KR101128015B1 - Method for forming single strand nano-channel - Google Patents

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황성우
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황종승
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Abstract

PURPOSE: A method for forming a single nano channel is provided to reliably manufacture a highly integrated transistor device by removing unnecessary conductive channel in a general net structure. CONSTITUTION: A gate metal electrode is formed on a semiconductor or flexible substrate. A nonconductive thin film(31) for an electric insulation is formed on a gate metal electrode. A source metal electrode(20) and a drain metal electrode(21) are formed on the nonconductive thin film. A distance between the source metal electrode and the drain metal electrode is several micrometers to dozens of micrometers. Nano materials are collected at two electrodes by applying an electrode collection voltage between the source metal electrode and the drain metal electrode.

Description

단일 나노 채널 형성 방법{Method for forming single strand nano-channel}Method for forming single strand nano-channel

본 발명은 미세 간격의 전극 사이에 채널을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기영동법을 이용하여 마이크로미터 또는 그 이하의 크기를 가지는 금속 전극 사이에 탄소나노튜브 등의 나노선 채널을 형성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a channel between electrodes with fine spacing, and more particularly, to form nanowire channels such as carbon nanotubes between metal electrodes having a size of micrometer or less by using electrophoresis. It is about how to.

종래의 탄소나노튜브를 이용하여 트랜지스터 소자를 제작하는 방법으로는 절연된 게이트 금속전극을 구비하는 소스와 드레인 금속 전극을 형성하고 그 위에 탄소나노튜브가 분산되어 있는 용액을 접촉시킨 뒤에 소스와 드레인 전극에 적절한 교류 전압과 교류 주파수를 가하여 탄소나노튜브를 소스와 드레인 사이에 연결하는 전기영동(dielectrophoresis)의 방법이 가장 일반적이다. In the conventional method of manufacturing a transistor device using carbon nanotubes, a source and a drain metal electrode having an insulated gate metal electrode are formed, and the source and drain electrodes are contacted after contacting a solution in which carbon nanotubes are dispersed thereon. The most common method of electrophoresis is to connect a carbon nanotube between a source and a drain by applying an appropriate alternating voltage and alternating frequency.

그러나 전기영동법에 의해서는 소스와 드레인 사이에 수많은 탄소나노튜브로 구성된 망구조 (network structure)가 형성되게 되며 형성된 망구조는 수많은 전도채널을 포함하게 되므로 정밀하고 안정적인 트랜지스터 동작을 기대하기 어려우며, 탄소나노튜브로 구성되는 미세한 크기를 가지는 나노 소자의 제작에도 커다란 어려움을 격을 것으로 예견된다. However, by electrophoresis, a network structure composed of numerous carbon nanotubes is formed between a source and a drain, and the formed network structure includes a large number of conductive channels, so it is difficult to expect precise and stable transistor operation. It is expected that the fabrication of nano devices with a small size consisting of tubes will also face great difficulties.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 마이크로미터 또는 그 이하의 크기를 가지는 금속 전극 사이에 탄소나노튜브 단일선을 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for forming a carbon nanotube single line between metal electrodes having a size of micrometer or less.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 단일 나노 채널 형성 방법은, 마주보는 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질을 위치시키는 단계, 두 전극 사이에 미리 설정된 전극 포획 전압을 인가하여 두 전극에 각각 나노 크기 물질을 포획하는 단계, 및 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질 포획 전압을 인가하여, 포획된 나노 크기 물질에 전극마다 각각 하나의 나노 크기 물질을 포획하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the method for forming a single nanochannel according to the present invention comprises the steps of: positioning a predetermined nano-sized material between two opposite electrodes, applying a predetermined electrode capture voltage between the two electrodes to each of the two electrodes; Capturing the nanoscale material, and applying a predetermined nanoscale material capture voltage between the two electrodes to capture one nanosize material for each electrode in the captured nanosize material.

먼저, 전극에 나노 크기 물질을 포획한 후, 포획된 나노 크기 물질에 다시 나노 크기 물질을 하나씩 포획하는 구성을 가짐으로써, 마이크로미터 또는 그 이하의 크기를 가지는 금속 전극 사이에 나노 크기 물질의 단일 채널을 형성할 수 있게 된다.First, the nano-sized material is captured on the electrode, and then the nano-sized material is captured one by one on the captured nano-sized material, so that a single channel of the nano-sized material between the metal electrodes having a size of micrometer or less is obtained. Can be formed.

나노 크기 물질은 나노선 형태의 물질일 수 있고, 나노선 형태의 물질은 탄소 나노 튜브일 수 있으며, 두 전극은 각각 트랜지스터 구조에서의 소스 전극과 드레인 전극일 수 있다.The nano-sized material may be a material in the form of a nanowire, the material in the form of a nanowire may be a carbon nanotube, and the two electrodes may be source and drain electrodes in a transistor structure, respectively.

또한, 포획된 하나의 나노 크기 물질들 사이에 미리 설정된 결합 물질 분자를 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성으로, 결합 물질 분자에 따라 다양한 특성을 가지는 센서를 제조할 수 있게 된다. In addition, the method may further include positioning a predetermined binding material molecule between the captured one nano-sized materials. With such a configuration, it is possible to manufacture a sensor having a variety of properties according to the binding material molecules.

본 발명에 따른 전기 영동법을 이용한 탄소나노튜브 단일선 제작 방법에 의하면, 일반적인 망구조에서 불필요한 전도 채널을 제거함으로써 신뢰성 있는 고집적 트랜지스터 소자를 제작할 수 있다. According to the carbon nanotube single line fabrication method using the electrophoresis method according to the present invention, it is possible to manufacture a highly reliable transistor device by removing unnecessary conduction channels in a general network structure.

따라서, 테라비트급 이상의 초고집적도가 요구되는 전자 소자의 제작에 응용이 가능하며, 기존의 리소그래피 방법들이 가지고 있는 기술적인 제한을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 공정이 간단하여 비용 및 시간을 크게 절감시킬 수 있으므로 나노 전자소자 및 회로 제작에 크게 기여할 수 있다.Therefore, it is possible to apply to the production of electronic devices requiring ultra-high density of terabit or more, and to overcome the technical limitations of existing lithography methods, and to simplify the process and greatly reduce the cost and time. It can greatly contribute to the fabrication of nanoelectronic devices and circuits.

도 1은 본 발명에 따른 단일 나노 채널 형성 방법의 일 실시예를 수행하기 위한 개략적인 흐름도.
도 2는 형성된 탄소나노튜브 단일선 트랜지스터의 측면도.
도 3은 부도체 박막 위에 형성된 전극을 도시한 평면도.
도 4는 1차 전기영동 후의 도 3의 평면도.
도 5는 2차 전기영동 후의 도 4의 평면도.
도 6은 탄소나노튜브 단일선이 완성된 평면도.
도 7은 소스와 드레인 금속전극에 의한 전기력 분포도.
도 8은 탄소나노튜브 전극에 의한 전기력 분포도.
도 9는 완성된 탄소나노튜브 단일선의 사진.1 is a schematic flowchart for carrying out an embodiment of a method for forming a single nanochannel according to the present invention.
Figure 2 is a side view of the formed carbon nanotube single line transistor.
3 is a plan view showing an electrode formed on the insulator thin film.
4 is a plan view of FIG. 3 after primary electrophoresis.
5 is a plan view of FIG. 4 after secondary electrophoresis.
Figure 6 is a plan view of the complete carbon nanotube single line.
7 is an electric force distribution diagram by the source and drain metal electrodes.
8 is an electric force distribution diagram by a carbon nanotube electrode.
9 is a photograph of the completed carbon nanotube single line.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 단일 나노 채널 형성 방법의 일 실시예를 수행하기 위한 개략적인 흐름도이다.1 is a schematic flowchart for carrying out an embodiment of a method for forming a single nanochannel according to the present invention.

도 1에서 먼저, 마주보는 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질을 위치시킨다(S110). In FIG. 1, first, a predetermined nano-size material is positioned between two facing electrodes (S110).

나노 크기 물질은 물질의 단위 크기가 1마이크로미터 미만인 물질로서, 나노선, 나노 파티클, 나노 분자의 예를 들 수 있다. 형태가 튜브 형태인 나노선이나, 구 형태인 나노 파티클 모두 그 지름의 크기가 1마이크로미터 미만인 것을 의미한다.Nano-scale materials are materials having a unit size of less than 1 micrometer, and examples thereof include nanowires, nanoparticles, and nanomolecules. Both nanowires in the form of tubes and nanoparticles in the form of tubes mean that their diameter is less than 1 micrometer.

나노 크기 물질은 사용자 등에 의해 미리 설정된 물질로서, 탄소 나노 튜브인 것이 일반적이겠지만, 실리콘 나노선을 포함한 당업자가 고려할 수 있는 다양한 물질이 채용될 수 있다.The nano-sized material is a material preset by the user or the like, and it will be common to be a carbon nanotube, but various materials that can be considered by those skilled in the art including silicon nanowires can be employed.

또한, 나노 크기 물질이 위치하는 기판은 반도체 기판인 것이 일반적이겠지만, 휘어지는(flexible) 기판을 비롯한 다른 다양한 종류의 기판이 사용될 수도 있다. In addition, although the substrate on which the nano-sized material is located is generally a semiconductor substrate, various other kinds of substrates may be used, including a flexible substrate.

이어서, 두 전극 사이에 미리 설정된 전극 포획 전압을 인가하여 두 전극 각각에 나노 크기 물질을 포획한다(S120). 전극 포획 전압은 전극에 나노 크기 물질이 확실하게 포획될 수 있는 정도의 전압으로서 사용자 등에 의해 미리 설정된다. 전극 포획 전압에 의해 각각의 전극에서는 다수의 나노 크기 물질이 포획된다. Subsequently, a predetermined electrode capture voltage is applied between the two electrodes to capture the nano-sized material at each of the two electrodes (S120). The electrode capture voltage is preset by the user or the like as a voltage at which the nano-sized material can be reliably captured on the electrode. The electrode capture voltage traps a number of nano-sized materials at each electrode.

마지막으로, 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질 포획 전압을 인가하여, 두 전극에 포획된 나노 크기 물질에 각각 나노선 상태의 물질 하나의 단위를 을 포획한다(S130). 나노 크기 물질 포획 전압은 전극에 포획된 나노 크기 물질 하나에 다시 하나의 나노 크기 물질을 포획하기 위해 사용자 등에 의해 미리 설정된 전압을 의미한다.Finally, by applying a predetermined nano-size material capture voltage between the two electrodes, each unit of the material in the nanowire state is captured to the nano-size material captured by the two electrodes (S130). The nano-size material capture voltage refers to a voltage preset by a user or the like to capture one nano-size material back to one nano-size material captured by the electrode.

이와 같은 방식으로, 두 전극에서부터 포획된 나노 크기 물질은 서로 연결되어 전극 사이에 단일 나노 채널을 형성할 수 있다. 이때, 두 전극은 각각 트랜지스터 구조에서의 소스 전극과 드레인 전극일 수 있고 이 경우 형성된 단일 나노 채널은 트랜지스터의 전도 채널이 될 것이다. 그러나 단일 나노 채널은 이외에도 다양한 용도로 활용될 수 있으며, 예를 들어, 각종 전기 소자의 전기적 배선이나 전기 회로의 일부로서 채용될 수 있을 것이다.In this manner, nano-sized materials captured from two electrodes can be connected to each other to form a single nanochannel between the electrodes. In this case, each of the two electrodes may be a source electrode and a drain electrode in the transistor structure, in which case the single nanochannel formed will be the conducting channel of the transistor. However, the single nanochannel may be used for various purposes as well, for example, may be employed as part of the electrical wiring or electrical circuit of various electrical elements.

또한, 두 전극에서부터 포획된 나노 크기 물질을 서로 연결시키지 않고, 포획된 하나의 나노 크기 물질들 사이에 미리 설정된 결합 물질 분자를 위치시킬 수 있다. 이와 같은 구성으로, 결합 물질 분자에 따라 다양한 특성을 가지는 센서를 제조할 수 있게 된다. 결합 물질은 벤젠이나 단백질을 비롯한 필요에 따라 당업자가 고려할 수 있는 다양한 물질이 선택될 수 있을 것이다.In addition, it is possible to position a predetermined binding material molecule between the captured nano-sized materials without connecting the nano-sized materials captured from the two electrodes. With such a configuration, it is possible to manufacture a sensor having a variety of properties according to the binding material molecules. As the binding material, various materials that may be considered by those skilled in the art may be selected according to need including benzene or protein.

이와 같이, 먼저 전극에 나노 크기 물질을 포획한 후, 포획된 나노 크기 물질에 다시 나노 크기 물질을 하나씩 포획하는 구성을 가짐으로써, 마이크로미터 또는 그 이하의 크기를 가지는 금속 전극 사이에 나노 크기 물질의 단일 채널을 형성할 수 있게 된다.As such, first, the nano-sized material is captured in the electrode, and then the nano-sized material is captured one by one in the captured nano-sized material. It is possible to form a single channel.

이하, 전기영동법을 이용한 탄소나노튜브 단일선 형성 방법의 구체적인 예와 함께 도 1의 방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the method of FIG. 1 will be described in more detail with a specific example of a carbon nanotube single line forming method using electrophoresis.

도 2는 형성된 탄소나노튜브 단일선 트랜지스터의 측면도이다.2 is a side view of the formed carbon nanotube single line transistor.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 반도체 또는 휘어지는 기판(30) 위에 게이트 금속전극(22)을 형성하고 그 위에 전기적 절연을 위한 부도체 박막(31)을 형성한 뒤에 다시 그 위에 소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21)을 형성한다. First, as shown in FIG. 2, the gate metal electrode 22 is formed on the semiconductor or curved substrate 30, and the non-conductive thin film 31 for electrical insulation is formed thereon, and then the source metal electrode 20 is formed thereon. And drain metal electrode 21 is formed.

금속 전극의 형성방법으로는 금(Au) 박막을 진공 증착 또는 이와 유사한 방법이 사용될 수 있다. 소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21) 위에 탄소나노튜브(10)가 분산되어 있는 탄소나노튜브 용액(40)을 미량 떨어뜨린다. As a method of forming a metal electrode, a vacuum (Au) thin film may be used by vacuum deposition or the like. A small amount of the carbon nanotube solution 40 in which the carbon nanotubes 10 are dispersed is dropped on the source metal electrode 20 and the drain metal electrode 21.

소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21)의 간격은 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터가 적당하며, 그 위에 떨어뜨리는 탄소나노튜브 용액(40)의 양은 수 마이크로리터가 적당하고 탄소나노튜브(10)가 분산되어 있는 탄소나노튜브 용액(40)은 에탄올이나 메탄올 등의 알코올이 바람직하다. The distance between the source metal electrode 20 and the drain metal electrode 21 is suitable for several micrometers to several tens of micrometers, and the amount of the carbon nanotube solution 40 dropped thereon is suitable for several microliters and the carbon nanotubes ( The carbon nanotube solution 40 in which 10) is dispersed is preferably alcohol such as ethanol or methanol.

탄소나노튜브 용액(40)을 떨어뜨린 뒤에 소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21) 양단에 교류 전원을 가함으로써 전기장을 형성하게 되고 전기장이 탄소나노튜브(10)를 분극화시킨 뒤에 전극에 포획되도록 한다. 일반적인 전기영동법에 의해서는 탄소나노튜브(10)의 망구조가 형성되게 된다. After dropping the carbon nanotube solution 40, an AC power is applied to both ends of the source metal electrode 20 and the drain metal electrode 21 to form an electric field, and the electric field polarizes the carbon nanotube 10 to the electrode. Allow capture. By general electrophoresis, the network structure of the carbon nanotubes 10 is formed.

본 실시예에서 전기영동법에 의한 탄소나노튜브(10) 망구조 형성에 대한 설명은 문헌[참조: Robert Cicoria and Yu Sun: Dielectrophoretically trapping semiconductive carbon nanotube networks, Nanotechnology, 19, pp 485303-1-5, 2008.11.11]에서 찾을 수 있고, 당해 문헌은 본원에서 참조로 인용되어 있다.For the description of the carbon nanotube (10) network structure formed by electrophoresis in this embodiment, see Robert Cicoria and Yu Sun: Dielectrophoretically trapping semiconductive carbon nanotube networks, Nanotechnology, 19, pp 485303-1-5, 2008.11 .11, which is incorporated herein by reference.

탄소나노튜브(10) 단일선을 구성하는 단계별 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the step-by-step process of forming a carbon nanotube (10) single line as follows.

도 3은 부도체 박막 위에 형성된 전극을 도시한 평면도이다.3 is a plan view illustrating an electrode formed on a non-conductive thin film.

도 3에서, 부도체 박막(31) 위에 소스(20)와 드레인 금속전극(21)이 형성되어 있으며, 다음에 도면 3에 도시한 바와 같이 2 V, 5 MHz의 교류전압 조건에서 강한 전기영동에 의하여 소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21)의 주변에 많은 수의 탄소나노튜브(10)가 결합하게 된다. In FIG. 3, the source 20 and the drain metal electrode 21 are formed on the insulator thin film 31. Next, as shown in FIG. 3, by strong electrophoresis under an AC voltage condition of 2 V and 5 MHz. A large number of carbon nanotubes 10 are coupled around the source metal electrode 20 and the drain metal electrode 21.

이 단계는 완전한 탄소나노튜브(10) 망구조가 형성되는 시작단계로서 전극의 주변에만 탄소나노튜브(10)가 포획되게 되며, 이와 같이 전극의 주변에만 포획이 되도록 하기 위해서는 탄소나노튜브(10)가 분산되어 있는 탄소나노튜브 용액(40)의 양을 조절함으로써 탄소나노튜브 용액(40)이 증발하여 더 이상 포획이 이루어지지 않도록 하거나, 강한 전기영동의 시간을 조절할 수 있다. 이때, 탄소나노튜브(10)의 길이는 1마이크로미터 내외로 이루어지는 것이 바람직하다.This step is the start of the complete carbon nanotube (10) network structure is formed, the carbon nanotube (10) is trapped only in the periphery of the electrode, in this way to capture only in the periphery of the electrode carbon nanotube (10) By controlling the amount of the dispersed carbon nanotube solution 40, the carbon nanotube solution 40 is no longer captured by evaporation, it is possible to control the time of strong electrophoresis. At this time, the length of the carbon nanotubes 10 is preferably made of about 1 micrometer.

도 4는 1차 전기영동 후의 도 3의 평면도이고, 도 5는 2차 전기영동 후의 도 4의 평면도이다.4 is a plan view of FIG. 3 after primary electrophoresis, and FIG. 5 is a plan view of FIG. 4 after secondary electrophoresis.

다음에 도 5에 도시한 바와 같이 1 V, 5 MHz의 교류전압 조건에서 약한 전기영동에 의하여, 직전에 소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21)에 포획된 탄소나노튜브(10) 가운데 각각 하나의 탄소나노튜브(10)가 새로운 전극이 됨으로써 새로운 탄소나노튜브(10)를 포획하게 되는데 이 단계에서는 강한 전기영동에 의하여 수많은 탄소나노튜브(10)가 포획된 경우와 달리 하나의 탄소나노튜브(10)가 포획되게 된다. Next, as shown in FIG. 5, the carbon nanotubes 10 captured immediately by the source metal electrode 20 and the drain metal electrode 21 by weak electrophoresis under alternating voltage conditions of 1 V and 5 MHz are shown. Each carbon nanotube 10 becomes a new electrode to capture new carbon nanotubes 10. In this step, unlike one in which numerous carbon nanotubes 10 are captured by strong electrophoresis, one carbon nanotube is captured. Tube 10 is captured.

약한 전기영동에서는 포획된 하나의 탄소나노튜브(10)가 새로운 전극이 되는 일련의 과정이 연속적으로 반복되게 되며 다음에 도 6에 도시한 바와 같이 탄소나노튜브(10)의 단일선을 완성하게 된다.In weak electrophoresis, a series of processes in which one captured carbon nanotube 10 becomes a new electrode is continuously repeated, and as shown in FIG. 6, a single line of the carbon nanotube 10 is completed. .

도 6은 탄소나노튜브 단일선이 완성된 평면도이다.FIG. 6 is a plan view showing a single line of carbon nanotubes. FIG.

본 실시예에서 시작단계부터 약한 전기영동을 가하면 탄소나노튜브(10)가 전혀 포획이 되지 않으며, 강한 전기영동에 의하여 포획된 탄소나노튜브(10)가 금속전극의 역할을 함으로서 탄소나노튜브(10)의 미세한 첨단부가 강한 전기장을 형성할 수 있게 하여 약한 전기영동에도 탄소나노튜브(10)의 포획이 가능하게 된다.In the present embodiment, when the electrophoresis is applied from the start step, the carbon nanotubes 10 are not captured at all, and the carbon nanotubes 10 captured by the strong electrophoresis serve as metal electrodes, thereby acting as carbon electrodes. By allowing the fine tip portion of the) to form a strong electric field it is possible to capture the carbon nanotubes 10 even in weak electrophoresis.

도 7은 소스와 드레인 금속전극에 의한 전기력 분포도이고, 도 8은 탄소나노튜브 전극에 의한 전기력 분포도이다.7 is an electric force distribution diagram by the source and drain metal electrodes, and FIG. 8 is an electric force distribution diagram by the carbon nanotube electrodes.

본 실시예에서 금속전극과 탄소나노튜브(10) 전극의 전기장의 세기를 시뮬레이션한 결과가 도 7과 도 8에 표시되어 있다. In the present embodiment, the results of simulating the electric field strengths of the metal electrode and the carbon nanotube 10 electrode are shown in FIGS. 7 and 8.

도 7에 도시된 바와 같이 소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21)의 |E2| (전기장 크기의 제곱의 그래디언트)를 계산한 결과 전극 주변이 붉은색으로 표시됨으로써 강한 전기장을 의미하고, 전극에서 벗어난 수록 파란색으로 변함으로써 전기장이 약해지는 것을 의미하고 있다. As shown in FIG. 7, the | E 2 | As a result of calculating (the gradient of the square of the electric field size), the area around the electrode is displayed in red, which means a strong electric field, and as the deviation from the electrode becomes blue, the electric field is weakened.

다음에 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 탄소나노튜브(10)가 포획된 조건에서 |E2|를 계산한 결과 전극 주변에 비하여 탄소나노튜브(10)의 끝 부분이 붉은색으로 표시되어 탄소나노튜브(10)의 첨단부가 가장 강한 전기장이 있는 부분임을 표시하고 있다.Next, as shown in FIG. 8, as a result of calculating | E 2 | under the condition that one carbon nanotube 10 is captured, the end portion of the carbon nanotube 10 is displayed in red color as compared to the electrode periphery. The tip of the nanotube 10 indicates that the portion with the strongest electric field.

도 9는 완성된 탄소나노튜브 단일선의 사진이다.9 is a photograph of a completed carbon nanotube single line.

본 발명에서는 반도체 기판(30) 이외에 휘어지는 기판(30)에도 탄소나노튜브(10)의 단일선 구성이 가능하며 도 9에 도시한 바와 같이 PES (polyethylsulfone) 기판(30) 위에 탄소나노튜브(10) 단일선 형성이 가능하다.In the present invention, a single line configuration of the carbon nanotubes 10 may be formed on the curved substrate 30 in addition to the semiconductor substrate 30, and as shown in FIG. 9, the carbon nanotubes 10 may be disposed on the PES (polyethylsulfone) substrate 30. Single line formation is possible.

탄소나노튜브(10)는 단일벽일 경우 직경이 1나노미터 정도이며 길이가 수 마이크로미터 정도인데 대부분 단일벽 탄소나노튜브(10)의 묶음 형태로 존재하게 되므로 직경이 20나노미터이다. 따라서 탄소나노튜브(10) 단일선 제작방법은 전도채널의 폭이 20나노미터인 트랜지스터를 구성이 가능하므로 고집적 반도체 소자를 신뢰성 있게 달성할 수 있다.The carbon nanotubes 10 have a diameter of about 1 nanometer and a few micrometers in length when they are single walls, and most of them have a diameter of 20 nanometers because they exist in a bundle form of single-walled carbon nanotubes 10. Therefore, the carbon nanotube 10 single-line fabrication method can configure a transistor having a width of 20 nanometers in the conduction channel, so that a highly integrated semiconductor device can be reliably achieved.

본 실시예에 있어서, 반도체 또는 휘어지는(flexible) 기판(30)의 바로 위에 게이트 금속전극(22)이 형성되고 그 위에 소스(20)와 드레인 금속전극(21)이 형성되는 하향 게이트 구조일 경우 상기 게이트 금속전극(22)이 소스(20)와 드레인 금속전극(21)과 전기적으로 연결되는 경우, 또는 소스(20)와 드레인 금속전극(21) 사이에 연결되는 탄소나노튜브(10)가 게이트 금속전극(22)과 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해서는 알루미늄 산화물 등으로 구성되는 부도체 박막(31)을 형성하는 것이 바람직하다.In the present embodiment, when the gate metal electrode 22 is formed directly on the semiconductor or flexible substrate 30 and the source 20 and the drain metal electrode 21 are formed thereon. When the gate metal electrode 22 is electrically connected to the source 20 and the drain metal electrode 21, or the carbon nanotube 10 connected between the source 20 and the drain metal electrode 21 is a gate metal. In order to prevent the electrode 22 from being electrically connected, it is preferable to form the non-conductive thin film 31 made of aluminum oxide or the like.

하향 게이트가 아닌 상향 게이트 구조일 경우 소스 금속전극(20)과 드레인 금속전극(21)을 형성하고 그 사이에 탄소나노튜브(10) 단일선을 제작한 뒤에 그 위에 부도체 박막(31)과 게이트 금속전극(22)을 순차적으로 형성하는 것이 바람직하다.
In the case of the upward gate structure instead of the downward gate, the source metal electrode 20 and the drain metal electrode 21 are formed, and a single line of carbon nanotubes 10 is formed therebetween, and the insulator thin film 31 and the gate metal are formed thereon. It is preferable to form the electrodes 22 sequentially.

본 발명은 전기영동법에 의한 탄소나노튜브 트랜지스터의 제작에서 탄소나노튜브가 소스와 드레인 금속전극 사이에서 망구조를 형성하는 대신에 단일선 (single strand)으로 연결될 수 있도록 연속적인 2단계 전기영동법을 고안한 것으로서, 소스와 드레인 금속전극 사이에 탄소나노튜브가 한 줄로 이어진 전기적 연결방법을 제공하여 기존의 전기영동법으로 만들어지는 탄소나노튜브 망구조의 제약을 극복한다.The present invention devises a continuous two-step electrophoresis method in which carbon nanotubes can be connected by a single strand instead of forming a network structure between a source and a drain metal electrode in the fabrication of carbon nanotube transistors by electrophoresis. As one, it provides an electrical connection method of carbon nanotubes in a row between the source and drain metal electrodes to overcome the limitations of the carbon nanotube network structure made by the conventional electrophoresis method.

본 발명에서는 전기영동법을 이용하여 마이크로미터 또는 그 이하의 크기를 가지는 금속 전극 사이에 탄소나노튜브 단일선을 형성하여 트랜지스터 소자를 완성하는데, 일반적인 전기영동법에 의한 탄소나노튜브 트랜지스터 제작에서 탄소나노튜브가 소스와 드레인 금속전극 사이에서 망구조를 형성하는 대신에 연속적인 2단계 전기영동법에 의하여 단일선이 형성될 수 있게 된다.In the present invention, by forming a carbon nanotube single line between the metal electrode having a micrometer or less size using the electrophoresis method to complete the transistor device, in the production of carbon nanotube transistors by the general electrophoresis method Instead of forming a network structure between the source and drain metal electrodes, a single line can be formed by successive two-step electrophoresis.

이와 같이, 일반적인 망구조에서 불필요한 전도채널을 제거함으로써 정밀하고 안정적인 신뢰성 있는 고집적 트랜지스터 소자를 제작할 수 있으며, 따라서, 본 발명은 테라비트급 이상의 초고집적도가 요구되는 전자 소자의 제작에 응용이 가능하며, 기존의 리소그래피 방법들이 가지고 있는 기술적인 제한을 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 공정이 간단하여 비용 및 시간을 크게 절감시킬 수 있으므로 나노 전자소자 및 회로 제작에 크게 기여할 수 있게 된다.
As such, by removing unnecessary conduction channels in a general network structure, a highly integrated transistor device can be manufactured with high precision and stability. Therefore, the present invention can be applied to the manufacture of electronic devices requiring ultra-high density of terabit or more. In addition to overcoming the technical limitations of lithography methods, the process is simple and can greatly reduce cost and time, greatly contributing to the fabrication of nanoelectronic devices and circuits.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
Although the present invention has been described in terms of some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereby, but should be construed as modifications or improvements of the embodiments supported by the claims.

10: 탄소나노튜브
20: 소스 금속전극
21: 드레인 금속전극
22: 게이트 금속전극
30: 반도체 또는 휘어지는 기판
31: 부도체 박막
40: 탄소나노튜브 용액10: carbon nanotube
20: source metal electrode
21: drain metal electrode
22: gate metal electrode
30: semiconductor or curved substrate
31: insulator thin film
40: carbon nanotube solution

Claims (5)

마주보는 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질을 위치시키는 단계;
상기 두 전극 사이에 미리 설정된 전극 포획 전압을 인가하여 상기 두 전극에 각각 상기 나노 크기 물질을 포획하는 전극 포획 단계; 및
상기 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질 포획 전압을 인가하여, 상기 포획된 나노 크기 물질에 전극마다 각각 하나의 상기 나노 크기 물질을 포획하는 연속 포획 단계를 포함하는 단일 나노 채널 형성 방법으로서,
상기 연속 포획 단계는 상기 두 전극에서 각각 포획된 상기 나노 크기 물질이 서로 연결될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 단일 나노 채널 형성 방법.Positioning a predetermined nano-sized material between two opposing electrodes;
An electrode capture step of capturing the nano-sized material on the two electrodes by applying a predetermined electrode capture voltage between the two electrodes; And
A method of forming a single nanochannel comprising applying a predetermined nanoscale material capture voltage between the two electrodes to capture one nanosize material per electrode in the captured nanosize material.
The continuous capture step is repeated until the nano-sized material respectively captured in the two electrodes are connected to each other. 제 1항에 있어서,
상기 나노 크기 물질은 나노선 형태의 물질인 것을 특징으로 하는 단일 나노 채널 형성 방법.The method of claim 1,
The nano-sized material is a method of forming a single nano-channel, characterized in that the material in the form of nanowires. 제 2항에 있어서,
상기 나노선 형태의 물질은 탄소 나노 튜브인 것을 특징으로 하는 단일 나노채널 형성 방법.The method of claim 2,
The nanowire-shaped material is a single nanochannel forming method, characterized in that the carbon nanotubes. 제 1항에 있어서,
상기 두 전극은 각각 트랜지스터 구조에서의 소스 전극과 드레인 전극인 것을 특징으로 하는 단일 나노 채널 형성 방법. The method of claim 1,
Wherein each of the two electrodes is a source electrode and a drain electrode in a transistor structure. 마주보는 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질을 위치시키는 단계;
상기 두 전극 사이에 미리 설정된 전극 포획 전압을 인가하여 상기 두 전극에 각각 상기 나노 크기 물질을 포획하는 단계; 및
상기 두 전극 사이에 미리 설정된 나노 크기 물질 포획 전압을 인가하여, 상기 포획된 나노 크기 물질에 전극마다 각각 하나의 상기 나노 크기 물질을 포획하는 단계를 포함하는 단일 나노 채널 형성 방법으로서,
상기 포획된 하나의 나노 크기 물질들 사이에 미리 설정된 결합 물질 분자를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 나노 채널 형성 방법.Positioning a predetermined nano-sized material between two opposing electrodes;
Capturing the nano-sized material at each of the two electrodes by applying a predetermined electrode capture voltage between the two electrodes; And
A method of forming a single nanochannel comprising applying a predetermined nanoscale material capture voltage between two electrodes to capture one nanosize material per electrode in the captured nanosize material.
And positioning a predetermined binding material molecule between the captured one nano-sized materials.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Synthesis of Small Diameter Silicon Nano-wires On SiO2 and Si3N4 Surfaces, IEICE Trans. Eletron., Vol. E93-C No.5 May 2010*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11912900B2 (en) * 2020-04-06 2024-02-27 The Regents Of The University Of California Step-wise fabrication of conductive carbon nanotube bridges via dielectrophoresis

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