KR20240063871A - 전계강도를 측정 가능한 센서장치 및 외부전계를 측정하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 치수가 작고, 또한 작은 전계강도를 측정 가능한 센서장치를 제공하는 것이다. 센서장치는, 제1 유전체층과, 제1 유전체층 상에 배치되고, 제1 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 제1 원자층 재료막과, 제1 원자층 재료막 상에 배치되고, 채널영역을 가지며, 그래핀의 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 채널층과, 채널층 상에 배치되고, 제2 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 제2 원자층 재료막과, 채널영역을 사이에 끼우고 대향하도록 채널층 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고, 제2 원자층 재료막은, 제1 면 및 제2 면을 가지며, 제1 면은 채널층 상에 배치되고, 제2 면에 있어서의 채널영역과 대향하는 부분은 외부에 노출되어 있거나, 또는 제2 면 상에 제2 유전체층이 배치되며, 또한 제2 유전체층에 있어서의 제2 원자층 재료막과는 반대측 면에 있어서의 채널영역과 대향하는 부분은 외부로 노출된다.
Description
본 발명은, 전계강도를 측정 가능한 센서장치 및 외부전계를 측정하는 방법에 관한 것이다.
종래, 센서장치를 이용하여, 대기 중의 전계강도를 측정하는 것이 행하여지고 있다. 대기 중의 전계강도를 측정함으로써, 뇌운이 발생하고 접근하여 통과하는 것이 감시되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조).
또한, 센서장치를 이용하여, 실내에 있어서 분위기 중의 전계강도를 측정하는 것도 행하여지고 있다. 전계강도를 측정함으로써, 실내에 발생하고 있는 정전기 상황을 감시하여, 정전기에 의한 사고 등의 발생이 예방된다.
전계강도를 측정하는 센서장치로서는, 기계식 센서장치와, 반도체 센서장치가 있다. 기계식 센서장치는, 치수가 비교적 크고 무거운 장치이다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 반도체 센서장치는, 치수가 비교적 작고 가벼운 장치이다(예를 들어, 비특허문헌 1을 참조).
기계식 센서장치는, 외부전계가 가해짐으로써 전하가 유기되는 전극과, 전극이 외부에 노출 가능한 개구부를 가지는 회전판과, 회전판을 회전 구동하는 구동부를 가진다. 기계식 센서장치에서는, 회전판이 회전함으로써, 전극이 외부에 노출되는 것과, 회전판에 의하여 덮이는 것이 반복됨으로써, 정전계가 전극에 간헐적으로 인가되어, 외부전계의 전계강도가 전극에 발생하는 교류신호로써 측정된다.
반도체 센서장치는, 기판 상에 배치된 트랜지스터를 가진다. 기판에 가해진 외부전계의 전계강도는, 트랜지스터의 ON 상태에 있어서 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 흐르는 전류의 크기로써 측정된다.
비특허문헌 1: WANG et al., High-performance graphene-based electrostatic field sensor, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL38,No.8, AUGUST 2017
상술한 기계식 센서장치는, 치수가 크고 무겁기 때문에, 좁은 장소에는 설치할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 반도체 센서장치는, 치수가 작고 가볍기 때문에, 좁은 장소에도 설치 가능하지만, 측정 가능한 전계강도의 하한값이 높다는 문제가 있다.
본 명세서에서는, 치수가 작고, 또한 작은 전계강도를 측정 가능한 센서장치를 제안하는 것을 과제로 한다.
본 명세서에 개시하는 센서장치의 일 실시형태에 따르면, 외부전계의 전계강도를 측정 가능한 센서장치로서, 제1 유전체층과, 제1 유전체층 상에 배치되고, 제1 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 제1 원자층 재료막과, 제1 원자층 재료막 상에 배치되고, 채널영역을 가지며, 그래핀의 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 채널층과, 채널층 상에 배치되고, 제2 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 제2 원자층 재료막과, 채널영역을 사이에 끼우고 대향하도록 채널층 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 가지고, 제2 원자층 재료막은, 제1 면 및 제2 면을 가지고, 제1 면은 채널층 상에 배치되며, 제2 면에 있어서의 채널영역과 대향하는 부분은 외부에 노출되어 있거나, 또는, 제2 면 상에 제2 유전체층이 배치되며, 또한 제2 유전체층에 있어서의 제2 원자층 재료막과는 반대측 면에 있어서의 채널영역과 대향하는 부분은 외부에 노출되어 있는 제2 면은 외부에 노출되어 있거나, 또는 제2 면 상에 제2 유전체층이 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에 개시하는 외부전계를 측정하는 방법의 일 실시형태에 따르면, 상술한 센서장치를 이용하여, 외부전계를 측정한다. 이러한 방법은, 센서장치에 대하여 외부전계가 가해진 상태로, 제1 전극과 제2 전극 사이를 흐르는 전류값을 측정하는 것과, 전류값에 근거하여, 외부전계의 전계강도를 구하는 것을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 명세서에 개시하는 센서장치에 따르면, 치수가 작고, 또한 작은 전계강도를 측정 가능하다.
또한, 상술한 본 명세서에 개시하는 외부전계를 측정하는 방법에 따르면, 치수가 작은 센서장치를 이용하여, 작은 전계강도를 측정 가능하다.
도 1의 (a)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제1 실시형태의 단면도이고, 도 1의 (b)는 평면도이다.
도 2의 (a)는 p형 그래핀의 채널층을 가지는 센서장치에 가해지는 외부전계의 강도와 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면이고, 도 2의 (b)는 n형 그래핀의 채널층을 가지는 센서장치에 가해지는 외부전계의 강도와 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 센서장치에 대하여 센서장치로부터 외부를 향하는 방향(음의 방향)의 외부전계가 가해지고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 양의 방향의 외부전계가 센서장치에 가해졌을 때의 드레인 전류와 시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 원자층 재료막의 원자층수와 드레인 전류의 변화량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제2 실시형태의 단면도이다.
도 7은 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제3 실시형태의 단면도이다.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제조방법의 일 실시형태의 제조공정을 나타내는 도면(그 1)이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제조방법의 일 실시형태의 제조공정을 나타내는 도면(그 2)이다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제조방법의 일 실시형태의 제조공정을 나타내는 도면(그 3)이다.
도 11은 본 명세서에 개시하는 외부전계를 측정하는 방법의 일 실시형태의 플로차트이다.
도 2의 (a)는 p형 그래핀의 채널층을 가지는 센서장치에 가해지는 외부전계의 강도와 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면이고, 도 2의 (b)는 n형 그래핀의 채널층을 가지는 센서장치에 가해지는 외부전계의 강도와 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 센서장치에 대하여 센서장치로부터 외부를 향하는 방향(음의 방향)의 외부전계가 가해지고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 양의 방향의 외부전계가 센서장치에 가해졌을 때의 드레인 전류와 시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 원자층 재료막의 원자층수와 드레인 전류의 변화량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제2 실시형태의 단면도이다.
도 7은 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제3 실시형태의 단면도이다.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제조방법의 일 실시형태의 제조공정을 나타내는 도면(그 1)이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제조방법의 일 실시형태의 제조공정을 나타내는 도면(그 2)이다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제조방법의 일 실시형태의 제조공정을 나타내는 도면(그 3)이다.
도 11은 본 명세서에 개시하는 외부전계를 측정하는 방법의 일 실시형태의 플로차트이다.
이하, 본 명세서에서 개시하는 센서장치의 바람직한 제1 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 단, 본 발명의 기술범위는 그러한 실시형태로 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등물에 이르는 것이다.
도 1의 (a)는 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제1 실시형태를 나타내고 있고, 도 1의 (b)의 X-X선 단면도이며, 도 1의 (b)는 평면도이다. 도 1의 (a)는 외부에서 센서장치를 향하는 방향(양의 방향)의 외부전계가 가해지고 있는 상태를 나타낸다.
본 실시형태의 센서장치(10)는, 외부로부터 가해진 외부전계(E1)의 강도를 측정할 수 있다. 외부전계(E1)는, 센서장치(10)의 바깥에 존재하는 발생원으로부터 발생하는 전계를 의미한다. 센서장치(10)는, 높은 감도를 가지므로, 작은 전계강도를 측정할 수 있다.
센서장치(10)는, 기판(11)과, 유전체층(12)과, 제1 원자층 재료막(13)과, 채널층(14)과, 제2 원자층 재료막(15)과, 소스 전극(16)과, 드레인 전극(17)을 가진다. 자세한 것은 후술하겠지만, 센서장치(10)는, 채널층(14)이 단층 또는 복층의 그래핀을 사용하여 형성됨으로써 높은 감도를 가지므로, 작은 외부전계(E1)를 측정할 수 있다. 본 실시형태의 센서장치(10)는, 외부전계가 인가되어 양극성의 트랜지스터로서 동작함으로써, 외부전계(E1)의 크기를 전류로써 측정할 수 있다.
기판(11)은, 센서장치(10)의 다른 구성요소를 지지하는 기계적 강도를 가진다. 기판(11)은, 제1 면(11A) 및 제2 면(11B)을 가진다. 기판(11)으로서, 예를 들어, 실리콘 기판, 실리콘 카바이드, 화합물 반도체 등의 반도체기판을 사용할 수 있다. 반도체 기판으로서, 아모퍼스, 다결정 또는 단결정의 기판을 사용할 수 있다. 기판(11)은, p형 극성을 가지고 있어도 좋고, n형 극성을 가지고 있어도 좋다. 또한, 기판은, 불순물이 첨가되어 있지 않은 진성(眞性)이어도 좋다. 한편, 유전체층(12)가 센서장치(10)의 다른 구성요소를 지지하는 기계적 강도를 가지는 경우에는, 센서장치(10)는, 기판(11)을 가지고 있지 않아도 좋다.
유전체층(12)은, 전기절연성을 가지고, 기판(11)의 제1 면(11A) 상에 배치된다. 유전체층(12)은, 기판(11)과 제1 원자층 재료막(13)을 전기적으로 절연한다.
유전체층(12)으로서, 인산화규소, 산화알루미늄 또는 질화규소 등의 유전체를 이용할 수 있다. 기판(11)이 실리콘 기판일 경우, 유전체층(12)으로서, 이산화실리콘을 이용하는 것이, 센서장치(10)를 제조하는 관점에서 바람직하다.
제1 원자층 재료막(13)은, 유전체층(12) 상에 배치된다. 제1 원자층 재료막(13)은, 단원자층을 형성 가능한 재료에 의하여 형성된다. 제1 원자층 재료막(13)은, 이러한 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가진다. 이러한 재료로서, 예를 들어, 육방정계의 질화붕소, 육방정계의 이황화몰리브덴 또는 육방정계의 이황화텅스텐을 들 수 있다.
제1 원자층 재료막(13)은, 채널층(14)을 형성하는 그래핀과의 격자 부정합도가, 바람직하게는 10% 이하이고, 특히 5% 이하인 것이 바람직하다. 격자 부정합도는, 제1 원자층 재료막(13)의 격자정수와 그래핀의 격자정수의 일치도가 최대가 되도록, 제1 원자층 재료막(13)이 채널층(14) 상에 배치되었을 때의, 제1 원자층 재료막(13)의 격자정수와 그래핀의 격자정수와의 차의 절대값을, 그래핀의 격자정수로 나눈 몫을 백분율로 나타내는 값이다. 예를 들어, 제1 원자층 재료막(13)이 질화붕소로 형성되는 경우, 그래핀 및 질화붕소의 각각의 단원자층의 단위격자는, 2차원 평면 내로 연장되는 a축 및 b축과, a축 및 b축에 대하여 직교하는 c축을 가진다. 그래핀 및 질화붕소의 각각의 c축을 일치시켜서 a축 및 c축을 회전시키고, 그래핀 및 질화붕소의 각각의 단원자층의 격자정수와의 일치도가 최대가 되도록, 제1 원자층 재료막(13)이 채널층(14) 상에 배치된 경우, 제1 원자층 재료막(13)이 질화붕소로 형성되는 경우의 격자 부정합도는 1.71%이다. 또한, 제1 원자층 재료막(13)이 이황화몰리브덴으로 형성되는 경우의 격자 부정합도는 3.01%이고, 제1 원자층 재료막(13)이 이황화텅스텐으로 형성되는 경우의 격자 부정합도는 3.26%이다.
이산화규소 등에 의하여 형성되는 유전체층(12)의 표면은, 통상 평탄하지 않고 요철이 있다. 또한, 유전체층(12)의 표면에는, 불순물이 존재하는 경우가 있다. 채널층(14)이 유전체층(12)의 표면 상에 직접 배치된 경우, 유전체층(12)의 표면 상태의 영향을 받아, 채널층(14)을 형성하는 그래핀의 2차원 주기구조에 변형이 발생하고, 또한 불순물에 의한 전기적인 영향을 받는다. 이에 따라, 그래핀 안을 이동하는 캐리어가 변형 또는 불순물에 의하여 산란되므로, 캐리어의 이동도가 저하된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 유전체층(12)의 표면에 제1 원자층 재료막(13)을 배치하고, 이 제1 원자층 재료막(13) 상에 채널층(14)이 배치됨으로써, 그래핀 내의 캐리어의 이동도가, 유전체층(12)의 영향을 받아 저하되는 것이 억제된다.
여기에서, 제1 원자층 재료막(13)은, 채널층(14)을 형성하는 그래핀과의 격자 부정합도가 작으므로, 채널층(14)이 제1 원자층 재료막(13) 상에 직접 배치되어도, 채널층(14)을 형성하는 그래핀의 2차원 주기구조에 변형이 발생하는 것은 억제된다.
제1 원자층 재료막(13)의 두께는, 1~120원자층의 범위에 있는 것이 바람직하다. 제1 원자층 재료막(13)의 두께가 1원자층 이상인 것에 의하여, 그래핀 내의 캐리어의 이동도가, 유전체층(12)의 영향을 받는 것을 억제할 수 있다.
제1 원자층 재료막(13)의 두께가 두꺼워질수록, 외부전계(E1)가 센서장치(10)에 가해졌을 때에 소스 전극(16)·드레인 전극(17) 사이를 흐르는 드레인 전류의 변화량은 작아진다. 제1 원자층 재료막(13)의 두께는, 측정되는 외부전계(E1)의 레인지에 따라서 결정되는 것이 바람직하다. 외부전계(E1)의 크기에 대하여, 제1 원자층 재료막(13)의 두께가 너무 두꺼우면, 작은 외부전계(E1)를 정확하게 측정할 수 없을 우려가 있다. 자세한 것은 후술하겠지만, 제1 원자층 재료막(13)의 두께가 120원자층까지라면, 외부전계(E1)의 크기가 약 17kV/m까지 측정 가능하다. 뇌운 바로 아래의 지표 부근의 전계강도는, 통상 수kV/m~10kV/m이므로, 통상의 뇌운에 의한 외부전계강도를 정확하게 측정하는 관점에서는, 제1 원자층 재료막(13)의 두께는, 1~40원자층의 범위에 있는 것이, 드레인 전류의 큰 변화를 얻는 데에 바람직하다.
채널층(14)은, 채널영역(141)을 가지고, 그래핀의 하나 또는 복수의 원자층을 가진다. 채널층(14)의 채널영역(141)은, 적어도 제1 원자층 재료막(13) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 채널층(14) 전체가, 제1 원자층 재료막(13) 상에 배치된다. 채널층(14)은, p형 극성을 가지고 있어도 좋고, n형 극성을 가지고 있어도 좋다. 또한, 채널층(14)은, 불순물이 첨가되어 있지 않은 진성이어도 좋다.
센서장치(10)의 감도(게인, G)가 높을수록, 측정 가능한 전계강도의 하한값이 증대된다. 센서장치(10)에서는, 그래핀의 하나 또는 복수의 원자층을 이용하여 채널층(14)이 형성되므로, 높은 감도를 가진다.
다음으로, 센서장치(10)의 감도를 향상시키는 관점에서, 채널층(14)은, 그래핀의 하나 또는 복수의 원자층을 이용하여 형성된다. 그래핀은 높은 캐리어의 이동도를 가진다. 그래핀의 단원자층은, 2×105(cm2∨-1S-1)의 캐리어 이동도를 가진다. 이러한 캐리어 이동도는, 결정성의 실리콘 기판에 있어서의 전자의 이동도의 1.4×103(cm2∨-1S-1)에 대하여, 2자릿수 이상 높은 값이다. 높은 캐리어 이동도를 얻는 관점에서, 채널층(14)은, 그래핀의 1~10의 원자층, 특히 1~4의 원자층을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 채널층(14)은, 그래핀의 단원자층을 이용하여 형성됨으로써 가장 높은 캐리어 이동도가 얻어진다.
채널층(14)에 있어서의 캐리어의 이동도는, 두께가 1nm 증가할 때마다, 20% 이상 저하된다. 채널층(14)은, 그래핀의 원자층이 13층을 초과하면 이동도는 완만하게 저하되어 가는데, 10층 정도까지는 비교적 높은 이동도를 나타낸다.
제2 원자층 재료막(15)은, 전기절연성을 가지고, 채널층(14) 상에 배치된다. 제2 원자층 재료막(15)은, 채널층(14)을 보호한다. 제2 원자층 재료막(15)은, 제1 면(15A) 및 제2 면(15B)을 가지고, 제1 면(15A)은 채널층(14) 상에 배치되며, 제2 면(15B)은 외부에 노출되어 있다. 외부전계(E1)는, 이러한 제2 면(15B)을 통과하여, 센서장치(10)의 내부로 침입한다.
제2 원자층 재료막(15)의 제2 면(15B)은, 입출력영역(15C)을 형성한다. 적어도, 제2 면(15B)에 있어서의 채널영역(141)과 대향하는 부분은 외부에 노출되어 있다. 이에 따라, 외부전계(E1)는, 입출력영역(15C)을 통하여, 센서장치(10)에 입력할 수 있다. 또한, 외부전계(E1)는, 입출력영역(15C)을 통하여, 센서장치(10)로부터 출력할 수 있다.
제2 원자층 재료막(15)은, 단원자층을 형성 가능한 재료에 의하여 형성된다. 제2 원자층 재료막(15)은, 이러한 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가진다. 이러한 재료로서, 예를 들어, 육방정계의 질화붕소, 이황화몰리브덴 또는 이황화텅스텐을 들 수 있다. 제2 원자층 재료막(15)은, 채널층(14)을 형성하는 그래핀과의 격자 부정합도가 바람직하게는 10% 이하이고, 특히 5% 이하인 것이 바람직하다. 제2 원자층 재료막(15)의 격자 부정합도의 설명에 대하여, 상술한 제1 원자층 재료막(13)에 있어서의 설명이 적절히 적용된다.
제2 원자층 재료막(15)은 채널층(14) 상에 직접 배치되는데, 제2 원자층 재료막(15)의 형성재료와, 채널층(14)을 형성하는 그래핀과의 격자 부정합도가 크면, 채널층(14)을 형성하는 그래핀의 2차원 주기구조에 변형이 발생한다. 이에 따라, 그래핀 안을 이동하는 캐리어가 산란되어, 캐리어의 이동도가 저하된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 채널층(14) 상에, 채널층(14)을 형성하는 그래핀과의 격자 부정합도가 작은 제2 원자층 재료막(15)이 배치됨으로써, 그래핀 내의 캐리어의 이동도가, 제2 원자층 재료막(15)의 영향을 받아 저하되는 것이 억제된다.
제2 원자층 재료막(15)의 두께는, 1~100원자층의 범위에 있는 것이 바람직하다. 제2 원자층 재료막(15)의 두께가 1원자층 이상인 것에 의하여, 채널층(14)을 물리적으로 보호할 수 있다. 센서장치(10)의 제조시에 있어서, 레지스트 또는 물 등이 채널층(14)에 도핑되는 것을 방지하는 관점에서, 제2 원자층 재료막(15)의 두께는, 60~90원자층의 범위에 있는 것이 특히 바람직하다. 외부전계(E1)가 채널층(14)에 대하여 작용하는 것에 대한 자세한 내용은 후술한다.
소스 전극(16) 및 드레인 전극(17)은, 채널층(14)의 채널영역(141)을 사이에 끼우고 대향하도록 채널층(14) 상에 배치된다. 한 쌍의 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17)의 각각은, 적어도 일부가 채널층(14) 상에 배치되어 있으면 좋다. 본 실시형태에서는, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17)의 전체가, 채널층(14) 상에 배치된다.
센서장치(10)는, 양극성(ambipolar)의 트랜지스터로서 동작한다. 센서장치(10)는, 외부전계(E1)(게이트전압)가 채널영역(141)에 인가됨으로써, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17) 사이에 흐르는 드레인 전류가 증가한다.
도 2의 (a)는 p형 그래핀의 채널층을 가지는 센서장치에 가해지는 외부전계의 강도와 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면이다. 도 2의 (b)는 n형 그래핀 채널층을 가지는 센서장치에 가해지는 외부전계의 강도와 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 채널층(14)이 p형 그래핀을 이용하여 형성되는 경우, 양의 방향의 외부전계(E)의 크기의 증가와 함께, 드레인 전류(ID)는 저감된다. 양극성의 트랜지스터는, 외부전계(E)가 인가되어 있지 않은 상태(게이트전압이 제로)여도, 통상적으로 드레인 전류가 흐른다. 한편, 채널층(14)이 p형 그래핀을 이용하여 형성되는 경우, 음의 방향의 외부전계(E)의 크기의 증가와 함께, 드레인 전류(ID)가 증가한다. 여기에서, 음의 방향의 외부전계(E)의 전기력선은, 기판(11)에서 제2 원자층 재료막(15)을 향하는 방향으로 연장된다. 또한, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 채널층(14)이 n형 그래핀을 이용하여 형성되는 경우, 양의 방향의 외부전계(E)의 크기의 증가와 함께, 드레인 전류(ID)는 증가한다. 한편, 채널층(14)이 n형 그래핀을 이용하여 형성되는 경우, 음의 방향의 외부전계(E1)의 크기의 증가와 함께, 드레인 전류(ID)는 저감된다.
다음으로, 외부전계(E1)가 가해진 센서장치(10)가, 외부전계(E1)의 크기를 드레인 전류값의 변화로써 측정하는 동작을, 도 1의 (a) 및 도 3을 참조하면서, 이하에 설명한다.
도 1의 (a)에서는, 센서장치(10)에 대하여, 외부에서 센서장치(10)를 향하는 방향(양의 방향)의 외부전계(E1)가 가해지고 있다. 양의 방향의 외부전계(E1)의 전기력선은, 제2 원자층 재료막(15)에서 기판(11)을 향하는 방향으로 연장된다.
외부전계(E1)는, 입출력영역(15C)에서 센서장치(10)로 들어가, 기판(11)의 제2 면(11B)에서 외부로 나간다. 센서장치(10)는, 구성요소의 하나인 제2 원자층 재료막(15)의 제2 면(15B)을, 외부전계(E1)의 입출력영역(15C)으로서 이용하므로, 작은 치수로, 외부전계(E1)를 측정할 수 있다.
센서장치(10)에 가해진 외부전계(E1)에 의하여, 채널층(14) 내의 전자가 터널효과에 의하여 제1 원자층 재료막(13)을 투과하여, 유전체층(12)으로 이동한다. 외부전계(E1)에 의하여 제1 원자층 재료막(13)을 투과하는 전자의 수는, 외부전계(E1)의 크기에 의존한다. 따라서, 제1 원자층 재료막(13)의 두께는 얇은 것이 바람직하다.
채널층(14)의 채널영역(141)의 면적이 클수록, 유전체층(12)으로 이동하는 전자의 수가 증가한다.
또한, 입출력영역(15C)의 면적이 클수록, 유전체층(12)으로 이동하는 전자의 수가 증가한다.
유전체층(12)으로 이동한 전자는, 유전체층(12)에 있어서의 제1 원자층 재료막(13)과의 전계의 결함에 트랩된다. 계면에 트랩된 전자는, 센서장치(10) 내에 내부전계(E2)를 생성한다. 이러한 내부전계(E2)가 채널층(14)에 작용함으로써, 채널층(14)의 페르미 준위가 변화한다. 채널층(14)의 페르미 준위가 변화하므로, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17) 사이의 채널영역(141)에 흐르는 드레인 전류의 크기가 변화한다. 채널층(14)이 p형 그래핀에 의하여 형성되는 경우, 페르미 준위는 상승한다. 한편, 채널층(14)이 n형 그래핀에 의하여 형성되는 경우, 페르미 준위는 하강한다. 페르미 준위가 상승하면 드레인 전류는 저감되고, 페르미 준위가 하강하면 드레인 전류는 증가한다. 외부전계(E1)가 센서장치(10)에 가해지고 있지 않을 때의 드레인 전류값을 기준으로 한 드레인 전류값의 변화의 크기에 근거하여, 외부전계(E1)의 크기를 측정할 수 있다. 유전체층(12)과 제1 원자층 재료막(13)과의 계면의 결함에 트랩되는 캐리어의 수가 많을수록, 센서장치(10)의 이득은 증가한다.
도 3은 센서장치(10)에 대하여, 센서장치(10)에서 외부를 향하는 방향(음의 방향)의 외부전계(E1)가 가해지고 있다. 음의 방향의 외부전계(E1)의 전기력선은, 기판(11)에서 제2 원자층 재료막(15)을 향하는 방향으로 연장된다.
외부전계(E1)는, 기판(11)의 제2 면(11B)에서 센서장치(10)로 들어가, 입출력영역(15C)에서 외부로 나간다.
센서장치(10)에 가해진 외부전계(E1)에 의하여, 채널층(14) 내의 홀이 터널효과에 의하여 제1 원자층 재료막(13)을 투과하여, 유전체층(12)으로 이동한다. 외부전계(E1)에 의하여 제1 원자층 재료막(13)을 투과하는 홀의 수는, 외부전계(E1)의 크기에 의존한다.
유전체층(12)으로 이동한 홀은, 유전체층(12)과 제1 원자층 재료막(13)과의 계면의 결함에 트랩된다. 계면에 트랩된 홀은, 센서장치(10) 내에 내부전계(E2)를 생성한다. 내부전계(E2)가 채널층(14)에 작용함으로써, 채널층(14)의 페르미 준위가 변화한다. 채널층(14)의 페르미 준위가 변화하므로, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17) 사이에 흐르는 드레인 전류의 크기가 변화한다. 외부전계(E1)가 센서장치(10)에 가해지고 있지 않을 때의 드레인 전류값을 기준으로 한 드레인 전류값의 변화의 크기에 근거하여, 외부전계(E1)의 크기를 측정할 수 있다.
센서장치(10)에 요구되는 성능으로서, 상술한 감도가 높은 것과 함께, 측정 레인지가 넓은 것이 있다. 센서장치(10)의 측정 레인지가 넓을수록, 측정 가능한 전계강도의 범위가 넓어진다.
외부전계가 가해졌을 때에 유전체층(12)과 제1 원자층 재료막(13)과의 계면에 유기되는 최대의 캐리어수는, 제1 원자층 재료막(13)의 두께가 얇을수록 많아진다. 유전체층(12)의 계면의 결함에 트랩되는 캐리어의 수는, 외부전계(E1)의 크기가 증대되는 동시에 증대하여 이윽고 포화된다. 외부전계가 가해지고 있지 않을 때의 유전체층(12)의 계면의 캐리어의 수와, 포화되었을 때의 계면의 결함에 트랩된 캐리어의 수의 차가, 센서장치(10)의 측정 레인지에 대응한다.
다음으로, 센서장치(10)를 이용하여 외부전계(E1)가 측정된 측정예를 이하에 설명한다.
도 4는 양의 방향의 외부전계(E1)가 센서장치(10)에 가해졌을 때의 드레인 전류와 시간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4의 세로축은 드레인 전류를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 4에 나타내는 관계는, 3cm의 간극을 둔 평행한 평판이 센서장치(10)를 사이에 끼우고 배치되고, 평행한 평판 사이에 500V가 인가되어 측정되었다(외부전계의 크기는 약 16667V/m). 제1 원자층 재료막(13)은, 육방정계의 질화붕소를 이용하여 형성되었다. 소스 전극(16)과 드레인 전극(17) 사이에는 100mV가 인가되었다. 양의 방향의 외부전계(E1)가 센서장치(10)에 가해지고 있을 때의 드레인 전류값은, 외부전계(E1)가 센서장치(10)에 가해지고 있지 않을 때보다 낮다.
도 5는 제1 원자층 재료막(13)의 원자층수와 드레인 전류의 변화량의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5는, 도 4에 나타내는 측정에 있어서 제1 원자층 재료막(13)의 원자층수를 변화시키고, 드레인 전류의 변화량을 측정한 결과를 나타낸다. 드레인 전류의 변화량은, 제1 원자층 재료막(13)의 원자층수의 증가와 함께 지수함수적으로 감소한다. 센서장치(10)를 이용하여, 드레인 전류의 변화량을 측정하는 관점에서, 제1 원자층 재료막(13)의 원자층수의 상한값은 120층이 된다. 또한, 센서장치(10)를 이용하여, 드레인 전류의 변화량을 정확하게 측정하는 관점에서는, 드레인 전류의 변화량의 하한값은 1.5μA 정도로 생각된다. 이 경우, 제1 원자층 재료막(13)의 원자층수의 상한값은 40층이 된다. 전계강도를 정확하게 측정하고자 하는 경우에는, 제1 원자층 재료막(13)의 원자층은 1~40층으로 하고, 넓은 측정 레인지의 전계강도를 측정하고자 하는 경우에는, 제1 원자층 재료막(13)의 원자층은 1~120층으로 하는 것이 바람직하다.
상술한 본 실시형태의 센서장치(10)에 따르면, 치수가 작고, 또한 작은 전계강도를 측정할 수 있다. 또한, 센서장치는, 제1 원자층 재료막(13)의 원자층수를 변경함으로써, 전계강도를 정확하게 측정하는 것, 및 넓은 측정 레인지의 전계강도를 측정하는 것에도 대응 가능하다.
또한, 센서장치(10)는, 종래의 기계식 센서장치와 비교하여, 이하의 장점을 가진다. 기계식 센서장치는, 치수가 약 10cm이고, 무게가 수kg이므로, 그 설치장소에 제약이 있었다. 한편, 센서장치(10)의 치수는, 계측기능을 가지도록 모듈화를 하여도 고작 수cm이고 무게도 고작 수g이므로, 센서장치(10)는, 설치장소의 제약이 대폭 완화된다. 또한, 기계식 센서장치는, 구동부를 가지므로, 고장 날 가능성이 있고, 또한 보수가 필요하였다. 한편, 센서장치(10)는, 반도체 센서로, 고장 날 가능성은 크게 저감된다. 더욱이, 기계식 센서장치는, 소비전력이 크고 AC전원 등의 급전장치가 필요하다. 한편, 센서장치(10)는, 소비전력이 작으므로, 전지 등의 간이한 급전장치로 구동할 수 있다.
다음으로, 상술한 센서장치의 다른 실시형태를, 도 6 및 도 7을 참조하면서 이하에 설명한다. 다른 실시형태에 대하여 특별히 설명하지 않는 점에 대하여는, 상술한 제1 실시형태에 관하여 상술한 설명이 적절히 적용된다. 또한, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 6은, 본 명세서에 개시하는 센서장치(10A)의 제2 실시형태의 단면도이다. 본 실시형태의 센서장치(10A)에 있어서의 제2 원자층 재료막(15)의 제2 면(15B) 상에는, 제2 유전체층(18)이 배치된다. 제2 유전체층(18)은, 전기절연성을 가지고, 제2 원자층 재료막(15)을 보호하는 기능을 가진다.
제2 유전체층(18)으로서, 채널층(13)을 보호하는 관점에서, 이산화규소, 산화알루미늄 또는 질화규소 등의 유전체를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 유전체층(18)으로서, 유전율이 높은 재료를 이용함으로써, 외부전계를 증폭하여 채널층(14)에 작용시킬 수 있다. 외부전계를 증폭 가능한 재료로서, 예를 들어, 이산화규소, 질화규소, 이산화지르코늄, 이산화하프늄을 이용할 수 있다.
제2 유전체층(18)은, 제2 원자층 재료막(15)보다 높은 유전율을 가지는 것이, 외부전계를 증폭하는 관점에서 바람직하다. 제2 유전체층(18)에 축적되는 전하량(Q)은 Q=εrSE로 나타난다. 여기에서, εr은 제2 유전체층(18)의 비유전율이고, S는 제2 유전체층(18)의 면적이며, E는 외부전계의 전계강도이다.
제2 원자층 재료막(15)보다 높은 유전율을 가지는 제2 유전체층(18)이, 제2 원자층 재료막(15) 상에 배치됨으로써, 외부전계를 증폭하여 채널층(14)에 작용시킬 수 있다.
제2 원자층 재료막(15)의 형성재료의 질화붕소의 비유전율은 3.4이다. 외부전계를 증폭하는 관점에서, 제2 유전체층(18)의 형성재료로서, 질화규소(비유전율 8.5), 이산화지르코늄(비유전율 32), 산화하프늄(비유전율 16~19)을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
제2 유전체층(18)은, 제1 면(18A)과 제2 면(18B)을 가지고, 제1 면(18A)은, 제2 원자층 재료막(15) 상에 배치된다. 제2 면(18B)은, 제2 유전체층(18)에 있어서의 제2 원자층 재료막(15)과는 반대측 면이다. 적어도, 제2 면(18B)에 있어서의 채널영역(141)과 대향하는 부분은, 외부에 노출되어 있다. 제2 면(18B)은, 외부전계가 입출력되는 입출력영역(18C)을 형성한다. 이에 따라, 외부전계는, 입출력영역(18C)을 통하여, 센서장치(10A)에 입력할 수 있다. 또한, 외부전계는, 입출력영역(18C)을 통하여, 센서장치(10A)로부터 출력할 수 있다.
상술한 본 실시형태의 센서장치에 따르면, 제2 유전체층(18)에 의하여 외부전계를 증폭함으로써, 외부전계의 측정감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태의 센서장치에 따르면, 제1 실시형태와 같은 효과가 얻어진다.
도 7은 본 명세서에 개시하는 센서장치의 제3 실시형태의 단면도이다. 본 실시형태의 센서장치(10B)는, 이른바 보텀게이트형의 트랜지스터이다.
본 실시형태의 센서장치(10B)는, 기판(11)의 제2 면(11B) 상에 게이트 절연층(19)이 배치되고, 게이트 절연층(19) 아래에 게이트 전극(20)이 배치된다. 게이트 전극(20)은, 기판(11)의 제2 면(11B) 상에 있어서, 채널영역(141)과 대응하는 영역을 덮도록 배치된다.
게이트 절연층(19)으로서, 이산화규소, 산화알루미늄 또는 질화규소 등의 유전체를 이용할 수 있다.
게이트 전극(20)은, 도전성을 가지는 재료를 이용하여 형성된다. 게이트 전극(20)은, 예를 들어, 크롬과 금의 적층구조로 할 수 있다.
센서장치(10B)는, 게이트 전극(20)에 대하여, 소정의 전압을 인가시킨 상태로, 외부전계의 측정이 이루어진다. 게이트 전극(20)에 대한 게이트 전압의 인가에 의하여, 드레인 전류는, 인가 전보다 증가한다. 센서장치(10B)는, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 외부전계가 센서장치(10B)에 가해지고 있지 않을 때의 드레인 전류값을 기준으로 한 드레인 전류값의 변화의 크기에 근거하여, 외부전계의 크기를 측정할 수 있다.
상술한 본 실시형태의 센서장치에 따르면, 제1 실시형태와 같은 효과가 얻어진다.
다음으로, 상술한 제1 실시형태의 센서장치의 제조방법의 바람직한 일 실시형태를, 도 8 내지 도 10을 참조하면서, 이하에 설명한다.
우선, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 면(11A) 및 제2 면(11B)을 가지는 기판(11)이 준비된다. 기판(11)으로서, 예를 들어, 실리콘 기판, 실리콘 카바이드, 화합물 반도체 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 기판(11)의 제1 면(11A) 상에 유전체층(12)이 형성된다. 기판(11)으로서, 실리콘 기판이 사용되는 경우, 유전체층(12)으로서, 예를 들어, 이산화규소층이 형성된다. 이러한 이산화규소층은, 열산화법 또는 CVD법을 이용하여 형성된다. 유전체층(12)으로서, 열산화법을 이용하여 이산화규소층이 형성되는 경우, 이산화규소층과 실리콘의 계면이, 새로운 제1 면(11A)이 된다.
다음으로, 도 8의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제1 원자층 재료막(13)이, 유전체층(12) 상에 배치된다. 제1 원자층 재료막(13)은, 예를 들어, 박리법 또는 CVD법을 이용하여 형성되고, 유전체층(12) 상에 전사된다. 제1 원자층 재료막(13)의 두께는, 1~120원자층의 범위인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 채널층(14)이, 제1 원자층 재료막(13) 상에 형성된다. 채널층(14)은, 예를 들어, 박리법 또는 CVD법을 이용하여 형성되고, 제1 원자층 재료막(13) 상에 전사된다. 채널층(14)의 두께 및 품질은, 예를 들어 라만 분광법을 이용하여 측정된다. 예를 들어, 채널층(14)을 형성하는 그래핀의 결함의 유무는 1350cm-1의 D피크강도에 의하여 측정되고, 그래핀의 원자층의 수는, 1580cm-1의 G피크강도 또는 2608cm-1의 2D피크 형상에 의하여 측정된다. 특히, 채널층(14)은, 박리법을 이용하여 형성되는 것이, 결함이 적은 양질의 그래핀을 얻는 관점에서 바람직하다. 또한, 단원자층의 채널층(14)을 형성하는 것이, 캐리어 이동도가 높은 그래핀을 얻는 관점에서 바람직하다. 그래핀에 불순물을 첨가함으로써, 채널층(14)에 극성을 주어도 좋다.
다음으로, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 리소그래피법 및 에칭법을 이용하여, 채널층(14) 상에 마스크(미도시)가 형성되고, 마스크가 형성된 채널층(14) 상에 도전체층이 형성된 후 리프트오프법을 이용하여 도전체층(미도시)이 패터닝되어, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17)이 채널층(14) 상에 형성된다. 리소그래피법으로서, 예를 들어, 전자선 리소그래피를 이용할 수 있다. 에칭법으로서, 예를 들어, 산소플라즈마의 드라이에칭을 이용할 수 있다. 도전체층은, 예를 들어, 전자선 증착법을 이용하여, 크롬과 금의 적층체로서 형성할 수 있다. 크롬의 두께를 5nm로 하고, 금의 두께를 80nm로 할 수 있다.
다음으로, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제2 원자층 재료막(15)이, 채널층(14), 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17) 상에 형성된다. 제2 원자층 재료막(15)의 두께는, 1~300원자층의 범위인 것이 바람직하다. 제2 원자층 재료막(15)은, 예를 들어, 박리법 또는 CVD법을 이용하여, 채널층(14), 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17) 상에 형성된다. 제2 원자층 재료막(15)을 형성하는 것에 대하여, 상술한 제1 원자층 재료막(13)의 설명이 적절히 적용된다.
다음으로, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 리소그래피법 및 에칭법을 이용하여, 제2 원자층 재료막(15)이 패터닝되어, 도 1에 나타내는 제1 실시형태의 센서장치(10)가 얻어진다. 또한, 제2 원자층 재료막(15)은, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 리소그래피법으로서, 예를 들어, 전자선 리소그래피를 이용할 수 있다. 에칭법으로서, 예를 들어, 산소플라즈마의 드라이에칭을 이용할 수 있다.
또한, 상술한 도 10의 (b)의 공정 후에, 제2 원자층 재료막(15)의 제2 면(15B) 상에 제2 유전체층(18)이 형성됨으로써, 도 6에 나타내는 제2 실시형태의 센서장치(10A)가 얻어진다.
더욱이, 상술한 도 10의 (b)의 공정 후에, 기판(11)의 제2 면(11B) 상에 게이트 절연층(19)이 형성되고, 이 게이트 절연층(19) 상에 게이트 전극(20)이 형성됨으로써, 도 7에 나타내는 제2 실시형태의 센서장치(10B)가 얻어진다.
다음으로, 상술한 제1 실시형태의 센서장치(10)를 이용하여, 외부전계를 측정하는 방법을, 도 11을 참조하면서, 이하에 설명한다. 도 11은, 본 명세서에 개시하는 외부전계를 측정하는 방법의 일 실시형태의 플로차트이다.
우선, 복수의 상이한 전계강도의 외부전계가 인가된 각각의 상태에서, 소스 전극(16)과 드레인 전극(17) 사이에 흐르는 드레인 전류값을 측정한다(스텝 S101). 이에 따라, 드레인 전류값과, 외부전계의 전계강도와의 관계(전류전계강도의 관계)가 얻어진다.
다음으로, 센서장치(10)에 대하여 측정대상의 외부전계가 가해졌을 때의 소스 전극(16)과 드레인 전극(17) 사이를 흐르는 드레인 전류값(측정 드레인 전류값)을 측정한다. 외부전계를 측정할 때, 센서장치(10)에는, 기판(11)으로는 전압이 인가되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 센서장치(10)는, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(17) 이외의 전극을 가지고 있지 않으므로, 외부전계를 측정할 때, 센서장치(10)에 대하여 게이트전압이 인가되는 일도 없다.
다음으로, 측정 드레인 전류값에 근거하여 외부전계의 전계강도를 구한다(스텝 S102). 측정대상의 외부전계는, 입출력영역(15C)을 통하여 센서장치(10)에 입력되거나, 입출력영역(15C)을 통하여 센서장치(10)로부터 출력된다. 전류전계강도의 관계를 참조하여, 측정 드레인 전류값에 대응하는 전계강도를 구함으로써, 외부전계의 전계강도가 얻어진다.
한편, 전류전계강도의 관계가 사전에 취득되어 있는 경우에는, 스텝 S101의 처리는 생략된다.
상술한 본 실시형태의 외부전계를 측정하는 방법에 따르면, 치수가 작은 센서장치(10)를 이용하여, 작은 전계강도를 측정할 수 있다.
상술한 제2 실시형태의 센서장치(10A)를 이용하여도, 마찬가지로 외부전계를 측정할 수 있다. 측정대상의 외부전계는, 입출력영역(18C)을 통하여 센서장치(10A)에 입력되거나, 또는 입출력영역(18C)을 통하여 센서장치(10A)로부터 출력된다. 또한, 상술한 제3 실시형태의 센서장치(10B)를 이용하여도, 마찬가지로 외부전계를 측정할 수 있다. 측정대상의 외부전계는, 입출력영역(15C)을 통하여 센서장치(10B)에 입력되거나, 또는 입출력영역(15C)을 통하여 센서장치(10B)로부터 출력된다.
본 발명에서는, 상술한 실시형태의 전계강도를 측정 가능한 센서장치 및 외부전계를 측정하는 방법은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 적절히 변경할 수 있다. 또한, 하나의 실시형태가 가지는 구성요건은, 다른 실시형태에도 적절히 적용 가능하다.
10: 센서장치
11: 기판
11A: 제1 면
11B: 제2 면
12: 유전체층(제1 유전체층)
13: 제1 원자층 재료막
14: 채널층
141: 채널영역
15: 제2 원자층 재료막
15A: 제1 면
15B: 제2 면
16: 소스 전극(제1 전극)
17: 드레인 전극(제2 전극)
18: 제2 유전체층
19: 게이트절연층
20: 게이트전극(제3 전극)
11: 기판
11A: 제1 면
11B: 제2 면
12: 유전체층(제1 유전체층)
13: 제1 원자층 재료막
14: 채널층
141: 채널영역
15: 제2 원자층 재료막
15A: 제1 면
15B: 제2 면
16: 소스 전극(제1 전극)
17: 드레인 전극(제2 전극)
18: 제2 유전체층
19: 게이트절연층
20: 게이트전극(제3 전극)
Claims (7)
- 외부전계의 전계강도를 측정 가능한 센서장치로서,
제1 유전체층과,
상기 제1 유전체층 상에 배치되고, 제1 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 제1 원자층 재료막과,
상기 제1 원자층 재료막 상에 배치되고, 채널영역을 가지며, 그래핀의 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 채널층과,
상기 채널층 상에 배치되고, 제2 재료에 의하여 형성되는 하나 또는 복수의 원자층을 가지는 제2 원자층 재료막과,
상기 채널영역을 사이에 끼우고 대향하도록 상기 채널층 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고,
상기 제2 원자층 재료막은, 제1 면 및 제2 면을 가지며, 상기 제1 면은 상기 채널층 상에 배치되고, 상기 제2 면에 있어서의 상기 채널영역과 대향하는 부분은 외부에 노출되어 있거나, 또는 상기 제2 면 상에 제2 유전체층이 배치되며, 또한 상기 제2 유전체층에 있어서의 상기 제2 원자층 재료막과는 반대측 면에 있어서의 상기 채널영역과 대향하는 부분은 외부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 센서장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 원자층 재료막은, 상기 제1 재료에 의하여 형성되는 1~120의 원자층을 가지는 센서장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제2 원자층 재료막은, 상기 제2 재료에 의하여 형성되는 1~100의 원자층을 가지는 센서장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 재료 또는 상기 제2 재료는, 육방정계의 질화붕소, 이황화몰리브덴 또는 이황화텅스텐인 센서장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 채널층은, 그래핀의 1층~10층을 가지는 센서장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 센서장치를 이용하여, 외부전계를 측정하는 방법으로서,
상기 센서장치에 대하여 외부전계가 가해진 상태로, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 흐르는 전류값을 측정하는 것과,
상기 전류값에 근거하여, 외부전계의 전계강도를 구하는 것을 가지는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제2 원자층 재료막의 상기 제2 면 또는 상기 제2 유전체층에 있어서의 상기 제2 원자층 재료막과는 반대측 면으로부터 입력되거나, 또는 상기 제2 원자층 재료막의 상기 제2 면 또는 상기 제2 유전체층에 있어서의 상기 제2 원자층 재료막과는 반대측 면으로부터 출력되는 외부전계의 전계강도를 측정하는 방법.
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| 비특허문헌 1: WANG et al., High-performance graphene-based electrostatic field sensor, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL38,No.8, AUGUST 2017 |
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