KR101310866B1 - 탄소나노튜브 양을 조절하는 방법 및 이를 이용한 탄소나노튜브 소자 제조방법 - Google Patents

탄소나노튜브 양을 조절하는 방법 및 이를 이용한 탄소나노튜브 소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 구조물 상에 탄소나노튜브 입자를 흡착하고, 흡착된 탄소나노튜브 입자에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브 중 일부를 제거시키는 단계를 포함하여 탄소나노튜브 소자에서 탄소나노튜브 양을 조절하는 방법을 제공한다.

Description

탄소나노튜브 양을 조절하는 방법 및 이를 이용한 탄소나노튜브 소자 제조방법{METHOD FOR CONTROLLING THE AMOUNT OF CARBON NANOTUBES AND METHOD FOR FABRICATING CARBON NANOTUBE DEVICES BY USING THE SAME}
본 발명은 탄소나노튜브 소자의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소나노튜브를 흡착하고 난 이후 탄소나노튜브의 흡착량을 필요한 만큼 제거시켜서 탄소나노튜브의 흡착량을 균일하게 확보할 수 있는 방법에 관한 것이다.
나노 물질 중 탄소나노튜브, 특히 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube; 이하 "SWNT"라 칭함)의 가장 흥미 있는 전기적인 특성은 단결정 실리콘의 전자 이동도(electron mobility) 보다 더 큰 상온 전자 이동도이다. 이 특성 때문에 SWNT는 FET 등의 전자 소자에 응용 가능성이 크고, 체적대비 표면적이 크기 때문에 화학 센서와 바이오센서로 응용성이 매우 크다. 그러나 현재 SWNT 소자의 상용화를 막고 있는 중요한 장애물은 SWNT가 특정 양만큼 특정위치에서 특정방향으로 배열된 구조를 제조하는 대량 조립기술의 부재이다. 또한 소자기판을 고온공정에 노출하지 않고 TFT(thin film transistor)나 FET를 다양한 기판 물질 위에 제작하기 위해서는 기존의 화학기상증착 성장 방법 대신에 성장된 SWNT를 기판위에 흡착시키는 용액공정 기술이 성숙되어야 한다.
상기 문제점을 해결하기 위해 임의 방향(random)의 SWNT 네트워크를 채널로 이용하는 FET 소자가 아래 문헌 1에 개시된 바와 같이 연구되었다.
<문헌 1>
E. S. Snow, J. P. Novak, P. M. Campbell, and D. Park, "Random networks of carbon nanotubes as an electronic material," Appl. Phys. Lett., Vol.82, No. 13, pp. 2145(2003).
<문헌 1>은 임의 방향(random)의 SWNT 네트워크를 채널로 이용하는 FET 소자 제조 방법은 실리콘 웨이퍼 상에 성장된 250 nm 두께의 열산화막 위에 SWNT를 성장시키고 소스-드레인 전극이 포토리소그래피와 lift-off 방법으로 제작되었다. 여기서 SWNT는 700℃에서 성장되므로 저온공정이 아니다.
한편 최근에 나노물질 패턴을 대면적으로 만들기 위해 포토리소그래피와 탄소나노튜브의 자기조립 방법을 이용하여 선폭이 3-4 μm인 나노물질의 조립패턴이 아래 문헌 2에서 보고되었다.
<문헌 2>
M. Lee, J. Im, B. Y. Lee, S. Myung, J. Kang, L. Huang, Y.-K. Kwon & S.
Hong, "Linker-free directed assembly of high-performance integrated devices
based on nanotubes and nanowires" Nanotechnology, Vol.1, p.66 (2006).
상기 방법에서는 포토리소그래피를 이용하여 열산화막이 있는 실리콘 기판 위에 포토레지스트 패턴을 만든다. 그리고 이 시료는 무수 헥산(anhydrous hexane) 용액에 담금으로써 수분이 제거된 후, OTS 용액에 담가지면 포토레지스트 패턴이 없는 영역에 OTS SAM 층이 선택적으로 형성된다. 마지막으로 포토레지스트가 아세톤으로 제거되면 양질(high-quality)의 OTS SAM 층이 만들어 진다. 이 제조공정은 저온 공정이고 기존의 반도체 공정을 이용하므로 대량 생산이 가능하다. 그러나 용액 공정에서 사용되는 OTS는 불안정하여 박막 형성시 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다. 그 결과 OTS 용액은 자기조립을 할 때마다 새로 준비되어야 하고, 특정 온도와 습도가 유지되는 조건에서 OTS 박막을 흡착시킨 후 폐기를 해야 한다. 따라서 OTS 공정 조건이 매우 까다롭고, OTS 용액이 한번만 사용되기 때문에 비용측면에서 불리하고, OTS는 수분과 반응하여 폭발되기 때문에 무수 헥산에 희석하여 사용한 후 폐기업체를 이용하여 폐기시켜야 하는 문제점을 안고 있다. 따라서 저비용과 대면적으로 나노센서를 대량생산하기 위해서는 상기 문제점이 해결되어야 한다.
상기 방법 의외도 dip-pen nanolithography(DPN)(아래 <문헌 3> 참조), microcontact printing(μCP)(아래 <문헌 4> 참조) 등과 같은 방법으로 OTS SAM의 패턴형성이 가능하다.
<문헌 3>
D. C. Coffey, D. S. Ginger, J. Am. Chem. Soc., 127, 4564(2005).
<문헌 4>
Y. J. Chang, B. H. Kang, G. T. Kim, S. J. Park, J. S. Ha, Appl. Phys.
Lett., 84, 5392(2004).
한편, OTS는 공정온도와 공정습도에 많은 영향을 받기 때문에 일관성 있는 공정 환경이 유지되어야 하고, 무수 핵산에 섞인 OTS 용액의 상태가 일정하게 유지되기 위해서 공정을 할 때마다 OTS 용액이 새로 준비되어야 한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 공정조건(온도, 습도, SAM 용액 등)이 복잡한 OTS 용액을 사용하지 않고 CNT의 패턴이 제조될 수 있는 새로운 공정에 대한 요구가 높다.
이러한 요구에 대응하여 동출원인에 의하여 2009.9.23. 자로 출원된 미공개 한국특허출원 문헌 "포토리소그래피 공정만을 이용한 나노물질의 선택적 조립방법 및 이를 이용한 나노구조 다중채널 FET 소자 제조방법"에 개시되어 있다.
한편, 탄소나노튜브를 사용하여 제조된 탄소나노튜브 전자소자에 있어서는 탄소나노튜브의 입자의 양에 따라 전기적 특성이 달라지게 된다. 즉, 탄소나노튜브의 양이 많은 경우는 도전성이 높아지고, 탄소나노튜브의 양이 적은 경우는 도전성이 낮아진다. 따라서, 신뢰도 높은 제작공정을 확보하기 위해서는 탄소나노튜브 전자소자를 제작함에 있어서 탄소나노튜브 입자의 양을 적절하게 조절할 수 있는 수단이 필요하게 된다.
상술한 필요성에 의해 탄소나노튜브 입자가 혼합된 용액에 기판을 담그고 시간조절을 통해 흡착량을 조절하는 방법이 있다. 이 방법의 예는 Nanotechnology, 19 (2008) p205703 등에 개시되어 있는데, 이 방법은 탄소나노튜브 입자와 혼합 용액의 혼합비율, 분산시간, 디핑시간, SiO2 표면 특성에 따라 탄소나노튜브 부착양이 달라지므로 이와 같은 변수가 많아 소자 제작이 어려운 문제점이 있다.
또 다른 방법에 의하면, 탄소나노튜브 입자가 혼합된 용액을 기판에 스프레이로 뿌리는 방법이 있다 (Applied Surface Science 252 (2005) p.425). 이 방법에 의하면, 탄소나노튜브 스프레이 분출압력, CNT 혼합용액의 비율, 균일한 분출량/면적이라는 변수에 의해 재현성을 갖는 소자의 제작이 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 탄소나노튜브가 적용된 소자에 있어서 탄소나노튜브의 입자의 양을 효율적으로 조절할 수 있는 방법에 대한 필요성은 여전히 요구되는 실정이다. 이러한 방식은 탄소나노튜브 소자의 전기적 특성을 균일하게 하여 수율을 높일 수 있는 수단이 될 수 있기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 흡착하고 난 이후 탄소나노튜브의 흡착량을 필요한 만큼 제거시켜서 탄소나노튜브의 흡착량을 균일하게 확보할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은 반도체 구조물 상에 탄소나노튜브 입자를 흡착하는 단계; 흡착된 탄소나노튜브 입자에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브를 제거시키는 단계를 포함하여 탄소나노튜브 소자에서 탄소나노튜브 양을 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
'반도체 구조물'이라 함은 상술한 탄소나노튜브 소자를 제조하기 위하여 필요한 중간물로 기판 자체 뿐 아니라 각종 버퍼층을 포함할 수 있으며, 경우에 따라서는 각종 절연막, 전극층 등이 포함된 구조를 의미하는 것으로 이해된다.
'탄소나노튜브 소자'라 함은 탄소나노튜브를 활성층으로 활용하며 제조되는 모든 소자를 의미하는 것으로, 각종 화학센서, FET, TFT 등이 가능한 것으로 이해되어야 한다.
바람직하게는, 탄소나노튜브 입자를 흡착시키는 단계는 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 디클로로벤젠에 SWNT가 분산된 용액에 일정시간(예를 들어, 수초~수십초)동안 담가서 흡착시킨다.
또한, 사용된 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브이고, 직경은 4 ~ 5 nm 이고, 길이가 500 ~ 1500 nm이며, 상술한 용액은 디클로로벤젠에 단일벽 탄소나노튜브가 0.02 ~ 0.2 ㎎/㎖ 의 농도로 분산된 용액인 것이 바람직하다.
한편, 산소플라즈마 처리 단계는 5 내지 30 초 동안 수행되는 것이 효과적이다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 절연막 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 마스크 패턴 중 오픈된 영역에 기준치 보다 많은 탄소나노튜브 입자를 흡착하는 단계를 포함하며, 흡착된 탄소나노튜브 입자에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브를 제거시켜, 탄소나노튜브 입자가 기준치 정도로 흡착되어 소자로 활용되도록 하는 탄소나노튜브 소자 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 탄소나노튜브 입자를 활성층으로 이용하기 위해 전극을 형성하는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 탄소나노튜브를 사용하여 제조된 탄소나노튜브 소자에 있어서 탄소나노튜브의 흡착양이 불균일한 문제점을 해결할 수 있게 됨으로써 탄소 나노튜브 입자의 양을 균일하게 확보할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 우수한 성능의 대면적 소자를 대량으로 제작할 수 있게 되어 매우 큰 산업상 이용 가능성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 탄소나노튜브 양을 조절하는 방법을 설명한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라서 탄소나노튜브 소자 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 산소 플라즈마 공정을 이용하여 탄소나노튜브 전자 소자를 제조한 후 산소 플라즈마 처리 전과 산소 플라즈마 인가 시간 5 s, 10 s, 15 s 가 지남에 따라서 게이트 전극에 인가하는 전압(VG)을 변화시킴에 따라 소스와 드레인 전극 사이의 전류(ISD)를 나타낸 그래프이다.
도 4는 산소 플라즈마 공정을 이용하여 탄소나노튜브 전자 소자를 제조한 후 일정한 소스와 드레인 전극 사이의 전압(VSD= 0.5 V)에서 산소 플라즈마 처리 전과 산소 플라즈마 인가 시간 5s, 10s, 15s 가 지남에 따라서 게이트 전극에 인가하는 전압을 변화시킴에 따라 소스와 드레인 전극 사이의 전류가 변화되는 상황을 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 흡착된 탄소나노튜브 중 일부를 제거하여 흡착량을 조절하는 방법을 설명한 개념도이다. 도 1은 탄소나노튜브 소자의 제조과정에 있어서 단면도와 평면도를 분리하여 도시한 그림들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 양을 조절하는 방법은 반도체 구조(100)물 상에 탄소나노튜브 입자(110)를 흡착하는 단계와 흡착된 탄소나노튜브 입자(110)에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브 중 일부를 제거시키는 단계를 포함한다.
탄소나노튜브 입자를 흡착하는 방법은 디클로로벤젠에 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)가 분산된 용액에 일정 시간(수십초)동안 담가서 반도체 구조물(100)의 표면 등에 SWNT를 흡착시키는 방식을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라서 탄소나노튜브 소자 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 탄소나노튜브 소자를 제작하는 방법은, 절연막(210)이 성장된 실리콘 기판(200)을 준비하는 단계와, 준비된 기판의 표면에 생성된 유기물을 제거하는 유기 세척단계와, 포토레지스트(PR)를 상기 기판의 표면에 도포하는 스핀코팅 단계와, 포토레지스트가 도포된 기판을 건조하는 단계와, 마스크 정렬장비(mask aligner)를 이용하여 자외선을 상기 기판에 조사하는 단계와, 자외선이 조사된 상기 기판을 현상액으로 현상하여 원하는 형태의 포토레지스트 패턴(220)을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴(220)이 형성된 기판을 디클로로벤젠에 탄소나노튜브(230)가 분산된 용액에 일정 시간 담그는 단계와, 기판의 표면을 건조시키는 단계와, 상기 기판의 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 탄소나노튜브 소자의 소스와 드레인 전극(240)을 형성한다. 도 2에서는 절연막(210)이 성장되고 도핑된 실리콘 기판(200)을 도시하여 예로 설명하였지만 실제 적용시에는 도핑되지 않은 실리콘 기판을 절연막 없이 사용하는 경우도 가능하다.
상술한 탄소나노튜브 소자의 제조과정을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 기판(200) 상에 절연막(210)을 형성한다. 기판(200)은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 절연막(210)은 바람직하게는 산화막이고, 산화막의 두께는 120 nm - 300 nm이고, 상기 산화막의 형성은 1000℃ 이상에서 열확산로를 이용하여 열산화막을 성장시키거나, PECVD나 LPCVD를 이용하여 SiO2 박막을 기판위에 증착시키거나, SOG(silicaon-glass)를 이용하여 스핀코팅을 시킬 수 있다.
다음으로, 절연막(210) 상에 마스크 패턴을 형성한다. 마스크 패턴(220)은 포토레지스트를 사용하는 것이 가능하고, 포토리소그래피 공정으로 절연막(210) 위에 임의의 포토레지스트 패턴(220)을 형성한다. 포토레지스트의 선폭은 1 μm부터 10 μm까지 변할 수 있다.
한편, 포토레지스트가 도포된 기판을 건조하여 포토레지스트를 베이킹 공정을 추가하는 것이 가능하다. 핫플레이트(hot plate)를 이용하여 85℃에서 20초간 건조(baking)시킨다. 또한, 상기 포토레지스트를 상기 기판의 표면에 도포하는 스핀코팅 단계에서 사용되는 포토레지스트는 예를 들면, Clariant사의 AZ5206이나 AZ5214포토레지스트(photoresist; PR)를 사용할 수 있다.
다음으로, 용액 공정으로 시료 표면에 탄소나노튜브 입자들를 흡착시키는 단계에서, 탄소나노튜브 입자들은 포토레지스트 패턴 영역과 절연막(210) 영역에 모두 흡착되고, 각 표면의 친수성 정도에 따라 흡착되는 양이 다르다. 그 결과 포토레지스트 패턴 표면(220) 보다 절연막(210)의 표면 또한, 상기 절연막(220;SiO2) 박막의 표면 개질을 통하여 흡착되는 탄소나노튜브 입자들의 양을 조절할 수 있다.
그러나 더욱 바람직하게는 산소 플라즈마 처리에 의해 흡착된 탄소나노튜브입자 중 일부를 제거시킴으로써 탄소나노튜브 입자의 양을 조절한다. 이러한 방식에 의하면, 기준치 보다 많은 탄소나노튜브 입자를 흡착시킨 후에 흡착된 탄소나노튜브 입자에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브 입자 일부를 제거시켜, 상술한 기준치 정도의 탄소나노튜브 입자가 소자에서 활용되도록 할 수 있다. 즉, 흡착되는 탄소나노튜브 물질의 양을 조절하는 것에 비해 흡착된 탄소나노튜브의 흡착양이 감소되도록 일부를 제거시키는 것이 더욱 안정적이고 신뢰성 있는 공정 확보에 도움이 되기 때문이다.
또한, 소스와 드레인 전극 사이를 저항 측정기나 전류측정기로 저항값 또는 전류값을 실시간으로 모니터링하면서 산소 플라즈마 처리를 할 경우에는 보다 탄소나노튜브 입자의 흡착량을 정확하고 미세하게 제어가 가능할 것이다. 예를 들어, 일정한 저항값 또는 전류값의 범위를 미리 정해두고 산소 플라즈마 처리를 수행하면서 이 범위에 해당되는 경우 자동화 제어 또는 사용자에 의해 산소 플라즈마 처리를 중단함으로써 안정적이고 신뢰성 있는 공정 확보가 가능하다. 즉, 당초 흡착되는 탄소나노튜브 물질의 양에 대한 조절이 용이하지 않으므로 흡착양을 조절하는 것 보다 본 발명에 의한 탄소나노튜브의 제거를 통해서 결론적으로 남게되는 탄소나노튜브의 흡착량이 조절되는 방식으로 공정의 안정성을 확보할 수 있다.
또 다른 방법에 의하면, 미리 플라즈마 처리 시간에 따른 전류값 또는 저항값을 데이터베이스화하여 놓는 방법도 가능하다. 즉, 매번의 플라즈마 처리 전후에 저항값 또는 전류값을 측정하고 이를 데이터베이스화 하여 둔다. 따라서 데이터베이스에는 원래 저항값 또는 전류값이 플라즈마 처리 시간에 따라서 어느 정도 수치로 낮아지는지에 대한 정보가 저장된다. 이 데이터베이스를 이용하면 플라즈마 처리 시간 만 조절함으로써 탄소나노튜브 입자의 흡착량을 정확하고 미세하게 제어가 가능하다.
용액 공정으로 시료 표면에 탄소나노튜브 입자를 흡착시키는 단계를 보다 상세히 설명하면, 디클로로벤젠에 단일벽 탄소나노튜브가 분산된 용액에 일정 시간 담그게 되는데, 사용된 단일벽 탄소나노튜브의 직경은 4 ~ 5 nm 이고, 길이가 500 ~ 1500 nm이며, 상기 용액은 디클로로벤젠에 단일벽 탄소나노튜브가 0.02 ~ 0.2 ㎎/㎖ 의 농도로 분산된 용액이다.
다음으로, 탄소나노튜브 입자가 흡착된 기판(200) 표면의 포토레지스트 패턴(220)을 제거한다. 기판(200) 표면의 포토레지스트 패턴(220)이 아세톤이나 포토레지스트 스트리퍼(PR striper)를 이용하여 제거됨으로서 포토레지스트 패턴(220)이 있던 영역의 탄소나노튜브 입자가 제거되어 절연막(210) 표면이 노출된다. 상기 공정에 의해, 포토레지스트 표면에 흡착된 SWNT는 떨어지고 기판의 표면에 흡착된 SWNT는 붙어있게 되어 선택적으로 탄소나노튜브 물질이 기판 표면에 패턴을 형성하게 된다.
그런 다음 산소 플라즈마 처리 공정을 수행한다. 이 단계에서는 센서를 화학센서로서 사용 가능토록 즉 감지감도 최적화 범위 안에 들어오도록 후처리 공정처리를 하여 중 일부를 태워버림으로써 탄소나노튜브의 양을 최적화한다.
예를 들어, 탄소나노튜브 소자가 화학센서로서 사용되는 경우, 감지감도 최적화 범위 (ISD : < 1 uA @ VSD = 0.5 V) 안에 들어 오도록 산소 플라즈마 후처리 공정(100 W, 300 mTorr)처리를 하여 CNT 네트워크 중 일부를 태워버림으로써 양을 최적화한다.
도 3은 산소 플라즈마 공정을 이용하여 탄소나노튜브 전계효과 트랜지스터 소자를 제조한 후 산소 플라즈마 처리 전과 산소 플라즈마 인가 시간 5 s, 10 s, 15 s 가 지남에 따라서 게이트 전극에 인가하는 전압을 변화시킴에 따라 소스와 드레인 전극 사이의 전류를 나타낸 그래프이다.
산소 플라즈마 인가 시간 0 s, 5 s, 10 s, 15 s의 경우, VSD가 0.1 V, 0.3 V, 0.5 V로 변화되는 경우, VG를 -5 V에서 5 V로 스윕하는 경우 소스와 드레인 전극 사이의 전류(ISD)를 보면, 산소플라즈마 처리 전에 높은 ISD를 가지는 소자가 산소 플라즈마 인가 시간이 증가함에 따라 낮은 ISD를 갖게 되는 현상을 확인할 수 있다.
예를 들어, 산소 플라즈마 인가 시간 0 s, 5 s, 10 s, 15 s의 경우, VSD가 0.5 V일 때, VG가 0 V에서 값의 변화를 살펴보면, 산소 플라즈마 인가 시간 0 s에서는 약 1.6×10-5 A, 산소 플라즈마 인가 시간 5 s에서는 약 8.0×10-6 A, 산소 플라즈마 인가 시간 10 s에서는 약 2.4×10-6 A, 산소 플라즈마 인가 시간 15 s에서는 약 1.0×10-7 A로 산소플라즈마 처리 시간에 따라 급격하게 ISD가 낮아짐을 확인할 수 있다.
이러한 특성을 활용하면, 실제 탄소나노튜브를 흡착할 때 기준치 보다 많은 탄소나노튜브 입자를 흡착하고, 소자 제작 후 흡착된 탄소나노튜브 입자에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브를 제거시켜, 상기 기준치 정도의 탄소나노튜브 입자가 소자에서 활용할 수 있다. 한편, 이 경우, 제작된 소자를 산소 플라즈마시에 ISD를 실시간으로 확인하며 인가 시간을 조절하는 것이 바람직하다.
즉, 탄소나노튜브 소자의 너비(Width)와 길이(Length), 산소 플라즈마처리의 각종 조건(압력, 시간, 파워 등)에 따라서 소자의 전류 특성을 데이터 베이스화 하고 이러한 데이터 베이스를 기초로 제작된 탄소나노튜브 전자 소자의 특성을 측정한 후 소자의 특성을 적절하게 변화시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 방식에 의하면, 탄소나노튜브 전자소자의 제작 공정에서 탄소나노튜브의 흡착량을 조절하는 것은 실제 용이하지 않은데 상술한 바와 같은 방식은 비교적 탄소나노튜브의 흡착량을 후처리 공정을 통해 쉽게 조절할 수 있게 되는 장점이 있다.
도 4는 산소 플라즈마 공정을 이용하여 탄소나노튜브 전자 소자를 제조한 후 일정한 소오스 드레인 전압(VSD= 0.5 V)에서 산소 플라즈마 처리 전과 산소 플라즈마 인가 시간 5 s, 10 s, 15 s 가 지남에 따라서 게이트 전극에 인가하는 전압을 변화시킴에 따라 소스와 드레인 전극 사이의 전류가 변화되는 상황을 나타낸 그래프이다.
산소플라즈마 노출되는 시간이 증가함에 따라 탄소나노튜브 입자중 일부가 제거되어 전체적인 탄소나노튜브의 활성층의 저항이 증가하게 된다. 본 산소 플라즈마 처리에 의하면, 15초 탄소 플라즈마 처리에 의해 소오스-드레인 전류가 2×10-5 A에서 1×10-7 A로 낮아지게 되어 탄소나노튜브 전자소자를 화학센서에 활용할 수 있는 수준으로 가능함이 확인되었다.

Claims (11)

  1. 반도체 구조물 상에 탄소나노튜브 입자를 흡착하는 단계;
    상기 흡착된 탄소나노튜브 입자에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브 중 일부를 제거시키는 단계를 포함하되,
    산소 플라즈마 처리시, 탄소나노튜브의 저항값을 사용자가 원하는 값으로 조절하기 위해 산소 플라즈마 처리 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 흡착량을 조절하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 입자를 흡착시키는 단계는 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 디클로로벤젠에 탄소나노튜브가 분산된 용액에 일정시간 동안 담가서 흡착시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 흡착량을 조절하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 사용된 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브이고, 직경은 4 ~ 5 nm 이고, 길이가 500 ~ 1500 nm이며, 상기 용액은 디클로로벤젠에 단일벽 탄소나노튜브가 0.02 ~ 0.2 ㎎/㎖ 의 농도로 분산된 용액인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 흡착량을 조절하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 산소플라즈마 처리 단계는 5 내지 30초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 흡착량을 조절하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 단계는, 플라즈마 처리 시간에 따른 전류값 또는 저항값의 변화를 미리 저장하여 데이터베이스화한 다음, 상기 데이터베이스를 이용하여 산소플라즈마 처리 시간을 조절함으로써 탄소나노튜브 흡착량을 조절하는 방법.
  7. 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴 중 오픈된 영역에 사용자가 원하는 목표값 보다 많은 탄소나노튜브 입자를 흡착시키는 단계;
    상기 흡착된 탄소나노튜브 입자에 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 흡착된 탄소나노튜브 중 일부를 제거시켜, 상기 사용자가 원하는 목표값 정도의 탄소나노튜브 입자가 소자에서 활용되도록 하는 탄소나노튜브 소자 제조방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 입자를 활성층으로 이용하기 위해 전극을 형성하는 단계를 더 구비하는 탄소나노튜브 소자 제조방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 산소플라즈마 처리 단계는, 상기 전극을 이용하여 흡착된 탄소나노튜브의 저항 또는 전류를 모니터링하면서 수행하는 탄소나노튜브 소자 제조방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 단계는, 플라즈마 처리 시간에 따른 전류값 또는 저항값의 변화를 미리 저장하여 데이터베이스화한 다음, 상기 데이터베이스를 이용하여 산소플라즈마 처리 시간을 조절함으로써 탄소나노튜브 흡착량을 조절하는 탄소나노튜브 소자 제조방법.
  11. 삭제
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