주사 탐침 식각(scanning probe lithography, SPL)을 이용하여 그래핀(graphene)을 패터닝(patterning) 하는 방법들은 이미 많이 소개 되었지만, 이를 이용하여 실제 반도체 공정에 도입을 하기 위해서는 많은 어려움이 따른다. 이런 문제점들로는 첫째로, 공기 중에서는 일정하고 반듯한 선 식각이 힘들며 그에 따른 식각 선폭이 기존의 빛 식각(photo lithography) 및 전자 빔 식각(e-beam lithography)에 비해서 떨어진다는 것이며 둘째로, 식각하는 속도 면에서 다른 종류의 식각 방법들 보다 많이 느리다는 것이다. 따라서 이 논문에서는 좀 더 나은 주사 탐침 식각 기술의 공정 도입을 위한 일환으로 기체 분위기 제어를 통해 이루어지는 그래핀 패터닝을 다루고 있다. 대부분의 주사 탐침 식각 기술을 이용한 그래핀 패터닝의 과정은 주로 공기 중에서 이루어지는데, 이는 탐침과 시료 사이에 ...
주사 탐침 식각(scanning probe lithography, SPL)을 이용하여 그래핀(graphene)을 패터닝(patterning) 하는 방법들은 이미 많이 소개 되었지만, 이를 이용하여 실제 반도체 공정에 도입을 하기 위해서는 많은 어려움이 따른다. 이런 문제점들로는 첫째로, 공기 중에서는 일정하고 반듯한 선 식각이 힘들며 그에 따른 식각 선폭이 기존의 빛 식각(photo lithography) 및 전자 빔 식각(e-beam lithography)에 비해서 떨어진다는 것이며 둘째로, 식각하는 속도 면에서 다른 종류의 식각 방법들 보다 많이 느리다는 것이다. 따라서 이 논문에서는 좀 더 나은 주사 탐침 식각 기술의 공정 도입을 위한 일환으로 기체 분위기 제어를 통해 이루어지는 그래핀 패터닝을 다루고 있다. 대부분의 주사 탐침 식각 기술을 이용한 그래핀 패터닝의 과정은 주로 공기 중에서 이루어지는데, 이는 탐침과 시료 사이에 메니스커스를 형성하여 식각 반응에 매우 중요한 역할을 하는 물 분자들이 공기 중에 많이 존재하기 때문이다. 물 분자내의 산소가 그래핀의 탄소와 만나 산화를 일으키는 것이 그 역할이다. 따라서 만약 이 과정이 고진공 하에서 이루어진다면 그와 같은 결과를 쉽게 얻기 힘들다. 이렇게 없어서는 안 될 중요한 역할을 하는 물이지만 그것의 모든 성질이 식각에 이로운 것만은 아니다. 물이 가지고 있는 강한 표면 장력과 표면에서의 큰 접촉각이 위에서 언급한 일정한 패터닝을 방해 하게 된다. 이와 같은 물 분자의 존재에 대한 부작용을 조사하기 위해 행해진 실험은 주변 기체의 분위기가 메탄올, 산소 또는 이소프로판올 기체 등으로 통제 될 수 있는 밀폐된 체임버(chamber) 안에서 이루어 졌다. 주입 된 모든 종류의 기체 및 액체는 산소를 포함 하고 있으며 그 중 메탄올이 그래핀 식각을 용이하게 하여 3 nm의 선폭을 실현 가능하게 한다는 것을 알게 되었다. 메탄올은 물과 마찬가지로 식각에 필요한 산화를 일으킬 수 있는 산소분자를 포함하고 있으며 이것의 낮은 표면장력 및 높은 표면 흡착력 때문에 좁은 선폭과 빠른 식각 조건을 만족시키는 장점을 가질 수 있다는 것을 알았다. 그래핀의 탄소가 각각의 기체와 반응하여 기체 내의 산소를 분해 할 때 에너지가 필요하게 되는데 메탄올과 반응 할 때 필요한 양이 물과 반응 할 때 보다 상대적으로 적다는 것 또한 식각이 용이하게 된 또 다른 이유가 될 수 있다고 판단하였다.
주사 탐침 식각(scanning probe lithography, SPL)을 이용하여 그래핀(graphene)을 패터닝(patterning) 하는 방법들은 이미 많이 소개 되었지만, 이를 이용하여 실제 반도체 공정에 도입을 하기 위해서는 많은 어려움이 따른다. 이런 문제점들로는 첫째로, 공기 중에서는 일정하고 반듯한 선 식각이 힘들며 그에 따른 식각 선폭이 기존의 빛 식각(photo lithography) 및 전자 빔 식각(e-beam lithography)에 비해서 떨어진다는 것이며 둘째로, 식각하는 속도 면에서 다른 종류의 식각 방법들 보다 많이 느리다는 것이다. 따라서 이 논문에서는 좀 더 나은 주사 탐침 식각 기술의 공정 도입을 위한 일환으로 기체 분위기 제어를 통해 이루어지는 그래핀 패터닝을 다루고 있다. 대부분의 주사 탐침 식각 기술을 이용한 그래핀 패터닝의 과정은 주로 공기 중에서 이루어지는데, 이는 탐침과 시료 사이에 메니스커스를 형성하여 식각 반응에 매우 중요한 역할을 하는 물 분자들이 공기 중에 많이 존재하기 때문이다. 물 분자내의 산소가 그래핀의 탄소와 만나 산화를 일으키는 것이 그 역할이다. 따라서 만약 이 과정이 고진공 하에서 이루어진다면 그와 같은 결과를 쉽게 얻기 힘들다. 이렇게 없어서는 안 될 중요한 역할을 하는 물이지만 그것의 모든 성질이 식각에 이로운 것만은 아니다. 물이 가지고 있는 강한 표면 장력과 표면에서의 큰 접촉각이 위에서 언급한 일정한 패터닝을 방해 하게 된다. 이와 같은 물 분자의 존재에 대한 부작용을 조사하기 위해 행해진 실험은 주변 기체의 분위기가 메탄올, 산소 또는 이소프로판올 기체 등으로 통제 될 수 있는 밀폐된 체임버(chamber) 안에서 이루어 졌다. 주입 된 모든 종류의 기체 및 액체는 산소를 포함 하고 있으며 그 중 메탄올이 그래핀 식각을 용이하게 하여 3 nm의 선폭을 실현 가능하게 한다는 것을 알게 되었다. 메탄올은 물과 마찬가지로 식각에 필요한 산화를 일으킬 수 있는 산소분자를 포함하고 있으며 이것의 낮은 표면장력 및 높은 표면 흡착력 때문에 좁은 선폭과 빠른 식각 조건을 만족시키는 장점을 가질 수 있다는 것을 알았다. 그래핀의 탄소가 각각의 기체와 반응하여 기체 내의 산소를 분해 할 때 에너지가 필요하게 되는데 메탄올과 반응 할 때 필요한 양이 물과 반응 할 때 보다 상대적으로 적다는 것 또한 식각이 용이하게 된 또 다른 이유가 될 수 있다고 판단하였다.
Although a number of methods using scanning probe lithography to pattern graphene have already been introduced, the fabrication of real devices still faces limitations. We report graphite patterning using scanning probe lithography with control of the gas environment. Patterning processes using scan...
Although a number of methods using scanning probe lithography to pattern graphene have already been introduced, the fabrication of real devices still faces limitations. We report graphite patterning using scanning probe lithography with control of the gas environment. Patterning processes using scanning probe lithography of graphite or graphene are normally performed in air because water molecules forming the meniscus between the tip and the sample mediate the etching reaction. This water meniscus, however, may prevent uniform patterning due to its strong surface tension or large contact angle on surfaces. To investigate this side effect of water, our experiment was performed in a chamber where the gas environment was controlled with methyl alcohol, oxygen or isopropanol gases. We found that methyl alcohol facilitates graphite etching, and a line width as narrow as 3 nm was achieved as methyl alcohol also contains an oxygen atom which gives rise to the required oxidation. Due to its low surface tension and highly adsorptive behavior, methyl alcohol has advantages for a narrow line width and high speed etching conditions.
Although a number of methods using scanning probe lithography to pattern graphene have already been introduced, the fabrication of real devices still faces limitations. We report graphite patterning using scanning probe lithography with control of the gas environment. Patterning processes using scanning probe lithography of graphite or graphene are normally performed in air because water molecules forming the meniscus between the tip and the sample mediate the etching reaction. This water meniscus, however, may prevent uniform patterning due to its strong surface tension or large contact angle on surfaces. To investigate this side effect of water, our experiment was performed in a chamber where the gas environment was controlled with methyl alcohol, oxygen or isopropanol gases. We found that methyl alcohol facilitates graphite etching, and a line width as narrow as 3 nm was achieved as methyl alcohol also contains an oxygen atom which gives rise to the required oxidation. Due to its low surface tension and highly adsorptive behavior, methyl alcohol has advantages for a narrow line width and high speed etching conditions.
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