KR20210007876A - Method of Manufacturing Electron Device and Electron Device manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전자 소자 제조 방법 및 이를 통해 제조된 전자 소자에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 극단파 백색광을 이용하여 그래핀 산화물 박막을 광소결함으로써, 그래핀의 반도체 특성을 활성화시킬 수 있는 전자 소자 제조 방법 및 이를 통해 제조된 전자 소자에 관련된 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an electronic device and an electronic device manufactured through the same, and more specifically, by photo-sintering a graphene oxide thin film using ultra-short white light, manufacturing an electronic device capable of activating the semiconductor properties of graphene It relates to a method and an electronic device manufactured therethrough.
그래핀은 강도, 열전도율, 전자 이동도 등 여러 가지 특징이 현존하는 물질 중 가장 뛰어난 소재이다. 이에 따라, 디스플레이, 이차전지, 태양전지, 자동차, 및 조명 등 다양한 분야에 응용되고, 관련 산업의 성장을 견인할 전략적 핵심소재로 인식되어, 그래핀을 상용화하기 위한 기술이 많은 관심을 받고 있다.Graphene is the most outstanding material among the existing materials in various characteristics such as strength, thermal conductivity, and electron mobility. Accordingly, it is applied to various fields such as displays, secondary batteries, solar cells, automobiles, and lighting, and is recognized as a strategic core material that will drive the growth of related industries, and technology for commercializing graphene is receiving a lot of interest.
한편, 기존의 메모리 소자 제작 방식은 실리콘계 성분의 웨이퍼에서 공정이 수행된다. 하지만, 실리콘은 취성이 큰 물질이기 때문에 유연 메모리 소자 제작이 불가능하다.Meanwhile, in the conventional memory device manufacturing method, a process is performed on a silicon-based wafer. However, since silicon is a highly brittle material, it is impossible to fabricate a flexible memory device.
최근 들어, 웨어러블, 폴더블한 형태의 전자 제품이 각광 받고 있다. 이에 따라, 이러한 전자 제품에도 적용 가능한 유연 메모리 소자 개발이 필요한 실정이다.In recent years, wearable and foldable electronic products are in the spotlight. Accordingly, there is a need to develop a flexible memory device applicable to such electronic products.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 극단파 백색광을 이용하여 그래핀 산화물 박막을 광소결함으로써, 그래핀의 반도체 특성을 활성화시킬 수 있는 전자 소자 제조 방법을 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing an electronic device capable of activating the semiconductor properties of graphene by photosintering a graphene oxide thin film using ultra-short white light.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 휘고 접을 수 있는 그래핀 기반의 비 휘발성 메모리 소자를 제조할 수 있는 전자 소자 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an electronic device manufacturing method capable of manufacturing a graphene-based nonvolatile memory device that can be bent and folded.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 전자 소자 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides an electronic device manufacturing method.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자 제조 방법은, 그래핀 산화물을 베이스로 하는 코팅액을 준비하는 코팅액 준비 단계; 기판 상에 상기 코팅액을 코팅하여, 상기 기판 상에 그래핀 산화물 박막을 형성하는 그래핀 산화물 박막 형성 단계; 및 극단파 백색광을 통해 상기 그래핀 산화물 박막을 광소결하여, 절연 특성을 가지는 상기 그래핀 산화물 박막을, 그래핀 반도체 박막으로 변환시키는 그래핀 반도체 박막 형성 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the electronic device manufacturing method includes: preparing a coating solution for preparing a coating solution based on graphene oxide; Forming a graphene oxide thin film by coating the coating solution on a substrate to form a graphene oxide thin film on the substrate; And forming a graphene semiconductor thin film to convert the graphene oxide thin film having insulating properties into a graphene semiconductor thin film by photosintering the graphene oxide thin film through ultra-short white light.
일 실시 예에 따르면, 상기 코팅액은, 상기 그래핀 산화물을 초순수(deionized water)에 분산시킨 그래핀 산화물 용액과, 알코올 용액이 설정 비율로 혼합되어 만들어질 수 있다.According to an embodiment, the coating solution may be prepared by mixing a graphene oxide solution in which the graphene oxide is dispersed in deionized water and an alcohol solution at a predetermined ratio.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물 박막 형성 단계는, 상기 코팅액을 상기 기판 상에 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 과정; 및 상기 코팅층을 건조시켜, 상기 기판 상에 상기 그래핀 산화물 박막을 형성하는 건조 과정을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the forming of the graphene oxide thin film may include a coating process of forming a coating layer by coating the coating solution on the substrate; And drying the coating layer to form the graphene oxide thin film on the substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판은 연성 기판 또는 경성 기판으로 구비될 수 있다.According to an embodiment, the substrate may be provided as a flexible substrate or a rigid substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판은 유리 기판, 실리콘계 웨이퍼 및 폴리머 기판 중 선택된 어느 하나의 기판으로 구비될 수 있다.According to an embodiment, the substrate may be provided with any one of a glass substrate, a silicon wafer, and a polymer substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 기판에 따라 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 다르게 제어할 수 있다.According to an embodiment, in the step of forming the graphene semiconductor thin film, the irradiation energy of the ultra-short white light irradiated to the graphene oxide thin film may be differently controlled according to the substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 기판이 연성 기판으로 구비되는 경우, 상기 기판이 경성 기판으로 구비되는 경우보다 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 상대적으로 작게 제어할 수 있다.According to an embodiment, in the step of forming the graphene semiconductor thin film, when the substrate is provided as a flexible substrate, the irradiation energy of the ultra-short white light irradiated to the graphene oxide thin film is less than when the substrate is provided as a rigid substrate. It can be controlled relatively small.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판이 연성 기판으로 구비되는 경우, 상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 2 J/㎠ ~ 6 J/㎠로 제어할 수 있다.According to an embodiment, when the substrate is provided as a flexible substrate, in the step of forming the graphene semiconductor thin film, the irradiation energy of the microwave white light irradiated to the graphene oxide thin film is 2 J/
일 실시 예에 따르면, 상기 기판이 경성 기판으로 구비되는 경우, 상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 30 J/㎠ ~ 90 J/㎠로 제어할 수 있다.According to an embodiment, when the substrate is provided as a rigid substrate, in the step of forming the graphene semiconductor thin film, the irradiation energy of the microwave white light irradiated to the graphene oxide thin film is 30 J/
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 반도체 박막의 적어도 어느 일면과 직접 접촉하는 전극층을 형성하는 전극 형성 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, an electrode forming step of forming an electrode layer in direct contact with at least one surface of the graphene semiconductor thin film may be further included.
한편, 본 발명은, 전자 소자를 제공한다.On the other hand, the present invention provides an electronic device.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 형성되는 그래핀 반도체 박막; 및 상기 그래핀 반도체 박막 상에 형성되는 제2 전극층을 포함하되, 상기 그래핀 반도체 박막은 3000 ㏀/sq ~ 100 ㏀/sq의 면저항을 가질 수 있다.According to an embodiment, the electronic device may include a substrate; A first electrode layer formed on the substrate; A graphene semiconductor thin film formed on the first electrode layer; And a second electrode layer formed on the graphene semiconductor thin film, wherein the graphene semiconductor thin film may have a sheet resistance of 3000 ㏀/sq to 100 ㏀/sq.
본 발명의 실시 예에 따르면, 그래핀 산화물을 베이스로 하는 코팅액을 준비하는 코팅액 준비 단계; 기판 상에 상기 코팅액을 코팅하여, 상기 기판 상에 그래핀 산화물 박막을 형성하는 그래핀 산화물 박막 형성 단계; 및 극단파 백색광을 통해 상기 그래핀 산화물 박막을 광소결하여, 절연 특성을 가지는 상기 그래핀 산화물 박막을, 그래핀 반도체 박막으로 변환시키는 그래핀 반도체 박막 형성 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a coating solution preparation step of preparing a coating solution based on graphene oxide; Forming a graphene oxide thin film by coating the coating solution on a substrate to form a graphene oxide thin film on the substrate; And forming a graphene semiconductor thin film to convert the graphene oxide thin film having insulating properties into a graphene semiconductor thin film by photosintering the graphene oxide thin film through ultra-short white light.
이와 같이, 극단파 백색광을 이용하여 그래핀 산화물 박막을 광소결함으로써, 그래핀의 반도체 특성을 활성화시킬 수 있는 전자 소자 제조 방법이 제공될 수 있다.As described above, a method for manufacturing an electronic device capable of activating the semiconductor properties of graphene may be provided by photo-sintering the graphene oxide thin film using ultra-short white light.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기계적으로 유연한 특성을 갖는 그래핀 을 사용함으로써, 휘고 접을 수 있는 그래핀 기반의 비 휘발성 유연 메모리 소자를 제조할 수 있는 전자 소자 제조 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by using graphene having mechanically flexible properties, an electronic device manufacturing method capable of manufacturing a graphene-based nonvolatile flexible memory device that can be bent and folded may be provided.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 빠른 공정 시간으로 인하여 대량 생산이 용이한 전자 소자 제조 방법이 제공될 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing an electronic device that is easy to mass-produce due to a fast process time may be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법의 그래핀 산화물 박막 형성 단계를 설명하기 위한 모식도로, 기판 상에 코팅층을 형성하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법의 그래핀 산화물 박막 형성 단계를 설명하기 위한 모식도로, 코팅층을 건조시켜, 기판 상에 그래핀 산화물 박막을 형성하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법의 그래핀 반도체 박막 형성 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법의 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서, 그래핀 산화물 박막에 조사되는 극단파 백색광의 시간에 따른 조사 에너지 세기의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법을 통해 형성된 그래핀 반도체 박막을 촬영한 전자현미경 이미지이다.
도 7은 본 발명의 비교 예로서, 극단파 백색광을 조사하지 않은 그래핀 산화물 박막을 촬영한 전자현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 다른 비교 예로서, 극단파 백색광을 과 조사하여 형성된 그래핀 전도체 박막을 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법의 전극 형성 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법을 통해 제조된 전자 소자의 전류-전압 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프들로, PI 기판 상에 형성된 그래핀 산화물 박막에 조사된 극단파 백색광 에너지에 따른 전자 소자의 전류-전압 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법에서, 그래핀 반도체 박막을 실리콘 웨이퍼 상에 형성한 경우, 조사된 극단파 백색광 에너지에 따른 그래핀 반도체의 스위칭 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법에서, 극단파 백색광의 조사 에너지가 다른 그래핀 반도체 박막을 실리콘 웨이퍼 상에 형성한 경우, 제조된 전자 소자의 반복 구동 특성을 나타낸 그래프들이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention in order of processes.
2 is a schematic diagram illustrating a step of forming a graphene oxide thin film in a method of manufacturing an electronic device according to an exemplary embodiment of the present invention, and is a schematic diagram illustrating a process of forming a coating layer on a substrate.
3 is a schematic diagram for explaining a step of forming a graphene oxide thin film in a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention, and a schematic diagram illustrating a process of forming a graphene oxide thin film on a substrate by drying a coating layer to be.
4 is a schematic diagram illustrating a step of forming a graphene semiconductor thin film in a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph for explaining a change in irradiation energy intensity over time of ultra-short white light irradiated to a graphene oxide thin film in a step of forming a graphene semiconductor thin film in a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention.
6 is an electron microscope image of a graphene semiconductor thin film formed through a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention.
7 is an electron microscope image of a graphene oxide thin film not irradiated with white light, as a comparative example of the present invention.
8 is another comparative example of the present invention, an electron microscope photograph of a graphene conductor thin film formed by over-irradiating ultra-short white light.
9 is a schematic diagram illustrating a step of forming an electrode in a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention.
10 to 14 are graphs showing the results of measuring current-voltage characteristics of an electronic device manufactured through an electronic device manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention, and irradiation on a graphene oxide thin film formed on a PI substrate These are graphs showing the results of measuring the current-voltage characteristics of an electronic device according to the energy of the ultra-short white light.
15 is a graph showing a result of measuring the switching characteristics of the graphene semiconductor according to the irradiated ultra-short white light energy when a graphene semiconductor thin film is formed on a silicon wafer in the electronic device manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It is a graph.
16 to 18 are diagrams illustrating repetitive driving characteristics of the manufactured electronic device when a graphene semiconductor thin film having different irradiation energy of ultra-short white light is formed on a silicon wafer in a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention. These are the graphs shown.
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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3 의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the shape and size are exaggerated for effective description of technical content.
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 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 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.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in the present specification,'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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. In the specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, elements, or a combination of the features described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, and configurations It is not to be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in the present specification, "connection" is used to include both indirectly connecting a plurality of constituent elements and direct connecting.
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.Further, in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 1 내지 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.1 to 18 are diagrams for explaining a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법은, 그래핀 산화물을 베이스로 하는 코팅액을 준비하는 코팅액 준비 단계(S110), 기판(도 2의 110) 상에 코팅액을 코팅하여, 기판(도 2의 110) 상에 그래핀 산화물 박막(도 3의 131)을 형성하는 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120) 및 극단파 백색광을 통해 그래핀 산화물 박막(도 3의 131)을 광소결하여, 절연 특성을 가지는 그래핀 산화물 박막(도 3의 131)을, 그래핀 반도체 박막(도 4의 132)으로 변환시키는 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이하, 각 단계에 대하여 설명하기로 한다.As shown in Figure 1, the electronic device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a coating solution preparation step (S110) of preparing a coating solution based on graphene oxide, a coating solution on a substrate (110 in FIG. 2) The graphene oxide thin film forming step (S120) of forming a graphene oxide thin film (131 in FIG. 3) on the substrate (110 in FIG. 2) and a graphene oxide thin film (131 in FIG. 3) by coating ) By photo-sintering to convert a graphene oxide thin film (131 in FIG. 3) having insulating properties into a graphene semiconductor thin film (132 in FIG. 4) (S130). . Hereinafter, each step will be described.
코팅액 준비 단계(S110)Coating liquid preparation step (S110)
먼저, 코팅액 준비 단계(S110)는 그래핀 산화물을 베이스로 하는 코팅액을 준비하는 단계이다. 코팅액 준비 단계(S110)에서는 그래핀 산화물을 초순수(deionized water)에 분산시킨 그래핀 산화물 용액을 준비할 수 있다. 이때, 그래핀 산화물은 나노 구조체로 준비될 수 있다. 코팅액 준비 단계(S110)에서는 상기 그래핀 산화물 용액을 알코올 용액에 혼합하여 코팅액을 제조할 수 있다. 이 경우, 코팅액 준비 단계(S110)에서는 그래핀 산화물 용액과 알코올 용액을 일대일 비율로 혼합하여 코팅액을 제조할 수 있다.First, the coating solution preparation step (S110) is a step of preparing a coating solution based on graphene oxide. In the coating solution preparation step (S110), a graphene oxide solution in which graphene oxide is dispersed in deionized water may be prepared. At this time, the graphene oxide may be prepared as a nano structure. In the coating solution preparation step (S110), a coating solution may be prepared by mixing the graphene oxide solution with an alcohol solution. In this case, in the coating solution preparation step (S110), a coating solution may be prepared by mixing a graphene oxide solution and an alcohol solution in a one-to-one ratio.
그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)Graphene oxide thin film formation step (S120)
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)는 기판(110) 상에, 그래핀 산화물 용액과 알코올 용액을 일대일의 혼합비로 혼합하여 제조한 코팅액을 코팅하여, 기판(110) 상에 그래핀 산화물 박막(131)을 형성하는 단계이다.Next, referring to FIGS. 2 and 3, in the step of forming a graphene oxide thin film (S120), a coating solution prepared by mixing a graphene oxide solution and an alcohol solution in a one-to-one mixing ratio is coated on the
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 코팅액이 코팅되는 기판(110)의 표면에는 제1 전극층(120)이 기 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(120)은 기판(110)의 표면에 소정 형상의 패턴으로 인쇄될 수 있다. 제1 전극층(120)은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제1 전극층(120)은 다양한 전도성 금속 중에서 선택될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 일 실시 예에서, 기판(110)은 연성 기판(flexible substrate)으로 구비될 수 있다. 또한, 기판(110)은 경성 기판(non-flexible substrate)으로 구비될 수 있다.Further, in an embodiment of the present invention, the
상기 기판(110)이 연성 기판으로 구비되는 경우, 연성 기판으로는 폴리머 기판이 사용될 수 있다. 이때, 폴리머 기판으로는 예컨대, PI(polyimide) 기판이 사용될 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 연성 기판으로는 다양한 폴리머 기판, 예컨대, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 에틸렌초산비닐수지(EVA), 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등이 사용될 수 있다.When the
상기 기판(110)이 경성 기판으로 구비되는 경우, 경성 기판으로는 예컨대, 유리 기판이나 실리콘계 웨이퍼가 사용될 수 있다. 이 외에도 경성 기판으로는 다양한 기판이 사용될 수 있는 바, 본 발명에서 경성 기판을 유리 기판 또는 실리콘계 웨이퍼로 특별히 한정하는 것은 아니다.When the
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법에서는 기판(110)이 연성 기판으로 구비될 때와 기판(110)이 경성 기판으로 구비될 때, 기판(110) 상에 형성되는 그래핀 산화물 박막(131)에 조사되는 극단파 백색광(Intense Pulsed Light; IPL)의 조사 에너지 세기를 다르게 제어하는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.In the method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention, when the
계속해서, 도 2를 참조하면, 이러한 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)에서는 먼저, 코팅 과정을 통해, 코팅액을 기판(110), 보다 상세하게는 기판(110) 상에 형성되어 있는 제1 전극층(120) 상에 코팅할 수 있다.Subsequently, referring to FIG. 2, in the step of forming a graphene oxide thin film (S120), a coating solution is first applied to the
그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)에서는, 기판(110)이 연성 기판으로 구비되는 경우, 기판(110)이 경성 기판으로 구비되는 경우보다 제1 전극층(120) 상에 코팅액을 상대적으로 얇게 코팅할 수 있다. 이는 후속 공정으로 진행되는 광소결 특성을 향상시키기 위함인데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.In the graphene oxide thin film forming step (S120), when the
이때, 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)에서는 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing), 임프린팅(imprinting), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아-옵셉 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소그레피 프린팅(flexography printing) 및 스핀 코팅(spin coating) 중 적어도 어느 하나의 코팅 방법을 사용하여, 제1 전극층(120) 상에, 그래핀 산화물 용액과 알코올 용액을 일대일의 혼합비로 혼합하여 제조한 코팅액을 코팅할 수 있다.At this time, in the graphene oxide thin film forming step (S120), screen printing, inkjet printing, micro-contact printing, imprinting, gravure printing, and gravure -Graphene oxide solution on the
이를 통해, 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)에서는 제1 전극층(120) 상에 코팅층(120)을 형성할 수 있다.Through this, in the step of forming a graphene oxide thin film (S120), the
그 다음, 도 3을 참조하면, 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)에서는 건조 과정을 통해, 코팅층(130)을 건조시킬 수 있다. 이때, 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)에서는 예컨대, 근적외선(near infrared ray; NIR)을 코팅층(130)에 조사하여, 코팅층(130)을 건조시킬 수 있다. 그래핀 산화물 박막 형성 단계(S120)에서는 이외에도 열풍기, 오븐(heat chamber), 핫플레이트(hot plate) 및 이의 조합으로 코팅층(130)을 건조시킬 수도 있다.Next, referring to FIG. 3, in the step of forming a graphene oxide thin film (S120 ), the
이때, 건조 온도는 기판(110)에 손상을 가하지 않은 범위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)이 폴리머 기판으로 구비되는 경우, 건조 온도는 60 ℃ ~ 150 ℃의 범위로 설정될 수 있다.In this case, the drying temperature may be set to a range in which damage is not applied to the
그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)Graphene semiconductor thin film formation step (S130)
다음으로, 다시 도 1을 참조하면, 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)는 극단파 백색광(IPL)을 통해 그래핀 산화물 박막(131)을 광소결하여, 절연 특성을 가지는 그래핀 산화물 박막(131)을 그래핀 반도체 박막(도 3의 132)으로 변환시키는 단계이다.Next, referring again to FIG. 1, in the step of forming a graphene semiconductor thin film (S130), the graphene oxide
그래핀 산화물 박막(131)은 극단파 백색광에 의해 빛 에너지를 받으면서 광소결되어, 반도체 특성을 가질 수 있다. 이때, 충분한 빛 에너지가 조사되어야만 산화물 박막(131)이 모두 환원되어 소결이 가능하며, 순간적으로 높은 에너지가 조사될 경우, 기판(110)에 손상이 발생하는 것을 방지할 필요가 있다. 따라서, 백색광 조사는 소결 효과를 높이기 위해 점진적 산화막 환원을 위한 단계적 광소결 기법으로 될 수 있다.The graphene oxide
도 4를 참조하면, 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 제논 램프(30)를 통하여 극단파 백색광(IPL)을 그래핀 산화물 박막(131)에 제공하여, 그래핀 산화물 박막(131)을 광소결할 수 있다. 이를 통해, 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 절연 특성을 가지는 그래핀 산화물 박막(131)을 그래핀 반도체 박막(132)으로 변환시킬 수 있다.4, in the graphene semiconductor thin film forming step (S130), ultra-short white light (IPL) is provided to the graphene oxide
이때, 광 효율을 향상시키기 위하여, 제논 램프(30)의 일 측에, 그래핀 산화물 박막(131)으로 광을 반사하는 리플렉터(reflector)(40)가 마련될 수 있다.At this time, in order to improve light efficiency, a
도 5를 참조하면, 그래핀 산화물 박막(131)으로 조사되는 극단파 백색광(IPL)은 다양한 변수에 의하여 조합될 수 있다. 예를 들어, 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 광 제공 시간, 광 에너지의 세기, 펄스 폭, 펄스 갭, 펄스 수 등의 변수를 제어할 수 있다.Referring to FIG. 5, the ultra-short white light (IPL) irradiated to the graphene oxide
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 기판(110)에 따라 그래핀 산화물 박막(131)에 조사되는 극단파 백색광의 조사 에너지의 세기를 다르게 제어할 수 있다.Meanwhile, in the step of forming a graphene semiconductor thin film (S130) according to an embodiment of the present invention, the intensity of irradiation energy of the ultra-short white light irradiated to the graphene oxide
여기서, 극단파 백색광을 사용하는 급속 광소결 공정 메커니즘(mechanism)은 제논 램프(30)에서 조사된 백색광 펄스의 빛 에너지가 타겟(그래핀 산화물 박막)에 도달하면, 빛 에너지가 열 에너지로 전환되어 타겟층의 온도가 순간적으로 상승하여 매우 짧은 시간에 타겟층이 소결되는 메커니즘이다. 따라서, 타겟층의 광 흡수도(light absorption), 열 용량(heat capacity), 열 전도도(thermal conductivity) 뿐만 아니라 기판(110)의 물성에 따라 광소결 특성이 상이해지므로, 그에 따른 소결 분위기에 따라 광 조사 조건의 제어가 필요하다. 그러나, 종래에는 기판(110)의 물성은 광소결 변수로 인식되지 못하였기 때문에, 광소결 효율을 향상시키는 데 어려움이 있었다. 특히 열 전도도가 높은 기판(110)을 대상으로 하는 광소결 방안은 연구에 어려움이 있었다.Here, the rapid light sintering process mechanism using ultra-short white light is when the light energy of the white light pulse irradiated from the
타겟(그래핀 산화물 박막)을 환원 및 광소결시키기 위해서는 타겟이 특정 온도 수준에 도달하여야 한다. 열 전달 측면에서 기판(110)의 열 전도도가 높을수록 타겟으로부터 기판(110)으로 열 에너지가 더 급속하게 전도되기 때문에, 타겟의 광소결을 위해 조사(irradiation)되어야 하는 광 에너지의 세기가 커지게 된다. 따라서, 실리콘 등과 같이 열 전도도가 높은 재료가 기판(110)으로 사용될 경우, 폴리머 등과 같이 열 전도도가 낮은 기판(100)을 사용하였을 때 보다 큰 에너지의 광 소자 조건이 필요하게 된다.In order to reduce and photosinter the target (graphene oxide thin film), the target must reach a certain temperature level. In terms of heat transfer, the higher the thermal conductivity of the
이에 따라, 열 전도도가 높은 실리콘 기판의 경우에는 높은 열 전도도에 의하여 광소결 타겟이 소결에 필요한 열 에너지를 기판(110)에 빼앗기기 때문에 산화막의 두께가 두꺼워야 광소결 특성이 향상될 수 있다. 또한, 두꺼운 산화막은, 기판(110)의 열 전도도가 높을수록 소결에 필요한 광 조사 에너지가 커지는데, 이때, 광 소결 타겟이 타거나 기판(110)으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, in the case of a silicon substrate having high thermal conductivity, since the photo-sintering target deprives the
이와 달리, 열 전도도가 낮은 폴리머 기판(PI, PET 등)의 경우에는 기판 손상(damage)을 최소화하기 위해 소결에 필요한 광 에너지를 최소화 하여야 하므로, 산화막의 두께가 얇을수록 광소결 특성이 향상될 수 있다.In contrast, in the case of polymer substrates (PI, PET, etc.) with low thermal conductivity, the light energy required for sintering must be minimized to minimize substrate damage. Therefore, the thinner the oxide film, the better the optical sintering characteristics. have.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 기판(110)이 연성 기판으로 구비되는 경우, 기판(110)이 경성 기판으로 구비되는 경우보다 그래핀 산화물 박막(131)에 조사되는 극단파 백색광의 조사 에너지를 상대적으로 작게 제어할 수 있다.Accordingly, in the graphene semiconductor thin film forming step (S130) according to an embodiment of the present invention, when the
이때, 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 기판(110)이 폴리머 기판과 같은 연성 기판으로 구비되는 경우, 그래핀 산화물 박막(131)을 그래핀 반도체 박막(132)으로 변환시키기 위해, 그래핀 산화물 박막(131)에 조사되는 극단파 백색광의 조사 에너지를 2 J/㎠ ~ 6 J/㎠로 제어할 수 있다.At this time, in the graphene semiconductor thin film forming step (S130), when the
도 6은 그래핀 반도체 박막 형성 단계를 통해 형성된 그래핀 반도체 박막을 촬영한 전자현미경 이미지이다. 그래핀 산화물 박막(131)에 2 J/㎠ ~ 6 J/㎠의 극단파 백색광을 조사하여, 그래핀 산화물 박막(131)으로부터 변환된 그래핀 반도체 박막(132)은 3000 ㏀/sq ~ 100 ㏀/sq의 면저항을 가질 수 있다.6 is an electron microscope image of a graphene semiconductor thin film formed through a graphene semiconductor thin film forming step. The graphene semiconductor
이때, 도 7은 비교 예로서, 그래핀 산화물 박막, 즉, 극단파 백색광을 조사하지 않은 그래핀 산화물 박막을 촬영한 전자현미경 이미지이다. 이러한 그래핀 산화물 박막은 절연체(insulator) 특성을 가질 수 있다.In this case, FIG. 7 is an electron microscope image of a graphene oxide thin film, that is, a graphene oxide thin film not irradiated with white light, as a comparative example. This graphene oxide thin film may have an insulator property.
또한, 도 8은 다른 비교 예로서, 그래핀 전도체 박막을 촬영한 전자현미경 이미지이다. 그래핀 산화물 박막에 6 J/㎠을 초과하는 극단파 백색광을 조사하여, 그래핀 산화물 박막으로부터 변환된 그래핀 전도체(conductor) 박막은 1 ㏀/sq 이하의 면저항을 가질 수 있다.In addition, FIG. 8 is an electron microscope image of a graphene conductor thin film as another comparative example. The graphene oxide thin film is irradiated with ultra-short white light exceeding 6 J/
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 기판(110)이 경성 기판으로 구비되는 경우, 기판(110)이 연성 기판으로 구비되는 경우보다 그래핀 산화물 박막(131)에 조사되는 극단파 백색광의 조사 에너지를 상대적으로 크게 제어할 수 있다.On the other hand, in the graphene semiconductor thin film forming step (S130) according to an embodiment of the present invention, when the
예를 들어, 그래핀 반도체 박막 형성 단계(S130)에서는 기판(110)이 유리 기판이나 실리콘계 웨이퍼와 같은 경성 기판으로 구비되는 경우, 그래핀 산화물 박막(131)을 그래핀 반도체 박막(132)으로 변환시키기 위해, 그래핀 산화물 박막(131)에 조사되는 극단파 백색광의 조사 에너지를 30 J/㎠ ~ 90 J/㎠로 제어할 수 있다.For example, in the graphene semiconductor thin film forming step (S130), when the
이때, 그래핀 산화물 박막(131)에 90 J/㎠을 초과하는 극단파 백색광이 조사되는 경우, 그래핀 산화물 박막(131)은 1 ㏀/sq 이하의 면저항을 갖는 그래핀 전도체(conductor) 박막으로 변환될 수 있다(도 8 참조).At this time, when the ultra-short white light exceeding 90 J/cm2 is irradiated on the graphene oxide
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법은 전극 형성 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention may further include an electrode forming step (S140 ).
전극 형성 단계(S140)Electrode formation step (S140)
도 9를 참조하면, 전극 형성 단계(S140)는 그래핀 산화물 박막(131)에 극단파 백색광을 조사하여 형성된 그래핀 반도체 박막(132)의 적어도 어느 일면과 직접 접촉하는 제2 전극층(140)을 형성하는 단계이다.9, in the electrode formation step (S140), the
전극 형성 단계(S140)에서는 그래핀 반도체 박막(132) 상에 예컨대, 은(Ag)으로 이루어진 제2 전극층(140)을 형성할 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제2 전극층(140)은 다양한 전도성 금속 중에서 선택될 수 있다.In the electrode forming step S140, a
전극 형성 단계(S140)에서는 그래핀 반도체 박막(132) 상에 제2 전극층(14)을 이루는 금속 물질을 도포한 다음 자외선(UV-C)를 조사하여 도포된 금속 물질을 경화시킬 수 있고, 이를 통해, 제2 전극층(140)을 그래핀 반도체 박막(132) 상에 형성할 수 있다.In the electrode formation step (S140), the metal material constituting the second electrode layer 14 is applied on the graphene semiconductor
이와 같이, 전극 형성 단계(S140)가 완료되면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자가 제조될 수 있다.In this way, when the electrode forming step S140 is completed, an electronic device according to an embodiment of the present invention may be manufactured.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자는, 기판(110), 제1 전극층(120), 그래핀 반도체 박막(132) 및 제2 전극층(140)을 포함할 수 있다. 제1 전극층(120), 그래핀 반도체 박막(132) 및 제2 전극층(140)은 기판(110) 상에 일 방향으로 차례로 형성될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 극단파 백색광을 통해 그래핀 산화물 박막(131)을 광소결하여, 절연 특성을 가지는 그래핀 산화물 박막(131)으로부터 변환된 그래핀 반도체 박막(132)은 3000 ㏀/sq ~ 100 ㏀/sq의 면저항을 가질 수 있다.An electronic device according to an embodiment of the present invention may include a
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법을 통해 제조된 전자 소자는 저항 변화 메모리(resistive memory; ReRAM)일 수 있다. 이러한 그래핀 반도체 기반의 저항 변화 메모리는 비 휘발성 메모리로, USB나 다양한 저장 장치로 활용될 수 있다.An electronic device manufactured through a method of manufacturing an electronic device according to an embodiment of the present invention may be a resistive memory (ReRAM). The graphene semiconductor-based resistance change memory is a non-volatile memory and can be used as a USB or various storage devices.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 소자 제조 방법을 통해 제조된 전자 소자는 유연 ReRAM으로서, 웨어러블(wearable) 또는 폴더블(foldable)한 형태의 전자 제품에 적용될 수 있다.In addition, an electronic device manufactured through a method of manufacturing an electronic device according to an exemplary embodiment of the present invention is a flexible ReRAM and may be applied to a wearable or foldable electronic product.
실시 예 1Example 1
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 PI 기판 상에 10 ㎚ 두께를 갖는 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 1회, 펄스 폭은 10 ms, 조사 에너지는 2 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하였으며, 그 특성을 평가한 결과를 도 10에 나타내었다.A graphene oxide thin film having a thickness of 10 nm is formed on a PI substrate on which a copper (Cu) electrode layer is formed on the surface, and then ultra-short white light is irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp to form a graphene oxide thin film. Light sintered. At this time, the number of pulses with the microwave white to be irradiated was controlled to be one time, the pulse width was 10 ms, and the irradiation energy was 2 J/
도 10을 참조하면, 조사 에너지가 2 J/㎠일 때, 메모리 소자 특성이 나타났으며, 이때, On/Off ratio는 2 × 102으로 측정되었다.Referring to FIG. 10, when the irradiation energy is 2 J/
실시 예 2Example 2
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 PI 기판 상에 10 ㎚ 두께를 갖는 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 1회, 펄스 폭은 10 ms, 조사 에너지는 3 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하였으며, 그 특성을 평가한 결과를 도 11에 나타내었다.A graphene oxide thin film having a thickness of 10 nm is formed on a PI substrate on which a copper (Cu) electrode layer is formed on the surface, and then ultra-short white light is irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp to form a graphene oxide thin film. Light sintered. At this time, the number of pulses with the microwave white to be irradiated was controlled to be one time, the pulse width was 10 ms, and the irradiation energy was controlled to 3 J/
도 11을 참조하면, 조사 에너지가 3 J/㎠일 때, 메모리 소자 특성이 나타났으며, 이때, On/Off ratio는 4 × 103으로 측정되었다.Referring to FIG. 11, when the irradiation energy is 3 J/cm2, the memory device characteristics were shown, and at this time, the On/Off ratio was measured as 4×10 3 .
실시 예 3Example 3
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 PI 기판 상에 10 ㎚ 두께를 갖는 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 1회, 펄스 폭은 10 ms, 조사 에너지는 4 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하였으며, 그 특성을 평가한 결과를 도 12에 나타내었다.A graphene oxide thin film having a thickness of 10 nm is formed on a PI substrate on which a copper (Cu) electrode layer is formed on the surface, and then ultra-short white light is irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp to form a graphene oxide thin film. Light sintered. At this time, the number of pulses with the microwave white to be irradiated was controlled to be 1 time, the pulse width was 10 ms, and the irradiation energy was 4 J/
도 12를 참조하면, 조사 에너지가 4 J/㎠일 때, 메모리 소자 특성이 나타났으며, 이때, On/Off ratio는 1 × 104으로 측정되었다.Referring to FIG. 12, when the irradiation energy was 4 J/cm2, the memory device characteristics were shown, and at this time, the On/Off ratio was measured as 1×10 4 .
실시 예 4Example 4
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 PI 기판 상에 10 ㎚ 두께를 갖는 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 1회, 펄스 폭은 10 ms, 조사 에너지는 5 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하였으며, 그 특성을 평가한 결과를 도 13에 나타내었다.A graphene oxide thin film having a thickness of 10 nm is formed on a PI substrate on which a copper (Cu) electrode layer is formed on the surface, and then ultra-short white light is irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp to form a graphene oxide thin film. Light sintered. At this time, the number of pulses with the microwave white to be irradiated was controlled to be one time, the pulse width was 10 ms, and the irradiation energy was 5 J/
도 13을 참조하면, 조사 에너지가 5 J/㎠일 때, 메모리 소자 특성이 나타났으며, 이때, On/Off ratio는 1 × 104으로 측정되었다.Referring to FIG. 13, when the irradiation energy is 5 J/
실시 예 5Example 5
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 PI 기판 상에 10 ㎚ 두께를 갖는 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 1회, 펄스 폭은 10 ms, 조사 에너지는 6 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하였으며, 그 특성을 평가한 결과를 도 14에 나타내었다.A graphene oxide thin film having a thickness of 10 nm is formed on a PI substrate on which a copper (Cu) electrode layer is formed on the surface, and then ultra-short white light is irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp to form a graphene oxide thin film. Light sintered. At this time, the number of pulses with the microwave white to be irradiated was controlled to be one time, the pulse width was 10 ms, and the irradiation energy was 6 J/
도 14를 참조하면, 조사 에너지가 6 J/㎠일 때, 그래핀 산화물 박막이 높은 조사 에너지로 인해 환원성이 커져, 전도체 특성이 나타나는 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 14, it was confirmed that when the irradiation energy is 6 J/cm2, the graphene oxide thin film has increased reducibility due to the high irradiation energy, and the conductor properties appear.
실시 예 1 내지 실시 예 5를 참조하면, 조사 에너지가 증가할수록 더 높은 On/Off ratio가 측정되었다. 또한, 조사 에너지가 2 J/㎠ 이상인 모든 소자에서 반복 구동(Retention) 특성도 우수한 것으로 확인되었다.Referring to Examples 1 to 5, a higher On/Off ratio was measured as the irradiation energy increased. In addition, it was confirmed that all the devices having irradiation energy of 2 J/
실시 예 6Example 6
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼 상에 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 20회, 펄스 폭은 10 ms, 펄스 갭은 490 ms, 조사 에너지는 30 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하여 그 특성을 평가하였다.A graphene oxide thin film was formed on a silicon wafer on which a copper (Cu) electrode layer was formed on the surface, and then microwave white light was irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp, and the graphene oxide thin film was photosintered. At this time, the number of pulses with the IR white to be irradiated was 20 times, the pulse width was 10 ms, the pulse gap was 490 ms, and the irradiation energy was controlled to 30 J/
실시 예 7Example 7
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼 상에 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 20회, 펄스 폭은 10 ms, 펄스 갭은 490 ms, 조사 에너지는 60 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하여 그 특성을 평가하였다.A graphene oxide thin film was formed on a silicon wafer on which a copper (Cu) electrode layer was formed on the surface, and then microwave white light was irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp, and the graphene oxide thin film was photosintered. At this time, the number of pulses with the IR white to be irradiated was 20 times, the pulse width was 10 ms, the pulse gap was 490 ms, and the irradiation energy was controlled to 60 J/
실시 예 8Example 8
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼 상에 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사되는 극단파 백색과의 펄스 수는 20회, 펄스 폭은 10 ms, 펄스 갭은 490 ms, 조사 에너지는 90 J/㎠로 제어하였다. 이를 통해, 그래핀 산화물 박막을 그래핀 반도체 박막으로 변환시켰다. 그 다음, 그래핀 반도체 박막 상에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 메모리 소자를 제작하여 그 특성을 평가하였다.A graphene oxide thin film was formed on a silicon wafer on which a copper (Cu) electrode layer was formed on the surface, and then microwave white light was irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp, and the graphene oxide thin film was photosintered. At this time, the number of pulses with the IR white to be irradiated was 20 times, the pulse width was 10 ms, the pulse gap was 490 ms, and the irradiation energy was 90 J/
비교 예 1Comparative Example 1
표면에 구리(Cu) 전극층이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼 상에 그래핀 산화물 박막을 형성한 다음, 제논 램프를 통하여 극단파 백색광을 그래핀 산화물 박막에 조사하여, 그래핀 산화물 박막을 광소결하였다. 이때, 조사 에너지는 0 J/㎠로 제어하였고, 그 위에 은(Ag) 전극층을 형성하여, 소자를 제작하여 그 특성을 평가하였다.A graphene oxide thin film was formed on a silicon wafer on which a copper (Cu) electrode layer was formed on the surface, and then microwave white light was irradiated to the graphene oxide thin film through a xenon lamp, and the graphene oxide thin film was photosintered. At this time, the irradiation energy was controlled to 0 J/
도 15를 참조하면, 실시 예 6 내지 실시 예 8 및 비교 예 1과 같이, 극단파 백색광의 조사 에너지를 조절하여, 그래핀 반도체의 스위칭 특성을 분석한 결과, 실리콘 웨이퍼에 형성된 그래핀 산화물 박막은 절연체 특성을 가지는 것으로 나타났으나(비교 예 1), 30 J/㎠ 이상의 조사 에너지에서 메모리 소자의 동작 특성이 나타나는 것으로 확인되었다(실시 예 6 내지 실시 예 8).Referring to FIG. 15, as in Examples 6 to 8 and Comparative Example 1, as a result of analyzing the switching characteristics of the graphene semiconductor by controlling the irradiation energy of the white light of the microwave, the graphene oxide thin film formed on the silicon wafer is Although it was found to have an insulator characteristic (Comparative Example 1), it was confirmed that the operating characteristics of the memory device appeared at an irradiation energy of 30 J/
또한, 도 16 내지 도 18을 참조하면, 극단파 백색광의 조사 에너지가 증가할수록, 스위칭 영역에서 전류 값이 증가하는 경향이 나타났다. 이때, 모든 조건, 즉, 극단파 백색광의 조사 에너지가 30 J/㎠, 60 J/㎠, 90 J/㎠인 모든 소자(실시 예 6 내지 실시 예 8)에서, On/Off ratio가 102 이상으로 측정되었다.In addition, referring to FIGS. 16 to 18, as the irradiation energy of the microwave white light increases, the current value in the switching region tends to increase. At this time, in all conditions, that is, in all devices (Examples 6 to 8) in which the irradiation energy of the microwave white light is 30 J/cm2, 60 J/cm2, and 90 J/cm2, the On/Off ratio is 10 2 or more. It was measured as.
여기서, 메모리 소자는 반복적으로 읽고 쓰는 구동이 가능해야 하므로, Retention mode라는 반복 측정에서, 이러한 전류 특성이 유지되어야 한다.Here, since the memory device must be capable of repeatedly reading and writing, such a current characteristic must be maintained in a repeated measurement called a retention mode.
극단파 백색광의 조사 에너지 별로 제조된 메모리 소자(실시 예 6 내지 실시 예 8)에 대한 반복 측정 결과, 극단파 백색광의 조사 에너지가 30 J/㎠ 및 60 J/㎠인 실시 예 6 및 실시 예 7을 통해 제조된 메모리 소자에서는 전류 특성이 조금씩 변하는 양상이 나타났지만, 조사 에너지가 90 J/㎠인 실시 예 8을 통해 제조된 메모리 소자의 경우에는 안정적인 구동 양상이 나타나는 것으로 확인되었다.As a result of repeated measurement of the memory devices (Examples 6 to 8) manufactured according to the irradiation energy of the microwave white light, Examples 6 and 7 in which the irradiation energy of the microwave white light is 30 J/
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.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those who have acquired ordinary knowledge in this technical field should understand that many modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.
110; 기판
120; 제1 금속층
130; 코팅층
131; 그래핀 산화물 박막
132; 그래핀 반도체 박막
140; 제2 전극층
30; 제논 램프
40; 리플렉터110; Board
120; First metal layer
130; Coating layer
131; Graphene oxide thin film
132; Graphene semiconductor thin film
140; Second electrode layer
30; Xenon lamp
40; Reflector
Claims (11)
기판 상에 상기 코팅액을 코팅하여, 상기 기판 상에 그래핀 산화물 박막을 형성하는 그래핀 산화물 박막 형성 단계; 및
극단파 백색광을 통해 상기 그래핀 산화물 박막을 광소결하여, 절연 특성을 가지는 상기 그래핀 산화물 박막을, 그래핀 반도체 박막으로 변환시키는 그래핀 반도체 박막 형성 단계;를 포함하는 전자 소자 제조 방법.
A coating solution preparation step of preparing a coating solution based on graphene oxide;
Forming a graphene oxide thin film by coating the coating solution on a substrate to form a graphene oxide thin film on the substrate; And
An electronic device manufacturing method comprising: forming a graphene semiconductor thin film, converting the graphene oxide thin film having insulating properties into a graphene semiconductor thin film by photosintering the graphene oxide thin film through ultra-short white light.
상기 코팅액은, 상기 그래핀 산화물을 초순수(deionized water)에 분산시킨 그래핀 산화물 용액과, 알코올 용액이 설정 비율로 혼합되어 만들어진, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 1,
The coating solution is made by mixing a graphene oxide solution in which the graphene oxide is dispersed in deionized water and an alcohol solution at a set ratio.
상기 그래핀 산화물 박막 형성 단계는,
상기 코팅액을 상기 기판 상에 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 과정; 및
상기 코팅층을 건조시켜, 상기 기판 상에 상기 그래핀 산화물 박막을 형성하는 건조 과정을 포함하는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of forming the graphene oxide thin film,
A coating process of forming a coating layer by coating the coating solution on the substrate; And
Drying the coating layer, including a drying process of forming the graphene oxide thin film on the substrate.
상기 기판은 연성 기판 또는 경성 기판으로 구비되는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 1,
The substrate is provided as a flexible substrate or a rigid substrate, an electronic device manufacturing method.
상기 기판은 유리 기판, 실리콘계 웨이퍼 및 폴리머 기판 중 선택된 어느 하나의 기판으로 구비되는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 4,
The substrate is provided with any one of a glass substrate, a silicon-based wafer, and a polymer substrate.
상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 기판에 따라 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 다르게 제어하는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 4,
In the step of forming the graphene semiconductor thin film, differently controlling the irradiation energy of the ultra-short white light irradiated to the graphene oxide thin film according to the substrate.
상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 기판이 연성 기판으로 구비되는 경우, 상기 기판이 경성 기판으로 구비되는 경우보다 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 상대적으로 작게 제어하는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 6,
In the step of forming the graphene semiconductor thin film, when the substrate is provided as a flexible substrate, the irradiation energy of the ultra-short white light irradiated to the graphene oxide thin film is controlled to be relatively smaller than when the substrate is provided as a rigid substrate, Electronic device manufacturing method.
상기 기판이 연성 기판으로 구비되는 경우,
상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 2 J/㎠ ~ 6 J/㎠로 제어하는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 1,
When the substrate is provided as a flexible substrate,
In the step of forming the graphene semiconductor thin film, the irradiation energy of the ultra-short white light irradiated to the graphene oxide thin film is controlled to 2 J/cm 2 to 6 J/cm 2.
상기 기판이 경성 기판으로 구비되는 경우,
상기 그래핀 반도체 박막 형성 단계에서는 상기 그래핀 산화물 박막에 조사되는 상기 극단파 백색광의 조사 에너지를 30 J/㎠ ~ 90 J/㎠로 제어하는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 1,
When the substrate is provided as a rigid substrate,
In the step of forming the graphene semiconductor thin film, the irradiation energy of the ultra-short white light irradiated to the graphene oxide thin film is controlled to 30 J/cm2 to 90 J/cm2.
상기 그래핀 반도체 박막의 적어도 어느 일면과 직접 접촉하는 전극층을 형성하는 전극 형성 단계를 더 포함하는, 전자 소자 제조 방법.
The method of claim 1,
Further comprising an electrode forming step of forming an electrode layer in direct contact with at least one surface of the graphene semiconductor thin film.
상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층;
상기 제1 전극층 상에 형성되는 그래핀 반도체 박막; 및
상기 그래핀 반도체 박막 상에 형성되는 제2 전극층;을 포함하되,
상기 그래핀 반도체 박막은 3000 ㏀/sq ~ 100 ㏀/sq의 면저항을 가지는, 전자 소자.Board;
A first electrode layer formed on the substrate;
A graphene semiconductor thin film formed on the first electrode layer; And
Including; a second electrode layer formed on the graphene semiconductor thin film,
The graphene semiconductor thin film has a sheet resistance of 3000 ㏀ / sq ~ 100 ㏀ / sq, electronic device.
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