KR20160069829A - 양자점 트랜지스터의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법은 전극 기판을 형성하는 단계, 상기 전극 기판 위에 양자점을 포함하는 양자점 용액을 도포하여 양자점층을 형성하는 단계, 상기 양자점층 위에 원자층 증착법으로 원자층을 증착하여 상기 양자점층의 특성을 변화시키는 단계를 포함하고, 상기 원자층은 비정질 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 양자점 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 양자점을 LED, 태양전지, 트랜지스터 등의 제조에 활용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
특히 양자점을 트랜지스터의 반도체에 적용한 양자점 트랜지스터는 대부분 n형 반도체 특성 또는 p형 반도체 특성 중 어느 하나의 특성을 나타낸다. 또한, 이러한 양자점은 대기 중에 노출되는 경우 산화되어 쉽게 손상될 수 있다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대기 중에서 안정적이며, 다극성 반도체 특성을 가지는 양자점 트랜지스터의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법은 전극 기판을 형성하는 단계, 상기 전극 기판 위에 양자점을 포함하는 양자점 용액을 도포하여 양자점층을 형성하는 단계, 상기 양자점층 위에 원자층 증착법으로 원자층을 증착하여 상기 양자점층의 특성을 변화시키는 단계를 포함하고, 상기 원자층은 비정질 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
상기 양자점은 황화납(PbS) 양자점을 포함할 수 있다.
상기 양자점 용액은 상기 양자점을 보호하는 제1 리간드를 포함할 수 있다.
상기 양자점층을 형성하는 단계 이후에 상기 양자점 용액의 상기 제1 리간드를 상기 제1 리간드보다 길이가 짧은 제2 리간드로 치환하는 단계, 상기 양자점층을 세척액으로 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 기판을 형성하는 단계는 실리콘 기판 위에 실리콘 산화막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 산화막 위에 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 이격하여 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 기판을 도핑하여 상기 실리콘 기판을 게이트 전극으로 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 원자층 위에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착법의 횟수를 조절하여 상기 원자층에 의한 특성 변화 정도를 조절할 수 있다.
스핀 코팅 공정을 이용하여 상기 양자점 용액을 상기 전극 기판 위에 도포할수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법은 원자층 증착법을 이용하여 양자점층에 원자층을 증착함으로써, 양자점층이 다극성(ambipolar) 반도체 특성을 가지게 할 수 있다.
또한, 원자층 증착법을 이용하여 양자점층에 증착된 원자층은 공기와 양자점층의 접촉을 차단하므로 양자점층의 산화를 방지할 수 있어 양자점 트랜지스터는 대기 중에서 안정적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법의 일 단계로서, 전극 기판을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 다음 단계로서, 전극 기판 위에 양자점층을 형성하고 양자점층을 리간드 치환하며, 양자점층을 세척하는 단계를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 다음 단계로서, 양자점층 위에 원자층 증착법으로 비정질 알루미나를 증착하는 단계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법에서, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착하기 전의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선(A)과, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착한 후의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선(B)을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법으로 제조된 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선을 나타낸 그래프로서, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착한 직후의 특성 곡선(C), 비정질 알루미나를 증착하고 4일이 지난 후의 특성 곡선(D), 그리고 비정질 알루미나를 증착하고 64일이 지난 후의 특성 곡선(E)을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법의 일 단계로서, 전극 기판을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 다음 단계로서, 전극 기판 위에 양자점층을 형성하고 양자점층을 리간드 치환하며, 양자점층을 세척하는 단계를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 다음 단계로서, 양자점층 위에 원자층 증착법으로 비정질 알루미나를 증착하는 단계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법에서, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착하기 전의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선(A)과, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착한 후의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선(B)을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법으로 제조된 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선을 나타낸 그래프로서, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착한 직후의 특성 곡선(C), 비정질 알루미나를 증착하고 4일이 지난 후의 특성 곡선(D), 그리고 비정질 알루미나를 증착하고 64일이 지난 후의 특성 곡선(E)을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법의 일 단계로서, 전극 기판을 형성하는 단계를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 다음 단계로서, 전극 기판 위에 양자점층을 형성하고 양자점층을 리간드 치환하며, 양자점층을 세척하는 단계를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 다음 단계로서, 양자점층 위에 원자층 증착법으로 비정질 알루미나를 증착하는 단계를 도시한 도면이다.
우선, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법은 전극 기판(100)을 형성한다(S10). 이에 대해 구체적으로 설명하면 아래와 같다. 실리콘 기판(110)에 도핑 불순물을 주입하여 실리콘 기판(110)을 도전체로 만든다. 그리고, 실리콘 기판(110) 위에 실리콘 산화막(120)을 형성한다. 그리고, 실리콘 산화막(120) 위에 소스 전극(132) 및 드레인 전극(133)을 형성하여 전극 기판(100)을 완성한다. 이 때, 도전체인 실리콘 기판(110)은 게이트 전극의 역할을 하며, 소스 전극(132) 및 드레인 전극(133)은 서로 마주보고 이격되어 있다. 이러한 소스 전극(132) 및 드레인 전극(133)은 금(Au)으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 전극 기판(100) 위에 양자점 용액(21)을 도포하여 양자점층(140)을 형성한다(S20). 이 때, 전극 기판(100)은 스핀 코터(10) 위에 탑재되어 회전되며, 양자점 용액 공급 장치(20)에서 공급되는 양자점 용액(21)은 스핀 코팅 공정을 통해 전극 기판(100) 위에 도포된다. 이러한 양자점 용액(21)은 양자점, 양자점을 보호하는 제1 리간드(ligand)를 포함할 수 있고, 양자점은 황화납(PbS) 양자점을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 리간드 공급 장치(30)를 이용하여 제2 리간드를 포함하는 제2 리간드 용액(31)을 양자점층(140) 위에 공급한다. 따라서, 제1 리간드는 제2 리간드로 치환되며, 치환된 제2 리간드는 제1 리간드보다 길이가 짧으므로, 양자점 간의 거리를 좁혀 양자점 간의 전자나 정공의 이동을 쉽게 한다. 그리고, 세척 장치(40, 50)에서 공급하는 세척액(41, 42)으로 양자점층(40)을 세척한다.
다음으로, 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 양자점층(40) 위에 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)으로 원자층(150)을 증착하여 양자점층(140)의 특성을 변화시킨다(S30). 이러한 원자층(150)은 부도체이고, 황화납(PbS) 양자점의 납(pb)의 위치에 치환가능한 물질이어야 한다. 비정질 알루미나(Al2O3)가 원자층(150)의 대표적인 예에 해당한다.
황화납(PbS)으로 이루어진 양자점층(140)은 납(Pb)과 황(S)이 공유 결합을 이루고 있으며, 원자층 증착법을 이용하여 납(pb)의 위치에 다른 원소를 치환시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법에서는 원자층(150)으로 비정질 알루미나(Al2O3)를 사용하므로 납(pb)의 위치에 알루미늄(Al)을 치환시킬 수 있다.
황화납(PbS)으로 이루어진 양자점층(140)은 대부분 다수 운반자가 정공인 p형 반도체 특성을 나타내나, 원자층 증착법을 이용하여 양자점층(140)에 비정질 알루미나(Al2O3)를 증착한 경우에는 알루미나가 양자점층(140)의 바닥까지 침투하여 납(pb)의 위치에 알루미늄(Al)을 치환시킬 수 있다. 치환된 알루미늄(Al)은 전자 운반자의 역할을 하므로 양자점층(140)의 특성을 변화시켜 다극성(ambipolar) 반도체 특성을 가지게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법에서, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착하기 전의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선(A)과, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착한 후의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선(B)을 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 양자점층(140) 위에 비정질 알루미나를 증착하기 전의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압(Vbg)에 따른 소스 드레인 전류(Ids)의 특성 곡선(A)은 게이트 전압(Vbg)을 10V에서 감소시킴에 따라 턴 온(turn on)되므로 p형 반도체 특성을 나타냄을 알 수 있다. 그러나, 양자점층(140) 위에 비정질 알루미나를 증착한 후의 양자점 트랜지스터의 게이트 전압(Vbg)에 따른 소스 드레인 전류(Ids)의 특성 곡선(B)은 게이트 전압(Vbg)을 10V에서 감소시킴에 따라 턴 온(turn on)되어 p형 반도체 특성을 나타낼 뿐 아니라 게이트 전압(Vbg)을 10V에서 증가시킴에 따라서도 턴 온(turn on)되어 n형 반도체 특성을 나타내므로 다극성(ambipolar) 반도체 특성을 가짐을 알 수 있다.
이러한 원자층 증착법의 공정 시간을 조절하여 알루미늄이 양자점층(140)에 침투하는 깊이를 조절하여 원자층(150)에 의한 특성 변화 정도를 조절할 수 있다. 또한, 원자층 증착법의 횟수를 조절하여 원자층(150)에 의한 특성 변화 정도를 조절할 수 있다. 또한, 원자층 증착법은 저온 공정이 가능하므로 양자점층(140)의 형태 및 특성을 그대로 유지할 수 있다.
또한, 원자층 증착법을 이용하여 양자점층(140)에 증착된 원자층(150)은 공기와 양자점층(140)의 접촉을 차단하므로 양자점층(140)의 산화를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법으로 제조된 양자점 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 소스 드레인 전류의 특성 곡선을 나타낸 그래프로서, 양자점층 위에 비정질 알루미나를 증착한 직후의 특성 곡선(C), 비정질 알루미나를 증착하고 4일이 지난 후의 특성 곡선(D), 그리고 비정질 알루미나를 증착하고 64일이 지난 후의 특성 곡선(E)을 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 양자점 트랜지스터의 다극성(ambipolar) 반도체 특성은 대기 중에서 시간이 지나도 그대로 유지됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 트랜지스터의 제조 방법으로 제조된 양자점 트랜지스터는 원자층이 공기와 양자점층의 접촉을 차단하므로 양자점층의 산화를 방지할 수 있어 대기 중에서 안정적이다.
한편, 상기 실시예에서는 실리콘 기판(110)을 게이트 전극으로 사용하는 백 게이트(back gate) 구조를 사용하였으나, 여기에 한정되는 것은 아니며, 원자층(150) 위에 별도의 게이트 전극을 형성하는 탑 게이트(top gate) 구조도 가능하다.
탑 게이트 구조의 양자점 트랜지스터의 경우 게이트 전극을 소스 전극(132)과 드레인 전극(133) 사이에 위치하도록 정렬하며, 원자층(150)이 게이트 전극과 소스 전극(132) 및 드레인 전극(133) 사이의 유전층 역할을 하게 된다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 스핀 코터
20: 양자점 용액 공급 장치
30: 제2 리간드 공급 장치 40, 50: 세척 장치
100: 전극 기판 110: 실리콘 기판
120: 실리콘 산화막 131: 게이트 전극
132: 소스 전극 133: 드레인 전극
140: 양자점층 150: 원자층
30: 제2 리간드 공급 장치 40, 50: 세척 장치
100: 전극 기판 110: 실리콘 기판
120: 실리콘 산화막 131: 게이트 전극
132: 소스 전극 133: 드레인 전극
140: 양자점층 150: 원자층
Claims (9)
- 전극 기판을 형성하는 단계,
상기 전극 기판 위에 양자점을 포함하는 양자점 용액을 도포하여 양자점층을 형성하는 단계,
상기 양자점층 위에 원자층 증착법으로 원자층을 증착하여 상기 양자점층의 특성을 변화시키는 단계
를 포함하고,
상기 원자층은 비정질 알루미나(Al2O3)를 포함하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 양자점은 황화납(PbS) 양자점을 포함하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 양자점 용액은 상기 양자점을 보호하는 제1 리간드를 포함하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법. - 제3항에서,
상기 양자점층을 형성하는 단계 이후에
상기 양자점 용액의 상기 제1 리간드를 상기 제1 리간드보다 길이가 짧은 제2 리간드로 치환하는 단계,
상기 양자점층을 세척액으로 세척하는 단계
를 더 포함하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 전극 기판을 형성하는 단계는
실리콘 기판 위에 실리콘 산화막을 형성하는 단계,
상기 실리콘 산화막 위에 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 이격하여 형성하는 단계
를 포함하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법. - 제5항에서,
상기 실리콘 기판을 도핑하여 상기 실리콘 기판을 게이트 전극으로 이용하는 단계를 더 포함하는 양자점 트랜지스터의 제조방법. - 제5항에서,
상기 원자층 위에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 원자층 증착법의 횟수를 조절하여 상기 원자층에 의한 특성 변화 정도를 조절하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법. - 제1항에서,
스핀 코팅 공정을 이용하여 상기 양자점 용액을 상기 전극 기판 위에 도포하는 양자점 트랜지스터의 제조 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020140175928A KR101642131B1 (ko) | 2014-12-09 | 2014-12-09 | 양자점 트랜지스터의 제조 방법 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110291224A (zh) * | 2016-11-03 | 2019-09-27 | 亮锐有限责任公司 | 无机接合器件和结构 |
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| US11984540B2 (en) | 2022-12-20 | 2024-05-14 | Lumileds Llc | Inorganic bonded devices and structures |
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-
2014
- 2014-12-09 KR KR1020140175928A patent/KR101642131B1/ko active IP Right Grant
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