KR20190121910A - 층상 구조를 가지는 2차원 물질의 저항 측정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정 대상물의 저항을 측정하는 저항 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 저항 측정 방법은, 제 1 상부 전극 및 제 2 상부 전극이 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 상면에 접촉되도록 제공되고, 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극이 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 저면에 접촉되도록 제공되며, 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 두 전극 간의 저항값 중 일부 또는 전부를 측정하는 저항 측정 단계와; 이 후, 상기 저항 측정 단계에서 측정된 저항값 중 일부 또는 전부를 이용해 연산하여 상기 측정 대상물의 저항값을 도출하는 연산 단계를 포함한다.

Description

층상 구조를 가지는 2차원 물질의 저항 측정 방법 및 장치{Method and Apparatus for Measuring Resistance of 2D Material Having Layered Structure}

본 발명은 2차원 물질이 적층된 층상 구조로 제공된 측정 대상물의 저항을 측정할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

그래핀(Graphene) 또는 전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMD)과 같이 층상 구조를 가지는 2차원 물질은 실리콘을 대체할 반도체 물질로 연구가 활발히 진행되고 있다. 2차원 물질은 반데르발스(Van Der waals)의 상호 작용으로 층 간이 구성되어 있다. 대부분의 2차원 물질은 층의 개수에 따라 물리적, 전기적 특성이 달라지는 성질을 가지므로 2차원 물질에서 층 간의 정보를 아는 것이 중요하다. 2차원 물질을 트랜지스터와 같은 전기적 장치로 사용하기 위해서 전극이 필요하다. 2차원 물질에 금속을 증착하여 전극으로 사용한다. 2차원 물질과 전극을 접합하면 일함수(Work Function)의 차이로 인해 필연적으로 2차원 물질과 전극 사이에 에너지 장벽(Energy Barrier)이 발생된다. 이 에너지 장벽은 전자 또는 정공의 흐름을 방해하는 요소가 되며, 접촉 저항(Contact Resistance)의 원인 중 하나가 된다. 또한 에너지 장벽은 2차원 물질과 전극 간의 전압의 극성(+. -) 및 크기에 따라서 달라진다. 따라서, 같은 2차원 물질과 금속의 접합이라도 전압을 어느 방향으로 얼만큼 주느냐에 따라서 접촉 저항의 크기도 달라진다.

기존의 저항 측정 방법에는 2포인트 측정법, 4포인트 측정법 및 TLM(Transmission Line Method) 측정법이 있다.

2포인트 측정법은 물질의 저항을 간단한 구성으로 쉽게 측정할 수 있으나, 즉정하려는 물질과 전극 사이의 접촉 저항과 물질 자체의 저항이 합해진 값만이 측정된다.

4포인트 측정법은 측정을 위해 접촉된 전극이 접촉된 평면상의 저항만 측정 가능하며, 낮은 전도도의 물질의 경우 계측 기기의 성능 및 전극의 접촉 상태에 따라 측정이 어려운 단점이 있다.

TLM 측정법은 접촉 저항은 일정하고 옴(Ohm)의 법칙을 만족한다고 가정하여 저항을 측정한다. 그러나, 2차원 물질에서는 일정하지 않으며, 옴의 법칙을 만족하지 않는 접촉 저항을 가지므로 2차원 물질의 저항 측정에는 적당하지 않을 수 있다. 또한, 2차원 물질이 층상으로 제공된 경우, 층간 저항은 측정할 수 없다.

본 발명은 측정 대상물 및 전극 간의 접촉 저항을 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공되는 측정 대상물의 종방향 저항을 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 측정 대상물의 저항을 정밀하게 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 측정 대상물의 저항을 측정하는 저항 측정 방법을 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 저항 측정 방법은, 제 1 상부 전극 및 제 2 상부 전극이 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 상면에 접촉되도록 제공되고, 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극이 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 저면에 접촉되도록 제공되며, 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 두 전극 간의 저항값 중 일부 또는 전부를 측정하는 저항 측정 단계와; 이 후, 상기 저항 측정 단계에서 측정된 저항값 중 일부 또는 전부를 이용해 연산하여 상기 측정 대상물의 저항값을 도출하는 연산 단계를 포함한다.

상기 제 1 상부 전극은 상기 제 1 하부 전극과 대향되도록 제공되고, 상기 제 2 상부 전극은 상기 제 2 하부 전극과 대향되도록 제공될 수 있다.

상기 측정 대상물은 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공될 수 있다.

상기 저항 측정 단계에서는, 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 측정 대상인 두 전극 간에 전류가 일방향으로 흐르는 경우 및 타방향으로 흐르는 경우를 각각 측정할 수 있다.

상기 연산 단계에서 도출되는 상기 측정 대상물의 상기 저항값은, 상기 측정 대상물의 횡방향 저항값 및 상기 측정 대상물의 종방향 저항값을 포함할 수 있다.

상기 연산 단계에서 도출되는 상기 측정 대상물의 상기 저항값은, 상기 측정 대상물과 각각의 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 간의 접촉 저항값을 포함할 수 있다.

상기 연산 단계에서 도출되는 상기 접촉 저항값은, 상기 측정 대상물로부터 각각의 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극으로 전류가 흐르는 경우의 접촉 저항값과, 각각의 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극으로 전류가 흐르는 경우의 접촉 저항값을 포함할 수 있다.

상기 연산 단계에서는, 상기 저항 측정 단계에서 측정된 저항값 중 일부 또는 전부로부터 다원일차 연립방정식을 이용해 상기 측정 대상물의 저항값을 도출할 수 있다.

상기 저항 측정 단계 이전에, 제 1 상부 전극 및 제 2 상부 전극을 상기 측정 대상물의 상면에 접촉되도록 제공하고, 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극을 상기 측정 대상물의 저면에 접촉되도록 제공하는 전극 제공 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전극 제공 단계는, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극을 상기 측정 대상물의 저면에 접촉시키는 하부 전극 제공 단계와; 이 후, 위에서 바라볼 때, 상기 제 1 하부 전극의 상면의 상기 측정 대상물의 외측으로 돌출된 영역 및 상기 측정 대상물의 측면의 상기 제 1 하부 전극에 대향된 영역과, 상기 제 2 하부 전극의 상면의 상기 측정 대상물의 외측으로 돌출된 영역 및 상기 측정 대상물의 측면의 상기 제 2 하부 전극에 대향된 영역을 커버하도록 절연체를 제공하는 절연체 제공 단계와; 이 후, 상기 제 1 하부 전극에 대향되도록 상기 제 1 상부 전극을 상기 측정대상물에 첩촉시키고, 상기 제 2 하부 전극에 대향되도록 상기 제 2 상부 전극을 상기 측정대상물에 접촉시키는 상부 전극 제공 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 측정 대상물의 저항을 측정하는 저항 측정 장치를 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 저항 측정 장치는, 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 상면에 접촉되는 제 1 상부 전극 및 제 2 상부 전극과, 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 저면에 접촉되는 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극과, 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 두 전극 간의 저항값 중 일부 또는 전부를 측정하는 저항 측정 유닛과; 상기 저항 측정 유닛이 측정한 저항값 중 일부 또는 전부를 이용해 연산하여 상기 측정 대상물의 저항값을 도출하는 연산 유닛을 포함한다.

상기 제 1 상부 전극은 상기 제 1 하부 전극과 대향되도록 제공되고, 상기 제 2 상부 전극은 상기 제 2 하부 전극과 대향되도록 제공될 수 있다.

상기 측정 대상물은 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공될 수 있다.

상기 저항 측정 유닛은, 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 측정 대상 전극 간에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 저항을 측정할 수 있다.

상기 연산 유닛은, 상기 저항 측정 유닛에서 측정한 저항값 중 일부 또는 전부로부터 다원일차 연립방정식을 이용해 상기 측정 대상물의 저항값을 도출할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 방법 및 장치는 측정 대상물 및 전극 간의 접촉 저항을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 방법 및 장치는 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공되는 측정 대상물의 종방향 저항을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 방법 및 장치는 측정 대상물의 저항을 정밀하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 저항 측정 장치 및 저항 측정 방법의 측정 대상물을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저항 측정 장치를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저항 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3의 하부 전극 제공 단계가 완료된 직후의 측정 대상물을 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 3의 절연체 제공 단계가 완료된 직후의 측정 대상물을 나타낸 측면도이다.
도 6은 도 5의 측정 대상물을 위에서 바라본 평면도이다.
도 7은 도 3의 상부 전극 제공 단계가 완료된 직후의 측정 대상물을 나타낸 측면도이다.
도 8은 도 2의 제 1 상부 전극, 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극이 접촉되도록 제공된 측정 대상물을 나타낸 측면도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 저항 측정 장치(10) 및 저항 측정 방법의 측정 대상물(1)을 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 저항 측정 장치 및 저항 측정 방법은 측정 대상물(1)의 저항을 측정한다.

일 실시 예에 따르면, 측정 대상물(1)은 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공될 수 있다. 예를 들면, 각 층을 이루는 2차원 물질(2, 3, 4)은 그래핀(Graphene) 또는 전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMD)로 제공될 수 있다. 각 층을 이루는 2차원 물질(2, 3, 4)은 서로 동일한 물질로 제공될 수 있다. 이와 달리, 각 층을 이루는 2차원 물질(2, 3, 4)의 일부는 서로 상이한 물질로 제공될 수 있다. 도 1에는 2차원 물질(2, 3, 4)이 3개의 층으로 제공된 측정 대상물(1)이 도시되어 있으나, 이와 달리, 측정 대상물(1)은 2개층 이상의 다양한 수의 층으로 제공될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 저항 측정 장치(10)에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저항 측정 장치(10)를 나타낸 측면도이다. 도 2를 참조하면, 저항 측정 장치(10)는 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201), 제 2 하부 전극(202), 저항 측정 유닛(300) 및 연산 유닛(400)을 포함한다.

제 1 상부 전극(101) 및 제 2 상부 전극(102)은 서로 일정 거리로 이격되어 측정 대상물(1)의 상면에 접촉되도록 제공된다. 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)은 서로 일정 거리로 이격되어 측정 대상물(1)의 저면에 접촉되도록 제공된다. 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)은 금속 재질로 제공된다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 상부 전극(101)은 제 1 하부 전극(201)과 대향되도록 제공된다. 제 2 상부 전극(102)은 제 2 하부 전극(202)과 대향되도록 제공된다.

저항 측정 유닛(300)은 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 중 두 전극 간의 저항값 중 일부 또는 전부를 측정한다. 여기서 두 전극 간의 저항값이란 전류가 저항 측정 대상인 두 전극 중 하나의 전극으로부터 측정 대상물(1)을 지나 다른 하나의 전극으로 흐르는 경우의 저항의 값을 의미한다. 일 실시 예에 따르면, 저항 측정 유닛(300)은 일반적인 2포인트 방식의 저항계를 포함한다. 따라서, 저항 측정 유닛(300)은 저항 측정 시 측정 대상인 전극 간에 전류가 흐르도록 전압을 인가한다. 저항 측정 유닛(300)은 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 중 측정 대상인 두 전극 간에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 저항값을 측정할 수 있다. 저항 측정 대상이 제 1 상부 전극(101) 및 제 2 상부 전극(102)인 경우를 예로 들면, 저항 측정 유닛(300)은 제 1 상부 전극(101)으로부터 제 2 상부 전극(102)으로 전류가 흐르도록 전압을 인가한 상태에서 저항을 측정하고, 제 2 상부 전극(102)으로부터 제 1 상부 전극(101)으로 전류가 흐르도록 전압을 인가한 상태에서 저항을 측정할 수 있다.

제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 중 저항 측정 유닛(300)의 측정 대상이 되는 2개의 전극의 선택은 저항 측정 유닛(300)에 제공된 회로에 의해 수행될 수 있다. 즉, 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)은 모두 저항 측정 유닛(300)과 전기적으로 연결되고, 각 전극과 연결된 라인은 상기 회로에 의해 선택적으로 개폐되도록 제공될 수 있다. 이와 달리, 저항 측정 유닛(300)과 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)을 전기적으로 연결하는 라인은 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)과 탈착 가능하도록 제공되고, 사용자에 의해 측정대상이 되는 전극에 연결되고, 측정 대상이 아닌 전극으로부터 분리되도록 제공될 수 있다.

연산 유닛(400)은 저항 측정 유닛(300)이 측정한 저항값 중 일부 또는 전부를 이용해 연산하여 측정 대상물(1)의 저항값을 도출한다. 연산 유닛(400)은 피씨(PC: Personal Computer)등의 전산 장치에서 구동되는 프로그램 또는 스마트폰, 태블릿 피씨 등의 모바일 기기에서 구동되는 앱(App)에 의해 구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 저항 측정 방법에 대해 도 2의 장치를 이용하여 설명한다. 이와 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 저항 측정 방법은 2개의 전극이 서로 이격되어 측정 대상물(1)의 상면 및 저면에 각각 접촉되도록 제공된 다양한 종류의 장치를 이용하여 수행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저항 측정 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 저항 측정 방법은 전극 제공 단계(S10), 저항 측정 단계(S20) 및 연산 단계(S30)를 포함한다. 전극 제공 단계(S10), 저항 측정 단계(S20) 및 연산 단계(S30)는 서로 순차적으로 수행된다.

전극 제공 단계(S10)에서는 제 1 상부 전극(101) 및 제 2 상부 전극(102)을 측정 대상물(1)의 상면에 접촉되도록 제공하고, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)을 측정 대상물(1)의 저면에 접촉되도록 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 전극 제공 단계(S10)는 하부 전극 제공 단계(S11), 절연체 제공 단계(S12) 및 상부 전극 제공 단계(S13)를 포함한다. 하부 전극 제공 단계(S11), 절연체 제공 단계(S12) 및 상부 전극 제공 단계(S13)는 순차적으로 수행된다.

도 4는 도 3의 하부 전극 제공 단계(S11)가 완료된 직후의 측정 대상물(1)을 나타낸 측면도이다. 도 4를 참조하면, 하부 전극 제공 단계(S11)에서는 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)을 측정 대상물(1)의 저면에 접촉되도록 제공한다. 예를 들면, 플레이트 형상으로 제공되는 기판(5) 상에 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)을 서로 일정 거리 이격되도록 제공한다. 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)과 결합된 측정 대상물(1)이 기판(5) 상에 놓이도록 제공됨으로써, 측정 대상물(1)에 상기 각 전극을 연결하기 용이하며, 측정 대상물(1)의 이동시 기판(5)에 의한 파지가 용이하다. 일 실시 예에 따르면, 기판(5)은 슬라이드 글라스로 제공될 수 있다. 이와 달리, 기판(5)은 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)과 결합된 측정 대상물(1)이 안착 가능하고 측정 대상물(1)에 대한 저항 측정 시 측정값에 영향을 미치지 않는 재질로 제공된 다양한 종류의 플레이트로 제공될 수 있다.

도 5는 도 3의 절연체 제공 단계(S12)가 완료된 직후의 측정 대상물(1)을 나타낸 측면도이다. 도 6은 도 5의 측정 대상물(1)을 위에서 바라본 평면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 절연체 제공 단계(S12)에서는, 위에서 바라볼 때, 제 1 하부 전극(201)의 상면의 측정 대상물(1)의 외측으로 돌출된 영역 및 측정 대상물(1)의 측면의 제 1 하부 전극(201)에 대향된 영역과, 제 2 하부 전극(202)의 상면의 측정 대상물(1)의 외측으로 돌출된 영역 및 측정 대상물(1)의 측면의 제 2 하부 전극(202)에 대향된 영역을 커버하도록 절연체(500)를 제공한다. 이와 같이, 절연체(500)를 제공함으로써, 제 1 상부 전극(101) 및 제 1 하부 전극(201)의 사이와, 제 2 상부 전극(102) 및 제 2 하부 전극(202)의 사이에 절연체(500)가 제공되어, 제 1 상부 전극(101) 및 제 2 상부 전극(102)이 각각 측정 대상물(1)에 접촉되도록 제공된 층(2) 외의 층(3, 4)에 접촉되는 것을 방지한다. 절연체(500)는 선택적으로 제공되지 않을 수 있다. 이 경우, 절연체 제공 단계(S12)는 생략될 수 있다.

도 7은 도 3의 상부 전극 제공 단계(S13)가 완료된 직후의 측정 대상물(1)을 나타낸 측면도이다. 도 7을 참조하면, 상부 전극 제공 단계(S13)에서는, 제 1 하부 전극(201)에 대향되도록 제 1 상부 전극(101)을 측정 대상물(1)에 접촉되도록 제공하고, 제 2 하부 전극에 대향되도록 제 2 상부 전극(102)을 측정 대상물(1)에 접촉되도록 제공한다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 저항 측정 단계(S20)에서는, 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 중 두 전극 간의 저항값 중 일부 또는 전부를 측정한다. 일 실시 예에 따르면, 저항 측정 단계(S20)에서는, 추후 설명될 연산 방법에 의해 연산 단계(S30)에서 연산 유닛(400)이 도출할 저항값의 종류에 따라, 저항 측정 유닛(300)이 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 중 두 전극 간의 저항값들 중 연산 시 요구되는 저항값 만을 측정하고, 연산 유닛(400)은 측정된 저항값을 이용해 연산하여 측정 대상물(1)의 저항값을 도출할 수 있다. 이와 달리, 저항 측정 단계(S20)에서 저항 측정 유닛(300)은 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 간에 측정 대상이되는 양 전극으로 조합되어 측정될 수 있는 모든 저항값을 순차적으로 측정하고, 연산 단계(S30)에서 연산 유닛(400)은 측정된 저항값 중 필요한 저항값들을 선택적으로 이용하여 연산함으로써 도출하고자하는 저항값을 도출할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 저항 측정 단계(S20)에서는 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 중 측정 대상인 두 전극 간에 전류가 일방향으로 흐르는 경우 및 이와 반대 방향인 타방향으로 흐르는 경우의 저항값을 각각 측정할 수 있다. 이에 대한 예는 상술한 저항 측정 유닛(300)이 측정 대상인 두 전극 간에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 저항을 측정하는 예와 같다.

연산 단계(S30)에서는 저항 측정 단계(S20)에서 측정된 저항값 중 일부 또는 전부를 이용해 연산하여 측정 대상물(1)의 저항값을 도출한다. 일 실시 예에 따르면, 연산 단계(S30)에서는 연산 유닛(400)에 의해 저항 측정 단계(S20)에서 측정된 저항값들로부터 측정 대상물(1)의 저항값을 도출할 수 있다.

연산 단계(S30)에서 도출되는 측정 대상물(1)의 저항값은, 측정 대상물(1)의 횡방향 저항값 및 측정 대상물(1)의 종방향 저항값을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 측정 대상물(1)이 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공된 경우, 각 층 간에 형성된 경계에 의해 물리적, 전기적 특성이 달라지므로, 측정 대상물(1)의 횡방향 저항값 및 종방향 저항값은 서로 상이할 수 있다. 따라서, 측정 대상물(1)의 횡방향 저항값 및 측정 대상물(1)의 종방향 저항값을 각각 도출할 것이 요구될 수 있다.

연산 단계(S30)에서 도출되는 측정 대상물(1)의 저항값은, 측정 대상물(1)과 각각의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 접촉 저항값을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 측정 대상물(1)이 2차원 물질로 제공되는 경우, 금속으로 제공된 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)과 2차원 물질로 제공된 측정 대상물(1) 간에는 일함수(Work Function)에 의한 에너지 장벽(Energy Barrier) 등에 의해 측정 대상물(1) 자체의 저항과는 별개로 접촉 저항(Contact Resistance)이 존재한다. 따라서, 측정 대상물(1) 자체의 저항값을 정밀하게 도출하기 위해서, 측정 대상물(1)과 각각의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 접촉 저항값을 도출할 것이 요구될 수 있다.

전항 연산 단계(S30)에서 도출되는 측정 대상물(1)과 각각의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 접촉 저항값은, 측정 대상물(1)로부터 각각의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)으로 전류가 흐르는 경우의 접촉 저항값과, 각각의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)으로 전류가 흐르는 경우의 접촉 저항값을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 측정 대상물(1)이 2차원 물질로 제공되는 경우, 금속으로 제공된 각각의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)로부터 측정 대상물(1)로 전류가 흐르는 경우와, 측정 대상물(1)로부터 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)으로 전류가 흐르는 경우의 에너지 장벽이 상이하므로, 상기 각 경우의 접촉 저항값은 상이할 수 있다. 따라서, 측정 대상물(1)과 각각의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 전류 방향에 따른 접촉 저항값을 각각 도출할 것이 요구될 수 있다.

연산 단계(S30)에서는, 저항 측정 단계(S20)에서 측정된 저항값들 중 일부 또는 전부로부터 다원일차 연립방정식을 이용해 측정 대상물(1)의 저항값을 도출한다. 일 실시 예에 따르면, 연산 단계(S30)에서는 저항 측정 유닛(300)이 측정한 저항값들 중 일부 또는 전부로부터 다원일차 연립방정식을 이용해 측정 대상물(1)의 저항값을 도출한다. 연산 단계(S30)에서 도출되는 측정 대상물(1)의 저항값은 상술한 바와 같이, 측정 대상물(1)의 횡방향 저항값 및 종방향 저항값, 그리고 측정 대상물(1) 및 각 전극 간에 전류의 방향을 달리한 접촉 저항값 중 일부 또는 전부일 수 있다.

이하, 연산 단계(S30)에서 연립 방정식을 이용하여 측정 대상물(1)의 저항값들을 도출하는 방법의 예를 설명한다.

도 8은 도 2의 제 1 상부 전극(101), 제 2 상부 전극(102), 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202)이 접촉되도록 제공된 측정 대상물(1)을 나타낸 측면도이다. 도 8을 참조하면, 연산 단계(S30)에서 도출하고자 하는, 측정 대상물(1)의 횡방향 저항값, 측정 대상물(1)의 종방향 저항값, 측정 대상물(1) 및 제 1 상부 전극(101) 간의 측정 대상물(1) 방향의 접촉 저항값, 측정 대상물(1) 및 제 1 상부 전극(101) 간의 제 1 상부 전극(101) 방향의 접촉 저항값, 측정 대상물(1) 및 제 2 상부 전극(102) 간의 측정 대상물(1) 방향의 접촉 저항값, 측정 대상물(1) 및 제 2 상부 전극(102) 간의 제 2 상부 전극(102) 방향의 접촉 저항값, 측정 대상물(1) 및 제 1 하부 전극(201) 간의 측정 대상물(1) 방향의 접촉 저항값, 측정 대상물(1) 및 제 1 하부 전극(201) 간의 제 1 하부 전극(201) 방향의 접촉 저항값, 측정 대상물(1) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 측정 대상물(1) 방향의 접촉 저항값, 그리고 측정 대상물(1) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 제 2 하부 전극(202) 방향의 접촉 저항값은 각각 순차적으로 X, L, a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1 및 d2로 나타낸다. 또한, 저항 측정 단계(S20)에서 측정하고자 하는, 제 1 상부 전극(101) 및 제 1 하부 전극(201) 간의 제 1 하부 전극(201) 방향의 저항값, 제 1 상부 전극(101) 및 제 1 하부 전극(201) 간의 제 1 상부 전극(101) 방향의 저항값, 제 1 상부 전극(101) 및 제 2 상부 전극(102) 간의 제 2 상부 전극(102) 방향의 저항값, 제 1 상부 전극(101) 및 제 2 상부 전극(102) 간의 제 1 상부 전극(101) 방향의 저항값, 제 2 상부 전극(102) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 제 2 하부 전극(202) 방향의 저항값, 제 2 상부 전극(102) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 제 2 상부 전극(102) 방향의 저항값, 제 1 상부 전극(101) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 제 2 하부 전극(202) 방향의 저항값, 제 1 상부 전극(101) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 제 1 상부 전극(101) 방향의 저항값, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 제 2 하부 전극(202) 방향의 저항값, 제 1 하부 전극(201) 및 제 2 하부 전극(202) 간의 제 1 하부 전극(201) 방향의 저항값, 제 2 상부 전극(102) 및 제 1 하부 전극(201) 간의 제 2 상부 전극(102) 방향의 저항값 그리고 제 2 상부 전극(102) 및 제 1 하부 전극(201) 간의 제 1 하부 전극(201) 방향의 저항값은 각각 순차적으로 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12로 나타낸다. 여기서 상기 방향들은 전류의 방향을 의미한다. 이 경우, X, L, a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1 및 d2와, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12의 관계로부터 아래의 12개의 일차식을 도출할 수 있다.

식1: A1 + L + C2 = R1

식2: A2 + L + C1 = R2

식3: A1 + X + B2 = R3

식4: A2 + X + B1 = R4

식5: B1 + L + D2 = R5

식6: B2 + L + D1 = R6

식7: A1 + L + X + D2 = R7

식8: A2 + L + X + D1 = R8

식9: C1 + X + D2 = R9

식10: C2 + X + D1 = R10

식11: B2 + L + X + C1 = R11

식12: B1 + L + X + C2 = R12

상술한 바와 같이, 구해야하는 값은 X, L, a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1 및 d2로 10개이고, 구할 수 있는 식은 12개 이므로 일원일차 연립방정식을 통해 X, L, a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1 및 d2를 도출할 수 있다.

예를 들면, 연산 단계(S30)에서 도출하고자 하는 저항값이 측정 대상물(1)의 횡방향 저항값(X)인 경우, "((식8 - 식6) - (식2 - 식11)) / 2"로 연산하는 경우, X값을 도출할 수 있다. 따라서, 이 경우, 저항 측정 단계(S20)에서는 X값을 도출하기 위해 필요한 R2, R6, R8, R11 값을 측정하고, 연산 단계(S30)에서는 저항 측정 단계(S20)에서 측정한 저항값을 이용하여 X값을 도출할 수 있다. 이와 달리, 저항 측정 단계(S20)에서는 R1 내지 R12의 모든 저항값을 측정하고, 연산 단계(S30)에서 저항 측정 단계(S20)에서 측정한 저항값들 중 X값 도출에 필요한 값들을 선택하여 X값을 도출할 수 있다. 또한, "((식2 - 식11) - (식7 - 식10)) / 2"로 연산하여 X값을 도출하거나, 상술한 식을 통해 구한 X값과의 비교를 통해 정확도를 높일 수 있다.

또한, 연산 단계(S30)에서 도출하고자 하는 저항값이 측정 대상물(1)의 종방향 저항값(L)인 경우, "((식3 - 식11) - (식7 - 식9)) / 2" 및/또는 "((식4 - 식12) - (식8 - 식10)) / 2"를 연산하여 L값을 도출할 수 있다.

그 외 각 접촉 저항(a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2) 또한 상술한 X 및 L값을 도출한 방법과 동일한 방법으로 도출할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 측정 대상물(1)의 상면 및 저면에 각각 두 개의 전극을 제공하고, 각 전극들을 통해 측정된 저항값을 이용하여 연립방정식을 통해 측정 대상물 및 전극 간의 접촉 저항과, 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공되는 측정 대상물(1)의 횡방향 저항 및 종방향 저항을 측정할 수 있다. 따라서, 측정 대상물(1) 자체의 저항 및 상기 접촉 저항들을 서로 별도로 측정할 수 있으므로, 측정 대상물(1)의 저항을 정밀하게 측정할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 측정 대상물 10: 저항 측정 장치
101: 제 1 상부 전극 102: 제 2 상부 전극
201: 제 1 하부 전극 202: 제 2 하부 전극
300: 저항 측정 유닛 400: 연산 유닛
500: 절연체

Claims (15)

1. 측정 대상물의 저항을 측정하는 저항 측정 방법에 있어서,
   제 1 상부 전극 및 제 2 상부 전극이 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 상면에 접촉되도록 제공되고, 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극이 서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 저면에 접촉되도록 제공되며,
   상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 두 전극 간의 저항값 중 일부 또는 전부를 측정하는 저항 측정 단계와;
   이 후, 상기 저항 측정 단계에서 측정된 저항값 중 일부 또는 전부를 이용해 연산하여 상기 측정 대상물의 저항값을 도출하는 연산 단계를 포함하는 저항 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 상부 전극은 상기 제 1 하부 전극과 대향되도록 제공되고,
   상기 제 2 상부 전극은 상기 제 2 하부 전극과 대향되도록 제공되는 저항 측정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정 대상물은 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공되는 저항 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 저항 측정 단계에서는, 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 측정 대상인 두 전극 간에 전류가 일방향으로 흐르는 경우 및 타방향으로 흐르는 경우를 각각 측정하는 저항 측정 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 연산 단계에서 도출되는 상기 측정 대상물의 상기 저항값은, 상기 측정 대상물의 횡방향 저항값 및 상기 측정 대상물의 종방향 저항값을 포함하는 저항 측정 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 연산 단계에서 도출되는 상기 측정 대상물의 상기 저항값은, 상기 측정 대상물과 각각의 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 간의 접촉 저항값을 포함하는 저항 측정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 연산 단계에서 도출되는 상기 접촉 저항값은, 상기 측정 대상물로부터 각각의 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극으로 전류가 흐르는 경우의 접촉 저항값과, 각각의 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극으로 전류가 흐르는 경우의 접촉 저항값을 포함하는 저항 측정 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 연산 단계에서는, 상기 저항 측정 단계에서 측정된 저항값 중 일부 또는 전부로부터 다원일차 연립방정식을 이용해 상기 측정 대상물의 저항값을 도출하는 저항 측정 방법.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 저항 측정 단계 이전에, 제 1 상부 전극 및 제 2 상부 전극을 상기 측정 대상물의 상면에 접촉되도록 제공하고, 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극을 상기 측정 대상물의 저면에 접촉되도록 제공하는 전극 제공 단계를 더 포함하는 저항 측정 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전극 제공 단계는,
    상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극을 상기 측정 대상물의 저면에 접촉시키는 하부 전극 제공 단계와;
    이 후, 위에서 바라볼 때, 상기 제 1 하부 전극의 상면의 상기 측정 대상물의 외측으로 돌출된 영역 및 상기 측정 대상물의 측면의 상기 제 1 하부 전극에 대향된 영역과, 상기 제 2 하부 전극의 상면의 상기 측정 대상물의 외측으로 돌출된 영역 및 상기 측정 대상물의 측면의 상기 제 2 하부 전극에 대향된 영역을 커버하도록 절연체를 제공하는 절연체 제공 단계와;
    이 후, 상기 제 1 하부 전극에 대향되도록 상기 제 1 상부 전극을 상기 측정대상물에 첩촉시키고, 상기 제 2 하부 전극에 대향되도록 상기 제 2 상부 전극을 상기 측정대상물에 접촉시키는 상부 전극 제공 단계를 포함하는 저항 측정 방법.
11. 측정 대상물의 저항을 측정하는 저항 측정 장치에 있어서,
    서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 상면에 접촉되는 제 1 상부 전극 및 제 2 상부 전극과,
    서로 일정 거리로 이격되어 상기 측정 대상물의 저면에 접촉되는 제 1 하부 전극 및 제 2 하부 전극과,
    상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 두 전극 간의 저항값 중 일부 또는 전부를 측정하는 저항 측정 유닛과;
    상기 저항 측정 유닛이 측정한 저항값 중 일부 또는 전부를 이용해 연산하여 상기 측정 대상물의 저항값을 도출하는 연산 유닛을 포함하는 저항 측정 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 전극은 상기 제 1 하부 전극과 대향되도록 제공되고,
    상기 제 2 상부 전극은 상기 제 2 하부 전극과 대향되도록 제공되는 저항 측정 장치.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정 대상물은 2차원 물질이 서로 상하 방향으로 적층된 층상 구조로 제공되는 저항 측정 장치.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 저항 측정 유닛은, 상기 제 1 상부 전극, 상기 제 2 상부 전극, 상기 제 1 하부 전극 및 상기 제 2 하부 전극 중 측정 대상 전극 간에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 저항을 측정할 수 있는 저항 측정 장치.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 연산 유닛은, 상기 저항 측정 유닛에서 측정한 저항값 중 일부 또는 전부로부터 다원일차 연립방정식을 이용해 상기 측정 대상물의 저항값을 도출하는 저항 측정 장치.
    

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