KR20130006120A - 그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법 - Google Patents

그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130006120A
KR20130006120A KR1020110067970A KR20110067970A KR20130006120A KR 20130006120 A KR20130006120 A KR 20130006120A KR 1020110067970 A KR1020110067970 A KR 1020110067970A KR 20110067970 A KR20110067970 A KR 20110067970A KR 20130006120 A KR20130006120 A KR 20130006120A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
high frequency
frequency circuit
interconnect
layer
Prior art date
Application number
KR1020110067970A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101957339B1 (ko
Inventor
신현진
최재영
전성찬
김환균
윤형서
오주영
임주환
Original Assignee
삼성전자주식회사
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 연세대학교 산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020110067970A priority Critical patent/KR101957339B1/ko
Priority to US13/543,025 priority patent/US20130176698A1/en
Publication of KR20130006120A publication Critical patent/KR20130006120A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101957339B1 publication Critical patent/KR101957339B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237—High frequency adaptations
    • H05K1/0242—Structural details of individual signal conductors, e.g. related to the skin effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53276—Conductive materials containing carbon, e.g. fullerenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03—Conductive materials
    • H05K2201/032—Materials
    • H05K2201/0323—Carbon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

그래핀을 포함한 고주파 회로가 제공되며, 상기 그래핀은 성장 공정에 의해 얻어진 것으로서 층간 간격이 0.34nm 이상이며, 박리공정에 의해 얻어진 것과 달리 재현성 및 생산성이 우수하며, 전기적 특성에 있어서도 우수한 전자이동도 및 전류밀도를 가지므로 다양한 고속 전자소자에서 상호접속부로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법{High frequency circuit comprising graphene and operating method thereof}
그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법이 제공되며, 상기 그래핀을 화학적으로 합성된 것을 사용함으로써 이를 구비한 고주파 회로 제조시 생산성 및 재현성을 확보할 수 있게 된다.
최근 나노 기술의 연구 동향 중 하나로 기존 전자소자에 사용되는 재료인 실리콘이나 금속의 대체물질로서 전류밀도와 자유전자 이동거리가 높은 그래핀이 연구되고 있다. 그래핀은 전자소자 분야에서 광범위하게 사용되는 금속, 예를 들어 구리 또는 알루미늄의 한계를 뛰어 넘는 물질로서 고려된다. 아울러 고용량 신호전달이 필요한 3D 디스플레이, 3GHz 이상의 미래형 통신소자 및 실리콘 대체 반도체 소자들은 높은 무선 주파수 영역에서의 신호전달을 요구하고 있다.
해결하려는 일 과제는 종래의 전기적 특성을 유지하면서 생산성과 재현성이 우수한 고주파 회로를 제공하는 것이다.
다른 과제는 상기 고주파 회로의 구동 방법을 제공하는 것이다.
일태양에 따르면, 제1 및 제2 전자소자; 및 상기 제1 및 제2 전자소자를 연결하는 그래핀 상호접속부;를 구비하며, 상기 그래핀의 층 간격이 0.34nm 이상의 범위를 가지는 고주파 회로를 제공한다.
다른 태양에 따르면, 상기 고주파 회로는 상기 그래핀 상호접속부에 전원을 연결하고, 고주파 영역에서 상기 그래핀 상호접속부를 통해 전류를 수송함으로써 구동될 수 있다.
화학적 합성에 의해 얻어진 그래핀 상호접속부를 고주파 회로에 채용함으로써 높은 전도성 및 전자 이동성을 유지하면서도 생산성 및 재현성을 확보할 수 있게 된다. 또한 더 낮은 전자산란과 용이한 위치 선정 등의 장점을 갖고 있어 고주파 회로를 구성하는데 보다 용이하다.
도 1은 박리 공정에 따라 얻어진 그래핀의 결정 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 성장 공정에 따라 얻어진 그래핀의 결정 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 Ground-Signal-Ground 타입의 전극 형상을 갖는 RF 상호접속부의 구조를 나타낸다.
도 4는 RF 상호접속부에 형성된 그래핀의 TEM 사진을 나타낸다.
도 5는 박리 공정에 따라 얻어진 그래핀의 층간격을 나타낸다.
도 6은 RF 상호접속부에 형성된 2중층 그래핀의 TEM 사진을 나타낸다.
도 7은 성장 공정에 따라 얻어진 그래핀의 층간격을 나타낸다.
도 8은 실시예 1, 3 및 4에서 얻어진 그래핀의 반사계수를 나타낸다.
도 9는 실시예 1, 3 및 4에서 얻어진 그래핀의 투과계수를 나타낸다.
도 10은 실시예 1, 3 및 4에서 얻어진 그래핀의 실수부 임피던스를 나타낸다.
도 11은 실시예 1, 3 및 4에서 얻어진 그래핀의 허수부 임피던스를 나타낸다.
도 12는 실시예 1, 3 및 비교예 1, 2에서 얻어진 그래핀의 실수부 임피던스를 나타낸다.
도 13은 실시예 1, 3 및 비교예 1, 2에서 얻어진 그래핀의 허수부 임피던스를 나타낸다.
고주파 회로는 고속의 주파수 영역에서 전류와 전압을 수송하는 회로로서, 이를 위해서는 전자의 높은 이동성을 가지며, 우수한 전도성을 갖는 소재의 선택은 중요한 의미를 갖는다.
일구현예에 따른 고주파 회로에서는 그래핀을 전자소자들을 연결하는 상호접속부로 사용할 수 있으며, 상기 그래핀은 2층 이상의 층수를 가질 수 있고, 이때의 층 간격은 0.34nm 이상의 범위를 가질 수 있다.
그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결된 벌집 모양의 2차원 평면구조를 이루고 있으며, 반도체에서 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있으며, 구리보다 100배 이상의 전도성을 나타내는 물질로서 이들을 고주파회로에 채용시 고속의 상호접속부로서 기능을 수행할 수 있게 된다. 이와 같은 그래핀은 1층 내지 300층의 층수를 가질 수 있으며, 그 크기로서는 소자에 따라 적절한 크기를 가질 수 있다. 상기 그래핀의 크기는 w/L로서 정의할 수 있는 바, 예를 들어 상기 w(width) 및 L(length) 각각은 약 0.001㎛ 내지 약 1mm, 또는 약 0.001㎛ 내지 약 100㎛의 범위를 가질 수 있다.
이와 같은 그래핀은 다양한 방법에 의해 제조할 수 있는 바, 예를 들어 박리공정 또는 성장공정에 의해 제조할 수 있으며, 제조된 각 방법에 따라 이들 그래핀은 각각 다른 구조적 특징을 갖게 된다.
상기 박리 공정은 고배향성 열분해 흑연(HOPG; Highly Oriented Pyrolytic Graphite)과 같이 내부적으로 그래핀 구조체를 함유하는 물질로부터 기계적 수단(예를 들어 스카치테이프) 또는 산화-환원 공정을 이용하여 그래핀을 분리하는 방법으로서, 이와 같은 방법에 의해 얻어지는 그래핀은 제조가능한 그래핀의 크기가 마이크로미터 수준에 불과하며, 형태가 일정하지 않고, 층수가 불균일하여 생산성 및 재현성이 충분하지 않게 된다. 또한 미세 구조적 특성을 도 1에 도시한 바, 박리 공정에 의해 얻어진 그래핀은 0.33nm의 층간 거리를 가지며, 하부층에 존재하는 육각형의 1번 위치의 탄소와 상부층에 존재하는 육각형의 4번 위치의 탄소가 서로 인접하는 일정한 적층구조를 갖게 된다.
이와 달리 성장 공정은, 무기계 소재에 흡착되어 있거나 포함되어 있는 탄소를 고온에서 표면에 성장시키거나, 고온에서 기상의 탄소 공급원을 촉매층에 용해 또는 흡착시킨 후 이를 냉각을 통해 표면에서 결정화시킴으로써 그래핀 결정구조를 형성하는 것으로서, 이와 같은 방법에 의해 얻어지는 그래핀은 1cm2 이상의 대면적으로 형성할 수 있으며, 그 형태를 일정하게 제조할 수 있고, 기판이나 촉매의 종류와 두께, 반응시간, 냉각속도, 반응가스의 농도 등을 조절하여 층수를 자유롭게 조절할 수 있다. 그 결과, 성장 공정을 사용하여 얻어진 그래핀은 재현성이 우수하며, 대량 생산이 용이하다는 이점을 갖게 된다. 또한 미세 구조적 특성을 도 2에 도시한 바, 성장 공정에 의해 얻어진 그래핀은 랜덤한 적층구조를 가지며, 그에 따라 0.34nm 이상의 층 간격을 가질 수 있다.
상기 박리 공정과 성장 공정에 의해 얻어지는 그래핀의 구조적 차이로 인해 이들의 전기적 특성도 차이를 보이게 된다. 성장 공정에 의해 얻어진 그래핀은 층간 간격이 더 크므로 층 끼리의 상호 인력이 감소하여 전자의 이동도에 미치는 영향이 감소하며, 아울러 층수가 증가할수록 전자 밀도가 증가하여 전체 그래핀 내의 전도도가 증가할 수 있게 된다. 그러나 박리 공정에 의해 얻어지는 그래핀은 층간의 상호 인력으로 인해 이동도가 감소하게 된다.
상기 일구현예에 따른 고주파 회로에서 사용되는 그래핀은 상기 성장공정에 의해 제조된 것을 사용하여 우수한 전기적 특성을 확보함과 동시에 생산성 및 재현성을 모두 확보할 수 있게 된다. 예를 들어, 2층 이상의 층수를 가지며, 층간 간격이 0.34nm 이상인 그래핀을 상기 고주파 회로의 상호접속부로서 사용할 수 있다.
상기 그래핀 상호접속부는 집적 회로에서 사용되고 있는 구리 등의 상호접속부보다 전도성 및 이동도 측면에서 장점을 갖게 된다. 그래핀 상호 접속부는 구리 상호접속부보다 더 높은 전도성을 가지며, 이와 같이 증가된 전도성으로 인해 나노스케일의 작은 크기, 예를 들어 100nm 이하의 치수만으로도 충분한 효과를 거둘 수 있으므로 상호접속부의 전도성에 불리한 표면산란(scattering)을 억제할 수 있게 된다. 그래핀 상호접속부는 우수한 고주파 전류 수송 용량을 나타냄과 동시에 더 높은 전도성을 가지므로, 고주파 나노스케일 회로를 포함하는 고속 응용제품에 대하여 구리 상호접속부보다 많은 장점을 갖게 된다.
상기 그래핀 상호접속부는 다양한 고주파 응용제품에서 고속 상호접속부로서 사용될 수 있으며, 예를 들어 1GHz 이상의 높은 클록 주파수에서 동작하는 반도체 칩에 사용될 수 있으며, 또한 휴대폰이나 무선 네트워크와 같이 1GHz 이상의 주파수에서 동작하는 무선주파수(RF) 및 마이크로파 회로에 사용될 수 있다. 또한 상기 그래핀 상호접속부는 1 GHz 이상의 고주파에서 동작하는 회로의 능동소자, 수동소자, 및 이들의 조합소자를 상호 접속하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 그래핀 상호접속부는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 상호 접속하는데 사용될 수 있다.
상기 그래핀 상호접속부에서 그래핀은 단일 그래핀을 포함하거나, 또는 그래핀을 어레이 형식으로 병렬로 배열하여 사용할 수 있다.
상기 고주파 회로에서 그래핀 상호접속부는 제1 전자소자 및 제2 전자소자를 연결하며, 제1 전자소자는 상기 그래핀 상호접속부를 통하여 제2 전자소자에 전기신호를 송신하게 된다. 이때 전기 신호는 1MHz 내지 0.8GHa, 또는 0.8GHz 이상의 주파수 범위, 예를 들어 2GHz 내지 300THz의 범위, 혹은 5GHz 내지 300GHz의 범위를 가질 수 있다.
상기 고주파 회로의 구동방법으로서는, 상술한 바와 같은 그래핀 상호접속부를 갖는 고주파 회로에 전원을 인가한 후, 상술한 고주파 영역에서 상기 그래핀 상호접속부를 통해 전류를 수송하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 그래핀 상호접속부는 트랜지스터 등을 상호 접속할 수 있으며, 다양한 전자 소자들을 상호 접속할 수 있다.
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 400 내지 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(예를 들어 ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 통해 형성된 그래핀을 전사한 다음, 포토 리소그래피와 건식 에칭(dry etching)을 이용해 그래핀의 패턴을 형성한다. 그래핀 상에 20nm Ti/100nm 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 전극 사이에는 그래핀이 그래핀이 위치하며, 상기 전극 사이의 간격은 약 0.001㎛ 내지 약 100㎛, 또는 약 0.001㎛ 내지 약 1mm의 범위 내에서 형성될 수 있다.
이하에서는 실시예를 통해 구현예를 상세히 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 통해 성장된 단일층 그래핀을 전사한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 3㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 Ti 20nm/ Au 1㎛ 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=0.60).
실시예 2
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 통해 성장된 단일층 그래핀을 2번 전사하여 이중층 그래핀을 형성한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 3㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 20nm Ti/100nm 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=0.60). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.38nm의 층간 간격을 갖는다.
실시예 3
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 성장된 단일층 그래핀을 3번 전사하여 삼중층 그래핀을 형성한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 3㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 20nm Ti/100nm 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=0.60). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.38nm의 층간 간격을 갖는다.
실시예 4
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 통해 성장된 단일층 그래핀을 4번 전사하여 사중층 그래핀을 형성한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 6㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 20nm Ti/100nm 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=1.2). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.38nm의 층간 간격을 갖는다.
실시예 5
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 통해 성장된 단일층 그래핀을 전사한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 6㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 Ti 20nm/ Au 1㎛ 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=1.2).
실시예 6
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 통해 성장된 단일층 그래핀을 2번 전사하여 이중층 그래핀을 형성한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 6㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 20nm Ti/100nm 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=1.2). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.38nm의 층간 간격을 갖는다.
실시예 7
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 성장된 단일층 그래핀을 3번 전사하여 삼중층 그래핀을 형성한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 13㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 20nm Ti/100nm 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=2.60). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.38nm의 층간 간격을 갖는다.
실시예 8
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 화학기상증착(CVD)을 통해 성장된 단일층 그래핀을 4번 전사하여 사중층 그래핀을 형성한 후, 포토 리소크래피와 건식 에칭을 통해 w를 13㎛으로 조절한다. 그래핀 상에 20nm Ti/100nm 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 전극 사이의 간격은 L=5㎛의 크기로 형성한다(w/L=2.6). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.38nm의 층간 간격을 갖는다.
비교예 1
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 박리법을 통해 단일층으로 전사된다. 그래핀 상에 20nm Ti/1㎛ Au 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 그래핀의 w는 7.98㎛이고, 상기 전극 사이의 간격은 6.87㎛의 크기로 형성한다(w/L=1.16).
비교예 2
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 박리법을 통해 3중층으로 전사된다. 그래핀 상에 20nm Ti/1㎛ Au 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 그래핀의 w는 7.27㎛이고, 상기 전극 사이의 간격은 12.91㎛의 크기로 형성한다(w/L=0.56). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.33nm의 층간 간격을 갖는다.
비교예 3
도 3은 고주파 전송 특성을 측정하기 위하여 GSG 타입의 전극 형상을 적용한 RF 상호접속부를 갖는 소자의 일구현예를 나타낸다.
그래핀은 500nm SiO2 층을 갖는 산화된 고저항 p도핑 Si 웨이퍼(ρ>10kΩ-cm) 상에 박리법을 통해 4중층으로 전사된다. 그래핀 상에 20nm Ti/1㎛ Au 이중층의 금속전극이 전자 빔 리소그래피 및 금속 증발을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 전극은 그래핀으로 상호 접속되며, 상기 그래핀의 w는 19.18㎛이고, 상기 전극 사이의 간격은 2.88㎛의 크기로 형성한다(w/L=6.66). 상기 전극 하부에 형성된 그래핀은 0.33nm의 층간 간격을 갖는다.
실험예 1: 층간 간격의 측정
상기 비교예 3에서 얻어진 그래핀에 대하여 TEM 사진을 측정하여 도 4에 도시한다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 기판 상에 4층층의 그래핀이 소정 형태로 형성되었음을 알 수 있다.
도 5는 상기 그래핀의 단면을 TEM을 이용하여 측정한 다음, 층간격을 측정한로서 자료로서 각 층의 간격이 0.33nm에 해당함을 알 수 있다.
상기 실시예 2에서 얻어진 그래핀에 대하여 TEM을 측정하여 도 6에 도시하며, 도 7은 상기 실시예 2에서 얻어진 그래핀의 단면을 TEM을 이용하여 측정한 다음 층간격을 측정한 자료로서 층 간격이 0.38nm에 해당함을 알 수 있다.
실험예 2: 전송특성 측정
도 8 및 9는 상기 실시예 1, 3 및 4에서 얻어진 RF 상호접속부의 전송 특성을 분석하기 위한 S-파라미터 측정결과를 나타낸다.
S-parameter는 네트웍 분석기(모델명 Agilent 85225HE01)를 이용하여 측정하였으며, GSG 대응 전용 프로브를 양단에 연결하고 규격에 따라 제작된 샘플의 전극에 팁을 밀착 시킨 후 측정 범위의 고주파 전류를 가하여 얻어진 전위차를 이용하여 이하의 식에 따라 측정한다.
(1) S11 및 S22: 반사계수
S11 = 20log(V1out/V1in)
S22=20log(V2out/V2in)
(2) S12 및 S21: 투과계수
S12 = 20log(V1out/V2in)
S21 = 20log(V2out/V1in)
S11은 반사계수를 나타내며, S21은 투과계수를 나타낸다. S11의 경우 보다 작은 db값을 갖는 경우 전송 특성이 우수함을 나타낸다. 또한 S21의 경우 큰 db값을 가질 때 우수한 전송특징을 가진다. 따라서 도 8에 나타낸 바와 같이, 4층의 그래핀으로 구성된 상호접속부를 구비한 실시예 4에서 가장 작은 반사계수를 가지며, 도 9에 도시한 바와 같이 4층의 그래핀으로 구성된 상호접속부를 구비한 실시예 4에서 가장 큰 투과계수를 갖는다. 따라서 그래핀이 형성되지 않은 전극(Open)과 비교하여 그래핀이 형성된 전극이 우수한 전송특성을 나타내며, 아울러 그래핀이 4층의 두께를 갖는 경우 가장 우수한 전송특성을 가짐을 알 수 있다.
실험예 3: 임피던스 측정
도 10 및 도 11은 각각 상기 실시예 1, 3 및 4에서 얻어진 그래핀의 실수부 임피던스와 허수부 임피던스 결과를 나타낸다.
그래핀의 적층수가 증가할수록 임피던스가 감소하므로 전송특성이 개선됨을 알 수 있다. 또한 주파수가 높아질수록 임피던스가 현저히 감소하므로 고주파 회로에서 상호접속부로 유용함을 알 수 있다.
실험예 4: 그래핀 형성 공정에 따른 임피던스 분석
도 11 및 도 12는 각각 상기 실시예 1, 3 및 비교예 1, 2의 실수부 임피던스와 허수부 임피던스 결과를 나타낸다. 단층 그래핀의 경우 성장 공정에 의해 얻어진 실시예 1의 그래핀이 박리 공정에 의해 얻어진 비교예 1보다 더 우수한 특성을 나타내며, 3중층 그래핀을 채용한 실시예 3 및 비교예 2에서는 유사한 성능을 보임을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 제1 및 제2 전자소자; 및 상기 제1 및 제2 전자소자를 연결하는 그래핀 상호접속부;를 구비하며,
    상기 그래핀의 층 간격이 0.34nm 이상의 범위를 가지는 고주파 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀의 층수가 2층 내지 300층인 것인 고주파 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자소자는 고주파 영역에서 상기 그래핀 상호접속부를 통하여 상기 제2 전자소자에 전기 신호를 송신하는 것인 고주파 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀이 성장 공정에 의해 얻어진 것인 고주파 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀이 랜덤 적층 구조를 갖는 것인 고주파 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자소자가 0.8GHz 이상의 주파수에서 상기 그래핀 상호접속부를 통해 전기신호를 송신하는 것인 고주파 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자소자가 2GHz 내지 300THz의 주파수에서 상기 그래핀 상호접속부를 통해 전기신호를 송신하는 것인 고주파 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자소자가 각각 트랜지스터를 포함하는 것인 고주파 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 상호접속부가 병렬 어레이로 구성된 그래핀을 구비하는 것인 고주파 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 상호접속부가 1MHz 내지 800MHz의 주파수에서 전류를 수송하는 것인 고주파 회로.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 상호접속부가 2GHz 내지 300GHz의 주파수에서 전류를 수송하는 거인 고주파 회로.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 회로가 0.8GHz 이상의 고주파에서 동작하는 무선 주파수 회로인 것인 고주파 회로.
  13. 그래핀 상호접속부를 갖는 고주파 회로에 전원을 인가하는 단계; 및
    고주파 영역에서 상기 그래핀 상호접속부를 통해 전류를 수송하는 단계;를 포함하며,
    상기 그래핀의 층 간격이 0.34nm 이상의 범위를 가지는 것인 고주파 회로의 구동방법.
  14. 2층 이상의 그래핀을 포함하며,
    상기 그래핀의 층 간격이 0.34nm 이상의 범위를 갖는 것인 그래핀 상호접속부.
KR1020110067970A 2011-07-08 2011-07-08 그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법 KR101957339B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110067970A KR101957339B1 (ko) 2011-07-08 2011-07-08 그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법
US13/543,025 US20130176698A1 (en) 2011-07-08 2012-07-06 High frequency circuit comprising graphene and method of operating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110067970A KR101957339B1 (ko) 2011-07-08 2011-07-08 그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130006120A true KR20130006120A (ko) 2013-01-16
KR101957339B1 KR101957339B1 (ko) 2019-03-13

Family

ID=47837278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110067970A KR101957339B1 (ko) 2011-07-08 2011-07-08 그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20130176698A1 (ko)
KR (1) KR101957339B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140142936A (ko) * 2013-06-05 2014-12-15 삼성전기주식회사 연성회로기판 및 그 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140013492A (ko) * 2012-07-24 2014-02-05 삼성전기주식회사 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판 제조 방법
US20150207254A1 (en) * 2014-01-22 2015-07-23 Apple Inc. Molded Plastic Structures With Graphene Signal Paths

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050250895A1 (en) * 2000-09-08 2005-11-10 Baker R T K Conductive polymeric structures containing graphite nanofibers having graphite sheets parallel to the growth axis
KR20080082338A (ko) * 2007-03-08 2008-09-11 삼성에스디아이 주식회사 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치및 이의 제조방법
KR20080100430A (ko) * 2006-02-16 2008-11-18 루센트 테크놀러지스 인크 장치, 장치 제조 방법 및 전계 효과 트랜지스터
KR20090086536A (ko) * 2006-10-06 2009-08-13 더 트러스티즈 오브 프린스턴 유니버시티 작용성 그라핀-고무 나노복합물
US20100200755A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Riken Apparatus and method for detecting terahertz wave

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0106358D0 (en) * 2001-03-13 2001-05-02 Printable Field Emitters Ltd Field emission materials and devices
US8044472B2 (en) * 2003-03-25 2011-10-25 Kulite Semiconductor Products, Inc. Nanotube and graphene semiconductor structures with varying electrical properties
US7794880B2 (en) * 2005-11-16 2010-09-14 California Institute Of Technology Fluorination of multi-layered carbon nanomaterials
GB0622150D0 (en) * 2006-11-06 2006-12-20 Kontrakt Technology Ltd Anisotropic semiconductor film and method of production thereof
US20080286191A1 (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Stansberry Peter G Process For The Production Of Highly Graphitizable Carbon Foam
EP2298698A4 (en) * 2008-06-23 2013-11-06 Tokuyama Corp POROUS CARBON MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
US20100173134A1 (en) * 2008-06-26 2010-07-08 Carben Semicon Limited Film and Device Using Layer Based on Ribtan Material
US9991391B2 (en) * 2008-07-25 2018-06-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Pristine and functionalized graphene materials
KR101047983B1 (ko) * 2008-07-31 2011-07-13 한국과학기술연구원 Ａａ＇ 적층 흑연 및 그 제조 방법
US8852444B2 (en) * 2009-08-14 2014-10-07 Northwestern University Sorting two-dimensional nanomaterials by thickness
US8222190B2 (en) * 2009-08-19 2012-07-17 Nanotek Instruments, Inc. Nano graphene-modified lubricant
US8334017B2 (en) * 2009-09-18 2012-12-18 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for forming energy storage and photovoltaic devices in a linear system
US8105928B2 (en) * 2009-11-04 2012-01-31 International Business Machines Corporation Graphene based switching device having a tunable bandgap
US8263843B2 (en) * 2009-11-06 2012-09-11 The Boeing Company Graphene nanoplatelet metal matrix
US9017756B2 (en) * 2010-01-07 2015-04-28 Nanotek Instruments, Inc. Continuous process for producing spacer-modified nano graphene electrodes for supercapacitors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050250895A1 (en) * 2000-09-08 2005-11-10 Baker R T K Conductive polymeric structures containing graphite nanofibers having graphite sheets parallel to the growth axis
KR20080100430A (ko) * 2006-02-16 2008-11-18 루센트 테크놀러지스 인크 장치, 장치 제조 방법 및 전계 효과 트랜지스터
KR20090086536A (ko) * 2006-10-06 2009-08-13 더 트러스티즈 오브 프린스턴 유니버시티 작용성 그라핀-고무 나노복합물
KR20080082338A (ko) * 2007-03-08 2008-09-11 삼성에스디아이 주식회사 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치및 이의 제조방법
US20100200755A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Riken Apparatus and method for detecting terahertz wave
JP2010206176A (ja) * 2009-02-09 2010-09-16 Institute Of Physical & Chemical Research テラヘルツ電磁波検出装置とその検出方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE Trans. Electron Devices, 56(9), p.1822~1833(2009.09.).* *
IEEE Trans. Electron Devices, 57(11), p.3137~3143.* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140142936A (ko) * 2013-06-05 2014-12-15 삼성전기주식회사 연성회로기판 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20130176698A1 (en) 2013-07-11
KR101957339B1 (ko) 2019-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sanne et al. Radio frequency transistors and circuits based on CVD MoS2
Piatti et al. Charge transport mechanisms in inkjet-printed thin-film transistors based on two-dimensional materials
Wu et al. State-of-the-art graphene high-frequency electronics
Krasnozhon et al. MoS2 transistors operating at gigahertz frequencies
Wu et al. Graphene electronics: Materials, devices, and circuits
Li et al. Carbon nanotube transistor operation at 2.6 GHz
US8860137B2 (en) Radio frequency devices based on carbon nanomaterials
Wang et al. Graphene electronics for RF applications
Han et al. Current saturation in submicrometer graphene transistors with thin gate dielectric: Experiment, simulation, and theory
Gund et al. Two-dimensional metallic niobium diselenide for sub-micrometer-thin antennas in wireless communication systems
US10008605B2 (en) Connecting structure and method for manufacturing the same, and semiconductor device
CN105914201B (zh) 一种石墨烯片上可调电感及其制造方法
Ghivela et al. The promise of graphene: A survey of microwave devices based on graphene
Moldovan et al. Graphene quantum capacitors for high frequency tunable analog applications
Yeh et al. Gigahertz field-effect transistors with CMOS-compatible transfer-free graphene
Jun et al. Radio-frequency transmission characteristics of a multi-walled carbon nanotube
Lee et al. Mesostructured Hf x Al y O2 Thin Films as Reliable and Robust Gate Dielectrics with Tunable Dielectric Constants for High-Performance Graphene-Based Transistors
KR20130006120A (ko) 그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법
Dash et al. Graphene loaded frequency reconfigurable metal antenna
Tian et al. Wafer scale mapping and statistical analysis of radio frequency characteristics in highly uniform CVD graphene transistors
KR101946003B1 (ko) 그래핀을 채용한 고주파 회로 및 그의 구동방법
Guo et al. Large-area metal–semiconductor heterojunctions realized via MXene-induced two-dimensional surface polarization
KR101794318B1 (ko) 2차원 물질 및 금속 박막을 포함하는 전자소자 전송선 및 이를 포함하는 마이크로 전자소자의 제조방법
Theofanopoulos et al. Toward large-scale dynamically reconfigurable apertures using graphene
Lee et al. Radio-frequency characteristics of graphene monolayer via nitric acid doping

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant