초록 ▼

1. 최종목표
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 응용 단전자소자 및 스핀제어소자 제작 및 특성측정
$\blacksquare$ 나노튜브 기능화 및 화학 나노센서 응용
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 FEA 전자총을 이용한 TWT RF 증폭기 개발
$\blacksquare$ 실린더형 게이트 나노선튜브 $2{\times}2$ 배열 전자제어소자 제작 및 성능 평가
2. 개발내용 및 결과
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1. 최종목표
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 응용 단전자소자 및 스핀제어소자 제작 및 특성측정
$\blacksquare$ 나노튜브 기능화 및 화학 나노센서 응용
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 FEA 전자총을 이용한 TWT RF 증폭기 개발
$\blacksquare$ 실린더형 게이트 나노선튜브 $2{\times}2$ 배열 전자제어소자 제작 및 성능 평가
2. 개발내용 및 결과
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 단전자소자 제작 (전위계 감도 < $5{\times}10^{-5}e/{\surd}Hz$)
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 스핀제어소자 제작 (자기저항비 > 600%)
$\blacksquare$ 탄소나노튜브/금속 접합특성 제어기술 개발 (접촉저항 < $7k\Omega$)
$\blacksquare$ 이중벽 탄소나노튜브 임계전류 측정 $(I_{max}\;>\;150{\mu}A)$ (세계 최고)
$\blacksquare$ 이중벽 탄소나노튜브를 이용한 RTD/RTT 소자 제작 (세계 최초)
$\blacksquare$ CNT 선택성장, 구조제어, 기능화 (선택성장 > 95%, 결정성) 90%, 결함 < 5%)
$\blacksquare$ CM 도핑 및 후처리 기술 개발 (N 도핑, K 도핑, 고온열처리를 통한 정제)
$\blacksquare$ PDMS molding 법을 이용한 flexible, highly transparent SWNT 박막기술 개발
$\blacksquare$ 나노틀을 이용한 CNT array구조 제작
$\blacksquare$ 나노센서용 전극형성기술 개발
$\blacksquare$ CNT 화학센서 시제품 제작 및 특성 평가
- CNT 박막을 이용한 나노센서의 제작 및 특성 평가($NH_3$, TTF, TCNQ)
- 나노틀을 이용한 CNT센서의 제작 및 특성 평가($NH_3,\;NO_3$, Ar)
$\blacksquare$ 전산모사를 통한 X-band helix m 설계
$\blacksquare$ TWT 구성요소 제작 및 특성 분석 : CNT-FEA cathode를 이용한 TWT 설계
- CNT E-gun (cathode), Anode, Collector 제작
- 페이스트법을 이용한 CNT cathode를 장착한 전자총제작 및 전계방출특성 평가
$\blacksquare$ 단일겹 탄소나노튜브를 이용한 종이 형태의 에미터 제작: $50mA/cm^2$의 고방출 전류 획득
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 페이스트 합성 및 전계방출 특성 평가
- $3.6V/{\mu}m$에서 $110mA/cm^2$ 고전계방출 전류밀도 획득
- CNT paste를 실제 TWT 음극 기판 (cathode 면적, $0.15cm^2$)위에 인쇄 : 10 mA 이상의 방출전류 획득하고 CNT E-gun 제작에 응용
$\blacksquare$ 반도체 나노선 합성 및 구조적, 광학적, 전기적 특성 분석
$\blacksquare$ $GaN/Al_2O_3,\;GaP/Al_2O_3,\;InP/Al_2O_3,\;Si_3N_4/Al_2O_3,\;Si/SiO_2\;Si/SiO_2/Al_2O_3$, $SiC/Al_2O_3,\;ZnO/Al_2O_3,\;CNT/Al_2O_3,\;GaN/Ga_2O_3,\;Si/SiO_2$, 등 나노튜브 제작
$\blacksquare$ 나노튜브 전자 제어 소자 제작 및 성능 향상 기술 개발
- $g_m=448$ nS, $\mu=302cm^2/Vs,\;I_{on}/I_{off}=10^5$ 이상
$\blacksquare$ 실린더형 게이트 절연막을 갖는 Omega 게이트 FET 제작 및 소자 성능 평가
$\blacksquare$ $1\times2,\;1\times3,\;2\times2$ 배열 소자를 이용한 Inverter, NAND, NOR 논리 소자 제작 및 동작 특성 분석
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 전자소자 응용에 필수적인 핵심 원천기술 확보로 소자 실용화 대비
$\blacksquare$ 나노센서의 원천/기반기술 확보 및 상품화기술 개발을 통한 다양한 나노 센서 및 나노시스템 분야의 국가경쟁력 확보 및 신규산업의 창출기여
$\blacksquare$ CNT-FEA를 전자방출원으로 사용한 광대역, 고출력 rf증폭기의 설계기술은 향상된 특성과 초소형 증폭기개발에 기여할 것임.
$\blacksquare$ 차세대 신물질에 관한 원천기술 확보
4. 적용분야
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 응용 메모리 및 논리소자
$\blacksquare$ 탄소나노튜브 전계효과트랜지스터 제작 및 응용
$\blacksquare$ 정밀 화학 및 바이오센서
$\blacksquare$ 나노 화학센서의 경우 극미량의 독극물이나 마약 등을 감지하는데 적용이 가능
$\blacksquare$ CNT를 이용한 나노센서는 우주항공장비, 생명체, 환경 모니터링 등에 사용 가능
$\blacksquare$ 저잡음 초소형의 복합형 RF증폭기는 레이더, 방탐장치 등의 군수분야 뿐만 아니라 장거리 무선통신, 초고속 데이터 통신, 위성통신 및 정보통신 등에 널리 이용 가능
$\blacksquare$ 차세대 전자제어소자 및 광전소자 제작
$\blacksquare$ 수광 및 발광 소자 제작

Abstract ▼

In this project, we have studied the utilization of carbon nanotube for new functional photonic and electronic devices such as a single-electron transistor, a spintronic device, nano-scale chemical sensor, and a wide-band radio-frequency amplifier. Our aims were achieved by carbon nanotube growth, f

In this project, we have studied the utilization of carbon nanotube for new functional photonic and electronic devices such as a single-electron transistor, a spintronic device, nano-scale chemical sensor, and a wide-band radio-frequency amplifier. Our aims were achieved by carbon nanotube growth, functionalization, post-treatment, device fabrication, characterization, and precise electric and photonic measurements. Through this project, we have successfully developed a variety of carbon-nanotube-based electronic and photonic devices.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...8
• 제 1 절 연구개발의 필요성...8
• 제 2 절 국내외 기술개발 동향 및 수준...18
• 1. 국외...18
• 2. 국내...26
• 제 3 절 향후 전망...30
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법...34
• 제 1 절 서론 및 이론적 고찰...34
• 1. 탄소나노튜브 발견...34
• 2. 탄소나노튜브 구조...34
• 3. 탄소나노튜브 전도특성...40
• 제 2 절 합성 및 구조제어...44
• 1. 탄소나노튜브 합성...44
• 2. 반도체 나노선 합성...46
• 3. 탄소나노튜브 정제...47
• 4. 탄소나노튜브 도핑...48
• 5. 탄소나노튜브 분산...48
• 제 3 절 소자제작 및 특성측정...49
• 1. 탄소나노튜브 소자 제작...49
• 2. 나노선 소자 제작...52
• 3. 나노틀을 이용한 센서 제작...52
• 4. 특성 측정...54
• 제 4 절 RF 증폭기 설계 및 제작...55
• 1. TWT 선형 이론...55
• 2. TWT 비선형 전산모사...55
• 3. 전자빔 진단기 제작...56
• 4. 전자빔 방출을 위한 다이오드 설계...57
• 5. 전계방출소자 제작 및 특성측정...57
• 제 3 장 결과...58
• 제 1 절 탄소나노튜브 응용 신개념 전자소자 개발...58
• 제 2 절 나노튜브 기능화 및 화학 나노센서 응용...86
• 제 3 절 탄소나노튜브 응용 광대역 고출력 RF 증폭기 개발...214
• 제 4 절 전자 제어 반도체 나노튜브 소재에 대한 연구...445
• 제 5 절 요약...511
• 1. 연구결과...511
• 2. 연구개 발목표의 달성도...518