[논문]역전사법을 활용한 고안정성 그래핀 기반 전계효과 트랜지스터 제작

이은호; 방대석

doi:10.17702/jai.2021.22.4.153

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이차원 탄소 동소체인 그래핀은 기존 재료보다 우수한 기계적, 전기적 특성을 지니고 있다. 특히, 그래핀의 전하이동도는 실리콘 대비 100배가량 높다고 알려져 차세대 전자소자의 핵심재료로 각광을 받고 있다. 하지만, 그래핀은 외부 환경의 변화에 매우 민감하여 수분 혹은 산소에 취약하여 그래핀 기반 전자소자의 안정성이 취약하다는 단점이 존재하기에 이를 해결하기 위해 다양한 시도가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 그래핀 전계효과 트랜지스터의 절연막을 전사시에 사용되는 고분자 층의 표면 에너지를 조절하여 안정성을 크게 향상시키는 연구를 수행하였다. 절연층으로 쓰인 고분자의 표면 에너지가 낮아짐에 따라 물 분자 혹은 산소와 같은 대기중의 불순물 흡착을 효과적으로 제어함으로써, 안정성을 향상시킬 수 있었다.

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Graphene, a two-dimensional carbon allotrope, has outstanding mechanical and electrical properties. In particular, the charge carrier mobility of graphene is known to be about 100 times higher than that of silicon, and it has received attention as a core material for next-generation electronic devic...

Graphene, a two-dimensional carbon allotrope, has outstanding mechanical and electrical properties. In particular, the charge carrier mobility of graphene is known to be about 100 times higher than that of silicon, and it has received attention as a core material for next-generation electronic devices. However, graphene is very sensitive to environmental conditions, especially vulnerable to moisture or oxygen. It becomes a disadvantage in that the stability of the graphene-based electronic device, so various attempts are being made to solve this problem. In this work, we report a method to greatly improve the stability by controlling the surface energy of the polymer layer used for transferring the insulating layer of the graphene field-effect transistor. As the surface energy of the polymer used as the insulating layer was lowered, the stability could be improved by effectively controlling the adsorption of impurities in the atmosphere such as water molecules or oxygen.

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그림 Figure 1. A scheme of the fabrication of graphene field-effect transistors (FETs) using the inverse transfer method.
그림 Figure 2. Molecular structure of polymer dielectric of graphene FETs.
그림 Figure 3. The average contact angle of polymer dielectric layer (Inset: Optical microscopy image of the polymers contact angle).
그림 Figure 4. Transfer curves of the graphene FETs using PMMA, PVC, CYTOP dielectric polymers.
그림 Figure 5. Raman spectra of graphene/polymer vertical heterostructure on the SiO₂/Si substrate.
그림 Figure 6. The field-effect mobilities change plot of graphene FETs.
표 Table 1. Field-effect mobilities of graphene FETs using different polymer dielectric layers.

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