KR100827819B1 - 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템 및 반도체나노물질의 캐리어 타입의 측정 방법 - Google Patents

반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템 및 반도체나노물질의 캐리어 타입의 측정 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 나노물질의 캐리어 타입을 신뢰성 있고 경제성 있게 측정할 수 있는 시스템 및 그 방법이 제공된다. 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템에 있어서, 한 쌍의 마이크로 히터들은 반도체 나노물질에 각각 접촉되어 상기 반도체 나노물질 내에 온도 구배를 형성하기 위해서 서로 다른 온도로 가열된다. 그리고, 측정 부재는 상기 반도체 나노물질의 상기 온도 구배로 인한 제백 전압을 측정하기 위해 제공된다.
반도체 나노물질, 캐리어 타입, 마이크로 히터, 제백 전압

Description

반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템 및 반도체 나노물질의 캐리어 타입의 측정 방법{System and method for measuring a carrier type of a semiconductor nano-material}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템 및 이를 이용한 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법을 보여주는 평면도이고; 그리고
도 2 및 도 3은 본 발명의 실험예들에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법을 보여주는 단면도들이다.
<도면의 부호에 대한 간략한 설명>
50...반도체 나노물질 110, 120...마이크로 히터
115, 125...핑거 130, 140...프로브
150...전압계
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 물질의 캐리어 타입을 측정하기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
반도체 물질의 캐리어 타입을 결정하기 위해서, 이를 이용하여 전계효과 트랜지스터(FET)를 형성한다. 이어서, 전계효과 트랜지스터의 전기적인 특성을 측정함으로써 반도체 물질의 캐리어 타입을 알 수 있다. 예를 들어, 반도체 물질은 n-형 또는 p-형을 가질 수 있다. 반도체 물질의 타입은 페르미-에너지에 의해서 영향을 받고, 이에 따라 전계효과 트랜지스터의 전기적인 특성이 변화될 수 있다.
하지만, 반도체 나노물질은 그 크기가 매우 작기 때문에 이를 이용하여 전계효과 트랜지스터를 만들기가 어렵다. 예를 들어, 전자-빔 리소그래피를 이용하여 반도체 나노물질을 이용한 전계효과 트랜지스터를 만들 수 있다. 이와 같이 제조된 전계효과 트랜지스터는 그 제조 방법상의 어려움 때문에 잘못 동작하기 쉽다.
따라서, 반도체 나노물질의 캐리어 타입이 신뢰성 있게 측정되기 어렵다. 나아가, 이와 같이 반도체 나노물질의 캐리어 타입을 측정하기 위해서, 전계효과 트랜지스터를 만드는 것은 많은 시간과 높은 비용을 요한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 나노물질의 캐리어 타입을 신뢰성 있게 측정할 수 있는 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 반도체 나노물질의 캐리어 타입을 신뢰성 있고 경제적인 방법으로 측정하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 나노물 질의 캐리어 타입 측정 시스템이 제공된다. 한 쌍의 마이크로 히터들은 반도체 나노물질에 각각 접촉되어 상기 반도체 나노물질 내에 온도 구배를 형성하기 위해서 서로 다른 온도로 가열된다. 그리고, 측정 부재는 상기 반도체 나노물질의 상기 온도 구배로 인한 제백 전압을 측정하기 위해 제공된다.
상기 시스템에 있어서, 상기 측정 부재는, 상기 반도체 나노물질에 전기적으로 각각 연결된 한 쌍의 프로브들; 및 상기 한 쌍의 프로브들에 연결된 전압계를 포함할 수 있다.
상기 시스템에 있어서, 상기 반도체 나노물질은 반도체 나노와이어 또는 반도체 튜브를 포함할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법이 제공된다. 반도체 나노물질에 서로 다른 온도로 가열된 한 쌍의 마이크로 히터들을 접촉시켜 상기 반도체 나노물질 내에 온도 구배를 형성한다. 상기 반도체 나노물질의 상기 온도 구배에 의한 제백 전압을 측정한다. 그리고, 상기 제백 전압의 부호에 의해서 상기 반도체 나노물질의 캐리어 타입을 결정한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위 하여 그 크기가 과장될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 반도체 나노물질은 통상적인 나노기술에서 이용될 수 있고, 나노미터(nanometer) 오더의 직경을 갖는 반도체 물질로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 반도체 나노물질은 수 ~ 수백 나노미터의 직경을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템(100) 및 이를 이용한 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법을 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 한 쌍의 마이크로 히터들(110. 120)이 반도체 나노물질(50)에 접촉된다. 예를 들어, 마이크로 히터들(110, 120)이 반도체 나노물질(50)의 양 단부에 각각 접촉될 수 있다. 예를 들어, 반도체 나노물질(50)은 반도체 나노와이어 또는 반도체 나노튜브를 포함할 수 있다.
마이크로 히터들(110, 120)은 서로 다른 온도로 가열된다. 예를 들어, 제 1 마이크로 히터(110) 보다 제 2 마이크로 히터(120)가 높은 온도로 가열될 수 있다. 이 경우, 제 1 마이크로 히터(110)가 저온 가열단을 형성하고, 제 2 마이크로 히터(120)가 고온 가열단을 형성할 수 있다.
이에 따라, 반도체 나노물질(50)에는 온도 구배가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 마이크로 히터(110)와 접촉된 반도체 나노물질(50) 일부분은 저온부가 되고, 제 2 마이크로 히터(120)와 접촉된 반도체 나노물질(50)의 다른 부분은 고온부가 될 수 있다. 따라서, 제 1 마이크로 히터(110) 및 제 2 마이크로 히터(120)는 소정 간격으로 유지되는 것이 바람직하다.
마이크로 히터들(110, 120)은 복수의 핑거들(115, 125)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 핑거들(115, 125)은 수십 나노미터의 크기를 가질 수 있고, 발열 소자로 이용될 수 있다. 핑거들(115, 125)은 NiCr 또는 Au로 구성될 수 있다. 마이크로 히터들(110, 120)은 마이크로 오더의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 마이크로 히터들(110, 120)은 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 기술을 이용할 수 있다. 따라서, 마이크로 히터들(110, 120)은 그 크기 면에서 반도체 나노물질(50)과 높은 접촉 신뢰성을 확보할 수 있다.
마이크로 히터들(110, 120)은 독립적인 파워 소스에 연결될 수 있다. 하지만, 마이크로 히터들(110, 120)이 하나의 파워 소스에 연결되는 것도 가능하다.
측정 부재는 반도체 나노물질(50) 내의 온도 구배로 인한 제백 전압(Seebeck voltage)을 측정하기 위해 제공된다. 제백 전압은 제백 효과(Seebeck effect) 또는 열전 효과로 인해 발생된 기전력을 지칭할 수 있다. 제백 효과란 금속 접합부의 온도차에 의하여 기전력(제백 전압)이 발생하는 현상을 말한다. 이러한 기전력은 금속 접합부가 아니더라도, 반도체 나노물질(50) 내에 온도 구배가 형성되면 발생될 수 있다.
예를 들어, 측정 부재는 한 쌍의 프로브들(130, 140) 및 전압계(150)를 포함할 수 있다. 전압계(150)는 프로브들(130, 140) 사이에 연결될 수 있다. 제 1 프로브(130)는 반도체 나노물질(50)의 저온부에 연결되고, 제 2 프로브(140)는 반도체 나노물질(50)의 고온부에 연결될 수 있다. 프로브들(130, 140)은 탐침 형태를 가질 수 있으나, 바람직하게는 반도체 나노물질(50)과 연결 신뢰성을 확보하기 위해서 넓은 단면적의 판상 구조를 가질 수도 있다.
이하에서는, 시스템(100)을 이용하여 반도체 나노물질(50)의 캐리어 타입을 측정하는 방법에 대해서 설명한다.
서로 다른 온도로 가열된 마이크로 히터들(110, 120)을 반도체 나노물질(50)에 접촉시켜 반도체 나노물질(50) 내에 온도 구배를 형성한다. 이어서, 반도체 나노물질(50) 내의 온도 구배로 인한 제백 전압을 측정한다. 그리고, 측정된 제백 전압의 부호를 통해서 반도체 나노물질(50)의 캐리어 타입을 판정한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템 및 방법은 종래의 전계효과 트랜지스터 형성을 이용한 방법과는 달리, 오동작을 일으킬 염려가 없고, 따라서 캐리어 타입 측정 신뢰도가 높다. 나아가, 이러한 캐리어 타입 측정 방법은 종래에 비해서 시간 및 비용 면에서 경제적이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실험예들에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법을 보여주는 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 반도체 나노물질(50)이 N-형인 경우, 반도체 나노물질(50)의 고온부(H)의 전자들은 저온부(C)의 전자들보다 높은 운동 에너지를 갖게 된다. 따라서, 일부 고온부(H)의 전자들은 페르미(Fermi) 레벨보다 높은 에너지를 갖게 되고, 이에 따라 에너지 상태를 낮추기 위해서 저온부(C)로 확산한다. 따라서, 저온부(C)는 "-"로 대전되고, 고온부(H)는 "+"로 대전된다. 그 결과, 고온부(H)와 저온부(C) 사이에 기전력(제백 전압)이 발생한다.
제 1 프로브(130)를 저온부(C)에 연결하고, 제 2 프로브(140)를 고온부(H)에 연결한 후, 프로브들(130, 140) 사이의 제백 전압을 전압계(150)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 경우, 제백 전압은 저온부(C)보다 고온부(H)가 높게 측정되고, 예컨대 저온부(C)를 기준으로 하면 양의 값으로 측정될 수 있다. 프로브들(130, 140)은 탐침 형태로 도시되었지만, 이는 예시적인 것이고 접촉 신뢰성을 높이기 위해서 다른 형태로 변형될 수 있다.
도 3을 참조하면, 반도체 나노물질(50)이 P-형인 경우, 반도체 나노물질(50)의 고온부(H)의 홀(hole)들은 저온부(C)의 홀들보다 높은 운동 에너지를 갖게 된다. 따라서, 일부 고온부(H)의 홀들이 저온부(C)로 확산한다. 따라서, 저온부(C)는 "+"로 대전되고, 고온부(H)는 "-"로 대전된다. 그 결과, 기전력(제백 전압)이 발생하고, 이에 따르면 저온부(C)의 전위가 고온부(H)의 전위보다 높아진다.
제 1 프로브(130)를 저온부(C)에 연결하고, 제 2 프로브(140)를 고온부(H)에 연결한 후, 프로브들(130, 140) 사이의 제백 전압을 전압계(150)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 경우, 제백 전압은 저온부(C)보다 고온부(H)가 낮게 측정되고, 예컨대 저온부(C)를 기준으로 하면 음의 값으로 측정될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 저온부(C)와 고온부(H) 사이에 발생된 제백 전압의 부호를 측정함으로써, 반도체 나노물질(50)의 캐리어 타입을 용이하게 측정할 수 있다. 왜냐하면, N-형과 P-형의 반도체 나노물질(50)은 반대 부호의 제백 전압을 갖기 때문이다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에 서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템 및 방법은 종래에 비해서 오동작을 일으킬 염려가 없고, 따라서 캐리어 타입 측정 신뢰도가 높다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법은 종래에 비해서 시간 및 비용 면에서 경제적이다.

Claims (6)

  1. 반도체 나노물질에 각각 접촉되어 상기 반도체 나노물질 내에 온도 구배를 형성하기 위해서 서로 다른 온도로 가열된 한 쌍의 마이크로 히터들; 및
    상기 반도체 나노물질의 상기 온도 구배로 인한 제백 전압을 측정하기 위한 측정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 부재는,
    상기 반도체 나노물질에 전기적으로 각각 연결된 한 쌍의 프로브들; 및
    상기 한 쌍의 프로브들에 연결된 전압계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 나노물질은 반도체 나노와이어 또는 반도체 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 시스템.
  4. 반도체 나노물질에 서로 다른 온도로 가열된 한 쌍의 마이크로 히터들을 접촉시켜 상기 반도체 나노물질 내에 온도 구배를 형성하는 단계;
    상기 반도체 나노물질의 상기 온도 구배에 의한 제백 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 제백 전압의 부호에 의해서 상기 반도체 나노물질의 캐리어 타입을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제백 전압을 측정하는 단계는,
    상기 반도체 나노물질에 전기적으로 연결된 한 쌍의 프로브들 사이에 전압계를 연결하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 반도체 나노물질은 반도체 나노와이어 또는 반도체 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노물질의 캐리어 타입 측정 방법.
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공개특허 10-2005-0008530호(2006.10.02)
등록특허 10-0687796호(2007.02.21)

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