$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

나노임프린트 리소그래피 기술을 이용한 그래핀 나노리본 트랜지스터 제조 및 그래핀 전극을 활용한 실리콘 트랜지스터 응용
Facile Fabrication Process for Graphene Nanoribbon Using Nano-Imprint Lithography(NIL) and Application of Graphene Pattern on Flexible Substrate by Transfer Printing of Silicon Membrane 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.26 no.11, 2016년, pp.635 - 643  

엄성운 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과) ,  강석희 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과) ,  홍석원 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Graphene has shown exceptional properties for high performance devices due to its high carrier mobility. Of particular interest is the potential use of graphene nanoribbons as field-effect transistors. Herein, we introduce a facile approach to the fabrication of graphene nanoribbon (GNR) arrays with...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 23,25) 따라서 본 연구에서는 다층으로 합성된 그래핀을 유연 전극으로의 직접 적용을 위한 응용으로 실리콘 소자를 활성물질로 사용하여 응용분야를 확장하였다. 이에 따른 응용 예로써 그래핀을 실리콘 직접 전극으로 이용한 플렉시블 기반 n형 실리콘 트랜지스터 소자에 관한 결과를 Fig.
  • 광학 현미경 이미지 가운데 위치한 단일 실리콘 소자는 300 nm의 두께로, 폴리이미드(PI) 고분자 유연 기판상 매우 견고하게 부착된 상태이며 이러한 공정기술을 통한 유연소자의 직접응용은 많은 연구를 통해 진행된 바 있다.28) 전통적인 전극으로 현재까지는 금속전극이 사용되어져 왔으나, 본 연구에서는 기계적 강도가 우수한 그래핀을 유연 전극을 사용함으로써 플렉시블 포멧의 소자 적용을 위한 기초 기술을 제공하고자 하며, 실리콘과 그래핀의 우수한 전기적 접합특성을 확인하였다. 식각 공정에 의해 제공된 실리콘/산화실리콘 기판 및 PDMS 스탬프를 이용한 전사 공정을 통해, 폴리이미드필름 기판상 전사된 n형 실리콘 마이크로 필름 표면에 마이크로 전극 형태로 패터닝 된 그래핀을 직접 전사함으로써 초박막 전극을 형성해 주었다.
  • 또한, 알려진 바에 의하면, ~1560 cm−1영역의 G 피크와 ~2680 cm−1영역의 2D 피크의 비율(IG : I2D)로 합성된 그래핀의 층 수를 알 수 있는데, 본 연구에서 합성된 그래핀은 G 피크와 2D 피크의 비가 약 1:1로 대부분의 영역에서 이층 그래핀(bilayer graphene) 또는 다층 그래 핀이 합성되었음을 확인할 수 있었다. 문헌상으로 보고된 바와 같이 니켈을 기반으로 하는 그래핀은 구리 포일(foil) 기판상에 합성된 그래핀과는 달리 다층의 그래핀이 형성되는 것으로 보고되고 있으며,23) 본 연구에서는 금속 증착에 의한 그래핀 합성 및 전사 공정기술을 개발하고자 하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 나노임프린트 리소그래피 공정을 통해 그래핀 나노리본을 제작하여 최종적으로 그래핀 나노리본을 채널 활성 물질로 사용한 그래핀 나노리본 트랜지스터 소자를 구현하는 실험을 실시하여 그 성능을 확인하였고, 또한 다층으로 형성된 그래핀 필름을 고분자 유연 기판상에 형성된 박막 실리콘 트랜지스터 소자의 전극으로 활용하기 위해 직접전사기술을 통한 NMOS-FET 소자를 제작함으로써 우수한 전기 전도도와 유연성을 갖는 그래핀의 플렉시블 전자소자(flexible electronics)로의 적용 가능성을 확인하였다.

가설 설정

  • (a) Schematic illustration of the transfer printing method; 1) PDMS elastomer stamp which seize NMOS channel arrays is placed on PI film. 2) After transfer printing, the PDMS stamp is detached from PI film very carefully. 3) After dielectric layer deposition, selective etching provides electrode contact region and transfer-printed graphene electrodes.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
나노임프린트 공정은 어떤 기술인가? 특히 2003년 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)에서 선폭 32 nm 이하의 패턴을 구현할 수 있는 신기술로서 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography, NIL)가 소개 되었다.1) 나노임프린트 공정은 1995년 미국 프린스턴대학 Chou 박사의 연구에서 최초로 소개되었으며 최대 10 nm 이하의 극 미세 선폭의 패턴을 구현할 수 있는 기술이다.2-4) 일반적인 나노임프린트는 기판상에 도포된 레지스트(resist) 고분자 박막에 나노구조를 갖는 몰드(mold)를 올려준 후 일정한 압력을 가해 몰드의 패턴을 레지스트에 복제, 잔류층 (residual layer) 제거를 위한 방향성 식각 등의 후속 공정을 포함한 나노 패턴을 형성할 수 있는 미세 패터닝 기법이다.
그래핀의 전기 전도도는 구리와 실리콘과 비교하면 어떠한가? 0 TPa의 영 계수와18) 더불어 물리적, 화학적 안정성을 가지며 원자 한층 수준의 두께로 인해 가시광 흡수량이 매우 적어 가시광 영역의 광 투과율이 약 98 %라는 뛰어난 특성을 띄고 있다. 19) 특히, 그래핀의 높은 전자이동 도에 의한 뛰어난 전기 전도도는 대표적인 전극 물질인 구리의 100배에 달하며, 기존 반도체 공정에서 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수있다는 점에서 그래핀은 기존 실리콘 기반 반도체 소자 에서 실리콘을 대체할 활성 물질 또는 기존 금속 전극을 대체할 전극 물질로 응용이 가능하며, 더 나아가 유연 투명 전자 소자(flexible, transparent electronic device) 분야의 활용으로 그 놀라운 가능성을 보여준바 있다. 위에서 열거한 뛰어난 장점에도 불구하고 그래핀은 밴드갭(band gap)이 없는 독특한 밴드구조에 의해 반도체 소자로 직접 적용이 용이하지 않았지만, 2007년 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography)를 이용한 나노 패터 닝을 통해 그래핀의 선폭을 줄여 그래핀 나노 리본 구조가 되었을 때 밴드갭이 형성 및 제어되는 현상이 관측되었고,20) 이후 수많은 연구 그룹에서 다양한 나노패터닝 공정을 통한 그래핀 밴드갭 제어(band gap engineering) 에 관한 연구가 시행되고 있다.
미세 패터닝 기법의 장점은 무엇인가? 2-4) 일반적인 나노임프린트는 기판상에 도포된 레지스트(resist) 고분자 박막에 나노구조를 갖는 몰드(mold)를 올려준 후 일정한 압력을 가해 몰드의 패턴을 레지스트에 복제, 잔류층 (residual layer) 제거를 위한 방향성 식각 등의 후속 공정을 포함한 나노 패턴을 형성할 수 있는 미세 패터닝 기법이다. 이는 기존의 광 기반 포토리소그래피와 달리 용액 공정 기반의 단순한 공정이며, 공정을 위한 구성 장비 역시 기존의 공정 장비보다 훨씬 저렴하다는 장점이 있다. 이러한 나노임프린트 리소그래피는 현재 차세대 리소그래피 공정으로 각광받고 있으며, 전 세계의 다양한 연구 그룹에서 선행 연구가 진행되고 매우 다채로운 결과들이 현재 보고되고 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (29)

  1. ITRS, "International technology roadmap for semiconductors, LITHOGRAPHY" (2003). 

  2. N. H. E. Weste and K. Eshraghian, Principles of CMOS Design, 144, Addison Wesley (1993). 

  3. S. Y. Chou, P. R. Krauss and P. J. Renstrom, Appl. Phys. Lett., 67, 3114 (1995). 

  4. S. Y. Chou, P. R. Krauss and P. J. Renstrom, J. Vac. Sci. Technol. B, 14, 4129 (1996). 

  5. M. Colburn, S. Johnson, M. Stewart, S. Damle, T. Bailey, B. Choi, M. Wedlake, T. Michaelson, S. V. Sreenvasan, J. Ekertdt and C. G. Willson, Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng., 3679, 379 (1999). 

  6. S. Y. Chou, P. R. Krauss and P. J. Renstrom, J. Vac. Sci. Technol. B, 14, 4129, (1996). 

  7. M. D. Stewart, S. C. Johnson, S. V. Sreenivasan, D. J. Resnick and D. J. Willson, J. Microlith. Microfab. Microsyst., 4, 011002 (2005). 

  8. S. Y. Chou, P. R. Krauss and P. J. Renstrom, Appl. Phys. Lett., 67, 3114 (1995). 

  9. W. Zhang and S. Y. Chou, Appl. Phys. Lett., 83, 1632 (2003). 

  10. S. Y. Chou, P. R. Krauss and P. J. Renstrom, Science, 272, 85 (1996). 

  11. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva and A. A. Firsov, Science, 306, 666 (2004). 

  12. A. K. Geim, K. S. Novoselov, Nature Mater., 6, 183 (2007). 

  13. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos and A. A. Firsov, Nature, 438, 197 (2005). 

  14. Y. Zhang, Y. W. Tan, H. L. Stormer and P. Kim, Nature, 438, 201 (2005). 

  15. K. I. Bolotin, K. J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, J. Hone, P. Kim and H. L. Stormer, Solid State Commun., 146, 351 (2008). 

  16. S. V. Morozov, K. S. Novoselov, M. I. Katsnelson, F. Schedin, D. C. Elias, J. A. Jaszczak and A. K. Geim, Phys. Rev. Lett., 100, 016602 (2008). 

  17. A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao and C. N. Lau, Nano Lett., 8, 902 (2008). 

  18. C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar and J. Hone, Science, 321, 385 (2008). 

  19. R. R. Nair, P. Blake, A. N. Grigorenko, K. S. Novoselov, T. J. Booth, T. Stauber, N. M. R. Peres and A. K. Geim, Science, 320, 1308 (2008). 

  20. M. Y. Han, B. Ozyilmaz, Y. B. Zhang and P. Kim, Phys. Rev. Lett., 98, 206805 (2007). 

  21. X. Wang, Y. Ouyang, X. Li, H. Wang, J. Guo and H. Dai, Phys. Rev. Lett., 100, 20 (2008). 

  22. L. Jiao, L. Zhang, L. Ding, J. Liu and H. Dai, Nano Res., 3, 6 (2010). 

  23. X. Li, X. Wang, L. Zhang, S. W. Lee and H. Dai, Science, 319, 5867 (2008). 

  24. S. H. Kang, W. S. Hwang, Z. Lin, S.-H. Kwon and S. W. Hong, Nano Lett., 15, 7913 (2015). 

  25. K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J.-H. Ahn, P. Kim, J.-Y. Choi and B. H. Hong, Nature, 457, 706. (2009). 

  26. A. Reina, X. Jia, J. Ho, D. Nezich, H. Son, V. Bulovic, M. S. Dresselhaus and J. Kong, Nano Lett., 9, 30 (2009). 

  27. Han, M. Y., B. Ozyilmaz, Y. Zhang and P. Kim, Phys. Rev. Lett., 98, 206805 (2007). 

  28. H.-S. Kim, S. M. Won, Y.-G. Ha, J.-H. Ahn, A. Facchetti, T. J. Marks and J. A. Rogers, Appl. Phys. Lett., 95, 183504 (2009). 

  29. S. W. Hong, F. Du, W. Lan, S. Kim, H.-S. Kim and J. A. Rogers, Adv. Mater., 23, 3821 (2011). 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로