accordingly, the graphene layer of the lower single-graphene layer or the double-graphene layer can be doped n or p by an electron-donating group or electron-accepting group.
마지막으로, 상기 그래핀층상에 전자받는 기 또는 전자주는 기를 갖는 박막층을 형성한다(단계 d).Finally, a thin film layer having an electron acceptor or electron donor is formed on the graphene layer (step d).
상기 박막층의 형성은 열적 증착 방법 또는 용액 공정, 바람직하게는 열적 증착 방법에 따라 수행하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 단일겹 그래핀층 상부 또는 이중겹 그래핀층의 그래핀 상층은 전자받는 기 또는 전자 주는 기에 의해 p또는 n 도핑 될 수 있다.The formation of the thin film layer is preferably performed according to a thermal deposition method or a solution process, preferably a thermal deposition method. Accordingly, the graphene layer of the single-graphene layer or the double-graphene layer can be doped with p or n by an electron acceptor or electron donor.
상기 전자받는 기 또는 전자주는 기를 갖는 박막층의 특성은 상기 적층체의 구조에서 상술한 바와 같으므로 상세한 설명은 그 부분을 참조하기로 한다.The characteristics of the thin film layer having the electron acceptor or the electron donor are as described above in the structure of the laminate, and therefore, a detailed description thereof will be referred to.
도 4는 본 발명의 적층체를 포함한 트랜지스터 제조공정을 나타낸 개략도이다. 이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 트랜지스터 제조방법을 설명하기로 한다.4 is a schematic view showing a transistor manufacturing process including the laminate of the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing a transistor of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 그래핀층을 제조한다(단계 a).First, a graphene layer is prepared (step a).
다음으로, 기재상에 전자주는 기 및 전자받는 기를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층을 형성한다(단계 b).Next, a self-assembled monolayer comprising a first molecule with an electron-donating group and an electron accepting group is formed on the substrate (step b).
이후, 상기 단계 a에서 제조한 그래핀층을 상기 단계 b에서 제조한 자기조립단분자층 상에 형성한다(단계 c).Thereafter, the graphene layer prepared in step a) is formed on the self-assembled monolayer prepared in step b) (step c).
상기 단계 a 내지 단계 c는 상술한 적층체의 제조방법에서와 동일하므로 상세한 설명은 그 부분을 참조하며 생략하기로 한다.Since the steps a to c are the same as those in the above-described method of producing a laminate, detailed description thereof will be omitted.
다음으로, 상기 자기조립단분자층 및 상기 그래핀층과 전기적으로 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 상기 기재상에 형성한다(단계 d).Next, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the self-assembled monolayer and the graphene layer are formed on the substrate (step d).
상기 전극은 소정의 형상으로 패터닝된 마스크를 이용하여 열적 증착 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.The electrode is preferably formed by a thermal deposition method using a mask patterned in a predetermined shape.
한편, 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 특성은 상술한 적층체에서의 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. Meanwhile, the characteristics of the source electrode and the drain electrode are the same as those in the above-described laminate, and a detailed description thereof will be omitted.
마지막으로, 소스 전극 및 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 박막층으로서, 전자받는 기 또는 전자주는 기를 갖는 박막층을 상기 그래핀층상에 형성한다(단계 e).Finally, a thin film layer is formed on the graphene layer (step e), which has a thin film layer electrically connected to the source electrode and the drain electrode, and having an electron acceptor or electron donor.
상기 박막층의 형성은 열적 증착 방법에 따라 수행하는 것이 바람직하다.The formation of the thin film layer is preferably performed according to a thermal deposition method.
[실시예] [Example]
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
실시예Example 1 One
CH4를 전구체로, 전이금속인 Cu를 촉매로 하여, 진공에서 1050℃로 가열된 Cu 표면 위에 화학증기 증착에 의해 이중겹 그래핀을 형성하였다. 이후, 상기 이중겹 그래핀 위에 고분자층을 지지층으로 코팅하고, 과황산암모늄(Ammonium Persulfate) 수용액에 띄워 Cu 촉매를 녹여냈다. 다음으로, SiO2 가 300nm 두께로 열적으로 성장되어 있는 고농도로 도핑된 Si 기판 위에 질소 분위기에서 5wt%의 3-아미노프로필트리에톡시실란을 톨루엔에 혼합한 용액을 도포하여 NH2-SAMs을 형성하여 NH2-SAMs/SiO2/Si기판을 제조하였다.Double layer graphene was formed by chemical vapor deposition on a Cu surface heated to 1050 캜 in vacuum using CH 4 as a precursor and Cu as a transition metal as catalysts. Thereafter, the polymer layer was coated on the double-layer graphene with a support layer, and the catalyst was dissolved in an aqueous solution of ammonium persulfate to dissolve the Cu catalyst. Next, SiO 2 A 300nm thickness by the thermal application of a solution mixture of 3-ethoxy aminopropyl 5wt% of the silane in a nitrogen atmosphere over a Si substrate doped with a high concentration which is grown in toluene to form a NH 2 NH 2 in -SAMs -SAMs / SiO 2 / Si substrate.
이후, NH2-SAMs/SiO2/Si기판에 이중겹 그래핀을 얹고, Au 전극을 패턴된 마스크를 통해 열적인 증착 방법으로 그래핀 위에 형성하여 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하였다. Then, double-layer graphenes were placed on NH 2 -SAMs / SiO 2 / Si substrate, and gold electrodes were formed on the graphenes by a thermal evaporation method through a patterned mask to produce graphene transistor devices.
이에 따라 제조된 그래핀 트랜지스터의 전하 이동도는 4000cm2/Vs, 점멸비는 5였다. 상기 그래핀 트랜지스터 소자 위에 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) 분자를 증착 속도 1Å/min로 5분 동안 열증착하여 5Å 두께로 F4-TCNQ층을 형성하였다.The graphene transistor thus fabricated had a charge mobility of 4000 cm 2 / Vs and a blink rate of 5. 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) molecules were thermally deposited on the graphene transistor element for 5 minutes at a deposition rate of 1 Å / min to form F4-TCNQ Layer.
실시예 1에 따라 제조된 트랜지스터 소자에 포함되는 적층체의 구조를 화학구조식을 이용하여 나타낸 도 5에 개략적으로 나타내었다.FIG. 5 schematically shows the structure of the laminate included in the transistor device manufactured according to the first embodiment using the chemical structural formula.
실시예Example 2 2
실시예 1과 동일한 방법으로 이중겹 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하되, F4-TCNQ 분자를 증착 속도 1Å/min로 10분 동안 열증착하여 10Å 두께의 F4-TCNQ층이 형성되도록 하였다.A double-layer graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that F4-TCNQ molecules were thermally deposited for 10 minutes at a deposition rate of 1 Å / min to form a F4-TCNQ layer with a thickness of 10 Å.
실시예Example 3 3
실시예 1과 동일한 방법으로 이중겹 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하되, F4-TCNQ 분자를 증착 속도 1Å/min로 15분 동안 열증착하여 15Å 두께의 F4-TCNQ층이 형성되도록 하였다.A double-layered graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that F4-TCNQ molecules were thermally deposited for 15 minutes at a deposition rate of 1 Å / min to form a F4-TCNQ layer having a thickness of 15 Å.
실시예Example 4 4
실시예 1과 동일한 방법으로 이중겹 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하되, F4-TCNQ 분자를 증착 속도 1Å/min로 25분 동안 열증착하여 25Å 두께의 F4-TCNQ층이 형성되도록 하였다.A double-layered graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that F4-TCNQ molecules were thermally deposited for 25 minutes at a deposition rate of 1 Å / min to form a 25 Å thick F4-TCNQ layer.
실시예Example 5 5
이중겹 그래핀을 형성한 것 대신에 금속촉매 (구리, 니켈, 혹은 합금)을 촉매로 하고, 고진공 하에서 메탄과 수소 기체를 1000℃에서 각각 50sccm 이하로 흘려주어 촉매 위에 그래핀을 성장시키는 화학 증기 증착법을 이용하여 그래핀을 형성한 것과, 5Å 두께로 F4-TCNQ층을 형성한 것 대신에 F4-TCNQ 분자를 증착 속도 1Å/min로 10분 동안 열증착하여 10Å 두께로 F4-TCNQ층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 단일겹 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하였다.Instead of forming a double-layer graphene, a metal catalyst (copper, nickel, or an alloy) is used as a catalyst, and a high-vacuum is used to flow methane and hydrogen gas at a temperature of less than 50 sccm, The F4-TCNQ layer was formed by thermal evaporation at a deposition rate of 1 Å / min for 10 minutes instead of forming the F4-TCNQ layer by 5 Å thick. A single-layer graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 1.
비교예Comparative Example 1 One
이중겹 그래핀 상에 NH2-SAMs 및 F4-TCNQ 층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하였다.A graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the NH 2 -SAMs and F4-TCNQ layers were not formed on the double-graphene grains.
비교예Comparative Example 2 2
이중겹 그래핀 상에 F4-TCNQ 층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하였다.A graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the F4-TCNQ layer was not formed on the double-graphene layer.
비교예Comparative Example 3 3
단일겹 그래핀(monolayer graphene)을 제조하고, 단일겹 그래핀 상에 NH2-SAMs 및 F4-TCNQ 층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하였다.A graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 5, except that a monolayer graphene was prepared and the NH 2 -SAMs and F4-TCNQ layers were not formed on the single-graphene grains.
비교예Comparative Example 4 4
단일겹 그래핀을 제조하고, 단일겹 그래핀 상에 F4-TCNQ 층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 그래핀 트랜지스터 소자를 제조하였다A graphene transistor device was fabricated in the same manner as in Example 5, except that a single-layer graphene was produced and the F4-TCNQ layer was not formed on the single-graphene layer
실험예Experimental Example 1: One: 이중겹Double layer 그래핀의Grapina 도핑에 따른 전자적 특성 변화 Electronic characteristics change by doping
도 6은 이중겹 그래핀의 도핑에 따른 전자적 특성변화를 나타낸 것이다.FIG. 6 shows changes in electronic characteristics due to the doping of double-layer graphenes.
도 6 (a)는 이중겹 그래핀의 도핑 정도에 따른 비교예 1(도핑하지 않음), 비교예 2(하층 그래핀막 도핑) 및 실시예 2(상층 및 하층 그래핀막 모두 도핑)의 전류-전압(current-voltage) 전이 특성을 나타낸 것이고, 도 6 (b)는 전자 밴드 구조(electronic band structures) 및 페르미 준위(fermi level)의 변화를 개략적으로 나타낸 것이다.FIG. 6A is a graph showing the relationship between the current-voltage (voltage) of Comparative Example 1 (not doped), Comparative Example 2 (doping the lower layer graphene film) and Example 2 (doping both the upper layer and the lower layer graphene film) FIG. 6 (b) is a schematic representation of changes in electronic band structures and fermi levels. FIG.
도 6에 따르면, 비교예 2의 디랙 전압(Dirac voltage)이 비교예 1에 비하여 음의 값으로 이동한 것에 의하여 NH2-SAMs이 그래핀을 효과적으로 n도핑 시킨다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 1에 비하여 비교예 2는 이중겹 그래핀의 오프저항(off-resistance)이 대략 2.4에서 4.6 kΩ으로 두 배 증가하였다.According to FIG. 6, it can be seen that NH 2 -SAMs effectively n-doped the graphene due to the shift of the Dirac voltage of Comparative Example 2 to a negative value as compared with Comparative Example 1. In addition, in Comparative Example 2, the off-resistance of the double-layer graphene was doubled from about 2.4 to 4.6 k? Compared to Comparative Example 1.
여기서, 이중겹 그래핀의 저항증가는 n도핑과 그래핀의 밴드갭 오프닝(bandgap opening )으로 이해될 수 있다. 한편, F4-TCNQ이 10Å 두께로 증착된 실시예 2에서는 오프저항이 약 12.2kΩ으로 크게 증가된 것을 볼 수 있다. 이는 이중겹 그래핀의 상층에서의 효과적인 p도핑이 이중겹 그래핀의 반전대칭(inversion symmetry)이 깨지도록 한 것을 암시하고 있다.Here, the increase in the resistance of double-layer graphenes can be understood as n-doping and bandgap opening of graphene. On the other hand, in Example 2 in which F4-TCNQ was deposited to a thickness of 10 A, the off-resistance was greatly increased to about 12.2 k ?. This implies that effective p-doping in the upper layer of the double-layer graphene causes the inversion symmetry of the double-layer graphene to break.
실험예Experimental Example 2: F4- 2: F4- TCNQTCNQ 분자층Molecular layer 두께에 따른 트랜지스터 소자의 특성변화 Change of transistor device characteristics by thickness
도 7은 F4-TCNQ 분자층의 두께에 따른 트랜지스터 소자의 특성변화를 나타낸 것이다.FIG. 7 shows a characteristic change of the transistor device according to the thickness of the F4-TCNQ molecular layer.
도 7 (a)는 F4-TCNQ 분자층 두께에 따른 트랜지스터 소자의 전류-전압(current-voltage) 전이 특성을 나타낸 것이며, 도 7 (b)는 F4-TCNQ 분자층의 두께에 따른 점멸비의 변화 및 전하 이동도의 변화를 나타낸 것이다. 또한, 도 7 (c)는 F4-TCNQ 분자층 두께에 따른 광학적 흡수 변화를 나타낸 것이며, 도 7 (d)는 F4-TCNQ 분자층 두께에 따른 밴드갭 변화를 나타낸 것이다.7 (a) shows the current-voltage transition characteristics of the transistor device according to the F4-TCNQ molecular layer thickness, and FIG. 7 (b) shows the change of the flickering ratio according to the thickness of the F4- And the change of charge mobility. FIG. 7 (c) shows the optical absorption change according to the F4-TCNQ molecular layer thickness, and FIG. 7 (d) shows the band gap change according to the F4-TCNQ molecular layer thickness.
(a)에 따르면, NH2-SAMs/SiO2/Si상의 이중겹 그래핀 트랜지스터 소자의 전기적 특성과 F4-TCNQ 두께와의 관련을 알아보기 위하여, F4-TCNQ층 두께 0Å부터 25 Å, 즉, 비교예 1, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 트랜지스터 소자의 전기적 특성을 비교, 조사하였다. (a), in order to investigate the relationship between the electrical characteristics of a double-layer graphene transistor device on the NH 2 -SAMs / SiO 2 / Si phase and the F4-TCNQ thickness, the F4-TCNQ layer thickness was changed from 0 Å to 25 Å, The electrical characteristics of the transistor devices manufactured according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 4 were compared and examined.
(b)에 따르면, F4-TCNQ층의 두께가 두꺼울수록 디랙전압(Dirac voltage)는 점차로 포지티브 값으로 이동하였으며, 이는 p도핑을 F4-TCNQ층의 증착 두께로 조절할 수 있음을 의미한다. F4-TCNQ층 두께의 증가에 따라 점멸비(on/off current ratio)도 선형적으로 증가하는 경향을 보였다. (b), the Dirac voltage gradually shifted to a positive value as the thickness of the F4-TCNQ layer became thicker, which means that the p-doping can be controlled by the deposition thickness of the F4-TCNQ layer. As the F4-TCNQ layer thickness increased, the on / off current ratio tended to increase linearly.
(c)에 따르면, F4-TCNQ의 다양한 두께를 갖는 이중겹 그래핀의 광학적 밴드갭을 측정하기 위하여, NH2-SAMs/SiO2/Si 기판상의 이중겹 그래핀의 적외선분광스펙트럼을 측정하였다. (c), the infrared spectra of double-graphene grains on NH 2 -SAMs / SiO 2 / Si substrates were measured to determine the optical band gap of double-graphene grains with various thicknesses of F4-TCNQ.
여기서, 스펙트럼들은 대략 130, 200, 400meV 인 부분에서 분명한 특성을 나타내었다. 상세하게는, 130 meV에서의 날카로운 피크는 F4-TCNQ의 C-F 간의 진동에 관계된 것이며, 160~210 meV 정도에서의 흡수피크는 F4-TCNQ 두께와 정적관계(positive relation)을 가지며, 이는 이중겹 그래핀에서 원자가 전자대로부터 전도대로의 광학적 전이(optical transition)가 일어난 것에 의한 것으로 볼 수 있다.Here, the spectra showed distinct characteristics at approximately 130, 200 and 400 meV. In detail, the sharp peak at 130 meV is related to the vibration between CF of F4-TCNQ, and the absorption peak at about 160-210 meV has a positive relation with F4-TCNQ thickness, It can be seen that the optical transition from the valence electron to the conduction path occurred in the pin.
(d)에 따르면, 조절할 수 있는 밴드갭 전이는 F4-TCNQ층의 두께에 선형적으로 비례하며, F4-TCNQ의 도핑은 밴드갭을 조절할 수 있음이 실험적으로 확인되었다.(d), it is experimentally confirmed that the adjustable bandgap transition is linearly proportional to the thickness of the F4-TCNQ layer and that the doping of F4-TCNQ can control the bandgap.
상술한 실험예들을 통해 약 25Å의 F4-TCNQ 증착을 통해 200meV의 밴드갭을 유도하여, 약 30 이상의 점멸비 향상을 구현할 수 있음을 확인하였다.It has been confirmed through experiments described above that a band gap of 200 meV is induced by F4-TCNQ deposition of about 25 ANGSTROM to achieve a blink ratio improvement of about 30 or more.
실험예Experimental Example 3: 3: 이중겹Double layer 그래핀의Grapina 트랜지스터 출력 특성 Transistor output characteristic
도 8은 이중겹 그래핀의 트랜지스터 출력 특성을 나타낸 것이다.8 shows the transistor output characteristics of the double-layer graphene.
도 8의 (a)는 비교예 1에 따라 제조된 트랜지스터의 출력 특성을 나타낸 것이고, (b)는 실시예 3에 따라 제조된 트랜지스터의 출력 특성을 나타낸 것이다.FIG. 8A shows the output characteristics of the transistor manufactured according to the comparative example 1, and FIG. 8B shows the output characteristics of the transistor manufactured according to the example 3. FIG.
이에 따르면, 단계 b만을 거쳐서 전자주는 기로 도핑한 것(a)은 n-type으로 효과적으로 도핑되어 있으며, 단계 b와 단계 c를 모두 거치게 되면 (a)에서 있던 n-type 도핑 효과를 효과적으로 상쇄할 수 있을 뿐만 아니라 오히려 반대로 p-type 도핑을 유도하여 도핑의 종류를 조절할 수 있음을 알 수 있다.(A) is effectively doped with n-type, and if both step (b) and step (c) are performed, it is possible to effectively cancel the n-type doping effect in (a) It can be seen that the doping can be controlled by inducing p-type doping.
실험예Experimental Example 4: 분자 시뮬레이션을 이용하여 4: Using molecular simulation 그래핀과Graffin and 분자 사이의 전하이동을 통한 밴드 구조 변화 Change of band structure through charge transfer between molecules
도 9는 분자 시뮬레이션을 이용하여 그래핀과 분자 사이의 전하이동을 통한 밴드 구조 변화를 계산한 결과를 나타낸 것이다.FIG. 9 shows a result of calculating a change in band structure through charge transfer between graphene and a molecule using molecular simulation.
도 9의 (a)는 그래핀의 에너지 구조가 도핑을 통해 변화하였으며, p-type 도핑 물질을 적용하여 효과적으로 밴드갭이 열릴 수 있는 것을 의미하며,9A shows that the energy structure of the graphene changes through doping and that the bandgap can be effectively opened by applying the p-type doping material,
(b)는 그래핀 표면에 p-type 도핑 물질의 덮은 정도(coverage)에 따라 밴드갭이 열린 정도가 변화할 수 있음을 보여 주고, (c)는 완전히 덮힌 이후에 p-type 도핑 물질의 두께에 따라서도 도핑의 정도가 변화할 수 있음을 나타낸다.(b) shows that the degree of opening of the bandgap can vary depending on the coverage of the p-type doping material on the graphene surface, (c) shows the thickness of the p-type doping material after being completely covered Indicates that the degree of doping can also be changed depending on the degree of doping.
이에 따라, 이론적으로도 그래핀과 분자 사이의 전하 이동을 통해 효과적으로 그래핀의 밴드갭이 열릴 수 있으며, 그 정도를 분자의 두께와 덮은 정도를 조절함으로써 효과적으로 바꿀 수 있다는 것을 알 수 있다.Therefore, theoretically, it can be seen that the bandgap of graphene can be effectively opened by the charge transfer between graphene and the molecule, and the degree can be effectively changed by controlling the thickness and the degree of covering the molecule.
실험예Experimental Example 5: 5: 이중겹Double layer 그래핀과Graffin and 단일겹Single layer 그래핀의Grapina 특성 비교 Feature comparison
도 10은 이중겹 그래핀과 단일겹 그래핀의 도핑에 따른 전류-전압(current-voltage) 전이 특성을 비교한 그래프이고, 여기서 (a)는 이중겹 그래핀 (b) 단일겹 그래핀의 특성에 관한 것이다.10 is a graph comparing current-voltage transition characteristics according to doping of a double-layer graphene and a single-layer graphene, wherein (a) shows the characteristics of double-layer graphene (b) .
상세하게는, (a)의 이중겹 그래핀과 관련한 사항은 상술한 도 6에서의 (a)와 동일한 그래프이므로 상세한 설명은 그 부분을 참조하기로 하며, (b)는 각각 실시예 5, 비교예 3 및 비교예 4의 특성 변화를 나타낸 것이다.Specifically, the matters relating to the double-layer graphene in (a) are the same graph as (a) in Fig. 6 described above, and therefore, a detailed description thereof will be referred to, and (b) The characteristics of Example 3 and Comparative Example 4 were changed.
도 10에 따르면, 이중겹과 단일겹 그래핀 트랜지스터 소자의 전기적 특성에 대한 도핑의 효과를 나타내는 것으로, SiO2/Si기판상에 NH2-SAMs를 결합하는 것은 이중겹과 단일겹 그래핀 모두의 디랙전압(Dirac voltage)을 네거티브 값으로 이동시키는 역할을 하였다. 이와 같은 결과는 NH2-SAMs이 그래핀을 효과적으로 n도핑 시켰다는 것을 확인시켜준다. Figure 10 shows the effect of doping on the electrical properties of the double layer and single layer graphene transistor devices. It is believed that bonding of NH 2 -SAMs on the SiO 2 / Si substrate is advantageous for both double and single layer graphene And to move the Dirac voltage to a negative value. These results confirm that NH 2 -SAMs effectively n-doped the graphene.
반면에, 저항에서는 NH2-SAMs의 영향과 관련하여 다른 경향을 나타내었다. 이중겹 그래핀의 오프저항이 대략 두 배 증가(2.4 ~ 4.6 kΩ)하는데 비하여, 단일겹 그래핀의 값은 그다지 증가하지 않았다.On the other hand, resistances showed different trends in relation to the effect of NH 2 -SAMs. The off-resistance of the double-graphene grains is approximately doubled (2.4 to 4.6 kΩ), whereas the value of the single-graphene grains did not increase significantly.
또한, F4-TCNQ층의 형성은 단일겹 그래핀에 있어서도 오프저항이 약간 증가(3.9 에서 5 kΩ)하는 경향을 나타내었다. 이것은 불순물을 받아들여 전자홀 퍼들(puddles)이 형성되었기 때문으로 볼 수 있다. 단일겹 그래핀의 오프저항 증가보다 이중겹 그래핀의 오프저항 증가가 밴드갭 유도에 있어서 중요성이 더욱 크다는 것을 알 수 있었다.In addition, the formation of the F4-TCNQ layer showed a slight increase in the off-resistance (3.9 to 5 k?) Even for single-layer graphene. This can be attributed to the formation of electron holes (puddles) by accepting impurities. It was found that the increase of the off resistance of the double-layer graphene is more important in inducing the band gap than the increase of the off resistance of the single-layer graphene.
이중겹그래핀Double-layer graphen FETsFETs 구조 확인 Structure verification
도 11을 참고하면, 실시예 1에서 제조된 그래핀이 이중겹그래핀임을 라만스펙트럼으로 확인하였다. 도 11에서 좌측상부에 삽입된 라만스펙트럼의 4개의 구별되는 피크로 구성된 브로드한 2D 밴드(full width at half-maximum of 55cm-1)는 사용된 그래핀이 이중겹그래핀임을 확인시켜 주었다. 또한 도 11의 Optical microscopy 이미지는 NH2-SAMs으로 개질된 SiO2(두께 300nm)/Si기재 상에 이중겹 그래핀 FETs(fabricating field-effect transistors)가 형성되었음을 보여주었다.
Referring to FIG. 11, it was confirmed by Raman spectrum that the graphene prepared in Example 1 was a double-graphene graphene. A broad 2D band (full width at half-maximum of 55 cm -1 ) consisting of four distinct peaks of Raman spectrum embedded in the upper left part of FIG. 11 confirmed that the graphene used was double-graphene. The optical microscopy image of FIG. 11 also showed that double layered graphene fabricating field-effect transistors (FETs) were formed on SiO 2 (300 nm thick) / Si substrate modified with NH 2 -SAMs.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
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 exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.
10: 기재 12: 기재층
14: 산화물층 20: 자기조립단분자층
30: 그래핀층 32: 그래핀 하층
34: 그래핀 상층 40: 박막층
50: 전극 100: 적층체
200: 트랜지스터 소자
10: substrate 12: substrate layer
14: oxide layer 20: self-assembled monolayer
30: graphene layer 32: graphene layer
34: Graphene upper layer 40: Thin layer
50: Electrode 100:
200: transistor element
Claims (21)
상기 자기조립단분자층 상에 배치되고, 그래핀을 포함하는 그래핀층(graphene layer);
상기 그래핀층 상에 배치되고, 전자주는 기 및 전자받는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층; 및
상기 자립조립단분자층의 양 측면 중 상기 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되거나 또는 상기 박막층의 양 측면 중 상기 그래핀층과 대향하는 면의 반대면 상에 배치되는 기재;를 포함하고,
상기 자기조립단분자층은 전자주는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자받는 기를 함유하는 제2분자를 포함하거나,
상기 자기조립단분자층은 전자받는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자주는 기를 함유하는 제2분자를 포함하는 적층체.Self-assembled monolayers (SAMs) comprising a first molecule having any one selected from the group consisting of an electron-donating group and an electron-withdrawing group;
A graphene layer disposed on the self-assembled monolayer and including graphene;
A thin film layer disposed on the graphene layer and including a second molecule having any one selected from an electron donating group and an electron accepting group; And
And a substrate disposed on a side opposite to the surface facing the graphene layer or on a side opposite to the side facing the graphene layer on both sides of the thin film layer,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron-withdrawing group, the thin layer comprising a second molecule containing an electron acceptor,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron acceptor and the thin layer comprises a second molecule containing an electron-withdrawing group.
상기 전자주는 기(electron-donating group)는 아미노기, C1 내지 C30 아민기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C30 알킬하이드록시기, 할로겐기 및 하이드록시기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
The electron-donating group is a group selected from the group consisting of an amino group, a C1 to C30 amine group, a C1 to C30 alkyl group, a C1 to C30 alkoxy group, a C1 to C30 alkylhydroxy group, a halogen group, Or more.
상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)는 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 및 트리시아노메틸기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
The electron-withdrawing group may be a group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine, cyan, trifluoromethyl, ≪ / RTI >
상기 자기조립단분자층이 포함하는 상기 제1분자가 상기 기재와 결합하는 분자단위는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 적층체.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C30의 알킬기이고,
n은 0 내지 20의 정수이고,
D는 전자주는 기 또는 전자받는 기이다.The method according to claim 1,
Wherein the molecular unit in which the first molecule included in the self-assembled monolayer binds to the substrate is represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
In Formula 1,
R 1 and R 2 may be the same or different and are each independently a hydrogen atom or a C1 to C30 alkyl group,
n is an integer of 0 to 20,
D is an electron-donor or electron-acceptor.
상기 전자주는 기(electron-donating group)를 갖는 제1분자는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리메톡실릴프로필디에틸렌트리아민, 아미노트리에틸실란, 옥타데실트리클로로실란, 브로모트리에톡시실란, 클로로트리에톡시실란, 하이드록시트리에톡시실란, 트리데카플루오로-n-옥틸트리에톡시실란, N-[2-아미노에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(트리메톡실릴프로필)에틸렌디아민 트리아세트산, 에폭시헥실트리에톡시실란, 에틸렌디아민 및 올리고머 실세스퀴옥산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
The first molecule having an electron-donating group is selected from the group consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine, aminotriethylsilane, octadecyltrichlorosilane, bromotriene N-octyltriethoxysilane, N- [2-aminoethyl] -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- ( Trimethoxysilylpropyl) ethylenediamine triacetic acid, epoxyhexyltriethoxysilane, ethylenediamine and oligomeric silsesquioxane. The laminate according to claim 1,
상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제1분자는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 적층체.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, R3 내지 R5는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C9 알킬기이고,
q은 0 내지 10의 정수이고,
r은 0 내지 10의 정수이다.The method according to claim 1,
Wherein the first molecule having the electron-withdrawing group is a compound represented by the following formula (2).
(2)
In the general formula (2), R 3 to R 5 may be the same or different from each other and are each independently a hydrogen atom or a C 1 to C 9 alkyl group,
q is an integer of 0 to 10,
and r is an integer of 0 to 10.
상기 그래핀은 단일겹 그래핀(monolayer graphene) 및 이중겹 그래핀(bilayer graphene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the graphene is at least one selected from the group consisting of a monolayer graphene and a bilayer graphene.
상기 그래핀은 이중겹 그래핀(bilayer graphene)인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the graphene is a bilayer graphene.
상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제2분자는 하기 화학식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는 적층체.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
R6 내지 R9은 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 또는 트리시아노메틸기이고,
R10 내지 R13은 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 불소원자, 염소원자, 브롬원자, 요오드원자, 시안기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 또는 트리시아노메틸기이다.The method according to claim 1,
And the second molecule having the electron-withdrawing group is represented by the following formula (3).
(3)
In Formula 3,
R 6 to R 9 may be the same or different and each independently represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, Lt; / RTI >
R 10 to R 13 may be the same or different and each independently represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a tribromomethyl group, Lt; / RTI >
상기 전자받는 기(electron-withdrawing group)를 갖는 제2분자는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 멜라민(Melamine), 클로로포름(Chloroform), 물(H2O), 오존(Ozone), 9,10-디브로모안트라센(9,10-dibromoanthracene), 테트라소디움(tetrasodium), 1,3,6,8-파이렌테트라설포닉산 (1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid), 과불소계 고분자(perfluorinated polymer, CYTOP) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체. The method according to claim 1,
The second molecule having an electron-withdrawing group is selected from the group consisting of 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, melamine, chloroform, , Water (H 2 O), ozone, 9,10-dibromoanthracene, tetrasodium, 1,3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid (1 , 3,6,8-pyrenetetrasulfonic acid, perfluorinated polymer (CYTOP), and polymethyl methacrylate (PMMA).
상기 전자주는 기(electron-donating group)를 갖는 제2분자는 질산(HNO3) 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3), 삼염화금(AuCl3), 트리아진(triazine), Ag 입자, Al 입자, 1,5-나프탈렌디아민(1,5-naphthalenediamine), 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene), 니트로메탄(Nitromethane), HAuCl4, 황산(H2SO4) 및 염산(HCl)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체. The method according to claim 1,
The second molecule having an electron-donating group is selected from the group consisting of nitric acid (HNO 3 ) nitrogen dioxide (NO 2 ), ammonia (NH 3 ), gold trichloride (AuCl 3 ), triazine, Particles, 1,5-naphthalenediamine, 9,10-dimethylanthracene, Nitromethane, HAuCl 4 , sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrochloric acid (HCl ). ≪ / RTI >
상기 기재는 금속 산화물, 반도체, 유리 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the substrate is at least one selected from the group consisting of metal oxides, semiconductors, glass, and plastics.
상기 기재는 상기 자기조립단분자층에 대향하는 상기 기재의 표면부가 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the substrate has an oxide on a surface portion of the substrate facing the self-assembled monolayer.
상기 그래핀 층은 상기 전자주는 기에 의해 n 도핑 되고, 상기 전자받는 기에 의해 p 도핑 되는 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the graphene layer is n-doped by the electron-donating group and p-doped by the electron-accepting group.
상기 기재상에 배치되는 소스 전극 및 드레인 전극;
상기 기재 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되고, 전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-assembled monolayers);
상기 자기조립단분자층 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되고, 그래핀을 포함하는 그래핀층(graphene layer); 및
상기 그래핀층 상에 배치되고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되고, 전자받는 기 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층;을 포함하고,
상기 자기조립단분자층은 전자주는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자받는 기를 함유하는 제2분자를 포함하거나,
상기 자기조립단분자층은 전자받는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자주는 기를 함유하는 제2분자를 포함하는 트랜지스터 소자.materials;
A source electrode and a drain electrode disposed on the substrate;
A first molecule disposed on the substrate and electrically connected to the source electrode and the drain electrode and having any one selected from an electron-donating group and an electron-withdrawing group; Self-assembled monolayers (SAMs);
A graphene layer disposed on the self-assembled monolayer and electrically connected to the source electrode and the drain electrode, the graphene layer including graphene; And
And a thin film layer disposed on the graphene layer and including a second molecule having any one selected from an electron acceptor and an electron donor, the thin film layer being electrically connected to the source electrode and the drain electrode,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron-withdrawing group, the thin layer comprising a second molecule containing an electron acceptor,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron acceptor and the thin layer comprises a second molecule containing an electron-withdrawing group.
상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 소자.19. The method of claim 18,
The source electrode and the drain electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, and Zn.
전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-assembled monolayers)을 기재 상에 형성하는 단계;
상기 자기조립단분자층 상에 상기 그래핀층(graphene layer)을 형성하는 단계; 및
전자받는 기(electron-withdrawing group) 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층을 상기 그래핀층 상에 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 자기조립단분자층은 전자주는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자받는 기를 함유하는 제2분자를 포함하거나,
상기 자기조립단분자층은 전자받는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자주는 기를 함유하는 제2분자를 포함하는 적층체의 제조방법.Producing a graphene layer comprising graphene;
Forming self-assembled monolayers (SAMs) on a substrate, the self-assembled monolayers comprising a first molecule having any one of an electron-donating group and an electron-withdrawing group;
Forming a graphene layer on the self-assembled monolayer; And
Forming a thin film layer on the graphene layer, the thin film layer including a second molecule having any one selected from an electron-withdrawing group and an electron-donating group,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron-withdrawing group, the thin layer comprising a second molecule containing an electron acceptor,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron acceptor and the thin layer comprises a second molecule containing an electron-withdrawing group.
전자주는 기(electron-donating group) 및 전자받는 기(electron-withdrawing group) 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제1분자를 포함하는 자기조립단분자층(SAMs; Self-assembled monolayers)을 기재 상에 형성하는 단계;
상기 그래핀층(graphene layer)을 상기 자기조립단분자층 상에 형성하는 단계;
상기 자기조립단분자층 및 상기 그래핀층과 전기적으로 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 상기 기재상에 형성하는 단계; 및
소스 전극 및 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 박막층으로서, 전자받는 기(electron-withdrawing group) 및 전자주는 기 중에서 선택된 어느 하나를 갖는 제2분자를 포함하는 박막층을 상기 그래핀층 상에 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 자기조립단분자층은 전자주는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자받는 기를 함유하는 제2분자를 포함하거나,
상기 자기조립단분자층은 전자받는 기를 함유하는 제1분자를 포함하고, 상기 박막층은 전자주는 기를 함유하는 제2분자를 포함하는 트랜지스터 소자의 제조방법.Preparing a graphene layer comprising graphene;
Forming self-assembled monolayers (SAMs) on a substrate, the self-assembled monolayers comprising a first molecule having any one selected from an electron-donating group and an electron-withdrawing group;
Forming the graphene layer on the self-assembled monolayer;
Forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the self-assembled monolayer and the graphene layer on the substrate; And
Forming a thin film layer on the graphene layer, the thin film layer being electrically connected to the source electrode and the drain electrode, the thin film layer including a second molecule having any one selected from an electron-withdrawing group and an electron-donating group; Including,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron-withdrawing group, the thin layer comprising a second molecule containing an electron acceptor,
Wherein the self-assembled monolayer comprises a first molecule containing an electron acceptor and the thin layer comprises a second molecule containing an electron-withdrawing group.
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