KR20160145234A - 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
그래핀을 이용한 능동센서소자가 제공된다. 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 제1 기판, 그래핀 채널층, 상기 그래핀 채널층 양측의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 제1 기판 상에 배치된 트랜지스터, 상기 트랜지스터 상의 제2 기판, 및 상기 트랜지스터와 마주보도록 상기 제2 기판 상에 배치되고, 상기 제2 기판에 대상물의 터치 여부에 따라서 상기 소스 전극과 전기적 연결이 조절되는 센싱 그래핀 패턴을 포함한다.
Description
본 발명은 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터 및 센싱 그래핀 패턴을 갖는 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
모바일 기기의 급속한 발전과 인간의 터치 감각을 모방하기 위한 노력으로 인하여, 터치를 기반으로 하는 기기의 개발이 주요한 이슈가 되고 있다. 현재까지 발명된 터치센서, 입는 전자기기 등은 터치의 유무를 센싱하기 위한 기능을 위해 개발되었다. 특히, 터치 센서에 사용되는 물질은 실리콘 또는 유리 기판 상에 배치된 ITO를 기반으로 하고 있다. 이러한 ITO 물질을 이용한 터치 센서는 유연하지 않아, 웨어러블 디바이스(Wearable Device), 커브드 디스플레이(curved display) 등에 활용되는 데 한계가 있다.
이에 따라, 나노 와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 등의 새로운 물질을 활용한 터치 센서의 개발이 진행 중이다. 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2013-0091493(출원번호 10-2012-0012817)에는, 고분자 스탬프와 유기 용매를 이용하여 패터닝된 그래핀 패턴층과 유기 절연체를 이용하여, 휨 특성이 우수하면서도 저가격화 및 대면적화가 가능한 그래핀 터치 패널 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.
하지만, 이러한 그래핀 터치 센서들은 민감도가 낮고, 대상물의 터치 유무를 센싱할 뿐, 터치되는 대상물의 재질을 센싱하지 못하는 문제점이 있다. 이에 따라, 민감도가 우수하고, 유연하며, 대상물의 표면 특성(재질)을 센싱하기 위한 터치 센서에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고신뢰성의 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 유연한 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고민감도의 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 터치되는 대상물의 재질을 센싱할 수 있는 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 그래핀을 이용한 능동센서소자를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 제1 기판, 그래핀 채널층, 상기 그래핀 채널층 양측의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 제1 기판 상에 배치된 트랜지스터, 상기 트랜지스터 상의 제2 기판, 및 상기 트랜지스터와 마주보도록 상기 제2 기판 상에 배치되고, 상기 제2 기판에 대상물의 터치 여부에 따라서 상기 소스 전극과 전기적 연결이 조절되는 센싱 그래핀 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 상기 센싱 그래핀 패턴 및 상기 트랜지스터 사이에 배치되고, 상기 소스 전극의 적어도 일부분 및 상기 센싱 그래핀 패턴의 적어도 일부분을 노출하는 개구부을 갖는 페시베이션층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴이 상기 개구부 내부로 연장되어, 상기 소스 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴과 상기 소스 전극이 전기적으로 연결되어, 상기 트랜지스터의 상기 드레인 전극에서 상기 소스 전극으로 흐르는 전류 값이 변화될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 제1 기판, 그래핀 채널층 및 상기 그래핀 채널층 상의 게이트 전극을 포함하고, 상기 제1 기판 상에 배치된 트랜지스터, 상기 트랜지스터 상의 제2 기판, 및 상기 트랜지스터와 마주보도록 상기 제2 기판 상에 배치되고, 상기 제2 기판에 대상물의 터치 여부에 따라서 상기 게이트 전극과 거리가 조절되는 센싱 그래핀 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 상기 센싱 그래핀 패턴 및 상기 트랜지스터 사이에 배치되고, 상기 게이트 전극의 적어도 일부분 및 상기 센싱 그래핀 패턴의 적어도 일부분을 노출하는 개구부을 갖는 페시베이션층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우 상기 센싱 그래핀 패턴이 상기 개구부 내부로 연장되어, 상기 게이트 전극과 상기 센싱 그래핀 패턴 사이의 거리가 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴과 상기 게이트 전극 사이의 거리가 감소되어, 상기 트랜지스터의 상기 그래핀 채널층에 인가되는 게이트 전압이 변화될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 상기 센싱 그래핀 패턴의 양측에 배치된, 제1 전극 패턴, 및 제2 전극 패턴을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판은 유연할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 상기 제2 기판 상에 배치되고, 라인 형태의 복수의 센싱 패턴을 갖는 상부 기판을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 상기 상부 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치된 추가 센싱 그래핀 패턴을 더 포함하되, 상기 추가 센싱 그래핀 패턴과 접촉하는 상기 상부 기판의 일면 및 상기 제2 기판의 일면은, 오목부 및 볼록부를 갖는 요철 형태일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 상부 기판의 상기 일면의 오목부와 상기 제2 기판의 상기 일면의 볼록부가 서로 대응되고, 상기 상부 기판의 상기 일면의 볼록부와 상기 제2 기판의 상기 일면의 오목부가 서로 대응될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 상기 추가 센싱 그래핀 패턴 양측에 배치된, 제1 추가 전극 패턴, 및 제2 추가 전극 패턴을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 제1 기판 상에 배치되고 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터, 및 센싱 그래핀 패턴을 포함한다. 대상물의 터치 여부에 따라서, 상기 센싱 그래핀 패턴은, 상기 트랜지스터의 소스 전극과 전기적으로 연결이 조절되거나, 또는 상기 트랜지스터의 게이트 전극과 거리 조절될 수 있다. 이에 따라, 대상물의 터치 여부, 터치 강도, 및 터치 속도를 용이하게 센싱할 수 있는 그래핀을 이용한 능동센서소자가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 제1 기판 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 제2 기판 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 동작 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 동작 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자에 포함된 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터의 특성을 평가한 그래프들이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 특성을 평가한 그래프들이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 제2 기판 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 동작 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 동작 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자에 포함된 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터의 특성을 평가한 그래프들이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 특성을 평가한 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 명세서에서 "터치 센싱"은 터치되는 대상물의 터치 유무, 터치 강도, 터치 속도 등을 센싱하고, 터치되는 대상물의 표면 특성(재질)을 센싱하는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 제1 기판 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 1을 참조하면, 제1 기판(100) 및 상기 제1 기판 상의 트랜지스터를 포함하는 제1 기판 구조체가 제공된다. 상기 제1 기판(100)은 유연한 기판(flexible substrate)일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판(100)은, PET(Polyethylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PI(Polyimide), PEN(Poly (ethylene naphthalate)), 또는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중에서 어느 하나일 수 있다. 또는, 이와는 달리, 상기 제1 기판(100)은, 실리콘 반도체 기판, 유리 기판, 화?d물 반도체 기판, 또는 금속 기판일 수 있다.
상기 트랜지스터는, 그래핀 채널층(120), 드레인 전극(132), 소스 전극(134), 게이트 절연막(140), 및 게이트 전극(150)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 채널층(120)은, wet 전사 또는 dry 전사 방법으로 상기 기판 상에 그래핀층을 형성한 후, 상기 그래핀층을 RIE(Reactive-ion etching) 또는 산소 플라즈마(O2 plasma) 공정으로 패터닝하여 형성될 수 있다. 또는, 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 채널층(120)은, 화학 기상 증착법으로 형성된 후 패터닝되어 형성될 수 있다.
상기 드레인 전극(132) 및 상기 소스 전극(134)은, 상기 그래핀 채널층(120)의 양측에 배치되어, 상기 그래핀 채널층(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 드레인 전극(132) 및 상기 소스 전극(134)은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제1 기판(100)의 상부면을 기준으로, 상기 드레인 전극(132) 및 상기 소스 전극(134)은 상기 그래핀 채널층(120)과 동일한 레벨(level)에 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 기판(100)의 상기 상부면을 기준으로, 상기 드레인 전극(132), 상기 소스 전극(134), 및 상기 그래핀 채널층(120)의 하부면들은, 서로 동일한 레벨에 위치할 수 있다.
상기 게이트 절연막(140) 및 상기 게이트 전극(150)은, 차례로 상기 그래핀 채널층(120) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 절연막(140)은 실리콘 산화물, 또는 금속 산화막 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극(150)은, 실리콘, 또는 금속으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 제2 기판 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 2를 참조하면, 제2 기판(210), 센싱 그래핀 패턴(220), 제1 전극 패턴(232), 및 제2 전극 패턴(234)을 갖는 제2 기판 구조체가 제공된다. 상기 제2 기판(210)은 유연한 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 기판(210)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1 기판(100)과 동일한 기판일 수 있다.
상기 센싱 그래핀 패턴(220)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 그래핀 채널층(120)과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 패턴(232) 및 상기 제2 전극 패턴(234)은 상기 센싱 그래핀 패턴(220)의 양측에 배치되어, 상기 센싱 그래핀 패턴(220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 전극 패턴(232) 및 상기 제2 전극 패턴(234)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 드레인 전극(132) 및 상기 소스 전극(134)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
도 2에서, 상기 제1 전극 패턴(232)의 일부분 및 상기 제2 전극 패턴(234)의 일부분이, 상기 제2 기판(210)의 양측으로 돌출되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 실시 예에 따른 제2 기판 구조체는 이에 한정되지 않고, 상기 제1 전극 패턴(232) 및 상기 제2 전극 패턴(234)은 상기 제2 기판(210) 내에 한정적으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1 기판 구조체 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 제2 기판 구조체를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 기판(100) 상에 개구부(opening, 310)를 갖는 페시베이션층(300)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 페시베이션층(300)은, SU-8 2075로 형성될 수 있다. 상기 개구부(310)은, 상기 페시베이션층(300)을 패터닝하여 형성될 수 있다.
상기 센싱 그래핀 패턴(220)이 상기 트랜지스터와 마주보도록, 상기 페시베이션층(300) 상에 상기 제2 기판 구조체가 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 기판 구조체 및 상기 제2 기판 구조체 사이에 상기 페시베이셔층(300)이 배치될 수 있다.
상기 개구부(310)는, 상기 센싱 그래핀 패턴(220)의 적어도 일부분, 및 상기 소스 전극(134)의 적어도 일부분을 노출할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 기판(210)에 대상물의 터치 여부에 따라서, 상기 소스 전극(134)과 상기 센싱 그래핀 패턴(220)의 전기적 연결이 조절될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 기판(210)에 대상물이 터치되는 경우, 상기 개구부(310) 내부로 상기 센싱 그래핀 패턴(220)이 연장되어, 상기 소스 전극(134)과 상기 센싱 그래핀 패턴(220)이 직접적으로 접촉(directly contact)될 수 있다. 상기 소스 전극(134)과 상기 센싱 그래핀 패턴(220)이 전기적으로 연결되는 경우, 상기 제1 전극 패턴(232) 및/또는 상기 제2 전극 패턴(234)에서 상기 센싱 그래핀 패턴(220)으로 공급된 전압 또는 전류에 의해, 상기 드레인 전극(132)에서 상기 소스 전극(134)으로 흐르는 전류 값이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 기판(210)에 상기 대상물의 터치 여부, 터치 강도, 또는 터치 속도가 센싱될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따르면, 대상물의 질감을 센싱할 수 있는 센싱 패턴을 갖는 상부 기판이 더 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자가 설명된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 동작 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 외에, 제2 기판 구조체 상의 추가 센싱 그래핀 패턴(430), 제1 추가 전극 패턴(432), 제2 추가 전극 패턴(434), 상부 기판(420), 및 센싱 패턴(440)을 더 포함할 수 있다.
상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)은, 상기 제2 기판 구조체의 제2 기판(212) 상에 배치될 수 있다. 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)은, 상기 센싱 그래핀 패턴(220)과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
상기 제1 추가 전극 패턴(432) 및 상기 제2 추가 전극 패턴(434)은, 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)의 양측에 배치되어, 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 달리, 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)과 접촉하는 상기 제2 기판(212)의 일면은, 오목부 및 볼록부를 갖는 요철 형태일 수 있다.
상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430), 상기 제1 추가 전극 패턴(432), 및 상기 제2 추가 전극 패턴(434) 상에 상기 상부 기판(420)이 배치될 수 있다. 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)과 접촉하는 상기 상부 기판(420)의 일면은, 오목부 및 볼록부를 갖는 요철 형태일 수 있다.
상기 상부 기판(420)의 상기 일면의 오목부와 상기 제2 기판(212)의 상기 일면의 볼록부가 서로 대응되고, 상기 상부 기판(420)의 상기 일면의 볼록부와 상기 제2 기판(212)의 상기 일면의 오목부가 서로 대응될 수 있다. 이에 따라, 상기 상부 기판(420)의 요철 구조와 상기 제2 기판(212)의 요철 구조는 톱니 바퀴와 같은 형태로 서로 맞물릴 수 있다.
상기 센싱 패턴(440)은 상기 상부 기판(420) 상에 배치될 수 있다. 상기 센싱 패턴(440)은 라인(line) 형태일 수 있다. 상기 센싱 패턴(440)은 외부로 노출될 수 있다.
대상물이 상기 센싱 패턴(440)이 터치되고 상기 대상물의 표면에 특정한 패턴이 있는 경우, 상기 대상물의 표면과 상기 센싱 패턴(440)의 접촉에 의해, 상기 대상물 표면의 특정 패턴에 따라 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)이 물리적으로 변형되어, 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)의 저항이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 대상물의 표면 특성에 따른 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)의 저항 변화를, 상기 제1 추가 전극 패턴(432) 및 상기 제2 추가 전극 패턴(434)을 통해 측정하여, 상기 대상물의 질감(texture)을 센싱할 수 있는 그래핀을 이용한 능동센서소자가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 기판(212) 및 상기 상부 기판(420)의 오복부 및 볼록부가 서로 맞물리도록 배치되어, 상기 제2 기판(212) 및 상기 상부 기판(420) 사이의 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)의 물리적 변형 정도가 증가될 수 있다. 이에 따라, 민감도가 향상된 그래핀을 이용한 능동센서소자가 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예 및 그 변형 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 트랜지스터의 게이트 전극과 센싱 그래핀 패턴의 거리가 조절되어, 대상물의 터치를 센싱하는 그래핀을 이용한 능동센서소자가 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자가 도 6 내지 도 7을 참조하여 설명된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 도 1을 참조하여 설명된 제1 기판 구조체, 및 도 2를 참조하여 설명된 제2 기판 구조체를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 기판(100) 상에 개구부(312)를 갖는 페시베이션층(302)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 페시베이션층(302)은, SU-8 2075로 형성될 수 있다. 상기 개구부(312)은, 상기 페시베이션층(302)을 패터닝하여 형성될 수 있다.
상기 센싱 그래핀 패턴(220)이 상기 트랜지스터와 마주보도록, 상기 페시베이션층(302) 상에 상기 제2 기판 구조체가 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 기판 구조체 및 상기 제2 기판 구조체 사이에 상기 페시베이셔층(302)이 배치될 수 있다.
상기 개구부(312)는, 상기 센싱 그래핀 패턴(220)의 적어도 일부분, 및 상기 게이트 전극(150)의 적어도 일부분을 노출할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 기판(210)에 대상물의 터치 여부에 따라서, 상기 게이트 전극(150)과 상기 센싱 그래핀 패턴(220) 사이의 거리(d)가 조절될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 기판(210)에 대상물이 터치되는 경우, 상기 개구부(312) 내부로 상기 센싱 그래핀 패턴(220)이 연장되어, 상기 게이트 전극(150)과 상기 센싱 그래핀 패턴(220) 사이의 거리(d)가 감소될 수 있다. 상기 게이트 전극(150)과 상기 센싱 그래핀 패턴(220) 사이의 거리(d)가 감소되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴(220)과 상기 게이트 전극(150) 사이의 커패시턴스 값이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극 패턴(232) 및/또는 상기 제2 전극 패턴(234)을 통해 상기 센싱 그래핀 패턴(220)에 인가된 전압에 의해 상기 게이트 전극(150)에 인가되는 전압이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 기판(210)에 상기 대상물의 터치 여부, 터치 강도, 또는 터치 속도가 센싱될 수 있다.
또한, 도 7에서 상기 센싱 그래핀 패턴(220)과 상기 게이트 전극(150)이 직접적으로 접촉되지 않는 것으로 도시되고, 상기 센싱 그래핀 패턴(220)과 상기 게이트 전극(150)이 집적으로 접촉되지 않는 것으로 설명되었으나, 이와 달리, 상기 대상물이 상기 제2 기판(210)에 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴(220)과 상기 게이트 전극(150)이 직접적으로 접촉될 수 있음은 자명하다.
상술된 본 발명의 제2 실시 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따르면, 대상물의 질감을 센싱할 수 있는 센싱 패턴을 갖는 상부 기판이 더 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자가 설명된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 및 그 동작 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자는, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자 외에, 도 5를 참조하여 설명된 것과 같이, 제2 기판 구조체 상의 추가 센싱 그래핀 패턴(430), 제1 추가 전극 패턴(432), 제2 추가 전극 패턴(434), 상부 기판(420), 및 센싱 패턴(440)을 더 포함할 수 있다.
도 5를 참조하여 설명된 것과 같이, 대상물이 상기 센싱 패턴(440)이 터치되고 상기 대상물의 표면에 특정한 패턴이 있는 경우, 상기 대상물의 표면 특성에 따른 상기 추가 센싱 그래핀 패턴(430)의 저항 변화를, 상기 제1 추가 전극 패턴(432) 및 상기 제2 추가 전극 패턴(434)을 통해 측정하여, 상기 대상물의 질감(texture)을 센싱할 수 있는 그래핀을 이용한 능동센서소자가 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 특성 평가 결과가 설명된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자에 포함된 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터의 특성을 평가한 그래프들이다.
도 9를 참조하면, Si/SiO2 기판 상에 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터를 제조하였다. 구체적으로, 도 9의 (a)는 게이트 전극의 전압을 0 V, -5 V, 및 +5 V로 고정한 상태에서 소스 및 드레인 사이의 전압의 변화에 따른 전류 값을 측정한 그래프이고, 도 9의 (b)는 게이트 전극에 인가되는 전압에 따른 전류 값을 측정한 그래프이다.
도 9에서 알 수 있듯이, 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터가 스위칭 소자로서 동작하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 그래핀 채널층을 갖는 트랜지스터를 이용하여 그래핀을 이용한 능동센서소자를 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀을 이용한 능동센서소자의 특성을 평가한 그래프들이다.
도 10을 참조하면, 도 9를 참조하여 설명된 트랜지스터를 이용하여 그래핀을 이용한 능동센서소자를 제조하였다. 구체적으로, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 트랜지스터의 소스와 전기적 연결이 조절되는 센싱 그래핀 패턴을 갖는 그래핀을 이용한 능동센서소자를 제조하였다. 도 10의 (a)는 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자의 터치에 따른 전류 값의 변화를 측정한 그래프이고, 도 10의 (b)는 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자에 대상물이 터치된 상태에서 게이트 전압의 조절(-5 V, 0 V, +5 V) 에 따른 그래핀 채널층의 저항 변화를 측정한 그래프이다.
도 10의 (a)에서 알 수 있듯이, 대상물이 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자에 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴과 상기 트랜지스터의 소스가 접촉되어, 전류 값이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 10의 (b)에서 알 수 있듯이, 대상물이 상기 그래핀을 이용한 능동센서소자에 대상물이 터치된 상태에서, 게이트 전압을 조절하여, 그래핀 채널의 전도도가 조절되는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 제1 기판
120: 그래핀 채널층
132: 소스 전극
134: 드레인 전극
140: 게이트 절연막
150: 게이트 전극
210: 제2 기판
220: 센싱 그래핀 패턴
232: 제1 전극 패턴
234: 제2 전극 패턴
300, 302: 페시베이션층
310, 312: 개구부
120: 그래핀 채널층
132: 소스 전극
134: 드레인 전극
140: 게이트 절연막
150: 게이트 전극
210: 제2 기판
220: 센싱 그래핀 패턴
232: 제1 전극 패턴
234: 제2 전극 패턴
300, 302: 페시베이션층
310, 312: 개구부
Claims (14)
- 제1 기판;
그래핀 채널층, 상기 그래핀 채널층 양측의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 제1 기판 상에 배치된 트랜지스터;
상기 트랜지스터 상의 제2 기판; 및
상기 트랜지스터와 마주보도록 상기 제2 기판 상에 배치되고, 상기 제2 기판에 대상물의 터치 여부에 따라서 상기 소스 전극과 전기적 연결이 조절되는 센싱 그래핀 패턴을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 센싱 그래핀 패턴 및 상기 트랜지스터 사이에 배치되고, 상기 소스 전극의 적어도 일부분 및 상기 센싱 그래핀 패턴의 적어도 일부분을 노출하는 개구부(opening)를 갖는 페시베이션층을 더 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제2 항에 있어서,
상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴이 상기 개구부 내부로 연장되어, 상기 소스 전극과 전기적으로 연결되는 것을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴과 상기 소스 전극이 전기적으로 연결되어,
상기 트랜지스터의 상기 드레인 전극에서 상기 소스 전극으로 흐르는 전류 값이 변화되는 것을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 기판;
그래핀 채널층 및 상기 그래핀 채널층 상의 게이트 전극을 포함하고, 상기 제1 기판 상에 배치된 트랜지스터;
상기 트랜지스터 상의 제2 기판; 및
상기 트랜지스터와 마주보도록 상기 제2 기판 상에 배치되고, 상기 제2 기판에 대상물의 터치 여부에 따라서 상기 게이트 전극과 거리가 조절되는 센싱 그래핀 패턴을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제5 항에 있어서,
상기 센싱 그래핀 패턴 및 상기 트랜지스터 사이에 배치되고, 상기 게이트 전극의 적어도 일부분 및 상기 센싱 그래핀 패턴의 적어도 일부분을 노출하는 개구부를 갖는 페시베이션층을 더 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제6 항에 있어서,
상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우 상기 센싱 그래핀 패턴이 상기 개구부 내부로 연장되어, 상기 게이트 전극과 상기 센싱 그래핀 패턴 사이의 거리가 감소되는 것을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제5 항에 있어서,
상기 제2 기판에 대상물이 터치되는 경우, 상기 센싱 그래핀 패턴과 상기 게이트 전극 사이의 거리가 감소되어,
상기 트랜지스터의 상기 그래핀 채널층에 인가되는 게이트 전압이 변화되는 것을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 센싱 그래핀 패턴의 양측에 배치된, 제1 전극 패턴, 및 제2 전극 패턴을 더 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 제2 기판은 유연한 것을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 제2 기판 상에 배치되고, 라인 형태의 복수의 센싱 패턴을 갖는 상부 기판을 더 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 상부 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치된 추가 센싱 그래핀 패턴을 더 포함하되,
상기 추가 센싱 그래핀 패턴과 접촉하는 상기 상부 기판의 일면 및 상기 제2 기판의 일면은, 오목부 및 볼록부를 갖는 요철 형태인 것을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 상부 기판의 상기 일면의 오목부와 상기 제2 기판의 상기 일면의 볼록부가 서로 대응되고,
상기 상부 기판의 상기 일면의 볼록부와 상기 제2 기판의 상기 일면의 오목부가 서로 대응되는 것을 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
- 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 추가 센싱 그래핀 패턴 양측에 배치된, 제1 추가 전극 패턴, 및 제2 추가 전극 패턴을 더 포함하는 그래핀을 이용한 능동센서소자.
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|---|---|---|---|
| KR1020150081243A KR101777912B1 (ko) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020150081243A KR101777912B1 (ko) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법 |
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| KR20160145234A true KR20160145234A (ko) | 2016-12-20 |
| KR101777912B1 KR101777912B1 (ko) | 2017-09-13 |
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| KR1020150081243A KR101777912B1 (ko) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | 그래핀을 이용한 능동센서소자, 및 그 제조 방법 |
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| KR20130091493A (ko) | 2012-02-08 | 2013-08-19 | 한국화학연구원 | 패턴 그래핀을 이용한 그래핀 터치패널 및 그 제작 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101144723B1 (ko) * | 2009-12-02 | 2012-05-24 | 이성호 | 터치 입력장치 |
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2015
- 2015-06-09 KR KR1020150081243A patent/KR101777912B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20130091493A (ko) | 2012-02-08 | 2013-08-19 | 한국화학연구원 | 패턴 그래핀을 이용한 그래핀 터치패널 및 그 제작 방법 |
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