초록 ▼

나노선이나 나노튜브 같은 1 차원 나노전도체에서 저온에서 일어나는 전자 산란의 대부분은 전도채널 내부 및 표면의 결함, 불순물로부터 일어난다. 결정성장 단계에서 결함이나 불순물을 최소화 함으로써, 전자의 이동도를 높이고, 산란을 최소화 할 수 있으나, 한계가 있다. 전도 채널의 직경이 작아질수록, 표면 산란이 커지게 되는데, 특히 기판과의 접촉때문에 발생되는 산란과 기판에 붙어있는 국소 전하에 의한 산란이 큰 비젓을 차지한다. 본 연구에서는 기판이나, 표면 흡착 물질이 나노전도채널의 전도 특성에 미치는 영향을 체계적으로 연구하였다.

나노선이나 나노튜브 같은 1 차원 나노전도체에서 저온에서 일어나는 전자 산란의 대부분은 전도채널 내부 및 표면의 결함, 불순물로부터 일어난다. 결정성장 단계에서 결함이나 불순물을 최소화 함으로써, 전자의 이동도를 높이고, 산란을 최소화 할 수 있으나, 한계가 있다. 전도 채널의 직경이 작아질수록, 표면 산란이 커지게 되는데, 특히 기판과의 접촉때문에 발생되는 산란과 기판에 붙어있는 국소 전하에 의한 산란이 큰 비젓을 차지한다. 본 연구에서는 기판이나, 표면 흡착 물질이 나노전도채널의 전도 특성에 미치는 영향을 체계적으로 연구하였다.

표면 산란을 제거하기 위해서는 전도채널 자체가 기판에 접촉하지 않아야 하는데, 나노공정 기술을 이용하여 기판에서 분리된 나노전도채널 구조를 제작하였다. 본 연구에서는 기판이나, 표면 흡착물이 전도특성에 어떠한 영향을 주는지 조사하고, 기판 효과를 제거하기 위하여, 전도채널이 기판에서 분리된 suspended 형 나노전도 채널소자를 제작하고, 양자전도 특성을 연구하였다.

국소게이트를 이용한 전도채널내의 밴드변조를 통하여 전자 투과도 조절이 가능하도록 하여, 카본나노 튜브, InAs 나노선 등 1 차원 전도채널의 게이트 의존형 양자전도특성을 연구하였다. 외부의 영향이 최소화된 양자점내의 에너지 준위는 더욱 명확해지고, 전자의 산란이 최소화 되므로 전자와 스핀의 간섭, 결맞음에 의한 새로운 물리현상이 나타날 것으로 기대된다. 특히 InAs, 이젓겹 탄소나노튜브 등과 같은 밴드갭이 작은 반도체 나노전도 채널에서는 국소 밴드 변조를 통하여 인위적인 전자 양자점 및 정공 양자점 형성을 확인하였으며, 전자에서 정공으로, 정공에서 전자로 전하이동체가 변하는 밴드 반전과 같은 특이 전도현상을 관측하였다.

각 주요 주제별 연구 수행 내용은 다음과 같다.

- 실리콘 산화막내 하부 국소게이트 제작 공정 확립
100 nm 뚜께의 SiO₂ 산화막을 가진 Si 기판 위에 e-beam 식각법을 사용해서 패터닝 한 후 BOE 6:1 용액을 사용해서 약 39 nm의 깊이로 에칭하여 폭이 80 nm 인 하부게이트 구조를 제작하였다.

- 투명기판 이용 나노선 위치지정 정밀도 향상
제작된 하부게이트 구조위에 광학현미경과 정밀 X-Y translator를 이용하여 나노선을 하부게이트 위 지정된 위치에 위치시키는 기법을 확보하였다. 0.5 μm 수준의 위치 정밀도를 확보하였다.

- 하부 국소게이트 이용 나노 전도채널 내 양자점 형성
하부 국소게이트와 위치지정 기법을 이용하여 나노선 전도채널을 제작하고, 2 개의 하부 국소게이트와 그로벌 하부게이트를 이용하여 InAS 전도채널내에 양자점 구조를 형성시켰다. 양자점 형성은 저온에서 쿨롱 다이아몬드를 관측함으로써 확인하였고, 양자점의 charging energy 는 4 meV 정도였다.

- 하부 국소게이트 이용 나노전도채널 내 투과도 정밀제어 및 밴드반전 구현
하부 및 측면 게이트를 이용하여 전도채널 내 밴드 변조를 실현하고, p-형 밴드구조를 n-형 밴드로 변환하는 밴드반전을 실현하고, 전극과 나노전도채널사이의 쇼트키 접합 사이에 투과도를 정밀 제어하여 p-형 양자점과 n-형 양자점을 인위적으로 형성시켰다.

- 하부 국소게이트 이용 나노 전도채널 저온 양자전도 특성연구
하부게이트 이용 게이트 변화에 따른 저온 전도특성을 측정 하고, 다젓 양자점에 의한 satability diagram 을 확보하였다.

- Suspended 형 나노전도채널 소자제작 및 전도특성 확보
Suspended 형 나노전도채널 제작을 제작하고 구조안정화 완료하였으며, 인위적인 양자점 형성 등의 게이트 의존형 전도특성을 확보하였다.

- 기판 및 표면 흡착이 나노전도채널 전도 특성에 미치는 영향연구
나노전도채널에 기판과 표면 흡착이 전도 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 기판의 반도체성 으로인하여 전도채널의 특성이 크게 변화함을 확인하였으며, 표면에 폴리머등의 이물질이 흡착되었을 때도 도핑 효과로 인해 전도특성이 크게 변함을 체계적인 실험을 통하여 확인하였다.
(출처:요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 연구 수행 방법 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 12