KR20190105566A - 감지 전계 효과 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 감지 전계 효과 소자(100)로서, 반도체 채널(110); 상기 반도체 채널(110)에 연결된 소스 전극(120); 상기 반도체 채널(110)에 연결된 드레인 전극(130)으로서, 상기 반도체 채널(110)은 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130) 사이에 개재되는(interposed), 드레인 전극(130); 게이트 전극(140); 및 상기 게이트 전극(140) 및 상기 반도체 채널(110) 사이에 개재되는 유전층(150)을 포함하며, 상기 반도체 채널(110)은 층(layer)이며, 그리고 비정질 산화물(amorphous oxide)로 이루어지며, 상기 센서 수단(170, 171, 172, 173, 174, 175, 175)은 상기 센서 수단(170, 171, 172, 173, 174, 175, 175)의 전기적 상태를 변화시킬 수 있는 감지 이벤트 발생시에 상기 게이트 전극(140)과 상기 소스 전극(120) 사이의 전압을 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 전계 효과 소자(100)를 제조하기 위한 방법 및 센서에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 전계 효과 소자(100)를 제조하기 위한 방법 및 센서에 관한 것이다.
Description
본 발명은 감지 전계 효과 소자(sensitive field effect device) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 종래 기술에 따른 유사한 센서들과 비교할 때, 매우 민감하도록, 낮은 누설 전류뿐만 아니라 높은 대역폭을 특징으로 하도록 설계된 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다. 또한, 이는 특히 회로들을 검출하기 위해 표시되며, 그리고 온도, 기계적 응력, 광, 화학 물질, X 선과 같은 이온화 방사선 등과 같은 여러 종류의 물리량들을 검출하도록 설계되며, 그리고 플렉시블 기판 어레이 또는 매트릭스에 배치되기에 적합하다.
다음에서, 설명은 아래에서 더 잘 설명되는 몇 가지 종류의 물리적 현상을 감지하도록 구성된 전계 효과 소자들에 관한 것이지만, 이들이 특정 용도로 제한되어서는 안 되는 것은 명백하다.
잘 알려진 바와 같이, 현재의 고감도 센서들은 상이한 물리적 현상을 검출하기 위해 산업적 및 과학적 검색에 의해 요청된다.
예를 들어, 보통 CMOS 기술로 실현되는 일반적으로 트랜지스터들로 이루어진 특정 칩 프로브들에 연결되는 RFID 수신기의 보급이 증가하고 있다.
저-비용 RFID 칩들은 센서 연결들을 위한 보조 단자(auxiliary terminal)를 제공하는 것으로 알려져 있다. RFID 칩은 높은 대역폭(100 kHz 정도)에서 연결된 센서의 임피던스를 프로브한다. 20 MΩ 보다 큰 임피던스(Z)는 상태 0을 초래하고, 대신 2 MΩ 보다 작은 임피던스(Z)는 상태 1을 초래한다.
현재 현장에서 느껴지는 기술적 문제는 (ⅰ) RFID의 높은 대역폭에서 작동하고, (ⅱ) 감지 이벤트에 의해 트리거된 주어진 범위에서 임피던스 응답의 크기 변화 정도를 보여주고, (ⅲ) 감지 이벤트가 발생한 후에도 임피던스 변화를 유지하며, 그리고 (ⅳ) 저비용의 대량 생산 기술을 준수하는 센서를 만들어야 한다는 것이다.
요즘, RFID 칩들은 CMOS 기술을 기반으로 하지만, 단일 전계 효과 트랜지스터의 전력 소비를 상당히 증가시키는 전류 누설 현상으로 인해, 상기 목적들을 달성하는데 몇 가지 한계들이 있다.
이용 가능한 선행 기술 소자들의 기술적 단점들을 극복할 수 있는 소자들의 필요성을 심화시키기 위해, 방사선 검출 및 선량 측정(dosimetry)의 특정 기술적 문제에 대한 자세한 설명은 아래에 요약되어 있다.
실제로, 현재 방사선 검출 및 선량 측정법은 의학 영상(medical imaging) 및 방사선 치료, 원자로, 핵 폐기물 매장, 수하물 보안 검사 및 방사선 열악 환경(radiation harsh environment)(예를 들어, 우주)에서의 선량 측정과 같은 잠재적으로 오염된 지역에서 작업하는 사람들의 보호와 관련이 있음이 잘 알려져 있다.
대부분의 경우, 저전압 및 저전력 작동과 고감도, 가벼운 무게 및 플렉시블한 기계적 특성을 결합한 웨어러블 검출기가 필요하다.
이온화 방사선에 대한 기존의 선량계들은 두 개의 서로 다른 주요 클래스로 구별될 수 있는데, 둘 다 특정 단점들을 보여준다.
제1 유형의 선량계들은 열 형광 인산 유리(thermoluminescent phosphate glasses) 또는 가프크롬성 필름(gafchromic film)을 기반으로 하며, 그리고 실제로 높은 감도를 달성할 수 있다. 그러나, 단점으로, 이러한 선량계들은 실시간 방사선 탐지를 허용하지 않지만, 광학 기술에 의한 노출 후 전용 장비에서의 판독을 요구한다.
제2 유형의 선량계들은 실리콘 상보형 금속 산화물 반도체 전자 장치들(silicon complementary metal oxide semiconductor electronics)을 사용하고, 직접적인 전자 판독을 제공하여, 방사선 노출에 대한 실시간 데이터를 제공한다. 이 기술적 접근 방식의 단점은 노출된 이온화 입자들의 일부만의 흡수, 센서들의 기계적 강성, 플렉시블 기판의 넓은 영역에서의 소자들을 처리할 수 없는 것으로 인해 민감도가 감소한다는 것이다. 또한, 추가 단점으로서, 이러한 소자들은 기계적으로 플렉시블하지 않으며, 이에 따라 웨어러블 선량계들을 위한 사용이 제한적이다.
상기와 관련하여, 본 발명의 목적은 다양한 물리적 현상을 검출하기에 적합한 고감도 범용 소자를 달성하기 위해 종래 기술의 소자들의 단점을 극복하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 X 선 등과 같은 이온화 방사선을 검출하기 위해 높은 감도를 특징으로 하는 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 방사선 노출의 실시간 전자 판독을 특징으로 하는 플렉시블 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 X선 광자 흡수량을 증가시키고 감도를 증가시킬 수 있는 소자 구조를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 구체적인 목적은 물리적 현상의 작은 변화를 검출할 수 있는 고감도 고대역폭 전계 효과 트랜지스터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 특정 목적은 이온화 방사선(예를 들어, X선, 감마선, 중성자 알파, 베타선)을 검출하고 모니터링할 수 있는 플렉시블 이온화 감지 전계 효과 트랜지스터(flexible ionization sensitive field effect transistor; FISFET)를 제공하는 것이다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 감지 전계 효과 소자로서, 반도체 채널; 상기 반도체 채널에 연결된 소스 전극; 상기 반도체 채널에 연결된 드레인 전극으로서, 상기 반도체 채널은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 사이에 개재되는(interposed), 드레인 전극; 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극 및 상기 반도체 채널 사이에 개재되는 유전층을 포함하며, 상기 반도체 채널은 층(layer)이며, 그리고 비정질 산화물(amorphous oxide)로 이루어지며, 상기 센서 수단은 상기 센서 수단의 전기적 상태를 변화시킬 수 있는 감지 이벤트 발생시에 상기 게이트 전극과 상기 소스 전극 사이의 전압을 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 비정질 산화물은 고 이동성 비정질 산화물(high mobility amorphous oxide) 타입일 수 있으며, 그리고 인듐 갈륨 아연 산화물(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO) 및/또는 인듐 하프늄 아연 산화물(Indium Hafnium Zinc Oxide; IHZO) 및/또는 아연 주석 산화물(Zinc Tin Oxide; ZTO) 및/또는 갈륨 아연 주석 산화물(Gallium Zinc Tin Oxide; GZTO)을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따르면, 또한, 상기 감지 수단은 상기 소스 전극 및 상기 게이트 전극에 연결된 커패시터를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 수단은 X선 등과 같은 이온화 방사선에 노출될 수 있도록 배열된 유전층을 포함할 수 있으며, 상기 유전층은 감지될 상기 입사 이온화 방사선의 흡수를 증가시키도록 선택된 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 양이온 요소를 갖는 적어도 하나의 물질로 이루어진 적어도 하나의 메인 층을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 상기 유전층의 상기 적어도 하나의 물질은 높은 원자 번호(Z)를 가지며, 상기 원자 번호(Z)는 36보다 클 수 있다(Z>36).
본 발명에 따르면, 상기 유전층의 상기 적어도 하나의 메인 층은 산화이트륨(Yttrium Oxide; Y2O3) 및/또는 산화지르코늄(Zirconium Oxide ; ZrO2) 및/또는 산화하프늄(Hafnium Oxide; HfO2) 및/또는 오산화 탄탈럼(Tantalum Pentoxide; Ta2O5) 및/또는 산화비스무트(Bismuth Oxide; Bi2O3)로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 수단은 상기 게이트 전극 및 상기 소스 전극에 연결된, 전자기 방사선을 검출하기 위한 포토다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 수단은 압전 센서와 직렬 연결된 정류 다이오드를 포함할 수 있으며, 상기 감지 수단은 상기 게이트 전극 및 상기 소스 전극에 병렬 연결될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 상기 감지 수단은 환경 온도(environment temperature)를 감지할 수 있는 초전형 센서를 포함할 수 있으며, 상기 초전형 센서는 상기 게이트 전극 및 상기 소스 전극에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 상기 감지 수단은 상기 게이트 전극 및 상기 소스 전극에 연결되는 화학 센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 유전층은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 전기 접촉할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유전층은 150 nm 이상의 두께를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유전층은 상기 메인 층의 원자 번호보다 낮은 원자 번호를 갖는 하나 이상의 절연층들을 포함하는 다중층일 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 상기 유전층의 상기 하나 이상의 절연층들은 이산화규소(SiO2) 및/또는 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 상기 유전층은 낮은 원자 번호의 원자들을 갖는 상기 절연층과 상기 메인 층이 2회 내지 10회 반복되는 조합, 그리고 낮은 원자 번호의 원자들을 갖는 상기 절연층의 최상층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 감지 전계 효과 소자는 상기 게이트 전극 및 상기 유전층이 증착되는 적어도 하나의 기판을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 기판은 플렉시블할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 기판은 PEN(Polyethylene Naphthalate)으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 게이트 전극, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 몰리브데넘(Mo), 구리(Gu), 알루미늄(Al), 금(Au) 및/또는 은(Ag) 같은 전도성 물질, 그리고/또는 갈륨-도핑된 아연 산화물(Gallium-doped Zinc Oxide; GZO) 또는 갈륨 아연 산화물(Gallium Zinc Oxide) 같은 전도성 산화물, 그리고/또는 Pedot: Pss 같은 전도성 고분자로 이루어질 수 있다.
본 발명의 추가 목적은 검출 센서로서, 기판; 및 상기 기판 상에 배치되는, 상술한 감지 전계 효과 소자를 다수 개 포함하며, 상기 이온화 감지 전계 효과 소자는 적어도 다른 하나의 감지 전계 효과 소자와 연결되는, 검출 센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판은 플렉시블할 수 있으며, 그리고 바람직하게는 PEN(Polyethylene Naphthalate)으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 전계 효과 소자들은 어레이로 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
추가로, 본 발명에 따르면, 상기 센서는 관련 전계 효과 소자의 소스 전극 및 게이트 전극에 연결된 한 쌍의 전극들을 갖는 적어도 하나의 RFID 송신기를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 RFID 송신기는 RFID 수신기(RFID-R)에 연결 가능하도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 상기 RFID 송신기는 RFID 칩 및 안테나를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 상기 센서는 다수의 RFID 송신기를 포함할 수 있으며, 상기 다수의 RFID 송신기 각각은 관련 전계 효과 소자들에 동작 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 상술한 전계 효과 소자를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 : (A) 상기 플렉시블 기판 상에 상기 게이트 전극을 증착하고, 그리고 상기 게이트 전극 상에서 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)를 수행하는 단계; (B) 상기 유전층을 증착하고, 상기 유전층 상에서 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)를 수행하는 단계; (C) 상기 반도체 채널을 증착하고, 상기 반도체 채널 상에서 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)를 수행하는 단계; (D) 상기 반도체 채널 상에서 포토리소그래피 공정을 수행하고 그리고 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 증착하는 단계; 및 (E) 리프트-오프에 의해 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 단계 (B)는 상기 유전층의 상기 메인층의 상기 물질 및 상기 절연층의 상기 절연 물질을 포함하는 용액 기반 공정을 통해 그리고/또는 상기 유전층의 상기 메인층의 상기 물질 및 상기 절연층의 상기 절연 물질을 포함하는 두 개의 별개의 타겟들로부터 동시에 수행되는, RF-스퍼터링에 의해 수행되어, 이산화규소(SiO2) 및/또는 산화알루미늄(Al2O3) 같은 절연층만의 증착, 그리고 이산화규소(SiO2) 및/또는 산화알루미늄(Al2O3) 같은 절연 물질과 상기 유전층의 상기 메인층의 상기 물질의 동시 증착(co-deposition)을 번갈아함으로써 상기 유전층의 다층 구조를 생성할 수 있다.
본 발명은 이제 첨부된 도면의 그림들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따라, 제한되지는 않지만 예시적인 것으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 이온화 감지 전계 효과 소자의 구조의 사시도를 도시한다.
도 2는 플렉시블 기판에 배열된 도 1에 따른 이온화 감지 전계 효과 소자의 어레이들을 도시한다.
도 3은 도 2의 이온화 감지 전계 효과 소자에서 이온화 손상 효과(ionization damage effect) 및 관련 캐리어 축적을 설명하기 위한 단순화된 모델을 도시한다.
도 4는 X선 방사의 노출 전후의 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 5a 및 도 5b는 X-선에 대한 1초간 노출 전후의 이온화 감지 전계 효과 소자 임계 전압(Vt)의 플롯을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 X-선 노출 후 이온화 감지 전계 효과 소자 임계 전압 회복(recovery)의 역학을 도시한다.
도 7은 RFID 송신기와 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 일반적인 전기적 접속을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 전계 효과 소자와 RFID 송신기의 전기적 접속의 개략도를 도시한다.
도 9는 RFID 논리 상태 함수와 함께, 게이트-소스 전압에 따른 드레인-소스 임피던스(Z)의 특성 곡선을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 전달 특성 및 그 주파수 응답을 도시한다.
도 11은 RFID 송신기에 연결된, 이온화 방사선을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
도 12는 도 11에서 언급된 RFID 논리 상태 함수와 함께 게이트-소스 전압에 따른 드레인-소스 임피던스(Z)의 특성 곡선을 도시한다.
도 13은 광 방사선을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 전계 효과 소자가 RFID 송신기에 연결된 도 13의 회로도를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 드레인-소스 임피던스(Z)의 특성 곡선을 RFID 논리 상태와 함께 시간의 함수로 나타낸 것이다.
도 16 (a) 및 도 16 (b)는 기계적 응력을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도의 동작을 도시한다.
도 17 (a) 및 도 17 (b)는 온도 변화를 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
도 18 (a) 및 도 18 (b)는 화학 물질을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
여러 도면들에서, 유사한 부품들은 동일한 참조 번호로 표시될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 이온화 감지 전계 효과 소자의 구조의 사시도를 도시한다.
도 2는 플렉시블 기판에 배열된 도 1에 따른 이온화 감지 전계 효과 소자의 어레이들을 도시한다.
도 3은 도 2의 이온화 감지 전계 효과 소자에서 이온화 손상 효과(ionization damage effect) 및 관련 캐리어 축적을 설명하기 위한 단순화된 모델을 도시한다.
도 4는 X선 방사의 노출 전후의 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 5a 및 도 5b는 X-선에 대한 1초간 노출 전후의 이온화 감지 전계 효과 소자 임계 전압(Vt)의 플롯을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 X-선 노출 후 이온화 감지 전계 효과 소자 임계 전압 회복(recovery)의 역학을 도시한다.
도 7은 RFID 송신기와 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 일반적인 전기적 접속을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 전계 효과 소자와 RFID 송신기의 전기적 접속의 개략도를 도시한다.
도 9는 RFID 논리 상태 함수와 함께, 게이트-소스 전압에 따른 드레인-소스 임피던스(Z)의 특성 곡선을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 전달 특성 및 그 주파수 응답을 도시한다.
도 11은 RFID 송신기에 연결된, 이온화 방사선을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
도 12는 도 11에서 언급된 RFID 논리 상태 함수와 함께 게이트-소스 전압에 따른 드레인-소스 임피던스(Z)의 특성 곡선을 도시한다.
도 13은 광 방사선을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 전계 효과 소자가 RFID 송신기에 연결된 도 13의 회로도를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 드레인-소스 임피던스(Z)의 특성 곡선을 RFID 논리 상태와 함께 시간의 함수로 나타낸 것이다.
도 16 (a) 및 도 16 (b)는 기계적 응력을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도의 동작을 도시한다.
도 17 (a) 및 도 17 (b)는 온도 변화를 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
도 18 (a) 및 도 18 (b)는 화학 물질을 검출하도록 구성된 본 발명에 따른 전계 효과 소자의 회로도를 도시한다.
여러 도면들에서, 유사한 부품들은 동일한 참조 번호로 표시될 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전계 효과 소자(100)의 제1 실시예가 도시되며, 소자 구조의 세부사항은 전자기 방사선 그리고 특히 X-선 등과 같은 이온화 방사선을 검출하기 위해 특정된다.
소자(100)는 주로 참조번호 120, 130 및 140으로 각각 표시된 소스, 드레인 및 게이트 전극, 유전체 층(150)상에 배치된 반도체 채널 층(110) 및 기판(160)을 포함한다.
상기 소스 전극(120), 상기 드레인 전극(130) 및 상기 게이트 전극(140)은 몰리브데넘(Mo), 구리(Gu), 알루미늄(Al), 금(Au) 또는 은(Ag) 같은 전도성 물질, 또는 심지어는 갈륨 아연 산화물(Gallium Zinc Oxide), 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide) 같은 전도성 산화물로 이루어진다.
상기 유전층(150)은 터널링 효과 및 관련 누설 전류를 방지하기 위해 150 nm 보다 큰 두께를 갖는다. 이는 또한 다른 현상으로 인한 전체 누설 전류 효과를 감소시킬 수 있다.
상기 반도체 채널 층(110)은 상기 소스 전극(120)과 상기 드레인 전극(130) 사이에 배치되어, 상기 소스 전극(120)과 상기 드레인 전극(130)과 전기적으로 접촉한다. 상기 반도체 채널 층(110)은 고 이동성 비정질 산화물(high mobility amorphous oxide)로 이루어진다. 특히, 상기 반도체 채널 층(110)은 인듐 갈륨 아연 산화물(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 인듐 하프늄 아연 산화물(Indium Hafnium Zinc Oxide; IHZO), 아연 주석 산화물(Zinc Tin Oxide; ZTO) 또는 갈륨 아연 주석 산화물(Gallium Zinc Tin Oxide; GZTO)로 제조될 수 있다.
상기 반도체 채널 층(110)에 사용되는 고 이동성 비정질 산화물은 포토 리소그래피에 의해 제조된다. 도 2에서 알 수 있듯이, 이들은 높은 대역폭, 낮은 기생 커패시턴스 및 최소 게이트 전류를 특징으로 하며, 이에 따라, 특히 RFID 회로와 함께 저전압 동작을 준수한다.
상기 전계 효과 소자(100)는 또한 센서 수단을 포함하여, 감지 그리고 이벤트가 검출될 시에, 반도체 채널 층(110)의 임피던스(문자 Z로 일반적으로 지칭됨)가 한 차수 이상 변화되게 하며, 이에 따라, 예를 들어 RFID 송신기의 연결을 허용한다. 이는 아래에 더 잘 설명되어 있다.
본 실시예에서, 상술한 것 외에, 반도체 채널 층(110)은 검출될 방사선에 노출된다.
본 실시예에 따른 전계 효과 소자(100)에 제공된 감지 수단은 더 낮은 원자 번호의 원자들을 갖는 하나 이상의 추가 층들과 결합된 메인 층을 포함하는, 다중 층 유전체 산화물 구조 유전층(150)을 포함한다.
상기 메인 층은 높은-Z 층이며, 이는 원자 번호가 36보다 높음을 의미한다. 특히, 상기 메인 층은 다음의 물질들 중 적어도 하나로 이루어진다 :
- 산화이트륨(Yttrium Oxide; Y2O3);
- 산화지르코늄(Zirconium Oxide ; ZrO2);
- 산화하프늄(Hafnium Oxide; HfO2);
- 오산화 탄탈럼(Tantalum Pentoxide; Ta2O5);
- 산화비스무트(Bismuth Oxide; Bi2O3).
더 낮은 원자 번호의 원자들을 갖는 상기 하나 이상의 추가 층들은 예를 들어 SiO2 또는 Al2O3일 수 있는 절연층이다.
다성분 유전체(multicomponent dielectric)의 바닥층(bottom layer)은 보다 낮은 원자 번호를 갖는 상기 절연층이며, 그 다음 메인층이 위치한다. 이어서, 이 구조는 2회 내지 10회 반복되고, 그 다음, 보다 낮은 원자 번호의 원자들을 갖는 상기 절연층의 최상층(top layer)이 위치한다.
유전층(150)은 PEN(Polyethylene Naphthalate)과 같은 상기 플렉시블 기판(160) 상에 증착되어, 플렉시블 감지 전계 효과 소자(100)를 얻는다. 보다 구체적으로, 도 2에서, 다수의 이온화 감지 전계 효과 소자들(100)을 포함하는, 폴리머/플라스틱 기판 상에 패터닝된 어레이들이 도시되어 있다.
또한, 상기 플렉시블 기판(160)과 상기 유전층(150) 사이에 게이트 전극(140)이 배치되어 있는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 X 선 방사로 인한 다층 유전체 산화물 구조체(150)에서의 이온화 전하의 축적에 기초한 소자(100)의 동작은 다음과 같다.
도 3의 (a) 내지 (c)에는, 소자가 어떻게 동작하는지의 기본 프로세스들이 개략적으로 도시되어 있다.
이온화 전하의 형성은 고 에너지 광자 또는 광전자(200)의 흡수에 의해 개시되어(도 3 (a) 참조), 유전층(150)에 전자 정공 쌍(310)을 생성한다.
전자들(311)(도 3 (b) 참조)은 게이트 전극(140)에서 빠른 프로세스로, 즉 각각의 홀 수집 프로세스보다 빠르게 수집된다.
나머지 홀 전하들(312)은 전술한 바와 같이 열 활성화된 호핑 프로세스(thermally activated hopping process)에서 반도체 채널(110)과의 계면으로 천천히 이동한다(도 3 (c) 참조).
따라서, X선 노출의 결과로서, 더 큰 드레인 전류 및 임계값 전압의 음의 값으로의 이동이 발생한다.
도 4는 60 mGy/s의 선량률로 작동하는, X선 소스로서 몰리브덴(Mo)-튜브에 의해 방출된 60 mGy(공기중에서; Gy는 그레이 단위 측정치(Gray unit measure))의 총선량에 대한 노출 전후의 포화 상태에서 측정된(드레인 전극(130) 전압 VD = 20 Volts) 예시적 이온화 감지 전계 효과 소자(100) 전달 곡선을 도시한다.
전달 특성은 X선 노출 후에 0.325 V의 더 많은 음의 게이트 전위로의 이동을 도시한다(도 3 (a) 상태 참조). 서브-임계값 기울기 또는 이동성과 같은 다른 트랜지스터 파라미터는 노출의 영향을 받지 않는다.
상기 변이는 유전층(150)과 반도체 채널(110) 사이의 계면에서의 양의 캐리어 축적의 결과이다(도 3 (c) 참조). 양의 캐리어의 축적은 고정된 전류 흐름에서 상기 소스 전극들(120)과 상기 게이트 전극(130) 사이의 전압에 영향을 미친다. 게이트 전위의 변화를 측정함으로써, 소자(100)가 노출된 X선량의 양을 추측하는 것이 가능하다.
이온화에 대한 소자(100)의 감도는 높은-Z 유전체 다층(150)의 조성 및 두께에 결정적으로 좌우된다.
이 층에서의 낮은 X선 감쇠 길이(λ< 60 μm)는 높은 원자 번호로 인해(예를 들어, 탄탈륨 산화물을 사용하여) 달성되는 반면, 산화물 층(예를 들어, SiO2)은 양호한 절연 및 계면 특성을 유지시키는 역할을 한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 다층 유전체 산화물 구조(150)의 두께를 증가시키면 X선 응답을 더 향상시킬 수 있다. 이 도면은 유전층(150)의 두께를 114 nm에서 381 nm로 증가시킴으로써 임계값 시프트가 6 배만큼 어떻게 증가하는지를 보여준다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 이온화 감지 전계 효과 소자(100)는 100 mGy 미만으로 잔류하는 총 선량에 대한 노출량과 임계값 시프트 간의 선형 의존성을 제공하므로, 임계값의 변화를 모니터링함으로써 정량적 선량 측정을 수행할 수 있게 한다
이 발견은 도 5b에 도시되어 있으며, 도 5b는 1초 동안 변하는 선량률의 X-ray(200)에 노출됨으로써 야기되는 임계 전압의 변화를 도시한다. 삽도(inset)는 선량에 따른 임계 전압의 결과적인 시프트를 도시한다. 선형 피팅(linear fit)은 5.5 mV/mGy의 감도를 초래한다.
상기 소자(100)는 적분 선량계로서 동작하고, X선 노출 이벤트 후에 임계 전압을 유지한다.
도 6a 및 도 6b는 21 Gy의 선량에 노출된 후 22 시간동안 임계 전압이 모니터링되는 회복 측정(recovery measurement)을 디스플레이한다. 곡선은 몇 시간의 특징적인 시간-척도를 갖는 펼쳐진 지수함수(stretched exponential)를 따른다.
이들 데이터로부터, 소자(100)의 판독이 수행되어야 하는 시간을 계산하여, 10 % 미만의 회복 편차(recovery drift)로 인한 오차를 유지할 수 있다. 펼쳐진 지수함수 행동으로 인해, 이 시간 간격은 더 낮은 선량에서 관찰되는 더 긴 유지 시간(retention time)을 갖는 검출된 선량에 의존한다. 이들 데이터로부터, 방사선량의 함수로서 도 6b에 도시된 최대 판독 시간을 정의하는 것이 가능하다.
최대 판독 시간 간격은 여기서 임계 전압의 드리프트가 10 % 미만으로 유지되는 X선 노출 이벤트 이후의 시간으로 정의된다.
소자(100)가 선형 응답을 나타내는 범위에서, 최대 판독 시간은 300 초를 초과한다. 이러한 긴 유지 시간은 대형 검출기 어레이의 순차적인 판독을 가능하게 한다.
이온화 감지 전계 효과 소자(100)의 제조는 다음의 주요 단계들을 포함한다.
게이트 전극(140)은 스퍼터링과 같은 물리 경로 또는 예를 들어 스크린 인쇄, 졸 겔과 같은 용액 기반 공정과 같은 화학적 경로를 통한 재료 프로세싱을 이용하여 플렉시블 기판(160) 상에 증착된다. 게이트 전극(140)의 패터닝은 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)로 수행된다.
유전층(150)은 전술한 요소를 포함하는 용액 기반 공정을 통해 또는 SiO2 및 Ta2O5을 포함하는 두 개의 별개의 타겟들로부터 RF-스퍼터링 같은 상이한 기법을 사용하여 증착될 수 있다. 두 프로세스는 동시에 실행될 수 있다. 스퍼터링의 경우, 기계적 셔터가 사용되어, SiO2만의 증착, 그리고 SiO2와 Ta2O5의 동시 증착(co-deposition)을 번갈아함으로써 유전층(150)의 다층 구조를 생성할 수 있다. 용액 경로 방법에서, 두께는 딥 단계들(예를 들어, 졸 겔 딥 코팅)의 수에 의해, 또는 표면 상에 스프레드된 물질의 양(예를 들어, 스크린 인쇄)에 의해 결정된다. 유전층(150)의 패터닝은 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)로 수행된다.
후속 단계는 스퍼터링과 같은 물리적 경로 또는 용액 기반 공정(예를 들어, 스크린 인쇄, 졸 겔)과 같은 화학적 경로를 통한 재료 프로세싱을 이용하여, 유전층(150)상에 고 이동성 비정질 산화물 반도체 채널(110)을 증착하는 것이다. 산화물 반도체 채널(110)의 패터닝은 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)로 수행된다.
마지막으로, 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130)은 포토리소그래피 공정 후에 스퍼터링과 같은 물리적 경로 또는 용액 기반 공정(예를 들어, 스크린 인쇄, 졸 겔 등)과 같은 화학적 경로를 통한 재료 프로세싱을 이용하여 증착된다. 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130)은 리프트-오프를 이용하여 패터닝된다.
전계 효과 소자(100)는 또한 RFID 송신기에 연결될 수 있다. 특히, 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전계 효과 소자(100)의, 상기 소자(100)와 적절하게 집적된 RFID 송신기(400)와의 일반적인 전기 접속이 도시되어 있다.
상기 RFID 송신기(400)는 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130)에 연결된, 즉 반도체 채널 층(110)에 병렬 연결된 RFID 칩(401)을 포함하며, 그 다음 안테나(402)는 상기 RFID 칩(400)에 연결된다. 도면에서, 논리 상태를 결정하는 임피던스(Z)의 일반적인 레벨도 표시된다.
또한, 도 8은 전계 효과 소자(100)의 소스(120) 및 드레인(130) 사이에 RFID 칩(401)이 연결된 RFID 송신기(400)와 전계 효과 소자(100) 간의 연결을 도시하며, 여기서, RFID 송신기(400)은 안테나(402)를 통해 RFID 수신기(RFID-R)에 원격으로 연결된다.
감지 이벤트시, 게이트 단자(140)와 소스 단자(120) 사이의 전위(VGS)은 변동될 수 있다. 그러면, 반도체 채널 층(110) 임피던스(Z)는 도 9에 도시된 것과 같은 특성 곡선에 따라 변한다.
도 9에 도시된 바와 같이, RFID 송신기 상태는 고-임피던스(0 논리 상태)에서 저-임피던스(1 논리 상태)로 전환된다.
도시된 바와 같이, 감지 이벤트시, 반도체 채널 층(110) 임피던스(Z)는 상당히 감소하여, 전계 효과 소자(100)의 소스 전극(120)과 드레인 전극(130) 사이에서, 전압으로 측정된 경우, 논리 상태의 변화를 허용한다.
도 10a 및 도 10b는 전계 효과 소자(100)의 전달 특성 및 그 주파수 응답을 도시한다. 특히, 상기 도 10a 및 도 10b에서, 상이한 드레인 전압들에서의 게이트-소스 전압의 함수로서의 드레인 전류들 및 게이트 전류들, 그리고 상이한 주파수들에서의 게이트-소스 전압(VGS)의 함수로서의 게이트 커패시티(CG)(picoFarad 단위)를 도시한다.
감지 이벤트시, 게이트 전극(140)에서의 전압은 일정하게 유지되고, 이에 따라, RFID 칩(401)에 의해 프로빙된 임피던스(Z)가 변경되지 않는다. 이러한 방식으로, 감지 이벤트의 발생은 아래에 더 잘 설명된 바와 같이 수동 메모리 상태로 저장되며, 이 경우, 전계 효과 소자(100)의 일부 응용들이 검사되고, 특히, 공지된 바와 같이, 검출 감도를 향상시키기 위해 고 감도 소자들이 요구되는 RFID 소자들의 응용에 대해 검사된다.
사실, 많은 응용 분야에서, 예를 들어 작업장, 보관실, 기술 엔진(모터, 컴퓨터) 또는 소포(parcel) 내의 환경 조건이 건강 위험이나 피해 가능성을 피하기 위해 일정한 허용 오차 범위 내에 있도록 보장하는 것이 필요하다.
아래 설명된 응용들의 경우, 다음 파라미터들이 적절하다 :
- 전형적인 RFID 칩(401)의 임피던스 요구조건과 매칭되는 충분히 높은 온/오프 비율;
- 센서 상태가 잘 정의되어 있지 않은 전이 영역의 폭을 결정하는 가파른 서브-임계 경사;
- 높은 동작 주파수에서도 높은 임피던스 상태를 구현하기 위한 낮은 기생 커패시턴스;
- 안정적인 전하 저장을 실현하기 위한 낮은 누설 전류 (<10 nA/cm2); 및
- RFID 칩(401) 주파수에서 저-임피던스 상태를 실현하기 위한 높은 차단 주파수(>30 kHz).
편극의 관점에서 볼 때, 소자(100)가 임계값에 가깝게 동작됨으로써, 일반적으로 게이트 전극(140)과 소스 전극(120) 사이의 작은 전압 변화는 RFID 센서(400) 단자들에 의해 직접 검출되는 반도체 채널(110) 임피던스의 큰 변화를 초래한다는 것을 알 수 있다.
도 11은 제1 실시예에 따른 전계 효과 소자(100)를 도시하며, 여기서, RFID 송신기(400)는 소스 전극(120) 및 드레인 전극(130) 사이에 연결되어, 반도체 채널 층(110)과 병렬 연결된다. 소스 전극(120)은 또한 게이트 전극(140)과 연결된다. 이온화 방사선 빔, 즉 도면에서 X선은 반도체 채널 층(110)상을 비추며, 반도체 채널 층(110)의 임피던스 증가로 인하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 논리 상태 스위칭을 일으킨다.
이 논리 스위치 구성은 관련 안테나(402)에 의해, RFID 수신기(RFID-R)에 송신하는 RFID 송신기(400)에 의해 판독된다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 전계 효과 소자(100)의 제2 실시예가 도시되어 있으며, 이 때, 상기 감지 수단은 포토다이오드(170) 및 커패시터(171)를 포함하며, 포토다이오드(170) 및 커패시터(171)는 모두 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120)에 병렬 연결된다.
가시광선 대역 내의 또는 가시광선 대역에 인접한(예를 들어, UV 또는 IR 대역들) 파장을 갖는 광선이 상기 포토다이오드(170)에 도달할 때, 상기 포토다이오드(170)가 도통하기 때문에, 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120) 사이의 전위가 변한다. 도 15는 시간에 따른 반도체 채널 층(110)의 임피던스의 변화 및 결과적인 RFID 칩(401) 논리 상태 스위칭을 도시한다.
도 16 (a) 및 도 16 (b)는 본 발명의 제3 실시예를 도시하며, 이 때, 본 발명에 따른 상기 전계 효과 소자(100)의 감지 수단은 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120) 사이에 연결된 커패시티(171), 그리고 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120)에 연결된 압전 센서(173)와 직렬 연결된 정류 다이오드(172)를 포함한다.
압전 센서(173)에 기계적 응력이 가해지는 경우, 게이트-소스 전위가 변화하여, 반도체 채널 층(110)의 임피던스의 변화를 야기함으로써, 전계 효과 소자(100)를 논리적으로 스위칭-오프할 수 있다.
이제 도 17 (a) 및 도 17 (b)를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예가 도시되어 있으며, 여기서, 감지 수단은 환경 온도를 감지할 수 있는 커패시터(171) 및 초전형 센서(174)를 포함한다. 상기 커패시터(171) 및 상기 초전형 센서(174)는 직렬 연결된다.
상기 감지 수단은 상술한 다른 실시예들에서와 같이 게이트 전극(140) 및 소스 전극(120) 사이에 연결된다.
이 실시예의 작동은 다른 것들과 유사하다. 게이트-소스 전위(VGS)의 변화는 반도체 채널 층(110)의 임피던스(Z)의 변화를 일으킨다.
도 18 (a) 및 도 18 (b)를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예가 도시되며, 여기서, 센서 수단은 이제 커패시터(171) 및 화학 센서(175)를 포함한다. 상기 화학 센서(175) 및 상기 커패시터(171)의 연결은 전술한 제3 실시예와 동일하다.
또한, 전기적 동작은 도 17 (a) 및 도 17 (b)에 도시된 제3 실시예와 동일하지만, 명백한 차이점은, 이 경우에는 감지 이벤트가 화학 물질 검출이라는 것이며, 화학 물질 검출은 센서의 전기 상태를 변화시킨 다음 게이트-소스 전압을 변화시켜서, 상기 소스 전극(120)과 상기 드레인 전극(130) 사이의 임피던스를 변화시킨다.
전술한 모든 실시예들에서 알 수 있듯이, 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130) 사이에 RFID 칩(401)이 연결되어 상기 전극들 간의 전위의 변화를 검출할 수 있으며, 상태 변화, 즉 이온화 방사선의 검출, 광, 기계적 응력, 온도 변화 및 화학 물질의 검출을 RFID 수신기(RFID-R)에 송신할 수 있다.
상이한 센서들뿐만 아니라 커패시터(171) 같은 상기 언급된 수동 컴포넌트들조차도 단일 소자에 집적될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 전술한 몇 개의 감지 수단은 서로 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 전계 효과 소자의 장점은 특정 환경 조건(이온화 방사선, 광, 온도, 화학 물질, 기계력)이 정의된 임계값을 초과하는지를 모니터링할 수 있는 저-비용 RFID 센서들을 생성할 수 있다는 것이다. 조건들이 임계값을 초과하면, RFID 센서 상태가 변경되고, 나중에 무선 RFID 판독 시스템을 사용하여 이벤트가 추적될 수 있다.
본 발명에 따른 기기의 또 다른 이점은 고유한 전자 센서 성능을 결합시킬 수 있는 혁신적인 나노 구조 재료를 도입하여, 큰 면적들상에 그리고 플렉시블 플라스틱 기판상에 센서들을 마이크로 구조의 어레이들로 증착할 수 있다는 것이다.
본 발명은 바람직한 실시예들에 따라 예시적인 목적을 위해(그러나 제한적이지 않음) 설명되었지만, 첨부된 청구범위에서 정의된 바와 같은 관련 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 수정 및/또는 변경이 도입될 수 있음이 이해되어야 한다.
Claims (27)
- 감지 전계 효과 소자(100)로서,
반도체 채널(110);
상기 반도체 채널(110)에 연결된 소스 전극(120);
상기 반도체 채널(110)에 연결된 드레인 전극(130)으로서, 상기 반도체 채널(110)은 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130) 사이에 개재되는(interposed), 드레인 전극(130);
게이트 전극(140); 및
상기 게이트 전극(140) 및 상기 반도체 채널(110) 사이에 개재되는 유전층(150)을 포함하며,
상기 반도체 채널(110)은 층(layer)이며, 그리고 비정질 산화물(amorphous oxide)로 이루어지며,
상기 센서 수단(170, 171, 172, 173, 174, 175, 175)은 상기 센서 수단(170, 171, 172, 173, 174, 175, 175)의 전기적 상태를 변화시킬 수 있는 감지 이벤트 발생시에 상기 게이트 전극(140)과 상기 소스 전극(120) 사이의 전압을 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1에 있어서,
상기 비정질 산화물은 고 이동성 비정질 산화물(high mobility amorphous oxide) 타입이며, 그리고 인듐 갈륨 아연 산화물(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO) 및/또는 인듐 하프늄 아연 산화물(Indium Hafnium Zinc Oxide; IHZO) 및/또는 아연 주석 산화물(Zinc Tin Oxide; ZTO) 및/또는 갈륨 아연 주석 산화물(Gallium Zinc Tin Oxide; GZTO)을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 감지 수단은 상기 소스 전극(120) 및 상기 게이트 전극(140)에 연결된 커패시터(171)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 수단은 X선 등과 같은 이온화 방사선에 노출될 수 있도록 배열된 유전층(150)을 포함하며,
상기 유전층은 감지될 상기 입사 이온화 방사선의 흡수를 증가시키도록 선택된 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 양이온 요소를 갖는 적어도 하나의 물질로 이루어진 적어도 하나의 메인 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 4에 있어서,
상기 유전층(150)의 상기 적어도 하나의 물질은 높은 원자 번호(Z)를 가지며, 상기 원자 번호(Z)는 36보다 큰(Z>36) 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 유전층(150)의 상기 적어도 하나의 메인 층은 산화이트륨(Yttrium Oxide; Y2O3) 및/또는 산화지르코늄(Zirconium Oxide ; ZrO2) 및/또는 산화하프늄(Hafnium Oxide; HfO2) 및/또는 오산화 탄탈럼(Tantalum Pentoxide; Ta2O5) 및/또는 산화비스무트(Bismuth Oxide; Bi2O3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 수단은 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120)에 연결된, 전자기 방사선을 검출하기 위한 포토다이오드(170)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 수단은 압전 센서(173)와 직렬 연결된 정류 다이오드(172)를 포함하며,
상기 감지 수단은 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120)에 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 수단은 환경 온도(environment temperature)를 감지할 수 있는 초전형 센서(174)를 포함하며,
상기 초전형 센서(174)는 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 수단은 상기 게이트 전극(140) 및 상기 소스 전극(120)에 연결되는 화학 센서(175)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전층(150)은 상기 소스 전극(120)과 상기 드레인 전극(130)과 전기 접촉하는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전층은 150 nm 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전층(150)은 상기 메인 층의 원자 번호보다 낮은 원자 번호를 갖는 하나 이상의 절연층들을 포함하는 다중층인 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 13에 있어서,
상기 유전층(150)의 상기 하나 이상의 절연층들은 이산화규소(SiO2) 및/또는 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
상기 유전층(150)은 :
낮은 원자 번호의 원자들을 갖는 상기 절연층과 상기 메인 층이 2회 내지 10회 반복되는 조합;
낮은 원자 번호의 원자들을 갖는 상기 절연층의 최상층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 전계 효과 소자(100)는 상기 게이트 전극(140) 및 상기 유전층(150)이 증착되는 적어도 하나의 기판(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 16에 있어서,
상기 적어도 하나의 기판(160)은 플렉시블한 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
상기 적어도 하나의 기판(160)은 PEN(Polyethylene Naphthalate)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 게이트 전극(140), 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130)은 몰리브데넘(Mo), 구리(Gu), 알루미늄(Al), 금(Au) 및/또는 은(Ag) 같은 전도성 물질, 그리고/또는 갈륨-도핑된 아연 산화물(Gallium-doped Zinc Oxide; GZO) 또는 갈륨 아연 산화물(Gallium Zinc Oxide) 같은 전도성 산화물, 그리고/또는 Pedot: Pss 같은 전도성 고분자로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 감지 전계 효과 소자(100). - 검출 센서로서,
기판(160); 및
상기 기판(160) 상에 배치되는, 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 다수의 감지 전계 효과 소자(100)를 포함하며,
상기 이온화 감지 전계 효과 소자(100)는 적어도 다른 하나의 감지 전계 효과 소자(100)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 검출 센서. - 청구항 20에 있어서,
상기 기판은 플렉시블하며, 그리고 바람직하게는 PEN(Polyethylene Naphthalate)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 검출 센서. - 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
상기 전계 효과 소자들(100)은 어레이로 또는 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는, 검출 센서. - 청구항 20 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 센서는 관련 전계 효과 소자(100)의 소스 전극(120) 및 게이트 전극(140)에 연결된 한 쌍의 전극들을 갖는 적어도 하나의 RFID 송신기(400)를 포함하며,
상기 적어도 하나의 RFID 송신기(400)는 RFID 수신기(RFID-R)에 연결 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 검출 센서. - 청구항 23에 있어서,
상기 RFID 송신기(400)는 RFID 칩(401) 및 안테나(402)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 검출 센서. - 청구항 23 또는 청구항 24에 있어서,
상기 검출 센서는 다수의 RFID 송신기(400)를 포함하며,
상기 다수의 RFID 송신기(400) 각각은 관련 전계 효과 소자들(100)에 동작 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 검출 센서. - 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 전계 효과 소자(100)를 제조하는 방법으로서,
상기 방법은 :
(A) 상기 플렉시블 기판(160) 상에 상기 게이트 전극(140)을 증착하고, 그리고 상기 게이트 전극(140) 상에서 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)를 수행하는 단계;
(B) 상기 유전층(150)을 증착하고, 상기 유전층(150) 상에서 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)를 수행하는 단계;
(C) 상기 반도체 채널(110)을 증착하고, 상기 반도체 채널(110) 상에서 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프(lift-off)를 수행하는 단계;
(D) 상기 반도체 채널(110) 상에서 포토리소그래피 공정을 수행하고 그리고 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130)을 증착하는 단계; 및
(E) 리프트-오프에 의해 상기 소스 전극(120) 및 상기 드레인 전극(130)을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 청구항 26에 있어서,
상기 단계 (B)는 상기 유전층(150)의 상기 메인층의 상기 물질 및 상기 절연층의 상기 절연 물질을 포함하는 용액 기반 공정을 통해 그리고/또는 상기 유전층(150)의 상기 메인층의 상기 물질 및 상기 절연층의 상기 절연 물질을 포함하는 두 개의 별개의 타겟들로부터 동시에 수행되는, RF-스퍼터링에 의해 수행되어, 이산화규소(SiO2) 및/또는 산화알루미늄(Al2O3) 같은 절연층만의 증착, 그리고 이산화규소(SiO2) 및/또는 산화알루미늄(Al2O3) 같은 절연 물질과 상기 유전층(150)의 상기 메인층의 상기 물질의 동시 증착(co-deposition)을 번갈아함으로써 상기 유전층(150)의 다층 구조를 생성하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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