KR20170084049A - 도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170084049A
KR20170084049A KR1020177011728A KR20177011728A KR20170084049A KR 20170084049 A KR20170084049 A KR 20170084049A KR 1020177011728 A KR1020177011728 A KR 1020177011728A KR 20177011728 A KR20177011728 A KR 20177011728A KR 20170084049 A KR20170084049 A KR 20170084049A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
region
channel
dimensional material
floating electrode
substrate
Prior art date
Application number
KR1020177011728A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101949669B1 (ko
Inventor
스테파노 보리니
앨런 콜리
Original Assignee
엠베리온 오와이
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 엠베리온 오와이 filed Critical 엠베리온 오와이
Publication of KR20170084049A publication Critical patent/KR20170084049A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101949669B1 publication Critical patent/KR101949669B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/112—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
    • H01L31/113—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G01J5/046—Materials; Selection of thermal materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
    • 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
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
    • H01L21/041—Making n- or p-doped regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1606—Graphene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/4238—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the surface lay-out
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78603—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the insulating substrate or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78684—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising semiconductor materials of Group IV not being silicon, or alloys including an element of the group IV, e.g. Ge, SiN alloys, SiC alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H01L31/035218—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum dots
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • H01L31/119—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation characterised by field-effect operation, e.g. MIS type detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H01L29/404—Multiple field plate structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

방법 및 장치가 개시되고, 상기 장치는: 적어도 하나의 충전된 기판(3); 2차원 재료(5)의 채널; 및 적어도 하나의 플로팅 전극(floating electrode)(7A 내지 C)을 포함하고, 플로팅 전극은 적어도 하나의 충전된 기판에 인접한 제 1 영역(10A 내지 C), 2차원 재료의 채널에 인접한 제 2 영역(11A 내지 C) 및 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 전도성 상호접속부(9A 내지 C)를 포함하고, 제 1 영역은 제 2 영역보다 크며 적어도 하나의 플로팅 전극은 2차원 재료의 채널 내의 도핑 레벨을 제어하도록 배열된다.

Description

도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법{AN APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING DOPING}
본 발명의 예들은 도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 예들은 그래핀(graphene)과 같은 2차원 재료들에서 도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
그래핀과 같은 2차원 재료들은 전자 디바이스들에서 이용될 수 있다. 그것은 이러한 재료들의 도핑 프로파일(doping profile)들을 제어할 수 있는데 유용하다.
본 발명의 목적은 도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다양한 예들(반드시 전부는 아님)에 따라, 장치가 제공될 수 있고, 상기 장치는: 적어도 하나의 충전된 기판; 2차원 재료의 채널; 및 적어도 하나의 플로팅 전극(floating electrode)을 포함하고, 플로팅 전극은 적어도 하나의 충전된 기판에 인접한 제 1 영역, 2차원 재료의 채널에 인접한 제 2 영역 및 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 전도성 상호접속부를 포함하고, 제 1 영역은 제 2 영역보다 크며 적어도 하나의 플로팅 전극은 2차원 재료의 채널 내의 도핑 레벨을 제어하도록 배열된다.
일부 예들에서, 장치는 복수의 플로팅 전극들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 상이한 플로팅 전극들은 상이한 제 1 영역들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 상이한 플로팅 전극들은 상이한 제 2 영역들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 상이한 플로팅 전극들은 2차원 재료의 채널의 상이한 부분들에 인접하게 제공되어 상이한 레벨들의 도핑이 2차원 재료의 채널의 상이한 부분들에서 제공되는 것을 가능하게 한다.
일부 예들에서, 2차원 재료 내의 도핑은 플로팅 전극의 제 2 영역에 의해 제공된 전기장에 의존할 수 있다.
일부 예들에서, 각각의 플로팅 전극에 대해, 충전된 기판 및 플로팅 전극의 제 1 영역은 기판 상의 전하에 의존하는 제 1 전기장을 가지는 제 1 커패시터를 형성할 수 있고, 제 1 전기장은 플로팅 전극의 제 2 영역에서, 제 2 영역에 대한 제 1 영역의 비 만큼 증폭된 제 1 전기장에 의존하는 제 2 전기장을 야기한다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 플로팅 전극은 충전된 기판의 제 1 측면 상에 제공될 수 있고 적어도 하나의 플로팅 전극은 충전된 기판의 제 2 측면 상에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 절연 재료는 2차원 재료의 채널과 플로팅 전극의 제 2 영역 사이에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 2차원 재료의 채널은 충전된 기판 상에 제공될 수 있다. 플로팅 전극들의 제 1 영역은 충전된 기판의 제 1 영역 위에 가로놓일 수 있고, 2차원 재료의 채널은 제 1 영역 위로 연장하지 않는다. 절연 재료는 충전된 기판과 2차원 재료의 채널 사이에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 2차원 재료의 채널은 그래핀을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 충전된 기판은: 강유전체 재료, 압전 재료, 초전 재료 또는 임의의 다른 적합한 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 장치는 적어도 하나의 충전된 기판 상의 전하를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 예들(반드시 전부는 아님)에 따라, 방법이 제공될 수 있고, 상기 방법은: 적어도 하나의 충전된 기판을 제공하는 단계; 2차원 재료의 채널을 제공하는 단계; 및 적어도 하나의 플로팅 전극을 제공함으로써 2차원 재료의 채널 내의 도핑 레벨을 제어하는 단계를 포함하고, 각각의 플로팅 전극은 적어도 하나의 충전된 기판에 인접한 제 1 영역, 2차원 재료의 채널에 인접한 제 2 영역 및 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 전도성 상호접속부를 포함하며, 제 1 영역은 제 2 영역보다 크다.
일부 예들에서, 방법은 복수의 플로팅 전극들을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 상이한 플로팅 전극들은 상이한 제 1 영역들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 상이한 플로팅 전극들은 상이한 제 2 영역들을 가질 수 있다. 상이한 플로팅 전극들은 2차원 재료의 채널의 상이한 부분들에 인접하게 제공되어 상이한 레벨들의 도핑이 2차원 재료의 채널의 상이한 부분들에서 제공되는 것을 가능하게 할 수 있다.
일부 예들에서, 2차원 재료 내의 도핑은 플로팅 전극의 제 2 영역에 의해 제공된 전기장에 의존할 수 있다.
일부 예들에서, 각각의 플로팅 전극에 대해, 충전된 기판 및 플로팅 전극의 제 1 영역은 기판 상의 전하에 의존하는 제 1 전기장을 가지는 제 1 커패시터를 형성할 수 있고, 제 1 전기장은 플로팅 전극의 제 2 영역에서, 제 2 영역에 대한 제 1 영역의 비 만큼 증폭된 제 1 전기장에 의존하는 제 2 전기장을 야기한다.
일부 예들에서, 방법은 적어도 하나의 플로팅 전극을 충전된 기판의 제 1 측면 상에 제공하고 적어도 하나의 플로팅 전극을 충전된 기판의 제 2 측면 상에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 방법은 절연 재료를 2차원 재료의 채널과 플로팅 전극의 제 2 영역 사이에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 방법은 2차원 재료의 채널을 충전된 기판 상에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 플로팅 전극들의 제 1 영역은 충전된 기판의 제 1 영역 위에 가로놓일 수 있고, 2차원 재료의 채널은 제 1 영역 위로 연장하지 않는다. 방법은 또한, 절연 재료를 충전된 기판과 2차원 재료의 채널 사이에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 2차원 재료의 채널은 그래핀을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 충전된 기판은: 강유전체 재료, 압전 재료, 초전 재료 또는 임의의 다른 적합한 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 방법은 적어도 하나의 충전된 기판 상의 전하를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 예들(반드시 전부는 아님)에 따라, 첨부된 청구항들에서 청구된 바와 같은 예들이 제공될 수 있다.
상세한 설명을 이해하기 위해 유용한 다양한 예들의 더 양호한 이해를 위해, 참조가 단지 첨부된 도면들에 대한 예로서 이제 행해질 것이다.
도 1은 장치를 도시한 도면.
도 2는 장치의 투시도.
도 3은 도 2의 장치를 통한 단면 및 대응하는 도핑 프로파일을 도시한 도면.
도 4는 장치에 대한 등가 회로도.
도 5는 또 다른 장치를 통한 단면 및 대응하는 도핑 프로파일을 도시한 도면.
도 6a 내지 도 6d는 일 예시적인 장치 및 예시적인 장치로 얻어진 결과들을 도시한 도면들.
도 7a 내지 도 7d는 일 예시적인 장치 및 예시적인 장치로 얻어진 결과들을 도시한 도면들.
도 8은 본 발명의 예들에 따른 방법을 도시한 도면.
도면들은 장치(1)를 도시하고, 상기 장치(1)는: 적어도 하나의 충전된 기판(3); 2차원 재료(5)의 채널; 및 적어도 하나의 플로팅 전극(7)을 포함하고, 플로팅 전극(7)은 적어도 하나의 충전된 기판(3)에 인접한 제 1 영역(10), 2차원 재료(5)의 채널에 인접한 제 2 영역(11) 및 제 1 영역(10)과 제 2 영역(11) 사이의 전도성 상호접속부(9)를 포함하고, 제 1 영역(10)은 제 2 영역(11)보다 크며 적어도 하나의 플로팅 전극(7)은 2차원 재료(5)의 채널 내의 도핑 레벨을 제어하도록 배열된다.
장치(1)는 2차원 재료 내의 도핑 패턴을 제어하기 위한 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 예들에 따른 장치(1)를 개략적으로 도시한다. 장치(1)는 적어도 하나의 충전된 기판(3), 2차원 재료(5)의 채널, 및 적어도 하나의 플로팅 전극(7)을 포함한다. 복수의 플로팅 전극들(7)이 본 발명의 다른 예들에서 제공될 수 있음이 이해될 것이다.
적어도 하나의 충전된 기판(3)은 비 제로 분극(polarization)을 갖도록 구성될 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 충전된 기판은 구속 전하들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 충전된 기판(3)은; 강유전체 재료, 압전 재료, 초전 재료 또는 비 제로 분극을 갖도록 제작될 수 있는 임의의 다른 적합한 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 충전된 기판(3)에 걸친 전하 분포는 기판의 표면에 걸쳐 균일할 수 있다.
일부 예들에서, 제어 신호(2)는 충전된 기판(3)의 전하를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 기판(3) 상의 전하는 적어도 하나의 충전된 기판(3)의 온도 또는 변형과 같은 파라미터 또는 임의의 다른 파라미터에 의존할 수 있다.
2차원 재료(5)의 채널은 전계 효과에 의해 조정될 수 있는 저항을 갖는 임의의 2차원 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 2차원 재료(5)의 채널은 그래핀 또는 임의의 다른 적합한 재료의 단일층을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 2차원 재료(5)는 충전된 기판 상에 제공될 수 있다. 이러한 예들에서, 2차원 재료(5)의 채널은 충전된 기판(3) 상에 성장되거나 증착될 수 있는 재료를 포함할 수 있다.
플로팅 전극(7)은 금속, 반도체, 2차원 재료, 이온성 액체, 이온성 젤 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 임의의 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 플로팅 전극(7)은 그래핀 또는 인듐 주석 산화물 또는 임의의 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 플로팅 전극(7)은 변형가능하고/하거나 투명할 수 있다.
플로팅 전극(7)은 제 1 영역(10), 제 2 영역(11) 및 전도성 상호접속부(9)를 포함한다. 제 1 영역(10)은 적어도 하나의 충전된 기판(3)에 인접하게 제공된다. 제 2 영역(11)은 2차원 재료(5)의 채널에 인접하게 제공된다. 전도성 상호접속부(9)는 제 1 영역(10)과 제 2 영역(11) 사이에 제공된다. 플로팅 전극(7)은 분리된 상호접속된 구성요소들로서 또는 단일 완전한 구성요소로서 예를 들면, 동일한 재료의 패터닝된 계층으로서 형성될 수 있다.
제 1 영역(10)은 제 2 영역(11)보다 클 수 있다. 제 2 영역(11)과 비교하여 제 1 영역(10)의 크기 차는 플로팅 전극(7)이 제 1 영역(10)에서의 정전압(electrostatic voltage)을 제 2 영역(11)에서의 더 큰 정전압으로 증폭시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 제 1 영역(10)에서의 정전압은 충전된 기판(3) 상의 충전의 결과이다. 제 2 영역(11)에서의 정전압은 제 2 영역(11)에 대한 제 1 영역(10)의 비 만큼 증폭된 제 1 영역(10)에서의 정전압에 의존한다.
일부 예들에서, 플로팅 전극(7)은 전기적으로 분리되거나 전기적으로 분리가능할 수 있다. 즉, 플로팅 전극(7)은 전기적으로 분리되도록 영구적으로 전기적으로 분리되거나 스위칭될 수 있는 전극일 수 있다. 분리는, 플로팅 전극(7)이 전하를 보존하는 폐쇄된 전기 회로임을 보장한다. 플로팅 전극(7)과 2차원 재료(5)의 채널 사이에 어떠한 직류 경로도 존재하지 않는다.
도 2는 본 발명의 예들에 따른 장치(1)의 투시도를 도시한다. 장치(1)는 적어도 하나의 충전된 기판(3), 2차원 재료(5)의 채널, 및 상기 설명된 바와 같을 수 있는 복수의 플로팅 전극들(2)을 포함한다. 대응하는 참조 부호들은 대응하는 피쳐(feature)들을 위해 이용된다.
도 2의 예시적인 장치(1)에서, 단일 충전된 기판(3)이 제공된다. 플로팅 전극들(7)의 각각은 충전된 기판(3)에 인접하게 제공되는 영역을 갖는다. 충전된 기판(3)은 플로팅 전극들(7)의 전부 및 2차원 재료(5)의 채널 밑에 놓일 수 있다.
도 2의 예에서, 3개의 플로팅 전극들(7A, 7B 및 7C)이 제공된다. 임의의 수의 플로팅 전극들(7)이 본 발명의 다른 예들에서 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 플로팅 전극들(7A, 7B 및 7C)의 각각은 제 1 영역(10A, 10B, 10C), 제 2 영역(11A, 11B, 11C) 및 전도성 상호접속부(9A, 9B, 9C)를 포함한다.
복수의 플로팅 전극들(7)이 제공되는 경우에, 상이한 플로팅 전극들(7)은 상이한 크기의 제 1 영역들(10) 및/또는 상이한 크기의 제 2 영역들(11)을 가질 수 있다. 도 2의 예에서, 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각은 상이한 크기의 제 1 영역들(10A, 10B, 10C) 그러나, 동일한 크기의 제 2 영역들(11A, 11B, 11C)을 갖는다. 다른 배열들이 다른 예들에서 이용될 수 있음이 이해될 것이다.
2차원 재료(5)의 채널은 충전된 기판(3)의 위에 형성된다. 2차원 재료(5)의 채널은 소스(21)와 드레인(23) 사이에 제공된다. 일부 예들에서, 2차원 재료(5)의 채널 및 소스(21) 그리고 드레인(23)은 그레핀 또는 임의의 다른 적합한 재료의 계층에 의해 제공될 수 있다. 전도성 단자들이 소스(21)에 그리고 별도로, 드레인(23)에 적용될 수 있다.
절연 재료(25)는 2차원 재료(5)의 채널 위에 제공된다. 절연 재료(25)는 2차원 재료(5)의 채널과 플로팅 전극(7)의 제 2 영역(11) 사이에 제공될 수 있다. 절연 재료(25)는 플로팅 전극(7)과 2차원 재료(5)의 채널 사이의 전기 접속을 방지할 수 있다. 절연 재료(25)는 유전체 또는 임의의 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다.
플로팅 전극들(7)은 2차원 재료(5)의 채널 내의 도핑을 제어하도록 구성될 수 있다. 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각은 충전된 기판(3)에 인접하게 제공된 제 1 영역(10A, 10B, 10C)을 포함한다. 도 2의 예에서, 상이한 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각은 상이한 크기의 제 1 영역(10A, 10B, 10C)을 갖는다. 제 1 영역들(10)의 각각에서의 정전압은 제 1 영역(10)과 충전된 기판(3) 사이의 중첩의 크기에 의존한다. 따라서, 도 2의 예에서, 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각은 각각의 제 1 영역들(10A, 10B, 10C)에서 상이한 정전압들을 가질 것이다.
플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각은 또한, 2차원 재료(5)의 채널에 인접하게 제공된 제 2 영역(11A, 11B, 11C)을 포함한다. 제 2 영역들(11A, 11B, 11C)의 각각은 대응하는 전도성 상호접속부(9A, 9B, 9C)에 의해 제 1 영역들(10A, 10B, 10C)에 접속된다.
도 2의 예에서, 제 2 영역들(11A, 11B, 11C)의 각각은 동일한 크기여서, 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각은 2차원 재료(5)의 채널과의 동일한 중첩을 갖는다. 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각이 각각의 제 1 영역들(10A, 10B, 10C)에서 상이한 정전압들을 가질 때, 이것은 도 2의 예에서, 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 각각이 또한, 각각의 제 2 영역들(11A, 11B, 11C)에서 상이한 정전압들을 가질 것임을 의미한다. 이것은 2차원 재료(5)의 채널 내의 상이한 위치들에서 상이한 레벨들의 도핑을 제공하는 2차원 재료(5)의 채널을 따라서 상이한 포인트들에서 상이한 전기장들을 생성한다.
도 3은 도 2의 장치(1)를 통한 단면 및 2차원 재료(5)의 채널을 따르는 도핑 프로파일을 도시한다.
도 3은 라인(X-Y)을 통한 단면이다. 대응하는 참보 부호들은 대응하는 피쳐들에 대해 이용된다. 이 예에서, 2차원 재료는 본질적으로 n-유형이다. 충전된 기판(3)은 기판(3)의 표면 상의 음의 전하 밀도를 생성한다. 플로팅 전극들(7A, 7B, 7C)의 제 2 영역들(11A, 11B, 11C)에서의 전기장은 2차원 재료로 하여금 더 p-유형으로 되게 한다.
도 2 및 도 3의 예시적인 장치에서, 전극들의 제 1 영역들(10A, 10B, 10C)은 2차원 재료(5)의 채널의 길이를 따라서 그 크기가 증가한다. 이것은 2차원 재료(5)의 채널의 길이를 따라서 전기장의 크기를 증가시키고 도핑으로 하여금 점점 더 p-유형이 되게 한다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 장치(1)의 플로팅 전극들(7) 및 충전된 기판(3)에 대한 등가 회로도를 도시한다.
각각의 플로팅 전극(7)은 2개의 커패시터들의 조합이 직렬로 형성되는 것을 가능하게 한다. 충전된 기판(3) 및 플로팅 전극(7)의 제 1 영역(10)은 제 1 커패시터(C1P)를 형성한다. 제 1 커패시터(C1P)는 플로팅 전극(7)의 제 1 영역(10)에 대응하는 유효 영역(effective area)(A1P)을 갖는다. 제 1 커패시터(C1P)는 영역(A1)에 걸친 전하(Q1P)를 저장하고 전압(V1G)을 발전시킨다.
2차원 재료(5)의 채널 및 플로팅 전극(7)의 제 2 영역(11)은 제 2 커패시터(C1G)를 형성한다. 제 2 커패시터(C1G)는 플로팅 전극(7)의 제 2 영역(11)에 대응하는 유효 영역(A1G)을 갖는다. 제 2 커패시터(C1G)는 영역(A1G)에 걸친 전하(Q1G)를 저장하고 전압(V1G)을 발전시킨다.
2차원 재료(5)의 채널의 바이어스(bias)가 일반적으로 상당히 낮기 때문에(1V 미만임), 제 2 커패시터(C1G)의 2차원 재료(5)는 접지로서 간주될 수 있다.
충전된 기판(3)의 주어진 분극(P)에 대해, 커패시터들(C1P 및 C1G)이 직렬이기 때문에, 커패시터들(C1P, C1G) 둘 모두 상의 전하는 동일해야 한다. 즉:
Figure pct00001
이다.
따라서, 플로팅 전극(7)의 제 2 영역(11) 하의 2차원 재료(5)의 채널에 적용된 상부 게이트 포텐셜(potential)은:
Figure pct00002
이다.
C1G가 일정하기 때문에, 전압(V1G)은 전하(Q1P)에 비례하고 따라서, 충전된 기판(3) 및 제 1 영역(10)의 분극(P)에 비례한다.
Figure pct00003
도핑 프로파일은 상이한 플로팅 전극들(7)을 이용함으로써 변조되어 상이한 상부 게이트 전압들을 2차원 재료(5)의 채널의 상이한 영역들에 적용할 수 있다. 상이한 상부 게이트 전압들은 충전된 기판(3)에 의해 제로 에너지 비용으로 제공될 수 있다. 상이한 상부 게이트 전압들은 플로팅 전극(7)의 각각의 영역들(10, 11)에 의해 제어될 수 있다.
제 2 전압(V1G)이 커패시턴스 비(C1P/C1G)에 따라 조정되기 때문에, 상이한 제 2 전압(V1G)은 상이한 커패시턴스 비들(C1P/C1G)을 갖는 상이한 플로팅 전극들(7)을 가짐으로써 제공될 수 있다. 일부 예들에서, C1P가 C1G보다 크게 되는 것이 바람직하다. 이것은 제 1 영역(10)을 제 2 영역(11)보다 크게 함으로써 성취될 수 있다.
따라서, 충전된 기판(3) 및 플로팅 전극(7)의 제 1 영역(10)은 충전된 기판(3)의 분극에 의존하는 제 1 전기장을 가지는 제 1 커패시터(C1P)를 형성한다. 제 1 전기장은 플로팅 전극의 제 2 영역(11)에서, 제 2 영역(11)에 대한 제 1 영역(10)의 비 만큼 증폭된 제 1 전기장에 의존하는 제 2 전기장을 야기한다.
제 3 커패시터(C0)가 2차원 재료(5)의 채널 및 충전된 기판(3)에 의해 직접적으로 형성될 수 있음이 이해될 것이다. 이것은 2차원 재료(5)의 채널 내의 도핑 레벨에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 이 도핑 효과는 2차원 재료(5)의 전체 채널에 적용되는 오프셋이고 임의의 변조 도핑에 기여하지 않는다. 2차원 재료(5)의 채널에 관한 충전된 기판(3)의 직접 효과는 플로팅 전극(7)의 제 1 영역(10)에 관한 충전된 기판(3)의 효과의 효과보다 상당히 낮다. 이것은 커패시터(C0)가 상기 설명에서 무시되는 것을 허용한다.
일부 예들에서, 절연 재료는 충전된 기판(3)과 2차원 재료(5)의 채널 사이에 제공될 수 있다. 이것은 충전된 기판(3)으로부터 2차원 재료(5)의 채널을 분리함으로써 커패시터(C0)를 제거할 수 있다.
도 2 및 도 3의 예에서, 플로팅 전극들(7)은 상이한 크기의 제 1 영역들(10) 그러나 동일한 크기의 제 2 영역들(11)을 갖는다. 상이한 크기의 그리고 형성된 플로팅 전극들(7)이 상이한 도핑 프로파일들을 얻기 위해 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 2차원 재료의 도핑 프로파일을 위해 얻어질 수 있는 복잡성 및 형상에 대한 어떠한 경계들도 가상적으로 존재하지 않는다. 도핑 프로파일에 관한 유일한 제한은 충전된 기판(3) 상에서 이용가능한 영역이다.
본 발명의 일부 예들에서, 플로팅 전극들(7)의 전부는 단일 단계로 제조될 수 있다. 이것은 얼마나 많은 플로팅 전극들(7)이 필요한지, 플로팅 전극들(7)의 크기들 및 상이한 플로팅 전극들(7)의 형상들의 변형에 상관없이 성취될 수 있다.
도 5는 또 다른 장치(1)를 통한 단면 및 대응하는 도핑 프로파일을 도시한다. 장치(1)는 충전된 기판(3) 및 상기 설명된 바와 같을 수 있는 소스(21)와 드레인(23) 사이에서 연장하는 2차원 재료(5)의 채널을 포함한다. 장치(1)는 또한, 제 1 플로팅 전극(7D) 및 제 2 플로팅 전극(7E)을 포함한다.
도 5의 장치의 플로팅 전극들(7D 및 7E)은 상기 설명된 바와 같을 수 있고 각각은 충전된 기판(3)에 인접한 제 1 영역(10D, 10E) 및 2차원 재료(9)의 채널에 인접한 제 2 영역(11D, 11E)과 상기 설명된 바와 같은 전도성 상호접속부(9D, 9E)를 포함할 수 있다. 도 5가 단면이기 때문에, 단지 각각의 제 2 영역들(11D, 11E)의 부분들이 도 5에 도시된다.
도 5의 예에서, 제 1 플로팅 전극(7D)은 충전된 기판(3)의 제 1 측면(51) 상에 제공되고 제 1 플로팅 전극(7E)은 충전된 기판(3)의 제 1 측면(53) 상에 제공된다. 절연 재료(25)의 계층은 또한, 2차원 재료(5)의 채널과 플로팅 전극들(7D, 7E)의 각각 사이에 제공된다.
도 5의 예에서, 제 1 플로팅 전극(7D)의 제 2 영역(11D)은 제 2 플로팅 전극(7E)의 제 2 영역(11E)과 동일하다. 제 1 플로팅 전극(7D)은 제 2 플로팅 전극(7E)보다 큰 제 1 영역(10D)을 갖는다. 각각의 제 1 영역들(10D, 10E)이 도 5에 도시되지 않을지라도, 그들은 각각의 도핑 레벨들로부터 추론될 수 있다.
도 5의 예에서, 제 1 전극(7D)의 제 2 영역(11D)은 제 2 전극(7E)의 제 2 영역(11E)과 중첩한다. 이것은 더블 게이팅된 영역(double gated region)(55)을 2차원 재료(5)의 채널 내에 제공한다. 이것은 가장 강한 전기장 따라서, 최고의 도핑 레벨을 더블 게이팅된 영역(55) 내에 제공한다.
도 5의 예에서, 하나의 플로팅 전극(7)은 각각의 측면(51, 53) 상에 제공된다. 임의의 수의 플로팅 전극들(7)이 충전된 기판(3)의 각각의 측면(51, 53) 상에 제공될 수 있음이 이해될 것이다.
플로팅 전극들(7)을 기판의 각각의 측면 상에 제공하는 것은 몇몇 장점들을 제공할 수 있다. 그것은 상이한 도핑 레벨들이 각각의 플로팅 전극들(7)을 중첩시킴으로써 성취될 수 있을 때 필요한 플로팅 전극들(7)의 수를 감소시킬 수 있다. 그것은 또한, 장치(1)를 더 단순하게 할 수 있는 제 3 커패시터(C0)를 제거할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 예시적인 디바이스들 및 예시적인 디바이스들로 얻어진 결과들을 도시한다. 예시적인 장치(1)는 상기 설명된 바와 같이, 2차원 재료(5)의 채널, 충전된 기판(3) 및 적어도 하나의 플로팅 전극(7)을 포함한다.
도 6a는 제 1 예시적인 장치(1)를 보여주고 도 6c는 제 2 예시적인 장치(1)를 보여준다. 예시적인 장치 둘 모두에서, 2차원 재료(5)의 채널은 그래핀을 포함한다. 예들 둘 모두에서, 초전 재료, z-컷 LiNbO3은 충전된 기판(3)으로서 이용되었다.
2개의 예시적인 장치(1)는 상이한 크기의 플로팅 전극들(7)을 가질 수 있다. 도 6a의 예시적인 장치(1)에서, 플로팅 전극의 제 1 영역(10)은 A=10-4cm2이다. 도 6c의 예시적인 장치(1)에서, 플로팅 전극의 제 1 영역(10)은 3A=3*10-4cm2이다.
도 6b 및 도 6d는 각각의 장치(1)로 얻어진 전기 측정치들의 표시들이다. 전기 측정치들은 293K의 일정한 온도로 취해졌다. 상이한 플로팅 전극들이 충전된 기판(3)의 일정한 분극을 상이한 음의 상부 게이트 전압들로 변환했음이 보여질 수 있다. 도 6b는 이것이 도 6a의 장치가 그래핀의 원래 n-유형 속성 중 일부를 유지하는 것을 야기했음을 보여준다. 도 6d는 이것이 또한, 도 6c의 장치가 p-유형 거동(behaviour)을 야기하는 더 큰 도핑 시프트를 경험하는 것을 야기했음을 보여준다. 따라서, 이것은 상이한 플로팅 전극들(7)이 상이한 레벨들의 도핑을 생성할 수 있음을 보여준다.
도 7a 내지 도 7c는 또 다른 예시적인 장치(1) 및 이 예시적인 장치(1)로 얻어진 결과들을 도시한다. 도 7a의 예시적인 장치는 상기 설명된 바와 같을 수 있는 충전된 기판(3), 2차원 재료(5)의 채널 및 2개의 플로팅 전극들(7F 및 7G)을 포함한다. 도 7a의 예에서, 제 1 플로팅 전극(7F)은 제 2 플로팅 전극(7G)보다 작은 제 1 영역(10F)을 갖는다. 2개의 플로팅 전극(7F, 7G)은 동일한 크기의 제 2 영역들(11F, 11G)을 갖는다.
예시적인 장치(1)는 또한, 기판(3) 상의 전하가 제어되는 것을 가능하게 할 수 있는 외부 드라이브를 포함할 수 있다. 예를 들면, 충전된 기판(3)은 전기장들, 기계적 응력 및 온도에 의해 각각 변할 수 있는 분극을 가지는 강유전체, 압전, 또는 초전 재료와 같은 재료를 포함할 수 있다.
도 7a의 예에서, 장치(1)는 분극이 전기 디바이스에 의해 제어되는 강유전체 재료를 포함한다. 도 7a의 예에서, 충전된 기판(3)의 전체 분극은 양의 분극(P+)과 음의 분극(P-) 사이에서 스위칭될 수 있다. 분극의 스위치는 전압을 충전된 기판(3)에 접속된 하부 게이트에 적용함으로써 성취될 수 있다. 분극을 조정하기 위한 다른 재료들 및 수단이 본 발명의 다른 예들에서 이용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 7b는 음의 표면 전하가 충전된 기판(3)의 제 1 표면(51) 상에서 발전되도록, 충전된 기판이 음의 분극(P-)을 가질 때 얻어진 결과들을 보여준다.
도 7b에서, 점(71)은 게이팅되지 않은 2차원 재료를 표현하고 따라서, 2차원 재료의 고유 도핑을 보여준다. 이 예에서, 고유 도핑은 n-유형이다. 점(7F)은 n-유형으로 남은 제 1 플로팅 전극(7F)에 의해 게이팅된 영역을 표현한다. 점(7G)은 제 2 플로팅 전극(7G)에 의해 게이팅된 영역을 표현한다. 이 영역에서의 도핑은 더 음으로 시프트되고 p-유형이 된다.
도 7c는 양의 표면 전하가 충전된 기판(3)의 제 1 표면(51) 상에서 발전되도록, 충전된 기판이 양의 분극(P+)을 가질 때 얻어진 결과들을 보여준다.
도 7c에서, 점(71)은 게이팅되지 않은 2차원 재료를 표현하고 따라서, 2차원 재료의 고유 도핑을 보여준다. 이전 예에서와 같이, 고유 도핑은 n-유형이다. 점(7F)은 제 1 플로팅 전극(7F)에 의해 게이팅된 영역을 표현하고 점(7G)은 제 2 플로팅 전극(7G)에 의해 게이팅된 영역을 표현한다. 이 예에서, 충분히 n-도핑된 영역이 제공된다.
따라서, 도 7a의 예시적인 장치(1)는 충전된 기판(3)의 분극을 스위칭함으로써 상이한 도핑 패턴들 사이에서 스위칭될 수 있다. 이것은 광검출기 또는 다른 유형 센서와 같은 p-n 접합을 요구하는 디바이스들을 형성하는데 유용할 수 있다. p-n 접합은 충전된 기판(3)의 분극을 변경함으로써 때때로 스위칭될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c의 예에서, 충전된 기판(3)의 분극은 양의 분극(P+)과 음의 분극(P-) 사이에서 스위칭된다. 일부 예들에서, 도핑 프로파일이 충전된 기판(3) 상의 전하를 지속적으로 조정함으로써 제어될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 초전 기판의 온도는 초전 재료의 분극을 조정하도록 조정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 예들에 따라 장치(1)를 제공하는 방법을 도시한다. 방법은 상기 설명된 바와 같은 장치(1)를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 방법은 블록(81)에서, 적어도 하나의 충전된 기판(3)을 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한, 블록(83)에서, 2차원 재료(5)의 채널을 제공하는 단계를 포함하고 블록(85)에서, 방법은 2차원 재료(5)의 채널 내의 도핑 레벨을 제어하는 단계를 포함한다. 도핑 레벨을 제어하는 단계는 적어도 하나의 플로팅 전극(7)을 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 각각의 플로팅 전극(7)은 적어도 하나의 충전된 기판(3)에 인접한 제 1 영역(10), 2차원 재료(5)의 채널에 인접한 제 2 영역(11) 및 제 1 영역(10)과 제 2 영역(11) 사이의 전도성 상호접속부(9)를 포함하며, 제 1 영역(10)은 제 2 영역(11)보다 크다.
본 발명의 예들은 제어될 2차원 재료의 도핑 프로파일을 허용하는 장치 및 방법을 제공한다. 장치(1)는 패턴들의 형상 및 도핑 레벨이 플로팅 전극의 각각의 영역들(10, 11)의 크기들을 통해 제어될 수 있기 때문에 도핑 프로파일의 설계 자유도(design freedom)를 허용한다.
플로팅 전극들(7)은 단일 단계로 제작될 수 있다. 이것은 2차원 재료 내의 복잡한 도핑 패턴들을 갖는 장치(1)가 용이하게 제작되는 것을 가능하게 할 수 있다.
장치(1)는 또한, 충전된 기판(3) 상의 전하를 변경함으로써 도핑 프로파일이 변경되는 것을 허용한다. 이것은 특정 디바이스들이 상이한 동작 상태들 사이에서 스위칭되는 것을 가능하게 할 수 있다.
상기 예들에서, 용어(결합된(coupled))는 동작가능하게 결합됨을 의미한다. 임의의 수의 개재 소자(intervening element)들 또는 상기 재개 소자들의 조합이 어떠한 개재 소자들도 포함하지 않고 존재할 수 있는 것으로 이해될 것이다.
용어("포함하다(comprise)")는 본 문서에서 포괄적이지만 배타적이 아닌 의미로 이용된다. 즉, Y를 포함하는 X에 대한 임의의 참조는 X가 단지 하나의 Y를 포함할 수 있거나 하나보다 많은 Y를 포함할 수 있음을 나타낸다. 배타적인 의미로 "포함하다"를 이용하도록 의도된다면, 그것은 "단지 하나의 ...을 포함하는"을 참조하거나 "구성하는(consisting)"을 이용함으로써 본 문맥에서 명백해질 것이다.
이 간단한 설명에서, 다양한 예들에 대한 참조가 행해졌다. 일례에 관한 피쳐들 또는 기능들의 설명은 상기 피쳐들 또는 기능들이 그 예에 존재함을 나타낸다. 텍스트에서의 용어("예" 또는 "예를 들면" 또는 "일 수 있다")의 이용은 명백하게 언급되든 아니든 간에, 이러한 피쳐들 또는 기능들이 적어도 설명된 예에서 존재하고, 일례로서 설명되든 아니든 간에, 그들이 모든 다른 예들 중 일부 또는 전부에서 존재할 수 있음(그러나, 반드시 그런 것은 아님)을 나타낸다. 따라서, "예", "예를 들면" 또는 "일 수 있다"는 예들의 부류에서 특정한 경우를 언급한다. 경우의 속성은 그 부류에서 경우들의 전부가 아닌 일부를 포함하는 단지 그 경우의 속성 또는 부류의 속성 또는 부류의 하위 부류의 속성일 수 있다. 따라서, 또 다른 예와 관련되는 것이 아닌 하나의 예와 관련되어 설명된 피쳐들이 가능한 경우에 그 다른 예에서 설명될 수 있지만 반드시 그 다른 예에서 이용되어야 할 필요가 없음이 암시적으로 개시된다.
본 발명의 예들이 다양한 예들과 관련하여 이전의 단락들에서 설명되었을지라도, 주어진 예들에 대한 수정들이 청구된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있음이 이해되어야 한다.
이전의 설명에서 설명된 피쳐들은 명백하게 설명된 조합들과는 다른 조합들로 이용될 수 있다.
기능들이 특정 피쳐들과 관련하여 설명되었을지라도, 상기 기능들은 설명되든 아니든 간에 다른 피쳐들에 의해 수행가능할 수 있다.
피쳐들이 특정 실시예들과 관련하여 설명되었을지라도, 상기 피쳐들은 또한, 설명되든 아니든 간에 다른 실시예들에서 존재할 수 있다.
상기 명세서에서 본 발명의 상기 피쳐들에 대해 주의를 끌려고 노력하는 것이 특정하게 중요한 것으로 믿었을지라도, 출원인이 그것에 대해 특정하게 강조를 하든 아니든 간에 앞에서 언급하고/하거나 도면들에서 도시된 임의의 특허할만한 피쳐 또는 피쳐들의 조합에 대해 보호를 주장함이 이해되어야 한다.
1: 장치 2: 제어 신호
3: 충전된 기판 5: 2차원 재료
7: 플로팅 전극 9: 전도성 상호접속부
10: 제 1 영역 11: 제 2 영역
21: 소스 23: 드레인
25: 절연 재료 51: 제 1 표면

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 충전된 기판;
    2차원 재료의 채널; 및
    적어도 하나의 플로팅 전극(floating electrode)을 포함하고, 상기 플로팅 전극은 상기 적어도 하나의 충전된 기판에 인접한 제 1 영역, 상기 2차원 재료의 채널에 인접한 제 2 영역 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 전도성 상호접속부를 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 크며 상기 적어도 하나의 플로팅 전극은 상기 2차원 재료의 채널 내의 도핑 레벨을 제어하도록 배열되는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 플로팅 전극들을 포함하는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상이한 플로팅 전극들은; 상이한 제 1 영역들, 상이한 제 2 영역들 중 적어도 하나를 갖는, 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 상이한 플로팅 전극들은 상기 2차원 재료의 채널의 상이한 부분들에 인접하게 제공되어 상이한 레벨들의 도핑이 상기 2차원 재료의 채널의 상이한 부분들에서 제공되는 것을 가능하게 하는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차원 재료 내의 상기 도핑은 상기 플로팅 전극의 제 2 영역에 의해 제공된 전기장에 의존하는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 플로팅 전극에 대해, 충전된 기판 및 상기 플로팅 전극의 제 1 영역은 기판 상의 전하에 의존하는 제 1 전기장을 가지는 제 1 커패시터를 형성하고, 상기 제 1 전기장은 상기 플로팅 전극의 제 2 영역에서, 상기 제 2 영역에 대한 상기 제 1 영역의 비 만큼 증폭된 제 1 전기장에 의존하는 제 2 전기장을 야기하는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 플로팅 전극은 충전된 기판의 제 1 측면 상에 제공될 수 있고 적어도 하나의 플로팅 전극은 상기 충전된 기판의 제 2 측면 상에 제공되는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    절연 재료는 상기 2차원 재료의 채널과 상기 플로팅 전극의 제 2 영역 사이에 제공되는, 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차원 재료의 채널은 충전된 기판 상에 제공되고 상기 플로팅 전극들의 제 1 영역은 상기 충전된 기판의 제 1 영역 위에 가로놓이며 상기 2차원 재료의 채널은 상기 제 1 영역 위로 연장하지 않는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    절연 재료는 상기 충전된 기판과 상기 2차원 재료의 채널 사이에 제공되는, 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차원 재료의 채널은 그래핀(graphene)을 포함하는, 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 충전된 기판은: 강유전체 재료, 압전 재료, 초전 재료 또는 임의의 다른 적합한 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 충전된 기판 상의 전하를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 장치.
  14. 적어도 하나의 충전된 기판을 제공하는 단계;
    2차원 재료의 채널을 제공하는 단계; 및
    적어도 하나의 플로팅 전극을 제공함으로써 상기 2차원 재료의 채널 내의 도핑 레벨을 제어하는 단계를 포함하고, 각각의 플로팅 전극은 상기 적어도 하나의 충전된 기판에 인접한 제 1 영역, 상기 2차원 재료의 채널에 인접한 제 2 영역 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 전도성 상호접속부를 포함하며, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 큰, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    복수의 플로팅 전극들을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
KR1020177011728A 2014-10-31 2015-10-26 도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법 KR101949669B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14191383.0 2014-10-31
EP14191383.0A EP3015833B1 (en) 2014-10-31 2014-10-31 A sensing apparatus
EP15161553.1A EP3016145B1 (en) 2014-10-31 2015-03-30 An apparatus and method for controlling doping
EP15161553.1 2015-03-30
PCT/FI2015/050732 WO2016066897A1 (en) 2014-10-31 2015-10-26 An apparatus and method for controlling doping

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170084049A true KR20170084049A (ko) 2017-07-19
KR101949669B1 KR101949669B1 (ko) 2019-02-19

Family

ID=51947122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177011728A KR101949669B1 (ko) 2014-10-31 2015-10-26 도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법

Country Status (7)

Country Link
US (3) US10312398B2 (ko)
EP (2) EP3015833B1 (ko)
JP (1) JP6442068B2 (ko)
KR (1) KR101949669B1 (ko)
CA (2) CA2963859C (ko)
ES (1) ES2843490T3 (ko)
WO (3) WO2016066887A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3185413B1 (en) 2015-12-23 2019-12-04 Nokia Technologies Oy An oscillator apparatus and associated methods
US11385376B2 (en) * 2017-10-09 2022-07-12 Purdue Research Foundation Electric field sensing devices and systems and method of making the same
CN111788700A (zh) * 2018-03-06 2020-10-16 三菱电机株式会社 电磁波检测器以及具备该电磁波检测器的电磁波检测器阵列
GB201816609D0 (en) 2018-10-11 2018-11-28 Emberion Oy Multispectral photodetector array
KR102323438B1 (ko) * 2020-02-25 2021-11-05 연세대학교 산학협력단 전기장 셰이핑 장치 및 전기장을 이용한 타겟 처리 장치
WO2023219570A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 Nanyang Technological University Transistor and method of forming the same

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1545076A (en) * 1976-01-16 1979-05-02 Plessey Co Ltd Pyro-electric detectors
JPS54151882A (en) * 1978-05-22 1979-11-29 Kureha Chemical Ind Co Ltd Method of pyroelectrically detecting infrared rays with polyvinylidene fluoride
US4608865A (en) * 1984-12-05 1986-09-02 The Regents Of The University Of California Integrated pyroelectric sensor and method
JPH0752124B2 (ja) * 1985-06-26 1995-06-05 松下電器産業株式会社 赤外線検出素子
JP2599354B2 (ja) * 1985-06-27 1997-04-09 松下電器産業株式会社 赤外線検出素子
JPH01136035A (ja) * 1987-11-24 1989-05-29 Hamamatsu Photonics Kk 焦電型検出素子の製造方法
DE4105591C1 (en) * 1991-02-22 1992-04-02 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De IR sensor in the form of pyroelectric detector - has silicon@ substrate with pyroelectric sensor film metallise to a pattern
JPH0590553A (ja) * 1991-09-30 1993-04-09 Hamamatsu Photonics Kk 赤外線検出装置およびその製造方法
JP3018174B1 (ja) * 1998-10-08 2000-03-13 静岡大学長 物理・化学現象検出装置
JP4282359B2 (ja) * 2003-04-11 2009-06-17 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JP4435095B2 (ja) 2006-01-04 2010-03-17 株式会社東芝 半導体システム
JP4772585B2 (ja) * 2006-05-10 2011-09-14 浜松ホトニクス株式会社 光検出器
JP4398972B2 (ja) * 2006-12-11 2010-01-13 株式会社東芝 電磁波センサ、撮像素子及び撮像装置
US7683323B2 (en) * 2007-03-20 2010-03-23 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Organic field effect transistor systems and methods
US8653510B2 (en) * 2009-12-18 2014-02-18 Sri International Enhanced E-field sensing using negative capacitance FET subthreshold slope enhancement
GB201220804D0 (en) * 2012-11-20 2013-01-02 Provost Fellows Foundation Scholars And The Other Members Of Board Of Asymetric bottom contacted 2D layer devices
US20160284811A1 (en) * 2013-11-04 2016-09-29 Massachusetts Institute Of Technology Electronics including graphene-based hybrid structures
WO2015084267A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 National University Of Singapore Pyroelectric detector using graphene electrode
US9366664B2 (en) * 2014-05-21 2016-06-14 Andas Inc. Device for measurement of exhaled nitric oxide concentration
US10600916B2 (en) * 2015-12-08 2020-03-24 Ricoh Company, Ltd. Field-effect transistor, display element, image display device, and system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHER XUAN ZHANG ET AL, "Electrical Stress and Total Ionizing Dose Effects on Graphene-Based Non-Volatile Memory Devices", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, vol. 59, no. 6, 2974-2978(2012)* *
SUN HONGHUI ET AL, "A low contact resistance graphene field effect transistor with single-layer-channel and multi-layer-contact" 2014 NANOARCH, 139-144 (2014)* *

Also Published As

Publication number Publication date
CA2963860A1 (en) 2016-05-06
WO2016066891A1 (en) 2016-05-06
US20180287004A1 (en) 2018-10-04
JP6442068B2 (ja) 2018-12-19
EP3015833A1 (en) 2016-05-04
EP3016145A1 (en) 2016-05-04
WO2016066897A1 (en) 2016-05-06
KR101949669B1 (ko) 2019-02-19
EP3016145B1 (en) 2022-03-16
CA2963860C (en) 2022-09-06
CA2963859A1 (en) 2016-05-06
WO2016066887A1 (en) 2016-05-06
US10381503B2 (en) 2019-08-13
CA2963859C (en) 2021-08-03
EP3015833B1 (en) 2020-01-22
JP2018500577A (ja) 2018-01-11
US20170309770A1 (en) 2017-10-26
US10312398B2 (en) 2019-06-04
ES2843490T3 (es) 2021-07-19
US20170316941A1 (en) 2017-11-02
US9905720B2 (en) 2018-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101949669B1 (ko) 도핑을 제어하기 위한 장치 및 방법
US9230957B2 (en) Integrated snubber in a single poly MOSFET
US9575337B2 (en) Electro-optic modulator termination
CN105934703A (zh) 具有纵向电容器结构的电光调制器
CN103872051B (zh) 半导体器件
KR20060101389A (ko) 가변 전류 강도 및 전압 강도를 갖는 ｅｓｄ 보호 회로
US20150093067A1 (en) Oxide capacitor elecro-optical phase shifter
CN104051457A (zh) 半导体结构及其制造方法
JP2014096579A (ja) 抵抗回路を通じて相互接続されるアクティブデバイスおよび分離構造体を有する半導体デバイスおよびドライバ回路ならびにその製造方法
TW200842471A (en) Active device array substrate
CN103855156A (zh) 与finfet工艺相兼容的二极管结构
CN103915491B (zh) 化合物半导体静电保护元件
US9064953B2 (en) Semiconductor device including a drift zone and a drift control zone
RU2710381C2 (ru) Матричная подложка и устройство отображения
JP6310801B2 (ja) 半導体装置
DE102015102136A1 (de) Ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements
GB2519084A (en) Transistor addressing
TW201608639A (zh) 積體ｍｏｓ型變容器及包含其之電壓控制振盪器、濾波器
CN105378933B (zh) 半导体装置
CN209981209U (zh) 半导体结构
CN105097787B (zh) 半导体器件
CN110071106A (zh) 半导体装置
EP3015834A1 (en) An apparatus and method for sensing
US11158629B2 (en) Polarization circuit of a power component
CN219591397U (zh) 电子器件

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant