KR102014988B1 - 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조하는 방법 및 그에 의하여 제조된 물질을 제공한다.

Description

위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조하는 방법{A method of producing graphene, carbon nanotube, fullerene, graphite or the combination tereof having a position specifically regulated resistance}
위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조하는 방법 및 그에 의하여 제조된 물질에 대한 것이다.
그래핀은 흑연과 유사하지만, 일-원자 두께 시트 (one-atom thick sheet)인, 규칙적 육각 (hexagonal) 패턴으로 배열된 원자를 갖는 순수 탄소로 구성된 물질이다. 그래핀은 sp2-결합된 탄소원자의 단일평면 시트 구조인 탄소의 동소체 (allotrope)이다.
카본나노튜브 (CNT)는 실린더형 나노구조를 가진 탄소의 동소체이다. 이 실린더형 탄소분자는 나노기술, 전자공학, 광학 및 다른 과학 및 공학 분야에 이용될 수 있다. 카본나노튜브는 풀러렌 구조 패밀리의 일원이다.
그래파이트는 탄소의 동소체이다. 그래파이트는 전기적 전도체이며, 반금속이다. 그래파이트는 전극으로서 사용될 수 있다.
풀러렌은 중공 구, 타원 또는 튜브의 형태인 탄소만으로 구성된 분자이다. 구형 풀러렌은 버키볼 (buckyball)이라고도 한다. 실린더형 풀러렌은 카본나노튜브 또는 버키튜브 (buckytube)라고도 한다. 풀러렌은 연결된 육각 고리의 적층된 그래핀으로 구성된 그래파이트와 유사한 구조를 갖지만, 오각 (때로는 칠각) 고리를 가질 수 있다.
그래핀을 포함한 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 또는 그래파이트의 패터닝은 물리적으로 미세 구조를 형성하는 것을 포함한다. 예를 들면, AFM, TEM, FIB, 포토리소그래피 등에 의하여 탄소 물질의 구조를 식각하여 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 이렇게 제작된 구조는 공정 중에 물리적, 또는 화학적 손상이 발생할 수 있고, 공정 중 사용되는 다른 물질에 의하여 특성이 변화될 수 있다.
따라서, 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 또는 그래파이트의 전기적 특성을 위치 특이적으로 변화시키는 방법이 여전히 요구되고 있다.`
일 양상은 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
다른 양상은 상기 방법에 의하여 제조된 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제공하는 것이다.
일 양상은 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물에 금속 함유 물질을 침적하는 단계로서, 상기 금속은 Al, Ni, Fe, Co, Ti, Cr, 또는 그 조합인 것인 단계; 및 침적 결과 얻어진 산물 상에 위치 특이적으로 전자빔을 조사하는 단계를 포함하는, 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 방법은 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물에 금속 함유 물질을 침적하는 단계로서, 상기 금속은 Al, Ni, Fe, Co, Ti, Cr, 또는 그 조합인 것인 단계를 포함한다.
상기 방법에 있어서, 상기 침적은 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물에 금속 함유 물질을 도포하거나 형성시키는 것을 포함한다. 상기 침적은 필라멘트 증발 (filament deposition), 전자빔 증발 (E-beam evaporation), 스퍼터 짐적 (sputter deposition), 원자층 침적 (atomic layer deposition: ALD), 화학기상증착 (chemical vapor deposition: ALD) 또는 그 조합에 의하여 이루어지는 것인 방법일 수 있다.
상기 금속 함유 물질은 절연물질일 수 있다. 절연물질의 경우, 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조한 후 별도로 절연물질을 도포함이 없이 추가의 공정을 진행할 수 있다. 예를 들면, 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조한 후 상기 절연물질 상에 게이트 전극을 형성함으로써 전계효과 트랜지스터 (FET)를 제조할 수 있다. 상기 절연물질은 Al2O3, NiO, Ni2O3, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co2O3, Co3O4, TiO2, TiO, Ti2O3,CrO, Cr2O3, CrO2, Cr2O3, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 금속 함유 물질은 유리 금속 또는 금속 산화물질일 수 있다. 상기 금속 산화물은 Al2O3, NiO, Ni2O3, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co2O3, Co3O4, TiO2, TiO, Ti2O3,CrO, Cr2O3, CrO2, Cr2O3, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 금속 함유 물질의 두께는 0.1nm 내지 1000nm, 예를 들면, 1nm 내지 1000nm, 10nm 내지 1000nm, 100nm 내지 1000nm, 500nm 내지 1000nm, 0.1nm 내지 800nm, 0.1nm 내지 500nm, 0.1nm 내지 100nm, 10nm 내지 100nm, 10nm 내지 800nm, 100nm 내지 500nm, 또는 10nm 내지 50nm일 수 있다.
상기 방법에 있어서, 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물은 기판에 의하여 지지되지 않은 현탁된 (suspended) 것일 수 있다. 이 경우, 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물은 기판에 의하여 하면은 지지되지 않지만, 그 측면은 고정되어 지지될 수 있다.
상기 방법은, 기판 상에 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 위치시키는 단계는 기판 상에 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 형성하거나 고정하거나 도포하는 것을 포함할 수 있다. 그래핀의 경우, 상기 기판상에서 그래핀을 형성하거나, 외부에서 형성된 그래핀을 상기 기판상에 전이 (transfer)하는 것을 포함할 수 있다.
상기 기판은 절연물질인 것일 수 있다. 상기 절연물질은 전기적으로 절연상태인 물질일 수 있다. 상기 기판은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 니트리드 (Si3N4), Al2O3, TiO2, 유리, 반도체, 중합체, 또는 그 조합인 것일 수 있다. 상기 기판은 박막 트랜지스터 (TFT), 가용성 디스플레이 등에 사용되는 기판일 수 있다. 상기 기판은 임의의 두께를 가질 수 있다.
상기 방법은, 또한 침적 결과 얻어진 산물 상에 위치 특이적으로 전자빔을 조사하는 단계를 포함한다.
전자빔 조사는 전자빔 마스크의 존재 또는 부존재하에서 수행되는 것일 수 있다. 또한, 전자빔 조사는 전자빔 레지트의 존재 또는 부존재하에서 수행되는 것일 수 있다. 예를 들면, 기판상에 존재하는 특정한 위치 마커를 기준으로 하여 특정한 위치에 조사하도록 지시하는 프로그램에 따라 주어진 좌표에 전자빔을 조사하는 것일 수 있다.
상기 전자빔 조사는 위치 특이적으로 조사되는 것일 수 있다. '위치 특이적 (position specific)'이란 특정한 위치에만 전자빔을 조사하여 전자빔이 조사된 영역과 전자빔이 조사되지 않은 영역이 구분되도록 하는 것을 포함한다. 그에 따라서, 전자빔이 조사된 되지 영역은 특정한 패턴을 형성할 수 있다. 상기 전자빔이 조사된 되지 영역의 패턴의 모양은 예를 들면, 나노미터 수준의 페턴을 갖는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 패턴은 그래핀 나노리본 (graphene nanoribbon: GNR)일 수 있다. 상기 전자빔이 조사된 영역의 저항은 전자빔이 조사되지 않은 영역에 비하여 전기 저항이 증가하는 것일 수 있다. 전자빔이 조사된 영역의 저항은 전자빔이 조사되지 않은 영역에 비하여 전기 저항이, 2배이상, 3배이상, 4배이상, 5배이상, 6배이상, 7배이상, 10배이상, 20배이상, 40배이상, 50배 이상, 2 내지 190배, 3 내지 190배, 4 내지 190배, 5 내지 190배, 10 내지 190배, 20 내지 190배, 30 내지 190배, 50 내지 190배, 또한 100 내지 190배일 수 있다. 그에 따라서, 전자빔이 조사된 영역은 전기 저항이 증가하게 되어 전기적 특성을 상실하는 반면, 전자빔이 조사되지 않은 전기 전도물질의 용도로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 트랜지스터 중의 전극물질로 사용되는 것을 포함한, 전극으로서 사용될 수 있다.
전자빔 조사는 5kV 내지 100kV, 예를 들면, 5kV 내지 50kV, 5kV 내지 30kV, 5kV 내지 20kV, 5kV 내지 10kV, 10kV 내지 100kV, 30kV 내지 100kV, 40kV 내지 100kV, 또는 50kV 내지 100kV에서 수행될 수 있다. 전자빔 조사는 20pA 내지 300pA, 예를 들면, 20pA 내지 200pA, 20pA 내지 100pA, 20pA 내지 80pA, 20pA 내지 60pA, 50pA 내지 300pA, 100pA 내지 300pA, 또는 150pA 내지 300pA의 전류에서 수행될 수 있다. 또한, 전자빔 조사는 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물이 식각 (etching)되지 않도록 하는 조건에서 수행하는 것일 수 있다. 예를 들면, 전자빔 조사는 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물이 진공 (vacuum) 및/또는 공기에 직접 노출되지 않은 조건에서 수행되는 것일 수 있다. 공기에 직접 노출되지 않은 조건은 상기 금속 함유 물질이 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물 상에 침적되어, 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물이 진공 (vacuum) 및/또는 공기에 직접 노출되지 않은 조건에서 수행되는 것일 수 있다. 이렇게 함으로써, 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물은 CO, 및/또는 CO2 또는 탄화수소 형태로 변화되지 않거나 변화되더라도 진공 또는 공기 중으로 배출될 수 없어, 식각이 진행되지 않을 수 있다.
상기 방법은, 전자빔 조사 후, 금속 함유 물질과 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분리는 당업계에 알려진 방법에 의하여 상기 금속 함유 물질로부터 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 떼어내는 것일 수 있다. 예를 들면, 수동으로 물리적으로 떼어내거나, 접착제를 사용하여 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물를 접착제에 접착시켜 떼어낼 수 있다.
상기 방법은 또한, 전자빔 조사 후, 전자빔이 조사된 영역의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제거는 알려진 식각 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 식각은 건식신각, 습식식각 또는 이들의 조합일 수 있다. 습식식각은 플라즈마, 전자빔 조사 식각 또는 그 조합을 포함한다. 상기 식각은 포토리소포그래피에 의하여 수행될 수 있다.
상기 방법은 또한, 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물상에 소스 전극 및 드레인 전극을 대향되게 형성하는 단계; 및 전자빔이 조사되지 않은 그래핀상에 게이트 전극을 형성하여 전계효과 트랜지스트를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 양상은 상기한 방법에 의하여 제조된 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제공한다.
상기 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물은 전자빔이 조사되지 않은 영역, 즉 전기 전도성과 같은 전기적 특성을 가진 영역이 나노패턴의 형태를 갖는 것일 수 있다. 상기 패턴은 나노리본, 나노와이어, 또는 그 조합일 수 있다. 상기 패턴은 전극, 또는 트랜지스트에서 전도성 재료로서 사용될 수 있다.
일 양상에 따른 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조하는 방법에 의하면, 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 효율적으로 제조할 수 있다.
다른 양상에 따른 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물에 의하면, 전기 제품에 효율적으로 사용될 수 있다.
도 1은 전자빔을 조사하여 전기 저항이 위치 특이적으로 조절된 그래핀을 포함하는 트랜지스터를 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 E 구조에 대한 사시도 및 전자빔 조사 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 E 구조에 전원이 연결된 구조를 나타낸다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 전자빔이 조사된 Al 2 O 3 가 도포된 그래핀의 저항의 변화
본 실시예에서는 그래핀 상에 Al2O3를 도포하고 전자빔을 조사한 후에 전자빔 조사가 그래핀의 전기 저항에 미치는 영향을 확인하였다.
이를 위하여, 전자빔을 조사하여 전기 저항이 위치 특이적으로 조절된 그래핀을 포함하는 트랜지스터를 제조하였다.
도 1은 전자빔을 조사하여 전기 저항이 위치 특이적으로 조절된 그래핀을 포함하는 트랜지스터를 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 먼저 기판 (110)의 양 표면상에 절연층 (120)을 형성하였다. 절연물질은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물일 수 있다. 절연층 (120)은 절연 효과를 보일 수 있도록 하는데 충분한 두께일 수 있다. 상기 두께는 100 nm 내지 500 nm일 수 있다. 기판은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 본 실시예에서 상기 절연물질은 열성장 (thermal growth)에 의하여 형성된 약 300nm 두께의 실리콘 옥시드이다. 그 결과, 실리콘 기판 (110)의 양면에 실리콘 옥시드층 (120)이 형성된 구조를 제조하였다 (A).
다음으로, 절연층 (120)상에 그래핀 시트 (130)을 형성하였다. 그래핀 시트 (130)는 유도적으로 연계된 플라즈마 화학기상 침적 (Inductively-Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition: ICP-CVD) 설비와 탄소원을 이용하여 탄소를 기판에 침적시켜 제조하였다. 성막 온도는 750℃였으며, 기판은 Ni (15nm)/Cu (300nm)/SiO2 (200nm)/Si(100)(약 750μm)이었다. 그래핀 시트 (130)의 두께는 약 1nm이었으며, 평균 3중층 (triple layer)일 것으로 여겨진다. 이렇게 제작된 그래핀 시트상에 두께 200nm의 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)를 코팅한 후 기판으로부터 그래핀 시트를 물리적으로 분리하였다. 분리 후, PMMA 필름을 70mmx70mm로 자르고 분리된 면에 남아 있는 Cu/Ni을 FeCl3를 사용하여 식각하여 제거하였다. PMMA 필름상의 그래핀 시트를 물로 충분히 적신 (wetting) 후 그래핀을 절연층 (120)에 전사하였다. 그래핀 시트에 남아 있는 PMMA 필름은 아세톤을 이용하여 제거하였다. PMMA 제거 후 진공 상태에서 250℃에서 3 시간 동안 베이킹하여 아세톤 및 물을 제거하였다. 그 결과, 기판상에 그래핀을 형성시켰다. 이때 전사된 그래핀 시트 (130)는 약 70x70 mm2의 것을 사용하였다. 다음으로, 전사된 그래핀 시트 (130) 상에 포토레지스트 (PR) (AZ1512)를 코팅하고 포토리소그래피에 의하여 패터닝하였다. 그 결과, 그래핀 시트 (130)의 일부를 제거하여 2 내지 10μm 폭의 그래핀 미크로 리본을 형성하였다. 이때 그래핀 식각은 플라즈마 애쉬 (plasma ashing) 공정을 수초 동안 적용하여 수행하고, 남은 포토레지스트는 웨트 공정(wet)인 PR 제거기 (remover)로 제거하였다. 그 결과, 실리콘 기판 (110)의 일면의 실리콘 옥시드층 (120)상에 미크로 크기로 패터닝된 그래핀 시트 (130)가 형성된 구조를 제조하였다 (B).
다음으로, 그래핀 시트 (130)상℃에 금속 함유물층 (140)을 침적하였다. 금속 함유물로서 Al2O3을 사용하였다. Al2O3층 (140)은 원자층 침적 (atomic layer deposition: ALD) 공정을 증착 온도 150 ℃ 및 트리메틸알루미늄 (trimethyl aluminum: TMA) 및 물의 기체를 사용하여 필름 균일도 (film uniformity)±2%로 증착하였으며, 두께는 약 10 nm 내지 100 nm이었다. 다음으로, Al2O3층 (140)상에 포토레지스트 (PR) (AZ1512)를 코팅하고 포토리소그래피에 의하여 패터닝하였다. 패터닝한 후 버퍼된 옥시드 식각 (buffered oxide etch: BOE) 용액을 이용하여 Al2O3층 (140)을 식각하였다. 그 결과, Al2O3층 (140)의 일부를 제거하여 전극으로서 작용하는 접촉선 (contact line)이 그래핀 시트 (130)에 침적될 수 있는 영역을 마련하였다 (C).
다음으로, 상기 그래핀 시트 (130)상에 접촉선 (150)을 증착하였다. 접촉선은 Ti/Au 또는 Cr/Au일 수 있다. 본 실시예에서는 리프트 오프 (lift off) 공정을 사용하여, Ti/Au (150)(두께 10nm/50nm)을 증착하였다 (D).
다음으로, 전자빔을 Al2O3층 (140)을 통하여 그래핀 시트 (130)의 특정 영역에 조사하였다. 전자빔은 전자빔 레지스트 (e-beam resist) 없이, 전자빔이 조사되지 않는 영역이 나노리본 (nanoribbon)될 부분을 제외한 영역에 조사하였다(E). 전자빔은 주사전자현미경 (scanning electron microscope) 기기를 사용하여 조사하였으며, 전자빔 aperture는 50nm이었으며, 상대적으로 넓은 면적에 낮은 에너지로 조사하였다. 상기 표 1의 실험에서는 가속전압 5kV, 및 전류량 110pA를 사용하였으며, 표 2 및 3의 실험에서는 가속전압 5kV, 및 전류량 20pA를 사용하였다. 전자빔 조사 공정은 별도의 마스크 (mask)가 없으며, 정렬 키 (align key)를 이용한 좌표에 따라 특정한 영역에 조사하였다. 전자빔에 노출된 그래핀 시트 (130) 영역은 Al2O3층 (140)과의 상호작용에 의하여 저항이 증가하는 경향을 보였다.
마지막으로, Al2O3층 (140)에 게이트 금속 (170)을 리프트-오프 공정을 이용하여 증착시켰다. 게이트 금속 (170)은 Cr/Au를 사용하였다.
도 2는 도 1의 E 구조에 대한 사시도 및 전자빔 조사 과정을 도시한 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 도 2를 참조하면, 기판 (110) 상에 절연층 (120) 즉, 실리콘 옥시드 층이 형성되어 있고, 그 위에 그래핀 시트 (130, 130')가 형성되어 있고, 그래핀 시트 (130, 130')의 양쪽 말단은 접촉선 (150) 즉, Ti/Au 층이 형성되고 있고, 그 사이에 Al2O3층 (140)이 그래핀 시트 (130)상에 형성되어 있다. 그래핀 시트 (130)는 전자빔 (160)이 특정 영역에 조사되어 전자빔이 조사된 영역 (130')과 조사되지 않은 영역 (130)으로 구분되고, 조사된 영역 (130')은 저항이 크게 증가하여 전기적 특성을 상실하는 반면, 조사되지 않은 영역 (130)은 그래핀의 전기적 특성을 그대로 유지하여, 전기 제품에 사용될 수 있다.
도 3은 도 1의 E 구조에 전원이 연결된 구조를 나타낸다. 상기 트랜지스터 제조 과정에서 전자빔 조사 전과 후의 전기 저항을 변화를 관찰하기 위하여, 도 3에 나타낸 전원에 전압을 인가하고 전압을 측정하였다. 전압 측정은 Keithley 6487E PicoAmmeter를 사용하였으며, 측정과정은 다음과 같다. 먼저, 측정할 구조를 프로브 스테이션 (probe station) 위에 올려두었다. 두 개의 프로브 팁 (probe tip)을 측정할 구조의 양쪽 접촉선에 연결하였다. 전압 1mV와 전류 10 내지 200μA를 흘려 그래핀 시트 (130)의 저항을 측정하였다.
표 1은 전자빔 조사 전과 후 측정된 전기 저항을 나타낸다.
번호* 노출 전(Ω) 노출 후(Ω) 번호 노출 전(Ω) 노출 후(Ω)
1 55K 1.5M 11 39K 600K
2 38K 750K 12 45K 2.6M
3 57K 950K 13 37K 640K
4 110K 4M 14 35K 1.5M
5 38K 650K 15 43K 400K
6 70K 1.8M 16 52K 135K
7 100K 780K 17 41K 500K
8 60K 400K 18 42K 8M
9 80K 1M 19 40K 180K
10 71K 4.7M 20 57K 6M
* 사용된 E 구조를 나타낸다.
표 1에서, 전자빔 조사 전에 E 구조에 대하여 측정된 전압은 55.5 KΩ인 반면, 전자빔 조사 후 E 구조에 대하여 측정된 전압은 1.8 MΩ으로서, 평균적으로 33배 증가하였다. 최대 200배 증가하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 전자빔 조사 후 측정된 전압은 그 편차가 큰 편이었는데, 이는 그래핀 시트 (130)의 전사시 발생하는 편차, 예를 들면 그래핀 시트와 실리콘 옥시드 층 사이의 접착력 차이, 접착 후 남아 있는 용액의 양, 접착의 균일성 등과 포토리소그래피 공정 시 발생하는 편차, 예를 들면, 남아 있는 PR의 양, PR 등에 포함된 불순물에 의한 저항 변화, 및 실제 제작된 그래핀 미크로 리본 폭의 편차 등에 따라 달라지는 것으로 여겨진다.
표 2는 전자빔 조사 전과 후 측정된 전기 저항으로서, 조사 회수에 따른 결과를 나타낸다.
조사 회수 노출 전(KΩ) 노출 후(KΩ) 증가량(배)
1 35 93 2.7
5 57 150 2.6
10 50 320 6.4
표 2에 나타낸 바와 같이, 조사 회수가 증가할수록 저항은 증가하였다. 따라서, 전자빔 조사 회수 또는 조사량에 따라 전기 저항의 크기를 조절할 수 있다.
표 3은 대조군 실험 결과로서, Al2O3층 (140)이 없는 것을 제외하고는 도 1의 E 구조와 동일한 구조에 대하여 전자빔 조사 전과 후 측정된 전기 저항을 나타낸다.
조사 회수 번호* 노출 전(KΩ) 노출 후(KΩ)
1 1 51 80
2 94 114
5 1 120 180
2 88 114
10 1 66 131
2 96 130
* 사용된 E 구조를 나타낸다.
표 3에 나타낸 바와 같이, Al2O3층 (140)이 없는 경우, 저항의 증가는 상대적으로 미미하였다. 또한, 조사 회수를 증가키더라도, 모두 2.0배 미만으로서 차이는 Al2O3층 (140)이 존재하는 경우에 비하여 크지 않았다.
한편, 365nm 파장의 광조사에 따른 저항을 측정하였으나, Al2O3층 (140)의 존재 또는 부존재와 상관없이 저항의 증가는 없었다.

Claims (22)

  1. 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물에 금속 함유 물질을 침적하는 단계로서, 상기 금속은 Al, Ni, Fe, Co, Ti, Cr, 또는 그 조합인 것인 단계; 및
    침적 결과 얻어진 산물 상에 위치 특이적으로 전자빔을 조사하는 단계를 포함하는, 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 제조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 전자빔이 조사된 영역의 저항은 전자빔이 조사되지 않은 영역에 비하여 전기 저항이 증가하는 것인 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 전자빔이 조사된 영역의 저항은 전자빔이 조사되지 않은 영역에 비하여 전기 저항이 50배 내지 190배인 것인 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 함유 물질은 절연물질인 것인 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 함유 물질은 금속 산화물질인 것인 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 금속 산화물은 Al2O3인 것인 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 함유 물질의 두께는 0.1nm 내지 1000nm인 것인 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 침적은 필라멘트 증발 (filament deposition), 전자빔 증발 (E-beam evaporation), 스퍼터 짐적 (sputter deposition), 원자층 침적 (atomic layer deposition: CVD), 화학기상증착 (chemical vapor deposition: CVD) 또는 그 조합에 의하여 이루어지는 것인 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 전자빔 조사는 전자빔 마스크의 존재 또는 부존재하에서 수행되는 것인 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 전자빔 조사는 전자빔 레지트의 존재 또는 부존재하에서 수행되는 것인 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물은 현탁된 (suspended) 것인 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 기판 상에 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 위치시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 기판은 절연물질인 것인 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 니트리드 (Si3N4), Al2O3, TiO2, 사파이어 (sapphire), 또는 그 조합인 것인 방법.
  15. 청구항 1에 있어서, 전자빔 조사 후, 금속 함유 물질과 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물을 분리하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  16. 청구항 1에 있어서, 전자빔 조사 후, 전자빔이 조사된 영역의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  17. 청구항 1에 있어서, 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀, 카본나노튜브, 풀러렌, 그래파이트, 또는 그 조합물상에 소스 전극 및 드레인 전극을 대향되게 형성하는 단계; 및 전자빔이 조사되지 않은 그래핀상에 게이트 전극을 형성하여 전계효과 트랜지스트를 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  18. 청구항 1의 방법에 의하여 제조된 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀.
  19. 청구항 18에 있어서, 그래핀 나노리본(GNR)인 것인 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래핀.
  20. 청구항 1의 방법에 의하여 제조된 위치 특이적으로 저항이 조절된 카본나노튜브.
  21. 청구항 1의 방법에 의하여 제조된 위치 특이적으로 저항이 조절된 풀러렌.
  22. 청구항 1의 방법에 의하여 제조된 위치 특이적으로 저항이 조절된 그래파이트.
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