KR100869152B1 - 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법 및 그에 의한 탄소나노튜브 반도체 소자 - Google Patents

탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법 및 그에 의한 탄소나노튜브 반도체 소자 Download PDF

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본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법은 기판상에 탄소 나노튜브가 형성될 위치에 탄소 나노튜브 성장을 촉진시키는 촉매를 도입하는 단계; 상기 촉매 처리된 상기 기판의 상기 위치에 상기 탄소 나노튜브를 형성하는 단계; 및 상기 탄소 나노튜브에 표면 개질제를 처리하여 상기 탄소 나노튜브에서 금속성을 제거하는 단계;를 포함 한다.
본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자의 제조 방법을 이용하면, 성장되어 형성된 탄소 나노튜브에서 금속성을 제거하여 반도체성만을 가지게 함으로써 탄소 나노튜브를 반도체 소자의 채널로 적합하게 이용할 수 있다.
탄소 나노 튜브

Description

탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법 및 그에 의한 탄소 나노튜브 반도체 소자{Method for producing carbon nanotube semiconductor device and carbon nanotube semiconductor device thereby}
도 1 은 탄소 나노튜브 반도체 소자의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법에 따라 표면 개질된 탄소 나노튜브 반도체 소자의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법에 따라 제조된 탄소 나노튜브 반도체 소자의 광학현미경 사진이다.
도 4 내지 8은 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법의 표면 개질에 따른 탄소 나노튜브 반도체 소자의 전기적 특성 변화를 보여준다.
본 발명은 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법 및 그에 의한 탄소 나노튜브 반도체 소자에 관한 것이다.
탄소 나노튜브는 그 우수한 전기적, 기계적, 화학적 특성으로 인해 전자정보통신, 환경, 또는 에너지 분야등에서 그 산업적 응용성의 기대가 큰 소재로 떠오르 고 있다.
탄소 나노튜브는 흑연 면(graphite sheet)이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 상태로 이 흑연 면이 말리는 각도 및 구조에 따라 전도성이 변화되어, 금속성 또는 반도체성의 특성을 가진다.
또한 이러한 탄소 나노튜브는 흑연 면의 적층 정도에 따라, 단일겹 탄소 나노튜브(single-walled carbon nanotube; 이하, 'SWNT'한다), 이중겹 탄소 나노튜브(double-walled carbon nanotube; 이하, 'DWNT'한다), 다중겹 탄소 나노튜브(multi-walled carbon nanotube; 이하, 'MWNT' 한다), 또는 다발형 탄소 나노튜브로 구분될 수 있다.
탄소 나노튜브를 이루는 탄소 원자는 각각 3개의 주변 탄소원자들과 sp2 결합 방식에 따라 결합되어 육각형 벌집 무늬를 형성한다. 이러한 탄소 나노튜브의 전기적 성질은 그 직경과 키랄리티(chirality)의 함수로서 금속 혹은 반도체적 성질을 가진다. 일반적으로 SWNT의 경우는 1/3이 금속성, 나머지 2/3은 밴드갭 (band gap)이 탄소 나노튜브 직경에 반비례하는 반도체성을 나타낸다고 알려져 있다.
이와 같이 반도체성을 가지는 탄소 나노튜브는 주로 트랜지스터, 메모리소자, 또는 가스센서 등에 응용될 수 있으며, 전극재료로 이용되기 위해선 탄소나노튜브의 금속성이 필요하다.
반도체성을 가지는 탄소 나노튜브는 이미 불순물로 도핑이 되어 있기에 별도 로 도핑할 필요가 없으며, 선폭이 아주 적기 때문에 집적도가 우수한 반도체 칩의 제작에 사용될 수 있는 장점이 있다.
그런데 이와 같이 탄소 나노튜브의 반도체성을 이용하기 위해서는 탄소 나노튜브에 포함되어 있는 금속성을 제거해야한다.
특히, 탄소나노튜브를 이용하여 이미 형성된 반도체 소자에서 탄소나노튜브의 특성을 제어하여 그 금속성 만을 제거하는 것이 방법이 더욱 요구되고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 표면개질을 통해 탄소 나노튜브의 금속성을 제거하여 탄소 나노튜브가 반도체성을 갖게 하는 탄소 나노튜브를 이용하는 반도체 소자 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 표면개질을 통해 탄소 나노튜브의 금속성을 제거하여 탄소 나노튜브가 반도체성을 갖게 한 탄소 나노튜브 반도체 소자를 제공하고자 한다.
상기와 같은 기술적 과제의 해결을 위한, 본 발명의 한 특징에 따른 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법은 기판상에 탄소 나노튜브가 형성될 위치에 탄소 나노튜브 성장을 촉진시키는 촉매를 도입하는 단계; 상기 촉매 처리된 상기 기판의 상기 위치에 상기 탄소 나노튜브를 형성하는 단계; 및 상기 탄소 나노튜브에 표면 개질제를 처리하여 상기 탄소 나노튜브에서 금속성을 제거하는 단계;를 포함 한다.
상기 표면 개질제는 전자 친화성 분자를 포함한다.
상기 전자 친화성 분자는 나이트로늄, 다이아조늄, 피릴리움, 및 이리움으로 구성된 군에서 하나 이상 선택된다.
여기서, 나이트로늄으로는 나이트로늄 테트라플루오로보레이트(nitronium tetrafluoroborate)이 바람직하게 사용되며, 피릴리움으로는 2,4,6-트리페닐피릴리움 테트라플루오로보레이트(2,4,6-triphenylpyrylium tetrafluoroborate)이 바람직하게 사용되며, 이리움으로는 1,3-벤조디티올이리움 테트라플루오로보레이트(1,3-benzoditiolylium tetrafluoroborate)이 바람직하게 사용된다.
상기 기판상에서 상기 탄소 나노튜브가 형성될 위치를 준비하는 방법은 상기 기판을 감광물질로 도포하여 감광물질층을 형성하는 단계; 상기 도포된 감광물질층 상부에 상기 탄소 나노튜브가 형성될 위치를 노출시키는 마스크를 위치시키는 단계; 상기 마스크를 통해 빛을 조사시키고, 상기 빛에 의해 변성된 상기 감광 물질층을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 촉매는 Co, Fe, Ni, Mo, 또는 Cu와 같은 전이금속, 페리틴과 같은 전이금속 포함 단백질, FeCl3 또는 FeSO4과 같은 철이온 시약, 철이온 함유 덴드리머, 및 금 나노 입자로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된다.
상기 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법은 상기 탄소 나노튜브를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 탄소 나노튜브 반도체 소자는 전극; 및 상기 전극에 전기적으로 연결되어 있으며, 전자 친화성 분자들이 처리되어 있는 탄소 나노튜브;를 포함한다.
상기 전자 친화성 분자는 나이트로늄, 다이아조늄, 피릴리움, 및 이리움으로 구성된 군에서 하나 이상 선택된다.
여기서, 나이트로늄으로는 나이트로늄 테트라플루오로보레이트(nitronium tetrafluoroborate)이 바람직하게 사용되며, 피릴리움으로는 2,4,6-트리페닐피릴리움 테트라플루오로보레이트(2,4,6-triphenylpyrylium tetrafluoroborate)이 바람직하게 사용되며, 이리움으로는 1,3-벤조디티올이리움 테트라플루오로보레이트(1,3-benzoditiolylium tetrafluoroborate)이 바람직하게 사용된다.
상기 탄소 나노튜브는 반도체특성을 나타낸다.
본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법은 탄소 나노튜브를 반도체 재료로 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법으로서, 구체적으로는 전극 사이에 탄소 나노튜브를 성장시킨 후, 이렇게 성장시킨 탄소 나노튜브에 전자친화성 분자 (electrophilic molecule)를 포함하는 표면 개질제를 처리하여 탄소 나노튜브의 금속성을 제거하여, 탄소 나노튜브가 반도체성만을 띠도록 표면 개질하는 단계를 포함한다.
이하, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법을 구체적으로 살펴본다.
먼저, 도 1은 탄소 나노튜브를 이용하여 제작된 반도체 소자의 하나의 구현예를 보여준다. 특히, 도 1은 그 반도체 소자가 트랜지스터인 경우를 개념적으로 보여준다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 탄소 나노튜브 트랜지스터는 실리콘(Si/SiO2) 기판(10), 전극(20), 및 탄소 나노튜브 채널(30)을 포함한다. 도 1에서 전극(20)은 소스 전극, 드레인 전극, 또는 게이트 전극일 수 있으며, 탄소 나노튜브 채널(30)은 전극(20)들 사이를 전기적으로 연결한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 탄소 나노튜브 트랜지스터의 형성 방법은 아래와 같다.
먼저, 실리콘을 산화시켜 형성된 SiO2 층으로 절연된 실리콘 기판(10)에 반도체 공정의 포토리소그라피 방법에 따라 채널에 대응하는 패턴을 형성한다. 이러한 패턴 형성 방법은 포토리소그라피 공정에서 통상적으로 사용하는 방법을 이용하나, 본 구현예에서는 감광 물질(photoresist)을 실리콘 기판(10)에 적층하고, 상기 채널에 대응하는 마스크를 상기 감광 물질(photoresist) 층 상부에 위치시키고, 빛을 조사시켜 빛에 노출되어 변성된 감광 물질을 식각용액으로 제거하여 상기 채널에 대응하는 패턴을 형성한다. 이때 감광 물질로는 특별히 제한되지는 않으며, 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, 이하, 'PMMA' 한다)를 사용한다.
그 후, 이렇게 생성된 패턴 내에 탄소 나노튜브의 형성을 위해 액상의 촉매를 도입한다. 본 구현예에서는 액상의 촉매로서 Fe/Mo 촉매 용액을 사용하였으나, 탄소 나노튜브의 성장을 촉진시킬 수 있는 것이면 특별히 제한없이 사용된다. 바람직하게는 Co, Fe, Ni, Mo, 또는 Cu 등의 전이금속, 페리틴 (ferritin) 등 전이금 속을 포함하고 있는 단백질, 그 밖에 철이온을 포함하고 있는 시약 (FeCl3, FeSO4)들, 철이온이 함유되어있는 덴드리머, 또는 금 나노 입자가 탄소 나노 튜브의 성장을 위한 촉매로 사용될 수 있다.
그 후, 액상의 촉매와 반응한 실리콘 기판(10)은 아세톤 용액에 담가 PMMA층을 모두 제거한 후, 촉매 처리된 실리콘 기판(10)을 CH4, H2 분위기의 900℃ 로(furnace)에 넣어 10분 간 성장시켜 상기 채널에 단일벽 탄소 나노튜브를 형성한다.
그 후, 이렇게 형성된 탄소 나노튜브채널의 양단에 전극(20)을 형성하여 도 1에서 도시된 바와 같은 반도체 소자를 제작한다. 이러한 전극(20) 형성 방법은 통상적인 반도체 제조 포토리소그라피와 열증착(thermal evaporation)을 이용하여 이루어질 수 있으며, 이에 대해서는 본 발명의 명세서에서는 구체적인 설명은 생략한다.
이렇게 도 1과 같이 제작된 반도체 소자의 채널 영역은 탄소 나노튜브로 이루어져 있으나, 탄소 나노튜브의 특성상 금속성을 일부 이상 포함하고 있게 된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제작된 탄소 나노튜브 트랜지스터의 탄소 나노튜브 채널에 전자 친화성 분자(40)를 사용하여 금속성을 제거하는 표면개질을 수행하는 것이 필요하게 된다.
본 발명에서는 이러한 탄소 나노튜브 트랜지스터의 탄소 나노튜브 채널에 전자친화성 분자를 포함하는 표면 개질제를 인가하여 표면개질을 수행한 후 열처리하 여 탄소 나노튜브에서 금속성을 제거하게 된다.
먼저, 전자 친화성 분자를 용매에 녹여 일정농도의 표면 개질제를 준비한다. 그리고, 이렇게 준비된 표면 개질제에 탄소 나노튜브 트랜지스터를 담가 탄소 나노튜브 채널의 금속성을 제거한다. 이때, 용매로는 전자 친화성 분자를 용해시킬 수 있는 것이면 특별히 제한 없이 사용되며, 물, 에탄올, 또는 테트라메틸렌 술폰(tetramethyl sulfone)/클로로포름(chloroform) 혼합 용매(이하, 'TMS/CHCl3'라고도 한다) 등이 바람직하게 사용된다.
본 발명에서 전자 친화성 분자로는 친전자체로 사용할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 나이트로늄, 다이아조늄, 필리리움, 또는 이리움이 바람직하게 사용된다.
여기서, 나이트로늄으로는 나이트로늄 테트라플루오로보레이트(nitronium tetrafluoroborate)이 바람직하게 사용되며, 피릴리움으로는 2,4,6-트리페닐피릴리움 테트라플루오로보레이트(2,4,6-triphenylpyrylium tetrafluoroborate, C23H17BF4O)(이하, '2,4,6-TPPT'라고도 한다)이 바람직하게 사용되며, 이리움으로는 1,3-벤조디티올이리움 테트라플루오로보레이트(1,3-benzoditiolylium tetrafluoroborate, C7H5S2BF4)(이하, '1,3-BDYT'라고도 한다)이 바람직하게 사용된다.
이러한 전자 친화성 분자의 농도는 1 내지 20 μmol 이 바람직하다.
이때, 반도체 나노튜브는 표면 개질제 내의 전자 친화성 물질과의 반응으로 인해 내부 전하가 이동되어 금속성을 상실하게 된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 표면 개질전의 탄소 나노튜브 반도체 소자는 게이트 전압(Vg)이 일정 전압 이상인 경우에도 탄소 나노튜브 채널내에 전류가 흐르므로 금속성이 잔존하고 있음을 알 수 있으나, 표면 개질 후의 탄소 나노튜브 반도체 소자는 게이트 전압(Vg)이 일정 전압 이상인 경우 탄소 나노튜브 채널내에 전류가 차단되므로 금속성이 제거되어 반도체성만이 존재함을 알 수 있다.
전자친화성 분자로서 2,4,6-TPPT 또는 1,3-BDYT 를 사용하여 표면개질한 경우에는 열처리 후 (300℃ Ar 분위기에서 10분 이상)에도 금속성 성질이 회복되지 않았다.
이와 같이 탄소 나노튜브 트랜지스터의 탄소 나노튜브 채널을 전자 친화성 분자로 표면개질하면 탄소 나노튜브 채널의 금속성을 선택적으로 제거할 수 있어, 별도의 분산 및 정렬 공정을 거치지 않고도 원하는 반도체 특성를 달성할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자에서의 금속성 제거 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 탄소 나노튜브 트랜지스터뿐만 아니라, 모든 종류의 탄소 나노튜브 반도체 소자에 적용될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법에 의해 제조된 탄소 나노튜브 반도체 소자의 광학현미경 사진은 도 3에 도시된 바와 같다.
아래에서는 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명의 보호 범위가 이러한 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
SiO2/Si 기판을 준비하고, PMMA를 적층하고 반도체 소자의 채널에 해당하는 부위를 패턴시켜 제거하였다. 이렇게 패턴된 채널 해당 부위에 Fe/Mo 촉매 용액을 도포한 후, PMMA 층을 리프트 오프(lift-off)하여 제거하였다.
이렇게 채널 해당 부위에 Fe/Mo 촉매 용액이 도포된 SiO2/Si 기판을 CH4, H2 분위기의 로(furnace)에 도입한 후, 10분간 900℃으로 가열하여 채널 해당 부위에 탄소를 성장시켜, 단일벽 탄소 나노튜브로 채널을 형성하였다.
이렇게 형성된 탄소 나노튜브 채널의 양측의 기판 위에 포토리소그라피 공정을 통해 전극 패턴을 형성한 후, 열적 증착(thermal evaporation)을 이용하여 진공을 깨지 않고, 5 nm의 Ti 와 30 nm의 Au 를 연속 증착시켜 전극을 형성하였다. 그 후, 아세톤 용액에 담가 원하지 않는 부위에 증착된 Ti 및 Au 등의 금속(metal)을 제거하여 탄소 나노튜브 반도체 소자를 형성하였다.
그 후, 12 μmol 농도의 2,4,6-TPPT 를 TMS/CHCl3 4 ㎖에 녹여 표면 개질제를 준비하였다.
이렇게 준비된 표면 개질제에 상기 탄소 나노튜브 반도체 소자를 20분 내지 24시간 함침시켜 반응시킨 후, 반응 완료된 탄소 나노튜브 반도체 소자를 TMS/CHCl3와 증류수로 충분히 씻어 본 실시예의 탄소 나노튜브 반도체 소자를 수득하였다.
실시예 2
12 μmol 농도의 1,3-BDYT 를 TMS/CHCl3 4 ㎖에 녹여 표면 개질제를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 하여 탄소 나노튜브 반도체 소자를 수득하였다.
실시예 3
실시예 1에 따라 제조된 탄소 나노튜브 반도체 소자를 300℃ 에서 10분간 열처리 하였다.
실시예 4
실시예 2에 따라 제조된 탄소 나노튜브 반도체 소자를 300℃ 에서 10분간 열처리 하였다.
비교예 1
표면 개질제에 의한 표면 개질 반응을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 하여 탄소 나노튜브 반도체 소자를 수득하였다.
비교예 2
표면 개질제에 의한 표면 개질 반응을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예2와 동일하게 하여 탄소 나노튜브 반도체 소자를 수득하였다.
비교예 3
비교예 1에서 제작된 복수개의 탄소 나노튜브 반도체 소자들 각각에 양의 게이트 전압을 인가한 후, 전류가 흐르는지 여부를 확인하여 금속성이 존재 하지 않고, 반도체 성만이 존재하는 탄소 나노튜브 반도체 소자 만을 선별하였다.
실시예 5
실시예 1의 표면 개질제에 비교예 3에서 선별된 탄소 나노튜브 반도체 소자 를 20분 내지 24시간 함침시켜 반응시킨 후, 반응 완료된 탄소 나노튜브 반도체 소자를 TMS/CHCl3와 증류수로 충분히 씻어 본 실시예의 탄소 나노튜브 반도체 소자를 수득하였다.
실시예 6
실시예 2의 표면 개질제에 비교예 3에서 선별된 탄소 나노튜브 반도체 소자를 20분 내지 24시간 함침시켜 반응시킨 후, 반응 완료된 탄소 나노튜브 반도체 소자를 TMS/CHCl3와 증류수로 충분히 씻어 본 실시예의 탄소 나노튜브 반도체 소자를 수득하였다.
시험 방법
상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 및 비교예 2에 따라 제조된 탄소 나노 튜브 반도체 소자에 대하여 전기적 특성 시험을 수행하였다.
표면 개질제에 의한 표면 개질 반응이 수행되지 않은 비교예 1의 탄소 나노 튜브와 표면 개질 반응이 수행된 실시예 1의 탄소 나노 튜브의 원자력 현미경(atomic force microscope, AFM) 사진은 도 5b에 도시된 바와 같다.
도 5a 에 도시된 바와 같이, 표면 개질제에 의한 표면 개질 반응이 수행되지 않은 비교예 1의 탄소 나노 튜브의 경우는 게이트 전압(Vg)이 양인 경우에도 전류 특성이 변화하지 않으나, 표면 개질 반응이 수행된 실시예 1의 탄소 나노 튜브의 경우는 게이트 전압(Vg)이 양이 될 때 전류특성이 급격히 저하되는 반도체 특성을 보여주었다.
그러나, 도 5b에서 보실 수 있는 바와 같이, 표면 개질 반응의 전과 후에서 탄소 나노튜브의 외관에는 유의미한 변화가 발생하지 않았다.
그리고, 실시예 3과 같이 열처리가 된 경우라도 그 전기적 특성이 변하지 않았음을 도 5a 로부터 확인할 수 있다. 즉, 열처리를 했음에도 불구하고 전기적 특성은 원상태로 회복되지 않고 반도체 특성만을 나타내었다.
한편, 표면 개질제에 의한 표면 개질 반응이 수행되지 않은 비교예 2의 탄소 나노 튜브와 표면 개질 반응이 수행된 실시예 2의 탄소 나노 튜브의 원자력 현미경(atomic force microscope, AFM) 사진은 도 6c에 도시된 바와 같다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 표면 개질제에 의한 표면 개질 반응이 수행된 실시예 2의 탄소 나노 튜브의 경우 소스-드레인간 전압(Vsd)에 따른 전류 량이 표면 개질제에 의한 표면 개질 반응이 수행되지 않은 비교예 2의 탄소 나노 튜브에 비해 현저히 작게 되었다.
이러한 전류 량의 감소는 이와 같은 현상은 도 6b 의 게이트 전압에 따른 전류특성곡선에서 보다 확연하게 나타난다. 도 6b 에 도시된 바와 같이, 표면 개질제에 의한 표면 개질 반응이 수행되지 않은 비교예 2의 탄소 나노 튜브의 경우는 게이트 전압(Vg)이 양인 경우에도 전류가 흐르는 것이 관측되었으나, 표면 개질 반응이 수행된 실시예 2의 탄소 나노 튜브의 경우는 게이트 전압(Vg)이 양이 될 때 전류 값이 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다.
그러나, 도 6c에서 보는 바와 같이, 표면 개질 반응의 전과 후에서 탄소 나 노튜브의 외관에는 유의미한 변화가 발생하지 않았다.
그리고, 실시예 4과 같이 열처리가 된 경우라도 그 전기적 특성이 변화지 않았음을 도 6b 로부터 확인할 수 있다. 즉, 열처리를 했음에도 불구하고 전기적 특성은 원상태로 회복되지 않고 반도체 특성만을 나타내었다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전자 친화성 분자로 표면 개질된 실시예 1 및 실시예 2의 탄소나노튜브 반도체 소자와 표면 개질이 이루어지지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 탄소나노튜브 반도체 소자에 대하여 라만 (Raman) 산란실험을 수행한 결과, 표면 개질이 이루어진 실시예 1 및 2의 탄소 나노튜브 반도체 소자의 D- 밴드의 크기가 표면 개질이 수행되지 않은 비교예 1 및 2의 탄소 나노튜브 반도체 소자보다 매우 큼을 알 수 있다. 이로부터 전자 친화성 분자로 표면 개질된 실시예 1 및 실시예 2의 탄소나노튜브 반도체 소자가 표면 개질이 이루어지지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 탄소나노튜브 반도체 소자에 비해 금속성이 선택적으로 제거되었음을 확인할 수 있다.
따라서, 도 7로부터 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2의 탄소나노튜브 반도체 소자의 반도체성이 비교예 1 및 비교예 2의 반도체 소자에 비해 현저하게 증가되었음을 알 수 있었다. 한편, 도 7로부터, D-밴드 세기가 실시예 2과 같이 전자 친화성 물질이 이리움 화합물인 경우가 실시예 1와 같이 전자 친화성 물질이 피릴리움인 경우보다 큼을 알 수 있었다.
한편, 원래부터 반도체 특성을 가져, 양의 게이트 전압에서 채널의 전기전도도가 0에 근접한 비교예 3의 탄소나노튜브 반도체 소자의 경우는 표면 개질제로 표 면 개질한 경우인 실시예 5 및 6의 탄소나노튜브 반도체 소자와 특성의 차이가 거의 없음을 도 8로부터 알 수 있다. 즉, 본 발명의 표면 개질제는 탄소나노튜브 반도체 소자에 금속성의 존재 여부와 상관 없이 처리될 수 있음을 알 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자의 제조 방법을 이용하면, 성장되어 형성된 탄소 나노튜브에서 금속성을 제거하여 반도체성만을 가지게 함으로써 탄소 나노튜브를 반도체 소자의 채널로 적합하게 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 탄소 나노튜브 반도체 소자의 제조방법은 탄소 나노튜브 반도체 소자의 성능을 크게 향상시킬 수 있으며, 관련 센서 등의 응용분야에서도 반도체 소자의 특성이 개선됨에 따라 센서의 감도향상 등의 효과도 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (15)

  1. 기판상에 탄소 나노튜브가 형성될 위치에 탄소 나노튜브 성장을 촉진시키는 촉매를 도입하는 단계;
    상기 촉매 처리된 상기 기판의 상기 위치에 상기 탄소 나노튜브를 형성하는 단계; 및
    상기 탄소 나노튜브에 2,4,6-트리페닐피릴리움 테트라플루오로보레이트(2,4,6-triphenylpyrylium tetrafluoroborate) 또는 1,3-벤조디티올이리움 테트라플루오로보레이트(1,3-benzoditiolylium tetrafluoroborate)를 포함하는 표면 개질제를 처리하여 상기 탄소 나노튜브에서 금속성을 제거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표면 개질제는 상기 2,4,6-트리페닐피릴리움 테트라플루오로보레이트(2,4,6-triphenylpyrylium tetrafluoroborate) 또는 1,3-벤조디티올이리움 테트라플루오로보레이트(1,3-benzoditiolylium tetrafluoroborate)를 물, 에탄올, 및 테트라메틸렌 술폰(tetramethyl sulfone)/클로로포름(chloroform) 혼합 용매로 이루어진 군에서 선택되는 용매에 1 내지 20 μmol의 농도로 용해시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 상기 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판상에서 상기 탄소 나노튜브가 형성될 위치를 준비하는 방법은
    상기 기판을 감광물질로 도포하여 감광물질층을 형성하는 단계;
    상기 도포된 감광물질층 상부에 상기 탄소 나노튜브가 형성될 위치를 노출시키는 마스크를 위치시키는 단계; 및
    상기 마스크를 통해 빛을 조사시키고, 상기 빛에 의해 변성된 상기 감광 물질층을 제거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 촉매는 Co, Fe, Ni, Mo, Cu, 페리틴, FeCl3, FeSO4, 철이온 함유 덴드리머, 및 금 나노 입자로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 상기 탄소 나노튜브 반도체 소자 제조 방법.
  10. 전극; 및
    상기 전극에 전기적으로 연결되도록 형성된 후, 2,4,6-트리페닐피릴리움 테트라플루오로보레이트(2,4,6-triphenylpyrylium tetrafluoroborate) 또는 1,3-벤조디티올이리움 테트라플루오로보레이트(1,3-benzoditiolylium tetrafluoroborate)를 포함하는 표면 개질제로 표면 개질 처리되어 있는 탄소 나노튜브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 반도체 소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브가 반도체특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 상기 탄소 나노튜브 반도체 소자.
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