KR20120115867A - 탄소나노튜브 전자소자와 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브와 금속 전극 간의 접촉저항을 줄임으로써 효율을 크게 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브 전자소자와 그 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 의한 탄소나노튜브 전자소자의 제조방법은, 탄소나노튜브층을 형성하는 단계, 탄소나노튜브층 위에 금속 나노 파티클을 도포하고 이를 산화시켜 산화금속 나노 파티클층을 형성하는 단계, 산화금속 나노 파티클층 위에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브층과 금속 전극 사이에 산화금속 나노 파티클층을 개재함으로써 탄소나노튜브층과 금속 전극 사이의 접촉 저항을 크게 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 전자소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브를 구성요소로 이용하는 전자소자에 있어서 탄소나노튜브와 다른 금속 전극 간의 접촉 저항을 크게 줄일 수 있는 탄소나노튜브 전자소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 나노미터 크기의 극미세 영역에서 새로운 물리 현상과 향상된 물질 특성을 나타내는 연구가 활발하게 이루어지면서 나노과학기술이 미래를 선도해 나갈 수 있는 과학기술로 부각되고 있다. 나노 크기를 가진 구조 중에서 탄소 소재는 가장 주목받는 물질로 인정받고 있다.
이중 탄소나노튜브는 뛰어난 물성과 구조로 인하여 전자정보통신, 환경, 에너지, 의약 분야로 산업적 응용성의 기대가 큰 소재이며, 향후 나노과학기술을 이끌고 갈 중요한 기반 요소로 기대되고 있다. 탄소나노튜브는 흑연면(graphite sheet)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 구조를 가지며, 이 흑연면이 말리는 각도 및 구조에 따라 금속 또는 반도체의 특성을 보인다. 탄소나노튜브는 벽을 이루고 있는 결합수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbonnanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube), 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube) 등으로 구분된다.
탄소나노튜브는 다양한 방법으로 합성될 수 있다. 초기에는 전기방사법(arc-discharge), 레이저증착법(laser vaporization)，열분해법(pyrolysis) 등이 제시되었으나, 이러한 방법은 고순도를 얻기 위해서 복잡한 정제 과정을 거쳐야 하고 구조제어 및 수직배향 합성이 어려워 최근에 탄소나노튜브를 수직배향으로 합성할 수 있는 새로운 방법들이 제안되고 있다. 일예로 CVD(chemical vapor deposition)법은 탄소나노튜브의 수직배향 합성이 가능할 뿐만 아니라, 저온합성，고순도 합성，대면적 기판합성이 가능하며, 탄소나노튜브의 구조제어가 용이한 장점을 가지고 있어 주목받고 있다. CVD법으로는 열CVD법，DC 플라즈마 CVD법，RF 플라즈마 CVD법，마이크로파 플라즈마 CVD법 등이 있다.
탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 탄소섬유는 1％만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15％가 변형되어도 견딜 수 있다. 이러한 탄소나노튜브의 우수한 특성들을 이용한 반도체와 평판 디스플레이, 배터리, 초강력 섬유, 생체 센서 등과 같은 장치가 수없이 제안되고 있으며, 나노 크기의 물질을 집어 옮길 수 있는 나노집게로도 활용되고 있다.
또한 탄소나노튜브를 이용한 반도체는 이미 도핑이 된 효과를 지니고 있어 그 응용을 위해 따로 도핑할 필요가 없다. 이러한 특성은 반도체소자 제작공정에서 하나의 중요한 과정이 줄어들어 대량생산시 큰 장점이 된다.
이러한 장점에도 불구하고, 탄소나노튜브를 다양한 디바이스에 적용하기 위해서는 저온합성기술, 수직배향기술, 대면적 기판합성기술, 고품질합성기술, 성장 및 구조제어기술 등 응용기술에 대한 연구가 여전히 필요한 실정이다. 특히, 탄소나노튜브를 전자소자에 응용하기 위해서는 탄소나노튜브와 금속 전극 간의 접촉저항을 줄이는 것이 고효율 전자소자를 제조하는데 있어 매우 중요한 일이다. 그러나 종래에는 탄소나노튜브와 금속 전극 간의 접촉저항을 제어할 수 있는 기술의 부재로 탄소나노튜브를 적용한 전자소자의 효율이 매우 낮은 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브와 금속 전극 간의 접촉저항을 줄임으로써 그 효율을 크게 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브 전자소자와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 탄소나노튜브 전자소자의 제조방법은, (a) 탄소나노튜브층을 형성하는 단계, (b) 상기 탄소나노튜브층 위에 금속 나노 파티클을 도포하고 이를 산화시켜 산화금속 나노 파티클층을 형성하는 단계, (c) 상기 산화금속 나노 파티클층 위에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 (b) 단계는 기상증착법(vapor deposition)으로 상기 탄소나노튜브층 위에 상기 금속 나노 파티클을 증착할 수 있다.
상기 (b) 단계는 알루미늄(Al)으로 상기 금속 나노 파티클을 제공하여 산화알루미늄(AlOx)으로 상기 산화금속 나노 파티클층을 형성할 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 산화금속 나노 파티클층을 0.1nm ~ 1.0nm의 두께로 상기 탄소나노튜브층 위에 형성할 수 있다.
상기 (c) 단계는 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 금속을 이용하여 상기 금속 전극을 형성할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 탄소나노튜브 전자소자는, 다수의 탄소나노튜브로 이루어지는 탄소나노튜브층, 상기 탄소나노튜브층 위에 마련되는 금속 전극, 상기 탄소나노튜브층과 상기 금속 전극 사이에 개재되는 산화금속 나노 파티클층을 포함한다.
상기 산화금속 나노 파티클층은 산화알루미늄(AlOx)으로 이루어질 수 있다.
상기 산화금속 나노 파티클층은 0.1nm ~ 1.0nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 금속 전극은 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중에서 선택될 수 있다.
본 발명에 의한 탄소나노튜브 전자소자는 상기 탄소나노튜브층의 하부에 배치되는 기판, 상기 기판과 상기 탄소나노튜브층 사이에 개재되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 탄소나노튜브층과 금속 전극 사이에 산화금속 나노 파티클층을 개재하여 탄소나노튜브층과 금속 전극 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있으며, 탄소나노튜브를 이용한 고효율의 전자소자를 구현할 수 있다.
또한 본 발명은 산화금속 나노 파티클층의 두께를 조절함으로써 탄소나노튜브층과 금속 전극 사이의 접촉 저항을 원하는 전자소자의 특성에 맞춰 다양하게 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 각종 전자회로, 태양전지, 투명 전자회로, OLED 구동회로용 전자소자, 유기 태양전지 구동회로용 전자소자 등 다양한 전자소자를 탄소나노튜브를 이용하여 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자를 나타낸 측단면도이다.
도 2는 탄소나노튜브층 위에 금속 나노 파티클을 증착하는 방법의 일예로 전자빔 증착법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자를 제조하는 공정 중 기판 위에 탄소나노튜브층을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 과정을 통해 만들어진 탄소나노튜브층을 나타낸 SEM이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자 중 금 전극을 금속 전극으로 이용한 탄소나노튜브 전자소자의 채널부 길이에 따른 정규화된 전체 저항을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자 중 팔라듐 전극을 금속 전극으로 이용한 탄소나노튜브 전자소자의 채널부 길이에 따른 정규화된 전체 저항을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자의 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께에 따른 SWCNTs층과 금속 전극 사이의 정규화된 접촉 저항을 나타낸 그래프이다.
도 2는 탄소나노튜브층 위에 금속 나노 파티클을 증착하는 방법의 일예로 전자빔 증착법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자를 제조하는 공정 중 기판 위에 탄소나노튜브층을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 과정을 통해 만들어진 탄소나노튜브층을 나타낸 SEM이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자 중 금 전극을 금속 전극으로 이용한 탄소나노튜브 전자소자의 채널부 길이에 따른 정규화된 전체 저항을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자 중 팔라듐 전극을 금속 전극으로 이용한 탄소나노튜브 전자소자의 채널부 길이에 따른 정규화된 전체 저항을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자의 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께에 따른 SWCNTs층과 금속 전극 사이의 정규화된 접촉 저항을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자와 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자를 나타낸 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브 전자소자(10)는, 기판(11), 기판(11) 위에 형성되는 절연층(12), 절연층(12) 위에 마련되는 탄소나노튜브층(13), 탄소나노튜브층(13) 위에 이격되어 마련되는 한 쌍의 금속 전극(17), 탄소나노튜브층(13)과 각각의 금속 전극(17) 사이에 개재되는 산화금속 나노 파티클층(14)을 포함한다. 서로 이격된 한 쌍의 금속 전극(17) 사이에는 일정한 길이(L)를 갖는 채널부(16)가 마련된다. 여기에서, 기판(11)은 실리콘(Si) 등의 반도체 물질이나, 금속, 폴리머 등 다양한 소재로 이루어질 수 있고, 절연층(12)은 산화실리콘(SiO2)과 같은 산화물로 이루어질 수 있다.
탄소나노튜브층(13)은 다수의 탄소나노튜브가 균일하게 분포하여 형성된 것으로, 탄소나노튜브층(13)을 구성하는 탄소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 다발형 탄소나노튜브 등이 이용될 수 있다. 탄소나노튜브층(13)은 공지된 다양한 방법으로 절연층(12) 위에 균일한 두께로 마련될 수 있다.
금속 전극(17)은 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al) 등 다양한 금속 물질로 이루어진다. 금속 전극(17)은 기상증착법(vapor deposition), 리프트 오프(lift-off) 공정, 포토리소그래피(photolithography) 공정 등 다양한 박막 형성 및 부착 방법을 통해 산화금속 나노 파티클층(14)이 마련된 탄소나노튜브층(13) 위에 형성될 수 있다.
산화금속 나노 파티클층(14)은 탄소나노튜브층(13)과 금속 전극(17) 사이에 개재되어 탄소나노튜브층(13)과 금속 전극(17) 사이의 접촉 저항을 낮춰주는 역할을 한다. 탄소나노튜브층(13) 위에 미세한 두께로 형성되는 산화금속 나노 파티클층(14)은 산화알루미늄 나노 파티클층(14)과 금속 전극(17) 사이에 터널링 전류(tunneling current)를 유도함으로써 탄소나노튜브층(13)과 금속 전극(17) 사이의 접촉 저항을 줄여준다.
산화금속 나노 파티클층(14)은 탄소나노튜브층(13)을 전체적으로 덮는 막형태로 존재하는 것이 아니라, 무수한 산화금속 나노 파티클(15)이 탄소나노튜브층(13)을 구성하는 탄소나노튜브의 표면에 분산되어 있는 형태로 존재하는 것이다. 산화금속 나노 파티클층(14)의 두께가 두꺼워지면 탄소나노튜브층(13) 전체를 덮어 절연막을 형성하여 접촉 저항을 오히려 증가시키게 된다. 따라서, 산화금속 나노 파티클층(14)의 두께는 일정 크기 이하로 제한되어야 한다. 후술할 실시예에 따르면, 산화금속 나노 파티클층(14)의 두께는 1nm보다도 작은 두께로 형성될 때 절연막을 형성하지 않고 터널링 전류를 유도할 수 있는 것으로 나타났다.
이러한 산화금속 나노 파티클층(14)은 다양한 금속 나노 파티클을 탄소나노튜브층(13) 위에 미세한 두께로 증착하고 이를 산화시킴으로써 형성할 수 있다. 탄소나노튜브층(13)에 증착된 무수한 금속 나노 파티클(15)은 탄소나노튜브층(13)에 흡입된 산소에 의해 산화되어 산화금속 나노 파티클층(14)을 형성하게 되는 것이다. 금속 나노 파티클(15)을 탄소나노튜브층(13) 위에 고르게 분산시키는 방법으로는 다양한 기상증착법이 이용될 수 있다.
잘 알려진 것과 같이, 기상증착법으로는 화학증착법(chemical vapor deposition; CVD)과 물리증착법(physical vapor deposition; PVD)이 있다. 화학증착법으로는 MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy) 등이 있고, 물리증착법으로는 스퍼터링(sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(thermal evaporation), 레이저분자빔증착법laser molecular beam epitaxy; L-MBE), 펄스레이저증착법(pulsed laser deposition; PLD) 등이 있다.
도 2는 탄소나노튜브층 위에 금속 나노 파티클을 증착하는 방법의 일예로 전자빔 증착법을 나타낸 것이다. 전자빔 증착법을 이용한 금속 나노 파티클의 증착 방법을 간단히 살펴보면 다음과 같다. 챔버(20) 내에 탄소나노튜브층(13)이 마련된 기판(11)과 타겟 물질(21)과 이격 배치하고, 진공펌프(22)를 작동시켜 챔버(20)를 일정 수준의 진공으로 만든다. 그리고 전자총(23)을 작동시키면 전자총(23)으로부터 방출되는 전자빔이 자석 가이드(24)로 인해 굴절되어 타겟 물질(21)에 조사되고, 타겟 물질(21)이 기화되어 기판(11) 위에 마련된 탄소나노튜브층(13)에 고르게 증착된다. 여기에서, 미설명 부호 25, 26은 홀더와 셔터를 각각 나타낸다.
상술한 것과 같이, 본 발명은 탄소나노튜브층(13)과 금속 전극(17) 사이에 산화금속 나노 파티클층(14)을 개재하여 탄소나노튜브층(13)과 금속 전극(17) 사이에 터널링 전류를 유도함으로써 탄소나노튜브층(13)과 금속 전극(17) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다. 따라서, 탄소나노튜브를 이용한 고효율의 전자소자를 구현할 수 있다. 그리고 산화금속 나노 파티클층(14)의 두께를 조절함으로써 탄소나노튜브층(13)과 금속 전극(17) 사이의 접촉 저항을 다양하게 제어할 수 있다.
본 발명에 의한 탄소나노튜브 전자소자는 기판(11)이나 절연층(12)을 생략하고, 탄소나노튜브층(13), 탄소나노튜브층(13) 위에 마련되는 산화금속 나노 파티클층(14), 산화금속 나노 파티클층(14) 위에 마련되는 금속 전극(17)을 구성 요소로 하여 구성될 수 있다. 이러한 본 발명에 의한 탄소나노튜브 전자소자는 각종 탄소나노튜브 전자회로, 탄소나노튜브 태양전지, 투명 전자회로, OLED 구동회로용 전자소자, 유기 태양전지 구동회로용 전자소자, 또는 그 밖의 다양한 전자소자로 응용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명을 실시예에 의거하여 설명한다.
아래의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
탄소나노튜브 전자소자의 제조
먼저, 단일벽 탄소나노튜브(이하 'SWCNTs'라 한다, Iljin Nanotech Co., Ltd.)를 PEN(polyethylene naphthalate) 기판 위에 코팅하였다.
단일벽 탄소나노튜브를 PEN 기판 위에 코팅하는 과정은 도 3과 같다. 먼저, 도 3의 (a)에 도시된 것과 같이, SWCNTs를 도데실벤젠술폰산 나트륨(sodium dodecylbenzenesulfonate, NaDDBS) 수용액에 분산시키고 6시간 동안 초음파 처리(sonication)하였다. 그리고 도 3의 (b)에 도시된 것과 같이 SWCNTs를 수용한 수용액을 8000rpm으로 10분 동안 원심분리하였다.
다음으로 도 3의 (c)에 도시된 것과 같이, 원심분리된 수용액을 아르곤 가스 브러시 피스톨(argon gas brush pistol)로 PEN 기판 위에 분사하였다. 그리고 도 3의 (d)에 도시된 것과 같이 PEN 기판을 건조 후 도데실벤젠술폰산 나트륨 계면활성제를 제거하기 위해 질산(nitric acid)으로 세정하였다.
이러한 과정을 통해 도 4에 나타낸 SEM 이미지와 같이 SWCNTs가 균등하게 적층된 PEN 기판을 얻을 수 있었다.
다음으로, 위의 방법으로 마련한 SWCNTs 기판 위에 포토리소그래피 공정, 리프트오프 공정을 통하여 전자소자의 전극 패턴을 형성하여 금(Au) 전극(20nm)과 팔라듐(Pd) 전극(20nm)을 소스 전극과 드레인 전극으로 이용하기 위해 전자빔 증착(electron beam evaporation) 공정(4×10-6 Torr)으로 증착하였다. 다음으로, 전자소자의 채널영역에만 반도체 물질인 SWCNTs를 남겨두기 위하여 전극과 채널부에만 포토레지스트(photoresist, AZ5214E)를 덮고, 반응성 이온 에칭법(reactive ion etching, 225 mTorr, 1200 SCCM O2), 300W, 1200s)을 이용하여 채널부 이외의 SWCNTs를 제거한 후, 남은 포토레지스트를 아세톤(acetone)과 이온제거수(de-ionized water)를 이용하여 세척하였다. 이러한 방법을 통하여 기본적인 SWCNTs 전자소자를 형성할 수 있었으며, SWCNTs 전자소자의 형성 과정 중 금속과 SWCNTs의 접촉저항을 줄여주기 위하여는 포토리소그래피 공정과 리프트오프 공정을 통하여 전극패턴을 형성한 후 얇은 알루미늄 나노 파티클을 형성하고 금과 팔라듐 같은 전극물질을 증착하였다.
SWCNTs층과 금속 전극(금 전극 또는 팔라듐 전극) 사이에 증착된 알루미늄 나노 파티클은 SWCNTs층에 흡입된 산소에 의해 산화되어 산화알루미늄 나노 파티클층을 형성하게 된다. 최종적으로는 도 1과 같은 구조의 탄소나노튜브 전자소자를 금속 전극의 종류(금 전극 또는 팔라듐 전극) 및 채널부의 길이(8㎛, 16㎛, 24㎛, 32㎛, 40㎛, 54㎛)에 따라 제조하였다. 실제로 도 7의 그래프에 삽입된 SEM 이미지를 보면, 산화알루미늄 나노 파티클층은 막이라기보다는 무수한 산화알루미늄 나노 파티클이 SWCNTs층을 구성하는 단일벽 탄소나노튜브의 표면에 분산되어 있는 형태로 존재하게 된다.
탄소나노튜브 전자소자의 분석
제조된 탄소나노튜브 전자소자의 전류-전압 특성(I-V characteristics)을 채널부(16)의 길이에 따라 측정하고, 각각의 전류-전압 특성 곡선으로부터 SWCNTs층의 채널 저항(Rchannel)과 SWCNTs층과 소스 전극(또는 SWCNTs층과 드레인 전극) 사이의 접촉 저항(Rcontact)을 포함하는 탄소나노튜브 전자소자의 전체 저항(Rtot)을 구하였다. 그리고 이들 전체 저항(Rtot), 채널 저항(Rchannel), 접촉 저항(Rcontact)과 다음의 수학식 1 및 수학식 2로부터 정규화된 전체 저항(width normalized total resistance, RtotW)과 정규화된 SWCNTs층의 접촉 저항((width normalized contact resistance, RcontactW)을 구하였다.
여기에서, W는 탄소나노튜브 전자소자의 폭이고, L은 탄소나노튜브 전자소자의 채널부 길이이며, Rsheet는 채널의 면저항(sheet channel resistance)이다.
도 5는 금 전극을 금속 전극으로 이용한 탄소나노튜브 전자소자의 채널부 길이에 따른 정규화된 전체 저항(RtotW)을 나타낸 그래프이고, 도 6은 팔라듐 전극을 금속 전극으로 이용한 탄소나노튜브 전자소자의 채널부 길이에 따른 정규화된 전체 저항(RtotW)을 나타낸 그래프이며, 도 7은 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께(0, 0.1nm, 0.3nm, 0.9nm, 2.7nm)에 따른 SWCNTs층과 금속 전극 사이의 정규화된 접촉 저항(RcontactW)을 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 5를 보면, 금 전극을 적용한 경우 채널부의 길이가 8㎛, 16㎛, 24㎛, 32㎛, 40㎛, 54㎛로 증가함에 따라 전체 저항(RtotW)이 11.555㏀㎛에서 46.580㏀㎛까지 증가함을 알 수 있다. 이러한 전체 저항(RtotW)의 그래프부터 SWCNTs층과 금 전극 간의 정규화된 접촉 저항(RcontactW)을 구할 수 있다(linearly plotting). 도 7을 보면, SWCNTs층과 금 전극 사이에 산화알루미늄 나노 파티클층이 없을 경우 접촉 저항(RcontactW)은 6.841㏀㎛임을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 팔라듐 전극을 적용한 경우 채널부의 길이가 8㎛, 16㎛, 24㎛, 32㎛, 40㎛, 54㎛로 증가함에 따라 전체 저항(RtotW)이 13.193㏀㎛에서 46.291㏀㎛까지 증가함을 알 수 있다. 도 6에 나타난 그래프로부터 SWCNTs층과 팔라듐 전극 간의 정규화된 접촉 저항(RcontactW)을 구할 수 있고, 도 7을 보면, SWCNTs층과 팔라듐 전극 사이에 산화알루미늄 나노 파티클층이 없을 경우 접촉 저항(RcontactW)은 7.515㏀㎛임을 알 수 있다.
도 7을 보면, 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께에 따른 SWCNTs층과 금 전극 간의 접촉 저항(RcontactW)과 SWCNTs층과 팔라듐 전극 간의 접촉 저항(RcontactW)을 확인할 수 있다. SWCNTs층과 금속 전극 사이에 0.1nm의 산화알루미늄 나노 파티클층이 마련될 때, 금 전극을 적용한 경우 접촉 저항(RcontactW)은 4.006㏀㎛으로 감소하고, 팔라듐 전극을 적용한 경우 접촉 저항(RcontactW)은 3.451㏀㎛으로 감소한다.
그리고 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께가 증가함에 따라 접촉 저항(RcontactW)은 감소하며, 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께가 0.3nm일 때 접촉 저항(RcontactW)은 최소가 된다. 금 전극을 적용한 경우 접촉 저항(RcontactW)의 최소값은 1.086㏀㎛이고, 팔라듐 전극을 적용한 경우 접촉 저항(RcontactW)의 최소값은 2.282㏀㎛이다. SWCNTs층과 금속 전극 사이에 산화알루미늄 나노 파티클층이 마련될 때 SWCNTs층과 금 전극 간의 접촉 저항(RcontactW)이 감소하는 이유는, 산화알루미늄 나노 파티클층이 SWCNTs층과 금속 전극 사이에 터널링 전류(tunneling current)를 유도하기 때문이다.
산화알루미늄 나노 파티클층의 두께가 0.3nm보다 크면 접촉 저항(RcontactW)은 증가하게 된다. 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께가 2.7nm로 증가하면, 금 전극을 적용한 경우는 접촉 저항(RcontactW)이 4.585㏀㎛으로 증가하고, 팔라듐 전극을 적용한 경우는 접촉 저항(RcontactW)이 11.490㏀㎛으로 증가한다. 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께가 두꺼워지면 SWCNTs층 전체를 산화알루미늄 나노 파티클이 덮어 절연막을 형성하므로 접촉 저항(RcontactW)이 증가하게 되는 것이다.
이러한 결과로부터 산화알루미늄 나노 파티클층이 0.1nm ~ 1.0nm의 두께로 형성될 때 SWCNTs층과 금속 전극 사이의 접촉 저항(RcontactW)을 효과적으로 저감시킬 수 있음을 알 수 있다. 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께가 0.1nm보다 작으면 산화알루미늄 나노 파티클층의 터널링 전류 유도 효과가 떨어지고, 산화알루미늄 나노 파티클층의 두께가 1.0nm보다 크면 산화알루미늄 나노 파티클층이 절연막을 형성할 가능성이 높아지기 때문이다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10 : 탄소나노튜브 전자소자 11 : 기판
12 : 절연층 13 : 탄소나노튜브층
14 : 산화금속 나노 파티클층 15 : 산화금속 나노 파티클
16 : 채널부 17 : 금속 전극
20 : 챔버 21 : 타겟 물질
23 : 전자총 25 : 홀더
12 : 절연층 13 : 탄소나노튜브층
14 : 산화금속 나노 파티클층 15 : 산화금속 나노 파티클
16 : 채널부 17 : 금속 전극
20 : 챔버 21 : 타겟 물질
23 : 전자총 25 : 홀더
Claims (11)
- (a) 탄소나노튜브층을 형성하는 단계;
(b) 상기 탄소나노튜브층 위에 금속 나노 파티클을 도포하고 이를 산화시켜 산화금속 나노 파티클층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 산화금속 나노 파티클층 위에 금속 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 기상증착법(vapor deposition)으로 상기 탄소나노튜브층 위에 상기 금속 나노 파티클을 증착하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 알루미늄(Al)으로 상기 금속 나노 파티클을 제공하여 산화알루미늄(AlOx)으로 상기 산화금속 나노 파티클층을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자의 제조방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 상기 산화금속 나노 파티클층을 0.1nm ~ 1.0nm의 두께로 상기 탄소나노튜브층 위에 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 금속을 이용하여 상기 금속 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자.
- 다수의 탄소나노튜브로 이루어지는 탄소나노튜브층;
상기 탄소나노튜브층 위에 마련되는 금속 전극; 및
상기 탄소나노튜브층과 상기 금속 전극 사이에 개재되는 산화금속 나노 파티클층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 산화금속 나노 파티클층은 산화알루미늄(AlOx)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자. - 제 8 항에 있어서,
상기 산화금속 나노 파티클층의 두께는 0.1nm ~ 1.0nm인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 금속 전극은 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브층의 하부에 배치되는 기판; 및
상기 기판과 상기 탄소나노튜브층 사이에 개재되는 절연층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전자소자.
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