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탄소나노튜브 트랜지스터 특성 연구

Characteristics of CNT Field Effect Transistor

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.5 no.1, 2010년, pp.88 - 92  

박용욱 (남서울대학교 전자공학과) ,  나상엽 (남서울대학교 컴퓨터학과)

초록
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본 연구에서는 기존의 반도체 공정을 이용하여 bottom gate, top gate구조의 탄소나노튜브 트랜지스터를 제작하였다. 게이트 특성에 따른 특성을 연구하기 위하여 열화학 기상 증착법(CVD)으로 탄소나노튜브를 디바이스에 직접 성장시키고, 탄소나노튜브의 성장 특성 및 I-V동작 특성을 분석하였다. 제작된 탄소나노튜브 FET는 p-type, 즉 hole이 다수 캐리어로 존재하는 트랜지스터이며 구동전압에 따라 conductance 변화하는 특성을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Bottom gate and top gate field-effect transistor based carbon nanotube(CNT) were fabricated by CMOS process. Carbon nanotube directly grown by thermal chemical vapor deposition(CVD) using Ethylene ($C_2H_4$) gas at $700^{\circ}C$. The growth properties of CNTs on the device wer...

주제어

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문제 정의

  • 촉매에서 성장한 다수의 탄소나노튜브 중 하나의 튜브만 양 전극단에 연결되어 있는 것을 보여준다. 또한 연결된 탄소나노튜브가 SWNT(single-wall nanotube)인지 MWNT(multi-wall nanotube)특성을 갖는지 확인하기 위해 AFM을 사용하여 제작된 디바이스에 존재하는 나노튜브의 직경을 조사하였다. 그림 3(a)의 결과에서 확인된 것과 같이 양 전극단에 연결된 나노튜브의 직경이 약 3 nm인 것을 알 수 있다.
  • 본 연구에서는 기존의 반도체 공정을 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터의 게이트 특성에 따른 특성을 연구하기 위하여 열화학 기상 증착법(CVD)으로 탄소 나노튜브를 디바이스에 직접 성장시키고, 실리콘 기판을 bottom gate로 사용하는 FET와 top gate를 갖는 탄소나노튜브 FET를 제작하여 탄소나노튜브 FET의 동작 특성을 연구 분석하였다.
  • 본 연구에서는 탄소나노튜브 트랜지스터의 게이트 특성에 따른 특성을 연구하기 위하여 열화학 기상 증착법(CVD)으로 탄소나노튜브를 디바이스에 직접 성장시키고, 실리콘 기판을 bottom gate로 사용하는 FET와 top gate를 갖는 탄소나노튜브 FET를 제작하여 탄소나노튜브 FET의 동작 특성을 연구 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄소나노튜브란? 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 1991년 일본의 Iijima박사가 처음 발견한 이후, 재료적 우수성으로 나노기술 분야에서 가장 많이 연구되고 있는 물질이다. 또한 탄소나노튜브 반도체는 상온에서 실리콘보다 70배 이상 우수하고 뛰어난 전기적, 기계적, 물리적 성질로 인해 합성과 응용 연구가 활발하게 진행되고 있다[1-3].
본 연구에서 제작한 열화학 기상 증착법(CVD)으로 탄소나노튜브를 디바이스에 직접 성장시키고, 실리콘 기판을 bottom gate로 사용하는 FET와 top gate를 갖는 탄소나노튜브 FET의 동작 특성을 연구 분석한 결과는 어떠한가? bottom gate CNT-FET의 경우 드레인 전압이 0.5 V와 1V인 경우 Von =-2V 였고, 드레인 전압이 2 V인 경우 Von =-1.3 V 로 감소하는 결과를 보여주었다. top gate CNT-FET도 역시 전형적인 실리콘 소자의 p-channel MOSFET 동작 특성을 보였으며, 문턱 전압(Vt)은 -0.4V 였고, conductance(Ion/Ioff)는 약 105의 값을 가졌으며 inverse subthreshold slope (Vss)특성은 120 mv/dec로 우수한 동작 특성을 보여주었으며 구동특성은 bottom gate를 사용하는 것보다 top gate를 사용하는 것이 우수한 특성을 보이는 것을 확인 할 수 있었다.
탄소나노튜브 반도체의 특징은? 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 1991년 일본의 Iijima박사가 처음 발견한 이후, 재료적 우수성으로 나노기술 분야에서 가장 많이 연구되고 있는 물질이다. 또한 탄소나노튜브 반도체는 상온에서 실리콘보다 70배 이상 우수하고 뛰어난 전기적, 기계적, 물리적 성질로 인해 합성과 응용 연구가 활발하게 진행되고 있다[1-3].
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참고문헌 (8)

  1. S. Iijima, "Helical microtubules of graphitc carbon", Nature, Vol. 354, p. 56, 1991. 

  2. S. Fan, M. G. Chapline, N. R. Franklin, T. W. Tombler, A. M. Cassell, and H. Dai, "Self-oriented regular arrays of carbon nanotubes and their field emission properties", science, Vol. 238. p. 512, 1999. 

  3. J. I. B. Wilson, N. Scheerbaum, S. karim, N. Polwart, P. John, Y. fan, and A. G. Fitzgerald, "Low temperature plasma chemical vapour deposition of carbon nanotubes", Diamond and Related Materials, Vol. 11, p. 918, 2002. 

  4. R. Martel, T. Schmidit, H. R. Shea, T. Hertel, and Ph. Avouris, "Single and multi wall carbon nanotube field-effect transistor", APL, Vol. 73, p. 2447, 1998. 

  5. J. Appenzeller, J. Knoch, R. Martel, S. Wind, and Ph. Avouris, "Field-modulated carrier transport in carbon nanotube Transistors", PRL, Vol. 89, No. 12, p. 12608-1, 2002 

  6. S. Rosenblatt,, Y. Yaish, J. W. Park, J. Gore, V. Sazonova, and P. L. Mceuen, "High performance electrolyte gated carbon nanotube transistors", Nano Lett., Vol. 2, p. 869, 2002. 

  7. S. Heinze, J. Tersoff, R. Martel, V. Derycke, J. Appezeller, and Ph. Avouris, "Carbon nanotubes as Schottky Barrier Transistors", PRL, Vol. 89, No. 10, p. 106801-1, 2002. 

  8. A. Javey, R. Tu, D. B. Farmer, J. Guo, R. G. Gordon, and H. Dai, "High performance n-Type carbon nanotube field- effect transistors with chemically doped contacts", Nano Lett., Vol. 5, p. 345, 2005. 

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