KR101879317B1 - Radio frequancy device using suspended graphene - Google Patents
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Abstract
본원의 자유지지형 그래핀 RF 소자는, 기재; 상기 기재 상에 형성된 트렌치; 상기 트렌치 상에 자유지지된 그래핀; 및 상기 기재 또는 그래핀의 상부 또는 하부에 형성된 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극을 포함하는 것으로, 자기정렬(self-alignment) 방식으로 기재 상에 고정될 수 있으며, 상기 자유지지형 그래핀을 이용하여 최종적으로 제작된 RF 소자는 1 테라 헤르츠 이상의 주파수에 대응할 수 있다.The free-support graphene RF device of the present application comprises: a substrate; A trench formed on the substrate; Graphenes freely supported on the trenches; And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on the substrate or the top or bottom of the graphene, wherein the free-graphen graphene can be fixed on the substrate in a self-alignment manner, The finally fabricated RF device can be used for frequencies above one terahertz.
Description
본원은, 자유지지형 그래핀을 이용한 RF 소자에 관한 것이다.The present application relates to an RF device using free-supporting graphene.
현재까지의 실리콘 반도체 기술을 이용해 RF 소자를 제조하게 되면, 소자를 구동시킬 때, 고주파 영역에서 상당한 열이 발생한다. 때문에 안정적으로 작동할 수 있는 속도를 제한하게 되고, 실리콘이 10 nm 이하일 경우, 실리콘의 반도체 물성을 잃게 된다. 그러므로, 최근 20 nm 까지 양산화가 진행된 실리콘 기반 반도체 기술이 한계점에 접근함에 따라, 기존 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 패러다임의 기술 개발이 필요하다. 이를 위해서는 발열량이 작고 전자 이동도가 크면서도 가공이 쉬운 대체 물질이 필요하다. 대체 물질의 유망한 후보로서, 그래핀이 등장하고 있다. 그래핀은 캐리어인 홀과 전자의 이동시 산란이 거의 발생하지 않아 캐리어 이동 속도가 빠르며 우수한 열 전도도를 가지고 있어 소자의 발열 문제를 해결할 수 있다. 그래핀은 높은 기계적 강도, 유연성, 얇은 두께, 높은 열 전도도, 높은 전하 이동도를 가지고 있어 기존 반도체 소재인 실리콘(Si), 게르마늄(Ge)이나 화합물 반도체(SiGe, GaAs 등)에 비해 우수한 특성을 가지고 있다. 이러한 그래핀을 현재 GHz 범위에 머물러 있는 반도체 소자에 비해 100 GHz 이상, 1 THz 이상의 주파수(f)를 발생시킬 수 있는 RF 소자 또는 RF 직접회로에 응용하기 위해서는 그래핀을 고품질로 합성해야 하며, 제조된 그래핀 필름을 기재에서 분리하여 소자가 구현될 또 다른 기재로 전사(transfer printing)하는 기술이 필요하다. 이를 위해서는 그래핀을 제조 기재에서 분리하기 위한 에칭공정, 분리된 그래핀을 원하는 기재로 인쇄해주기 위한 전사공정이 요구된다.When an RF device is manufactured using the silicon semiconductor technology to date, considerable heat is generated in the high-frequency region when the device is driven. Therefore, the speed at which the semiconductor device can operate stably is limited, and if the silicon is 10 nm or less, the semiconductor property of the silicon is lost. Therefore, as silicon-based semiconductor technology, which has been mass-produced up to 20 nm, approaches the limit, it is necessary to develop a new paradigm technology that can overcome the limitations of the existing technology. This requires an alternative material with a low calorific value and a high electron mobility, yet easy to process. As a promising candidate for alternative materials, graphene has emerged. Since graphene scarcely occurs during the movement of holes and electrons as a carrier, the graphene has a high carrier moving speed and excellent thermal conductivity, thereby solving the heat generation problem of the device. Graphene has superior mechanical strength, flexibility, thin thickness, high thermal conductivity and high charge mobility, which is superior to conventional semiconductor materials such as silicon (Si), germanium (Ge) and compound semiconductor (SiGe, GaAs) Have. In order to apply this graphene to an RF device or an RF integrated circuit capable of generating a frequency (f) of 100 GHz or more and 1 THz or more in comparison with a semiconductor device that is currently in the GHz range, graphene must be synthesized with high quality, There is a need for a technique for separating the graphene film from the substrate and transfer-printing the same to another substrate on which the device is to be realized. This requires an etching process for separating graphene from a manufacturing substrate and a transfer process for printing separated graphene on a desired substrate.
THz 영역대의 RF 소자는 대용량 데이터 통신을 가능하게 하는 차세대 통신 기술의 핵심 소자이다. 0.3THz 미만의 주파수 영역에서는 원거리 무선 통신모듈에 사용 가능하며, 0.3THz 이상의 영역에서는 근거리 무선 통신에서 대용량의 데이터 전송을 가능케 하여 차량 내 센서들과 중앙처리장치 사이 및/또는 IT 기기들간의 빠른 데이터 전송에 활용할 수 있다. 그러나 기존의 그래핀 소자들은 대부분 기재 위, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 접착된 그래핀을 패터닝하여 제작되어 왔다. 이런 경우에도, 그 성능이 다른 소재(Si, SiGe, GaAs 등)로 제작된 것에 비해서 우수하지만, 그래핀 고유의 성능을 다 발휘하지 못하는 문제가 있어왔다. 소자 제작을 위해서는 그래핀이 부도체위에 접착되어 있어야만 하므로, 주로 부도체인 SiC를 이용한 에피택셜 성장법에 주로 이루어져 왔다. 하지만, SiC 에피택셜 성장법은 성장된 그래핀의 품질이 기존의 화학기상증착법(CVD)에 비하여 떨어져, THz 대에서 구동 가능한 초고속 소자 제작이 어렵다. 또한, 그래핀이 절연막과 접촉할 시 절연층과의 계면에서 전자의 산란 현상이 일어나며, 여러 불순물들로 인해 도핑(doping) 현상이 생겨 전하들의 흐름에 방해를 받게 된다. 따라서, 전하 이동도가 급격히 감소하여 THz 소자의 구현이 불가능하다. 하지만, 기판에서 독립할 경우에는 이론적인 전하 이동도에 가까운 전하 이동도를 보인다.The THz domain RF device is a key element of next generation communication technology that enables mass data communication. It can be used in the remote wireless communication module in the frequency range of less than 0.3 THz, and it is possible to transmit a large amount of data in the short distance wireless communication in the region of 0.3 THz or more, It can be used for transmission. However, conventional graphene devices have been fabricated by patterning graphene adhered on a substrate, especially a silicon wafer. Even in such a case, the performance is superior to that of other materials (Si, SiGe, GaAs, etc.), but the graphene performance can not be exerted. Since the graphene must be bonded onto the nonconductor in order to fabricate the device, it has mainly been made to the epitaxial growth method using SiC, which is mainly an insulator. However, in the SiC epitaxial growth method, the quality of the grown graphene is lower than that of the conventional chemical vapor deposition (CVD), and it is difficult to manufacture an ultra high-speed device which can be driven by the THz band. In addition, when graphene contacts the insulating layer, electrons scatter at the interface with the insulating layer, and doping occurs due to various impurities, thereby interfering with the flow of charges. Therefore, the charge mobility decreases sharply, making it impossible to implement a THz device. However, when the substrate is independent, the charge mobility is close to the theoretical charge mobility.
미국 공개특허 US 2010/0233382 A1호에서는, 정전기적 고정(electrostatic deposition)법으로 그래핀을 기판에 고정하는 방법을 개시하고 있다. 전원 소스로 0 내지 30 kV, 0 내지 10 mA에 해당하는 전압 및 전류를 흑연(graphite)과 실리콘 웨이퍼 기판 사이에 인가하여 그래핀을 기판에 자유지지형으로 고정시키는 방법을 제시하고 있다.US Patent Publication No. US 2010/0233382 A1 discloses a method of fixing graphene to a substrate by an electrostatic deposition method. And a voltage and current corresponding to 0 to 30 kV and 0 to 10 mA as a power source are applied between graphite and a silicon wafer substrate to fix graphene to a substrate in a free supporting manner.
본원은, 자유지지형 그래핀 RF 소자를 제공하고자 한다. RF 소자에서 가장 중요한 점은 gm value가 커야 하며 게이트로 신호가 빠져나가면 안된다는 것이다. RF(radio frequency) 소자에서는 W/L ratio가 커야하며, 채널 물질의 이동도(mobility)가 좋아야 하고, 채널에서의 열 발생이 적어야 하며, 게이트(gate)와 소스/드레인 사이의 겹침(overlap)이 적어야 한다.The present disclosure seeks to provide a free-support graphene RF device. The most important point of the RF device is that the gm value must be large and the signal should not escape to the gate. In a radio frequency (RF) device, the W / L ratio must be high, the mobility of the channel material must be good, the heat generation in the channel must be small, and the overlap between the gate and the source / Should be small.
기존의 자유지지형 그래핀(suspended graphene) 전계효과트랜지스터(FET)와는 달리, 상기 이동도, 채널에서의 열 발생등의 특성이 우수한 자유지지형 그래핀을 RF 소자로 이용하려 한다.Unlike a conventional free-standing graphene field effect transistor (FET), a freestanding graphene excellent in properties such as mobility and heat generation in a channel is used as an RF device.
그래핀은 기존의 실리콘을 대체할 수 있는 유망한 후보로서, 현재 알려진 물질 중 가장 빠른 정도의 이동도를 가지고 있으며, 아로마틱 링이 연이어진 구조의 박편(flake) 형태를 가지고 있다. 그래핀을 RF 소자로 응용하게 되면, 일반적으로 기판 상에 형성된 절연층 상에 그래핀이 위치하게 되는데, 절연층과의 계면에서 전자가 이동할 때, 전자의 산란(scattering)이 발생하여, 그래핀이 이론적으로 가질 수 있는 이동도보다 낮은 정도의 이동도를 나타낼 수 밖에 없다. 따라서 본원은 그래핀 중앙부분의 상부 및 하부가 공중에 떠 있을 수 있도록 그래핀을 트렌치 상에 위치시켜, 이론치에 가까운 높은 이동도를 가지며 기존보다 낮은 열 발생을 보이는 자유지지형 그래핀 RF 소자를 구현하고자 한다. 또한, 자유지지형 그래핀을 자기정렬(self-alignment) 방식으로 고정하는 방법을 제시하고자 한다. 마지막으로, RF 소자의 구조에 있어서, 가로 대 세로 비(width-to-length ratio = W/L ratio)를 크게 하고 게이트와 소스/드레인의 겹침(overlap)을 줄이기 위해서 얇은 트렌치(trench) 구조를 이용하고자 한다. 최종적으로, 상기의 방법들에 의해 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자는 1 테라헤르츠(THz) 이상에 달하는 높은 정도의 RF를 구현할 수 있을 것이다.Graphene is a promising candidate for replacing conventional silicon. It has the fastest mobility of known materials, and it has a flake shape with an aromatic ring. When graphene is applied as an RF device, graphenes are usually formed on an insulating layer formed on a substrate. When electrons move at the interface with the insulating layer, scattering of electrons occurs, Theoretically, the mobility that can be found has a lower degree of mobility. Thus, the present application is based on the assumption that graphene is placed on a trench so that the upper and lower portions of the graphene center portion are floating in the air, and a free supporting graphene RF device I want to implement it. In addition, a method of fixing a freely supporting type graphene by a self-alignment method is proposed. Finally, a thin trench structure is used to increase the width-to-length ratio (W / L ratio) and reduce the overlap between the gate and the source / drain in the structure of the RF device. I want to use. Finally, the free-supported graphene RF device formed by the above methods will be able to achieve a high degree of RF up to and above THz (THz).
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems described above, and other problems not described can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 기재; 상기 기재 상에 형성된 트렌치; 상기 트렌치 상에 자유지지된 그래핀; 및 상기 기재 또는 그래핀 상에 형성된 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극을 포함하는 것인, 자유지지형 그래핀 RF 소자를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, A trench formed on the substrate; Graphenes freely supported on the trenches; And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on the substrate or the graphene.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 실리콘, 실리콘 옥사이드, 사파이어, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 하프늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the disclosure, the substrate can include but is not limited to silicon, silicon oxide, sapphire, aluminum oxide, silicon nitride, hafnium oxide, titanium oxide and combinations thereof. It is not.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극은 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ti, W, Ni, Co, Al, Zr, Fe, Mn, Cr, V, Ru, Ir, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The source electrode, the drain electrode, and the gate electrode may be formed of one selected from the group consisting of Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ti, W, Ni, Co, Al, Zr, Fe, , Ir, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 트렌치 상에 자유지지된 그래핀은 트랜지스터 구조의 채널로서 작용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the disclosure, graphenes freely supported on the trenches may serve as channels of a transistor structure, but are not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 그래핀 채널의 폭을 길이로 나눈 값(W/L)이 약 1 이상, 약 5 이상, 약 10 이상, 약 100 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to one embodiment of the present invention, the width (W / L) of the width of the graphene channel may be about 1 or more, about 5 or more, about 10 or more, or about 100 or more. It is not.
본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면의 그래핀이 자기정렬(self-alignment)되는 것을 포함하는 것인, 자유지지형 그래핀 RF 소자의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present invention provides a method of manufacturing a freely supporting graphene RF device, wherein the graphene of the first aspect of the present application comprises being self-aligned.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기정렬은 직접 형성법, 플로팅법, 기계적 전사법, 통전 고정법, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the self-alignment may include, but is not limited to, selected from the group consisting of direct formation, floating, mechanical transfer, electrification, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 직접 형성법은 임의의 기재 상에 금속 박막을 형성하는 단계; 상기 금속 박막의 상부 표면 또는 상기 금속 박막과 상기 기재 사이의 계면에서 그래핀을 성장시키는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the direct formation method comprises: forming a metal thin film on an arbitrary substrate; And growing the graphene on the upper surface of the metal thin film or the interface between the metal thin film and the substrate. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 플로팅법은 제 1 기재 상에 형성된 그래핀을 박리시켜 그래핀을 수득하는 단계;상기 수득된 그래핀을 물/공기 계면에 위치시키는 단계; 및 상기 계면에 존재하는 그래핀을 제 2 기재 상으로 옮기는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the floating method includes: peeling the graphene formed on the first substrate to obtain graphene; placing the graphene obtained at the water / air interface; And transferring the graphene present on the interface onto the second substrate, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기계적 전사법은 제 1 기재 상에 형성된 그래핀을 고분자 스탬프를 이용하여 흡착시키는 단계; 상기 고분자 스탬프에 흡착된 그래핀을 제 2 기재 상으로 옮기는 단계; 및 상기 고분자 스탬프를 제 2 기재 상에서 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the mechanical transfer method comprises: adsorbing graphene formed on a first substrate using a polymer stamp; Transferring the graphene adsorbed on the polymer stamp onto a second substrate; And removing the polymer stamp on the second substrate, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 통전 고정법은 그래핀을 용액 상에 분산시켜 분산액을 수득하는 단계; 상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극을 임의의 기재 상에 형성하는 단계; 상기 분산액을 상기 기재 상의 상기 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극 중 둘 이상의 전극에 전류 및 전압을 인가하여 상기 그래핀을 고정시키는 단계; 및 상기 그래핀이 고정된 이후의 상기 분산액을 제거하여 상기 고정된 그래핀을 제외한 이물질들을 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the electrification fixation method comprises: dispersing graphene in a solution to obtain a dispersion; Forming the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode on an arbitrary substrate; Applying the current and voltage to at least two of the source electrode, the drain electrode and the gate electrode on the substrate to fix the graphene; And removing the dispersion liquid after the graphene is fixed, thereby removing foreign substances except the fixed graphene. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 직접형성법은 상기 그래핀을 형성하는 방법으로, 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 물리기상증착법(physical vapor deposition), 열처리법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the direct formation method is a method of forming the graphene, and includes a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, a heat treatment method, and combinations thereof But is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 박막은 Cu, Ni, Co, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the metal thin film may be selected from the group consisting of Cu, Ni, Co, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 직접 형성법은 상기 그래핀의 형성 과정에 있어서, 상기 금속 박막의 상부 표면 또는 하부 표면에 탄화수소물질층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the direct formation method may include, but is not limited to, a step of forming a layer of a hydrocarbon material on the upper surface or the lower surface of the metal thin film in the process of forming the graphene.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화수소물질층은 다핵방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon = PAHs), 사슬형탄화수소, 고리형탄화수소, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the hydrocarbon material layer may be selected from the group consisting of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, and combinations thereof. It is not.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다핵방향족탄화수소는 파이렌(pyrene), 코로넨(coronene), 벤조[ghi]페릴렌(benzo[ghi]perylene), 안탄트렌(antanthrene), 오벌렌(ovalene), 나프탈렌(naphthalene), 페난트렌(phenanthrene), 테트라펜(tetraphene), 펜타펜(pentaphene), 크리센(chrysene), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 나프타센(naphthacene), 안트라센(antracene), 루브렌(rubrene), 올리고페닐렌(oligophenylene) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the polynuclear aromatic hydrocarbon is selected from the group consisting of pyrene, coronene, benzo [ghi] perylene, anthanthrene, ovalene, Naphthalene, phenanthrene, tetraphene, pentaphene, chrysene, pentacene, tetracene, naphthacene, anthracene, antracene, rubrene, oligophenylene, and combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 사슬형탄화수소는 올레인산(oleic acid), 스테아린산(stearic acid), 헥산(hexane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the chain hydrocarbon may include one selected from the group consisting of oleic acid, stearic acid, hexane, and combinations thereof. It is not.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고리형탄화수소는 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 사이클로헥산(cyclehexane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the cyclic hydrocarbon may be selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, cyclehexane, and combinations thereof, But is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화수소물질층은 임의의 기재 상에 액체, 기체, 고체, 초임계 유체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the hydrocarbon material layer may be formed on any substrate selected from the group consisting of liquid, gas, solid, supercritical fluid, and combinations thereof, no.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 액체는 상기 탄화수소물질 그 자체이거나 상기 탄화수소물질과 용매가 혼합되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the liquid may be the hydrocarbon material itself, or may be a mixture of the hydrocarbon material and a solvent, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 엔-메틸피롤리돈, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the solvent is selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, n-methylpyrrolidone, But are not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화수소물질층의 형성 방법은 스핀 코팅, 랭뮤어-블로짓, 딥 코팅, 닥터 블레이드, 스프레이, 스크린 프린팅, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the method of forming the hydrocarbon material layer may be selected from the group consisting of spin coating, Langmuir-blowing, dip coating, doctor blade, spray, screen printing, , But is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 스탬프는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane = PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate = PMMA), 폴리우레탄(polyurethane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the polymer stamp is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyurethane, and combinations thereof But are not limited thereto.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제 해결 수단에 의해 본원은 자유지지형 그래핀 RF 소자 및 제조 방법을 제공할 수 있다. 이로 인해, 기존에 달성하지 못했던 테라헤르츠 이상의 주파수를 구동 가능한 RF 소자를 구현할 수 있다.According to the above-mentioned object, the present invention can provide a freely supporting type graphene RF element and a manufacturing method thereof. As a result, it is possible to realize an RF device capable of driving a frequency higher than a terahertz frequency that has not been achieved previously.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 자유지지형 그래핀 RF 소자의 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 자유지지형 그래핀 RF 소자의 측면도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 직접형성법 중 열처리법으로 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 공정도이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 직접형성법 중 CVD법으로 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 공정도이다.
도 5는 본원의 일 구현예에 따른 게이트 및 그래핀층 하부에 게이트 지지 기둥이 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 공정도이다.
도 6은 본원의 일 구현예에 따른 그래핀이 그래핀 우물 내에서 형성되며, 게이트 및 그래핀층 하부에 게이트 지지 기둥이 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 공정도이다.
도 7은 본원의 일 구현예에 따른 플로팅법을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
도 8은 본원의 일 구현예에 따른 기계적 전사법을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
도 9는 본원의 일 구현예에 따른 통전 고정법을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram of a freely supporting graphene RF device in accordance with an embodiment of the invention.
2 is a side view of a freely supporting graphene RF device in accordance with an embodiment of the invention.
FIG. 3 is a process diagram of a free-support type graphene RF device formed by a heat treatment method in a direct formation method according to an embodiment of the present invention.
4 is a process diagram of a free-supported graphene RF device formed by CVD in a direct-formation process according to one embodiment of the present application.
FIG. 5 is a process diagram of a free-support type graphene RF device having gate support pillars formed under a gate and a graphene layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a process diagram of a free-support type graphene RF device in which graphene is formed in a graphene well according to an embodiment of the present invention and gate support pillars are formed under the gate and the graphene layer.
7 illustrates a process of forming a floating method according to an embodiment of the present invention.
8 illustrates a process of forming a mechanical transfer method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 illustrates a process of forming an electrification fixing method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
Throughout this specification, the term " combination thereof " included in the expression of the machine form means one or more combinations or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the machine form, And the like.
본원의 제 1 측면은, 기재; 상기 기재 상에 형성된 트렌치; 상기 트렌치 상에 자유지지된 그래핀; 및 상기 기재 또는 그래핀 상에 형성된 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극을 포함하는 것인, 자유지지형 그래핀 RF 소자를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, A trench formed on the substrate; Graphenes freely supported on the trenches; And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on the substrate or the graphene.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 실리콘, 실리콘 옥사이드, 사파이어, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 하프늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the disclosure, the substrate can include but is not limited to silicon, silicon oxide, sapphire, aluminum oxide, silicon nitride, hafnium oxide, titanium oxide and combinations thereof. It is not.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극은 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ti, W, Ni, Co, Al, Zr, Fe, Mn, Cr, V, Ru, Ir, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The source electrode, the drain electrode, and the gate electrode may be formed of one selected from the group consisting of Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ti, W, Ni, Co, Al, Zr, Fe, , Ir, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 트렌치 상에 자유지지된 그래핀은 트랜지스터 구조의 채널로서 작용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the disclosure, graphenes freely supported on the trenches may serve as channels of a transistor structure, but are not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 그래핀 채널의 폭을 길이로 나눈 값(W/L)이 약 1 이상, 약 5 이상, 약 10 이상, 또는 약 100 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to one embodiment of the present invention, the width (W / L) of the width of the graphene channel may be about 1 or more, about 5 or more, about 10 or more, or about 100 or more. It is not.
본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면의 그래핀이 자기정렬(self-alignment)되는 것을 포함하는 것인, 자유지지형 그래핀 RF 소자의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present invention provides a method of manufacturing a freely supporting graphene RF device, wherein the graphene of the first aspect of the present application comprises being self-aligned.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기정렬은 직접 형성법, 플로팅법, 기계적 전사법, 통전 고정법, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the self-alignment may include, but is not limited to, selected from the group consisting of direct formation, floating, mechanical transfer, electrification, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 직접 형성법은 임의의 기재 상에 금속 박막을 형성하는 단계; 상기 금속 박막의 상부 표면 또는 상기 금속 박막과 상기 기재 사이의 계면에서 그래핀을 성장시키는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the direct formation method comprises: forming a metal thin film on an arbitrary substrate; And growing the graphene on the upper surface of the metal thin film or the interface between the metal thin film and the substrate. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 플로팅법은 제 1 기재 상에 형성된 그래핀을 박리시켜 그래핀을 수득하는 단계;상기 수득된 그래핀을 물/공기 계면에 위치시키는 단계; 및 상기 계면에 존재하는 그래핀을 제 2 기재 상으로 옮기는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the floating method includes: peeling the graphene formed on the first substrate to obtain graphene; placing the graphene obtained at the water / air interface; And transferring the graphene present on the interface onto the second substrate, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기계적 전사법은 제 1 기재 상에 형성된 그래핀을 고분자 스탬프를 이용하여 흡착시키는 단계; 상기 고분자 스탬프에 흡착된 그래핀을 제 2 기재 상으로 옮기는 단계; 및 상기 고분자 스탬프를 제 2 기재 상에서 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the mechanical transfer method comprises: adsorbing graphene formed on a first substrate using a polymer stamp; Transferring the graphene adsorbed on the polymer stamp onto a second substrate; And removing the polymer stamp on the second substrate, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 통전 고정법은 그래핀을 용액 상에 분산시켜 분산액을 수득하는 단계; 상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극을 임의의 기재 상에 형성하는 단계; 상기 분산액을 상기 기재 상의 상기 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극 중 둘 이상의 전극에 전류 및 전압을 인가하여 상기 그래핀을 고정시키는 단계; 및 상기 그래핀이 고정된 이후의 상기 분산액을 제거하여 상기 고정된 그래핀을 제외한 이물질들을 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the electrification fixation method comprises: dispersing graphene in a solution to obtain a dispersion; Forming the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode on an arbitrary substrate; Applying the current and voltage to at least two of the source electrode, the drain electrode and the gate electrode on the substrate to fix the graphene; And removing the dispersion liquid after the graphene is fixed, thereby removing foreign substances except the fixed graphene. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 직접형성법은 상기 그래핀을 형성하는 방법으로, 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 물리기상증착법(physical vapor deposition), 열처리법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the direct formation method is a method of forming the graphene, and includes a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, a heat treatment method, and combinations thereof But is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 박막은 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, Ge, Ru, Ir, 황동(brass), 청동(bronze), 백동, 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The metal thin film may include at least one of Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, But are not limited to, Ge, Ru, Ir, brass, bronze, white brass, stainless steel, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 직접 형성법은 상기 그래핀의 형성 과정에 있어서, 상기 금속 박막의 상부 표면 또는 하부 표면에 탄화수소물질층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the direct formation method may include, but is not limited to, a step of forming a layer of a hydrocarbon material on the upper surface or the lower surface of the metal thin film in the process of forming the graphene.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화수소물질층은 다핵방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon = PAHs), 사슬형탄화수소, 고리형탄화수소, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the hydrocarbon material layer may be selected from the group consisting of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, and combinations thereof. It is not.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다핵방향족탄화수소는 파이렌(pyrene), 코로넨(coronene), 벤조페릴렌(benzoperylene), 안탄트렌(antanthrene), 오벌렌(ovalene), 나프탈렌(naphthalene), 페난트렌(phenanthrene), 테트라펜(tetraphene), 펜타펜(pentaphene), 크리센(chrysene), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 나프타센(naphthacene), 안트라센(antracene), 루브렌(rubrene), 올리고페닐렌(oligophenylene) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, the polynuclear aromatic hydrocarbon may be selected from the group consisting of pyrene, coronene, benzoperylene, antanthrene, ovalene, naphthalene, phenanthrene, But are not limited to, phenanthrene, tetraphene, pentaphene, chrysene, pentacene, tetracene, naphthacene, antracene, rubrene, ), Oligophenylene, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 사슬형탄화수소는 올레인산(oleic acid), 스테아린산(stearic acid), 헥산(hexane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the chain hydrocarbon may include one selected from the group consisting of oleic acid, stearic acid, hexane, and combinations thereof. It is not.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고리형탄화수소는 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 사이클로헥산(cyclehexane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the cyclic hydrocarbon may be selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, cyclehexane, and combinations thereof, But is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화수소물질층은 임의의 기재 상에 액체, 기체, 고체, 초임계 유체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the hydrocarbon material layer may be formed on any substrate selected from the group consisting of liquid, gas, solid, supercritical fluid, and combinations thereof, no.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 액체는 상기 탄화수소물질 그 자체이거나 상기 탄화수소물질과 용매가 혼합되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the liquid may be the hydrocarbon material itself, or may be a mixture of the hydrocarbon material and a solvent, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 엔-메틸피롤리돈, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the solvent is selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, n-methylpyrrolidone, But are not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화수소물질층의 형성 방법은 스핀 코팅, 랭뮤어-블로짓, 딥 코팅, 닥터 블레이드, 스프레이, 스크린 프린팅, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the method of forming the hydrocarbon material layer may be selected from the group consisting of spin coating, Langmuir-blowing, dip coating, doctor blade, spray, screen printing, , But is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 스탬프는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane = PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate = PMMA), 폴리우레탄(polyurethane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to one embodiment of the present invention, the polymer stamp is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyurethane, and combinations thereof But are not limited thereto.
이하, 본원의 일 구현예를 도1 내지 도 6을 참조하여 설명하나, 본원의 기술개념에 해당하는 것이면 어떤 형태이든지 응용 가능하므로, 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 6. However, the present invention is not limited thereto, as long as it corresponds to the technical concept of the present application.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 자유지지형 그래핀 RF 소자의 개략도이다. 본원의 자유지지형 그래핀 RF 소자는 기본적으로 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극 및 자유지지형 그래핀 채널층을 가지는 트랜지스터 구조, 더욱 자세하게는, 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)를 따른다. 도 1에서, T자형 트렌치 구조가 있는데, 상기 T의 l(세로) 부분이 그래핀이 자유지지(공중에 "떠" 있는)되는 부분이며, 트랜지스터의 채널 역할을 하도록 형성된다. 상기 트렌치의 I 부분의 세로 길이는 상기 채널의 폭을, 가로는 상기 채널의 길이를 의미한다. 상기 자유지지형 그래핀 RF 소자에서, 상기 채널의 폭은 수 내지 수십 ㎛, 상기 채널의 길이는 수십 내지 수백 nm일 수 있다. 상기 채널의 폭을 W라고 하고, 상기 채널의 길이를 L이라 할 때, W를 L로 나눈 값, 즉, W/L이 약 1 이상, 약 5 이상, 약 10 이상, 또는 약 100 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 자유지지형 그래핀 RF 소자에서, 상기 그래핀이 자유지지되지 않고, 기재상에 부착되어 있는 그래핀 영역은 채널의 좌우 부분이다. 상기 채널의 좌우 부분은 소스 전극 또는 드레인 전극과 물리적으로 맞닿아 있으며, 맞닿는 부분(contact 면적)은 원활한 전자의 이동, 즉, 전극과 그래핀층 계면에서 일어나는 저항을 최소화하기 위해 넓어야 한다. 다시 말하면, 그래핀과 소스 전극 또는 드레인 전극은 최대한 넓은 면적으로 접촉해야 한다. 상기 게이트 전극과 상기 그래핀층 사이에는 추가적인 절연층 또는 공기 절연층을 포함할 수 있다. 즉, 그래핀 층 상부에 추가적인 산화물 절연층을 형성하고 드레인 전극을 형성하거나, 그래핀 층 하부의 트렌치에 드레인 전극을 형성하여 그래핀 층과 드레인 전극 사이에 추가적인 공기 절연층을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 상기 드레인 전극은 도 1 내지 도 9에 명시된 위치에 제한받지 아니한다. 단지, 상기 드레인 전극은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에 위치한 채널 영역 가까이에 위치하며, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에서 발생하는 전하의 이동을 제어하는 작용을 할 수 있는 것을 의미한다.
1 is a schematic diagram of a freely supporting graphene RF device in accordance with an embodiment of the invention. The free-support type graphene RF device of the present invention basically follows a transistor structure having a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, and a freely supporting graphene channel layer, and more specifically, a field effect transistor (FET). In Figure 1, there is a T-shaped trench structure where the 1 (vertical) portion of T is the free graphene ("floating" in the air) and is formed to act as a channel for the transistor. The vertical length of the I portion of the trench means the width of the channel, and the width means the length of the channel. In the freely supporting graphene RF device, the width of the channel may be several to several tens of micrometers, and the length of the channel may be several tens to several hundreds of nanometers. W / L is about 1 or more, about 5 or more, about 10 or more, or about 100 or more, where W is the width of the channel and L is the length of the channel. . In the freely supporting graphene RF device, the graphene is not freely supported, and the graphene region attached on the substrate is the left and right portions of the channel. The left and right portions of the channel are physically in contact with the source or drain electrodes and the contact area should be wide to minimize the movement of the electrons smoothly, that is, the resistance at the interface between the electrode and the graphene layer. In other words, the graphene and the source electrode or the drain electrode should be contacted as wide as possible. And between the gate electrode and the graphene layer, an additional insulating layer or an air insulating layer. That is, an additional oxide insulating layer may be formed on the graphene layer and a drain electrode may be formed, or a drain electrode may be formed on the trench below the graphene layer to include an additional air insulating layer between the graphene layer and the drain electrode. In other words, the drain electrode is not limited to the positions specified in Figs. The drain electrode may be located near a channel region located between the source electrode and the drain electrode, and may control the movement of charges generated between the source electrode and the drain electrode.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 자유지지형 그래핀 RF 소자의 측면도이다. 기본적으로 트랜지스터의 소스(source) 전극, 게이트(gate) 전극, 드레인(drain) 전극을 도 2에 표시하고 있으며, 맨 위층으로 그래핀(graphene)이 자리하고 있다. 그래핀은 상기 자유지지형 그래핀 RF 소자에서, 채널의 역할을 하며, 채널에 쓰이는 기존의 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등의 물질보다 높은 전자 이동도를 가지며, 공중에 떠 있는, 즉, 자유지지된 판상 구조이기 때문에 전자의 이동으로 인해서 발생하는 포논 산란에 의해 생성된 열이 그래핀 레이어의 주변에 효과적으로 확산할 수 있어, 열 방출에 유리하다.2 is a side view of a freely supporting graphene RF device in accordance with an embodiment of the invention. Basically, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode of a transistor are shown in FIG. 2, and a graphene is located at the top layer. Graphene acts as a channel in the freely supporting graphene RF device and has a higher electron mobility than conventional materials such as silicon, germanium, and gallium arsenide used in the channel, Since it is floating in the air, that is, a freely supported plate-like structure, heat generated by phonon scattering due to electron movement can be effectively diffused to the periphery of the graphene layer, which is advantageous for heat release.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 직접형성법 중 열처리법으로 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 측면도이다. 상기 자유지지형 그래핀을 자기정렬(self-alignment)시키는 방법 중, 직접형성법에 의한 그래핀 형성을 하기에 제시한다. 먼저, 약 100 m 이상의 두께를 가지는 실리콘 옥사이드 기재를 준비한다. 상기 실리콘 옥사이드 기재에 일정한 폭과 너비, 및 깊이를 가지는 트렌치(trench)를 형성한다. 상기 트렌치에 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe) 등을 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법으로 채워 넣어, 그래핀 성장에 필요한 하부 촉매층을 형성하고, 기재를 평탄화한다. 이어서, 스핀 코팅, 랭뮤어-블로짓, 스크린 프린팅, 닥터 블레이드, 스프레이 등의 방법을 사용하여, 탄화수소층(hydrocarbon layer)을 수 나노 미터 이하의 두께로 균일하게 형성한다. 상기 탄화수소층을 구성하는 물질은 다핵방향족탄화수소, 사슬형탄화수소, 고리형탄화수소를 포함하는 것이다. 예를 들어, 다핵방향족탄화수소에는 파이렌, 펜타센, 루브렌 등이 있으며, 사슬형탄화수소에는 올레인산, 스테아린산, 헥산 등이 있고, 고리형탄화수소에는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 사이클로헥산 등이 있다. 또한, 상기 탄화수소층을 형성하는 물질을 코팅할 때, 추가적인 용매를 포함하여 실시할 수 있다. 상기 추가적인 용매는, 예를 들어, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 엔-메틸피롤리돈을 포함할 수 있다. 이어서, 상기 탄화수소층 상에 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe) 등을 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법으로 그래핀 성장에 필요한 상부 촉매층을 형성한다. 상기 그래핀 촉매층은 수 내지 수백 nm, 수십 nm 이하일 수 있다. 이어서, 상기 과정이 수행된 기재를 전기로(electric furnace)에 넣고, 기체를 흘리며 열처리한다. 상기 기체는 불활성 기체, 예를 들어, 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 기체를 포함할 수 있으며, 추가적으로, 수소(H2)를 포함할 수 있다. 상기 열처리 과정시 온도는 약 200℃ 내지 약 1,000℃, 약 300℃ 내지 약 800℃, 약 400℃ 내지 약 600℃일 수 있다. 상기 열처리 과정이 끝나고, 기재를 냉각한 다음, 상부 및 하부 촉매층을 염산, 황산, 질산, 아세트산, 과산화수소, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함한 산 용액으로 용해하여, 기재에서 제거한다. 이어서, 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극을 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법에 의해 형성한다.3 is a side view of a freely supporting graphene RF device formed by a thermal process in a direct formation process according to an embodiment of the present invention. Of the methods of self-alignment of the free-supported graphenes, graphene formation by the direct formation method is shown below. First, a silicon oxide substrate having a thickness of about 100 m or more is prepared. A trench having a constant width, width, and depth is formed in the silicon oxide substrate. The trench is filled with nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), iron (Fe) or the like by sputtering, CVD or thermal evaporation to form a lower catalyst layer necessary for graphene growth. Planarize. Subsequently, a hydrocarbon layer is uniformly formed to a thickness of several nanometers or less by a method such as spin coating, Langmuir-blowing, screen printing, doctor blade, spray, or the like. The material constituting the hydrocarbon layer includes a polynuclear aromatic hydrocarbon, a chained hydrocarbon, and a cyclic hydrocarbon. For example, polynuclear aromatic hydrocarbons include pyrene, pentacene, and rubrene. Chain hydrocarbons include oleic acid, stearic acid, and hexane. Examples of the cyclic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene, and cyclohexane. Further, when the material for forming the hydrocarbon layer is coated, an additional solvent may be added. Such additional solvents may include, for example, water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, and n-methylpyrrolidone. Subsequently, an upper catalyst layer necessary for graphene growth is formed on the hydrocarbon layer by sputtering, CVD, thermal evaporation or the like using nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), iron (Fe) The graphene catalyst layer may be several to several hundred nanometers and several tens of nanometers or less. Subsequently, the substrate on which the above process is performed is placed in an electric furnace, and heat treatment is performed by flowing the gas. The gas is an inert gas, e.g., nitrogen (N 2), argon (Ar), helium (He), and the number of which comprise a gas selected from the group consisting of a combination thereof, in addition, hydrogen (H 2 ). The temperature during the heat treatment may be about 200 ° C to about 1,000 ° C, about 300 ° C to about 800 ° C, and about 400 ° C to about 600 ° C. After the heat treatment process is completed and the substrate is cooled, the upper and lower catalyst layers are dissolved in an acid solution containing hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, hydrogen peroxide, and combinations thereof and removed from the substrate . Then, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are formed by a method such as sputtering, CVD, or thermal evaporation.
상기 그래핀은 금속 박막에서 그래핀을 성장시켜 제조될 수 있다. 상기 금속 박막은 그래핀의 성장을 용이하게 하기 위하여 사용되며, 상기 금속 박막의 재료는 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 금속 박막은, 예를 들어, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, Ge, Ru, Ir, 황동(brass), 청동(bronze), 백동, 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The graphene can be produced by growing graphene in a metal thin film. The metal thin film is used to facilitate the growth of graphene, and the material of the metal thin film can be used without any particular limitation. The metal thin film may include at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, But are not limited to, those selected from the group consisting of Ir, Brass, Bronze, Baux, Stainless Steel and combinations thereof.
상기 그래핀을 성장하는 방법은 당업계에서 그래핀 성장을 위해 통상적으로 사용하는 방법을 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 화학기상증착(chemical vapour deposition; CVD) 방법을 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 화학기상증착법은 고온 화학기상증착(Rapid thermal chemical vapour deposition; RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(inductively coupled plasma-chemical vapor deposition; ICP-CVD), 저압 화학기상증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD), 상압 화학기상증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 금속 유기화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 및 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 방법을 포함할 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다.The graphene may be grown by any conventional method for growing graphene in the art. For example, a chemical vapor deposition (CVD) method may be used. However, It is not. The chemical vapor deposition may be performed by rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD), inductively coupled plasma-chemical vapor deposition (ICP-CVD), or low pressure chemical vapor deposition (CVD). (LPCVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) But are not limited to these.
상기 그래핀은 금속 촉매층을 기상 탄소 공급원을 투입하고 열처리함으로써 그래핀을 성장시킬 수 있다. 일 구현예에 있어서, 금속 촉매층을 챔버에 넣고 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등과 같은 탄소 공급원을 기상으로 투입하면서, 예를 들어, 약 300℃ 내지 약 2,000℃의 온도로 열처리하면 상기 탄소 공급원에 존재하는 탄소 성분들이 결합하여 6각형의 판상 구조를 형성하면서 그래핀이 생성된다. 이를 냉각하면 균일한 배열 상태를 가지는 그래핀이 얻어지게 된다. 그러나, 금속 촉매층 상에서 그래핀을 형성시키는 방법이 화학기상증착 방법에 국한되지 않으며, 본원의 예시적인 구현예에 있어서는 금속 촉매층 상에 그래핀을 형성하는 모든 방법을 이용할 수 있으며, 본원이 금속 촉매층 상에 그래핀을 형성하는 특정 방법에 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다.The graphene can grow graphene by injecting a gaseous carbon source into the metal catalyst layer and heat-treating the graphene. In one embodiment, a metal catalyst layer is placed in a chamber and a carbon source such as carbon monoxide, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene, For example, at a temperature of about 300 ° C to about 2,000 ° C, the carbon components present in the carbon source are combined to form a hexagonal plate-like structure, thereby forming graphene. When this is cooled, graphene having a uniform arrangement state is obtained. However, the method of forming graphene on the metal catalyst layer is not limited to the chemical vapor deposition method, and in the exemplary embodiment of the present invention, any method of forming graphene on the metal catalyst layer can be used, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > graphene.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 직접형성법 중 화학기상증착(CVD) 방법으로 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 측면도이다. 상기 자유지지형 그래핀을 자기정렬(self-alignment)시키는 방법 중, 화학기상증착(CVD)에 의한 그래핀 형성을 하기에 제시한다. 먼저, 약 100 m 이상의 두께를 가지는 실리콘 옥사이드 기재를 준비한다. 상기 실리콘 옥사이드 기재에 일정한 폭과 너비, 및 깊이를 가지는 트렌치(trench)를 형성한다. 상기 트렌치에 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법으로 채워넣어, 그래핀 성장에 필요한 하부 촉매층을 형성하고, 기재를 평탄화한다. 이어서, 상기 탄화수소층 상에 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법으로 그래핀 성장에 필요한 상부 촉매층을 형성한다. 상기 그래핀 상부 촉매층은 수 내지 수백 nm, 수십 nm 이하일 수 있다. 이어서, 상기 과정이 수행된 기재를 전기로(electric furnace)에 넣고, 기체를 흘리며 열처리한다. 상기 기체는 불활성 기체, 예를 들어, 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 캐리어 가스와 탄화수소 기체, 예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 이산화탄소 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 그래핀 성장용 가스를 포함할 수 있으며, 추가적으로, 수소(H2)를 포함할 수 있다. 상기 열처리 과정시 온도는 약 200℃ 내지 약 1,000℃, 약 300℃ 내지 약 950℃, 약 400℃ 내지 약 900℃일 수 있다. 상기 열처리 과정동안 상기 상부 촉매층의 구리(Cu) 또는 철(Fe)에 형성된 그레인(grain)간 계면(boundary)을 따라 메탄 등의 그래핀 성장용 가스가 확산되어, 상부 촉매층의 하부 계면에 도달하고, 촉매 및 열에 의해 그래핀이 형성된다. 물론 상기 상부 촉매층의 상부에도 그래핀이 형성된다. 상기 열처리 과정이 끝나고, 기재를 냉각한 다음, 상부 및 하부 촉매층을 염산, 황산, 질산, 아세트산, 과산화수소, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함한 산 용액으로 용해, 기재에서 제거하여 상기 상부 촉매층의 하부에 생성된 그래핀만을 남긴다. 이어서, 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극을 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법에 의해 형성한다.4 is a side view of a freely supporting graphene RF device formed by a chemical vapor deposition (CVD) process in a direct formation process according to one embodiment of the present application. Of the methods of self-aligning the free-grafted graphenes, graphene formation by chemical vapor deposition (CVD) is presented below. First, a silicon oxide substrate having a thickness of about 100 m or more is prepared. A trench having a constant width, width, and depth is formed in the silicon oxide substrate. Nickel (Ni) or cobalt (Co) is filled into the trenches by sputtering, CVD, thermal evaporation or the like to form a lower catalyst layer necessary for graphene growth, and the substrate is planarized. Next, an upper catalyst layer necessary for graphene growth is formed on the hydrocarbon layer by a method such as sputtering, CVD, thermal deposition or the like using copper (Cu) or iron (Fe). The graphene upper catalyst layer may be several to several hundred nanometers and several tens of nanometers or less. Subsequently, the substrate on which the above process is performed is placed in an electric furnace, and heat treatment is performed by flowing the gas. The gas may be a carrier gas selected from the group consisting of an inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), and combinations thereof and a hydrocarbon gas such as methane, ethane , Propane, carbon dioxide, and combinations thereof, and may further include hydrogen (H 2 ). The temperature during the heat treatment may be about 200 캜 to about 1,000 캜, about 300 캜 to about 950 캜, and about 400 캜 to about 900 캜. During the heat treatment process, a gas for graphene growth such as methane is diffused along the boundary between grains formed on copper (Cu) or iron (Fe) of the upper catalyst layer to reach the lower interface of the upper catalyst layer , Graphene is formed by the catalyst and heat. Of course, graphenes are also formed on the upper catalyst layer. After the heat treatment is completed, the substrate is cooled, and the upper and lower catalyst layers are dissolved in an acid solution containing hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, hydrogen peroxide, and combinations thereof, Leaving only the generated graphene at the bottom of the upper catalyst bed. Then, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are formed by a method such as sputtering, CVD, or thermal evaporation.
도 5는 본원의 일 구현예에 따른 게이트 및 그래핀층 하부에 게이트 지지 기둥이 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 측면도이다. 도 5의 자유지지형 그래핀 RF 소자는, 상기 도 3 및 도 4의 자유지지형 그래핀 RF 소자의 형성 과정에서, 트렌치가 단일 구조로 되어 있는 것을, 이중 구조로 형성하여, 상기 이중 구조의 가운데 부분에 그래핀과 맞닿는 기둥을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 도 3 및 도 4의 자유지지형 그래핀 RF 소자의 형성 과정과 동일하게 제조할 수 있다. 본원의 도 5에서 제시하는 개념에 따르면, 그래핀 층 상부에 게이트 전극의 형성시, 물리적 및 화학적 형성 과정, 예를 들어, 스퍼터링, CVD, PVD 등의 방법에 의해 그래핀 층이 손상되는 것을 그래핀 층 하부의 산화물 기둥으로 지지함에 의해, 방지할 목적으로 도입된 것이다.5 is a side view of a freestanding graphene RF device having gate support pillars formed below a gate and a graphene layer in accordance with an embodiment of the present invention. The free-support type graphene RF device of FIG. 5 has a double structure in which the trenches have a single structure in the process of forming the free-supporting graphene RF devices of FIGS. 3 and 4, 3 and 4, except that a column that abuts the graphene is formed at the center of the free graphene RF device. According to the concept shown in FIG. 5, when the gate electrode is formed on the graphene layer, the graphene layer is damaged by a physical and chemical formation process, for example, sputtering, CVD, PVD, And is supported by the oxide pillars under the pinned layer.
도 6은 본원의 일 구현예에 따른 그래핀이 그래핀 우물 내에서 형성되며, 게이트 및 그래핀층 하부에 게이트 지지 기둥이 형성된 자유지지형 그래핀 RF 소자의 측면도이다. 도 6의 자유지지형 그래핀 RF 소자의 형성은, 상기 도 3 내지 도 5의 자유지지형 그래핀 RF 소자의 형성 과정에서, 트렌치를 형성한 후에, 트렌치를 포함하는 영역의 상부에 성장시키고자 하는 그래핀 영역 만큼의 면적에 해당하도록 추가적인 그래핀 성장용 우물을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 도 3 내지 도 5의 자유지지형 그래핀 RF 소자의 형성과정과 동일하게 제조할 수 있다. 본원의 도 6에서 제시하는 개념에 따르면, 그래핀 성장용 우물은 그래핀 층 주위의 상부 또는 하부 촉매층의 산 용액을 통한 제거과정에서 일어날 가능성이 있는 그래핀 층이 기재로부터 이탈하는 것을 예방할 목적으로 도입된 것이다.FIG. 6 is a side view of a freestanding graphene RF device in which graphene is formed in a graphene well according to one embodiment of the present disclosure, and a gate support column is formed under the gate and the graphene layer. The formation of the freely supporting graphene RF device of FIG. 6 is performed in the process of forming the freestanding graphene RF device of FIGS. 3 to 5, after the trench is formed, to grow on top of the region including the trench 3 to 5, except that an additional graphene growth well is formed so as to correspond to the area of the graphene region of the free-graphene graphene RF device. According to the concept shown in FIG. 6 of the present application, the graphene growth well is formed for the purpose of preventing the graphene layer, which may possibly occur in the removal process of the upper or lower catalyst layer around the graphene layer, .
도 7은 본원의 일 구현예에 따른 플로팅법을 형성하는 과정을 나타낸 것이다. 상기 자유지지형 그래핀을 자기정렬(self-alignment)시키는 방법 중, 상기 플로팅법에 의한 그래핀 자기정렬을 하기에 제시한다. 먼저, 약 100 m 이상의 두께를 가지는 제 1 기재를 준비한다. 상기 제 1 기재 상에 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe) 등을 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법으로 그래핀 성장에 필요한 촉매층을 형성한다. 상기 촉매층은 수 내지 수백 nm, 수십 nm 이하일 수 있다. 이어서, 상기 과정이 수행된 기재를 전기로(electric furnace)에 넣고, 기체를 흘리며 열처리한다. 상기 기체는 불활성 기체, 예를 들어, 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 캐리어 가스와 탄화수소 기체, 예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 이산화탄소 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 그래핀 성장용 가스를 포함할 수 있으며, 추가적으로, 수소(H2)를 포함할 수 있다. 상기 열처리 과정시 온도는 약 200℃ 내지 약 1,000℃, 약 300℃ 내지 약 950℃, 또는 약 400℃ 내지 약 900℃일 수 있다. 상기 과정에 의해 기재 상의 촉매층 상에 형성된 그래핀을 물리적으로 박리시키고 물과 공기의 계면에 띄운다. 이어서, 물 아래에 제 2 기재를 준비하고, 상기 제 2 기재를 끌어올려, 상기 계면에 존재하는 그래핀을 상기 제 2 기재 상으로 옮긴다. 상기 제 2 기재는 소스 전극, 드레인 전극, 트렌치, 게이트 전극을 포함하는 패턴이 모두 형성된 기재일 수 있으며, 단순한 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 패턴이 모두 형성된 기재에 그래핀 층이 올려져 지지될 경우, 원하는 그래핀 영역 이외의 그래핀을 제거하는 추가적인 공정이 필요할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 에칭, 레이저 에칭, 화학적 에칭 등의 방법이 사용될 수 있다. 상기 제 2 기재에 어떠한 패턴도 형성되지 않은 경우, 그래핀이 상기 제 2 기재에 지지된 이후, 소스 전극, 드레인 전극, 트렌치, 게이트 전극을 형성하여 자유지지형 그래핀 RF 소자를 제조할 수 있다.7 illustrates a process of forming a floating method according to an embodiment of the present invention. Of the methods of self-alignment of the free-supporting graphenes, the graphene self-alignment by the floating method is shown below. First, a first substrate having a thickness of about 100 m or more is prepared. A catalyst layer necessary for graphene growth is formed on the first base material by sputtering, CVD, thermal evaporation or the like using nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), iron (Fe) The catalyst layer may be several to several hundred nanometers and several tens of nanometers or less. Subsequently, the substrate on which the above process is performed is placed in an electric furnace, and heat treatment is performed by flowing the gas. The gas may be a carrier gas selected from the group consisting of an inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), and combinations thereof and a hydrocarbon gas such as methane, ethane , Propane, carbon dioxide, and combinations thereof, and may further include hydrogen (H 2 ). The temperature during the heat treatment may be from about 200 캜 to about 1,000 캜, from about 300 캜 to about 950 캜, or from about 400 캜 to about 900 캜. By the above process, graphene formed on the catalyst layer on the substrate is physically peeled and floated on the interface between water and air. Subsequently, a second substrate is prepared under water, and the second substrate is pulled up to transfer the graphene present on the interface to the second substrate. The second substrate may be a substrate formed with all of the patterns including the source electrode, the drain electrode, the trench, and the gate electrode, and may be a simple silicon wafer. If a graphene layer is supported on a substrate having all of the patterns formed thereon, an additional process may be required to remove graphenes other than the desired graphene region. For example, methods such as plasma etching, laser etching, and chemical etching may be used. When no pattern is formed on the second substrate, a free-supporting graphene RF device can be manufactured by forming a source electrode, a drain electrode, a trench and a gate electrode after the graphene is supported on the second substrate .
도 8은 본원의 일 구현예에 따른 기계적 전사법을 형성하는 과정을 나타낸 것이다. 상기 자유지지형 그래핀을 자기정렬(self-alignment)시키는 방법 중, 상기 기계적 전사법에 의한 그래핀 자기정렬을 하기에 제시한다. 먼저, 약 100 m 이상의 두께를 가지는 제 1 기재를 준비한다. 상기 제 1 기재 상에 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe) 등을 스퍼터링, CVD, 열증착법 등의 방법으로 그래핀 성장에 필요한 촉매층을 형성한다. 상기 촉매층은 수 내지 수백 nm, 수십 nm 이하일 수 있다. 이어서, 상기 과정이 수행된 기재를 전기로(electric furnace)에 넣고, 기체를 흘리며 열처리한다. 상기 기체는 불활성 기체, 예를 들어, 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 캐리어 가스와 탄화수소 기체, 예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 이산화탄소 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 그래핀 성장용 가스를 포함할 수 있으며, 추가적으로, 수소(H2)를 포함할 수 있다. 상기 열처리 과정시 온도는 약 200℃ 내지 약 1,000℃, 약 300℃ 내지 약 950℃, 또는 약 400℃ 내지 약 900℃일 수 있다. 상기 과정에 의해 상기 제 1 기재 상의 상기 촉매층 상에 형성된 그래핀 상에 고분자 스탬프를 위치시켜, 상기 고분자 스탬프에 그래핀이 흡착되도록 하여, 상기 제 1 기재 상으로부터 그래핀을 제거한다. 상기 고분자 스탬프는 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리우레탄 (polyurethane)일 수 있다. 이어서, 상기 고분자 스탬프에 흡착된 그래핀을 제 2 기재 상으로 옮긴다. 상기 제 2 기재는 소스 전극, 드레인 전극, 트렌치, 게이트 전극을 포함하는 패턴이 모두 형성된 기재일 수 있으며, 단순한 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 패턴이 모두 형성된 기재에 그래핀 층이 올려져 지지될 경우, 원하는 그래핀 영역 이외의 그래핀을 제거하는 추가적인 공정이 필요할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 에칭, 레이저 에칭, 화학적 에칭 등의 방법이 사용될 수 있다. 상기 제 2 기재에 어떠한 패턴도 형성되지 않은 경우, 그래핀이 상기 제 2 기재에 지지된 이후, 소스 전극, 드레인 전극, 트렌치, 및 게이트 전극을 형성하여 자유지지형 그래핀 RF 소자를 제조할 수 있다.8 illustrates a process of forming a mechanical transfer method according to an embodiment of the present invention. Of the methods of self-aligning the free-graphen graphenes, graphene self-alignment by the mechanical transfer method is presented below. First, a first substrate having a thickness of about 100 m or more is prepared. A catalyst layer necessary for graphene growth is formed on the first base material by sputtering, CVD, thermal evaporation or the like using nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), iron (Fe) The catalyst layer may be several to several hundred nanometers and several tens of nanometers or less. Subsequently, the substrate on which the above process is performed is placed in an electric furnace, and heat treatment is performed by flowing the gas. The gas may be a carrier gas selected from the group consisting of an inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), and combinations thereof and a hydrocarbon gas such as methane, ethane , Propane, carbon dioxide, and combinations thereof, and may further include hydrogen (H 2 ). The temperature during the heat treatment may be from about 200 캜 to about 1,000 캜, from about 300 캜 to about 950 캜, or from about 400 캜 to about 900 캜. According to the above process, the polymer stamp is placed on the graphene formed on the catalyst layer on the first substrate, and the graphene is adsorbed on the polymer stamp, and the graphene is removed from the first substrate. The polymer stamp may be polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), or polyurethane. Subsequently, the graphene adsorbed on the polymer stamp is transferred onto the second substrate. The second substrate may be a substrate formed with all of the patterns including the source electrode, the drain electrode, the trench, and the gate electrode, and may be a simple silicon wafer. If a graphene layer is supported on a substrate having all of the patterns formed thereon, an additional process may be required to remove graphenes other than the desired graphene region. For example, methods such as plasma etching, laser etching, and chemical etching may be used. In the case where no pattern is formed on the second substrate, after the graphene is supported on the second substrate, a free supporting graphene RF device can be manufactured by forming a source electrode, a drain electrode, a trench, and a gate electrode have.
도 9는 본원의 일 구현예에 따른 통전 고정법을 형성하는 과정을 나타낸 것이다. 상기 자유지지형 그래핀을 자기정렬(self-alignment)시키는 방법 중, 상기 통전 고정법에 의한 그래핀 자기 정렬을 하기에 제시한다. 상기 그래핀은 당업계의 통상적인 제조 방법, 예를 들어, 임의의 기재 상에 CVD, PVD, PECVD, 스퍼터링, 열증착, 열처리법 등의 방법에 의해 형성된 그래핀을 물리적으로 벗겨내어 사용할 수 있고, Hummer's method 및 산 및 염기 처리에 의한 화학적 박리법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있으며, 초음파, 밀링, 스카치-테이프 박리, 초임계 유체에 의한 박리 등의 물리적 박리법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다. 상기 방법들에 의해 제조된 그래핀을 물 또는 유기용매를 포함하는 용액에 넣고, 초음파를 조사하여 그래핀 분산액을 수득한다. 상기 초음파를 조사하기 전, 계면활성제를 포함한 추가적인 분산제들을 투입할 수도 있다. 이어서, 상기 그래핀 분산액을 용기에 넣는다. 이어서, 소스 전극, 드레인 전극, 트렌치, 게이트 전극을 포함하는 패턴이 모두 형성된 기재를 제조한다. 상기 기재는 도 3 내지 도 4의 자유지지형 그래핀 RF 소자의 제조 과정 중 그래핀이 기재 상에 위치하지 않은 상태일 수 있다. 상기 기재의 소스 전극과 드레인 전극에 전선을 연결하고, 상기 기재를 분산액에 넣는다. 상기 전선은 전원과 스위치를 연결되어 있는 것이며, 스위치는 off되어 있는 상태이다. 이어서, 상기 스위치를 on시켜, 상기 기재 상의 소스 전극과 드레인 전극에 전원을 인가한다. 상기 과정에 의하여, 그래핀이 소스 전극과 드레인 전극 상에 자기정렬되며, 소스 전극과 드레인 전극에 연결된 상기 전선과 상기 그래핀 분산액을 제거하여 최종적으로 통전 고정법에 의해 자유지지형 그래핀 RF 소자를 완성할 수 있다.
FIG. 9 illustrates a process of forming an electrification fixing method according to an embodiment of the present invention. Of the methods of self-aligning the free-graphen graphene, graphene self-alignment by the current-clamping method is shown below. The graphene can be used by physically peeling off graphene formed by a conventional manufacturing method in the art, for example, by a method such as CVD, PVD, PECVD, sputtering, thermal vapor deposition, or heat treatment on any substrate , Hummer's method, and a chemical peeling method by an acid and a base treatment may be used, and those produced by a physical peeling method such as ultrasonic wave, milling, scotch tape peeling or peeling with supercritical fluid can be used . The graphenes prepared by the above methods are placed in a solution containing water or an organic solvent, and irradiated with ultrasonic waves to obtain a graphene dispersion. Additional dispersants, including surfactants, may be added prior to irradiating the ultrasonic waves. The graphene dispersion is then placed in a container. Subsequently, a substrate in which all the patterns including the source electrode, the drain electrode, the trench, and the gate electrode are formed is manufactured. The substrate may be in a state where the graphene is not located on the substrate during the fabrication of the freely supporting graphene RF device of Figs. 3-4. A wire is connected to the source electrode and the drain electrode of the substrate, and the substrate is placed in the dispersion. The electric wire is connected to a power source and a switch, and the switch is turned off. Subsequently, the switch is turned on to apply power to the source electrode and the drain electrode on the substrate. According to the above process, the graphene is self-aligned on the source electrode and the drain electrode, the wire connected to the source electrode and the drain electrode and the graphene dispersion are removed, and the free graphene RF device is finally Can be completed.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (23)
상기 자유지지형 그래핀 RF 소자는,
기재;
상기 기재 상에 형성된 트렌치;
상기 트렌치 상에 자유지지된 상기 그래핀; 및
상기 기재 또는 상기 자유지지된 그래핀의 상부 또는 하부에 형성된 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극을 포함하는 것이고,
상기 통전 고정법은,
상기 그래핀을 용액 상에 분산시켜 분산액을 수득하는 단계;
상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 및 상기 게이트 전극을 상기 기재 상에 형성하는 단계;
상기 분산액을 상기 기재 상의 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 및 상기 게이트 전극 중 둘 이상의 전극에 전류 및 전압을 인가하여 상기 그래핀을 고정시키는 단계; 및
상기 그래핀이 고정된 이후의 상기 분산액을 제거하여 상기 고정된 그래핀을 제외한 이물질들을 제거하는 단계
를 포함하는 것인,
자유지지형 그래핀 RF 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a freely supporting graphene RF device comprising self-aligning graphene by electrification, comprising:
The free-supporting graphene RF device comprises:
materials;
A trench formed on the substrate;
The graphenes being freely supported on the trenches; And
And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on the substrate or above or below the freely supported graphene,
In the electrification fixing method,
Dispersing the graphene in a solution to obtain a dispersion;
Forming the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode on the substrate;
Applying the current and voltage to the source electrode, the drain electrode, and two or more of the gate electrodes on the substrate to fix the graphene; And
Removing the dispersion liquid after the graphenes are fixed and removing foreign materials except the fixed graphene
≪ / RTI >
(JP) METHOD FOR MANUFACTURING FREE - SUPPRESSED GRAPHINE RF DEVICE.
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