초록 ▼

연구개요
○ 두 물체가 접촉되었을 때, 서로 반대의 특성을 지닌 전기적인 전하를 생성하는 것을 마찰 대전(triboelectrification)이라고 하며, 이 전하들에 의해 생성된 정전기 유도는 전계 효과 트랜지스터 (FET) 반도체 채널의 캐리어 거동을 효과적으로 조절 가능함
○ 마찰대전과 전자소자의 전기적 거동 효과를 커플링한 트라이보 트로닉스(tribotronics)는 최근 새로운 연구분야로 크게 주목받고 있으며, 촉각자극을 받아들이는 마찰전기 인터페이스와 이를 센싱하여 전기적인 신호로 출력해 내는 FET 인터페이

연구개요
○ 두 물체가 접촉되었을 때, 서로 반대의 특성을 지닌 전기적인 전하를 생성하는 것을 마찰 대전(triboelectrification)이라고 하며, 이 전하들에 의해 생성된 정전기 유도는 전계 효과 트랜지스터 (FET) 반도체 채널의 캐리어 거동을 효과적으로 조절 가능함
○ 마찰대전과 전자소자의 전기적 거동 효과를 커플링한 트라이보 트로닉스(tribotronics)는 최근 새로운 연구분야로 크게 주목받고 있으며, 촉각자극을 받아들이는 마찰전기 인터페이스와 이를 센싱하여 전기적인 신호로 출력해 내는 FET 인터페이스로 구성되어 있음
○ 2차원 물질 기반 트라이보 트로닉스 촉각센서는 기존의 센서보다 빠른 응답속도와 회복속도를 갖는 새로운 개념의 센서가 될 것으로 기대됨

연구 목표대비 연구결과
○ Exfoliation 방식으로 MoS₂ 나노시트를 추출하여, Raman spectroscopy와 AFM을 통해 적층 레이어 수를 확인하였음.
○ 수직 적층구조를 갖는 소자 제작을 위해, MoS₂ 나노시트의 passivation layer 및 friction layer로 사용하기 위한 PDMS 폴리머를 이용
○ 마찰대전에 의해 induced 된 charge가 MoS₂ 트랜지스터에 어떤 영향을 미치는지 분석하기 위해, 다양한 물질로 PDMS 표면과 접촉을 하고 전기적 특성 분석을 진행함
○ 마찰대전에 의해 PDMS 표면에 형성된 charge의 retention time을 측정결과 수시간 이상 잔존하는 것을 확인
○ COMSOL 시뮬레이션을 통해, PDMS passivation layer 두께에 따른 캐리어 표면 전하와 MoS₂ 채널 내부 캐리어 농도의 상관관계를 규명
○ PDMS 표면에 induced 된 전하의 특성(positive, negative)에 따른 MoS₂ 트랜지스터의 threshold voltage가 좌우로 shift 되는 것을 시뮬레이션과 실험결과로 규명

연구개발결과의 중요성
○ 본 연구책임자가 제안한 과제의 결과는 사물인터넷(IoT) 및 인공지능(AI) 촉각센싱 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됨
○ 뿐만 아니라, 트라이보 트로닉스에 기반한 촉각 감지 센싱 시스템은 현재 촉각센서 산업 분야에서 단점으로 제기된 다양한 문제점들을 극복할 수 있을 것임
• 정전용량 방식의 촉각센서와 달리, 트라이보 트로닉스 소자는 도체와 부도체가 효과적으로 마찰대전을 일으키는 원리에 기반, 양쪽 물질 모두를 센싱 할 수 있음
• 또한, 마찰대전에 의한 전하가 FET의 전류 특성을 조절하는 게이트 전압으로 작용하므로 추가적인 게이트 전압을 인가해야하는 OFET 기반의 촉각센서보다 훨씬 더 간단한 메커니즘으로 효율적인 구동 가능함
• 감압식 센서와 달리, 트라이보 트로닉스 센서는 외부자극을 감지하기 위한 두 개의 분리된 전극 층이 필요 없으므로 훨씬 더 간단한 구조로 민감한 센서를 제작할 수 있음

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1. 연구개발의 목표 ... 5
• 2. 연구개발의 필요성 ... 5
• 3. 연구의 내용, 범위 및 방법 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 1. MoS2 트라이보 트로닉스 트랜지스터 제작 ... 6
• 2. MoS2 트라이보 트로닉스 트랜지스터 특성 평가 ... 7
• 3. 시뮬레이션 기반 전하분포 특성 평가 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 10
• 붙임1 대표연구실적 ... 12
• 끝페이지 ... 13