KR100635546B1 - 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 스캐닝 프로브마이크로 스코프의 탐침 및 그 제조 방법 - Google Patents

전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 스캐닝 프로브마이크로 스코프의 탐침 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면형 전계 효과 트랜지스터를 제작하고, 그 위에 전도체의 탄소 나노 튜브를 제작함으로써, 날카로운 팁이 형성됨과 아울러 전기적 특성 또한 증가시킨 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침을 제공하며, 이를 위하여, 본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 제 1 단계; 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극 상부 일단에 탄소 나노 튜브를 성장시키기 위하여 준비하는 제 2 단계; 그리고 상기 준비된 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극 상부 일단에 탄소 나노 튜브 생성하는 제 3 단계; 를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법을 제공한다.
전계 효과 트랜지스터, 탄소 나노 튜브, 스캐닝 프로브 마이크로 스코프(SPM), 탐침, 게이트 전극, 시드 전극

Description

전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침 및 그 제조 방법{Probe of scanning probe microscope having a field effect transistor channel and Fabrication method thereof}
도 1은 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 일 예인 정전력 현미경의 작동과정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 전계 효과 트렌지스터를 갖는 평면형 캔티레버의 탐침을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 또 다른 전계 효과 트렌지스터를 갖는 평면형 캔티레버의 탐침의 작동을 나타내는 개략도이다.
도 4는 도3의 전계 효과 트렌지스터를 갖는 평면형 캔티레버의 탐침의 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 작동 과정을 설명하는 개략도이다.
본 발명은 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전계 효과 트랜지스터와 탄소 나노 튜브를 이용한 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침과 그 제조방법에 관한 것이다.
나노 기술의 시대가 도래하면서, 가장 많이 사용되고 있는 기기가 바로, 스캐닝 프로브 마이크로 스코프(Scanning Probe Microscope: SPM)이다.
이러한 SPM은 마이크로 탐침(Micro Probe)을 스케닝(Scanning)하는 방식을 이용하여 여러 가지 물리량을 측정할 수 있는 장치를 통칭한다.
SPM의 기본구조는 끝이 매우 날카로운 팁(tip)을 가진 탐침과 이를 시료 위에 스캐닝 할 수 있게 하는 스캐너 그리고 이들을 제어하고 신호를 받아 처리하는 제어 및 정보처리 시스템으로 구성된다.
SPM은 다양한 형태로 발전하여 왔는데, 측정하고자 하는 물리량에 따라 탐침이 작동하는 원리도 조금씩 차이가 있다. SPM의 한가지 예로서 팁과 시료 사이에 걸린 전압차로 인해 흐르는 전류를 이용한 스캐닝 터널링 마이크로스코프 (Scanning Tunneling Microscope: STM)가 있다.
또 다른 SPM으로는 팁과 시료 사이의 원자적 힘을 이용한 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope: AFM)이 있고, 팁과 시료 사이의 가시광선 파장을 이용한 근접 광학 현미경(Scanning Near-field Optical Microscope: SNOM)이 있으며, 팁과 시료 사이의 정전력을 이용한 정전력 현미경(Electrostatic Force Microscope: EFM)이 있다.
이러한 SPM의 개발은 비단 일반 표면 물성을 측정하는데 사용될 뿐만 아니라, 이를 이용해서, 새로운 형태의 기기 제작에도 응용되고 있다. 그 중의 대표적인 것이 바로, 차세대 정보 저장 장치이다.
최근, 사용하는 정보의 양이 기하급수적으로 늘어나면서, 정보를 저장하는 정보저장장치의 용량도 급격히 늘어나고 있다. 이러한 정보저장장치 중에 가장 많이 사용하는 것이 바로 자기정보저장 장치, 즉 하드디스크로서 여러 가지 기술적 발전을 통해 단위 면적당 용량을 꾸준히 늘려오고 있다.
그러나, 초상자성 한계 (Superparamagnetic limit)로 인해, 하드디스크의 단위 면적당 저장 용량은 곧 한계에 부딪힐 것으로 알려져 있다.
이러한 초상자성 한계를 극복하기 위해 SPM을 이용한 차세대 정보저장 장치, 나노스토리지 연구가 활발히 진행되고 있다. 이것은 미세한 탐침을 이용하여 매체의 국소부분의 특성을 변화시켜 정보를 저장하고 읽는 것으로써, 원자수준의 정보저장이 가능하다.
차세대 정보저장 장치 제작을 위해, 여러 종류의 SPM과 여러 정보 저장 매체를 이용한 연구가 진행되고 있다. 이 중에서, 강유전체를 저장매체로 이용한 방법은 재생하여 쓰기가 편리하고, 스위칭 타임이 빠르며, 저장 밀도가 높은 장점을 가지고 있기 때문에, 1994년 Franke 등이 처음 발표한 이후 꾸준히 연구되어오고 있다.
그러나, 현재의 읽기 작업을 수행하기 위해 사용되는 EFM 등의 방식은 속도가 매우 느릴 뿐만 아니라, 도1에서와 같이 록인 엠플리파이어(lock-in-amplifier) 등의 추가 장치를 필요로 하기 때문에, 소형화와 고속 스캐닝 능력을 동시에 필요로 하는 차세대 하드디스크의 방식으로는 사용하기 부적합하다.
따라서, 외부 미세 전기 신호를 정밀하게 측정할 수 있는 탐침을 제작함에 있어서 이러한 문제의 해결은 차세대 정보저장 장치에 있어서 필수적이다.
이러한 문제 해결을 위한 발명으로 한국 공개특허공보 제2001-0045981호와 한국 공개특허공보 제2003-0087371호가 있다.
이들 발명들은 모두 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transister: FET)를 탐침으로 이용한 것으로 이 탐침은 일반적인 전계 효과 트랜지스터와 같이, 외부 전기 자극에 의해 게이트(G)의 채널이 변화됨으로써 소스(S)와 드레인(D) 사이에 흐르는 전류가 변하는 것을 측정하는 것이다.
즉, 외부의 전하와 같은 전기 자극에 의해 소스(S)와 드레인(D) 사이의 전류가 변하기 때문에, 전류의 변화량을 측정하여 표면의 전하와 같은 전기 특성을 측정할 수 있는 것이다.
그러나, 도2에서와 같이 981 발명에서의 탐침은 평면으로 만들어지기 때문에, 어레이 제작이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 미세 구조를 측정하기 위해서는 팁이 수십나노 수준으로 날카로와야 하지만, 이 구조로는 팁을 이 수준으로 날카롭게 하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.
또한, 371발명은 981 발명의 평면 문제점을 개선하였지만, 도3에서와 같이 전계 효과 트랜지스터의 모양이 굽혀진 형상(도3 참조)이기 때문에, 누설 전류와 같은 문제가 생길 뿐만 아니라, 근본적인 특성의 저하가 발생하게 된다. 여기에 더 하여 371발명은 도4에서와 같이 팁의 크기를 줄임에 있어 팁 끝부분보다 경사면이 더 많이 줄어들기 때문에, 팁 끝부분과 채널간의 거리가 멀어지는 것과 같은 효과(L1과 L2 참조)가 나타나기 때문에 팁의 크기를 줄이는 데 있어서 한계를 가진다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 평면형 전계 효과 트랜지스터를 제작하고, 그 위에 전도체의 탄소 나노 튜브를 제작함으로써, 날카로운 팁이 형성됨과 아울러 전기적 특성 또한 증가시킨 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 평면형 전계 효과 트랜지스터를 제작하고, 그 위에 전도체의 탄소 나노 튜브를 제작함으로써, 날카로운 팁이 형성됨과 아울러 전기적 특성 또한 증가시킨 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침을 제조하는 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 제 1 단계; 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극 상부 일단에 탄소 나노 튜브를 성장시키기 위하여 준비하는 제 2 단계; 그리고 상기 준비된 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극 상부 일단에 탄소 나노 튜브 생성하는 제 3 단계; 를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 제 1 단계는 상기 반도체 기판의 상면에 마스크 막을 형성하고 감광제를 그 상면에 도포하고 식각하여 소스와 드레인 패턴을 형성하는 단계;와 상기 소스와 드레인 패턴이 형성된 상기 반도체 기판상에 불순물 이온을 주입하여 소스와 드레인 영역 그리고 채널영역을 형성시키는 단계;와 상기 마스크 막을 식각하여 제거하는 단계; 와 상기 반도체 기판 전면에 게이트 절연막을 형성시키는 단계; 와 상기 게이트 절연막 상부에 소스 전극과 드레인 전극 패턴을 식각하여 형성시키는 단계; 그리고 상기 소스 전극과 드레인 전극 패턴이 형성된 반도체 기판 상에 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극을 형성시키는 단계; 를 포함한다.
그리고 본 발명에서 사용한 반도체 기판은 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, p형 실리콘 기판 또는 n형 실리콘 기판 중 어느 하나를 사용한다.
또한 본 발명에서의 마스크 막은 실리콘 산화막(SiO2)이나 실리콘 질화막(Si3N4)를 단독 또는 적층하여 사용하며, 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극은 금속막이나 폴리실리콘 또는 티타늄 실리사이드나 코발트 실리사이드 중 어는 한 가지를 형성시킨다.
그리고 본 발명에서 제 2 단계는 반도체 기판 상에 형성된 게이트 전극의 끝단 상부에 탄소 나노 튜브를 형성하기 위한 시드 전극을 형성시키는 단계를 포함한다.
이때 시드 전극은 철(Fe)계, 코발트(Co)계, 니켈(Ni)계, 티타늄(Ti)계 또는 산화철(Fe2O3) 의 금속촉매를 사용한다.
본 발명은 전계 효과 트렌지스터를 형성한 다음 바로 또는 앞서 설명한 시드 전극을 형성한 다음에 실리콘 기판 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극이 형성된 이외의 실리콘 기판의 일부를 식각공정 또는 다이아몬드 와이어를 이용한 절삭공정으로 제거하여 캔티레버를 제작한다.
그리고 본 발명은 이상과 같이 캔티레버를 제작한 다음 게이트 전극 상부에 전기방전법, 레이저증착법, 플라즈마 증착법 또는 열화학 기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition) 중 어느 한 방법을 사용하여 상기 탄소 나노 튜브를 성장시킨 방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법을 설명한다.
도 5a 내지 도 5i 는 본 발명의 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 가지는 탐침의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
본 발명의 실시예에 따른 탐침의 제조방법은 전계 효과 트랜지스터를 생성하는 단계와, 탄소 나노 튜브를 제작하기 위하여 준비하는 단계 그리고 탄소 나노 튜브 생성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
첫 번째로 전계 효과 트랜지스터를 생성하는 단계를 설명한다.
먼저, 도 5a 에 나타나 있는 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 상면에 마스크 막(20)을 형성하고 감광제(21)를 그 상면에 도포한 다음 소스(S)와 드레인(D) 형상이 인쇄된 마스크(미도시)를 그 상부에 배치시킨 다음 노광, 현상 및 식각공정을 수행한다.
여기서, 전계 효과 트랜지스터를 제조하기 위한 기판(10)은 실리콘을 사용하 는 것을 예로 들었으나, 이에 한정하지 않고 화합물 반도체 기판이나 채널의 종류에 따라 불순물이 n 형일 경우 p형 실리콘 기판을 사용하고 불순물이 p 형일 경우 n형 실리콘 기판을 사용할 수 있다. 그리고 마스크 막(20)은 실리콘 산화막(SiO2)나 실리콘 질화막(Si3N4)를 단독 또는 적층하여 사용하고 실리콘 산화막을 사용할 경우 기판 표면의 실리콘층을 산화시켜 실리콘 산화막으로 형성시킬 수 있다.
도 5b에 나타나 있는 바와 같이, 실리콘 기판(10)위에 소스(S)와 드레인(D) 형상이 패터닝 된 마스크 막(20)을 이용하고 소스와 드레인 영역에 이온 주입 기술을 이용하여 소스(S)와 드레인(D) 영역을 형성한다. 이온 주입 기술은 도핑시키고자 하는 물질을 이온화시킨 후 가속시켜 크게 증가된 운동에너지를 갖게 하여 실리콘 기판(10)의 표면에 강제 주입시키는 것을 말하며 필요에 따라 확산 공정을 추가로 이용할 수 있다.
여기서 실리콘 기판(10)이 n 형일 경우 소스(31) 드레인(32)영역을 p 형 불순물로 도핑하고, 실리콘 기판(10)이 p 형일 경우 소스(31) 드레인(32)영역을 n형 불순물로 도핑한다.
도5c에 나타나 있는 바와 같이, 이온 주입 또는 이온 확산공정이 끝난 다음, 마스크 막(20)을 식각하여 제거한다. 이와 같은 공정이 완료되면 도 5c에서와 같이, 실리콘 기판 위에 소스(31)와 드레인(32)영역이 형성되고 이들 영역사이에 채널 영역(33)이 형성된 부분이 존재하게 된다.
이어서, 이와 같이 소스(31)와 드레인(32)영역 그리고 채널 영역(33)이 형성 된 실리콘 기판(10)의 상부에 절연막으로 사용하기 위한 산화막(40)을 형성한다. 이때의 산화막(40)은 핀홀 등을 고려하여 다소 두껍게 성장시킨다. 이와 같은 공정으로 도5d에 나타나 있는 바와 같이, 앞 공정에서 형성된 소스(31)와 드레인(32)영역은 산화막(40) 아래에 존재하며 이를 점선으로 나타내었다.
그리고 도5e에서와 같이, 이렇게 두껍게 산화막(40)을 형성한 다음 게이트 부분에 얇은 산화막을 형성시키기 위해, 게이트 부분을 식각공정에 의하여 식각해내고 다시 그 위치에 얇은 게이트 산화막(45)을 형성시킨다.
이어서 소스(31)와 드레인(32)영역에 전극을 연결하기 위하여 소스와 드레인의 전극 접촉 형상이 인쇄된 마스크(미도시)를 그 상부에 배치시킨 다음 노광, 현상 및 식각공정을 수행한다. 이와 같은 공정으로 소스와 드레인의 전극 접촉 패턴(60)을 형성한다.
계속해서, 도5f에서와 같이, 소스(S)와 드레인(D) 그리고 게이트 전극(71, 72, 80)을 형성한다. 여기서 소스 전극(71)과 드레인 전극(72) 그리고 게이트 전극(80)은 여러 가지 물질을 통해 형성할 수 있으며, 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 이 외에도, 폴리실리콘 층으로 형성한 후, 폴리 실리콘 층 상부에 티타늄(Ti)이나 코발트(Co)등과 같은 금속막을 스퍼터링하여 형성하기도 하며, 이와 같이 폴리 실리콘 층 상부에 금속막을 형성한 다음 급속열처리(Rapid Thermal Annealing)하여 티타늄 실리사이드(TiSi2)막이나 코발트 실리사이드 막과 같은 금속 실리사이드를 형성하여 전극으로 사용할 수도 있다.
금속을 이용한 전극(71, 72, 80)을 형성할 경우, 예를 들면 알루미늄(Al)을 이용하여 전극을 형성할 경우, 진공 속에서 소스와 드레인의 전극 패턴(60)이 형성된 실리콘 기판 전면에 알루미늄을 여러 가지 증착방법 중 어느 한 가지 방법으로 증착시킨 다음 식각 공정으로 도5f와 같은 전극 패턴을 형성한다.
또한 폴리실리콘 층 또는 금속 실리사이드를 이용한 전극(71, 72, 80)을 형성할 경우, 소스와 드레인의 전극 패턴(60)이 형성된 실리콘 기판 전면에 질화막을 먼저 형성한 다음 그 상부에 소정의 마스크 패턴을 형성하고 마스크 패턴을 마스크로 하여 질화막을 선택적으로 식각하고 소스와 드레인 그리고 게이트 전극 형상의 오목 홈을 만든 다음, 이러한 전극 홈에 CVD 방식을 이용하여 폴리 실리콘을 질화막 전면에 증착하고 화학 기계적 연마(CMP) 공정으로 평탄화하여 소스와 드레인 그리고 게이트 전극을 형성할 수도 있다. 이때 금속 실리사이드를 이용한 전극(71, 72, 80)을 형성할 경우폴리 실리콘 층 상부에 금속막을 한 번 더 증착하고 열처리하여 금속 실리사이드를 형성한 다음 화학 기계적 연마 공정으로 평탄화 하여 소스와 드레인 그리고 게이트 전극을 형성한다.
두 번째로 이상과 같이 소스와 드레인 그리고 게이트 전극이 형성된 실리콘 기판상에 탄소 나노 튜브를 제작하기 위하여 준비하는 단계를 설명한다.
도5g에서와 같이 실리콘 기판 상에 형성된 게이트 전극(80)의 끝단 상부에 탄소 나노 튜브를 형성하기 위한 시드 전극(81)을 형성한다. 이 시드 전극(81)은 별도의 시드 전극을 형성하지 않고 상황에 따라, 게이트 전극(80)이 시드 전극으로 사용될 수도 있다.
이러한 시드 전극(81)은 후술하는 탄소 나노 튜브를 수직배향성이 높게 생성시킬 수 있도록 하는 시드 역할을 하기 위한 것으로 탄소 나노 튜브를 합성하는 기술에 따라 그 시드 물질을 형성한다. 이러한 시드로 사용될 수 있는 물질에 대해서는 후술한다.
이와 같이 실리콘 기판 상에 시드 전극(81)을 형성시킨 다음, 도5h에서와 같이 탐침에 불필요한 부분을 제거하는 식각공정 또는 다이아몬드 와이어를 이용한 절삭공정 등을 통하여 캔티레버를 제작한다.
마지막으로 이상과 같이 탄소 나노 튜브를 제작하기 위한 준비 단계가 끝난 다음 탄소 나노 튜브 탐침을 생성하는 단계를 설명한다.
도5i에서와 같이, 제작된 캔티레버의 시드 전극(81) 상부에 탄소 나노 튜브(90)을 형성한다. 탄소 나노 튜브(90)는 일단 외부에서 형성된 것을 접합할 수도 있고, 직접 시드 전극(81)위에서 성장시킬 수도 있다. 이 외에도 다양한 방법으로 탄소 나노 튜브(90)를 제작할 수 있다.
이러한 탄소 나노 튜브를 성장시키는 방법으로는 전기방전법, 레이저증착법, 플라즈마 증착법 등이 있으나, 저온에서 성장이 가능하고 수직배향성이 높으며 고품질의 탄소 나노 튜브를 촉매금속과 탄화가스를 이용하여 기상반응으로 성장시킬 수 있는 화학 기상증착법(Chemical Vapor Deposition)이 바람직하다.
이때 시드 물질로 사용되는 촉매금속으로 철(Fe)계, 코발트(Co)계, 니켈(Ni)계 또는 티타늄(Ti)계 등이 있다. 화학 기상증착법으로 탄소 나노 튜브를 성장시키는 방법은, 먼저 이들 촉매금속을 시드 전극(81) 상부에 수십 nm 정도의 두께로 증 착한 다음 전자빔을 이용하거나 열분해를 통하여 나노파티클을 형성시킨다.
전자빔을 이용한 나노파티클을 형성시키는 공정은 니켈(Ni)을 예로 들어 설명하면, 시드 전극(81) 상부에 증착된 니켈막에 전자빔을 입사하여 니켈막을 수십 내지 수백 나노미터 사이즈로 패터닝하여 나노 사이즈의 니켈 도트(파티클)를 형성시킨다.
그리고 열분해를 통하여 나노파티클을 형성시키는 공정은 시드전극(81) 상부에 촉매금속으로서 금속막을 증착시킨 다음 암모니아(NH3)분위기에서 열처리를 실시하여 촉매금속을 미세한 크기의 나노파티클로 형성시킨다.
이와 같이 촉매금속이 나노파티클 형태로 만든 다음 캔티레버를 분위기로 내에 장입하여 C2H2, CH4, C2H4, CO등과 같은 탄화가스를 공급한 상태로 탄소 나노 튜브를 성장시킨다.
여기서 나노 파티클 형태의 촉매금속을 금속 박막층 증착공정 없이 바로 생성시키는 방법으로는 산화철(Fe2O3)을 시드 전극(81) 상부에 형성시키는 것이 있다. 이러한 Fe2O3는 매탄올 용매에 Fe(NO3)3가 용해된 수용액을 시드 전극(81) 상부에 도포한 다음 반응로에서 캔티레버를 장입하고 열분해하여 형성시킨다.
이하에서는 도6에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제작된 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침을 이용하여 정보 저장 매체 등과 같은 물체의 전기적 특성을 읽는 방법을 설명한다.
도6에서와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제작된 탄소 나노 튜브를 갖는 탐 침이 형성된 캔티레버를 물체의 표면(11)에 위치시킬 경우 물체의 표면(11)에 형성된 전기신호는 탄소 나노 튜브(90)를 통해 시드 전극(81) 및 게이트 전극(80)에 인가된다. 탄소 나노 튜브(90)는 전기 전도도가 매우 좋기 때문에, 거의 손실 없이 시드 전극(81) 및 게이트 전극(80)에 인가된다. 인가된 전기신호를 통해, 게이트 채널(33)의 변화가 생기게 되며, 소스(S)와 드레인(D)을 통해 흐르는 전류값이 변하게 된다. 이를 측정해서, 물체 표면(11)의 전기적 특성을 측정하게 된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 가지는 탐침은, 다음과 같은 장점을 가진다.
먼저, 제조 방법이 기존의 전계 효과 트랜지스터를 만드는 방식을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다. 이것은 현재 세계 최고 수준의 반도체 제작 능력을 그대로 이용할 수 있기 때문에, 이후 상용화 및 대량 생산의 큰 장점이 될 수 있다.
그리고 평면상의 전계 효과 트랜지스터를 사용했기 때문에, 3차원 구조로 만들었을 때 생길 수 있는 제작상의 어려움 등을 해소할 수 있으며, 제작 후 디자인 상에서도 기존의 이론을 적용할 수 있어 앞으로의 개선 등이 용이하다.
또한 탄소 나노 튜브를 사용하였기 때문에, 팁의 고종횡비를 획득할 수 있 다. 팁의 고종횡비는 단차가 있는 물체의 측정시 그 오차를 줄일 수 있다. 또한, 탄소 나노 튜브의 반경이 상당히 작기 때문에, 미세한 부분의 측정하는데 있어 많은 기술적 효과가 있다.
그리고 탄소 나노 튜브의 전기 전도성은 측정하고자 하는 물체 표면의 전기적 특성을 저하시키지 않고도 게이트로 인가해 줄 수 있기 때문에 뛰어난 민감도를 구현할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 전계 효과 트랜지스터가 외부 전극, 즉 게이트 전극에 민감하고, 또한 그 속도가 매우 빠르기 때문에, 전계 효과 트랜지스터를 측정부로, 그리고 탄소 나노 튜브를 탐침으로 하는 구조는 이후 스캐닝 프로브 마이크로스코프의 탐침으로 뿐만 아니라, 차세대 정보 저장 장치용 프로브와 같은 다른 기기로서 활용될 수 있는 기술적 효과가 있다.
그리고 전계 효과 트랜지스터를 탐침으로 이용함으로써, 외부의 미세 전기 신호를 정밀하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 트랜지스터의 작동속도가 매우 빠르다는 점을 생각해 보면 EFM에서 문제시되었던 느린 속도도 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 가지는 탐침은 추가 장치를 필요로 하지 않기 때문에 스캐닝 프로브 마이크로스코프를 소형화할 수 있다는 기술적 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 반도체 기판 상에 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극이 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 제 1 단계;
    상기 반도체 기판 상에 형성된 게이트 전극의 끝단 상부에 탄소 나노 튜브를 형성하기 위한 시드 전극으로서 철(Fe)계, 코발트(Co)계, 니켈(Ni)계 또는 티타늄(Ti)계 금속촉매 중 어느 하나를 형성시키는 제 2 단계; 그리고
    상기 형성된 시드 전극 상에 탄소 나노 튜브를 성장시키는 제 3 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  2. 제 1 항에서,
    상기 제 1 단계는
    상기 반도체 기판의 상면에 마스크 막을 형성하고 감광제를 그 상면에 도포하고 식각하여 소스와 드레인 패턴을 형성하는 단계;
    상기 소스와 드레인 패턴이 형성된 상기 반도체 기판상에 불순물 이온을 주입하여 소스와 드레인 영역 그리고 채널영역을 형성시키는 단계;
    상기 마스크 막을 식각하여 제거하는 단계;
    상기 반도체 기판 전면에 게이트 절연막을 형성시키는 단계;
    상기 게이트 절연막 상부에 소스 전극과 드레인 전극 패턴을 식각하여 형성시키는 단계; 그리고
    상기 소스 전극과 드레인 전극 패턴이 형성된 반도체 기판 상에 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극을 형성시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  3. 제 2 항에서,
    상기 반도체 기판은 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, p형 실리콘 기판 또는 n형 실리콘 기판 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  4. 제 3 항에서,
    상기 마스크 막은 실리콘 산화막(SiO2)이나 실리콘 질화막(Si3N4)를 단독 또는 적층하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  5. 제 4 항에서,
    상기 게이트 절연막을 형성시킨 다음, 게이트 전극이 형성될 부분에 얇은 산화막을 형성시키기 위해, 게이트 부분을 식각공정에 의하여 식각해내고 다시 그 위치에 얇은 게이트 산화막을 형성시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  6. 제 5 항에서,
    상기 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극은 금속막이나 폴리실리콘을 증착하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  7. 제 6 항에서,
    상기 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극은 티타늄 실리사이드나 코발트 실리사이드를 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 6 항에서,
    상기 금속촉매는 상기 시드 전극 상부에 증착된 니켈막에 전자빔을 입사하여 니켈막을 수십 내지 수백 나노미터 사이즈로 패터닝하여 나노 사이즈의 니켈 도트(파티클)를 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  11. 제 6 항에서,
    상기 금속촉매는 암모니아(NH3)분위기에서 열처리하여 나노파티클 형태로 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  12. 제 6 항에서,
    상기 시드 전극은 산화철(Fe2O3) 금속촉매로 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  13. 제 12 항에서,
    상기 산화철(Fe2O3) 금속촉매는 매탄올 용매에 Fe(NO3)3가 용해된 수용액을 시드 전극 상부에 도포한 다음 반응로에서 열분해하여 나노파티클 형태로 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  14. 제 10 항에서,
    상기 실리콘 기판 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극이 형성된 이외의 실리콘 기판의 일부를 식각공정 또는 다이아몬드 와이어를 이용한 절삭공정으로 제거하여 캔티레버를 제작하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  15. 제 11 항에서,
    상기 실리콘 기판 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극이 형성된 이외의 실리콘 기판의 일부를 식각공정 또는 다이아몬드 와이어를 이용한 절삭공정으로 제거하여 캔티레버를 제작하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  16. 제 13 항에서,
    상기 실리콘 기판 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극 그리고 게이트 전극이 형성된 이외의 실리콘 기판의 일부를 식각공정 또는 다이아몬드 와이어를 이용 한 절삭공정으로 제거하여 캔티레버를 제작하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 제 1항 내지 제 7 항 중 어느 한 항과, 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,
    상기 제 3 단계의 상기 탄소 나노 튜브는 전기방전법, 레이저증착법, 플라즈마 증착법 또는 화학 기상증착법(Chemical Vapor Deposition) 중 어느 한 방법으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  19. 제 18 항에서,
    상기 화학 기상증착법은 상기 캔티레버를 분위기로 내에 장입하고 C2H2, CH4 , C2H4, CO 중 어느 하나 또는 복수의 탄화가스를 공급한 상태로 탄소 나노 튜브를 성장시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법.
  20. 제18항의 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 갖는 탐침의 제조방법에 의하여 제조된 스캐닝 프로브 마이크로스코프의 탐침.
  21. 제 20 항에서
    상기 반도체 기판은 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, p형 실리콘 기판 또는 n형 실리콘 기판 중 어느 하나의 기판으로 형성된 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브 마이크로스코프의 탐침.
  22. 제 21 항에서
    상기 반도체 기판이 n 형일 경우 상기 소스 영역과 드레인 영역은 p 형 불순물로 도핑되어 형성되고, 상기 반도체 기판이 p 형일 경우 상기 소스 영역과 드레인 영역은 n형 불순물로 도핑되어 형성된 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브 마이크로스코프의 탐침.
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