KR101218925B1 - 그래핀 나노 리본의 형성 방법 및 이를 이용하는 트랜지스터의 제조 방법 - Google Patents

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박종윤
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김수연
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

그래핀 나노 리본의 형성 방법에 있어서, 기판 상에 페난트렌 박막을 형성한다. 이후 상기 기판 상에 탄소 공급 가스를 공급하면서 상기 기판을 가열함으로써 상기 페난트렌 박막 상에 그래핀 박막을 형성한다. 이로써 그래핀 나노 리본이 기판 상에 직접 형성될 수 있다.

Description

그래핀 나노 리본의 형성 방법 및 이를 이용하는 트랜지스터의 제조 방법{METHOD OF FORMING A GRAPHENE NANO-RIBBON AND METHOD OF MANUFACTURING A TRANSISTOR USING THE SAME}
본 발명은 그래핀 나노 리본의 형성 방법 및 이를 이용하는 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 기판 상에 그래핀 박막을 포함하는 그래핀 나노 리본의 형성 방법 및 상기 그래핀 나노 리본의 형성 방법을 이용하여 반도체층을 포함하는 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 그라파이트(graphite)와 같이 2차원으로 결합되어 구성된 물질이며, 그라파이트와는 달리 단층 또는 2 ~ 3층으로 아주 얇게 형성되어 있다. 이러한 그래핀은 유연하고 전기 전도도가 매우 높으며 투명하기 때문에, 투명하고 휘어지는 전극으로 사용하거나 전자 소자에서 전자 수송층과 같은 전자 전송 물질로 활용하려는 연구가 진행되고 있다.
한편, 단층의 그래핀은 밴드갭을 가지지 않기 때문에 트랜지스터로 응용시 낮은 점멸비를 갖는다. 이를 극복하기 위해서 밴드갭을 열어주어(band-gap opening) 상기 그래핀은 트랜지스터 소자로서의 응용될 수 있다. 상기 밴드갭의 오프닝을 위하여, 그래핀 나노 리본이 이용될 수 있다. 이는 단층 그래핀에서 밴드갭을 형성시킬 수 있는 방법으로 측면 양자 가둠(lateral quantum confinement) 효과를 이용하는 것이다. 이는 전자가 충돌없이 이동할 수 있는 거리보다 그래핀의 폭이 작아지게 될 경우에 발생한다. 상기 그래핀의 경우 전자의 비충돌 이동거리는 다른 물질에 비하여 상대적으로 긴 것으로 알려지고 있다.
상기 그래핀 나노 리본의 형성 방법으로, 전자빔 리소그래피 패터닝법(electron beam lithography patterning), 화학적 박리법(chemical exfoliation), 탄소나노튜브의 언지핑법(unzipping of carbon nanotubes), 나노와이어 탬플릿법(nanowire template)등의 다양한 방법이 있다.
하지만 상술한 방법을 통해 제작된 그래핀 나노 리본은 폭의 크기분포가 상대적으로 넓고, 제작과정에서 불순물의 포함될 수 있다. 또한, 상기 그래핀 나노 리본은 낮은 생산량 및 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 단점을 가질 수 있다. 뿐만 아니라 그래핀 나노 리본을 합성 후, 그래핀 나노 리본을 절연체 박막 상의 소정의 위치에 포지셔닝하는데 어려움이 있다. 따라서, 폭과 위치가 제어 가능한 고순도 그래핀 나노리본의 절연체 박막 위에서의 직접 합성법의 개발이 절실히 요구된다.
본 발명의 일 목적은 기판 상에 직접 그래핀 박막을 형성할 수 있는 그래핀 나노 리본의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기판 상에 직접 형성된 그래핀 박막을 구비하는 반도체층을 포함하는 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 나노 리본의 형성 방법에 있어서, 기판 상에 페난트렌 박막을 형성한다. 상기 기판 상에 탄소 공급 가스를 공급하면서 상기 기판을 가열함으로써 상기 페난트렌 박막 상에 그래핀 박막을 형성한다. 여기서, 상기 페난트렌 박막은 집속 이온빔 공정을 통하여 형성될 수 있다. 또한,상기 탄소 공급 가스는 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 또는 톨루엔을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 그래핀 박막은 상기 페난트렌 박막을 포함하는 기판을 불활성 가스 분위기에 가열하여 상기 기판의 온도를 안정화 시킨 후, 상기 가열된 기판 상에 불활성 가스 및 상기 탄소 공급 가스를 공급함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 기판의 온도를 안정화 공정은 300 내지 1200℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 페난트렌 박막을 형성한다. 상기 기판 상에 탄소 공급 가스를 공급하면서 상기 기판을 가열함으로써 상기 페난트렌 박막 상에 그래핀 박막으로 이루어진 반도체층을 형성한다. 상기 반도체층의 상부에 소스/드레인을 형성한다. 상기 반도체층을 덮도록 유전층을 형성한 후, 상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성한다. 여기서, 상기 페난트렌 박막은 집속 이온빔 공정을 통하여 형성될 수 있다. 또한 상기 반도체층은, 상기 페난트렌 박막을 포함하는 기판을 불활성 가스 분위기에서 가열하여 상기 기판의 온도를 안정화 시킨 후, 상기 가열된 기판 상에 불활성 가스 및 상기 탄소 공급 가스를 공급함으로써 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 형성된 페난트렌 박막을 이용하여 기판 상에 직접 그래핀 박막을 포함하는 그래핀 나노 리본을 형성할 수 있다. 이에 따라, 패난트렌 박막이 형성된 위치에 그래핀 박막이 형성됨에 따라 소정의 위치에 그래핀 나노 리본이 형성될 수 있다. 나아가 상기 페난트렌 박막의 폭에 따라 상기 그래핀 박막의 폭이 결정됨에 따라 상기 그래핀 나노 리본의 폭이 용이하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 그래핀 나노 리본의 형성 방법을 이용하여 트랜지스터가 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 리본의 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도1의 그래핀 박막의 성장 시간의 변화에 따른 그래핀 나노 리본을 나타내는 사진이다.
도 3은 도1의 그래핀 박막의 성장 시간의 변화에 따른 그래핀 나노 리본의 라만 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도1의 페난트렌 박막의 폭에 따른 그래핀 나노 리본을 나타내는 사진이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 나노 리본의 형성 방법 및 상기 그래핀 나노 리본의 형성 방법을 이용한 트랜지스터의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 시트들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 리본의 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 리본의 형성 방법에 따르면, 기판 상에 페난트렌 박막을 형성한다(S110). 상기 기판의 예로는 특히 실리콘(Si) 기판, 글래스(glass) 기판, 쿼쯔(quartz) 기판, 사파이어(sapphire) 기판 등을 들 수 있다. 또한 상기 기판 상에 실리콘 산화물로 도핑된 실리콘 산화물 박막이 형성될 수 있다 상기 실리콘 산화물 박막은 예를 들면 200nm 내지 400nm 범위의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페난트렌 박막은 집속이온빔 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 집속 이온빔(focused ion beam; FIB) 공정은 전기장에 의해 고속으로 가속된 이온을 시료 표면에 조사하여 시료 원자들간의 상호 작용인 스퍼터링 현상을 이용한다. 예를 들면, 액체 이온 소스(liquid metal ion source; LMIS)를 사용하여 상기 액체 이온 소스에 수천킬로 전압을 인가함으로써 갈륨 이온이 생성된다. 상기 갈륨 이온은 수십 킬로의 전압으로 가속시켜 기판 표면에 조사한다. 이로써 상기 스퍼터링 현상이 발생하게 되고 이 경우 발생하는 이차 전자를 이용하여 반응 가스를 공급하여 기판 표면에 페난트렌 박막을 형성한다. 상기 반응 가스의 예로는 페난트렌과 같은 탄소화합물을 들 수 있다.
상기 페난트렌 박막은 다이아몬드와 유사한 구조 즉, 디엘시(diamond like carbon; DLC) 구조를 가질 수 있다. 따라서 상기 페난트렌 박막은 전기적으로 절연체의 특성을 가질 수 있다.
이후, 상기 기판 상에 탄소 공급 가스를 공급하면서 상기 기판을 가열함으로써 상기 페난트렌 박막 상에 그래핀 박막을 형성한다.(S120) 이때 상기 탄소 공급 가스의 공급 시간을 조절함으로써 상기 그래핀 박막의 두께가 조절될 수 있다. 상기 탄소 공급 가스의 예로는, 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페난트렌 박막이 형성된 기판을 챔버 내에 위치시킨 후 불활성 가스를 주입하면서 800 내지 1200℃의 온도로 가열한다. 이로써 기판의 온도가 균일하게 안정적으로 유지된다(S121). 이어서, 상기 기판 상에 불활성 가스 및 탄소 공급 가스를 공급하여 그래핀 박막을 형성한다.(S123) 이로써 상기 그래핀 박막을 포함하는 그래핀 나노 리본이 형성될 수 있다. 상기 불활성 가스는 수소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스를 포함할 수 있다. 이때 상기 탄소 공급 가스의 공급 시간을 조절함으로써 상기 그래핀 박막의 두께가 조절될 수 있다. 이로써 그래핀 박막의 층수 및 결정성이 제어될 수 있다.
한편, 상기 그래핀 박막은 페난트렌 박막의 위치 및 폭에 따라 그 위치 및 폭이 결정된다. 즉, 상기 페난트렌 박막의 위치와 동일한 위치에 동일한 폭을 갖는 그래핀 박막이 형성된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 리본의 형성 방법에 있어서 그 형성 위치 및 폭이 용이하게 조절될 수 있다.
실험예
먼저 상기 그래핀 나노 리본을 제조하기 위하여 우선 300 nm 두께의 산화 실리콘 박막이 코팅된 실리콘 기판을 준비하였다. 이어서, 상기 실리콘 기판에 대하여 집속이온빔 공정이 수행되었다. 이때 SII Nanotechnology Inc. 社가 제조한 SMI 3050TB 모델을 이용하였다. 이로써 5 nm의 두께를 페난트렌 박막이 상기 실리콘 기판 상에 증착하였다. 이어서, 상기 페난트렌 박막이 형성된 기판을 열화학기상증착 챔버 내부에 배치시키고 불활성 가스 분위기를 형성하기 위하여 수소 가스를 상기 챔버 내부로 공급하였다. 이때, 상기 수소 가스의 유량은 10 sccm로 조절되었다. 이때 상기 챔버 내부를 1,000℃로 가열한 후 상기 기판의 온도를 전체적으로 안정화시켰다. 이후, 상기 불활성 가스인 수소 가스와 함께 탄소 공급 가스인 메탄 가스를 공급하였다. 이때 메탄 가스의 유량은 20sccm으로 조절되었다. 상기 메탄 가스의 공급 시간은 10 내지 300 분간 주입하여 그래핀 나노리본을 페난트렌 박막 위에 합성하였다.
도 2는 도1의 그래핀 박막의 성장 시간의 변화에 따른 그래핀 나노 리본을 나타내는 사진이다.
도 2를 참조하면, 상기 사진은 라만 세기 매핑한 결과를 나타냄으로써 합성된 그래핀 나노 리본의 성장시간의 변화에 따른 구조적 특징을 확인할 수 있다.
기어닐링된(As-annealed) 샘플의 경우에는 페난트렌 박막의 열처리 변화에 따른 특징을 살펴보기 위해 메탄 가스를 주입하지 않은 상태에서 1,000℃에서 1분간 열처리하였다.
우선 (a)의 광학 현미경 사진을 살펴보면, 기어닐링된 샘플의 경우 큰 변화를 확인할 수 없었다. 하지만, 메탄 가스를 챔버 내에 공급함에 따라, 공급 시간이 증가함에 따라 그래핀 나노리본이 페난트렌 박막 표면에 형성되는 것을 확인할 수 있다.
(b)의 G-band 세기 매핑한 결과를 통해, 메탄 가스를 챔버 내에 공급하게 되면서 탄소 원자의 sp2 결합에 관련된 G-band의 세기(intensity)가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 성장시간에 증가에 따른 의존성은 현저하지 않다.
(c)의 D-band 세기 매핑한 결과를 검토할 경우 일반적으로 샘플의 불순물이나 결함에 의해 나타나는 피크로 그래핀 나노리본을 합성하면서 세기가 샘플의 위치에 따라 다른 것을 확인할 수 있다.
(d)의 2D-band세기 매핑한 결과를 검토할 경우 그래핀 나노리본의 합성되었음을 나타내는 결과로서, 상기 그래핀 나노 리본이 페난트렌 박막과 열처리한 샘플에서는 관측되지 않는 반면에 메탄 가스를 공급하면서 그래핀 나노 리본이 관측된다. 또한 300분간 상기 메탄 가스가 공급된 경우 가장 큰 세기를 갖는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 페난트렌 박막 위에 메탄 가스를 공급하면서 가열하는 경우 그래핀 나노 리본이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 도1의 그래핀 박막의 성장 시간의 변화에 따른 그래핀 나노 리본의 라만 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 특히, 도 3은 성장시간의 변화(60-300 분)에 따른 그래핀 나노리본의 라만 스펙트럼 중 D-band와 G-band 구간(1000 내지 1900 cm-1)과 2D-band 구간(2500 내지 2900 cm-1)을 나타낸 것이다.
(a)의 페난트렌 박막의 라만 스펙트럼에서는 넓은 폭을 지닌 G-band와 D-band의 위치가 각각 1551 cm-1와 1375 cm-1에서 관측되는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 제작된 박막이 디엘시 구조를 지니고 있음을 확인할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 디엘시 구조가 전기적으로 절연체의 특성을 지니기 때문에 전계효과 트랜지스터로의 구현에 용이한 장점을 지니게 된다.
(b)의 열처리 후 그래핀 나노리본의 경우에는 G-band(1592 cm-1)와 D-band(1340 cm-1)의 위치가 변하게 되는데, 이는 부분적으로 결정화가 진행되는 것으로 판단된다.
(c) 내지 (f)의 경우 메탄 가스를 상기 챔버 내에 공급하게 되면 좁은 폭을 갖는 G-band와 D-band가 새롭게 생성되면서 약 2700 cm-1에서 2D-band가 관측되게 된다. 상기 공급 시간이 증가할수록 기판과 관련된 피크의 세기는 점차적으로 감소하며 그래핀 나노리본 관련 피크들이 증가하게 되는 양상을 확인할 수 있다.
도 4는 도1의 페난트렌 박막의 폭에 따른 그래핀 나노 리본을 나타내는 사진이다. 특히, 도 4는 다양한 폭을 지니는 페난트렌 박막을 집속이온빔을 이용하여 형성하고, 이를 템플릿으로 이용하여 그래핀 나노리본을 합성한 경우의 라만 세기 매핑 결과를 나타낸다.
(a) 및 (b)는 1, 2, 5 μm의 폭을 지닌 그래핀 나노리본의 G-, 2D-band 라만 세기 매핑 결과를 보여준다. 반면에 (c) 및 (d)의 점선으로 표시한 부분은 300 nm의 폭을 지닌 그래핀 나노리본의 G-, 2D-band 라만 세기 매핑 결과를 보여준다.
도시된 바와 같이 폭이 제어가능 한 그래핀 나노리본의 합성이 가능함을 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 기판(100) 상에 페난트렌 박막(105)을 형성한다. 상기 기판의 예로는 특히 실리콘(Si) 기판, 글래스(glass) 기판, 쿼쯔(quartz) 기판, 사파이어(sapphire) 기판 등을 들 수 있다. 또한 페난트렌 박막(105)을 형성하기 전에 상기 기판(100) 상에 실리콘 산화물로 도핑된 실리콘 산화물 박막(미도시)이 형성될 수 있다 상기 실리콘 산화물 박막은 예를 들면 200nm 내지 400nm 범위의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페난트렌 박막(105)은 집속이온빔 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 집속 이온빔(focused ion beam; FIB) 공정은 전기장에 의해 고속으로 가속된 이온을 시료 표면에 조사하여 시료 원자들간의 상호 작용인 스퍼터링 현상을 이용한다. 예를 들면, 액체 이온 소스(liquid metal ion source; LMIS)를 사용하여 상기 액체 이온 소스에 수천킬로 전압을 인가함으로써 갈륨 이온이 생성된다. 상기 갈륨 이온은 수십 킬로의 전압으로 가속시켜 기판 표면에 조사한다. 이로써 상기 스퍼터링 현상이 발생하게 되고 이 경우 발생하는 이차 전자를 이용하여 반응 가스를 공급하여 기판 표면에 페난트렌 박막(105)을 형성한다. 상기 반응 가스의 예로는 페난트렌과 같은 탄소화합물을 들 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 기판(100) 상에 탄소 공급 가스를 공급하면서 상기 기판을 가열함으로써 상기 페난트렌 박막(105) 상에 그래핀 박막으로 이루어진 반도체층(110)을 형성한다. 이때 상기 탄소 공급 가스의 공급 시간을 조절함으로써 상기 그래핀 박막의 두께가 조절될 수 있다. 상기 탄소 공급 가스의 예로는, 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페난트렌 박막(105)이 형성된 기판(100)을 챔버 내에 위치시킨 후 불활성 가스를 주입하면서 800 내지 1200℃의 온도로 가열한다. 이로써 기판(100)의 온도가 균일하게 안정적으로 유지된다. 이어서, 상기 기판(100) 상에 불활성 가스 및 탄소 공급 가스를 공급하여 그래핀 박막을 형성한다. 이로써 상기 그래핀 박막을 포함하는 그래핀 나노 리본이 형성될 수 있다. 상기 불활성 가스는 수소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스를 포함할 수 있다. 이때 상기 탄소 공급 가스의 공급 시간을 조절함으로써 상기 그래핀 박막의 두께가 조절될 수 있다. 이로써 그래핀 박막의 층수 및 결정성이 제어될 수 있다. 결과적으로 상기 그래핀 박막을 포함하는 반도체층의 전기적 특성이 조절될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 반도체층(110)의 상부에 소스/드레인(121, 123)을 형성한다. 상기 소스/드레인(121, 123)은 상호 이격되도록 배치된다. 상기 소스/드레인(121, 123)에 문턱 전압 이상의 전압이 인가될 경우 상기 반도체층(110)에 채널이 형성되고 이로써 소스/드레인(121, 123) 사이에 전류가 흐를 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 반도체층(110) 및 소스/드레인(121, 123)을 덮도록 유전층(130)을 형성한다. 이로써 후속하여 형성되는 게이트 전극(140; 도 9 참조)과 소스/드레인(121, 123)을 전기적으로 절연시킨다.
도 9를 참조하면, 상기 유전층(130) 상에 게이트 전극(140)을 형성한다. 상기 게이트 전극(140)에는 게이트 신호가 인가될 수 있다. 이로써 상기 게이트 전극(140), 반도체층(110) 및 소스/드레인(121, 123)을 포함하는 트랜지스터가 제조된다.
따라서 그래핀 나노 리본을 이용하여 반도체층을 형성함으로써 상기 반도체 층의 폭이 용이하게 조절될 수 있다. 이로써 상기 그래핀 나노 리본을 갖는 반도체층의 밴드갭이 조절됨에 따라 전기적 특성이 개선된 트랜지스터가 제조될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 나노 리본의 형성 방법에 있어서 기판 상에 직접 그래핀 나노 리본을 형성할 수 있다. 이에 따라, 패난트렌 박막이 형성된 위치에 그래핀 박막이 형성됨에 따라 소정의 위치에 그래핀 나노 리본이 형성될 수 있다. 나아가 상기 페난트렌 박막의 폭에 따라 상기 그래핀 박막의 폭이 결정됨에 따라 상기 그래핀 나노 리본의 폭이 용이하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 그래핀 나노 리본의 형성 방법을 이용하여 트랜지스터가 제조될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 페난트렌 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 기판 상에 탄소 공급 가스를 공급하면서 상기 기판을 가열함으로써 상기 페난트렌 박막 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계를 포함하는 그래핀 나노 리본의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 페난트렌 박막은 집속 이온빔 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 리본의 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄소 공급 가스는 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 탄소화합물 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 리본의 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 그래핀 박막을 형성하는 단계는,
    상기 페난트렌 박막을 포함하는 기판을 불활성 가스 분위기에 가열하여 상기 기판의 온도를 안정화 시키는 단계; 및
    상기 가열된 기판 상에 불활성 가스 및 상기 탄소 공급 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 리본의 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판의 온도를 안정화시키는 단계는 300 내지 1200℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 리본의 형성 방법.
  6. 기판 상에 페난트렌 박막을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 탄소 공급 가스를 공급하면서 상기 기판을 가열함으로써 상기 페난트렌 박막 상에 그래핀 박막으로 이루어진 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층의 상부에 소스/드레인을 형성하는 단계;
    상기 반도체층을 덮도록 유전층을 형성하는 단계; 및
    상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 트랜지스터의 제조 방법
  7. 제6항에 있어서, 상기 페난트렌 박막은 집속 이온빔 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 반도체층을 형성하는 단계는,
    상기 페난트렌 박막을 포함하는 기판을 불활성 가스 분위기에서 가열하여 상기 기판의 온도를 안정화 시키는 단계; 및
    상기 가열된 기판 상에 불활성 가스 및 상기 탄소 공급 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조 방법.
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