초록 ▼

플라즈마 CVD를 이용하여 결함이 생성된 그래핀 박막을 얻었다. 분석결과 밴드갭이 생성되었고 조건에 따라 나노결정의 크기가 달랐다. 그래핀의 밴드갭은 결함밀도와 나노결정 크기 변화에서 기인한다고 할 수 있고 결함밀도와 나노결정 크기는 합성 시간의 변화로 제어할 수 있다. 라만 스펙트럼으로 볼 때 합성시간의 증가와 함께 결함밀도가 증가하였고, 나노결정의 크기는 감소하였다. 그래핀 FET의 밴드갭과 전계효과 이동도는 결함밀도와 나노결정의 크기에 영향을 받음을 확인하였다. 온도에 따른 전도도 변화를 측정하여 그래핀의 특성이 반도체적임을

플라즈마 CVD를 이용하여 결함이 생성된 그래핀 박막을 얻었다. 분석결과 밴드갭이 생성되었고 조건에 따라 나노결정의 크기가 달랐다. 그래핀의 밴드갭은 결함밀도와 나노결정 크기 변화에서 기인한다고 할 수 있고 결함밀도와 나노결정 크기는 합성 시간의 변화로 제어할 수 있다. 라만 스펙트럼으로 볼 때 합성시간의 증가와 함께 결함밀도가 증가하였고, 나노결정의 크기는 감소하였다. 그래핀 FET의 밴드갭과 전계효과 이동도는 결함밀도와 나노결정의 크기에 영향을 받음을 확인하였다. 온도에 따른 전도도 변화를 측정하여 그래핀의 특성이 반도체적임을 알았다. 따라서 합성시간에 따른 밴드갭 변화는 90에서 187 meV로 증가하였다. 그리고 그래핀 FET는 p형 특성을 보였고 156 meV의 밴드갭일 때 1000 cm²V^-1s^-1의 이동도를 보였다.

전기화학법으로 그래핀에 염소이온을 도핑하였다. 염소가 도핑된 그래핀을 채널로 사용하여 전계효과 트랜지스터의 I-V 특성을 보았다. 합성된 그래핀은 300 nm의 절연막이 입혀진 실리콘기판에 전사되었고 채널로 이용하였다. E-beam evaporation으로 소스와 드레인 전극은 50 nm의 금으로 증착되었다. 측정된 I-V 곡선은 전형적인 p-type 특성을 나타내었다. 그리고 V_DS변화에 따라 On/Off 전류비를 측정한 결과 2의 값을 보였다.

전기화학법으로 그래핀에 망간을 도핑하였다. 열처리한 그래핀과 망간을 도핑한 그래핀에서 강자성이 잘 나타났으며 온도에 따른 비저항 측정을 하여 220, 270 K 의 큐리온도를 얻었다. 게다가 그래핀은 반도체성 특성을 나타내었다. 망간을 도핑한 그래핀은 10 K에서 232 Oe의 항전계 값을 보이고 온도의존성 비저항 측정은 피크를 갖는 자성반도체 특성을 보였다. 이러한 강자성의 특성이 나타나는 것은 Mn³⁺와 Mn⁴⁺의 공존 상태가 상호 교환작용을 함으로써 일어남을 확인하였다.

그래핀 나노리본 전극과 NiO 나노점으로 이루어진 RRAM 소자를 제작하였다. 25 nm의 나노갭과 50 nm 직경의 NiO 나노점을 증착하였다. GNR/NiO/GNR RRAM 소자는 낮은 동작 전압을 갖는 단극성 RRAM 스위칭 특성을 보였다. 이러한 낮은 동작 전압은 그래핀 나노리본의 낮은 일함수에 기인하는 것으로 보인다.

그래핀을 고온(700C)에서 열처리하여 결함을 형성한 후 전기적 특성변화를 보았다. 라만 스펙트라의 측정에서 볼 수 있는 결함의 신호로부터 결함의 밀도를 계산할 수 있고 이러한 결함밀도에 따라 전기적 특성변화가 나타나는 것을 분석할 수 있다. 열처리 시간 10분에서 30분까지 변화하는 결함밀도는 5.5 x 10¹³ 에서 7.5 x 10¹³ cm^-2 와 같다. 이러한 결함밀도의 증가는 열처리하는 동안 그래핀의 vacancy의 증가에 기인한다. metal-insulator 전이에 필요한 결함밀도는 6.5 x 10¹³ cm^-2 이상이 필요하고 7.5 x 10¹³ cm^-2인 경우 전이 온도가 고온으로 이동함을 보였다.

CVD로 망간을 in-situ 도핑하여 합성을 하였다. 망간이 도핑된 그래핀의 온도변화에 따른 전도도를 측정하면, 전도도의 값이 온도가 증가함에 따라 증가하는 반도체의 특성을 보였다. 이것은 또한 전도도 방정식, σ = σ₀exp (-Eg/2kT)으로 피팅하면 잘 일치한다. 측정된 밴드갭의 값은 165 meV로 나타났다. 그러나 망간이 도핑되지않은 그래핀은 금속성을 나타내며 밴드갭이 측정되지 않았다. 망간이 도핑된 그래핀을 채널로 사용하여 전계효과 트랜지스터의 I-V 특성을 보았다. 합성된 그래핀은 300 nm의 절연막이 입혀진 실리콘기판에 전사되었고 채널로 이용하였다. E-beam evaporation으로 소스와 드레인 전극은 50nm의 금으로 증착되었다. 측정된 I-V 곡선은 전형적인 p-type 특성을 보이고 전계효과 이동도를 계산한 결과 2543 cm²V^-1S-1의 값을 나타내었다. 그리고 V_DS변화에 따라 On/Off 전류비를 측정한 결과 계산되는 밴드갭은 165 meV로 나타났다.

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 12