초록 ▼

본 연구의 목표는 플라즈마 처리를 통한 그래핀의 물성 및 전기적 특성 변화를 이끌고, 실제 전자 응용에 선도적인 기술을 확보하는 것이다. 이를 위하여, 먼저 실험실 자체적으로 그래핀 기반 소자 제작을 위한 공정 개발과 보다 정밀하고 정확한 전기적 특성 평가를 위해 프로브 스테이션을 진공 및 저온 측정 시스템과 e-beam lithography 장비를 이용한 미세 패턴 소자 제작을 위한 공정 설비를 사용하였으며 수백 nm 크기의 미세 소자 패턴을 형성하는 기술을 습득 및 확보하였다.
총 연구기간 동안 도출한 연구 성과로는, 첫째

본 연구의 목표는 플라즈마 처리를 통한 그래핀의 물성 및 전기적 특성 변화를 이끌고, 실제 전자 응용에 선도적인 기술을 확보하는 것이다. 이를 위하여, 먼저 실험실 자체적으로 그래핀 기반 소자 제작을 위한 공정 개발과 보다 정밀하고 정확한 전기적 특성 평가를 위해 프로브 스테이션을 진공 및 저온 측정 시스템과 e-beam lithography 장비를 이용한 미세 패턴 소자 제작을 위한 공정 설비를 사용하였으며 수백 nm 크기의 미세 소자 패턴을 형성하는 기술을 습득 및 확보하였다.
총 연구기간 동안 도출한 연구 성과로는, 첫째로 플라즈마 처리에 따른 그래핀의 표면 특성을 변화시키고 이를 통해 금속 간의 접착 특성을 향상 확인 및 매커니즘을 밝혀냈다. 추가적으로 back gating으로 작동하는 field effects transistor (FET)소자를 제작하여 플라즈마 처리 전과 후에 그래핀과 금속 간의 접착 특성을 향상과 개선된 소자 특성을 개선됨을 관찰하였다. 이를 위해 플라즈마 공정조건인 파워, 압력,온도, 처리시간 등을 조절하여 그래핀의 특성 변화를 최소화하면서 금속과의 결합 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 공정을 개발하였다. 또한, 플라즈마 처리를 통해 그래핀의 P, N 형 도핑 유도 및 제어방법을 연구하였다. 그래핀에 플라즈마 처리를 할 때 다양한 가스를 사용하고, 플라즈마의 농도나 압력 등을 변화시키면서 도핑특성을 조절할 수 있었다.
한편, 그래핀이 적용된 미래소자개발이 활발히 이루어짐과 더불어 반도체 소자공정에 손쉽게 적용될수 있는 대면적 그래핀 클리닝 공정이 확보되어야만 한다. 본 연구에서는 보다 높은 그래핀의 물성 복귀공정개발을 위해 플라즈마 공정 및 가스구성 조건에 따른 특성을 연구하였다. 또한 보다 대면적 적용에 유리한 화학증착방식(CVD)으로 제작된 그래핀과 기계적 박리법으로 제작된 그래핀을 비교 연구하였다.이 연구에서는 높은 가스 압력에서 플라즈마를 방전시킴으로 defect 형성을 줄이면서 대면적 CVD 그래핀의 소자 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구는 주로 그래핀의 플라즈마 처리에 초점을 맞추었지만, 최근 집중적으로 관심을 받는 2차원 물질의 접촉저항 개선, 도핑, 밴드갭제어 등에 플라즈마 기술을 활용할 수 있으며, 플라즈마 가스 사용을 통해 화학물질사용을 최소화하여 환경친화적 전자소자 또는 반도체 공정에도 응용할 수 있다.본 연구에서 얻어진 결과를 통해서, Nature Communications, ACS Nano 등의 임팩트지수가 높은 저널에 논문을 게재하였고, 관련 개발기술에 대해 국내외에 특허를 출원하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 향후 포스트 실리콘 반도체 소자 개발에 매우 유용하게 활용될 수 있다. 특히, 플라즈마 공정은 현재 반도체 소자 생산 및 개발에 필수불가결한 기술로서 광범위하게 응용될 수 있을 뿐 아니라, 향후 2차원 신소재 소자 연구개발에도 매우 중요하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.