KR101172729B1 - 금속 산화물 나노선을 갖는 인버터 및 그 제조 방법 - Google Patents
금속 산화물 나노선을 갖는 인버터 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101172729B1 KR101172729B1 KR1020110027648A KR20110027648A KR101172729B1 KR 101172729 B1 KR101172729 B1 KR 101172729B1 KR 1020110027648 A KR1020110027648 A KR 1020110027648A KR 20110027648 A KR20110027648 A KR 20110027648A KR 101172729 B1 KR101172729 B1 KR 101172729B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanowire
- field effect
- nanowires
- inverter
- effect transistor
- Prior art date
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 162
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 16
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 83
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 38
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 35
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 28
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 14
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 13
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 13
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 6
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910005555 GaZnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 108090000699 N-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 1
- 102000004129 N-Type Calcium Channels Human genes 0.000 description 1
- 108010075750 P-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007717 ZnSnO Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJHAIVWCPGRRV-UHFFFAOYSA-N [In].[Hf] Chemical compound [In].[Hf] ATJHAIVWCPGRRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N [Kr]F Chemical compound [Kr]F VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGRIPWYWLYDWDO-UHFFFAOYSA-N [Si][In] Chemical compound [Si][In] DGRIPWYWLYDWDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- PNHVEGMHOXTHMW-UHFFFAOYSA-N magnesium;zinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Mg+2].[Zn+2] PNHVEGMHOXTHMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- -1 optoelectronics Substances 0.000 description 1
- KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N oxotin;zinc Chemical compound [Zn].[Sn]=O KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJICYDOGPFMOB-UHFFFAOYSA-N zinc;cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zn+2].[Cd+2] UMJICYDOGPFMOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
- H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
- H01L29/0669—Nanowires or nanotubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
인버터는 제1 게이트 전극, 절연막, 절연막 상에 위치하는 제1 나노선, 및 제1 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제1 소스 전극 및 제1 드레인 전극을 포함하는 제1 전계 효과 트랜지스터; 및 제2 게이트 전극, 절연막, 절연막 상에 위치하는 제2 나노선, 및 제2 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극을 포함하는 제2 전계 효과 트랜지스터를 포함하며, 제1 나노선과 제2 나노선의 지름은 서로 다르다. 이에 따라, 제1 및 제2 나노선들의 지름을 제어하여 다양한 동작 특성을 갖는 인버터를 쉽게 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 금속 산화물 나노선을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 이용한 인버터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
나노구조체(nanostructure)들은 나노 단위의 크기(nanoscale dimension), 양자구속 효과, 탁월한 결정성 및 체적 대비 높은 표면적 등 다양한 물리적 및 화학적 특성들을 나타낼 수 있다.
따라서, 나노구조체를 이용하여 상대적으로 고도화되고 소형화된 전기 화학적 또는 광학적 소자들을 구현할 수 있으며, 기존에는 불가능했던 새로운 특성 또는 구조를 구현할 수도 있다. 여기서 나노구조체란, 나노미터(nm) 수준의 크기를 갖는 구조체를 의미한다.
입자의 크기와 형태에 따라 물리적, 화학적, 광학적 및 역학적 특성은 매우 민감하게 변할 수 있다. 나노기술을 적용하여 만든 나노물질 및 나노구조체들은 촉매, 광전자, 전자 재료, 신소재, 의학을 포함한 정보통신공학, 전기전자공학 및 생명공학 등 광범위한 분야에서 응용이 진행되고 있으며, 응용 가능한 기술 개발에 많은 연구가 이루어지고 있다.
나노기술이 이용되는 분야 중에서 반도체 산업 분야는 점점 더 좁은 영역에 더 많은 전자소자를 집적하는 방향으로 진행되어, 나노기술이 나노구조체를 합성하여 적용되기에 이르렀다. 이러한 나노구조체를 합성하여 응용하는 나노기술을 적용하여 반도체 산업 분야의 소자를 제작할 수 있다.
한편, DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory), SDRAM(synchronus dynamic random access memory) 비휘발성 메모리, 액정표시장치 및 유기발광표시장치 등 다양한 반도체 집적회로에서 NAND(not and) 및 NOR 게이트와 같은 여러 논리소자가 사용된다. 이러한 논리소자의 기본이 되는 것이 인버터(inverter)이다.
일반적으로, 실리콘(Si) 기반의 인버터는 NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor) 트랜지스터와 PMOS(p-channel metal-oxide semiconductor) 트랜지스터를 함께 구비하는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 인버터이다. 채널층으로 산화물 반도체, 예를 들어, Si층을 사용하는 경우, 채널층에 도핑하는 원소의 종류를 달리함으로써, NMOS 또는 PMOS 트랜지스터를 제조할 수 있다.
그러나, 산화물 반도체 채널층의 경우, 산화물 반도체의 재료 특성으로 인해 안정적인 p-형 채널층을 구현하기 어렵다. 즉, 산화물 반도체로 형성한 채널층은 대부분 n-형 채널층이다.
또한, 산화물 반도체를 채널층으로 갖는 트랜지스터(산화물 트랜지스터)의 경우, 대부분 문턱전압(threshold voltage)이 0 보다 작은 공핍형(depletion mode) 트랜지스터이고, 증가형(enhancement mode) 트랜지스터의 제조가 어렵다. 따라서, 산화물 반도체를 채널층으로 적용하는 경우, 상보성 인버터의 구현이 용이하지 않으므로 우수한 특성을 갖는 인버터의 제작이 어려운 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 금속 산화물 나노선의 지름을 제어하여 우수한 특성을 갖는 인버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 인버터의 용이한 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 인버터는, 제1 게이트 전극, 상기 제1 게이트 전극 상에 형성된 절연막, 상기 절연막 상에 위치하는 제1 나노선, 및 상기 제1 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제1 소스 전극 및 제1 드레인 전극을 포함하는 제1 전계 효과 트랜지스터; 및 제2 게이트 전극, 상기 제2 게이트 전극 상에 형성된 상기 절연막, 상기 절연막 상에 위치하는 제2 나노선, 및 상기 제2 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극을 포함하는 제2 전계 효과 트랜지스터를 포함하며, 상기 제1 나노선과 상기 제2 나노선의 지름은 서로 다르다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들의 문턱 전압은 각각 상기 제1 및 제2 나노선들의 지름에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들은 각각 공핍형 트랜지스터 또는 증가형 트랜지스터 중 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 나노선들은 아연(Zn), 주석(Sn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 반도체 또는 금속 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 인버터의 제조 방법은, 기판 상에 제1 및 제2 게이트 전극들을 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 게이트 전극들 상에 절연막을 형성하는 단계; 나노선 성장 기판 상에 촉매 물질을 증착하여 서로 다른 지름을 갖는 상기 제1 및 제2 나노선들을 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 나노선들을 상기 절연막 상에 위치시키는 단계; 및 상기 제1 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격되는 제1 소스 전극 및 제2 드레인 전극, 및 상기 제2 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격되는 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 촉매 물질이 증착되는 두께를 조절하여 상기 제1 및 제2 나노선들의 두께를 제어한다.
이와 같은 인버터 및 그 제조 방법에 따르면, 나노선을 채널층으로 이용하는 전계 효과 트랜지스터의 문턱전압은 상기 나노선의 지름을 조절하여 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 상기 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 우수한 특성의 인버터를 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 인버터의 구동전압을 0 V에 가깝게 제작하여 전력 소비를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선을 갖는 전계 효과 트랜지스터들을 포함하는 인버터의 개략도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 1의 인버터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 도 3b의 촉매 물질의 두께에 따라 촉매 물질이 융해 후 응고 되었을 때를 보여주는 주사전자현미경 사진들이다.
도 5는 도 4의 촉매 물질의 두께에 따라 합성된 나노선의 주사전자현미경 사진들이다.
도 6은 도 1의 전계 효과 트랜지스터 및 각기 다른 지름의 나노선을 보여주는 주사전자현미경 사진들이다.
도 7은 도 1의 각기 다른 지름의 나노선을 갖는 전계 효과 트랜지스터들의 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1의 전계 효과 트랜지스터 중 공핍형 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압별 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 1의 전계 효과 트랜지스터 중 증가형 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압별 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 입력전압에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 조합에 따라 형성된 인버터들의 입력전압에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 1의 인버터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 도 3b의 촉매 물질의 두께에 따라 촉매 물질이 융해 후 응고 되었을 때를 보여주는 주사전자현미경 사진들이다.
도 5는 도 4의 촉매 물질의 두께에 따라 합성된 나노선의 주사전자현미경 사진들이다.
도 6은 도 1의 전계 효과 트랜지스터 및 각기 다른 지름의 나노선을 보여주는 주사전자현미경 사진들이다.
도 7은 도 1의 각기 다른 지름의 나노선을 갖는 전계 효과 트랜지스터들의 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1의 전계 효과 트랜지스터 중 공핍형 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압별 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 1의 전계 효과 트랜지스터 중 증가형 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압별 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 입력전압에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 조합에 따라 형성된 인버터들의 입력전압에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 표시 장치의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선을 갖는 전계 효과 트랜지스터들을 포함하는 인버터의 개략도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 인버터(1)는 구조적 관점에서 볼 때, 게이트 기판(11), 상기 기판(11) 상에 형성된 절연막(12), 상기 절연막(12) 상에 위치하는 제1 및 제2 나노선들(13, 15) 및 상기 절연막(12) 상에서 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)을 사이에 두고 서로 이격하여 위치하는 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)을 포함한다.
여기서, 나노선이란 나노미터(nm) 수준의 크기를 갖는 구조체를 의미한다.
상기 인버터(1)는 물리적 관점에서 볼 때, 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제2 전계 효과 트랜지스터(20)를 포함한다. 구체적으로, 상기 게이트 기판(11), 상기 절연막(12), 상기 제1 나노선(13) 및 상기 제1 나노선(13)의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제1 소스/드레인 전극들(14, 16)이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)를 구성한다.
마찬가지로, 상기 게이트 기판(11), 상기 절연막(12), 상기 제2 나노선(15) 및 상기 제2 나노선(15)의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제2 소스/드레인 전극들(18, 14)이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)를 구성한다.
본 실시예에서는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는 공핍형(depletion mode) 트랜지스터이고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)는 증가형(enhancement mode) 트랜지스터로 설명하였으나, 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들(10, 20)은 각각 공핍형 트랜지스터 또는 증가형 트랜지스터 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는 공핍형 트랜지스터이고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)는 역시 공핍형 트랜지스터 일 수 있다. 반대로, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는 증가형 트랜지스터이고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)는 역시 증가형 트랜지스터 일 수 있다.
또는, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는 공핍형 트랜지스터이고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)는 증가형 트랜지스터 일 수 있다. 반대로, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는 증가형 트랜지스터이고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)는 공핍형 트랜지스터 일 수 있다.
상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)의 제1 나노선(13) 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 제2 나노선(15)은 서로 다른 지름을 갖는다. 상기 제1 나노선(13) 및 상기 제2 나노선(15)이 서로 다른 지름을 가짐에 따라, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 동작 특성은 서로 다르다.
특히, 상기 제1 나노선(13) 및 상기 제2 나노선(15)의 지름을 제어하여 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 각 문턱전압을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 제1 나노선(13) 및 상기 제2 나노선(15)의 지름을 제어하여, 다양한 특성의 상기 인버터(1)를 구현할 수 있다.
상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)의 지름에 따른 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들(10, 20)의 동작 특성은 후술한다.
상기 게이트 기판(11)은 실리콘(Si) 기판 또는 실리콘 화합물 기판으로 높은 농도로 도핑된 4족 및 3족 원소를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 게이트 기판(11)은 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들(10, 20)의 게이트 전극으로 기능한다.
상기 게이트 기판(11)은 단결정 또는 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 본 실시예는 상기 게이트 기판(11)을 p형 실리콘 기판으로 설명하였으나, 이와 다르게 n형 실리콘 기판일 수 있다.
상기 절연막(12)은 상기 게이트 기판(11) 상에 형성되며, 절연 성질을 이용하여 게이트 전극 쪽으로 흘러가는 전류를 막아주고, 게이트 전압의 전계를 형성시켜주는 게이트 절연막에 해당한다.
상기 절연막(12)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등의 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연막(12)은 상기 게이트 기판(11)을 열처리하여 형성될 수도 있다. 또한, 상기 절연막(12)의 두께는 약 100 nm 내지 약 600 nm일 수 있다.
상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 상기 절연막(12) 상에 위치한다. 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 각각 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들(10, 20)의 채널층으로 기능한다.
상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 서로 다른 지름을 갖는다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)의 지름은 약 10 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.
상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 아연(Zn)을 포함하는 반도체 또는 금속 산화물 반도체로 구성될 수 있다. 또한, 주석(Sn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등의 금속군으로부터 조합되는 반도체 또는 금속 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 아연산화물(ZnO), 아연주석산화물(ZnSnOx), 인듐아연산화물(InZnOx), 아연카드뮴산화물(ZnCdOx), 갈륨아연산화물(GaZnOx), 알루미늄아연산화물 (AlZnOx), 마그네슘아연산화물(MgZnO), 인듐갈륨아연산화물(InGaZnOx) 실리콘인듐갈륨아연산화물(SiInGaZnOx), 하프늄인듐갈륨아연산화물(HfInZnOx) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 아연을 포함하지 않는 상기 원소 중 적어도 하나를 포함하여 조합되는 금속 산화물 반도체를 포함할 수도 있다.
본 실시예에서 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 각각 하나의 나노선으로 이루어진다. 그러나, 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 필요에 따라 두 개 이상의 나노선들을 포함할 수도 있다.
상기 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)은 상기 절연막(12) 상에 형성된다. 상기 전극들(14, 16)은 각각 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)의 제1 소스/드레인 전극들에 해당한다. 마찬가지로, 상기 전극들(18, 14)은 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 제2 소스/드레인 전극들(18, 14)에 해당한다.
상기 제1 소스/드레인 전극들(14, 16)은 상기 절연막(12) 상에 이격되어 형성되며, 상기 제1 나노선(13)과 접촉하여 전기적으로 연결된다. 상기 제1 소스/드레인 전극들(14, 16)은 상기 제1 나노선(13)의 양 단부 상에 각각 형성될 수 있으며, 상기 제1 나노선(13)의 일부와 물리적으로 접촉할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2 소스/드레인 전극들(18, 14)은 상기 절연막(12) 상에 이격되어 형성되며, 상기 제2 나노선(15)과 접촉하여 전기적으로 연결된다. 상기 제2 소스/드레인 전극들(18, 14)은 상기 제2 나노선(15)의 양 단부 상에 각각 형성될 수 있으며, 상기 제2 나노선(15)의 일부와 물리적으로 접촉할 수 있다.
상기 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)은 금속 등 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)은 티타늄(Ti)으로 이루어지는 제1 층 및 도전 물질로 이루어지는 제2 층을 포함할 수 있다. 상기 제2 층은 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상을 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 제2 층만으로 전극을 형성할 경우 상기 게이트 기판(11)으로부터 쉽게 분리될 수도 있기 때문에 티타늄(Ti) 재질의 제1 층을 이용하여 접착력을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 층은 약 10 nm 내지 약 20 nm의 두께로 상대적으로 얇게 형성될 수 있으며, 상기 제2 층은 약 150 nm의 두께로 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)가 하나의 전극(14)을 각각 소스 전극 또는 드레인 전극으로 공유하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 별도의 전극으로 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 도 1의 인버터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 4는 도 3b의 촉매 물질의 두께에 따라 촉매 물질이 융해 후 응고 되었을 때를 보여주는 주사전자현미경 사진들이다. 도 5는 도 4의 촉매 물질의 두께에 따라 합성된 나노선의 주사전자현미경 사진들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(1)의 제조 방법을 설명한다. 본 발명의 인버터(1)는 나노선들(13, 15)의 지름을 제어하여 제조한 두 개의 전계 효과 트랜지스터들(10, 20)을 이용하여 제조한다. 따라서, 인버터의 제조 방법을 설명하고, 전계 효과 트랜지스터의 제작 방법은 생략한다.
도 3a를 참조하면, 게이트 기판(11) 상에 절연막(12)을 형성한다. 상기 게이트 기판(11)은 실리콘(Si) 기판 또는 실리콘 화합물 기판으로 높은 농도로 도핑된 4족 및 3족 원소를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 게이트 기판(11)은 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들(10, 20)의 게이트 전극으로 기능한다.
상기 절연막(12)은 상기 게이트 기판(11) 상에 형성되며, 절연 성질을 이용하여 게이트 전극 쪽으로 흘러가는 전류를 막아주고, 게이트 전압의 전계를 형성시켜주는 게이트 절연막에 해당한다.
상기 절연막(12)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등의 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연막(12)은 상기 게이트 기판(11)을 열처리하여 형성될 수도 있다. 또한, 상기 절연막(12)의 두께는 약 100 nm 내지 약 600 nm일 수 있다.
도 3b를 참조하면, 나노선 성장 기판(21) 상에 나노선(23)을 형성할 수 있다. 상기 나노선 성장 기판(21)은 추후 상기 게이트 기판(11)으로 옮겨질 나노선(23)이 미리 성장되기 위한 기판으로, 상기 나노선(23)의 성장을 위해 적합한 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 나노선 성장 기판(21)은 사파이어(sapphire)를 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기 나노선 성장 기판(21)의 표면은 아세톤, 메탄올, 또는 탈이온수(deionized water; DI water) 등으로 세척될 수 있다.
상기 나노선 성장 기판(21) 상에는 상기 나노선(23)의 형성을 위한 촉매 물질(22)이 형성된다. 예를 들어, 상기 촉매 물질(22)로서 금(Au)을 증착할 수 있다. 상기 나노선 성장 기판(21) 상에 형성된 상기 촉매 물질(22)은 상기 나노선(23)의 성장을 촉진시킨다.
도 3b에 도시된 상기 나노선(23)의 크기 및 형상은 발명의 이해를 위하여 과장하여 도시된 것으로서, 실제 나노선의 크기 및 형상을 나타내는 것이 아니라는 점은 당업자에게 이해될 것이다.
상기 나노선(23)은 상기 촉매 물질(22)을 이용하여 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition; PLD)에 의하여 형성될 수 있다. 먼저 소정의 타겟 물질(미도시)을 상기 나노선 성장 기판(21)과 인접하여 위치시키고, 상기 타겟 물질에 레이저를 인가하여 기화시킬 수 있다.
예를 들어, 약 800 ℃의 온도, 약 90 sccm의 아르곤(Ar) 분위기 및 약 1.2 Torr의 진공도를 갖는 공정 조건하에서, 예를 들어, 산화아연(ZnO)으로 이루어진 타겟 물질에 약 30분간 레이저를 인가하여 기화시킬 수 있다. 이때 레이저로는 예컨대, 약 235 nm의 불화크립톤(KrF) 엑시머(eximer) 레이저를 이용할 수도 있다.
상기 기화된 타겟 물질이 상기 융해된 촉매 물질(22)과 만나 기체와 액체, 고체가 만나는 삼중점(Triple Junction)에서 성장과 용해 반응이 반복되면서 상기 고체의 나노선(23)을 성장시킨다. 상기 나노선(23)은 상기 촉매 물질(22)의 바닥 부분에 쌓이게 된다. 그 결과, 상기 나노선(23)은 타겟 물질과 마찬가지로 산화아연(ZnO)을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 촉매 물질(22)의 두께에 따라 상기 형성되는 나노선(23)의 특성이 변화된다. 특히, 상기 촉매 물질(22)의 두께를 제어하여, 상기 나노선(23)의 지름을 제어할 수 있다. 따라서, 필요에 따라 상기 촉매 물질(22)의 두께를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매 물질(22)의 두께는 약 1 nm 내지 약 10 nm 일 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 다르게 증착한 경우, 금(Au) 입자들이 융해 후 응고되었을 때의 집합군을 보여준다. 구체적으로, (a) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 1 nm로 증착한 경우, (b) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 2 nm로 증착한 경우, (c) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 3 nm로 증착한 경우, (d) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 5 nm로 증착한 경우를 나타낸다.
도 4에서 보여지는 바와 같이, 상기 촉매 물질(22)의 두께가 증가할수록 상기 촉매 물질(22)의 입자들 집합군의 지름이 증가함을 확인할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 4와 같이 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 각각 약 1 nm, 약 2 nm, 약 3 nm 및 약 5 nm로 증착한 경우, 합성된 나노선을 보여준다.
도 5에서 보여지는 바와 같이, (a) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 1 nm로 증착한 경우, 합성된 나노선은 약 46 nm, (b) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 2 nm로 증착한 경우, 합성된 나노선은 약 55 nm, (c) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 3 nm로 증착한 경우, 합성된 나노선은 약 100 nm, (d) 상기 촉매 물질(22)로서의 금(Au)의 두께를 약 5 nm로 증착한 경우, 합성된 나노선은 약 120 nm의 평균 지름을 갖는다. 따라서, 상기 촉매 물질(22)의 두께가 증가할수록 합성되는 나노선의 지름 역시 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 나노선의 합성시에 적층하는 상기 촉매 물질(22)의 두께를 조절하여 합성되는 나노선의 지름을 쉽게 제어할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 나노선 성장 기판(21)으로부터 상기 나노선(23)을 분리시켜 용액(240)에 혼합시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 나노선 성장 기판(21)의 표면을 긁어내는 물리력에 의한 방법 또는 초음파를 인가하는 방법에 의하여 상기 나노선 성장 기판(21)으로부터 나노선 클러스터(230)를 분리해낼 수 있다.
분리된 상기 나노선 클러스터(230)를 용액(240)에 혼합하여 나노선 용액(24)을 형성할 수 있다. 또는, 상기 나노선(23)이 형성된 상기 나노선 성장 기판(21) 전체를 용액(240) 내에 넣고 초음파를 인가함으로써 나노선 용액(24)을 형성할 수도 있다. 상기 용액(240)은 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올(isopropyl alcohol; IPA) 및 탈이온수 중 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 나노선 클러스터(230)의 균일한 분산을 위하여 용액(240) 내에 나노선 클러스터(230)를 넣은 후 초음파 처리를 수행할 수도 있다. 예컨대, 상기 나노선 용액(24)에 약 30초간 초음파를 인가함으로써, 상기 나노선 클러스터(230)의 분산의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 나노선 용액(24)을 상기 제1 기판(11)에 떨어뜨려(drop), 상기 절연막(12)상에 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 나노선 용액(24)을 도포한 후 스핀 코팅(spin coating)시켜 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)을 상기 절연막(12) 상에 흡착시킬 수도 있다.
도 3d에 도시된 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 하나의 나노선의 실제 크기 및 형상을 도시한 것이 아니라, 하나 이상의 나노선이 위치하는 영역의 크기를 나타낸 것이다.
상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)은 하나의 나노선을 포함할 수 있고, 필요에 따라 두 개 이상의 나노선들을 포함할 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 제1 및 제2 나노선들(13, 15)이 각각 하나의 단일 나노선인 것으로 설명한다.
도 3e를 참조하면, 상기 절연막(12) 상에 상기 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)을 형성한다. 구체적으로, 상기 전극들(14, 16)은 상기 절연막(12) 상에 이격되어 형성되며, 상기 제1 나노선(13)과 접촉하여 전기적으로 연결된다. 상기 전극들(14, 16)은 각각 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)의 제1 소스/드레인 전극들에 해당한다.
상기 전극들(18, 14)은 상기 절연막(12) 상에 이격되어 형성되며, 상기 제2 나노선(15)과 접촉하여 전기적으로 연결된다. 상기 전극들(18, 14)은 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 제2 소스/드레인 전극들(18, 14)에 해당한다.
상기 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)은 전자빔 증착법(e-beam evaporation) 또는 열 증착법(thermal evaporation) 등에 의하여 물질을 증착하고, 포토리소그래피(photolithography) 공정 또는 리프트오프(lift-off) 공정 등에 의하여 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 전극들(14)을 형성하기 위한 공정은 전술한 것에 제한되는 것은 아니다.
상기 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)은 금속 등 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스/드레인 전극들(14, 16, 18)은 티타늄(Ti)으로 이루어지는 제1 층 및 도전 물질로 이루어지는 제2 층을 포함할 수 있다. 상기 제2 층은 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상을 포함하여 이루어질 수도 있다.
예를 들어, 상기 제1 층은 약 10 nm 내지 약 20 nm의 두께로 상대적으로 얇게 형성될 수 있으며, 상기 제2 층은 약 150 nm의 두께로 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)가 하나의 전극(14)을 각각 소스 전극 또는 드레인 전극으로 공유하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 별도의 전극으로 형성할 수 있다.
도 6은 도 1의 전계 효과 트랜지스터 및 각기 다른 지름의 나노선을 보여주는 주사전자현미경 사진들이다. 도 7은 도 1의 각기 다른 지름의 나노선을 갖는 전계 효과 트랜지스터들의 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 인버터(1)가 포함하는 전계 효과 트랜지스터로서, 상기 절연막이 놓여진 상기 게이트 기판 상에 서로 이격된 소스 전극 및 드레인 전극과 그 사이의 단일 나노선을 확인할 수 있다.
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극은 상기 단일 나노선의 상부에 형성되고, 상기 단일 나노선과 물리적으로 접촉되어 있다. 이 때, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 거리는 약 3 ㎛이다.
상기 단일 나노선들은 약 40 nm 내지 약 150 nm 사이의 다양한 지름을 가지며, 상기 전계 효과 트랜지스터에서 채널층으로 기능한다. 도 6에 나타난 단일 나노선들의 지름은 예들에 불과하며, 상기 설명한 바와 같이 필요에 따라 제어 가능하다.
도 7을 참조하면, 전계 효과 트랜지스터의 채널층인 단일 나노선의 지름이 각각 약 30 nm, 42 nm, 57 nm 및 70 nm이고, 드레인-소스간 전압(VDS)을 약 5 V 인가했을 경우, 상기 전계 효과 트랜지스터의 전류-전압 특성을 확인할 수 있다.
도 7에서 확인되는 바와 같이, 전계 효과 트랜지스터의 채널층을 형성하는 나노선의 지름 차이에 따라 다양한 문턱전압(threshold voltage)을, 즉, 약 -12 V 내지 약 +4 V까지, 가질 수 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 나노선의 지름이 감소할수록 상기 문턱전압이 증가함을 알 수 있다. 예를 들어, 나노선의 지름이 약 70 nm일 때, 문턱전압은 약 -10 V이고, 나노선의 지름이 약 42 nm일 때, 문턱전압은 약 0 V이다.
이에 따라, 나노선을 채널층으로 이용하는 전계 효과 트랜지스터에서 나노선의 지름을 제어하여, 공핍형 트랜지스터 및 증가형 트랜지스터를 쉽게 구현할 수 있다.
도 8은 도 1의 전계 효과 트랜지스터 중 공핍형 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압별 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다. 도 9는 도 1의 전계 효과 트랜지스터 중 증가형 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압별 전류-전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8에 도시된 그래프는 전계 효과 트랜지스터가 포함하는 나노선의 지름이 약 70 nm이고, 게이트-소스간 전압(VGS)이 각각 약 0 V, -2 V, -4 V, -6 V, -8V 및 -10 V일 때, 드레인-소스간 전압(VDS)에 따른 드레인-소스간 전류(IDS)의 변화를 보여주는 것이다.
이때, 게이트-소스간 전압(VGS)이 약 0 V일 때는, 드레인-소스간 전압(VDS)이 증가함에 따라 드레인-소스간 전류(IDS)도 증가하나, 게이트-소스간 전압(VGS)이 문턱전압인 약 -10 V일 때는, 드레인-소스간 전압(VDS)이 증가하여도 드레인-소스간 전류(IDS)는 약 0 A이다. 따라서, 공핍형 트랜지스터로 동작함을 알 수 있다.
도 9에 도시된 그래프는 전계 효과 트랜지스터가 포함하는 나노선의 지름이 약 42 nm이고, 게이트-소스간 전압(VGS)이 각각 약 10 V, 8 V, 6 V, 4 V, 2 V 및 0 V일 때, 드레인-소스간 전압(VDS)에 따른 드레인-소스간 전류(IDS)의 변화를 보여주는 것이다.
이때, 게이트-소스간 전압(VGS)이 약 10 V일 때는, 드레인-소스간 전압(VDS)이 증가함에 따라 드레인-소스간 전류(IDS)도 증가하나, 게이트-소스간 전압(VGS)이 문턱전압인 약 0 V일 때는, 드레인-소스간 전압(VDS)이 증가하여도 드레인-소스간 전류(IDS)는 약 0 A이다. 따라서, 증가형 트랜지스터로 동작함을 알 수 있다.
이에 따라, 나노선을 채널층으로 이용하는 전계 효과 트랜지스터에서 나노선의 지름을 제어하여 트랜지스터의 동작 모드 및 문턱전압을 용이하게 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 입력전압에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 조합에 따라 형성된 인버터들의 입력전압에 따른 출력전압의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10에 도시된 그래프는 공핍형 트랜지스터와 증가형 트랜지스터의 조합으로 형성된 인버터의 입력전압(VIn)에 따른 출력전압(VOut)의 변화를 보여준다. 이때, 정전압(VDD)을 약 -5 V 및 약 +5 V를 인가할 때, 출력전압(VOut)의 스윙폭은 약 4.5 V이며, 상기 인버터는 약 0.5 V에서 구동됨을 알 수 있다.
도 11에 도시된 그래프는 (i) 공핍층 트랜지스터-공핍층 트랜지스터, (ii) 공핍층 트랜지스터-증가형 트랜지스터, 및 (iii) 증가형 트랜지스터-증가형 트랜지스터 조합으로 구성된 각 인버터들의 입력전압(VIn)에 따른 출력전압(VOut)의 특성을 보여준다.
도 11에서 (i) 공핍층 트랜지스터-공핍층 트랜지스터의 조합으로 이루어진 인버터로서, 출력전압(VOut)의 스윙폭은 약 2.5 V이며, 상기 인버터는 약 -8 V에서 구동됨을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)의 제1 나노선(13)의 지름은 약 55 nm, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 제2 나노선(15)의 지름은 약 100 nm로 제작하여 상기 인버터를 구현할 수 있다.
도 11에서 (ii) 공핍층 트랜지스터-증가형 트랜지스터의 조합으로 이루어진 인버터로서, 출력전압(VOut)의 스윙폭은 약 2.5 V이며, 상기 인버터는 약 0.5 V에서 구동됨을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)의 제1 나노선(13)의 지름은 약 35 nm, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 제2 나노선(15)의 지름은 약 55 nm로 제작하여 상기 인버터를 구현할 수 있다.
도 11에서 (iii) 증가형 트랜지스터-증가형 트랜지스터의 조합으로 이루어진 인버터로서, 출력전압(VOut)의 스윙폭은 약 5 V이며, 상기 인버터는 약 9 V에서 구동됨을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터(10)의 제1 나노선(13)의 지름은 약 25 nm, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 제2 나노선(15)의 지름은 약 35 nm로 제작하여 상기 인버터를 구현할 수 있다.
상기 전계 효과 트랜지스터의 조합 및 나노선들의 지름은 일 실시예에 불과하며, 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
이에 따라, 전계 효과 트랜지스터의 나노선의 지름을 제어하여 공핍층 트랜지스터 또는 증가형 트랜지스터를 필요에 따라 조합하거나, 문턱전압을 조합하여 다양한 동작 특성을 갖는 인버터를 쉽게 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터는 나노선의 지름을 제어하는 것만으로 우수한 특성의 인버터를 구현할 수 있고, 공핍형 트랜지스터 및 증가형 트랜지스터의 다양한 조합으로 제작이 가능하여 다양한 논리소자에 적용될 수 있다. 나아가, 상기 인버터는 액정 표시장치 및 유기발광 표시장치뿐 아니라, 메모리 소자 등 전자 장치 전반에 적용될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 인버터 11: 기판
12: 절연막 10: 제1 전계 효과 트랜지스터
20: 제2 전계 효과 트랜지스터 13: 제1 나노선
15: 제2 나노선 14, 16, 18: 전극들
12: 절연막 10: 제1 전계 효과 트랜지스터
20: 제2 전계 효과 트랜지스터 13: 제1 나노선
15: 제2 나노선 14, 16, 18: 전극들
Claims (5)
- 제1 게이트 전극, 상기 제1 게이트 전극 상에 형성된 절연막, 상기 절연막 상에 위치하는 제1 나노선, 및 상기 제1 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제1 소스 전극 및 제1 드레인 전극을 포함하는 제1 전계 효과 트랜지스터; 및
제2 게이트 전극, 상기 제2 게이트 전극 상에 형성된 상기 절연막, 상기 절연막 상에 위치하는 제2 나노선, 및 상기 제2 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격하는 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극을 포함하는 제2 전계 효과 트랜지스터를 포함하며,
상기 제1 나노선과 상기 제2 나노선의 지름은 서로 다른 것을 특징으로 하는 인버터.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들의 문턱 전압은 각각 상기 제1 및 제2 나노선들의 지름에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 인버터.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터들은 각각 공핍형 트랜지스터 또는 증가형 트랜지스터 중 하나인 것을 특징으로 하는 인버터.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노선들은 아연(Zn), 주석(Sn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 반도체 또는 금속 산화물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.
- 기판 상에 제1 및 제2 게이트 전극들을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 게이트 전극들 상에 절연막을 형성하는 단계;
나노선 성장 기판에 촉매 물질을 증착하여 서로 다른 지름을 갖는 상기 제1 및 제2 나노선들을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 나노선들을 상기 절연막 상에 위치시키는 단계; 및
상기 제1 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격되는 제1 소스 전극 및 제2 드레인 전극, 및 상기 제2 나노선의 양 단부와 각각 접촉하며 서로 이격되는 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 촉매 물질이 증착되는 두께를 조절하여 상기 제1 및 제2 나노선들의 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110027648A KR101172729B1 (ko) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 금속 산화물 나노선을 갖는 인버터 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110027648A KR101172729B1 (ko) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 금속 산화물 나노선을 갖는 인버터 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101172729B1 true KR101172729B1 (ko) | 2012-08-14 |
Family
ID=46880244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110027648A KR101172729B1 (ko) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 금속 산화물 나노선을 갖는 인버터 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101172729B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101026160B1 (ko) | 2008-11-26 | 2011-04-05 | 한국원자력연구원 | 하이브리드형 나노소자 논리회로 및 그 제조 방법 |
-
2011
- 2011-03-28 KR KR1020110027648A patent/KR101172729B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101026160B1 (ko) | 2008-11-26 | 2011-04-05 | 한국원자력연구원 | 하이브리드형 나노소자 논리회로 및 그 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fan et al. | Tunable negative differential resistance in van der Waals heterostructures at room temperature by tailoring the interface | |
| Liu et al. | Improving the stability of high-performance multilayer MoS2 field-effect transistors | |
| KR102325523B1 (ko) | 금속 칼코게나이드 소자 및 그 제조 방법 | |
| Ahn et al. | Artificial semiconductor/insulator superlattice channel structure for high-performance oxide thin-film transistors | |
| Song et al. | High-mobility ambipolar ZnO-graphene hybrid thin film transistors | |
| Everaerts et al. | Printed indium gallium zinc oxide transistors. Self-assembled nanodielectric effects on low-temperature combustion growth and carrier mobility | |
| Chun et al. | Effects of gate insulators on the performance of a-IGZO TFT fabricated at room-temperature | |
| US11935938B2 (en) | Devices and methods for creating ohmic contacts using bismuth | |
| JP6589552B2 (ja) | 電子デバイス及び電子デバイスの製造方法 | |
| Xiong et al. | P‐Type 2D Semiconductors for Future Electronics | |
| Yang et al. | Selective p-doping of 2D WSe2 via UV/ozone treatments and its application in field-effect transistors | |
| Besleaga et al. | Ferroelectric field effect transistors based on PZT and IGZO | |
| Jang et al. | Endurance characteristics of amorphous-InGaZnO transparent flash memory with gold nanocrystal storage layer | |
| JP2013191824A (ja) | 酸化物半導体及びこれを含む半導体接合素子 | |
| JP6087057B2 (ja) | 半導体メモリ装置 | |
| KR20140090021A (ko) | 그래핀 전자 소자 및 그 제조 방법 | |
| Mude et al. | High performance of solution-processed amorphous p-channel copper-tin-sulfur-gallium oxide thin-film transistors by UV/O3 photocuring | |
| Lee et al. | Recessed-channel WSe2 field-effect transistor via self-terminated doping and layer-by-layer etching | |
| KR101076767B1 (ko) | 나노소자 논리회로 및 그 제조방법 | |
| US20150236029A1 (en) | Junction field-effect floating gate quantum dot memory switch | |
| Liu et al. | Evaporated nanometer chalcogenide films for scalable high-performance complementary electronics | |
| Itoh et al. | Fabrication of InGaN thin-film transistors using pulsed sputtering deposition | |
| TWI726026B (zh) | 電晶體以及半導體裝置 | |
| Wang et al. | New approach to low-power-consumption, high-performance photodetectors enabled by nanowire source-gated transistors | |
| Liu et al. | Dielectrics for 2-D electronics: From device to circuit applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150730 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160728 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |