분산된 단일벽 탄소나노튜브 네트워크를 이용한 소자제작 및 특성 연구

Abstract

단일벽 탄소나노튜로 제작한 Field Effect Transistor(FET) 소자는 현재 쓰이고 있는 Metal-Oxide-Semiconductor FET(MOSFT)소자와 유사한 동작형태를 보여줌으로써 미래에 사용될 소자로 주목받고 있다. 이런 탄소나노튜브는 흑연의 한 층인 그래핀(GRAPHENE)을 말아놓은 구조로, 금속성 준금속성, 반도체성 탄소나노튜브로 나뉜다. 현재의 탄소나노튜브의 전자소자 응용기술에 있어 근본적인 장벽은 반도체성 나노튜브와 금속성 나노튜브가 혼재되어 합성 된다는데 있다. 현재의 기술은 분리기술 분야에서 부분적인 성공을 보여주고는있으나 완벽한 정제기술과는 아직도 거리가 있다. 현재 분리성장기술의 한계속에서도 통계적인 접근을 이용하여 개별 소자의 결함을 없애는 새로운 개념의 트랜지스터가 제안되었다. 본 연구에서는 분산도가 우수한 탄소나노튜브 분산액을 이용하여 저밀도의 네트워크를 형성한 탄소나노튜브 네트워크 소자를 직접 제작하고 이를 바탕으로 UV노광에 의한 탄소나노튜브의 전기적인 특성 변화를 알아보았다. 또한 탄소타노튜브의 물리적 특성을 이용하여 나노리소그라피 마스크로써의 가능성을 확인하였다. 탄소나노튜브 네트워크 소자의 기본적인 I-VG 특성 변화 특정을 통하여 도체특성의 소자가 UV노광 후 반도체 특성을 띄게 되는 것을 관찰 하였으며, 이를 AC-EFM, SGM측정법을 활용하여 탄소나노튜브 네트워크 소자의 부분적인 전기적 특성에 대한 연구도 병행하였다. UV노광 후 소자내의 전압 분포변화를 AC-EFM을 통해 관찰하는 과정에서 탄소나노튜브 네트워크 내에서 경로가 사라지는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 SGM을 통하여 네트워크 내에 전류 변화를 관찰하였다. 이를 통하여 탄소나노튜브의 도체성 경로에 변화가 생겼음을 유추할 수 있었지만, 그 변화의 원인을 UV노광에 따른 오존화에 의한 화학적으로 반도체성으로 변화 한 것인지 또는 탄소나노튜브가 UV의 에너지에 의하여 손상되어 끊어진 것인 지는 알 수 없었다. 탄소나노튜브 네트워크의 다양한 특성에 대한 변화를 알아내기 위한 더욱 많은 변화 관찰이 필요하다. 마지막으로 탄소나노튜브의 물리적 특성을 이용한 나노리소그라피는 RIE를 이용하여 Ar플라즈마를 발생시켜 PMMA를 포토레지스트로 사용한방법이다. 탄소나노튜브의 두께는 다발이 아닌 경우 최대2㎚로 우리는 이 두께의 PMMA패턴을 만들 수 있었다. 그 깊이는 노출 시간에 따라 최대 15nm로 제작할 수 있었다. 후속 연구를통해 잘 정열된 탄소나노튜브를 이용하여 다양한 패턴 제작방법을 추가 연구함으로써 나노리소그라피를 통한 다양한 응용이 가능할 것으로 생각 된다.