KR20140104547A - 스마트 글라스 - Google Patents

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KR20140104547A
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rod
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전희창
조학동
파닌 겐나디
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 스마트 글라스에 관한 것으로, 투명판의 일면에는 발전부를 포함하고, 투명판의 반대면에는 디스플레이부 또는 조명부 중 하나 이상을 포함하며, 발전부, 디스플레이부, 및 조명부는 투명한 것을 특징으로 하며, 유리창과 같은 투명판에서 발전과 동시에 조명 및 디스플레이가 가능하다.

Description

스마트 글라스 {Smart glass}
본 발명은 스마트 글라스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일면에 발전부를 포함하고, 반대면에는 디스플레이부 또는 조명부를 포함하는 투명판에 관한 것이다.
최근, 투명 디스플레이 및 발광다이오드에 대한 연구가 활발해지면서, 투명 디스플레이의 구현 및 응용분야, 발광다이오드의 휘도를 높이려는 연구분야에 대한 관심이 높아지고 있다.
이원계 산화물 반도체인 산화아연은 육방정계를 가지는 울자이트(wurzite) 결정구조로, 3.37 eV의 넓은 밴드 갭과 상온에서 큰 엑시톤(exciton) 결합에너지를 가지는 직접 천이형 3-5족 화합물 반도체 물질이다. 가시광선 영역에서 높은 투과성과 굴절률 및 큰 압전 상수를 가지는 물질로서, 평판 디스플레이에 사용되는 산화인듐의 대체재로 사용되거나 또는 발광 소자, 레이저 다이오드 등의 저전압에서 사용되는 단파장의 물질로 이용되고 있다. 또한 전계방출 디스플레이나 태양 전지의 투명전극, 가스센서, 자외선 차단막 등으로 그 활용영역이 매우 넓다.
전자소자로서 사용되는 산화아연은 박막 형태로 사용되는 것이 일반적이었으나, 나노구조를 가진 산화아연 나노로드 및 나노로드를 사용함으로써 임계 방출전류 밀도를 증가시킴으로써 최대의 효율을 얻을 수 있다. 또한 산화아연 나노로드를 유리기판 위에 코팅하여 사용할 경우에는 노출 면적을 최대한 늘림으로써 광촉매 효율을 최대한 향상시킬 수 있다.
기존의 산화아연 나노로드 및 나노로드의 제조방법으로는 CVD(Chemical Vapor Deposition), Solution Routes Process, Template Based Process, Laser Ablation Process 등 여러 가지가 있으며, 이들 중에서 비교적 간단한 공정이 금속 수송 증착 방법이라 할 수 있다. 그러나 기존의 알려진 금속 수송 증착 공정은 산화아연 형태의 원료를 사용하기 때문에 900 ~ 1000 ℃로 아주 높은 온도에서 기상화 시켜야 하는 고온 공정이라는 점과, 산화아연과 동일한 결정 성장면을 가지는 사파이어 기판에만 산화아연 나노로드 및 나노로드의 성장이 가능하여 기판 선택이 제한된다는 점 등의 문제점이 있다.
그래핀은 탄소 원자들이 2차원으로 결합되어 구성된 물질이며, 그라파이트(graphite)와는 달리 단층 또는 2 ~ 3층으로 아주 얇게 형성되어 있다.
탄소 원자의 단일 층인 그래핀은 유연하고, 전자 이동도(electron carrier mobility)가 높으며, 탄성(elasticity)이 높고, 전자기적 변조성이 있으며, 열전도도(thermal conductivity)가 높고, 광 투과도가 높다는 특성으로 인하여 투명하고 휘어지는 전극으로 사용하거나 전자 소자에서 전자 수송층과 같은 전자 전송 물질로 활용하려는 연구가 진행되고 있다.
그래핀은 특히 태양 전지 또는 광검출기와 같이 빛을 받아 이를 전기로 전환하는 광기전력(photovoltaic) 원리를 이용하는 전자 소자의 전자 수송층 및 투명 전극으로서 크게 주목받고 있다. 특히, 최근에는 투명하고 전도성이 높다는 특성을 이용하여 디스플레이소자의 투명 전극에 적용하려는 시도가 활발하다.
전자 소자의 투명 전극으로는 ITO(Indium Tin Oxide)가 가장 널리 사용되고 있으나, 주재료인 인듐(In)의 가격 상승 및 고갈 가능성으로 인해 제조비용이 높아지고 있으며, 유연성이 없기 때문에 휘어지는 소자에 적용하기 곤란한 점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발전, 디스플레이, 또는 조명을 동시에 제공할 수 있는 투명판을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 투명판의 일면에는 발전부를 포함하고, 상기 투명판의 반대면에는 디스플레이부 또는 조명부 중 하나 이상을 포함하며, 상기 발전부, 디스플레이부, 및 조명부는 투명한 것을 특징으로 하는 투명판을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투명판은, 유리, 투명 플라스틱, 또는 사파이어 중 하나인 것을 특징으로 하는 투명판 일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 발전부는, 나노로드; 및 얇고 투명한 전도성 있는 물질로 구성되며, 전극으로서 사용되는 수광부를 포함하고, 상기 나노로드 또는 상기 수광부 중 하나는 N형 반도체로 이루어지고, 다른 하나는 P형 반도체로 이루어지며, 상기 나노로드는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 압전효과를 갖는 물질로 이루어져 있고, 상기 수광부에 가해지는 압력이 상기 나노로드에 전해지도록 상기 수광부에 상기 나노로드를 접촉시키면서, 상기 수광부와 상기 나노로드가 접촉한 경우 PN접합을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명판 일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 디스플레이부는, 소정의 방향을 일정하게 형성된 그래핀 패턴; 상기 그래핀 패턴 상에 형성된 산화아연 나노로드; 상기 그래핀 패턴이 형성하는 각 픽셀에 위치하여 방출되는 광의 파장을 조절하는 양자점; 및 상기 양자점을 교차점으로 상기 그래핀 패턴과 교차하는 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하고, 상기 양자점을 통해 적색(R), 녹색(G), 또는 청색(B) 중 하나의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 투명판일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 그래핀 패턴은, 금속층 위에 고체탄소원료인 감광층을 형성하는 단계; 및 상기 감광층 위에 패터닝된 마스크를 위치시키고, 자외선을 노광한 후, 현상함으로써, 상기 감광층을 패터닝하고, 상기 패터닝된 감광층을 가열함으로써, 상기 감광층을 패터닝된 그래핀으로 변경시키는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 투명판일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 산화아연 나노로드는, 아연금속을 반응로 내의 소스영역에 위치시키고, 상기 기판을 상기 반응로 내의 성장영역에 위치시키는 단계; 상기 아연금속이 증발하여 분자 상태가 되도록 상기 반응로의 내부를 가열하는 단계; 상기 반응로에 공급되는 운반가스를 이용하여 상기 분자 상태가 된 아연금속을 상기 성장영역으로 이동시키는 단계; 및 상기 기판 위에서 상기 성장영역에 직접 주입되는 산소가스를 상기 분자 상태가 된 아연금속과 반응시키는 단계를 포함하여 구성되는 투명판일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 디스플레이부는, 소정의 방향을 일정하게 형성된 그래핀 패턴; 상기 그래핀 패턴 상에 형성된 산화아연 나노로드; 및 상기 나노로드를 통해 방출되는 광의 파장을 조절하는 컬러 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명판일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 디스플레이부는 전계효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 전계효과 트랜지스터는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 형성된 게이트 전극; 사이 게이트 전극 상에 형성된 유전체층; 및 상기 유전체 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극을 포함하고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 잇는 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층을 채널층으로 이용하는 것을 특징으로 하는 투명판일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 디스플레이부는 터치스크린으로 이용되는 것을 특징으로 하는 투명판일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 조명부는 접촉식 발광 다이오드이고,
상기 접촉식 발광 다이오드는, 투명 기판; 상기 투명 기판 위에 형성된 투명 전극층; 상기 투명 전극층 위에 성장된 제1극성으로 도핑된 복수의 반도체 나노로드들을 포함하는 나노로드층; 및 제2극성으로 도핑되고, 상기 반도체 나노로드들의 말단에 일정한 물리적 접촉을 형성하는 단결정 반도체층을 포함하는 투명판일 수 있다.
본 발명에 따르면, 유리창과 같은 투명판에서 발전과 동시에 조명 및 디스플레이가 가능하다. 또한, 상기 발전된 에너지를 이용하여 조명 및 디스플레이에 사용이 가능하다. 나아가, 기존 FPD 용 풀 칼라 디스플레이(Full Color Display)를 개선하여 LC를 사용하지 않고 구동될 수 있고, 대형 빌딩의 유리를 이용하여 발전소 역할을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명판을 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 발전부의 구성 및 특성을 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3i는 디스플레이부의 각 구성과 제조방법의 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4d는 조명부의 구성 및 특성을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명판을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실싱예에 따른 투명판(110)은 일면에는 발전부(120)를 포함하고, 반대면에는 디스플레이부(130) 또는 조명부(140) 중 하나 이상을 포함하며, 발전부(120), 디스플레이부(130), 및 조명부(140)는 투명한 것을 특징으로 한다.
투명판(110)은 유리, 투명 플라스틱, 또는 사파이어 중 하나일 수 있다.
보다 구체적으로, 투명판(110)은 유리창일 수 있다. 아파트와 같은 주거용 건물이나 상업용 건물에 사용되는 일반 유리창일 수 있으며, 발전부(120), 디스플레이부(130), 및 조명부(140)를 포함하는 유리창을 구현하여, 발전과 조명, 디스플레이를 할 수 있는 스마트 유리를 구현할 수 있다. 기존 유리창의 역할 뿐만 아니라, 실생활에서 필요한 다양한 기능을 구현하고, 상기 기능을 구현하는데 필요한 에너지를 자체적으로 생성할 수 있는 스마트 유리창을 제공할 수 있다. 투명판(110)은 유리창으로 한정되지 아니하고, 투명 플라스틱 또는 사파이어와 같이, 투명한 물질이면 다른 물질도 이용할 수 있다. 투명판(110)은 평면일 수 있고, 또는 굴곡이 있거나, 휘어지는 판일 수도 있다.
투명판(110)은 각 구성의 기판으로 이용할 수 있다. 투명판(110)을 각 구성의 기판으로 사용함으로써 각 구성에 필요한 기판을 줄일 수 있다.
투명판(110)을 구성하는 각 구성들은 이하 각 도면에서 자세히 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2c는 발전부(120)의 구성 및 특성을 도시한 도면이다.
발전부(120)는 태양광에너지와 풍력에너지를 이용하여 에너지를 생성한다. 건물의 외면과 같이, 투명판(110)의 일면에 위치하여, 태양광에너지를 통해 전류를 생성하고, 또한, 바람에 의한 압력 에너지를 통해 전류를 생성할 수 있다. 발전부(120)에서 생성되는 에너지를 디스플레이부(130) 또는 조명부(140)를 동작시키는 에너지로 사용할 수 있다. 따라서, 환경보호가 중요시되는 현대사회에서 자체적으로 에너지를 생성 소비하는 친환경 투명판(110)을 제공할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 발전부(120)는 수광부(210), 나노로드(220), 및 기판부(230)로 구성된다.
수광부(210)는 광 에너지를 받아들이는 것과 동시에 외부의 압력을 나노로드(220)로 전달한다. 수광부(210)는 P형 반도체 또는 N형 반도체로 이루어져 있으며, 나노로드(220)는 수광부(210)가 P형 반도체이면, N형 반도체로 이루어지고, N형 반도체이면, P형 반도체로 이루어진다. 즉, 수광부(210)와 나노로드(220)는 서로 접합되는 경우 PN 접합을 이루게 된다.
수광부(210)는 얇고 투명한 전도성 있는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 그라핀(graphene)이나 갈륨 나이트라이드(GaN)을 예로 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
나노로드(220)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화시킬 수 있는 압전 성질를 가짐과 동시에 P형 반도체 또는 N형 반도체로 이루어져 있다. 아연 산화물(ZnO)이나 갈륨 질화물(GaN) 나노로드뿐만 아니라 바륨 티타늄 산화물로 이루어진 나노로드는 압전 성질이 있다는 것이 알려져 있다.
수광부(210)와 나노로드(220)는 PN 접합을 이루어야 하므로, 수광부(210)가 P형 그라핀 또는 P형 GaN 반도체인 경우 나노로드(220)는 N형 ZnO 또는 N형 GaN 반도체인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 수광부(210)가 N형 그라핀 또는 N형 GaN 반도체인 경우 나노로드(220)는 P형 ZnO 또는 P형 GaN 반도체인 것이 바람직하다.
기판부(230)는 유리(glass), Si, 또는 Al2O3로 이루어져 나노로드(220)를 지지하고 있다. 이때, 기판부(230)가 전기적으로 부도체로 이루어질 경우에는 나노로드(220)와 기판부(230) 사이에 메탈 전극(240)이 삽입되는 것이 바람직하다. 한편, 기판부(230)가 전도성 물질인 경우에는 추가적인 메탈 전극 삽입 없이 소자 구성이 가능하다.
또 다른 구조로써 N형(P형) 기판 위에 P형(N형) 나노로드를 형성할 경우에 수광부(210)는 투명한 전극소재 구조로 제작할 수 있다. 이 경우, 기판 아래에 금속 전극이 있고, 기판 위에는 나노로드가 있는 구조이다.
한편, 도 2a의 왼쪽 그림은 수광부(210)에 압력이 가해지기 전의 상태를 도시한 것이고, 도 2a의 오른쪽 그림은 수광부(210)에 압력이 가해진 상태를 도시한 것으로서, 도 2a의 오른쪽의 경우에는 PN 접합을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정과 압전 효과를 이용하여 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정이 동시에 일어난다.
도 2a의 왼쪽과 같이 압력이 수광부(210)에 가해지기 전에 수광부(210)는 나노로드(220)와 이격되어 있을 수도 있고, 접촉되어 있을 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 압전 효과가 있는 반도체로 구성된 나노로드를 이용하여 태양발전과 동시에 풍력발전을 할 수 있다.
태양-풍력소자의 전기생산 원리는 P형과 N형 반도체를 접합시 압전효과를 통한 전기 생산 및 바람에 의한 압력과 충격과 진동을 통한 압전 발전기의 작동으로 전기를 생산할 수 있다. 즉, 순간순간 발생되는 진동을 유발하는 이동체에서는 압전장치를 통해 움직이기만 하면 추가적인 전기생산이 가능하다. 이와 같은 압전 장치가 가능한 이유는 반도체 나노로드 구조를 이용하였기 때문에 가능한 것이다.
태양광 에너지를 통한 발전은 나노로드(N형)와 수광부(P형)의 접촉시 PN접합구조가 형성되어 태양광 에너지의 흡수를 통해서 전류가 발생된다. 이때 나노로드의 경우 태양광의 접합면적이 크고 결정성이 우수하기 때문에 높은 효율의 태양전지 특성이 기대된다. 또한 전기 전도도가 우수하고, 광투명도가 우수하며, 광반응 특성이 우수한 그라핀을 층간 삽입한 구조에 대해서는 도 2b에서 상세히 살펴보기로 한다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전부(120)를 도시한 것이다.
도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 나노로드를 이용한 발전부(120)는 제 1 전극(310), 제 1 나노로드(320), 제 2 전극(311), 제 2 나노로드(321), 및 제 3 전극(312)으로 구성된다.
제 1 전극(310), 제 2 전극(311), 및 제 3 전극(312)은 얇고 투명한 전도성 있는 전극이다. 일 예로서, 그라핀을 사용할 수 있다.
제 1 나노로드(320)는 제 1 전극(310)과 제 2 전극(311) 사이에 있으며, 제 2 나노로드(321)는 제 2 전극(311)과 제 3 전극(312) 사이에 있다.
제 1 나노로드(320)는 제 2 나노로드(321)와 PN 접합을 형성하고 있다. 즉, 제 1 나노로드(320)가 P형 반도체인 경우 제 2 나노로드가 N형 반도체이고, 제 1 나노로드(320)가 N형 반도체인 경우 제 2 나노로드가 P형 반도체이다.
또한, 제 1 나노로드(320)와 제 2 나노로드(321)는 압전효과를 갖는 물질로 구성될 수 있을 것이다. 따라서, 제 1 전극(310) 또는 제 3 전극(312)에 압력이 가해지면, 제 1 나노로드(320)와 제 2 나노로드(321)는 압력을 받게 되고, 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
본 발명을 적용한 태양-풍력발전소자를 태양을 받을 수 있는 이동체에 장착함으로써 나노로드가 박막으로 이루어진 수광부와 접촉시 PN 접합구조가 형성되고 태양광 에너지를 흡수하여 전류가 발생된다. 또한, 진동으로 인해서 나노로드(N형)와 수광부(P형)의 접합으로 압전효과에 의한 발전과 태양광에 의한 발전이 모두 발생된다. 낮에는 이와 같이 2가지 발전이 이루어지지만 밤에는 풍력을 비롯한 진동으로 인한 발전이 이루어질 수 있다.
도 2c는 PN 접합된 본 발명의 나노로드의 광응답 특성을 도시한 것이다. 도 2c에서 볼 수 있는바와 같이, 광의 유무에 따라 전류 및 전압의 크기의 변화가 뚜렷한 것을 알 수 있다.
도 3a 내지 도 3i는 디스플레이부의 각 구성과 제조방법의 흐름도이다.
디스플레이부(130)는 발전부(120)가 위치한 투명판(110)의 일면의 반대면에 위치한다. 예를 들어, 건물의 내부에 디스플레이를 할 수 있다. 또한, 투명판(110)은 투명한바, 상기 디스플레이된 영상 또는 이미지는 양면에서 모두 볼 수 있는바, 원하는 방향에 맞도록 영상 또는 이미지를 디스플레이 할 수 있다. 또는 발전부(120)와 동일한 면에 위치하여, 건물의 외부에 대한 디스플레이를 할 수도 있다.
디스플레이부(130)는 소정의 방향을 일정하게 형성된 그래핀 패턴, 상기 그래핀 패턴 상에 형성된 산화아연 나노로드, 상기 그래핀 패턴이 형성하는 각 픽셀에 위치하여 방출되는 광의 파장을 조절하는 양자점, 및 상기 양자점을 교차점으로 상기 그래핀 패턴과 교차하는 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하고, 상기 양자점을 통해 적색(R), 녹색(G), 또는 청색(B) 중 하나의 광을 방출하는 것일 수 있다.
디스플레이부(130)를 풀 칼라 디스플레이(Full Color Display)로 사용하기 위하여, 일 방향으로 그래핀 패턴을 형성하고, 상기 그래핀 패턴 상에 산화아연 나노로드를 성장시킨다. 풀 칼라 디스플레이를 구현하기 위한 RGB 동작을 위해, 양자점(Quantum dot) 포스포(Phosphor)를 이용한다. 각 픽셀의 위치에 상기 양자점을 위치하여 방출되는 광의 파장을 조절한다. 또한, 상기 RGB 동작을 위해, 환원된 그래핀 옥사이드를 이용한다.
또는, 상기 나노로드를 통해 방출되는 광의 파장을 조절하는 컬러 스위치를 포함할 수도 있다. 컬러 스위치를 이용하여 광의 파장을 조절함으로써 디스플레이부(130)는 풀 칼라 디스플레이로 동작할 수 있다.
상기 그래핀 패턴은, 금속층 위에 고체탄소원료인 감광층을 형성하는 단계, 및 상기 감광층 위에 패터닝된 마스크를 위치시키고, 자외선을 노광한 후, 현상함으로써, 상기 감광층을 패터닝하고, 상기 패터닝된 감광층을 가열함으로써, 상기 감광층을 패터닝된 그래핀으로 변경시키는 단계로 제조될 수 있다.
메탄(CH4)과 같은 가스를 주입하여 고온에서 그래핀을 성장시키는 경우, 탄소 원자와 금속 표면 기판 사이의 친화도(affinity)가 커서 금속 표면에 그래핀이 성장하는 현상을 이용하기 때문에 금속 기판의 사용이 필요하다.
주로 구리(Cu)와 니켈(Ni)과 같은 전이 금속층(transition metal layer)을 흔히 이용하며, 실리콘과 같은 비금속 기판상에는 그래핀이 형성되지 않는 특성이 있다.
본 발명의 실시예에서는 그래핀을 성장시키기 위한 탄소 원료로서 메탄과 같은 가스를 사용하지 않고, 감광층과 같은 고체 박막을 원료로 사용하여 보다 간략화된 공정으로 패턴이 형성된 그래핀층을 성장시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀 패턴을 생성하는 방법은 다음과 같다.
100 단계에서, 금속층이 형성된 기판 위에 감광층을 형성한다.
먼저 금속 기판을 준비하거나 비금속 기판 상에 카탈리스트로 사용될 금속층을 증착할 수 있다. 상기 비금속 기판은 실리콘 산화막(SiO2), 또는 사파이어(Al2O3) 기판을 이용할 수 있으며, 상기 금속 기판은 구리 또는 니켈과 같은 전이금속이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 상기 비금속 기판 상의 금속층은 전이금속을 전자선 증착법(e-beam evaporation), CVD법, 또는 열증착법(Thermal evaporation) 등을 이용하여 50~300 nm 두께로 증착한다.
이후, 상기 금속층이 형성된 기판상에 감광제를 도포한다. 상기 감광제는 일반적인 반도체 공정의 리소그라피 공정에서 사용되는 감광제일 수 있다.
감광제를 금속층에 도포하는 방법은 통상적인 습식 코팅법이 가능하며, 스핀 코팅 방식, 잉크젯 프린팅, 또는 스크린 프린팅 방식을 이용할 수 있다. 감광제를 건조하였을 때의 두께는 0.5~2 um 두께가 바람직하다.
감광제의 종류는 일반적으로 양성(positive) PR과 음성(negative) PR로 구분한다. 본 실시예는 미세 패터닝에 더욱 유리하고, 점도가 낮아 대면적의 균일한 코팅에 유리하며, 일반 공정에 많이 보급되어 이용되는 양성(positive) PR을 사용하나, 음성 PR을 사용하여도 무방하다.
110 단계에서, 상기 감광층을 노광, 현상, 세척, 및 가열한다.
원하는 패턴 형태대로 UV광에 PR을 노광하고 현상 및 세척하여 패턴을 형성하고, 진공 가열 장치 안에서 가열하여 고체상의 PR을 증발시킴으로써 최종적으로 금속 카탈리스트층 상에 그래핀을 형성한다.
본 발명의 실시예는 고체 탄소원(solid carbon source)을 이용한 그래핀의 제조 방법에 관한 것으로, 고체 탄소원으로써 감광제를 이용하면 패터닝된 고품질의 그래핀을 한번에(one-step) 성장시킬 수 있는 효과가 있다.
그래핀을 성장하기 위해 가열하는 조건은 산소원자가 없는 진공 조건이 유리하며, 가열하는 동안 수소 가스를 주입하여 고분자 박막을 휘발성의 화합물로 변화시켜 PR을 증발시킨다.
Positive PR을 이루는 주요 성분은 감광화합물(Photo Active Compound), 고체 필름을 이루는 고분자 화합물(polymer), 및 용매(solvent)이다. 용매는 PR을 코팅하게 하는 매개체이며, PR을 코팅하여 건조하는 공정에서 제거된다. 파장이 360~436nm인 i-Line 대역에 반응하는 감광화합물로는 NQD(Naphthoquinone Diazide)가 대표적이며, 빛이 없을 시 페놀 수지(Phenol-Formaldehyde)의 고분자 화합물과 가교(coupling)를 형성하여 알칼리 불용성 물질을 만든다. 노광되었을 때 감광화합물은 고분자 화합물을 알칼리 수용성 물질로 변화시켜 현상 가능하게 한다. 이러한 감광화합물과 고분자 화합물은 탄소와 수소원자로 이루어졌으며, 특히 NQD에는 벤젠 구조의 c-c 결합이 이미 존재하기 때문에 최종적으로 금속 카탈리스트 상에 그래핀을 형성하는데 유리하게 작용한다.
Negative PR은 일반적으로 합성 폴리이소프렌(polyisoprene)을 광반응 고분자 물질로 사용하며 노광시, 고분화 화합물을 형성해서 유기물에 녹지 않게 한다. 천연고무는 이소프렌(C5H8)의 결합 중합체라는 사실이 알려진 뒤로 합성 폴리이소프렌(polyisoprene) 기술이 비약적으로 발전하였다.
Negative PR, 또는 DUV(150~300 nm 영역), 또는 e-beam과 같이 모든 광원에 반응하는 PR은 탄소를 함유한 고분자와 빛에 반응하는 감광화합물을 그 주요 기재로 사용하므로 그래핀의 성장에 이용할 수 있다.
본 실시 예에서는 수소 또는 수소/아르곤 혼합 가스, 또는 수소/질소 혼합 가스를 사용하여 1 Torr의 압력을 유지하고, 700~1000 ℃ 범위에서 10~15분 가열하였다.
120 단계에서, 상기 가열결과 감광층이 그래핀으로 변경된다.
감광층을 노광, 현상, 및 세척하지 않고, 금속층에 도포된 감광층 전부를 가열함으로써, 원하는 형태대로 패터닝하지 않고, 도포된 감광층 전부를 그래핀으로 변경시킬 수도 있다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속층에 그래핀을 제조하는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3c(a)는 금속층(410)에 감광제를 도포하여 감광층(420)이 균일하게 형성된 상태를 도시한 것이다.
도 3c(b)는 패턴이 형성된 마스크(430)를 감광층(420) 위에 올리고, 자외선을 조사하는 상태, 즉 노광 상태를 도시한 것이다.
도 3c(c)는 마스크(430)의 패턴대로 감광층(420)에 패턴이 형성된 상태, 즉 현상 상태를 도시한 것이다.
이후, 세척 단계와 가열 단계를 거치게 되면, 금속층(410) 위에 패터닝된 감광층이 패터닝된 그래핀으로 변화하게 된다.
상기 그래핀 패턴은 상기 감광층의 도포두께에 따라 상기 기판 상에 서로 다른 두께를 갖도록 성장될 수 있다.
특히, 이러한 그래핀 형성방법은 금속기판 또는 동일한 금속층이 형성된 기판 상에 서로 다른 두께를 갖는 그래핀을 성장하기 위하여, 감광층의 도포두께를 조절할 수 있다. 이때, 상기 감광층의 도포두께는 0.4 내지 2.0 ㎛가 바람직하다. 예를 들어, 감광층의 바람직한 도포두께가 0.4 ㎛ 이하인 경우, 감광층으로서 사용되는 포토레지스트의 폴리머의 사슬이 짧아 현상액에 그대로 용해되므로, 일반적인 자외선 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝을 수행하기 어렵게 된다. 또한 상기 감광층의 도포두께가 2.0 ㎛ 보다 더 두껍게 형성하는 경우에는 패터닝 수행에는 문제가 없으나, 감광층 즉, 포토레지스트의 양이 불필요하게 소모되는 문제점이 있기 때문이다.
이하에서는, 상기 감광층 즉, 포토레지스트의 도포두께를 조절하는 방법에 대하여 보다 자세히 살펴보도록 한다.
상기 감광층의 도포두께를 조절하기 위한 첫 번째 방법으로는 상기 감광층을 기판의 상부에 스핀코팅에 의해 도포할 때, 스핀코터의 회전 수 및 회전시간을 조절하는 방법이 있다.
또한, 상기 감광층의 도포두께를 조절하기 위한 두 번째 방법으로는 기판 상에 도포된 감광층을 자외선광에 노광하는 과정에서 노광되는 자외선광의 노광시간과, 광량을 조절하는 방법이 있다.
더불어, 상기 감광층의 도포두께를 조절하기 위한 세 번째 방법으로는 기판의 상부에 도포된 감광층을 자외선광에 노광하여 패턴을 형성한 후, 상기 패턴이 형성된 기판을 가열하는 과정에서, 상기 감광층으로 주입되는 수소 가스의 양을 조절하는 방법도 있다. 기본적으로 그래핀의 성장 시 온도는 주변 조건에 따라 변동은 있으나, 약 500 내지 1,000℃의 범위에 해당하며, 감광층으로서 사용되는 포토레지스트의 탄화수소물이 기화되는 온도는 약 400 내지 450℃ 내외에 해당한다. 이때, 상기 감광층 즉, 포토레지스트에 수소를 주입하게 되면, 주입된 수소와 상기 포토레지스트의 탄화수소물이 서로 반응하여 메탄(CH4) 또는 에테인(C2H6) 등과 같은 기화성 물질로 변하여 기화한다. 따라서, 포토레지스트가 기화되는 온도 내에서 수소의 비율이 증가하게 되면, 포토레지스트의 기화되는 양이 증가하게 되고, 그래핀으로 합성되는 탄소 원료의 양은 감소하게 된다. 결국, 유량조절기 또는 진공 펌핑 스피드의 조절을 통해 포토레지스트로 공급되는 수소의 양을 조절함으로써, 그래핀으로 합성되는 탄소 원료의 양 조절을 통해, 기판 상에 형성되는 감광층의 도포두께를 조절할 수 있다.
이와 더불어, 상기 감광층의 도포두께를 조절하기 위한 네 번째 방법으로는 진공 가열 장치를 통해 패턴이 형성된 기판을 가열하는 과정에서, 승온속도를 분당 93 내지 930℃가 되도록 제어하는 방법도 있다. 감광층으로서 포토레지스트를 사용하는 경우, 다른 주변조건이 동일하다고 가정한 경우에, 승온속도가 빠르게 되면, 상기 포토레지스트가 공급되는 수소에 의해 기화되어 증발하는 시간이 짧아지기 때문에 상대적으로 남아있는 탄소 원료량이 많아지게 된다. 즉, 승온시간이 빠르다는 것은 초기 그래핀을 형성하는 시간이 짧아지게 되므로, 고품질의 그래핀을 형성하기 위해서는 온도가 증가하게 된다.
이와 달리, 승온속도가 느리게 되면, 상기 포토레지스트의 기화되는 시간이 길어지게 되므로, 남아있는 탄소 원료량이 적어지게 된다.
즉, 승온속도가 너무 빠른 경우에는 그래핀의 성장온도가 상승하게 되고, 이와 반대로, 상기 승온속도가 너무 느린 경우에는 탄소 원료가 고갈되는 문제점이 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 승온속도가 분당 93 내지 930℃가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 1×1 cm2 의 크기를 갖는 비금속기판 중 사파이어 기판 상에 카탈리스트 금속으로서 니켈박막층이 200 nm의 두께로 금속층으로서 형성되고, 상기 금속층의 상부에 감광층으로서 포토레지스트가 도포되는데, 이때, 상기 포토레지스트의 두께는 0.7 ㎛ 이고, 승온속도는 620 ℃/min 이며, 수소와 질소의 혼합비는 1:1 이고, 압력은 1 Torr이고, 성장온도가 950℃에서 10분간 그래핀을 성장한 후, 급속 냉각시켜 실리콘산화막(SiO2)으로 옮겨진 그래핀를 나타낸다.
기판 상에 도포되는 감광층 즉, 포토레지스트의 도포두께를 조절함으로써, 동일한 하나의 기판 상에서 서로 다른 형성두께 즉, 서로 다른 층수를 갖는 그래핀을 성장할 수 있게 된다.
이하, 도 3d를 통해 서로 다른 두께를 갖는 그래핀이 형성된 기판에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
도 3d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 감광층을 이용한 그래핀 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.
도 3d(a)에 도시된 바와 같이, 먼저 그래핀을 성장하고자 하는 기판(510) 상에 금속층(520)을 형성하고, 1.5 ㎛ 두께의 감광층으로서 포토레지스트(530)를 도포하고, 이후, 광노출시간을 2초로 하여 상기 기판(510) 상에 0.7 ㎛의 두께를 갖도록 포토레지스트(530)를 도포한다.
이후, 도 3d(b)에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(530)에 자외선광을 노광하여 패턴을 형성한 후, 가열하여 기판(510) 상에 그래핀(540)을 성장하게 된다.
도 3d 아래 사진은 상기 도 3d(a)을 통해 서로 다른 두께를 갖는 그래핀이 성장된 기판을 촬영한 도면이다.
포토레지스트(530)가 0.7 ㎛의 두께로 도포되는 구역은 투명한 상태를 갖는 그래핀(540)이 성장되는 것을 알 수 있고, 상기 포토레지스트(530)가 1.5 ㎛의 두께로 도포되는 구역이 어둡게 보이는 것을 알 수 있다. 이처럼, 포토레지스트가 어둡게 보이는 지역은 일반적인 폴리머가 탄화되어 부도체가 되는 것과 다르게 전도성을 보이며, 금속과 같이 광이 반사되는 표면을 갖게 되므로, 기판 상에 그래핀이 수십 층 이상이 형성된 것 즉, 그래핀 필름 또는 그래파이트층(550)이 형성된 것을 알 수 있다.
본 발명의 감광층을 이용한 그래핀 제조방법 및 이에 따라 제조된 그래핀을 포함하는 소자는 감광층으로서 포토레지스트를 이용하여 기판 상에 도포하고, 그 도포두께에 따라 금속기판 또는 동일한 금속층이 형성된 기판 상에 서로 다른 두께 즉, 서로 다른 층수를 갖는 그래핀을 제조할 수 있는 효과가 있다. 이와 같이 제조된 그래핀을 이용하여 디스플레이 소자용 투명전극뿐만 아니라, 센서 또는 트랜지스터와 같은 개별소자 또는 집적회로용 소자를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 감광층을 이용한 그래핀 제조방법 및 이에 따라 제조된 그래핀을 포함하는 소자는 금속기판 또는 동일한 금속층이 형성된 기판 상에 서로 다른 두께(즉, 서로 다른 층수)를 갖는 그래핀을 성장시키기 위해, 형성되는 서로 다른 종류의 카탈리스트 금속층 마다 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 반복하여 수행할 필요가 없기 때문에, 제조공정이 간단해지고, 이에 따라 소자의 불량율이 감소하는 효과가 있다.
상기 산화아연 나노로드는 아연금속을 반응로 내의 소스영역에 위치시키고, 상기 기판을 상기 반응로 내의 성장영역에 위치시키는 단계, 상기 아연금속이 증발하여 분자 상태가 되도록 상기 반응로의 내부를 가열하는 단계, 상기 반응로에 공급되는 운반가스를 이용하여 상기 분자 상태가 된 아연금속을 상기 성장영역으로 이동시키는 단계, 및 상기 기판 위에서 상기 성장영역에 직접 주입되는 산소가스를 상기 분자 상태가 된 아연금속과 반응시키는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3e는 금속 수송 증착법을 이용한 산화아연 나노로드 제조 장치의 개략적인 구조 및 산화아연 나노로드 제조 장치를 이용하여 수행되는 금속 수송 증착법을 이용한 산화아연 나노로드 제조 방법의 흐름도이다.
반응로(601)는 아연금속이 위치하는 소스영역과 성장기판(621)이 위치하는 성장영역으로 구성되는 수평형의 구조이다. 소스영역에 위치되는 아연금속은 펠렛상, 판상, 괴상 등일 수 있다. 아연금속은 원료 용기(611)위에 올려질 수 있다.
가열 장치(610)는 아연금속이 증발하여 분자 상태가 되도록 반응로의 내부를 가열한다. 가열 장치(610)의 가열 속도는 5 ℃/분 ~ 50 ℃/분 사이일 수 있다. 가열 장치(610)의 가열 온도는 500 ℃ 이하일 수 있다. 바람직하게는, 소스영역의 가열 장치(610)는 해당 영역을 350 ~ 900℃의 온도로 가열하고, 성장영역의 가열 장치(620)는 해당 영역을 400 ~ 1000℃로 가열을 한다.
운반가스 주입부(632, 633)는 반응로(601)에 공급되는 운반가스를 이용하여 분자 상태가 된 아연금속을 성장영역으로 이동시킨다. 여기서 운반가스는 질소, 아르곤, 수소 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다.
산소 주입부(631)는 성장기판(621) 위에서 성장영역에 직접 주입되는 산소가스를 분자 상태가 된 아연금속과 반응시킨다. 산소 주입부(631)는 5분 ~ 5시간 동안 성장기판(621) 위에서 산화아연 나노로드를 성장시키도록 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화아연 나노로드의 제조공정은, 아연이 증발되는 제1단계와, 증발된 아연이 기판 위에 응집되면서 나노로드 및 나노로드로 성장하는 제2단계로 나눌 수 있다.
먼저, 아연금속을 반응로(601) 내의 소스영역에 위치시키고, 산화아연이 증착될 성장기판을 반응로(601) 내의 성장영역에 위치시킨다(641). 증발 원료인 아연을 분말, 펠렛, 판재나 괴로 준비되며, 저온에서 아연 가스의 증발량을 증가시키기 위하여 미세 크기의 금속이 바람직하다. 순수한 아연가스의 증발과 증발된 금속을 수송하는 질소 및 아르곤 가스는 성장되는 산화아연 나노로드의 특성 저하를 최소화하기 위하여 순도가 99.995 % 이상일 수 있다. 이 과정(641)은 보다 구체적으로, 먼저 반응로(601)를 열어 성장 영역에 아연 금속을 석영 또는 알루미나 용기(611)에 적당량 넣고, 이후 성장영역에 성장할 기판을 약 5 ~ 45°기울기로 넣는 과정일 수 있다.
다음, 아연금속이 증발하여 분자 상태가 되도록 반응로(601)의 내부를 가열한다(642). 이때, 소스영역뿐만 아니라, 성장영역도 가열될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 반응로(601)의 가열 속도는 5 ~ 50 ℃/분 사이일 수 있다. 금속 영역의 가열 온도는 아연의 증발량을 조절할 수 있는 중요한 요소이며, 가열온도가 높으면 더 많은 아연을 증발시킬 수 있으나 증발된 아연가스의 운동에너지를 증가시켜 이동속도 및 이동거리를 증가시킨다. 따라서 기판과 증발되는 아연 원료의 거리 및 위치에 따라 가열온도를 선택하는 것이 바람직하다. 또한 가열온도가 높으면 기판으로 사용되는 물질을 열적으로 변화시켜 변형을 일으키거나 내부에 열적 결함을 생성시킬 수 있으며, 성장되는 산화아연의 나노로드 및 나노로드의 특성을 저하시킬 수 있다. 따라서 기판으로 사용될 물질의 종류에 따라 적정한 온도 범위를 선택하여야 한다.
다음, 반응로(601)에 공급되는 운반가스를 이용하여 분자 상태가 된 아연금속을 성장영역으로 이동시킨다(643). 예를 들어, 가열공정과 산화아연 나노로드와 나노로드의 성장 공정 동안 질소 또는 아르곤 가스를 약 10 ~ 3000 sccm 정도 흘려준다. 이때 유입되는 질소 또는 아르곤 가스는 증발된 아연금속 분자를 운반해준다. 공급되는 가스의 양이 많아질수록 공급되는 산소의 양도 많아지나 증발된 아연가스의 이동거리를 증가시켜 배출에 의해 소모되는 양을 증가시킨다. 따라서 증발 온도와 기판과 금속 아연과의 거리를 고려하여 적당한 운반 가스의 유량을 선택하여야 한다. 이 과정(643)은 보다 구체적으로, 반응로(601) 내에 잔류하고 있는 불순물 등을 제거하기 위하여 약 2500ml/min의 유량으로 질소 또는 아르곤 가스를 약 60 분간 흘려주는 과정일 수 있다.
마지막으로, 성장기판(621) 위에서 성장영역에 직접 주입되는 산소가스를 분자 상태가 된 아연금속과 반응시킨다(644). 여기서, 성장기판(621)은 실리콘 기판, 사파이어 기판, 석영 기판, 유리 기판일 수 있다. 보다 구체적으로 성장영역으로 운반된 아연 금속 분자는　기판이 놓인 위치에서 다른 경로로 공급된 산소와 반응을 하여 기판에서 증착되어 나노로드 및 나노로드로 성장할 수 있는 작은 산화아연 분자를 형성한다. 이 산화아연 분자가 연속해서 공급되는 금속아연 및 고순도의 산소와 연속적으로 반응함으로써 양질의 나노로드 및 나노로드가 성장 위치에 놓인 기판에 성장된다. 산화아연 나노로드 및 나노로드의 성장시간은 경험적인 실험에 의하여 선택하는 것이 바람직하며 약 5분 ~ 5시간 사이일 수 있다. 성장시간은 성장된 나노로드 및 나노로드의 길이와 관련이 깊으므로 적절한 성장시간을 선택하는 것이 바람직하다. 이 과정(644)은 보다 바람직하게는 질소 또는 아르곤 가스의 유량을 2000 ml/min 정도로 일정하게 유지하면서, 성장기판(621) 위치로 고순도의 산소를 약 500 ~ 5000ml/min으로 공급하는 과정일 수 있다. 이때 열적으로 증발된 아연 금속 분자는 고순도의 질소 또는 아르곤 가스에 의해 성장 위치로 수송되고, 다른 경로로 공급되는 산소와 기판 위에서 반응이 이루어져 양질의 산화아연 나노로드 및 나노로드의 성장이 이루어진다. 성장이 이루어지는 반응 시간은 일반적으로 60분일 수 있으나, 목적에 따라 5분에서 5시간까지 중 임의의 시간을 정하여 산화아연 나노로드 및 나노로드를 성장시킬 수 있다.
도 3f는 수직방향으로 배향된 산화아연 나노로드를 도시한 것이다.
산화아연 나노로드 및 나노로드는 면 (산화아연이 결정을 이루고 있어 산화아연 나노로드 및 나노로드가 결정에서 어느 한 면으로만 적층되어 있는 면을 나타낸다)의 단결정으로 성장되었음을 알 수 있다. 기존의 산화 아연 나노로드 및 나노로드는 결정면이 겹쳐 여러 개가 존재하는데 반해, 본 발명의 실시 예들에 따르면 매우 양질의 산화 아연 나노로드가 성장되었음을 확인할 수 있다.
디스플레이부(130)는 전계효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 전계효과 트랜지스터는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 형성된 게이트 전극, 사이 게이트 전극 상에 형성된 유전체층, 및 상기 유전체 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극을 포함하고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 잇는 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층을 채널층으로 이용하는 것일 수 있다.
또는, 상기 전계효과 트랜지스터는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층, 상기 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 상에 형성된 유전체층, 및 상기 유전체층 상에 형성된 게이트 전극을 포함하고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 잇는 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층을 채널층으로 이용하는 것일 수 있다.
도 3g(a)은 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 단면도이다.
도 3g(a)을 참조하면, 본 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터는 기판(700), 게이트 전극(710), 유전체층(720), 소스 전극(730), 드레인 전극(740), 및 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드층(750)으로 구성된다.
기판(700)은 폴리에스테르(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리 아크릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI)와 같이 얇은 플라스틱 기판, 종이, 또는 섬유 등이 가능하다.
게이트 전극(710), 소스 전극(730), 드레인 전극(740)은 금, 은, 구리, 니켈, 또는 알루미늄 분말 중 어느 하나를 잉크 또는 페이스트 상태로 제조하여 잉크젯 인쇄, 오프셋 인쇄, 또는 스크린 인쇄법 중 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 건조 및 경화는 100~140 ℃ 범위에서 이루어진다.
유전체층(720)은 BaTiO3 분말을 잉크 또는 페이스트로 제조하거나 또는 그라핀 옥사이드 분말을 현탁액 상태로 제조하여 잉크젯 인쇄, 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄법, 또는 스핀 코팅법 중 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 건조 및 경화는 100~140 ℃ 범위에서 이루어진다.
그라핀 옥사이드는 절연체이므로 FET의 유전체층으로 적용이 가능하지만, 채널층으로 사용하기에는 제한이 따른다. 그러나 그라핀 옥사이드를 환원시켜서 박막내 산소를 제거하면 전도성을 띠게 되며 FET의 채널층으로 동작이 가능하다.
따라서, 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드층(750)은 소스 전극(730)과 드레인 전극(740) 사이의 채널층이 될 수 있다.
이상에서 살펴본 내용을 종합하면, 기판(700) 상에 게이트 전극(710)을 형성하고, 게이트 전극(710) 상에 유전체층(720)이 있으며, 유전체층(720) 상에 2 개의 전극이 형성되어 소스 전극(730)과 드레인 전극(740) 역할을 하며, 소스 전극(730)과 드레인 전극(740) 상에 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드층(750)이 형성되어 소스 전극(730)과 드레인 전극(740) 두 전극을 잇는다. 전계효과 트랜지스터 소자의 동작은 게이트 전극(710)에 전압을 인가하여 채널층의 개폐를 제어하면서 소스전극과 드레인 전극에 전압을 인가하여 전류를 흐르게 된다.
도 3g(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 단면도이다.
도 3g(b)를 참조하면, 기판(700) 상에 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드층(750)을 형성하고, 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드층(750) 상에 2 개의 전극을 형성하여 각각 소스 전극(730)과 드레인 전극(740) 역할을 하며, 소스 전극(730)과 드레인 전극(740) 상에 유전체층(720)을 형성하여 두 전극을 절연시킨 후, 유전체층(720) 상에 게이트 전극(710)을 형성한다.
도 3g(a)과 같은 전계효과 트랜지스터 형태는 게이트 전극이 FET 구조의 맨 아래에 형성되어 bottom-gate 형식의 FET라 부르며, 도 3g(b)와 같은 전계효과 트랜지스터 형태는 게이트 전극이 FET 구조의 가장 상부에 위치하여 Top-gate 형식의 FET라 일컫는다. 각각 제작 환경과 직접회로 상에 같이 형성되는 주변 소자의 상태에 따라 유리한 방식으로 형태가 결정될 수 있다.
도 3i는 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드층을 생성하는 방법의 흐름도이다.
810단계에서 그라핀 옥사이드 분말을 이용하여 그라핀 옥사이드 현탁액을 생성한다. 상기 그라핀 옥사이드 분말은 그라파이트를 산화시켜 생성할 수 있다. 또한, 상기 그라핀 옥사이드 현탁액에 아스크로브산을 첨가할 수 있다.
820단계에서 그라핀 옥사이드 현탁액으로부터 그라핀 옥사이드 박막을 생성한다. 상기 그라핀 옥사이드 박막은 상기 그라핀 옥사이드 현탁액을 잉크젯 인쇄 또는 스핀코팅의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
830단계에서 생성된 그라핀 옥사이드 박막을 가열하여 그라핀 옥사이드 박막을 환원시킨다. 이때의 환원과정에서 탄소의 sp2 결합이 이루어지면서 전도성을 보이게 된다. 보다 상세하게 살펴보면, 생성된 그라핀 옥사이드 박막을 아르곤 분위기에서 130~140 ℃ 범위에서 24시간 열처리하여 상기 그라핀 옥사이드 박막을 환원시킴으로써, 환원과정을 거친 그라핀 옥사이드를 생성할 수 있다. 상기 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드의 전도성은 상기 그라핀 옥사이드 박막을 가열하는 온도 또는 시간에 따라 결정되는 환원정도에 의해 제어된다. 또한, 전계효과 트랜지스터의 소스 전극과 드레인 전극 간격에 맞추어 환원 정도를 결정할 수도 있다. 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드를 전계효과 트랜지스터의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 배치시켜 채널층으로 이용할 수 있도록 하면, 환원 과정을 거친 그라핀 옥사이드를 이용한 전계효과 트랜지스터를 제조할 수도 있다.
디스플레이부(130)는 상기 구성들을 이용하여 터치스크린으로 이용될 수 있다. 터치패널을 포함하여, 압력 또는 정전식 터치스크린으로 이용될 수 있다. 터치스크린에 필요한 다른 구성은 기존의 터치스크린의 구성들을 이용할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 조명부의 구성 및 특성을 도시한 도면이다.
조명부(140)는 발전부(120)가 위치한 투명판(110)의 일면의 반대면에 위치한다. 예를 들어, 건물의 내부에 빛을 방출할 수 있다. 또한, 투명판(110)은 투명한바, 상기 빛이 양방향으로 방출될 수 있는바, 원하는 방향에 맞도록 빛의 방출 방향을 조절할 수 있다. 또는 발전부(120)와 동일한 면에 위치하여, 건물의 외부에 대한 조명을 할 수도 있다.
조명부(140)는 접촉식 발광 다이오드이고, 상기 접촉식 발광 다이오드는, 투명 기판, 상기 투명 기판 위에 형성된 투명 전극층, 상기 투명 전극층 위에 성장된 제1극성으로 도핑된 복수의 반도체 나노로드들을 포함하는 나노로드층, 및 제2극성으로 도핑되고, 상기 반도체 나노로드들의 말단에 일정한 물리적 접촉을 형성하는 단결정 반도체층을 포함할 수 있다.
도 4b은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉식 발광 다이오드의 적층 구조를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉식 발광 다이오드는 투명 기판(910) 위에 투명 전극층(920)이 형성되고, 투명 전극층(920) 위에 제1극성으로 도핑된 나노로드층(930)이 성장되며, 이후 나노로드층(930) 위에 제2극성으로 도핑된 단결정 반도체층(940)이 접촉되어 있는 구조를 포함한다. 전압원은 투명 기판(910)과 단결정 반도체층(940)에 인가된다.
투명 기판(910)은 제1극성으로 도핑된 반도체 나노로드를 성장시키기 위한 기초 기판이면서 소자에서 발광하거나, 소자로 흡수되는 빛의 창 역할을 한다. 예를 들어, 투명 기판(910)은 투명한 재질로서 유리, 사파이어, 투명 플라스틱 중 하나일 수 있다. 투명판(110)을 투명 기판(910)으로 이용할 수 있다.
투명 전극층(920)은 제1극성으로 도핑된 반도체 나노로드층을 접촉하는 전극이면서 빛이 들어오거나 나가는 창 역할을 한다.
본 발명의 실시 예들에서 나노로드가 성장하는 기반은 반도체 기판이 아니라, 투명 전극층(920)이다. 투명 전극층(920) 위에 성장된 제1극성으로 도핑된 반도체 나노로드는 수직으로 형성되거나 투명 기판(910)에 대해 일정한 방향이 되도록 형성된다. 반도체 나노로드의 길이는 0.3 um 내지 300 um 이다. 반도체 나노로드의 폭은 10 nm 내지 1000 nm 이다. 나노로드층(930)은 단원자 단결정 반도체, 또는 이원자 이상의 단결정 화합물 반도체로 이루어질 수 있다.
제2극성으로 도핑된 단결정 반도체층(940)은 p-n형 접합을 대신한 구조이다. 일반적으로 반도체 소자는 p형과 n형 반도체의 접합(Junction)으로 구성된다. 그런데 p-n 접합은 반도체 물질의 용융 또는 불순물의 이온 주입에 의한 확산법이나, 반도체 박막 또는 벌크층을 형성할 때 불순물을 주입하여 동시에 성장시키는 방법으로 이루어질 수 있다. 그러나 도 4b의 계면(950)에서 단결정 반도체층(940)은 나노로드층(930)의 상부와 접촉(Contact)만 되어있을 뿐 열처리나 어떠한 조작에 의해 두 물질의 구성 원소 중 하나라도 용융되어 접합(Junction)되거나 구성 물질들이 상호 확산하지 않는 것을 특징으로 한다.
도 4b에서 제1극성으로 도핑된 물질이 n형이면, 제2극성으로 도핑된 물질은 p형이 된다. 반대로 제1극성으로 도핑된 물질이 p형이면, 제2극성으로 도핑된 물질은 n형이 된다. n형 반도체의 경우 도핑 농도는 1×1016 ~ 9×1020 /cm3 범위가 바람직하며, p형 도핑된 반도체의 경우 도핑 농도가 1×1017 ~ 9×1020 /cm3 범위인 것이 바람직하다.
나노로드층(930)이 n형 도핑된 반도체 나노로드이고, p형 도핑이 불가능한 물질일 경우, 단결정 반도체층(940)에 p형 도핑된 이종 단결정 반도체층을 사용하면 p형 도핑의 문제는 해결된다. 반도체 나노로드는 결정성이 높으며, 그 중에서도 특히 결정성이 좋은 나노로드의 첨단이 결정성이 높은 이종 단결정 반도체층과 맞닿을 때 이상적인 p-n 경계면이 형성된다는 점을 이용하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉식 발광 다이오드 제조 방법은 투명 기판 위에 투명 전극층을 형성하는 단계, 상기 투명 전극층 위에 제1극성으로 도핑된 복수의 반도체 나노로드들을 성장하여 나노로드층을 형성하는 단계, 상기 나노로드층 위에 제2극성으로 도핑된 단결정 반도체층을 접촉하는 단계, 및 상기 단결정 반도체층의 상면에 소정의 압력을 가하여 상기 단결정 반도체층을 상기 나노로드층에 고정하는 단계를 포함한다. 여기서, 나노로드층(930)의 성장 직전에 나노로드를 성장하기 위한 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다. 또는 투명 전극층(920) 위에 직접 나노로드층(930)을 성장할 수도 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉식 발광 다이오드 제조 방법을 도 2 내지 4b를 참고하여 상세히 설명한다.
투명 기판(910)은 반도체 나노로드층을 성장하는 온도보다 녹는점이 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명 기판(910)에 소다라임 또는 코닝(Corning)-7059 제품을 사용할 수 있다.
투명 기판(910) 위에 형성되는 투명 전극층(920)에는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO:Zn, ZnO:Ga, 그래핀(Graphene) 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 투명 전극층(920)에 ITO가 800Å의 두께로 코팅되어 전도성이 200 Ω/□인 투명 전극을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에서 나노로드가 성장하는 기반은 반도체 기판이 아니라, 투명 전극층(920)이다. 나노로드층(930)의 반도체 나노로드는 투명 기판(910) 또는 투명 전극층(920)에 대해 90도로 수직배향하는 것이 바람직하나, 투명 기판(910)에 대해 0도 초과 90도 미만의 임의 방향으로 배향하는 것도 가능하다. 나노로드층(930)을 투명 전극층(920) 위에 직접 성장할 수 없는 경우, 금속을 사용한 카탈리스트법이나, 동종 또는 이종의 버퍼층을 형성한 후 제1극성의 나노로드층을 형성하는 방법을 적용할 수도 있다. 나노로드층(930)은 물질에 따라 반응 원자를 기판으로 전송하여 기체와 합성시키는 기상 증착 수송법(Vapor Phase Transport process), 유기금속 화합물을 반응기체와 합성하여 기판위에 성장시키는 유기금속 화학 기상 증착법(Metal-Organic source Chemical Vapor Deposition), 스퍼터법(Sputter), 화학 전기분해 증착법 (Chemical Electrolysis Deposition), 스크린 프린팅법 중 어느 한 방법을 사용하여 성장할 수 있다. 나노로드층(930)의 반도체 나노로드는 길이가 전하 운반자의 확산 거리 보다 길어야 하므로 0.3 μm 이상 되어야 하며, 균일한 길이의 성장이 가능한 300 μm 보다 작은 것이 바람직하다. 나노로드층(930)의 반도체 나노로드는 직경이 증가하면 결정성이 떨어지는 경향이 있으므로 직경이 10 nm 이상인 것이 바람직하고 나노로드의 결정성을 유지하는 1,000 nm까지의 직경을 가지는 것도 가능하다. 반도체 나노로드에 사용되는 물질의 범위는 물질 결정구조의 띠 이론으로 설명되는 에너지 금지대역(Forbidden Energy Band)을 이루는 원자가띠(Valence Band)와 전도띠(Conduction Band)의 모서리(edge)가 이루는 폭(gap)이 이루는 범위를 지칭한다. 반도체의 에너지갭은 물질마다 다르다. 디텍터 소자의 경우 여기시키는 광원의 파장이 100nm 일 경우 여기되는 물질의 밴드갭은 10 eV이 될 수 있으므로, 반도체의 범위는 에너지 밴드갭이 0.5 - 10 eV인 범위의 물질을 의미한다. 반도체 나노로드에 사용되는 물질로는 예를 들어, ZnO, ZnS, GaN, AlGaN, InGaN 등이 있다.
본 발명의 실시 예들에서 길이(높이)가 200 내지 300 um의 산화아연 나노로드도 이용할 수 있다.
단결정 반도체층(940)에 0.05 N/cm2 내지 8 N/cm2 의 압력 범위에서 적절한 압력을 인가하면서 단결정 반도체층(940)을 투명 기판(910) 등에 고정시킨다. 단결정 반도체층(940)이 나노로드층(930)과 압착되는 압력은 반도체 나노로드의 형상에 따라 결정될 수 있다. 실험상 8 N/cm2 이상의 압력을 가할 경우 나노로드층(930)의 형상에 관계없이 소자의 정류특성이 사라졌다. 단결정 반도체층(940)에 단결정 실리콘을 사용할 때는 기판 표면의 규소산화막(SiO2)을 제거하는 것이 바람직하다.
반도체 나노로드들의 휘어진 말단은 단결정 반도체층(940)과 일정한 접촉 상태를 유지한다. 단결정 반도체층(940)의 고정은 에폭시를 이용할 수 있다. 특히 이후 연계될 금속 처리 공정을 대비하려면 300℃에서 견딜 수 있는 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다.
투명 전극층(920)과 단결정 반도체층(940)의 각각 한 지점에 금속 오믹(Ohmic) 접합층(60)을 형성한다. 이를 위해 투명 전극층(920)과 단결정 반도체층(940)의 각 지점에 금속층(예를 들어, 인듐)을 형성한 후, 200℃에서 10 초간 열처리를 수행할 수 있다.
도 4d(a)은 도 4b의 반도체 소자에 방열층을 형성한 예를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 10V 이상으로 동작하였을 때 열이 많이 발생할 수 있다. 이는 접촉식이라는 구조적 특성, 단결정 실리콘 기판상에 존재하는 실리콘 산화물 때문인데, 단결정 반도체층(940)의 상면에 부착된 방열층(1000)은 이러한 열을 식히는 데에 도움이 될 수 있다.
상온에서 자외선 영역에 인접한 파장 400 nm의 빛이 발생되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 n형 산화아연 나노로드층(930)으로 정공이 유입되는데, n형 산화아연 나노로드층(930)의 결정성이 매우 높고, p-n 접촉 계면이 명확하기 때문이다. 이러한 실시 예에서는 산화아연 나노로드의 넓은 밴드갭과 자유 엑시톤을 손쉽게 이용할 수 있다.
조명부(140)는 탄소웨이퍼를 더 포함하고, 상기 나노로드층은 상기 탄소 웨이퍼 위에 성장할 수 있다.
나노로드가 성장하는 기반은 탄소 웨이퍼(1040)일 수 있다. 나노로드층(1030)의 성장 직전에, 탄소 웨이퍼(1010) 위에 나노로드를 성장하기 위한 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다. 또는 탄소 웨이퍼(1010) 위에 직접 나노로드층(1030)을 성장할 수도 있다.
나노로드층(1030)의 반도체 나노로드는 탄소 웨이퍼(1040)에 대해 90°로 수직배향하는 것이 바람직하나, 탄소 웨이퍼(1040)에 대해 임의 방향으로 배향하는 것도 가능하다. 나노로드층(1030)을 탄소 웨이퍼(1040) 위에 직접 성장할 수 없는 경우, 금속을 사용한 카탈리스트법이나, 동종 또는 이종의 버퍼층(미도시)을 형성한 후 제1극성의 나노로드층을 형성하는 방법을 적용할 수도 있다.
탄소 웨이퍼(1040)에 0.05 N/cm2 내지 8 N/cm2 의 압력 범위에서 적절한 압력을 인가하면서 탄소 웨이퍼(1040) 및 나노로드층(1030)을 투명 반도체층(21)에 고정시킨다. 나노로드층(1030)이 투명 반도체층(21)과 압착되는 압력은 반도체 나노로드의 형상에 따라 결정될 수 있다. 실험상 8 N/cm2 이상의 압력을 가할 경우 나노로드층(1030)의 형상에 관계없이 소자의 정류특성이 사라졌다.
반도체 나노로드들의 휘어진 말단은 투명 반도체층(21)과 일정한 접촉 상태를 유지한다. 나노로드층(1030)의 고정은 에폭시를 이용할 수 있다. 특히 이후 연계될 금속 처리 공정을 대비하려면 300℃에서 견딜 수 있는 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다.
n-ZnO 나노로드, p-GaN, InGaN/GaN(양자우물), n-GaN 구조의 접촉식 발광 다이오드의 구조를 갖는 경우, InGaN/GaN, n-GaN, u-GaN 등의 층들은 다이오드가 발광할 수 있는 광의 파장(또는 광의 색상)을 결정한다. 청색 LED에서는 InGaN/GaN 다중 양자 우물 구조, UV LED에서는 GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, InGaN/AlGaN 다중 양자 우물 구조 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (25)

  1. 투명판의 일면에는 발전부를 포함하고,
    상기 투명판의 반대면에는 디스플레이부 또는 조명부 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 발전부, 디스플레이부, 및 조명부는 투명한 것을 특징으로 하는 투명판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명판은,
    유리, 투명 플라스틱, 또는 사파이어 중 하나인 것을 특징으로 하는 투명판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부는,
    나노로드; 및
    얇고 투명한 전도성 있는 물질로 구성되며, 전극으로서 사용되는 수광부를 포함하고,
    상기 나노로드 또는 상기 수광부 중 하나는 N형 반도체로 이루어지고, 다른 하나는 P형 반도체로 이루어지며,
    상기 나노로드는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 압전효과를 갖는 물질로 이루어져 있고,
    상기 수광부에 가해지는 압력이 상기 나노로드에 전해지도록 상기 수광부에 상기 나노로드를 접촉시키면서, 상기 수광부와 상기 나노로드가 접촉한 경우 PN접합을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수광부는 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO) 또는 갈륨 나이트라이드(GaN)로 형성되고, 상기 나노로드와 다른 전기적 타입을 갖고 있는 물질로 형성되고,
    상기 나노로드는 아연 산화물, 갈륨 질화물, 또는 바륨티타늄 산화물 중 어느 하나로 이루어진 나노로드를 이용한 투명판.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노로드를 지지하고, 투명한 물질로 구성되는 기판부를 더 포함하고,
    상기 기판부가 전기적으로 부도체인 경우, 상기 기판부와 상기 나노로드 사이에 메탈 전극이 삽입되고,
    상기 기판부가 전기적으로 도체인 경우, 상기 기판부를 전극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 나노로드를 이용한 투명판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부는,
    그래핀으로 이루어진 제 1 전극;
    그래핀으로 이루어진 제 2 전극;
    그래핀으로 이루어진 제 3 전극;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 있고, N형 반도체로 이루어진 제 1 나노로드; 및
    상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극 사이에 있고, P형 반도체로 이루어진 제 2 나노로드를 포함하고,
    상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극, 또는 상기 제 3 전극은 얇고 투명한 전도성이 있는 전극이고,
    상기 제 1 나노로드와 상기 제 2 나노로드는 압전효과를 갖는 물질로 구성되어 PN 접합을 형성하며,
    상기 제 1 전극에 압력이 가해지면, 상기 제 1 나노로드가 압력을 전달받게 되고, 상기 제 3 전극에 압력이 가해지면, 상기 제 2 나노로드가 압력을 전달받게 되어 전기에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 나노로드를 이용한 투명판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부에서 생성되는 에너지를 상기 디스플레이부 또는 상기 조명부를 동작시키는 에너지로 사용하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    소정의 방향을 일정하게 형성된 그래핀 패턴;
    상기 그래핀 패턴 상에 형성된 산화아연 나노로드;
    상기 그래핀 패턴이 형성하는 각 픽셀에 위치하여 방출되는 광의 파장을 조절하는 양자점; 및
    상기 양자점을 교차점으로 상기 그래핀 패턴과 교차하는 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하고,
    상기 양자점을 통해 적색(R), 녹색(G), 또는 청색(B) 중 하나의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 그래핀 패턴은,
    금속층 위에 고체탄소원료인 감광층을 형성하는 단계; 및
    상기 감광층 위에 패터닝된 마스크를 위치시키고, 자외선을 노광한 후, 현상함으로써, 상기 감광층을 패터닝하고, 상기 패터닝된 감광층을 가열함으로써, 상기 감광층을 패터닝된 그래핀으로 변경시키는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 투명판.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속층 아래에 비금속 기판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투명판.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 감광층을 가열하는 단계는,
    수소, 수소/아르곤 혼합가스, 또는 수소/질소 혼합 가스 분위기 하에서 700~1000 ℃ 범위로 가열하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 그래핀 패턴은 상기 감광층의 도포두께에 따라 상기 기판 상에 서로 다른 두께를 갖도록 성장되는 것을 특징으로 하는 투명판.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화아연 나노로드는,
    아연금속을 반응로 내의 소스영역에 위치시키고, 상기 기판을 상기 반응로 내의 성장영역에 위치시키는 단계;
    상기 아연금속이 증발하여 분자 상태가 되도록 상기 반응로의 내부를 가열하는 단계;
    상기 반응로에 공급되는 운반가스를 이용하여 상기 분자 상태가 된 아연금속을 상기 성장영역으로 이동시키는 단계; 및
    상기 기판 위에서 상기 성장영역에 직접 주입되는 산소가스를 상기 분자 상태가 된 아연금속과 반응시키는 단계를 포함하여 구성되는 투명판.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판은
    실리콘 기판, 사파이어 기판, 석영 기판 또는 유리 기판 중 어느 하나이고,
    상기 운반가스는
    질소, 아르곤, 수소 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명판.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    소정의 방향을 일정하게 형성된 그래핀 패턴;
    상기 그래핀 패턴 상에 형성된 산화아연 나노로드; 및
    상기 나노로드를 통해 방출되는 광의 파장을 조절하는 컬러 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 전계효과 트랜지스터를 포함하고,
    상기 전계효과 트랜지스터는,
    기판;
    상기 기판 상에 형성된 형성된 게이트 전극;
    사이 게이트 전극 상에 형성된 유전체층; 및
    상기 유전체 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극을 포함하고,
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 잇는 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층을 채널층으로 이용하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 전계효과 트랜지스터를 포함하고,
    상기 전계효과 트랜지스터는,
    기판;
    상기 기판 상에 형성된 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층;
    상기 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층 상에 형성된 소스 전극과 드레인 전극;
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 상에 형성된 유전체층; 및
    상기 유전체층 상에 형성된 게이트 전극을 포함하고,
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 잇는 환원 과정을 거친 그래핀 옥사이드층을 채널층으로 이용하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  18. 제 17 항에서,
    상기 유전체층은 BaTiO3 층 또는 그래핀 옥사이드 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 투명판.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 환원과정을 거친 그래핀 옥사이드는,
    상기 생성된 그래핀 옥사이드층을 아르곤 분위기에서 130~140 ℃ 범위에서 24시간 열처리하여 상기 그래핀 옥사이드층을 환원시킴으로써, 환원과정을 거친 그래핀 옥사이드를 생성하는 특징으로 하는 투명판.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 터치스크린으로 이용되는 것을 특징으로 하는 투명판.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부는 접촉식 발광 다이오드이고,
    상기 접촉식 발광 다이오드는,
    투명 기판;
    상기 투명 기판 위에 형성된 투명 전극층;
    상기 투명 전극층 위에 성장된 제1극성으로 도핑된 복수의 반도체 나노로드들을 포함하는 나노로드층; 및
    제2극성으로 도핑되고, 상기 반도체 나노로드들의 말단에 일정한 물리적 접촉을 형성하는 단결정 반도체층을 포함하는 투명판.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 반도체 나노로드들이 n형으로 도핑될 때, 상기 단결정 반도체층은 p형으로 도핑되고,
    상기 반도체 나노로드들이 p형으로 도핑될 때, 상기 단결정 반도체층은 n형으로 도핑되는 것을 특징으로 하는 투명판.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 나노로드층은 단원자 단결정 반도체 또는 다원자 단결정 화합물 반도체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명판.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 단결정 반도체층의 상면에 부착된 금속 방열층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명판.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 조명부는 탄소웨이퍼를 더 포함하고,
    상기 나노로드층은 상기 탄소 웨이퍼 위에 성장되는 것을 특징으로 하는 투명판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105405960A (zh) * 2015-12-14 2016-03-16 南京信息职业技术学院 一种石墨烯驻极体纳米发电机

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