초록 ▼

연구의 목적 및 내용:
CVD 방법으로 SiO2/Si 기판상에 대면적 그래핀을 직접 성장시킬 수 있는 공정을 연구하고, 성장된 그래핀 시트의 구조적, 광아학적, 열적, 전기적 및 자기적 특성을 탐색한다. 그래핀의 전자적 응용 범위를 넓히기 위해 필수적인 에너지틈을 만들어내기 위해 나노리본 형태로 식각하고 다양한 전극배위를 통해 그래핀리본의 전자적 수송특성과 자기적 특성을 연구한다. 본 연구를 통해 향후 그래핀의 응응 연구에 유용하게 활용될 수 있는 토대 지식과 기술을 제공한다.
연구결과:
게이트 전극을 갖는 패턴된

연구의 목적 및 내용:
CVD 방법으로 SiO2/Si 기판상에 대면적 그래핀을 직접 성장시킬 수 있는 공정을 연구하고, 성장된 그래핀 시트의 구조적, 광아학적, 열적, 전기적 및 자기적 특성을 탐색한다. 그래핀의 전자적 응용 범위를 넓히기 위해 필수적인 에너지틈을 만들어내기 위해 나노리본 형태로 식각하고 다양한 전극배위를 통해 그래핀리본의 전자적 수송특성과 자기적 특성을 연구한다. 본 연구를 통해 향후 그래핀의 응응 연구에 유용하게 활용될 수 있는 토대 지식과 기술을 제공한다.
연구결과:
게이트 전극을 갖는 패턴된 그래핀 리본 구조의 소자에 대한 전자적 수송특성과 자기적 특성은 종래적인 수송분광학, 주사원자력 현미경 및 주사 라만산란 실험을 통해 다변수 동시 측정의 관점에서 측정하여 분석하였다. 상온이상의 고온에서 그래핀리본은 양극성트랜지스터 특성을 보이며 동작시간이 경과함에따라 p-형의 트랜지스터 거동이 보다 우세해지는 경향을 보였다. 20K 이하의 저온영역에서 패턴된 그래핀 리본의 전자적 수송특성은 국재화된 상태들에 의해 제어되는 가변거리 껑충뛰기(VRH) 전도를 보였다. 그래핀 리본의 경우 나노크기로 패턴됨에 따라 리본의 모서리 거칠기와 이에 따른 모서리 상태들이 전기적 수송 뿐만아니라 자기적 물성의 특이성에 대한 연구 결과들이 나오고 있어 본 연구에서는 게이트를 갖는 그래핀리본 소자에 대한 주사 자기력 현미경을 이용하여 실시간 자기장 인가하에서 리본의 형상을 따르는 자기위상을 이차원지도로 측정하고 이를 2차원 라만산란 스펙트럼과 비교하므로써 리본의 상하 모서리 특성이 상이함을 확인하였다. 추후 100nm 이하의 좁은 선폭의 그래핀 리본에 대한 후속 연구를 통해서 패턴된 나노리본에서의 자성에 대해 물리적 이해를 높일 수 있을 것이다.
연구결과의 활용계획:
o 그래핀 연구는 2단계부터 1년 6개월간 진행하였다. 후속연구에서 활용될 것이다.
o 그래핀소재를 연구하고 있는 국내의 다른 선도팀의 경우 이 기술이 요긴하게 사용될 수 있는 관련 기업과 연계되어있어 제품화 내지는 기업화를 위한 연구 등 경제적인 효과면에서 언급하기는 어렵다. 본 과제는 기초연구적인 성격이 강하므로 그래핀에 대한 물리적이해를 높이는데 기여하고, 향후 응용이 기대되는 다양한 분야에 토대기술로 활용될 수있을 것이다
o 연구가 진행되는 동안 함께한 석박사과정 학생들이 2-3년 후에 과정을 마치고 사회에 배출되면 이 분야에서 전문인력으로 활동하리라 생각한다.

Abstract ▼

Purpose & contents:
When CVD grown graphene is patterned into a narrow ribbon, and the charge carriers would confined to one-dimensional system, one expect opening of the energy gap. However, when the size of graphene decreased to nano deimension, other complex aspect emerge because of the growin

Purpose & contents:
When CVD grown graphene is patterned into a narrow ribbon, and the charge carriers would confined to one-dimensional system, one expect opening of the energy gap. However, when the size of graphene decreased to nano deimension, other complex aspect emerge because of the growing significance of its geometrical shape including roughness and edge shape. In this work we made graphene wafers by direct growth method and implement gate-controllable graphene devices and finally, investigate the electronic transport properties of lithographically patterned graphene nanoribbon devices where the lateral confinement of carriers create energy gap.
Result:
The electron transport and magnetic interaction are investigated for graphene nanoribbon with gated devices. The transport is governed by variable range hopping on a nanoribbon strudture at lo temperature regime. At high temperature of room temperature, the naoribbon devices show ambipolat transistor function and p-type dominated transport with increasing operating time under ambient humidity. Below about 20K, the transport characteristics indicate that charge transport of the disordered nanoribbon is dominated by localized states. On the other hand, we investigated magnetic proeprties of the un-patterened graphen sheet and patterned nanoribbon by magnetic force microscopy and conventional magnetization loops. The mfm results indicate that the edge along both sides of nanoribbon have ferromagnetic odering along one side of edge and antiferromagnetic interaction between opposite side of edges. The results obtained in this show that the patterned nanoribbon is an interesting systems for studying magnetsim in carbon-based system. Also, Raman studies reveal that the magnetic features are mainly ascribed to defects along edges.
The evidence obtained in this work supports the view that magnetism within nanosized graphene is linked to edge states for nanoshized graphene sheet.
Expected Contribution:
Although we can not confirm that it will be possible to develop nano carbon-based-nanocirucit within the short period, we expect that the research of nanocarbon-based nanoelectronics can contribute to improve understadings on the physics of graphen and help to accelerate potential applications: rftransistor, nonvolatile memory, logic devices, nano electro-photonic device, solar cell materials etc..

목차 Contents

• 도약연구사업(舊 국가지정연구실) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 5
• 1. 국문요약문 ... 5
• 2. 영문요약문 ... 6
• Ⅲ. 연구내용 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 33
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 33
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 34
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 37
• 8. 참고문헌 ... 38
• 9. 연구성과 ... 39
• 10. 기타사항 ... 42