KR102024133B1 - Method for manufacturing of electronic device based on 1-dimentional fiber using Carbonnanotube and electronic device thereof - Google Patents

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KR102024133B1
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Abstract

CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법 및 그 전자소자가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법은 1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여 CNT(Carbonnanotube) 박막을 형성하는 단계, 상기 CNT 박막에 자외선을 조사하여 복수의 제1형 채널을 패터닝하는 단계, 상기 복수의 제1형 채널중 적어도 하나에 제2형 도펀트를 도핑(doping)하여 제2형 채널로 변환하는 단계를 포함한다.Disclosed are a one-dimensional fiber-based electronic device manufacturing method using CNTs and an electronic device thereof. According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a 1D fiber-based electronic device using CNTs may include forming a CNT (Carbonnanotube) thin film by coating carbon nanotubes on a 1D fiber substrate, and irradiating ultraviolet rays to the CNT thin film. Patterning a first type of channel, and doping a second type dopant into at least one of the plurality of first type channels to convert to a second type channel.

Description

CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법 및 그 전자소자{Method for manufacturing of electronic device based on 1-dimentional fiber using Carbonnanotube and electronic device thereof}Method for manufacturing 1D fiber-based electronic device using CNT and electronic device based on 1-dimentional fiber using Carbonnanotube and electronic device

본 발명은 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법 및 그 전자소자에 관한 것으로, 특히 1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여 CNT(Carbonnanotube) 박막을 형성하고, 상기 CNT 박막에 자외선을 조사하여 복수의 제1형 채널을 패터닝하며, 복수의 제1형 채널중 적어도 하나에 제2형 도펀트를 도핑(doping)하여 제2형 채널로 변환하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법 및 그 전자소자에 관한 것이다. The present invention relates to a one-dimensional fiber-based electronic device manufacturing method using the CNT and to an electronic device, in particular, to form a carbon nanotube (CNT) thin film by coating carbon nanotubes on a one-dimensional fiber substrate, and to irradiate ultraviolet rays to the CNT thin film Method of manufacturing a one-dimensional fiber-based electronic device using a CNT patterning a plurality of first type channels to convert the second type dopant to at least one of the plurality of first type channels to a second type channel and It relates to the electronic device.

최근, Wearable 디바이스에 대한 관심이 커짐에 따라 전자섬유(e-textile)는 가벼운 무게, 착용감, 유연성으로 인해 이상적인 차세대 Wearable 소자의 플랫폼으로 주목을 받고 있다. 기존의 전자소자들과 비교하여 전자섬유는 섬유자체에 집적화 및 상호연결이 용이하며, 기능성 섬유를 직접 섬유에 weaving 할 수 있다. 현재까지 많은 연구 그룹들은 섬유기반 센서, 에너지 소자, 슈퍼캐패시터, 발광 다이오드, 트랜지스터 등을 개발함으로써 다양한 응용분야에서 전자섬유가 실현 가능하다는 것을 보여 주었다. 특히, 섬유기반 트랜지스터에 대한 연구에서는 진공증착 또는 용액공정을 이용한 유기물/무기물 기반 트랜지스터 및 회로를 2차원(2-Dimension) 섬유기판에 구현하는 연구 및 개발을 진행하였다. 하지만, 낮은 전기적 특성과 나쁜 안정성을 지닌 유기물과 휨, 굽힘 등의 기계적인 특성이 좋지 않은 무기물 소재 사용은 차세대 Wearable 소자에 쓰이기에는 아직까지 연구가 더 필요한 실정이다. 차세대 Wearable 소자에 쓰이기 위해서는 높은 전기적 특성, 동작 안정성, 섬유기판에 적용 가능한 소재가 필요하다. Recently, with increasing interest in wearable devices, e-textiles have attracted attention as a platform for next-generation wearable devices that are ideal for their light weight, fit and flexibility. Compared with conventional electronic devices, electronic fibers are easy to integrate and interconnect with the fibers themselves, and weaving functional fibers directly into the fibers. To date, many research groups have shown that fiber can be realized in a variety of applications by developing fiber-based sensors, energy devices, supercapacitors, light emitting diodes, and transistors. In particular, in the research on fiber-based transistors, research and development for implementing organic / inorganic-based transistors and circuits using a vacuum deposition or a solution process on a 2-dimensional fiber substrate are conducted. However, the use of organic materials with low electrical properties and poor stability, and inorganic materials with poor mechanical properties such as bending and bending, still require further research to be used in next-generation wearable devices. To be used in next-generation wearable devices, high electrical characteristics, operational stability, and materials applicable to fiber substrates are needed.

한편, 유기물 반도체는 유연성 및 저온공정 가능성의 특성 때문에 섬유기반 트랜지스터의 분야에 적용 및 연구가 되고 있다. 표면의 거칠기는 트랜지스터의 전기적 특성에 영향을 크게 주기 때문에 표면을 매끄럽게 해주는게 중요한 요소가 된다. 섬유기판의 경우, 섬유표면의 거칠기가 좋지 않기 때문에 소자를 구현 하는데 어려움이 있다. 최근의 연구에서는 섬유 기판에 wettability를 향상시키기 위해 특정한 폴리머를 코팅 후 폴리머 블랜딩 용액과 vertical phase separation을 이용하여 bendable 섬유기반 유기물 트랜지스터를 구현하였다. On the other hand, organic semiconductors have been applied and researched in the field of fiber-based transistors because of their flexibility and low temperature processability. Surface roughness greatly affects the electrical characteristics of the transistor, so smoothing the surface is an important factor. In the case of the fiber substrate, it is difficult to implement the device because the roughness of the fiber surface is not good. Recent studies have implemented bendable fiber-based organic transistors by coating specific polymers to improve wettability on fiber substrates and using polymer blending solutions and vertical phase separation.

그러나, 유기물 반도체를 이용한 섬유기반 트랜지스터로 차세대 wearable 소자로 구현하기 위해서는 낮은 전기적 특성 때문에 어려움이 있어, 대체 할 수 있는 소재개발이 필요하다. However, in order to realize a next-generation wearable device with a fiber-based transistor using an organic semiconductor, it is difficult because of low electrical characteristics, so it is necessary to develop a substitute material.

이에, 최근 무기물 반도체를 이용한 섬유기반 트랜지스터 연구는 진공증착 공정을 이용하여 우수한 전기적 특성를 가지는 소자 및 회로를 구현하였으나, 기계적인 stress에 취약하여 wearable 소자 응용에는 어려움이 있다. Therefore, in recent years, the fiber-based transistor research using inorganic semiconductors has implemented devices and circuits having excellent electrical characteristics by using a vacuum deposition process, but there is a difficulty in application of wearable devices due to the weakness of mechanical stress.

한편, 종래의 웨어러블 디바이스는 견고한 기판(유리, 실리콘 등)에 구현되어 왔으며, 우수한 전기적 특성을 보여왔으나, 매일 인체와 접촉하는 섬유 혹은 섬유소재에 직접 전자 디바이스를 집적화 및 상호연결 하기에는 어려움이 있고, 휘거나 굽혔을 경우 디바이스의 특성이 현저히 감소되거나 특성을 잃어버리는 문제점이 있다.Meanwhile, the conventional wearable device has been implemented on a rigid substrate (glass, silicon, etc.) and has shown excellent electrical properties, but it is difficult to integrate and interconnect electronic devices directly on fibers or textile materials that come into contact with the human body every day. When bent or bent, there is a problem in that the characteristics of the device are significantly reduced or lost.

또한, 대부분의 섬유기반 디바이스는 제조의 용이성 때문에 주로 2차원(2-Dimension) 섬유기판에 구현이 되어왔지만, 인체와의 호환성 및 불일치, 다양한 섬유재질 간의 상호 연결 등에 대한 어려움이 있다. In addition, most of the fiber-based devices have been implemented mainly on the two-dimensional (2-Dimension) fiber substrate because of the ease of manufacture, there is a difficulty in compatibility and inconsistency with the human body, interconnection between various fiber materials.

따라서, 1차원(1-Dimension) 섬유기반으로 전기적 및 기계적 특성이 우수하고, 안정성이 우수하며 제조가 용이한 전자소자의 개발이 요구되고 있다. Accordingly, there is a demand for the development of electronic devices having excellent electrical and mechanical properties, excellent stability, and easy manufacturing based on 1-dimensional fibers.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 "유기물 박막 패터닝 방법 및 이를 이용하여 제조된 소자, 트랜지스터"인 한국공개특허 제 2016-0062269호가 존재한다.In this regard, there is a Korean Patent Application Publication No. 2016-0062269 entitled "Organic Thin Film Patterning Method and Device and Transistor Fabricated Using the Same".

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 1차원(1-Dimension) 섬유기반으로 전기적 및 기계적 특성이 우수하고, 안정성이 우수하며 제조가 용이한 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법 및 그 전자소자를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is a one-dimensional (1-Dimension) fiber-based one-dimensional fiber-based electronic device manufacturing method using CNTs excellent electrical and mechanical properties, excellent stability and easy to manufacture and its electronic device To provide.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 1차원 섬유기판에 p-type과 n-type이 동시에 존재하는 트랜지스터를 제작하여 섬유기반 CMOS 회로를 구현할 수 있는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법 및 그 전자소자를 제공하는 것이다. Another technical problem to be solved by the present invention is a method of manufacturing a one-dimensional fiber-based electronic device using a CNT that can implement a fiber-based CMOS circuit by manufacturing a transistor in which a p-type and n-type simultaneously exist on the one-dimensional fiber substrate and It is to provide the electronic device.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법은, 1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여 CNT(Carbonnanotube) 박막을 형성하는 단계, 상기 CNT 박막에 자외선을 조사하여 복수의 제1형 채널을 패터닝하는 단계, 상기 복수의 제1형 채널중 적어도 하나에 제2형 도펀트를 도핑(doping)하여 제2형 채널로 변환하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a 1D fiber-based electronic device using CNTs, the method comprising: forming a CNT (Carbonnanotube) thin film by coating carbon nanotubes on a 1D fiber substrate; Patterning the plurality of first type channels by irradiating the CNT thin film with ultraviolet rays, and doping a second type dopant into at least one of the plurality of first type channels to convert the second type dopant into a second type channel. .

바람직하게는, 상기 1차원 섬유기판은 광섬유, 상기 광섬유상에 적층되어 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부에 증착되어 형성되는 게이트 절연체, 상기 게이트 절연체 상부에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함할 수 있다. Preferably, the one-dimensional fibrous substrate may include an optical fiber, a gate electrode stacked on the optical fiber, a gate insulator formed on the gate electrode, a source electrode and a drain electrode formed on the gate insulator. Can be.

바람직하게는, 상기 게이트 절연체의 표면에는 산소 플라즈마 처리에 의해 하이드록실기(hydroxyl group)가 형성되고, 상기 하이드록실기는 탄소나노튜브의 코팅율을 높일 수 있다. Preferably, a hydroxyl group is formed on the surface of the gate insulator by oxygen plasma treatment, and the hydroxyl group may increase the coating rate of the carbon nanotubes.

바람직하게는, 상기 CNT 박막을 형성하는 단계는, 릴-투-릴(reel-to-reel) 기반의 딥코팅(Dip coating)으로 상기 1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여, 상기 1차원 섬유기판을 끌어올리는(withdrawing) 방향으로 탄소나노튜브가 일정하게 배열되도록 할 수 있다. Preferably, the forming of the CNT thin film may include coating carbon nanotubes on the one-dimensional fiber substrate by using a reel-to-reel-based dip coating. The carbon nanotubes may be uniformly arranged in a direction of drawing the fiber substrate.

바람직하게는, 상기 CNT 박막을 형성하는 단계 이후, 상기 CNT 박막을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. Preferably, after the forming of the CNT thin film, the method may further include heat treating the CNT thin film.

바람직하게는, 상기 복수의 제1형 채널을 패터닝하는 단계는, 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 위치를 제외한 나머지 영역에 마스크를 얼라인하는 단계, 상기 마스크가 얼라인된 CNT 박막에 자외선을 조사하여, 상기 마스크 영역을 제1형 채널로 활성화시키고, 상기 마스크 영역의 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. Preferably, the patterning of the plurality of first type channels may include: aligning a mask in regions other than the positions of the source electrode and the drain electrode, and irradiating ultraviolet rays to the CNT thin film in which the mask is aligned. And activating the mask region as a first type channel, and removing impurities in the mask region.

바람직하게는, 상기 제1형 채널은 p형 채널이고, 상기 제2형 채널은 n형 채널이며, 상기 제2형 채널로 변환하는 단계는, 상기 복수의 제1형 채널 중에서 적어도 하나의 채널에 n형 도펀트를 인쇄하여 해당 채널을 n형 채널로 변환할 수 있다. Preferably, the first type channel is a p-type channel, the second type channel is an n-type channel, and the converting into the second type channel is performed by at least one channel of the plurality of first type channels. An n-type dopant can be printed to convert the channel into an n-type channel.

바람직하게는, 상기 제1형 채널은 p형 채널이고, 상기 제2형 채널은 n형 채널이며, 상기 제2형 채널로 변환하는 단계는, 상기 복수의 제1형 채널 중에서 적어도 하나를 보호층(passivation layer)으로 설정하는 단계, 상기 설정된 보호층 상에 PMMA(poly(methylmethacrylate)를 코팅하는 단계, 상기 PMMA가 코팅된 기판을 n형 도펀트에 딥 코팅하여 상기 PMMA가 코팅된 p형 채널을 제외한 나머지 채널을 n형 채널로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. Preferably, the first type channel is a p-type channel, the second type channel is an n-type channel, and the converting into the second type channel includes at least one protective layer among the plurality of first type channels. setting a passivation layer, coating poly (methylmethacrylate) on the set protective layer, dip coating the PMMA-coated substrate on an n-type dopant, except for the p-type channel coated with PMMA. Converting the remaining channels to n-type channels.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법에 의해 제조되는 p형 채널과 n형 채널이 동시에 존재하는 소자일 수 있다. One-dimensional fiber-based electronic device using a CNT according to another embodiment of the present invention for solving the technical problem is present at the same time p-type channel and n-type channel manufactured by the method of manufacturing a one-dimensional fiber-based electronic device using CNT It may be a device.

본 발명에 따르면, 1차원 섬유기판으로 광섬유를 사용하고, 그 광섬유 기판에 대면적 공정이 가능한 부분적 reel-to-reel 기반 딥 코팅으로 단일벽 카본나노튜브 (SWCNT)를 코팅하여 패터닝함으로써, 전기적 및 기계적 특성이 우수하고, 안정성이 우수하며 제조가 용이한 트랜지스터를 제조할 수 있다. According to the present invention, by using an optical fiber as a one-dimensional fiber substrate, by coating and patterning single-walled carbon nanotubes (SWCNT) with a partial reel-to-reel-based dip coating capable of large-area processing on the optical fiber substrate, A transistor having excellent mechanical properties, excellent stability, and easy manufacturing can be manufactured.

또한, 본 발명에 따르면, 선택적 n-도핑 공정으로 단일벽 카본나노튜브를 p-type에서 n-type으로 컨트롤하여 1차원 섬유기판에 p-type과 n-type이 동시에 존재하는 섬유기반 CMOS 회로를 구현할 수 있고, 이 CMOS 회로를 통해 다양한 전자섬유 시스템을 구현할 수 있다. In addition, according to the present invention, by controlling the single-walled carbon nanotubes from p-type to n-type in a selective n-doping process, a fiber-based CMOS circuit in which p-type and n-type exist simultaneously on a one-dimensional fiber substrate It is possible to implement various CMOS systems through this CMOS circuit.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 섬유 기판의 단면을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 기판에 형성된 SWCNT 트랜지스터를 FE-SEM 및 TEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴-투-릴 기반으로 1차원 섬유 기반 CMOS 회로를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 코팅과 immersing 코팅을 비교하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SWCNT 트랜지스터의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 p형 채널이 패터닝된 SWCNT 트랜지스터에서 일부 p형 채널을 n형 도핑하여 형성된 n형 SWCNT 트랜지스터의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴 공정으로 형성된 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 CMOS 소자의 특성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a 1-dimensional fiber-based electronic device using CNTs according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view for explaining a method of manufacturing a 1-D fiber-based electronic device using CNTs according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view showing a cross section of a one-dimensional fiber substrate according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating FE-SEM and TEM images of a SWCNT transistor formed on an optical fiber substrate according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of manufacturing a one-dimensional fiber-based CMOS circuit based on the reel-to-reel according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram comparing a dip coating and an immersing coating according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the characteristics of the SWCNT transistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of an n-type SWCNT transistor formed by n-type doping of some p-type channels in a p-channel patterned SWCNT transistor according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining the characteristics of the one-dimensional fiber-based CMOS device using the CNT formed by the reel process according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조 방법을 설명하기 위한 순서도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조 방법을 설명하기 위한 예시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 섬유 기판의 단면을 나타낸 예시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 기판에 형성된 SWCNT 트랜지스터를 FE-SEM 및 TEM 이미지를 나타낸 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a 1D fiber-based electronic device using CNTs according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a method of manufacturing a 1D fiber-based electronic device using CNTs according to an embodiment of the present invention. 3 is an exemplary view showing a cross section of a one-dimensional fiber substrate according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a FE-SEM SWCNT transistor formed on the optical fiber substrate according to an embodiment of the present invention And a TEM image.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조 방법은, 1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여 CNT 박막을 형성하는 단계(S110), CNT 박막에 자외선을 조사하여 복수의 제1형 채널을 패터닝하는 단계(S120), 복수의 제1형 채널중 적어도 하나에 제2형 도펀트를 도핑(doping)하여 제2형 채널로 변환하는 단계(S130)을 포함한다. 여기서, 제1형은 p형 또는 n형일 수 있고, 제2형은 제1형이 p형인 경우 n형, 제1형이 n형인 경우 p형일 수 있다.Referring to FIG. 1, in the method of manufacturing a 1D fiber-based electronic device using CNTs according to an embodiment of the present invention, forming a CNT thin film by coating carbon nanotubes on a 1D fiber substrate (S110), CNT thin film Patterning the plurality of first type channels by irradiating ultraviolet rays (S120), and converting the second type dopant into at least one of the plurality of first type channels to convert to a second type channel (S130). It includes. Here, the first type may be p type or n type, and the second type may be n type when the first type is p type, and p type when the first type is n type.

이하, 상술한 전자소자 제조 방법의 각 단계를 상세히 설명하되, 설명의 편의를 위해 제1형은 p형, 제2형은 n형으로 칭하여 설명하기로 한다. Hereinafter, each step of the above-described method for manufacturing an electronic device will be described in detail, but for convenience of description, the first type will be described as p-type and the second type will be referred to as n-type.

단계 S110은 1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여 CNT 박막을 형성한다. 여기서, 1차원 섬유는 광섬유일 수 있고, 1차원 섬유기판은 광섬유상에 형성된 게이트 전극, 게이트 전극의 상부에 증착되어 형성되는 게이트 절연체, 게이트 절연체 상부에 형성되는 소스/드레인 전극이 형성된 기판일 수 있다. 1차원 섬유기판은 광섬유에 기초한 기판으로, 도 2에 도시된 바와 같이 원통형일 수 있다. Step S110 forms a CNT thin film by coating carbon nanotubes on the one-dimensional fiber substrate. Here, the one-dimensional fiber may be an optical fiber, and the one-dimensional fiber substrate may be a gate electrode formed on the optical fiber, a gate insulator formed by being deposited on the gate electrode, and a substrate having a source / drain electrode formed on the gate insulator. have. The one-dimensional fiber substrate is a substrate based on an optical fiber, and may be cylindrical as shown in FIG. 2.

상술한 바와 같이 1차원 섬유 기판은 원통형이나, 설명의 편의를 위해 도 3에 도시된 단면을 참조하여 설명하기로 한다. 1차원 섬유 기판(100)은 1차원 섬유로 광섬유(110)가 이용되고, 일정 지름(예컨대, 125um)을 가질 수 있다. 광섬유는 금속 또는 폴리머 섬유에 비해 상대적으로 매끄러운 표면을 가지고, 이로 인해 균일하고 결함이 없는 필름을 얻는데 유리하기 때문에 1차원 섬유로 광섬유(110)가 이용될 수 있다. As described above, the one-dimensional fiber substrate is cylindrical, but will be described with reference to the cross section shown in FIG. 3 for convenience of description. The one-dimensional fiber substrate 100 may use the optical fiber 110 as a one-dimensional fiber, and may have a predetermined diameter (eg, 125 μm). The optical fiber 110 can be used as a one-dimensional fiber because the optical fiber has a relatively smooth surface compared to metal or polymer fibers, which is advantageous for obtaining a uniform and defect free film.

광섬유(110)가 준비되면, 그 광섬유(110)를 아세톤(acetone), IPA(이소프로필 알코올), D.I water 순으로 세척(cleaning)한다. 이러한 세척에 의해 광섬유(110)에 포함된 불순물을 제거할 수 있다. 그런 후, 세척된 광섬유 (110)상에 RF-sputtering 등의 진공증착을 수행하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 여기서는 게이트 전극(120)으로 크롬(Cr)을 예시하였으나, 은, 탄탈륨, 티타늄, 구리, 알루미늄, 몰리브데늄, 텅스텐, 니켈, 팔라듐, 백금 등의 금속 외에 ITO, IZO, ZTO 등의 금속 산화물 등으로 형성될 수 있다. 게이트 전극은 일정 두게, 예컨대, 80nm의 두께로 형성될 수 있다. When the optical fiber 110 is prepared, the optical fiber 110 is cleaned in the order of acetone, IPA (isopropyl alcohol), and D.I water. Such cleaning may remove impurities contained in the optical fiber 110. Thereafter, vacuum deposition such as RF-sputtering is performed on the cleaned optical fiber 110 to form the gate electrode 120. Although chromium (Cr) is exemplified as the gate electrode 120 here, metal oxides such as ITO, IZO, and ZTO, in addition to metals such as silver, tantalum, titanium, copper, aluminum, molybdenum, tungsten, nickel, palladium, and platinum It can be formed as. The gate electrode may be formed to be constant, for example, a thickness of 80 nm.

게이트 전극(120)이 형성되면, 게이트 전극(120)의 상부에 ALD(atomic-layer-deposition) 시스템을 사용하여 게이트 절연체(130)를 증착할 수 있다. 이때, 150 ℃의 ALD(atomic-layer-deposition) 시스템을 사용하여 Al2O3를 게이트 절연체(130)로 증착할 수 있다. 여기서는 게이트 절연체(130)로 Al2O3를 예시하였으나, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 알루미늄 산화막, 탄탈륨 산화막 등의 산화막과 폴리비닐페놀 (Polyvinyl phenol), 폴리비닐 알콜 (Polyvinyl alcohol), 폴리이미드 (Polyimide) 등의 유기물, 또는 산화막과 유기물의 혼합 물질, 또는 적층 구조 등으로 형성될 수 있다. 게이트 절연체(130)는 구조적 유연성 및 합리적인 절연 특성을 보장하기 위해 일정 두께로 형성되나, 바람직하게는 30nm로 형성될 수 있다. When the gate electrode 120 is formed, the gate insulator 130 may be deposited on the gate electrode 120 using an atomic-layer-deposition (ALD) system. In this case, Al 2 O 3 may be deposited on the gate insulator 130 using an atomic-layer-deposition (ALD) system at 150 ° C. Although Al 2 O 3 is exemplified as the gate insulator 130, oxide films such as silicon oxide film, silicon nitride film, aluminum oxide film, and tantalum oxide film, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, and polyimide Organic materials, or a mixed material of an oxide film and an organic material, or a laminated structure. The gate insulator 130 is formed to have a predetermined thickness to ensure structural flexibility and reasonable insulating properties, but may be preferably formed to 30 nm.

게이트 절연체(130)가 형성되면, 게이트 절연체(130)에 산소 플라즈마 처리를 수행하여, 절연체 표면에 하이드록실기(hydroxyl group)를 형성할 수 있다. 하이드록실기는 게이트 절연체 표면의 표면장력을 낮춤으로써 기판에 단일벽 탄소나노튜브가 잘 코팅이 되도록 한다. When the gate insulator 130 is formed, oxygen plasma treatment may be performed on the gate insulator 130 to form hydroxyl groups on the surface of the insulator. The hydroxyl group lowers the surface tension of the gate insulator surface so that the single-walled carbon nanotubes are well coated on the substrate.

게이트 절연체(130) 형성 후 또는 하이드록실기 형성 후, 게이트 절연체 상에 드레인 전극 및 소스 전극(140)을 열 증착으로 증착할 수 있다. 이때, 드레인 전극과 소스 전극(140)은 일정 거리를 갖고 배치될 수 있다. 여기서는 드레인 전극 및 소스 전극(140)을 금(Au)으로 예시하였으나, 금 이외에도 은, 크롬, 칼슘, 바륨, 탄탈륨, 티타늄, 구리, 알루미늄, 몰리브데늄, 텅스텐, 니켈, 팔라듐, 백금 등의 금속 외에 ITO, IZO, ZTO 등의 금속 산화물, 전도성 고분자 등으로 형성될 수 있다. After forming the gate insulator 130 or after forming the hydroxyl group, the drain electrode and the source electrode 140 may be deposited on the gate insulator by thermal evaporation. In this case, the drain electrode and the source electrode 140 may be disposed at a predetermined distance. Although the drain electrode and the source electrode 140 are illustrated as gold (Au), metals such as silver, chromium, calcium, barium, tantalum, titanium, copper, aluminum, molybdenum, tungsten, nickel, palladium, platinum, etc. In addition, it may be formed of a metal oxide such as ITO, IZO, ZTO, or a conductive polymer.

한편, 단일벽 탄소나노튜브가 잘 코팅되도록 하는 산소 플라즈마 처리는 게이트 절연체 형성 후 또는 드레인 전극 및 소스 전극 형성 후에 수행될 수 있다. On the other hand, the oxygen plasma treatment for coating the single-walled carbon nanotubes well may be performed after the gate insulator is formed or after the drain electrode and the source electrode are formed.

게이트 절연체(130) 상에 드레인 전극 및 소스 전극(140)이 증착된 1차 섬유기판(100)은 도 2에 도시된 B와 같은 형태일 수 있다. 이러한 1차 섬유기판(100)이 준비되면, 딥코팅(Dip coating)으로 1차원 섬유기판(100)에 탄소나노튜브(CNT)를 코팅할 수 있다. 여기서, 탄소나노튜브는 우수한 기계적 및 전기적 특성을 가지고 있으며, 본 발명은 1차원 섬유의 표면에 이러한 탄소나노튜브를 코팅하기 위한 것이다. 본 발명에 사용할 수 있는 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 단일벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있다. 따라서, 이하에서는 단일벽 탄소나노튜브(이하 'SWCNT'라 칭함)를 사용하는 경우로 설명하기로 한다. The primary fiber substrate 100 on which the drain electrode and the source electrode 140 are deposited on the gate insulator 130 may have a shape as shown in FIG. 2. When the primary fiber substrate 100 is prepared, carbon nanotubes (CNTs) may be coated on the one-dimensional fiber substrate 100 by dip coating. Here, the carbon nanotubes have excellent mechanical and electrical properties, and the present invention is for coating such carbon nanotubes on the surface of one-dimensional fibers. Carbon nanotubes that can be used in the present invention may be used single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes, preferably may be used single-walled carbon nanotubes. Therefore, hereinafter, it will be described as a case of using a single-walled carbon nanotubes (hereinafter referred to as "SWCNT").

한편, 딥코팅(Dip coating)으로 1차원 섬유기판(100)에 SWCNT를 코팅함으로써, SWCNT가 코팅 방향(즉, 1차원 섬유기판을 끌어올리는(withdrawing) 방향)으로 잘 배열되도록 할 수 있다. 이때, SWCNT가 코팅 방향으로 잘 배열되도록 하기 위해 릴-투-릴(reel-to-reel) 기반의 딥코팅을 수행할 수 있다. 릴-투-릴 기반의 딥 코팅 방법은 수직으로 올려지는 공정이 자동으로 이루어지고, 이로 인해 올려지는 방향으로 배향된 SWCNT를 얻을 수 있다. 즉, 릴-투-릴 기반으로 딥 코팅을 수행하면, SWCNT 용액에 담긴 1차원 섬유기판을 일정한 속도로 끌어올릴 수 있고, 이로 인해 SWCNT가 올려지는 방향(즉, 중력 반대방향)으로 일정하게 코팅될 수 있다. 이를 통해 SWCNT를 전하 이동 방향과 평행하게 정렬시킬 수 있고, SWCNT 기반의 트랜지스터에서 SWCNT를 전하 이동 방향과 평행하게 정렬하는 것은 이방성 전하 이동 특성을 갖는 유기 트랜지스터와 마찬가지로 높은 컨덕턴스를 달성하는데 효과적이다. On the other hand, by coating the SWCNT on the one-dimensional fiber substrate 100 by dip coating, the SWCNT can be arranged well in the coating direction (that is, the direction of withdrawing the one-dimensional fiber substrate). At this time, reel-to-reel-based dip coating may be performed to ensure that the SWCNTs are well arranged in the coating direction. The reel-to-reel based dip coating method is a vertically lifting process automatically, thereby obtaining SWCNT oriented in the raising direction. In other words, when the dip coating is performed on a reel-to-reel basis, the one-dimensional fiber substrate contained in the SWCNT solution can be pulled up at a constant speed, thereby uniformly coating in the direction in which the SWCNT is raised (ie, opposite to gravity). Can be. This allows the SWCNT to be aligned parallel to the charge transfer direction, and in SWCNT-based transistors, the SWCNT to be aligned parallel to the charge transfer direction is effective to achieve high conductance as in organic transistors having anisotropic charge transfer characteristics.

상술한 바와 같이 1차원 섬유기판(110)에 SWCNT가 코팅되면, 도 2에 도시된 C와 같이 SWCNT 박막(150)이 형성되고, SWCNT 박막(150)은 전기적으로 도체나 반도체 특성을 가진다. 이로 인해, SWCNT 박막(150)은 전류를 전달하거나 전류의 양을 조절할 수 있는 특성을 가진다. 또한, SWCNT 박막(150)을 형성하는데 다양한 물질이 혼합될 수 있는 바, SWCNT 박막(150)은 광특성, 자기적 특성 및 기타 여러 기능적인 특성을 가진 박막을 포함할 수도 있다.As described above, when the SWCNT is coated on the one-dimensional fiber substrate 110, as illustrated in FIG. 2, the SWCNT thin film 150 is formed, and the SWCNT thin film 150 has electrical or semiconductor characteristics. For this reason, the SWCNT thin film 150 has a property of transmitting current or adjusting the amount of current. In addition, various materials may be mixed to form the SWCNT thin film 150, and the SWCNT thin film 150 may include a thin film having optical properties, magnetic properties, and various other functional properties.

한편, SWCNT 박막(150)이 형성되면, SWCNT 박막(150)에 열처리를 수행할 수 있다. 열처리는 SWCNT 박막(150)의 균일도를 향상시키고, 두께를 균일하게 유지하게 할 수 있다. 이때, 열처리는 20 내지 200℃(상온 포함)에서 1 내지 60분간하는 것이 바람직하다.Meanwhile, when the SWCNT thin film 150 is formed, heat treatment may be performed on the SWCNT thin film 150. The heat treatment may improve the uniformity of the SWCNT thin film 150 and keep the thickness uniform. At this time, the heat treatment is preferably carried out for 1 to 60 minutes at 20 to 200 ℃ (including room temperature).

단계 S120는 SWCNT 박막(150)에 자외선을 조사하여 복수의 채널을 패터닝한다. 즉, 도 2에 도시된 D와 같이 SWCNT 박막(150)의 소스/드레인 전극의 위치를 제외한 나머지 영역에 마스크를 얼라인하고, 불황성 가스 분위기하에서 자외선을 조사하여 채널을 패터닝한다. 이때 패터닝된 채널은 p형 채널일 수 있다. 불활성 가스 분위기(예컨대, 질소 분위기, 아르곤 분위기, 또는 헬륨 분위기 등)는 별도로 진공 프로세스를 진행하지 않는 대기 상태에서 SWCNT 박막(150)에 불활성 가스가 유입된다.In operation S120, the SWCNT thin film 150 is irradiated with ultraviolet rays to pattern a plurality of channels. That is, as shown in FIG. 2, the mask is aligned to the remaining regions except for the position of the source / drain electrodes of the SWCNT thin film 150, and the channel is patterned by irradiating ultraviolet rays in an inert gas atmosphere. In this case, the patterned channel may be a p-type channel. Inert gas is introduced into the SWCNT thin film 150 in an inert gas atmosphere (eg, a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, or a helium atmosphere) in an atmospheric state in which a vacuum process is not separately performed.

마스크는 SWCNT 박막(150)상에 반도체 특성이 필요한 비노광 영역(활성 채널 영역)과 반도체 특성이 필요치 않은 노광 영역(비활성 영역)을 설정하기 위한 공정이다. 따라서, 마스크는 메탈 물질로, 자외선 또는 극자외선을 투과시키지 않는 물질로 구성될 수 있다. 마스크 얼라인 공정은 현미경이나 기타 보조 도구를 이용하여 마스크와 전극 또는 소자 배열을 확인한 후 마스크를 얼라인할 수 있다. The mask is a process for setting the non-exposure region (active channel region) that requires semiconductor characteristics and the exposure region (inactive region) that does not require semiconductor characteristics on the SWCNT thin film 150. Therefore, the mask may be made of a metal material and a material that does not transmit ultraviolet rays or extreme ultraviolet rays. The mask alignment process may use a microscope or other aids to verify the mask and the electrode or device arrangement and then align the mask.

물론, 마스크 얼라인 공정은 사람이 눈으로 박막 트랜지스터상의 전극 또는 소자 배열을 확인한 후 마스크를 정밀하게 설정하여 노광 영역을 설정할 수도 있다. 마스크는 필름이나 새도우 마스크 형태로 구현될 수도 있음은 당연하다. 상기와 같은 마스크 얼라인 공정이 완료되면, 자외선 또는 극자외선을 SWCNT 박막(150)에 조사한다. SWCNT 박막(150)에 자외선 또는 극자외선을 조사하면, 마스크에 의해 설정된 노광 영역에만 자외선 또는 극자외선이 투과되고, 마스크에 의해 가려진 비노광 영역에는 자외선 또는 극자외선이 투과되지 않는다. Of course, in the mask alignment process, the exposure area may be set by precisely setting the mask after a human eye confirms the electrode or device arrangement on the thin film transistor. Naturally, the mask may be implemented in the form of a film or shadow mask. When the mask alignment process as described above is completed, ultraviolet or extreme ultraviolet rays are irradiated onto the SWCNT thin film 150. When the SWCNT thin film 150 is irradiated with ultraviolet rays or extreme ultraviolet rays, ultraviolet rays or extreme ultraviolet rays are transmitted only to the exposure area set by the mask, and ultraviolet rays or extreme ultraviolet rays are not transmitted to the non-exposed areas covered by the mask.

이로 인해, 마스크에 가려진 비노광 영역에 일치하는 SWCNT 박막(150)의 영역에는 자외선 또는 극자외선이 조사되지 않으며, 마스크가 가려지지 않은 노광 영역에 일치하는 SWCNT 박막(150)의 영역에는 자외선 또는 극자외선이 조사되어 SWCNT 박막(150)에 존재하는 분자간의 일정한 배열과 화학적 결합이 완전히 제거되거나 부분적으로 파괴되어 반도체 특성이 사라지게 된다. As a result, no ultraviolet rays or extreme ultraviolet rays are irradiated to the areas of the SWCNT thin film 150 that correspond to the non-exposed areas covered by the mask, and no ultraviolet rays or extremes are applied to the areas of the SWCNT thin film 150 that correspond to the exposed areas where the mask is not covered. Ultraviolet rays are irradiated to completely remove or partially destroy certain arrays and chemical bonds between the molecules present in the SWCNT thin film 150, thereby disappearing semiconductor characteristics.

한편, 비노광 영역에 조사된 극자외선은 비노광 영역에 일치하는 SWCNT 박막(150)에 존재하는 불순물을 제거할 수 있다. 즉, 활성 채널 영역은 마스크에 의해 보호되지만 일부 극좌외선 광은 산란에 의해 광섬유와 마스크 사이의 에어 갭으로 침투하여, 불순물인 rr-P3DDT 분자를 부분적으로 분해할 수 있다. 1차원 섬유 기판에 SWCNT 코팅 시 사용되는 SWCNT 용액은 SWCNT와 P3DDT을 톨루엔에 현탁시킨 용액으로, SWCNT 코팅 시 SWCNT외 다양한 불순물이 코팅될 수 있다. 이러한 불순물을 극자외선이 제거할 수 있다. Meanwhile, the extreme ultraviolet rays irradiated to the non-exposed areas may remove impurities present in the SWCNT thin film 150 that matches the non-exposed areas. That is, although the active channel region is protected by the mask, some extreme left-ultraviolet light may penetrate into the air gap between the optical fiber and the mask by scattering, thereby partially decomposing the rr-P3DDT molecules as impurities. The SWCNT solution used for SWCNT coating on a one-dimensional fiber substrate is a solution in which SWCNT and P3DDT are suspended in toluene, and various impurities other than SWCNT may be coated during SWCNT coating. Extreme impurities can be removed by such impurities.

자외선 또는 극자외선의 광원은 저압 수은 램프(LPML), UV-LED, Hg, D2, Ar2, Kr2, Xe2, XeCl, KrF, KrCl, F2 등과 같은 램프를 이용하여 조사될 수 있다. 또한, 자외선 또는 극자외선의 온도는 5 ~ 300도 이내일 수 있다. 또한, 자외선 또는 극자외선의 광원은 185nm 또는 254nm의 파장을 가지고, 광원의 강도는 25~28mWcm-2일 수 있다. 파장이 185nm보다 짧을 경우에는 자외선에 의해 SWCNT 박막(150)이 파괴되는 문제가 있으며, 파장이 254nm보다 긴 경우에는 산화물 형성을 위한 충분한 에너지가 공급되지 못하는 문제가 있다.Ultraviolet or extreme ultraviolet light sources can be irradiated using low pressure mercury lamps (LPML), UV-LEDs, Hg, D2, Ar2, Kr2, Xe2, XeCl, KrF, KrCl, F2, and the like. In addition, the temperature of the ultraviolet or extreme ultraviolet rays may be within 5 to 300 degrees. In addition, the ultraviolet or extreme ultraviolet light source has a wavelength of 185 nm or 254 nm, the intensity of the light source may be 25 ~ 28mWcm -2 . If the wavelength is shorter than 185 nm, there is a problem that the SWCNT thin film 150 is destroyed by ultraviolet rays, and if the wavelength is longer than 254 nm, there is a problem that sufficient energy for oxide formation is not supplied.

상술한 바와 같이, SWCNT 박막(150)의 소스/드레인 전극의 위치를 제외한 나머지 영역에 마스크를 얼라인하고, 마스크가 얼라인된 SWCNT 박막(150)에 극자외선을 조사하면, 노광영역은 전기적으로 비활성되고, 비노광 영역(마스크 영역)은 p형 채널로 활성화된다. 그러면, p형 채널이 형성된 SWCNT 트랜지스터(즉, P형 트랜지스터)가 구현된다. 이렇게 구현된 SWCNT 트랜지스터는 도 4와 같은 단면 전계 방출 전자 현미경(FE-SEM) 및 투과 전자 현미경(TEM) 이미지를 보여준다. 도 4를 참조하면, Cr 게이트 전극, Al2O3 게이트 절연체 및 SWCNT 채널의 균일한 막이 광섬유 기판 상에 형성됨을 알 수 있다. 이때, Al2O3 게이트 절연체의 두께는 구조적 유연성 및 합리적인 절연 특성을 보장하기 위해 약 30nm로 설정될 수 있다. As described above, when the mask is aligned to the remaining areas except for the position of the source / drain electrodes of the SWCNT thin film 150 and the ultraviolet rays are irradiated to the SWCNT thin film 150 in which the mask is aligned, the exposure area is electrically Inactive, the non-exposed areas (mask areas) are activated with p-type channels. Then, a SWCNT transistor (that is, a P-type transistor) having a p-type channel is implemented. The SWCNT transistor thus implemented shows a cross-sectional field emission electron microscope (FE-SEM) and transmission electron microscope (TEM) images as shown in FIG. Referring to FIG. 4, it can be seen that a uniform film of the Cr gate electrode, the Al 2 O 3 gate insulator, and the SWCNT channel are formed on the optical fiber substrate. At this time, the thickness of the Al 2 O 3 gate insulator may be set to about 30nm to ensure structural flexibility and reasonable insulating properties.

한편, SWCNT 트랜지스터를 사용하는 CMOS 회로를 구현하기 위해서는 특정 채널 영역을 n형 채널로 변환해야 한다. Meanwhile, in order to implement a CMOS circuit using a SWCNT transistor, a specific channel region must be converted to an n-type channel.

이에, 단계 S130는 복수의 채널중 적어도 하나에 n형 도펀트를 도핑하여 해당 p형 채널을 n형 채널로 변환한다. 이때, n형 도펀트는 예컨대, N-DMBI(4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1 H -benzoimidazol-2-yl)phenyl)dimethylamine)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. N-DMBI는 DMBI(0.5wt%)를 메탄올에 용해시키고, 실온에서 30분 동안 교반하여 제조된 용액일 수 있다. Accordingly, step S130 converts the corresponding p-type channel into an n-type channel by doping an n-type dopant to at least one of the plurality of channels. In this case, the n-type dopant may be, for example, N-DMBI (4- (1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1 H -benzoimidazol-2-yl) phenyl) dimethylamine), but is not limited thereto. N-DMBI may be a solution prepared by dissolving DMBI (0.5 wt%) in methanol and stirring at room temperature for 30 minutes.

n형 도펀트를 도핑하는 방법으로, 인쇄 방법, 딥 코팅 방법 등을 이용할 수 있다. As a method of doping an n-type dopant, a printing method, a dip coating method, etc. can be used.

먼저, 인쇄방법을 이용하여 n형 도펀트를 도핑하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 이 경우, 복수의 P형 채널 중에서 적어도 하나의 채널에 n형 도펀트를 인쇄하여 해당 채널을 n형 채널로 변환한다. 그러면, p형 채널과 n형 채널이 동시에 존재하는 CMOS 회로를 구현할 수 있다. 이때, 복수의 p형 채널중에서 p형 채널로 유지하고자 하는 채널상에 보호층(passivation layer, PVP) 역할을 하는 poly(methyl methacrylate)(PMMA)를 코팅한 후, 나머지 채널에 n형 도펀트를 인쇄하여 해당 채널을 n형 채널로 변환할 수도 있다. 여기서, 인쇄방법은 그라비아(Gravure)인쇄, 잉크젯(Inkjet)인쇄, 옵셋(Offset)인쇄 또는 플렉소(Flexo)인쇄 공정 등을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 p형 채널중에서 p형 채널로 유지하고자 하는 채널상에 보호층(passivation layer) 역할을 하는 poly(methyl methacrylate)(PMMA)를 코팅한다.First, a method of doping an n-type dopant using a printing method will be described. In this case, an n-type dopant is printed on at least one of the plurality of P-type channels to convert the channel into an n-type channel. As a result, a CMOS circuit in which the p-type channel and the n-type channel exist simultaneously may be implemented. At this time, a poly (methyl methacrylate) (PMMA) acting as a passivation layer (PVP) is coated on a channel to be maintained as a p-type channel among a plurality of p-type channels, and then n-type dopants are printed on the remaining channels. The channel can also be converted to an n-type channel. Here, the printing method may include gravure printing, inkjet printing, offset printing, or flexo printing. In this case, poly (methyl methacrylate) (PMMA) serving as a passivation layer is coated on a channel to be maintained as a p-type channel among a plurality of p-type channels.

다음으로, 딥 코팅 방법을 이용하여 n형 도펀트를 도핑하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 이 경우, 복수의 p형 채널중에서 p형 채널로 유지하고자 하는 채널상에 보호층(passivation layer) 역할을 하는 poly(methyl methacrylate)(PMMA)를 코팅한다. 즉, n-도핑 공정 동안 p형 반도체 특성의 혼란을 막기 위해 보호층을 선택적 p형 채널 위에 코팅하여 원래의 SWCNT 반도체 특성을 유지하면서 N-DMBI 용액의 침투를 방지할 수 있다. 이때, 인쇄방법, 딥코팅 방법 등을 이용하여 PMMA를 코팅할 수 있고, 딥 코팅하는 경우, 릴-투-릴 기반으로 딥 코팅을 수행하며, 중합체 용액에 일정 시간(예컨대, 1분) 동안 담근 후 일정 속도(예컨대, 3.57mms-1)로 끌어올릴 수 있다. 여기서는 보호층에 PMMA를 코팅한 것으로 설명하였으나, PVP(polyvinylpyrrolidone)와 폴리(melamine-coformaldehyde) 메틸화(가교제)를 PGME(propylene glycol monomethyl ether acetate)에 용해시킨 중합체 용액을 코팅할 수도 있다. 이때, PVP와 폴리메틸화는 2 : 1의 중량비일 수 있고, 중합체 용액은 PGME에 용해시킨 중합체 용액을 일정 온도(예컨대, 75 ℃)에서 일정시간(예컨대 1시간) 동안 교반하여 생성된 용액일 수 있다. Next, a method of doping the n-type dopant using the dip coating method will be described. In this case, poly (methyl methacrylate) (PMMA) serving as a passivation layer is coated on a channel to be maintained as a p-type channel among a plurality of p-type channels. That is, the protective layer may be coated over the selective p-type channel to prevent the intrusion of the N-DMBI solution while maintaining the original SWCNT semiconductor properties to prevent confusion of the p-type semiconductor properties during the n-doping process. At this time, PMMA can be coated using a printing method, a dip coating method, or the like, and when dip coating, dip coating is performed on a reel-to-reel basis and soaked in the polymer solution for a predetermined time (for example, 1 minute). Then may be pulled up at a constant speed (eg, 3.57 mms −1 ). Here, the protective layer is coated with PMMA, but a polymer solution obtained by dissolving polyvinylpyrrolidone (PVP) and poly (melamine-coformaldehyde) methylation (crosslinking agent) in PGME (propylene glycol monomethyl ether acetate) may be coated. In this case, PVP and polymethylation may be in a weight ratio of 2: 1, and the polymer solution may be a solution generated by stirring the polymer solution dissolved in PGME at a predetermined temperature (eg, 75 ° C.) for a predetermined time (eg, 1 hour). have.

PMMA가 코팅되면, PMMA가 코팅된 기판을 열처리할 수 있다. 이때, 일정 온도에서 일정 시간동안(예컨대, 150 ℃에서 30 분간) 열처리 수행할 수 있고, 균일하고 치밀한 필름을 얻기 위해 보호층 코팅 공정을 여러번 반복할 수 있다.Once the PMMA is coated, the substrate coated with the PMMA may be heat treated. At this time, the heat treatment may be performed at a predetermined temperature for a predetermined time (eg, 30 minutes at 150 ° C.), and the protective layer coating process may be repeated several times to obtain a uniform and dense film.

상술한 바와 같이 보호층이 코팅되면, 보호층이 코팅된 기판을 n형 도펀트 용액에 딥 코팅한다. 즉, N-DMBI 용액에 보호층이 코팅된 기판을 릴-투-릴 기반으로 딥 코팅을 수행하여, 도 2의 E에 도시된 바와 같이 PMMA가 코팅된 p형 채널(PVP)을 제외한 나머지 채널에 n형 도펀트(N-DBMI)를 코팅한다. 그런 후, 불황성 가스 분위기(예컨대, 질소 가스 분위기)하의 일정 온도에서 일정 시간동안(예컨대, 80 ℃에서 1시간 동안) 열처리(thermal annealing)를 수행할 수 있다. 그러면, n형 도펀트가 코팅된 채널이 n형 채널로 변환하고, 이로 인해 도 2의 F에 도시된 바와 같이 p형 채널과 n형 채널이 동시에 존재하는 CMOS 회로를 구현할 수 있다. When the protective layer is coated as described above, the substrate coated with the protective layer is dip coated on the n-type dopant solution. That is, by performing a dip coating on a N-DMBI solution coated substrate with a protective layer on a reel-to-reel, the remaining channels except for the PM-coated p-type channel (PVP) as shown in E of FIG. The n-type dopant (N-DBMI) is coated on. Then, thermal annealing may be performed for a period of time (eg, 1 hour at 80 ° C.) at a constant temperature under an inert gas atmosphere (eg, nitrogen gas atmosphere). Then, the n-type dopant-coated channel is converted into an n-type channel, thereby implementing a CMOS circuit in which the p-type channel and the n-type channel exist simultaneously as shown in F of FIG. 2.

한편, 상기에는 p형 채널을 패터닝하고, n형 도펀트를 도핑하여 p형 채널을 n형 채널로 변환하는 것으로 설명하였으나, n형 채널을 패터닝하고 p형 도펀트를 도핑하여 n형 채널을 p형 채널로 변환할 수도 있다. On the other hand, in the above, the p-type channel is patterned, and the n-type dopant is doped to convert the p-type channel to the n-type channel, but the n-type channel is patterned and the p-type dopant is doped n-type channel to the p-type channel You can also convert to.

전술한 전자소자 제조 방법은 릴-루-릴 장치를 이용하여 자동으로 이루어질 수 있다.The electronic device manufacturing method described above may be automatically performed using a reel-ru-reel device.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴-투-릴 기반으로 1차원 섬유 기반 CMOS 회로를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining a method of manufacturing a one-dimensional fiber-based CMOS circuit based on the reel-to-reel according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, reel-to-reel 장치의 제1 릴이 풀려지고 나서 제2 릴이 권취될때까지, 1차원 섬유기판에 SWCNT 용액을 코팅하는 공정을 포함하는 복수의 공정을 실행한다. 이로써, 딥 코팅 공정을 실행하는 장치(A)로부터 다음 채널 패터닝 공정을 실행하는 장소(B)로, 또 다음의 n형 도펀트 도핑 공정을 실행하는 장치(C)로, 1차원 섬유기판을 이동시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 1차원 섬유기판을 각 공정의 각 장치로 이동시키는 반송 기구 및 얼라인먼트 기구를 간략화할 수 있고, 제조 장치의 설치 스페이스를 저감할 수 있고, 대량 생산 등에 있어서의 제조 비용을 저감할 수 있다.Referring to FIG. 5, a plurality of processes are performed including coating a SWCNT solution on a one-dimensional fiber substrate until the first reel of the reel-to-reel device is released and the second reel is wound. This allows the one-dimensional fiber substrate to be moved from the device A performing the deep coating process to the place B performing the next channel patterning process and the device C performing the next n-type dopant doping process. Can be. Therefore, according to this embodiment, the conveying mechanism and the alignment mechanism for moving the one-dimensional fiber substrate to each apparatus in each process can be simplified, the installation space of the manufacturing apparatus can be reduced, and the manufacturing cost in mass production or the like. Can be reduced.

구체적으로, 먼저, reel-to-reel 장치는 1차원 섬유 기판(510)을 딥 코팅 공정을 실행하는 장소(A)로 이동시킨다. 그러면, reel-to-reel 장비의 제1 릴을 풀어 1차원 섬유기판(510)을 SWCNT 용액에 담그고, 제2 릴을 권취하여 1차원 섬유기판(510)에 SWCNT을 코팅한다. 이때, 1차원 섬유기판(510)을 SWCNT 용액에 기 설정된 일정 시간(예컨대, 1분)동안 담근 후, 일정 속도(예컨대, 0.78 mm/s)로 끌어올려 SWCNT를 코팅 방향(끌어올리는 방향)으로 잘 배열되게 형성할 수 있다. SWCNT 용액은 고압 CO(HiPCO) SWCNT(예컨대, 5mg)와 P3DDT(예컨대, 6.25mg)를 톨루엔(예컨대, 25mL)에 현탁시키고, 이 현탁 용액을 온도 조절 냉각 배스에서 일정 시간(예컨대, 30분) 동안 초음파 처리한 후, 연속적으로 일정 속도(예컨대 10000rpm)에서 일정 시간(예컨대, 1시간)동안 원심 분리하여 SWCNT 다발 및 불용성 금속 SWCNT를 제거한 다음, 원심 분리관의 상등액을 유리 바이알에 넣고 정렬된 용액일 수 있다. Specifically, first, the reel-to-reel apparatus moves the one-dimensional fiber substrate 510 to a place A for performing a dip coating process. Then, the first reel of the reel-to-reel equipment is released and the one-dimensional fiber substrate 510 is immersed in the SWCNT solution, and the second reel is wound to coat the SWCNT on the one-dimensional fiber substrate 510. At this time, the one-dimensional fiber substrate 510 is immersed in the SWCNT solution for a predetermined time (for example, 1 minute), then pulled up at a constant speed (for example, 0.78 mm / s) to the SWCNT in the coating direction (pull direction) It can be formed to be well arranged. The SWCNT solution is suspended in high pressure CO (HiPCO) SWCNT (e.g. 5 mg) and P3DDT (e.g. 6.25 mg) in toluene (e.g. 25 mL) and the suspension solution for a period of time (e.g. 30 minutes) in a temperature controlled cooling bath. After sonication, the SWCNT bundle and insoluble metal SWCNTs were removed by centrifugation at a constant speed (eg 10000 rpm) for a period of time (eg 1 hour), and then the supernatant of the centrifuge tube was placed in a glass vial and the aligned solution Can be.

1차원 섬유기판(510)에 SWCNT 코팅이 완료되면, 릴-투-릴 장치는 자동으로 채널 패터닝 공정을 실행하는 장소(B)로 SWCNT 박막이 형성된 기판(520)을 이동시킨다. 그러면, SWCNT 박막의 소스/드레인 전극의 위치를 제외한 나머지 영역에 마스크를 얼라인하고, 불황성 가스 분위기하에서 SWCNT 박막에 극자외선을 조사하여 복수의 채널을 패터닝한다. 이때, 극자외선의 광원은 185nm 또는 254nm의 파장을 가지고, 광원 25~28mWcm-2일 수 있다.When the SWCNT coating is completed on the one-dimensional fibrous substrate 510, the reel-to-reel device automatically moves the substrate 520 on which the SWCNT thin film is formed to the place B where the channel patterning process is performed. Then, the mask is aligned to the remaining regions except for the position of the source / drain electrodes of the SWCNT thin film, and the plurality of channels are patterned by irradiating extreme ultraviolet rays to the SWCNT thin film under an inert gas atmosphere. In this case, the extreme ultraviolet light source may have a wavelength of 185 nm or 254 nm, and may be a light source of 25 to 28 mWcm −2 .

채널 패터닝이 완료되면, 릴-투-릴 장치는 채널이 패터닝된 기판(530)을 자동으로 n형 도펀트를 도핑하는 장소(C)로 이동시키고, 복수의 채널중 적어도 하나에 n형 도펀트를 도핑하여 해당 p형 채널을 n형 채널로 변환한다. 이때, 도 5a와 같이 인쇄방법을 이용하여 n형 도펀트를 도핑할 수 있고, 도 5b와 같이 딥 코팅을 이용하여 n형 도펀트를 도핑할 수도 있다. N형 도펀트를 도핑하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 1에서 전술하였으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다. When channel patterning is complete, the reel-to-reel device automatically moves the channeled patterned substrate 530 to a location C where the n-type dopant is doped, and doped the n-type dopant in at least one of the plurality of channels. To convert the p-channel to n-channel. At this time, the n-type dopant may be doped using a printing method as shown in FIG. 5A, and the n-type dopant may be doped using a dip coating as shown in FIG. 5B. Since a detailed description of the method of doping the N-type dopant has been described above with reference to FIG. 1, a detailed description thereof will be omitted.

N형 도펀트의 도핑이 완료되면, n형 도펀트가 도핑된 채널이 n형 채널로 변환하고, 이로 인해 p형 채널과 n형 채널이 동시에 존재하는 CMOS 소자(540)를 구현된다. When the doping of the N-type dopant is completed, the channel doped with the n-type dopant is converted into the n-type channel, thereby implementing the CMOS device 540 in which the p-type channel and the n-type channel exist simultaneously.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 코팅과 immersing 코팅을 비교하는 도면이다. 6 is a diagram comparing a dip coating and an immersing coating according to an embodiment of the present invention.

도 6에서 (a)는 딥 코팅 방법과 침적(immersing) 코팅 방법을 나타낸 도면이다. (a)에 도시된 바와 같이 딥 코팅은 CNT 용액에 1차원 섬유 기판을 담근 후, 1차원 섬유 기판을 끌어올리는 방법이고, 침적(immersing) 코팅은 CNT 용액에 1차원 섬유 기판을 완전히 침적시킨 후 꺼내는 방법일 수 있다. (b)는 1차원 광섬유 기판에 형성된 SWCNT 트랜지스터의 FE-SEM 이미지를 나타낸다. SWCNT 트랜지스터의 소스 전극과 드레인 전극은 일정 간격(예컨대, 125μs)으로 배치됨을 알 수 있다. (c)는 침적 코팅 방법으로 코팅된 SWCNT 박막의 FE-SEM 이미지이고, (d)는 딥 코팅 방법으로 코팅된 SWCNT 박막의 FE-SEM 이미지를 나타낸다. 침적 코팅 방법으로 코팅된 SWCNT 박막은 무작위로 배향된 네트워크를 보인 반면, 딥 코팅 방법으로 코팅된 SWCNT 박막은 끌어올리는(withdrawing) 방향으로 일정하게 배향된 네트워크를 보인다. 일반적으로 딥 코팅 방법은 평판 기판에 무작위적인 WCNT 네트워크를 만들었지만, 본 발명의 경우 릴 기반 딥 코팅과 원통형 기판을 사용한 수직 인출(withdrawing) 공정의 조합으로 섬유 표면의 SWCNT가 고도로 정렬된 네트워크를 생성할 수 있다. 이는 용매 증발 및 메니스커스(meniscus)에서의 유체 흐름은 금속 나노 와이어 및 나노튜브와 같은 이방성 나노 물질보다 전단력을 유발하고, 마이크로미터 범위의 원통형 기판(직경 125mm)은 탄소나노튜브의 정렬을 돕는 capillary fluid 효과를 강화시키기 때문이다. (e)는 침적 코팅된 SWCNT 채널을 사용하는 SWCNT 트랜지스터의 전달 특성을 나타내고, (f)는 릴 기반으로 딥 코팅된 SWCNT 채널을 사용하는 SWCNT 트랜지스터의 전달 특성을 나타낸다. 릴 기반으로 딥 코팅된 SWCNT 트랜지스터는 향상된 전계 효과 이동도, Ion / off 비율 및 임계값 이하의 슬로프 특성을 보임을 알 수 있다. 특히 딥 코팅된 SWCNT 트랜지스터는 평균 전계 효과 이동도가 1.45 cm2V-1s-1(표준 편차 0.14 cm2V-1s-1)인 반면, 침적 코팅된 SWCNT 트랜지스터의 평균 전계 효과 이동도는 0.13 cm2V-1s-1 (표준 편차 0.1 cm2V-1s-1)이다. 그러나 딥 코팅된 SWCNT 트랜지스터는 여전히 약 102의 비교적 낮은 Ion / off 비율을 가지며, 이는 높은 정적 전류 및 그에 상응하는 시스템 레벨의 큰 전력 소비로 인해 디지털 논리 회로에서의 활용을 저해 할 수 있다. 따라서 높은 Ion / off 비율을 얻기 위해 SWCNT 채널을 전기적으로 분리하는 것이 필수적이다. SWCNT 채널을 분리하기 위해 에칭 과정에서 SWCNT의 화학적 또는 플라즈마 손상을 방지하기 위해 비방해 광 화학적 패터닝 프로세스를 이용한다. (A) in FIG. 6 is a view showing a dip coating method and an immersing coating method. As shown in (a), dip coating is a method in which a one-dimensional fiber substrate is immersed in a CNT solution, followed by raising a one-dimensional fiber substrate, and an immersing coating is one in which the one-dimensional fiber substrate is completely deposited in a CNT solution. It may be a method of extraction. (b) shows the FE-SEM image of the SWCNT transistor formed on the one-dimensional optical fiber substrate. It can be seen that the source electrode and the drain electrode of the SWCNT transistor are disposed at a predetermined interval (eg, 125 μs). (c) shows the FE-SEM image of the SWCNT thin film coated by the dip coating method, (d) shows the FE-SEM image of the SWCNT thin film coated by the dip coating method. SWCNT thin films coated by the dip coating method show randomly oriented networks, while SWCNT thin films coated by the dip coating method show constantly oriented networks in the withdrawing direction. In general, the dip coating method creates a random WCNT network on a flat substrate, but in the present invention, a combination of reel based dip coating and a vertical withdrawing process using a cylindrical substrate creates a highly aligned SWCNT network on the fiber surface. can do. This causes solvent evaporation and fluid flow in the meniscus to induce shear forces than anisotropic nanomaterials such as metal nanowires and nanotubes, and cylindrical substrates (125 mm diameter) in the micrometer range help to align carbon nanotubes. This is because it enhances the capillary fluid effect. (e) shows the transfer characteristics of a SWCNT transistor using a dip coated SWCNT channel, and (f) shows the transfer characteristics of a SWCNT transistor using a dip coated SWCNT channel on a reel basis. It can be seen that the reel-based dip coated SWCNT transistor exhibits improved field effect mobility, I on / off ratio and slope characteristics below the threshold. In particular, the dip-coated SWCNT transistor has an average field effect mobility of 1.45 cm 2 V -1 s -1 (standard deviation 0.14 cm 2 V -1 s -1 ), whereas the average field effect mobility of a dip coated SWCNT transistor is 0.13 cm 2 V −1 s −1 (standard deviation 0.1 cm 2 V −1 s −1 ). However, dip coated SWCNT transistors still have a relatively low I on / off ratio of about 10 2 , which can hinder their use in digital logic circuits due to high static currents and corresponding system level large power consumption. Therefore, it is essential to electrically isolate the SWCNT channel to obtain a high I on / off ratio. An undesired photochemical patterning process is used to prevent chemical or plasma damage of the SWCNTs during the etching process to separate the SWCNT channels.

앞서 언급 한 바와 같이, 극자외선 조사를 통한 저온 광화학적 경로는 특정 화학 결합을 분해하는데 효과적이며, 이로 인해 공간적으로 격리된 기능 영역을 얻기 위해 SWCNT 영역에서 고 에너지 광자의 방출을 이용하게 된다. As mentioned earlier, low temperature photochemical pathways through extreme ultraviolet irradiation are effective in decomposing certain chemical bonds, thereby utilizing the emission of high energy photons in the SWCNT region to obtain spatially isolated functional regions.

상술한 릴 기반 딥 코팅과 immersing 코팅의 비교를 통해, 릴 기반으로 딥 코팅을 수행하면, 1차원 섬유 기판을 끌어 올리는 방향으로 일정하게 SWCNT가 코팅됨을 알 수 있다. Through comparison of the reel-based dip coating and the immersing coating described above, it can be seen that when the dip coating is performed based on the reel, the SWCNT is uniformly coated in the direction in which the one-dimensional fiber substrate is pulled up.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SWCNT 트랜지스터의 특성을 설명하기 위한 도면이다. (a)는 SWCNT 채널이 분리되지 않은 SWCNT 트랜지스터의 전송 및 출력 특성을 보여주고, (b)는 SWCNT 채널이 분리된 SWCNT 트랜지스터의 전송 및 출력 특성을 보여준다. 오프-상태 전류는 SWCNT 채널을 분리시킨 후에 상당히 감소하여 104-105의 높은 Ion / off 비율을 초래한다. 오프-상태 전류의 현저한 감소는 패턴화되지 않은 SWCNT 사이의 침투 전하 이동 또는 브리징 경로를 효과적으로 제한하는 SWCNT 채널의 분리에 기인함을 알 수 있다. 7 is a view for explaining the characteristics of the SWCNT transistor according to an embodiment of the present invention. (a) shows the transmission and output characteristics of the SWCNT transistor in which the SWCNT channel is not separated, and (b) shows the transmission and output characteristics of the SWCNT transistor in which the SWCNT channel is separated. The off-state current decreases considerably after disconnecting the SWCNT channel, resulting in a high I on / off ratio of 10 4 -10 5 . It can be seen that the significant reduction in off-state current is due to the separation of the SWCNT channel which effectively limits the infiltration charge transfer or bridging path between unpatterned SWCNTs.

(c)는 서로 다른 위치에서 분리된 SWCNT 채널층을 이용한 소자의 포화 이동도 측정 결과를 나타내고, (d)는 광섬유 기판상의 절연 SWCNT 트랜지스터의 포화 이동도 및 임계 전압의 통계적 분포를 나타낸다. (c) shows the result of measuring the saturation mobility of the device using the SWCNT channel layer separated at different positions, and (d) shows the saturation mobility and threshold voltage distribution of the insulated SWCNT transistor on the optical fiber substrate.

표준 편차 0.3 cm2V-1s-1에서 3.61 cm2V-1s-1의 평균 전계 효과 이동도가 얻어졌으며, 릴 기반 딥 코팅 방법으로 매우 균일한 SWCNT 채널층을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 도 7에서 볼 수 있듯이 광화학적으로 분리된 SWCNT 트랜지스터는 원시 장치(평균 1.45cm2V-1s-1, 표준 편차 0.14 cm2V-1s-1)보다 높은 이동도(3.61 cm2V-1s-1)를 나타낸다. The average field effect mobility of standard deviation 0.3 cm 2 V -1 s -1 to 3.61 cm 2 V -1 s -1 was obtained, and it was found that a reel based dip coating method can form a very uniform SWCNT channel layer. Can be. The separation also photochemically, as shown in 7 SWCNT transistor source device (average 1.45cm 2 V -1 s -1, the standard deviation of 0.14 cm 2 V -1 s -1) than the high mobility (3.61 cm 2 V - 1 s -1 ).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 p형 채널이 패터닝된 SWCNT 트랜지스터에서 일부 p형 채널을 n형 도핑하여 형성된 n형 SWCNT 트랜지스터의 특성을 설명하기 위한 도면이다. (a)는 n형 SWCNT 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내고, (b)는 단일 광섬유 기판 상에 제조된 16개의 소자의 통계적 분포를 나타낸다. N형 도핑하여 형성된 n형 SWCNT 트랜지스터는 2.15 cm2V-1s-1 (표준 편차 0.63 cm2V-1s-1) 및 -3.2V(표준 편차 0.95V)의 평균 전계 효과 이동도 및 임계 전압 (VTH)을 갖는 n형 동작을 명확하게 보여줌을 알 수 있다. SWCNT는 주변 대기에 존재하는 산소 및 물 분자와 같은 흡착물에 의해 쉽게 p형으로 다시 변환될 수 있기 때문에, n형 SWCNT 트랜지스터는 대기중 환경 안정성이 특히 중요하다. 따라서, n형 SWCNT 트랜지스터는 최소한의 열화 처리로 240시간까지 비교적 양호한 환경 안정성을 가질 수 있다. FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of an n-type SWCNT transistor formed by n-type doping of some p-type channels in a p-channel patterned SWCNT transistor according to an embodiment of the present invention. (a) shows the electrical characteristics of the n-type SWCNT transistor, and (b) shows the statistical distribution of 16 devices fabricated on a single optical fiber substrate. The n-type SWCNT transistor formed by N-type doping has an average field effect mobility and threshold of 2.15 cm 2 V -1 s -1 (standard deviation 0.63 cm 2 V -1 s -1 ) and -3.2V (standard deviation 0.95V) It can be seen that the n-type operation with the voltage VTH is clearly shown. Since SWCNTs can be easily converted back to p-type by adsorbates such as oxygen and water molecules present in the surrounding atmosphere, the environmental stability of the n-type SWCNT transistors is particularly important. Thus, the n-type SWCNT transistor can have a relatively good environmental stability up to 240 hours with minimal degradation treatment.

이러한 특성의 n형 SWCNT 트랜지스터와 p형 SWCNT 트랜지스터를 사용하여 단일 광섬유 기판에 CMOS 회로를 제조할 수 있다. The CMOS circuit can be fabricated on a single optical fiber substrate using the n-type SWCNT transistor and the p-type SWCNT transistor having this characteristic.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴 공정으로 형성된 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 CMOS 소자의 특성을 설명하기 위한 도면이다. (a)는 복수의 P형 채널중 선택적으로 n형 도펀트를 도핑하여 n형 채널로 변환한 CMOS 소자를 나타낸 도면이다. CMOS 소자에는 p형 채널과 n형 채널이 동시에 존재함을 알 수 있다. (b)는 1.0 ~ 5.0V 범위의 다양한 공급 전압(VDD)에서 CMOS 소자의 전압 전달 및 이득 특성을 나타내고, (c)는 CMOS 소자의 잡음 마진 특성(VDD = 5.0V에서) 및 회로 구성을 나타낸다. CMOS 소자는 5.0V의 공급 전압(VDD)에서 약 6.76의 최대 전압 이득과 4.97V의 노이즈 마진을 있음을 알 수 있다. 이를 통해 CMOS 소자가 높은 전압 이득과 큰 노이즈 마진을 갖는 비교적 양호한 동작을 함을 알 수 있다. 9 is a view for explaining the characteristics of the one-dimensional fiber-based CMOS device using the CNT formed by the reel process according to an embodiment of the present invention. (a) illustrates a CMOS device in which a plurality of P-type channels are selectively doped with n-type dopants and converted into n-type channels. It can be seen that the p-type channel and the n-type channel exist simultaneously in the CMOS device. (b) shows the voltage transfer and gain characteristics of the CMOS device at various supply voltages (VDD) in the range of 1.0 to 5.0V, and (c) shows the noise margin characteristics (at VDD = 5.0V) and circuit configuration of the CMOS device. . It can be seen that the CMOS device has a maximum voltage gain of about 6.76 and a noise margin of 4.97V at a supply voltage (VDD) of 5.0V. This shows that the CMOS device has relatively good operation with high voltage gain and large noise margin.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

100: 1차원 섬유 기판
110 : 광섬유
120 : 게이트 전극
130 : 게이트 절연체
140 : 소스/드레인 전극
150 : SWCNT 박막100: one-dimensional fiber substrate
110: optical fiber
120: gate electrode
130: gate insulator
140: source / drain electrodes
150: SWCNT thin film

Claims (9)

1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여 CNT(Carbonnanotube) 박막을 형성하는 단계;
상기 CNT 박막에 자외선을 조사하여 복수의 제1형 채널을 패터닝하는 단계; 및
상기 복수의 제1형 채널중 적어도 하나에 제2형 도펀트를 도핑(doping)하여 제2형 채널로 변환하는 단계;를 포함하되,
상기 1차원 섬유기판의 1차원 섬유는 광섬유이고,
상기 복수의 제1형 채널을 패터닝하는 단계는,
소스 전극 및 드레인 전극의 위치를 제외한 나머지 영역에 마스크를 얼라인하는 단계; 및
상기 마스크가 얼라인된 CNT 박막에 자외선을 조사하여, 상기 마스크 영역을 제1형 채널로 활성화시키고,
상기 복수의 제1형 채널중 적어도 하나에 제2형 도펀트를 도핑(doping)하여 제2형 채널로 변환하는 단계는,
상기 제1형 채널로 활성화된 복수의 제1형 채널 중 적어도 하나에 N-DMBI 도펀트로 도핑하여 상기 제1형 채널을 상기 제2형 채널로 변환시키고,
상기 N-DMBI는 DMBI를 메탄올에 용해시키고 실온에서 30분 동안 교반하여 제조된 용액인 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.Coating carbon nanotubes on the one-dimensional fiber substrate to form a carbon nanotube (CNT) thin film;
Patterning a plurality of first type channels by irradiating the CNT thin film with ultraviolet rays; And
And doping a second type dopant into at least one of the plurality of first type channels to convert the second type dopant into a second type channel.
The one-dimensional fiber of the one-dimensional fiber substrate is an optical fiber,
The patterning of the plurality of first type channels may include:
Aligning the mask to regions other than the positions of the source electrode and the drain electrode; And
Irradiating ultraviolet rays to the CNT thin film aligned with the mask to activate the mask region as a first type channel,
Doping a second type dopant into at least one of the plurality of first type channels to convert the second type dopant into a second type channel,
Converting the first type channel to the second type channel by doping N-DMBI dopant to at least one of the plurality of first type channels activated as the first type channel,
The N-DMBI is a one-dimensional fiber-based electronic device manufacturing method using CNT, characterized in that the solution prepared by dissolving DMBI in methanol and stirred at room temperature for 30 minutes. 제1항에 있어서,
상기 1차원 섬유기판은,
상기 광섬유상에 적층되어 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극의 상부에 증착되어 형성되는 게이트 절연체; 및
상기 게이트 절연체 상부에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.The method of claim 1,
The one-dimensional fiber substrate,
A gate electrode stacked on the optical fiber;
A gate insulator deposited on the gate electrode; And
1D fiber-based electronic device manufacturing method using a CNT, characterized in that it comprises a source electrode and a drain electrode formed on the gate insulator. 제2항에 있어서,
상기 게이트 절연체의 표면에는 산소 플라즈마 처리에 의해 하이드록실기(hydroxyl group)가 형성되고, 상기 하이드록실기는 탄소나노튜브의 코팅율을 높이는 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.The method of claim 2,
A hydroxyl group is formed on the surface of the gate insulator by oxygen plasma treatment, and the hydroxyl group increases the coating rate of carbon nanotubes. . 제1항에 있어서,
상기 CNT 박막을 형성하는 단계는,
릴-투-릴(reel-to-reel) 기반의 딥코팅(Dip coating)으로 상기 1차원 섬유기판에 탄소나노튜브를 코팅하여, 상기 1차원 섬유기판을 끌어올리는(withdrawing) 방향으로 탄소나노튜브가 일정하게 배열되도록 하는 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.The method of claim 1,
Forming the CNT thin film,
Carbon nanotubes are coated on the one-dimensional fiber substrate by reel-to-reel-based dip coating to pull up the one-dimensional fiber substrate. 1D fiber-based electronic device manufacturing method using the CNT, characterized in that to be constantly arranged. 제1항에 있어서,
상기 CNT 박막을 형성하는 단계 이후,
상기 CNT 박막을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.The method of claim 1,
After forming the CNT thin film,
A method of manufacturing a 1-dimensional fiber-based electronic device using CNTs, further comprising the step of heat-treating the CNT thin film. 제2항에 있어서,
상기 복수의 제1형 채널을 패터닝하는 단계는,
상기 마스크 영역의 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.The method of claim 2,
The patterning of the plurality of first type channels may include:
The method of manufacturing a one-dimensional fiber-based electronic device using a CNT, characterized in that it comprises the step of removing impurities in the mask region. 제1항에 있어서,
상기 제1형 채널은 p형 채널이고, 상기 제2형 채널은 n형 채널이며,
상기 제2형 채널로 변환하는 단계는,
상기 복수의 제1형 채널 중에서 적어도 하나의 채널에 n형 도펀트를 인쇄하여 해당 채널을 n형 채널로 변환하는 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.The method of claim 1,
The first type channel is a p-type channel, the second type channel is an n-type channel,
Converting to the second type channel,
A method of manufacturing a 1-dimensional fiber-based electronic device using CNT, characterized in that to convert an n-type dopant to at least one channel among the plurality of first-type channel to convert the channel into an n-type channel. 제1항에 있어서,
상기 제1형 채널은 p형 채널이고, 상기 제2형 채널은 n형 채널이며,
상기 제2형 채널로 변환하는 단계는,
상기 복수의 제1형 채널 중에서 적어도 하나를 보호층(passivation layer)으로 설정하는 단계;
상기 설정된 보호층 상에 PMMA(poly(methylmethacrylate)를 코팅하는 단계; 및
상기 PMMA가 코팅된 기판을 n형 도펀트에 딥 코팅하여 상기 PMMA가 코팅된 p형 채널을 제외한 나머지 채널을 n형 채널로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT를 이용한 1차원 섬유 기반 전자소자 제조방법.The method of claim 1,
The first type channel is a p-type channel, the second type channel is an n-type channel,
Converting to the second type channel,
Setting at least one of the plurality of first type channels as a passivation layer;
Coating PMMA (poly (methylmethacrylate)) on the set protective layer; and
1-D fiber-based electronic device using a CNT comprising the step of deeply coating the PMMA-coated substrate to the n-type dopant to convert the remaining channels other than the PM-coated p-type channel to n-type channel Manufacturing method. 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120088497A (en) * 2011-01-31 2012-08-08 삼성전자주식회사 Photovoltaic fiber, photovoltaic cell module using the same, and method of manufacturing the same
KR20160062269A (en) * 2014-11-24 2016-06-02 중앙대학교 산학협력단 Organic film pattering method, semiconductor element and transistor manufactured by the same
KR20160116868A (en) * 2015-03-31 2016-10-10 한국전기연구원 Fiber integrated thin film transistor with top-gate structure and method for manufacturing thereof
KR101737828B1 (en) * 2015-07-24 2017-05-19 숭실대학교산학협력단 Fiber type transistor with ionic elastomer dielectric and method for manufacturing the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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