WO2012169720A1 - Graphene transistor and method for manufacturing same - Google Patents

Graphene transistor and method for manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
WO2012169720A1
WO2012169720A1 PCT/KR2012/001434 KR2012001434W WO2012169720A1 WO 2012169720 A1 WO2012169720 A1 WO 2012169720A1 KR 2012001434 W KR2012001434 W KR 2012001434W WO 2012169720 A1 WO2012169720 A1 WO 2012169720A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
graphene
layer
active layer
oxide layer
graphene oxide
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/001434
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
안성진
Original Assignee
금오공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 금오공과대학교 산학협력단 filed Critical 금오공과대학교 산학협력단
Publication of WO2012169720A1 publication Critical patent/WO2012169720A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66015Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene
    • H01L29/66037Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66045Field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L29/1606Graphene
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate

Definitions

  • the present invention relates to a graphene transistor, and more particularly, to a transistor using graphene as an active layer and an insulating film and a method of manufacturing the same.
  • the present invention is a basic research project carried out with the support of the Korea Research Foundation as a fund of the Korean government (Ministry of Education, Science and Technology) in 2011. Assignment number 2011-0014415.
  • Graphene refers to a carbon allotrope in which carbon is arranged in a honeycomb form sp 2 bonds on a two-dimensional plane. Graphene is very structurally and chemically stable and has a charge mobility about 100 times higher than that of silicon. In addition, graphene has high transparency and excellent thermal / mechanical properties. Various studies are being conducted to use the excellent properties of such graphene.
  • One object of the present invention is to provide a transistor using graphene. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a transistor that can be used as a gate insulating film by oxidizing graphene.
  • the graphene transistor includes a graphene active layer on an insulating substrate, a gate electrode on the graphene active layer, and a graphene oxide layer between the gate electrode and the graphene active layer, wherein an upper surface of the graphene oxide layer is formed of the graphene active layer. Coplanar with the top surface.
  • the graphene oxide layer may be provided in the upper portion of the graphene active layer.
  • the graphene active layer may include a channel region between the graphene oxide layer and the insulating substrate and source / drain regions provided at both sides of the channel region.
  • the thickness of the channel region may be thinner than the thickness of the source / drain regions.
  • the method may include forming a graphene active layer on an insulating substrate, oxidizing a portion of the upper portion of the graphene active layer to form a graphene oxide layer, and forming a gate electrode on the graphene oxide layer.
  • the thickness of the graphene oxide layer may be formed thinner than the thickness of the graphene active layer.
  • the forming of the graphene oxide layer may include forming a first mask layer covering the first region of the graphene active layer and oxidizing an upper portion of the second region exposed by the first mask layer. And the first mask layer may be removed.
  • the graphene oxide may be limited to the upper portion of the second region, and the lower portion of the second region may not be oxidized.
  • the method may further include forming source / drain electrodes on the second region, and the source / drain electrodes may be simultaneously formed with the gate electrode.
  • forming the graphene active layer on the insulating substrate includes forming the graphene active layer on a growth substrate, and transferring the graphene active layer onto the insulating substrate. can do.
  • the forming of the graphene active layer on the growth substrate may be performed by at least one of chemical vapor deposition, epitaxy synthesis, and exfoliation.
  • reducing the first region of the graphene oxide layer to form a graphene active layer, forming a gate electrode on the second region of the graphene oxide layer is not formed, and
  • the method may include forming source / drain electrodes on the graphene active layer.
  • the graphene active layer may be formed thinner than the thickness of the graphene oxide layer.
  • the graphene active layer may be spaced apart from the gate electrode by the second region.
  • forming the graphene active layer includes growing the graphene oxide layer on a growth substrate, reducing top and sidewalls of the graphene oxide layer, and insulating the reduced graphene oxide layer. Transferring onto a substrate, wherein the transfer process may be performed such that the top surface of the graphene oxide layer is in contact with the top surface of the insulating substrate. At least a portion of the lower portion of the graphene oxide layer in contact with the growth substrate may not be reduced.
  • an upper portion of the graphene oxide layer in contact with the second mask layer may not be reduced, and a lower portion of the graphene oxide layer in contact with the insulating substrate in a region under the second mask may be reduced.
  • a transistor capable of high-speed operation by a relatively high mobility and conductivity of the graphene active layer can be formed, and a relatively simple process by oxidizing a portion of the graphene active layer as a gate insulating film By the graphene transistor can be formed.
  • FIG. 1 is a perspective view of a graphene transistor according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 9 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to still another embodiment of the present invention.
  • a film (or layer) when it is mentioned that a film (or layer) is on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on another film (or layer) or substrate or a third film between them.
  • sizes, thicknesses, etc. of components are exaggerated for clarity.
  • the terms first, second, third, etc. are used to describe various regions, films (or layers), etc., but these regions, films are defined by these terms. It should not be. These terms are only used to distinguish any given region or film (or layer) from other regions or films (or layers).
  • the film quality referred to as the first film quality in one embodiment may be referred to as the second film quality in other embodiments.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
  • the expression 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
  • FIG. 1 is a perspective view of a graphene transistor according to embodiments of the present invention.
  • a graphene transistor 10 including a graphene layer is provided.
  • the graphene transistor 10 includes a graphene active layer 110, a gate electrode 151 on the graphene active layer 110, and a gate insulating layer 120 between the graphene active layer 110 and the gate electrode 151. ) May be included.
  • the graphene active layer 110 may be an active layer of the graphene transistor 10.
  • a graphene may refer to a stack of a few monolayer graphene (few monolayers). For example, the small number may be 6 or less. This definition applies equally to graphene oxide.
  • the graphene active layer 110 may include a source region S and a drain region D in which relatively many layers are stacked.
  • the source and drain regions S and D may have a structure in which single layer graphene is stacked in about 4 to 6 layers.
  • Graphene exhibits various electrical properties depending on the number and shape of the stacked layers.
  • the graphene layer may have an electrical property close to a metal. That is, the source and drain regions S and D may be conductive like the doped semiconductor material.
  • the graphene active layer 110 may further include a channel region C between the source region S and the drain region D.
  • the channel region C may have a structure in which a relatively small number of single layer graphene is stacked as compared with the source and drain regions S and D.
  • the channel region C may have a structure in which about 1 to 3 single layer graphenes are stacked.
  • Graphene may have a relatively close semiconductor property when the number of stacked layers is small. That is, the channel region C may be used as a channel of the graphene transistor 10 between the source and drain regions S and D, and according to the voltage applied to the gate electrode 151. And the drain regions S and D may or may not be electrically connected to each other.
  • the band gap of the channel region C may be adjusted by various methods.
  • the channel region C may be a fluorine-treated graphene layer.
  • the band gap of the channel region C may be adjusted by adsorbing water molecules under the channel region C.
  • the width of the channel region C in the x direction may be relatively smaller than that of the source and drain regions S and D, unlike shown.
  • the gate insulating layer 120 may be a graphene oxide layer. An upper surface of the gate insulating layer 120 may form a coplanar with an upper surface of the graphene active layer 110. The gate insulating layer 120 may be provided in an upper portion of the graphene active layer 110. The gate insulating layer 120 may be formed by oxidizing a portion of the upper portion of the graphene active layer 110 as described below in the manufacturing method. Accordingly, the top surface of the gate insulating layer 120 may be coplanar with the top surfaces of the source and drain regions S and D, and the gate insulating layer 120 may be provided in an upper portion of the graphene active layer 110. Can be.
  • Source and drain electrodes 141 and 142 may be provided on the source and drain regions S and D, respectively.
  • the source and drain electrodes 141 and 142 and the gate electrode 151 may be formed of the same material.
  • the source and drain electrodes 141 and 142 and the gate electrode 151 may include at least one of metal or conductive metal nitride.
  • the graphene transistor 10 may be formed on a substrate (not shown), and the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 may be covered by an insulating layer.
  • FIGS. 2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a graphene transistor according to an embodiment of the present invention.
  • the graphene active layer 110 may be formed on the insulating substrate 100.
  • the graphene active layer 110 may be formed by various methods.
  • the insulating substrate 100 may be a quartz substrate, a glass substrate, or a silicon substrate having a silicon oxide layer formed thereon.
  • the graphene active layer 110 may be formed by chemical vapor deposition (CVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • a metal catalyst layer may be deposited on a growth substrate (not shown), and a carbon source gas may be supplied to absorb or deposit carbon atoms on the metal catalyst layer. Thereafter, the graphene layer may be formed by crystallizing carbon atoms on the metal catalyst layer through a cooling process.
  • the metal catalyst layer may be formed of nickel and / or copper, and the source gas may be methane and / or hydrogen mixed gas.
  • the graphene layer formed as described above may be moved onto the insulation substrate 100 or may be formed from the metal catalyst layer by forming a metal catalyst layer on the insulation substrate 100.
  • the thickness of the graphene active layer 110 may be adjusted by adjusting the type and thickness of the metal catalyst layer, the concentration of the reaction gas, and the like.
  • the graphene active layer 110 may be formed by an epitaxy synthesis method using silicon carbide (SiC). That is, graphene may be grown by heating the silicon carbide layer at a high temperature to move carbon contained in the crystal to the surface. In another embodiment, the graphene active layer 110 may be formed by mechanical peeling or chemical peeling.
  • a mask layer may be formed on the resultant on which the graphene active layer 110 is formed.
  • the mask layer may be the first resist layer 130.
  • the first resist layer 130 may be a photoresist or an electron beam (e-beam) resist.
  • a first resist pattern 131 may be formed from the first resist layer 130 by a lithography process.
  • the lithographic process may be photolithography or electron beam lithography.
  • the first resist pattern 131 may expose a portion of the top surface of the graphene active layer 110.
  • the first resist pattern 131 may be formed in consideration of the shape of the graphene oxide layer to be described below.
  • the gate insulating layer 120 may be a graphene oxide layer.
  • the gate insulating layer 120 may be formed to be limited to an upper portion of the graphene active layer 110. For example, when the graphene active layer 110 includes about 4 to 5 mono graphene layers, about 2-3 layers of the mono graphene layers are oxidized to form a gate insulating layer 120. And the mono graphene layers below it may not be oxidized.
  • the selective oxidation of the graphene active layer 110 may be performed by various methods of dry / wet.
  • the insulating substrate 100 having the graphene active layer 110 is placed in sulfuric acid, potassium permanganate is gradually added, and the temperature is increased to 35 ° C., followed by Teflon coated. A bar magnet can be placed and stirred for about 2 hours. Thereafter, a sufficient amount of water may be added, and hydrogen peroxide may be added until no gas is generated to form the gate insulating layer 120.
  • the gate insulating layer 120 may be dried for about 12 hours or more under room temperature-vacuum.
  • the formation thickness of the gate insulating layer 120 may be controlled by adjusting the exposure time to the oxidizing liquid.
  • the gate insulating film may be formed by various known methods.
  • the shape of the gate insulating layer 120 may be variously modified according to the oxidation process.
  • the width of the gate insulating layer 120 may be wider than the lower portion as shown.
  • the first resist pattern 131 may be removed.
  • a second resist pattern 132 for forming electrodes may be formed on the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120.
  • the second resist pattern 132 may be a resist pattern for forming source / drain regions and a gate electrode to be described below.
  • the second resist pattern 132 may be formed in consideration of shapes of the gate electrode and the source / drain electrodes to be described below.
  • a gate electrode 151 may be formed on the gate insulating layer 120, and source / drain electrodes 141 and 142 may be formed on the graphene active layer 110.
  • the gate electrode 151 and the source / drain electrodes 141 and 142 may be formed using the second resist pattern 132.
  • the gate electrode 151 and the source / drain electrodes 141 may be formed by performing a life-off process.
  • 142 may be formed.
  • the gate electrode 151 and the source / drain electrodes 141 and 142 may be formed by an attaching process using a conductive adhesive layer.
  • the graphene active layer 110 under the source electrode 141 may be used as a source region S of a graphene transistor, and the graphene active layer 110 under the drain electrode 142 may be a drain region of a transistor. (D) can be used. A lower portion of the graphene active layer 110 spaced apart from the gate electrode 151 by the gate insulating layer 120 may be used as the channel region C of the graphene transistor.
  • a transistor capable of high-speed operation by a relatively high mobility and conductivity of the graphene active layer can be formed, and a relatively simple process by oxidizing a portion of the graphene active layer as a gate insulating film By the graphene transistor can be formed.
  • FIGS. 6 to 9 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to another exemplary embodiment of the present invention. For simplicity, a detailed description of the same configuration may be omitted.
  • a graphene oxide layer 115 may be formed on the growth substrate 105.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 6.
  • the graphene oxide layer 115 may be formed on the growth substrate 105 by the above-described chemical vapor deposition and oxidation process.
  • the growth substrate 105 may be a metal substrate.
  • the graphene oxide layer 115 may be formed wet. For example, graphite is added to sulfuric acid, potassium permanganate is slowly added, the temperature is increased to 35 ° C, and teflon-coated bar magnets are stirred for about 2 hours. . Thereafter, a sufficient amount of water is added and hydrogen peroxide is added until no gas is generated.
  • the graphite oxide is filtered through a glass filter, and then dried at room temperature and under vacuum for at least about 12 hours.
  • the dried graphite oxide is added to an appropriate amount of water according to the intended use, and the graphite oxide is peeled off by ultrasonication to form graphene oxide sheets.
  • the longer the sonication time the smaller the size of the formed graphene oxide sheets.
  • the graphene oxide sheets may be slowly peeled off by stirring with a Teflon coated bar magnet.
  • the graphene oxide sheets may be formed by various known methods.
  • the graphene sheets may be amorphous in various forms depending on the form of the graphite oxide, the method of ultrasonication, and the stirring method.
  • the graphene oxide layer 115 formed as described above may be deposited on the growth substrate 105 by various methods.
  • the graphene oxide layer 115 may be spin coated, Langmuir-Blodgett method or layer-by-layer method (LBL), deep coating, spray coating. ), Or drop coating may be applied on the growth substrate 105 by at least one method.
  • a mask pattern 161 may be formed to cover both edges of the graphene oxide layer 115 facing each other.
  • the mask pattern 161 may prevent the both edges of the graphene oxide layer 115 from being reduced in a reduction process to be described below.
  • a portion of the graphene oxide layer 115 may be reduced to form the graphene active layer 110.
  • the reduction of the graphene oxide layer 115 is performed using a reducing agent including at least one of various reducing materials such as hydrazine, phenyl hydrazine, sodium hydride, and potassium hydroxide (KOH).
  • the reduction process may be performed inward from the top and side surfaces of the graphene oxide layer 115 exposed to the outside.
  • a central portion of the graphene oxide layer 115 that is not exposed to the outside may be maintained in the graphene oxide state without being reduced to become the gate insulating layer 120.
  • Such partial reduction of the graphene oxide layer 115 may be achieved by controlling the time for exposing the graphene oxide layer 115 to the reducing agent.
  • the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 formed on the growth substrate 105 may be transferred onto the insulating substrate 100.
  • the transfer process may be performed through an adhesive layer (not shown) on the insulating substrate 100.
  • an upper surface of the growth substrate 105 on which the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 are formed is attached onto the insulating substrate 100 using an adhesive layer, and then the growth substrate 105 is formed. Can be removed.
  • the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 transferred onto the insulating substrate 100 may be substantially the same as the shape shown in FIG. 3.
  • the gate insulating layer 120 may be provided on the graphene active layer 110 to be exposed to the outside, and a graphene active layer to be used as a channel region may be provided below the gate insulating layer 120.
  • the electrode forming process is the same as described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • 10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to still another embodiment of the present invention. For the sake of simplicity, descriptions of overlapping configurations will be omitted.
  • a graphene oxide layer 115 may be formed on the insulating substrate 100.
  • the graphene oxide layer 115 may be formed directly on the insulating substrate 100 or may be formed on the insulating substrate 100 using a growth substrate (not shown) as described above.
  • the first resist layer 130 may be formed on the resultant on which the graphene oxide layer 115 is formed.
  • a first resist pattern 131 exposing a portion of the graphene oxide layer 115 may be formed.
  • the first resist pattern 131 may be formed by various lithography processes using the first resist layer 130.
  • a portion of the graphene oxide layer 115 may be reduced using the first resist layer 130 to form the graphene active layer 110.
  • Reduction of the graphene oxide layer 115 may be performed using a reducing agent including at least one of hydrazine, phenyl hydrazine, sodium hydride, and potassium hydroxide (KOH).
  • the reducing agent may gradually reduce the graphene oxide layer 115 exposed by the first resist pattern 131 from top to bottom.
  • an upper portion of the graphene oxide layer 115 covered by the first resist pattern 131 may be maintained without being reduced to become the gate insulating layer 120.
  • the arrow shown in FIG. 13 is a movement path of the reducing agent, the reducing agent moves from the top to the bottom of the graphene oxide layer 115, and along the boundary between the graphene oxide layer 115 and the insulating substrate 100. Can be moved. Therefore, the upper portion of the graphene oxide layer 115 spaced apart from the interface between the graphene oxide layer 115 and the insulating substrate 100 may not be reduced.
  • the process of forming the electrodes after the removal of the first resist pattern 131 may be performed as described with reference to FIGS. 4 and 5.

Abstract

Provided is a graphene transistor. The graphene transistor includes: a graphene active layer disposed on an insulation substrate; a gate electrode disposed on the graphene active layer; and an oxide graphene layer disposed between the gate electrode and the graphene active layer. The oxide graphene layer has a top surface that is coplanar to the graphene active layer.

Description

그래핀 트랜지스터 및 그 제조 방법Graphene transistor and its manufacturing method
본 발명은 그래핀 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀을 활성층 및 절연막으로 사용한 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 2011년도 한국 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국 연구 재단의 지원을 받아 수행된 기초 연구 사업이다. 과제번호 2011-0014415.The present invention relates to a graphene transistor, and more particularly, to a transistor using graphene as an active layer and an insulating film and a method of manufacturing the same. The present invention is a basic research project carried out with the support of the Korea Research Foundation as a fund of the Korean government (Ministry of Education, Science and Technology) in 2011. Assignment number 2011-0014415.
IT 산업의 발전과 더불어 지난 반세기 동안 실리콘 기반 전자 소자는 눈부신 발전을 하여 왔다. 그러나 최근 광 리소그래피 기반의 전자 소자 기술이 그 집적도와 처리 속도에 있어서 서서히 포화상태에 다다르면서 기존의 실리콘보다 뛰어난 전하 이동도를 가지는 소재의 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 그래핀은 탄소가 2차원 평면상에서 sp2 결합을 이루며 벌집 모양으로 배치된 탄소 동소체를 지칭한다. 그래핀은 구조적 화학적으로 매우 안정하고 실리콘보다 약 100배이상 높은 전하 이동도를 갖는다. 또한 그래핀은 높은 투명도를 갖고 열적/기계적 특성이 우수하다. 이와 같은 그래핀의 우수한 특성들을 이용하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. With the development of the IT industry, silicon-based electronics have made remarkable progress over the last half century. However, recently, as optical lithography-based electronic device technology gradually reaches saturation in density and processing speed, there is a need for development of a material having an excellent charge mobility than conventional silicon. Graphene refers to a carbon allotrope in which carbon is arranged in a honeycomb form sp 2 bonds on a two-dimensional plane. Graphene is very structurally and chemically stable and has a charge mobility about 100 times higher than that of silicon. In addition, graphene has high transparency and excellent thermal / mechanical properties. Various studies are being conducted to use the excellent properties of such graphene.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 그래핀을 이용한 트랜지스터를 제공하는데 있다. 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 그래핀을 산화하여 게이트 절연막으로 사용할 수 있는 트렌지스터의 제조 방법을 제공하는데 있다.One object of the present invention is to provide a transistor using graphene. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a transistor that can be used as a gate insulating film by oxidizing graphene.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위한 그래핀 트랜지스터가 제공된다. 상기 그래핀 트랜지스터는 절연 기판 상의 그래핀 활성층, 상기 그래핀 활성층 상의 게이트 전극, 및 상기 게이트 전극과 상기 그래핀 활성층 사이의 산화 그래핀층을 포함하고, 상기 산화 그래핀층의 상면은 상기 그래핀 활성층의 상면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. A graphene transistor is provided for solving the above technical problems. The graphene transistor includes a graphene active layer on an insulating substrate, a gate electrode on the graphene active layer, and a graphene oxide layer between the gate electrode and the graphene active layer, wherein an upper surface of the graphene oxide layer is formed of the graphene active layer. Coplanar with the top surface.
일 실시예에 있어서, 상기 산화 그래핀층은 상기 그래핀 활성층의 상부 내에 제공될 수 있다.In one embodiment, the graphene oxide layer may be provided in the upper portion of the graphene active layer.
일 실시예에 있어서, 상기 그래핀 활성층은 상기 산화 그래핀층과 상기 절연 기판 사이의 채널 영역, 및 상기 채널 영역의 양 측에 제공되는 소스/드레인 영역들을 포함할 수 있다. 상기 채널 영역의 두께는 상기 소스/드레인 영역들의 두께보다 얇을 수 있다.In example embodiments, the graphene active layer may include a channel region between the graphene oxide layer and the insulating substrate and source / drain regions provided at both sides of the channel region. The thickness of the channel region may be thinner than the thickness of the source / drain regions.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위한 그래핀 트랜지스터의 제조 방법에 제공된다. 상기 방법은 절연 기판 상에 그래핀 활성층을 형성하는 것, 상기 그래핀 활성층의 상부의 일부를 산화시켜 산화 그래핀층을 형성하는 것, 및 상기 산화 그래핀층 상에 게이트 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있다.Provided is a method of manufacturing a graphene transistor for solving the above technical problems. The method may include forming a graphene active layer on an insulating substrate, oxidizing a portion of the upper portion of the graphene active layer to form a graphene oxide layer, and forming a gate electrode on the graphene oxide layer. have.
일 실시예에 있어서, 상기 산화 그래핀층의 두께는 상기 그래핀 활성층의 두께보다 얇게 형성될 수 있다. In one embodiment, the thickness of the graphene oxide layer may be formed thinner than the thickness of the graphene active layer.
일 실시예에 있어서, 상기 산화 그래핀층을 형성하는 것은 상기 그래핀 활성층의 제 1 영역을 덮는 제 1 마스크층을 형성하는 것, 상기 제 1 마스크층에 의하여 노출된 제 2 영역의 상부를 산화시키는 것, 및 상기 제 1 마스크층을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 상기 산화 그래핀은 상기 제 2 영역의 상부에 한정되어 형성되고, 상기 제 2 영역의 하부는 산화되지 않을 수 있다.In example embodiments, the forming of the graphene oxide layer may include forming a first mask layer covering the first region of the graphene active layer and oxidizing an upper portion of the second region exposed by the first mask layer. And the first mask layer may be removed. The graphene oxide may be limited to the upper portion of the second region, and the lower portion of the second region may not be oxidized.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 영역 상에 소스/드레인 전극들을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 소스/드레인 전극들은 상기 게이트 전극과 동시에 형성될 수 있다.In example embodiments, the method may further include forming source / drain electrodes on the second region, and the source / drain electrodes may be simultaneously formed with the gate electrode.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 기판 상에 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은 성장 기판 상에 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것, 및 상기 그래핀 활성층을 상기 절연 기판 상으로 전사(transfer)하는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, forming the graphene active layer on the insulating substrate includes forming the graphene active layer on a growth substrate, and transferring the graphene active layer onto the insulating substrate. can do.
일 실시예에 있어서, 상기 성장 기판 상에 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은 화학기상 증착법, 에피택시 합성법, 및 박리법 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다.In example embodiments, the forming of the graphene active layer on the growth substrate may be performed by at least one of chemical vapor deposition, epitaxy synthesis, and exfoliation.
일 실시예에 있어서, 산화 그래핀층의 제 1 영역을 환원시켜 그래핀 활성층을 형성하는 것, 상기 그래핀 활성층이 형성되지 않은 상기 산화 그래핀층의 제 2 영역 상에 게이트 전극을 형성하는 것, 및 상기 그래핀 활성층 상에 소스/드레인 전극들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, reducing the first region of the graphene oxide layer to form a graphene active layer, forming a gate electrode on the second region of the graphene oxide layer is not formed, and The method may include forming source / drain electrodes on the graphene active layer.
일 실시예에 있어서, 상기 그래핀 활성층은 상기 산화 그래핀층의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.In one embodiment, the graphene active layer may be formed thinner than the thickness of the graphene oxide layer.
일 실시예에 있어서, 상기 그래핀 활성층은 상기 제 2 영역에 의하여 상기 게이트 전극과 이격될 수 있다.  In example embodiments, the graphene active layer may be spaced apart from the gate electrode by the second region.
일 실시예에 있어서, 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은, 성장 기판 상에 상기 산화 그래핀층을 성장시키는 것, 상기 산화 그래핀층의 상부 및 측벽들을 환원시키는 것, 및 상기 환원된 산화 그래핀층을 절연 기판 상으로 전사하는 것을 포함하고, 상기 전사 공정은 상기 산화 그래핀층의 상면이 상기 절연 기판의 상면과 접하도록 수행될 수 있다. 상기 성장 기판과 접하는 상기 산화 그래핀층의 하부의 적어도 일부는 환원되지 않을 수 있다.In one embodiment, forming the graphene active layer includes growing the graphene oxide layer on a growth substrate, reducing top and sidewalls of the graphene oxide layer, and insulating the reduced graphene oxide layer. Transferring onto a substrate, wherein the transfer process may be performed such that the top surface of the graphene oxide layer is in contact with the top surface of the insulating substrate. At least a portion of the lower portion of the graphene oxide layer in contact with the growth substrate may not be reduced.
일 실시예에 있어서, 상기 산화 그래핀층을 절연 기판 상에 제공하는 것을 더 포함하고, 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은 상기 산화 그래핀층 및 상기 절연 기판 상에 제 2 마스크층을 형성하는 것, 및 상기 제 2 마스크층에 의하여 노출된 상기 산화 그래핀층에 환원 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. In one embodiment, further comprising providing the graphene oxide layer on an insulating substrate, wherein forming the graphene active layer is to form a second mask layer on the graphene oxide layer and the insulating substrate, and It may include performing a reduction process on the graphene oxide layer exposed by the second mask layer.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 마스크층과 접하는 상기 산화 그래핀층의 상부는 환원되지 않고, 상기 제 2 마스크 아래의 영역 중 상기 절연 기판과 접하는 상기 산화 그래핀층의 하부는 환원될 수 있다.In example embodiments, an upper portion of the graphene oxide layer in contact with the second mask layer may not be reduced, and a lower portion of the graphene oxide layer in contact with the insulating substrate in a region under the second mask may be reduced.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그래핀 활성층의 상대적으로 높은 이동도 및 전도성에 의하여 고속 동작이 가능한 트랜지스터를 형성할 수 있고, 그래핀 활성층의 일부를 산화시켜 게이트 절연막으로 사용하여 상대적으로 간단한 공정에 의하여 그래핀 트랜지스터를 형성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a transistor capable of high-speed operation by a relatively high mobility and conductivity of the graphene active layer can be formed, and a relatively simple process by oxidizing a portion of the graphene active layer as a gate insulating film By the graphene transistor can be formed.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 트랜지스터의 사시도이다.1 is a perspective view of a graphene transistor according to embodiments of the present invention.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to an embodiment of the present invention.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 그래핀 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.6 to 9 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 그래핀 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to still another embodiment of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, 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 disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In the present specification, when it is mentioned that a film (or layer) is on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on another film (or layer) or substrate or a third film between them. In addition, in the drawings, sizes, thicknesses, etc. of components are exaggerated for clarity. Also, in various embodiments herein, the terms first, second, third, etc. are used to describe various regions, films (or layers), etc., but these regions, films are defined by these terms. It should not be. These terms are only used to distinguish any given region or film (or layer) from other regions or films (or layers). Thus, the film quality referred to as the first film quality in one embodiment may be referred to as the second film quality in other embodiments. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. The expression 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 트랜지스터의 사시도이다.1 is a perspective view of a graphene transistor according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하여, 그래핀층을 포함하는 그래핀 트랜지스터(10)가 제공된다. 상기 그래핀 트랜지스터(10)는 그래핀 활성층(110), 상기 그래핀 활성층(110) 상의 게이트 전극(151), 및 상기 그래핀 활성층(110)과 상기 게이트 전극(151) 사이의 게이트 절연막(120)을 포함할 수 있다. 상기 그래핀 활성층(110)은 상기 그래핀 트랜지스터(10)의 활성층일 수 있다. 본 명세서에서 그래핀은 단층 그래핀 뿐 아니라, 적은 수의 단층 그래핀들(few monolayers)이 적층된 것을 지칭할 수 있다. 일 예로, 상기 적은 수는 6이하일 수 있다. 이와 같은 정의는 산화 그래핀에 대해서도 동일하게 적용된다. Referring to FIG. 1, a graphene transistor 10 including a graphene layer is provided. The graphene transistor 10 includes a graphene active layer 110, a gate electrode 151 on the graphene active layer 110, and a gate insulating layer 120 between the graphene active layer 110 and the gate electrode 151. ) May be included. The graphene active layer 110 may be an active layer of the graphene transistor 10. In the present specification, as well as monolayer graphene, a graphene may refer to a stack of a few monolayer graphene (few monolayers). For example, the small number may be 6 or less. This definition applies equally to graphene oxide.
상기 그래핀 활성층(110)은 상대적으로 많은 층이 적층된 소스 영역(S) 및 드레인 영역(D)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 소스 및 드레인 영역들(S, D)은 단층 그래핀들이 약 4 내지 6층으로 적층된 구조일 수 있다. 그래핀은 적층된 층의 수 및 형상에 따라 다양한 전기적 특성을 나타낸다. 일 예로, 상기 소스 드레인 영역들(S, D)과 같이 약 4층 이상 적층된 그래핀의 경우, 그래핀층은 금속에 가까운 전기적 성질을 가질 수 있다. 즉, 상기 소스 및 드레인 영역들(S, D)은 도핑된 반도체 물질과 같이 도전성을 가질 수 있다. The graphene active layer 110 may include a source region S and a drain region D in which relatively many layers are stacked. For example, the source and drain regions S and D may have a structure in which single layer graphene is stacked in about 4 to 6 layers. Graphene exhibits various electrical properties depending on the number and shape of the stacked layers. As an example, in the case of graphene stacked about four or more layers such as the source drain regions S and D, the graphene layer may have an electrical property close to a metal. That is, the source and drain regions S and D may be conductive like the doped semiconductor material.
상기 그래핀 활성층(110)은 상기 소스 영역(S) 및 상기 드레인 영역(D) 사이에 채널 영역(C)을 더 포함할 수 있다. 상기 채널 영역(C)은 상기 소스 및 드레인 영역들(S, D)에 비하여 상대적으로 적은 수의 단층 그래핀이 적층된 구조일 수 있다. 일 예로, 상기 채널 영역(C)은 약 1 내지 3층의 단층 그래핀들이 적층된 구조일 수 있다. 그래핀은 적층된 층 수가 적을 경우 상대적으로 반도체에 가까운 성질을 가질 수 있다. 즉, 상기 채널 영역(C)은 상기 소스 및 드레인 영역들(S, D) 사이에서 상기 그래핀 트랜지스터(10)의 채널로 사용될 수 있고, 상기 게이트 전극(151)에 가해지는 전압에 따라 상기 소스 및 드레인 영역들(S, D) 사이를 전기적으로 연결시키거나, 연결시키지 않을 수 있다.The graphene active layer 110 may further include a channel region C between the source region S and the drain region D. FIG. The channel region C may have a structure in which a relatively small number of single layer graphene is stacked as compared with the source and drain regions S and D. FIG. For example, the channel region C may have a structure in which about 1 to 3 single layer graphenes are stacked. Graphene may have a relatively close semiconductor property when the number of stacked layers is small. That is, the channel region C may be used as a channel of the graphene transistor 10 between the source and drain regions S and D, and according to the voltage applied to the gate electrode 151. And the drain regions S and D may or may not be electrically connected to each other.
상기 채널 영역(C)의 밴드갭은 다양한 방법에 의하여 조절될 수 있다. 일 예로, 상기 채널 영역(C)은 불소 처리된 그래핀층일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 채널 영역(C)의 하부에 물 분자들을 흡착시켜 상기 채널 영역(C)의 밴드갭을 조절할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 도시된 바와는 달리, 상기 채널 영역(C)의 x 방향으로의 폭은 상기 소스 및 드레인 영역들(S, D) 보다 상대적으로 작을 수 있다. The band gap of the channel region C may be adjusted by various methods. For example, the channel region C may be a fluorine-treated graphene layer. In another embodiment, the band gap of the channel region C may be adjusted by adsorbing water molecules under the channel region C. According to another embodiment, the width of the channel region C in the x direction may be relatively smaller than that of the source and drain regions S and D, unlike shown.
상기 게이트 절연막(120)은 산화 그래핀층일 수 있다 상기 게이트 절연막(120)의 상면은 상기 그래핀 활성층(110)의 상면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 상기 게이트 절연막(120)은 상기 그래핀 활성층(110)의 상부 내에 제공될 수 있다. 상기 게이트 절연막(120)은 이하 제조 방법에서 설명되는 바와 같이, 상기 그래핀 활성층(110)의 상부의 일부를 산화시켜 형성될 수 있다. 따라서, 상기 게이트 절연막(120)의 상면은 상기 소스 및 드레인 영역들(S, D)의 상면과 동일 평면을 이룰 수 있고, 상기 게이트 절연막(120)은 상기 그래핀 활성층(110)의 상부 내에 제공될 수 있다.The gate insulating layer 120 may be a graphene oxide layer. An upper surface of the gate insulating layer 120 may form a coplanar with an upper surface of the graphene active layer 110. The gate insulating layer 120 may be provided in an upper portion of the graphene active layer 110. The gate insulating layer 120 may be formed by oxidizing a portion of the upper portion of the graphene active layer 110 as described below in the manufacturing method. Accordingly, the top surface of the gate insulating layer 120 may be coplanar with the top surfaces of the source and drain regions S and D, and the gate insulating layer 120 may be provided in an upper portion of the graphene active layer 110. Can be.
상기 소스 및 드레인 영역들(S, D) 각각 상에 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)이 제공될 수 있다. 상기 소스 및 드레인 전극들(141, 142) 및 상기 게이트 전극(151)은 동일 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 소스 및 드레인 전극들(141, 142) 및 상기 게이트 전극(151)은 금속 또는 도전성 금속 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 간략화를 위하여 생략하였으나, 상기 그래핀 트랜지스터(10)은 기판(미도시) 상에 형성될 수 있고, 상기 그래핀 활성층(110) 및 상기 게이트 절연막(120)은 절연막에 의하여 덮일 수 있다. Source and drain electrodes 141 and 142 may be provided on the source and drain regions S and D, respectively. The source and drain electrodes 141 and 142 and the gate electrode 151 may be formed of the same material. For example, the source and drain electrodes 141 and 142 and the gate electrode 151 may include at least one of metal or conductive metal nitride. Although omitted for simplicity, the graphene transistor 10 may be formed on a substrate (not shown), and the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 may be covered by an insulating layer.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a graphene transistor according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하여, 절연 기판(100) 상에 그래핀 활성층(110)이 형성될 수 있다. 상기 그래핀 활성층(110)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 절연 기판(100)은 쿼츠 기판, 유리 기판, 또는 상부에 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 기판일 수 있다. Referring to FIG. 2, the graphene active layer 110 may be formed on the insulating substrate 100. The graphene active layer 110 may be formed by various methods. The insulating substrate 100 may be a quartz substrate, a glass substrate, or a silicon substrate having a silicon oxide layer formed thereon.
일 예로, 상기 그래핀 활성층(110)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD)으로 형성될 수 있다. 일 예로, 성장 기판(미도시) 상에 금속 촉매층을 증착하고 탄소를 함유한 소스 가스를 공급하여 상기 금속 촉매층의 상부에 탄소 원자들을 흡수시키거나 증착시킬 수 있다. 그 후, 냉각 공정을 통하여 상기 금속 촉매층 상에 탄소 원자들을 결정화하여 그래핀층을 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 금속 촉매층은 니켈 및/또는 구리로 형성될 수 있고, 상기 소스 가스는 메탄 및/또는 수소 혼합가스일 수 있다. 이와 같이 형성된 그래핀층은 상기 절연 기판(100) 상으로 이동되거나, 상기 절연 기판(100) 상에 금속 촉매층을 형성하여 상기 금속 촉매층으로부터 형성될 수 있다. 상기 그래핀 활성층(110)의 두께는 상기 금속 촉매층의 종류와 두께, 반응 가스의 농도등을 조절하여 조절될 수 있다.For example, the graphene active layer 110 may be formed by chemical vapor deposition (CVD). For example, a metal catalyst layer may be deposited on a growth substrate (not shown), and a carbon source gas may be supplied to absorb or deposit carbon atoms on the metal catalyst layer. Thereafter, the graphene layer may be formed by crystallizing carbon atoms on the metal catalyst layer through a cooling process. For example, the metal catalyst layer may be formed of nickel and / or copper, and the source gas may be methane and / or hydrogen mixed gas. The graphene layer formed as described above may be moved onto the insulation substrate 100 or may be formed from the metal catalyst layer by forming a metal catalyst layer on the insulation substrate 100. The thickness of the graphene active layer 110 may be adjusted by adjusting the type and thickness of the metal catalyst layer, the concentration of the reaction gas, and the like.
다른 실시예에 있어서, 상기 그래핀 활성층(110)은 실리콘 카바이드(SiC)를 이용한 에피택시(epitaxy) 합성법에 의하여 형성될 수 있다. 즉, 실리콘 카바이드층을 고온에서 가열하여 결정 내에 포함되어 있던 탄소를 표면으로 이동시켜 그래핀을 성장시킬 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 그래핀 활성층(110)은 기계적 박리법 도는 화학적 박리법에 의하여 형성될 수 있다. In another embodiment, the graphene active layer 110 may be formed by an epitaxy synthesis method using silicon carbide (SiC). That is, graphene may be grown by heating the silicon carbide layer at a high temperature to move carbon contained in the crystal to the surface. In another embodiment, the graphene active layer 110 may be formed by mechanical peeling or chemical peeling.
상기 그래핀 활성층(110)이 형성된 결과물 상에 마스크층이 형성될 수 있다. 상기 마스크층은 제 1 레지스트층(130)일 수 있다. 상기 제 1 레지스트층(130)은 포토 레지스트 또는 전자빔(e-beam) 레지스트일 수 있다. A mask layer may be formed on the resultant on which the graphene active layer 110 is formed. The mask layer may be the first resist layer 130. The first resist layer 130 may be a photoresist or an electron beam (e-beam) resist.
도 3을 참조하여, 리소그래피 공정에 의하여 상기 제 1 레지스트층(130)으로부터 제 1 레지스트 패턴(131)이 형성될 수 있다. 상기 리소그래피 공정은 포토 리소그래피 또는 전자빔 리소그래피일 수 있다. 상기 제 1 레지스트 패턴(131)은 상기 그래핀 활성층(110)의 상면의 일부를 노출할 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 레지스트 패턴(131)은 이하 설명될 산화 그래핀층의 형태를 고려하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, a first resist pattern 131 may be formed from the first resist layer 130 by a lithography process. The lithographic process may be photolithography or electron beam lithography. The first resist pattern 131 may expose a portion of the top surface of the graphene active layer 110. For example, the first resist pattern 131 may be formed in consideration of the shape of the graphene oxide layer to be described below.
상기 제 1 레지스트 패턴(131)에 의하여 노출된 상기 그래핀 활성층(110)의 상부가 산화되어 게이트 절연막(120)이 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(120)은 산화 그래핀층일 수 있다. 상기 게이트 절연막(120)은 상기 그래핀 활성층(110)의 상부에 한정되어 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 그래핀 활성층(110)이 약 4 내지5층의 모노 그래핀층들을 포함하는 경우, 상기 모노 그래핀층들 중 위에서 약 2-3층의 모노 그래핀층들은 산화되어 게이트 절연막 (120)이 될 수 있고, 그 아래의 모노 그래핀층들은 산화되지 않을 수 있다. 상기 그래핀 활성층(110)의 선택적 산화 공정은 건식/습식의 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다. 일 예로, 상기 그래핀 활성층(110)이 형성된 상기 절연 기판(100)을 황산(surfuric acid)에 넣은 후, 과망간산 칼륨을(potassium permanganate) 서서히 첨가하고, 온도를 35℃로 올린 후, 테프론 코팅된 막대 자석을 넣어 약 2시간 동안 교반시킬 수 있다. 그 후, 충분한 양의 물을 추가하고, 과산화 수소(hydrogen peroxide)를 가스가 발생되지 않을 때까지 추가하여 게이트 절연막(120)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(120)은 상온-진공 하에서 약 12시간 이상 건조될 수 있다. 상기 그래핀 활성층(110)을 상술한 바와 같이 습식으로 산화시킬 경우, 산화액에 노출되는 시간을 조절하여 상기 게이트 절연막(120)의 형성 두께를 조절할 수 있다. 이와는 달리, 상기 게이트 절연막은 공지된 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. An upper portion of the graphene active layer 110 exposed by the first resist pattern 131 may be oxidized to form a gate insulating layer 120. The gate insulating layer 120 may be a graphene oxide layer. The gate insulating layer 120 may be formed to be limited to an upper portion of the graphene active layer 110. For example, when the graphene active layer 110 includes about 4 to 5 mono graphene layers, about 2-3 layers of the mono graphene layers are oxidized to form a gate insulating layer 120. And the mono graphene layers below it may not be oxidized. The selective oxidation of the graphene active layer 110 may be performed by various methods of dry / wet. For example, after the insulating substrate 100 having the graphene active layer 110 is placed in sulfuric acid, potassium permanganate is gradually added, and the temperature is increased to 35 ° C., followed by Teflon coated. A bar magnet can be placed and stirred for about 2 hours. Thereafter, a sufficient amount of water may be added, and hydrogen peroxide may be added until no gas is generated to form the gate insulating layer 120. The gate insulating layer 120 may be dried for about 12 hours or more under room temperature-vacuum. When the graphene active layer 110 is wet-oxidized as described above, the formation thickness of the gate insulating layer 120 may be controlled by adjusting the exposure time to the oxidizing liquid. Alternatively, the gate insulating film may be formed by various known methods.
상기 게이트 절연막(120)의 형태는 상기 산화 공정에 따라 다양하게 변형되 수 있다. 일 예로, 상기 게이트 절연막(120)의 폭은 도시된 바와 같이 상기 상부가 하부보다 넓을 수 있다. The shape of the gate insulating layer 120 may be variously modified according to the oxidation process. For example, the width of the gate insulating layer 120 may be wider than the lower portion as shown.
도 4를 참조하여, 상기 게이트 절연막(120)의 형성 후에 상기 제 1 레지스트 패턴(131)이 제거될 수 있다. 상기 그래핀 활성층(110) 및 상기 게이트 절연막(120) 상에 전극들의 형성을 위한 제 2 레지스트 패턴(132)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 레지스트 패턴(132)은 이하 설명될 소스/드레인 영역들 및 게이트 전극의 형성을 위한 레지스트 패턴일 수 있다. 상기 제 2 레지스트 패턴(132)은 이하 설명될 게이트 전극 및 소스/드레인 전극들의 형상을 고려하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, after forming the gate insulating layer 120, the first resist pattern 131 may be removed. A second resist pattern 132 for forming electrodes may be formed on the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120. The second resist pattern 132 may be a resist pattern for forming source / drain regions and a gate electrode to be described below. The second resist pattern 132 may be formed in consideration of shapes of the gate electrode and the source / drain electrodes to be described below.
도 5를 참조하여, 상기 게이트 절연막(120) 상에 게이트 전극(151)이 형성되고, 상기 그래핀 활성층(110) 상에 소스/드레인 전극들(141, 142)이 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극(151) 및 상기 소스/드레인 전극들(141, 142)은 상기 제 2 레지스트 패턴(132)을 이용하여 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제 2 레지스트 패턴(132)이 형성된 결과물 상에 도전층을 형성한 후, 리프트 오프(life-off) 공정을 수행하여 상기 게이트 전극(151) 및 상기 소스/드레인 전극들(141, 142)이 형성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 게이트 전극(151) 및 상기 소스/드레인 전극들(141, 142)은 도전성 접착층을 사용한 부착 공정에 의하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, a gate electrode 151 may be formed on the gate insulating layer 120, and source / drain electrodes 141 and 142 may be formed on the graphene active layer 110. The gate electrode 151 and the source / drain electrodes 141 and 142 may be formed using the second resist pattern 132. For example, after the conductive layer is formed on the resultant product on which the second resist pattern 132 is formed, the gate electrode 151 and the source / drain electrodes 141 may be formed by performing a life-off process. 142 may be formed. In another embodiment, the gate electrode 151 and the source / drain electrodes 141 and 142 may be formed by an attaching process using a conductive adhesive layer.
상기 소스 전극(141) 아래의 상기 그래핀 활성층(110)은 그래핀 트랜지스터의 소스 영역(S)으로 사용될 수 있고, 상기 드레인 전극(142) 아래의 상기 그래핀 활성층(110)은 트렌지스터의 드레인 영역(D)으로 사용될 수 있다. 상기 게이트 절연막(120)에 의하여 상기 게이트 전극(151)과 이격된 상기 그래핀 활성층(110)의 하부는 그래핀 트랜지스터의 채널 영역(C)으로 사용될 수 있다. The graphene active layer 110 under the source electrode 141 may be used as a source region S of a graphene transistor, and the graphene active layer 110 under the drain electrode 142 may be a drain region of a transistor. (D) can be used. A lower portion of the graphene active layer 110 spaced apart from the gate electrode 151 by the gate insulating layer 120 may be used as the channel region C of the graphene transistor.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그래핀 활성층의 상대적으로 높은 이동도 및 전도성에 의하여 고속 동작이 가능한 트랜지스터를 형성할 수 있고, 그래핀 활성층의 일부를 산화시켜 게이트 절연막으로 사용하여 상대적으로 간단한 공정에 의하여 그래핀 트랜지스터를 형성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a transistor capable of high-speed operation by a relatively high mobility and conductivity of the graphene active layer can be formed, and a relatively simple process by oxidizing a portion of the graphene active layer as a gate insulating film By the graphene transistor can be formed.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다. 간략화를 위하여 동일한 구성에 대한 구체적 설명은 생략될 수 있다. 6 to 9 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to another exemplary embodiment of the present invention. For simplicity, a detailed description of the same configuration may be omitted.
도 6 및 도 7을 참조하여, 성장 기판(105) 상에 산화 그래핀층(115)이 형성될 수 있다. 도 7은 도 6의 A-A' 선에 따른 단면도이다. 일 예로, 상기 산화 그래핀층(115)은 상술한 화학 기상 증착 및 산화 공정에 의하여 상기 성장 기판(105) 상에 형성될 수 있다. 상기 성장 기판(105)은 금속 기판일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 산화 그래핀층(115)은 습식으로 형성될 수 있다. 일 예로, 흑연(graphite)을 황산(surfuric acid)에 넣은 후, 과망간산 칼륨을(potassium permanganate) 서서히 첨가한 후, 온도를 35℃로 올린 후, 테프론 코팅된 막대 자석을 넣어 약 2시간 동안 교반시킨다. 그 후, 충분한 양의 물을 추가하고, 과산화 수소(hydrogen peroxide)를 가스가 발생되지 않을 때까지 추가한다. 그 후, 유리 필터(glass filter)를 통하여 산화 그라파이트(graphite oxide)를 거른 후, 상온-진공 하에서 약 12시간 이상 건조시킨다. 건조된 산화 그라파이트를 사용 용도에 맞게 적당량의 물을 추가하여 초음파(sonication) 처리를 통하여 산화 그라파이트를 박리시켜 산화 그래핀 시트들을 형성한다. 상기 초음파 처리 시간이 길수록, 형성된 산화 그래핀 시트들의 크기가 작아진다. 이와는 달리, 산화 그래핀 시트들의 크기를 조절하기 위하여 천천히 테프론 코팅된 막대 자석으로 교반시켜 박리시킬 수도 있다. 이와는 달리, 상기 산화 그래핀 시트들은 공지된 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 그래핀 시트들의 형태는 무정형적으로, 상기 산화 그라파이트의 형태, 초음파 처리의 방식, 교반 방식에 따라 다양한 형태를 나타낼 수 있다. 6 and 7, a graphene oxide layer 115 may be formed on the growth substrate 105. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 6. For example, the graphene oxide layer 115 may be formed on the growth substrate 105 by the above-described chemical vapor deposition and oxidation process. The growth substrate 105 may be a metal substrate. In another embodiment, the graphene oxide layer 115 may be formed wet. For example, graphite is added to sulfuric acid, potassium permanganate is slowly added, the temperature is increased to 35 ° C, and teflon-coated bar magnets are stirred for about 2 hours. . Thereafter, a sufficient amount of water is added and hydrogen peroxide is added until no gas is generated. Thereafter, the graphite oxide is filtered through a glass filter, and then dried at room temperature and under vacuum for at least about 12 hours. The dried graphite oxide is added to an appropriate amount of water according to the intended use, and the graphite oxide is peeled off by ultrasonication to form graphene oxide sheets. The longer the sonication time, the smaller the size of the formed graphene oxide sheets. Alternatively, in order to control the size of the graphene oxide sheets may be slowly peeled off by stirring with a Teflon coated bar magnet. Alternatively, the graphene oxide sheets may be formed by various known methods. The graphene sheets may be amorphous in various forms depending on the form of the graphite oxide, the method of ultrasonication, and the stirring method.
상술한 바와 같이 형성된 상기 산화 그래핀층(115)은 상기 성장 기판(105) 상에 다양한 방법으로 증착할 수 있다. 일 예로 상기 산화 그래핀층(115)은 스핀 코팅(spin coating), 랭뮤어-블러짓법(Langmuir-Blodgett method or layer-by-layer method: LBL), 딥코팅(deep coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 드랍 코팅(drop coating) 중 적어도 하나의 방법으로 상기 성장 기판(105) 상에 도포될 수 있다. The graphene oxide layer 115 formed as described above may be deposited on the growth substrate 105 by various methods. For example, the graphene oxide layer 115 may be spin coated, Langmuir-Blodgett method or layer-by-layer method (LBL), deep coating, spray coating. ), Or drop coating may be applied on the growth substrate 105 by at least one method.
상기 산화 그래핀층(115)의 서로 마주보는 양측 에지들을 덮는 마스크 패턴(161)이 형성될 수 있다. 상기 마스크 패턴(161)은 이하 설명될 환원 공정에서 상기 산화 그래핀층(115)의 양측 에지가 환원되는 것을 방지할 수 있다. A mask pattern 161 may be formed to cover both edges of the graphene oxide layer 115 facing each other. The mask pattern 161 may prevent the both edges of the graphene oxide layer 115 from being reduced in a reduction process to be described below.
도 8을 참조하여, 상기 산화 그래핀층(115)의 일부가 환원되어 그래핀 활성층(110)이 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 산화 그래핀층(115)의 환원은 하이드라진(hydrazine), 페닐 하이드라진(phenyl hydrazine), 나트륨 하이드라이드, 및 수산화 칼륨(KOH) 등 여러가지 환원 물질 중 적어도 하나를 포함하는 환원제를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 환원 공정은 외부에 노출된 상기 산화 그래핀층(115)의 상면 및 측면으로부터 내부를 향하여 진행될 수 있다. 외부에 노출되지 않은 상기 산화 그래핀층(115)의 중심부는 환원되지 않고 산화 그래핀 상태로 유지되어 게이트 절연막(120)이 될 수 있다. 이와 같은 상기 산화 그래핀층(115)의 부분적 환원은 상기 산화 그래핀층(115)을 상기 환원제에 노출시키는 시간을 조절하여 달성될 수 있다. Referring to FIG. 8, a portion of the graphene oxide layer 115 may be reduced to form the graphene active layer 110. For example, the reduction of the graphene oxide layer 115 is performed using a reducing agent including at least one of various reducing materials such as hydrazine, phenyl hydrazine, sodium hydride, and potassium hydroxide (KOH). Can be. The reduction process may be performed inward from the top and side surfaces of the graphene oxide layer 115 exposed to the outside. A central portion of the graphene oxide layer 115 that is not exposed to the outside may be maintained in the graphene oxide state without being reduced to become the gate insulating layer 120. Such partial reduction of the graphene oxide layer 115 may be achieved by controlling the time for exposing the graphene oxide layer 115 to the reducing agent.
도 9를 참조하여, 상기 성장 기판(105) 상에 형성된 상기 그래핀 활성층(110) 및 상기 게이트 절연막(120)이 절연 기판(100) 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 상기 전사 공정은 상기 절연 기판(100) 상의 접착층(미도시)을 매개로 수행될 수 있다. 일 예로, 상기 그래핀 활성층(110) 및 상기 게이트 절연막(120)이 형성된 상기 성장 기판(105)의 상면을 접착층을 사용하여 상기 절연 기판(100) 상에 부착한 후, 상기 성장 기판(105)을 제거할 수 있다. 상기 절연 기판(100) 상으로 전사된 상기 그래핀 활성층(110) 및 상기 게이트 절연막(120)은 도 3에 도시된 형상과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 상기 게이트 절연막(120)은 상기 그래핀 활성층(110)의 상부에 제공되어 외부에 노출되고, 상기 게이트 절연막(120) 아래에는 채널 영역으로 사용될 그래핀 활성층이 제공될 수 있다. 이하 전극 형성 공정은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 동일하다. Referring to FIG. 9, the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 formed on the growth substrate 105 may be transferred onto the insulating substrate 100. The transfer process may be performed through an adhesive layer (not shown) on the insulating substrate 100. For example, an upper surface of the growth substrate 105 on which the graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 are formed is attached onto the insulating substrate 100 using an adhesive layer, and then the growth substrate 105 is formed. Can be removed. The graphene active layer 110 and the gate insulating layer 120 transferred onto the insulating substrate 100 may be substantially the same as the shape shown in FIG. 3. That is, the gate insulating layer 120 may be provided on the graphene active layer 110 to be exposed to the outside, and a graphene active layer to be used as a channel region may be provided below the gate insulating layer 120. Hereinafter, the electrode forming process is the same as described with reference to FIGS. 4 and 5.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 간략화를 위하여 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a graphene transistor according to still another embodiment of the present invention. For the sake of simplicity, descriptions of overlapping configurations will be omitted.
도 10을 참조하여, 절연 기판(100) 상에 산화 그래핀층(115)이 형성될 수 있다. 상기 산화 그래핀층(115)은 상기 절연 기판(100) 상에 직접 형성되거나, 상술한 바와 같이 성장 기판(미도시)을 이용하여 상기 절연 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 상기 산화 그래핀층(115)이 형성된 결과물 상에 제 1 레지스트층(130)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10, a graphene oxide layer 115 may be formed on the insulating substrate 100. The graphene oxide layer 115 may be formed directly on the insulating substrate 100 or may be formed on the insulating substrate 100 using a growth substrate (not shown) as described above. The first resist layer 130 may be formed on the resultant on which the graphene oxide layer 115 is formed.
도 11 및 도 12를 참조하여, 상기 산화 그래핀층(115)의 일부를 노출하는 제 1 레지스트 패턴(131)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 레지스트 패턴(131)은 상기 제 1 레지스트층(130)을 이용한 다양한 리소그래피 공정에 의하여 형성될 수 있다. 상기 제 1 레지스트층(130)을 이용하여 상기 산화 그래핀층(115)의 일부가 환원되어 그래핀 활성층(110)이 형성될 수 있다. 상기 산화 그래핀층(115)의 환원은 하이드라진(hydrazine), 페닐 하이드라진(phenyl hydrazine), 나트륨 하이드라이드, 및 수산화 칼륨(KOH) 중 적어도 하나를 포함하는 환원제를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 환원제는 상기 제 1 레지스트 패턴(131)에 의하여 노출된 상기 산화 그래핀층(115)을 상부로부터 하부로 점차적으로 환원시킬 수 있다. 상기 환원 공정 시에, 상기 제 1 레지스트 패턴(131)에 의하여 덮힌 상기 산화 그래핀층(115)의 상부는 환원되지 않고 유지되어 게이트 절연막(120)이 될 수 있다. 도 13에 도시된 화살표는 상기 환원제의 이동 경로로, 상기 환원제는 상기 산화 그래핀층(115)의 상부로부터 하부로 이동하고, 상기 산화 그래핀층(115)과 상기 절연 기판(100)의 경계를 따라 이동될 수 있다. 따라서 상기 산화 그래핀층(115)과 상기 절연 기판(100)의 경계면으로부터 이격된 상기 산화 그래핀층(115)의 상부는 환원되지 않을 수 있다. 이하, 상기 제 1 레지스트 패턴(131)의 제거 후 전극들의 형성 공정은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 동일하게 수행될 수 있다.11 and 12, a first resist pattern 131 exposing a portion of the graphene oxide layer 115 may be formed. The first resist pattern 131 may be formed by various lithography processes using the first resist layer 130. A portion of the graphene oxide layer 115 may be reduced using the first resist layer 130 to form the graphene active layer 110. Reduction of the graphene oxide layer 115 may be performed using a reducing agent including at least one of hydrazine, phenyl hydrazine, sodium hydride, and potassium hydroxide (KOH). The reducing agent may gradually reduce the graphene oxide layer 115 exposed by the first resist pattern 131 from top to bottom. During the reduction process, an upper portion of the graphene oxide layer 115 covered by the first resist pattern 131 may be maintained without being reduced to become the gate insulating layer 120. The arrow shown in FIG. 13 is a movement path of the reducing agent, the reducing agent moves from the top to the bottom of the graphene oxide layer 115, and along the boundary between the graphene oxide layer 115 and the insulating substrate 100. Can be moved. Therefore, the upper portion of the graphene oxide layer 115 spaced apart from the interface between the graphene oxide layer 115 and the insulating substrate 100 may not be reduced. Hereinafter, the process of forming the electrodes after the removal of the first resist pattern 131 may be performed as described with reference to FIGS. 4 and 5.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention belongs may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (22)

  1. 절연 기판 상의 그래핀 활성층;Graphene active layer on an insulating substrate;
    상기 그래핀 활성층 상의 게이트 전극; 및A gate electrode on the graphene active layer; And
    상기 게이트 전극과 상기 그래핀 활성층 사이의 산화 그래핀층을 포함하고,A graphene oxide layer between the gate electrode and the graphene active layer,
    상기 산화 그래핀층의 상면은 상기 그래핀 활성층의 상면과 공면(coplanar)을 이루는 그래핀 트랜지스터.A graphene transistor having a top surface of the graphene oxide layer coplanar with a top surface of the graphene active layer.
  2. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 산화 그래핀층은 상기 그래핀 활성층의 상부 내에 제공되는 그래핀 트랜지스터.The graphene oxide layer is a graphene transistor provided in the upper portion of the graphene active layer.
  3. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 그래핀 활성층은:The graphene active layer is:
    상기 산화 그래핀층과 상기 절연 기판 사이의 채널 영역; 및A channel region between the graphene oxide layer and the insulating substrate; And
    상기 채널 영역의 양 측에 제공되는 소스/드레인 영역들을 포함하는 그래핀 트랜지스터.Graphene transistor comprising source / drain regions provided on both sides of the channel region.
  4. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein
    상기 채널 영역의 두께는 상기 소스/드레인 영역들의 두께보다 얇은 그래핀 트랜지스터.And the thickness of the channel region is thinner than the thickness of the source / drain regions.
  5. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein
    상기 채널 영역은 1 내지 3층의 모노 그래핀층들로 구성되고, 상기 소스/드레인 영역들은 4 내지 6층의 모노 그래핀층들로 구성되는 그래핀 트랜지스터.And the channel region is composed of 1 to 3 mono graphene layers, and the source / drain regions are composed of 4 to 6 mono graphene layers.
  6. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein
    상기 소스/드레인 영역들의 상면들 상에 각각 제공되는 소스/드레인 전극들을 더 포함하는 그래핀 트랜지스터.And graphing the source / drain electrodes on the top surfaces of the source / drain regions, respectively.
  7. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 절연 기판은 쿼츠 기판, 유리 기판, 또는 산화막에 의하여 절연된 실리콘 기판인 그래핀 트랜지스터.The insulating substrate is a graphene transistor, a glass substrate, or a silicon substrate insulated by an oxide film.
  8. 절연 기판 상에 그래핀 활성층을 형성하는 것;Forming a graphene active layer on the insulating substrate;
    상기 그래핀 활성층의 상부의 일부를 산화시켜 산화 그래핀층을 형성하는 것; 및Oxidizing a portion of the upper portion of the graphene active layer to form a graphene oxide layer; And
    상기 산화 그래핀층 상에 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a graphene transistor comprising forming a gate electrode on the graphene oxide layer.
  9. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 산화 그래핀층의 두께는 상기 그래핀 활성층의 두께보다 얇게 형성되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.The thickness of the graphene oxide layer is a graphene transistor manufacturing method is formed thinner than the thickness of the graphene active layer.
  10. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 산화 그래핀층을 형성하는 것은:Forming the graphene oxide layer is:
    상기 그래핀 활성층의 제 1 영역을 덮는 제 1 마스크층을 형성하는 것;Forming a first mask layer covering a first region of the graphene active layer;
    상기 제 1 마스크층에 의하여 노출된 제 2 영역의 상부를 산화시키는 것; 및Oxidizing an upper portion of the second region exposed by the first mask layer; And
    상기 제 1 마스크층을 제거하는 것을 포함하는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.The method of manufacturing a graphene transistor comprising removing the first mask layer.
  11. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 산화 그래핀은 상기 제 2 영역의 상부에 한정되어 형성되고, 상기 제 2 영역의 하부는 산화되지 않는 트렌지스터의 제조 방법.The graphene oxide is limited to the upper portion of the second region is formed, the lower portion of the second region is a method of manufacturing a transistor.
  12. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 제 2 영역 상에 소스/드레인 전극들을 형성하는 것을 더 포함하고,Forming source / drain electrodes on the second region,
    상기 소스/드레인 전극들은 상기 게이트 전극과 동시에 형성되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.The source / drain electrodes are formed simultaneously with the gate electrode.
  13. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 절연 기판 상에 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은:Forming the graphene active layer on the insulating substrate is:
    성장 기판 상에 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것; 및Forming the graphene active layer on a growth substrate; And
    상기 그래핀 활성층을 상기 절연 기판 상으로 전사(transfer)하는 것을 포함하는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.And transferring the graphene active layer onto the insulating substrate.
  14. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 성장 기판 상에 상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은 화학기상 증착법, 에피택시 합성법, 및 박리법 중 적어도 하나에 의해 수행되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.Forming the graphene active layer on the growth substrate is performed by at least one of chemical vapor deposition, epitaxy synthesis, and exfoliation.
  15. 산화 그래핀층의 제 1 영역을 환원시켜 그래핀 활성층을 형성하는 것;Reducing the first region of the graphene oxide layer to form a graphene active layer;
    상기 그래핀 활성층이 형성되지 않은 상기 산화 그래핀층의 제 2 영역 상에 게이트 전극을 형성하는 것; 및Forming a gate electrode on a second region of the graphene oxide layer on which the graphene active layer is not formed; And
    상기 그래핀 활성층 상에 소스/드레인 전극들을 형성하는 것을 포함하는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.Forming a source / drain electrodes on the graphene active layer.
  16. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15,
    상기 그래핀 활성층은 상기 산화 그래핀층의 두께보다 얇게 형성되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.The graphene active layer is a method of manufacturing a graphene transistor is formed thinner than the thickness of the graphene oxide layer.
  17. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15,
    상기 그래핀 활성층은 상기 제 2 영역에 의하여 상기 게이트 전극과 이격되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.And the graphene active layer is spaced apart from the gate electrode by the second region.
  18. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15,
    상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은:Forming the graphene active layer is:
    성장 기판 상에 상기 산화 그래핀층을 성장시키는 것;Growing the graphene oxide layer on a growth substrate;
    상기 산화 그래핀층의 상부 및 측벽들을 환원시키는 것; 및Reducing the top and sidewalls of the graphene oxide layer; And
    상기 환원된 산화 그래핀층을 절연 기판 상으로 전사하는 것을 포함하고,Transferring the reduced graphene oxide layer onto an insulating substrate,
    상기 전사 공정은 상기 산화 그래핀층의 상면이 상기 절연 기판의 상면과 접하도록 수행되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.The transfer process is a graphene transistor manufacturing method is performed so that the upper surface of the graphene oxide layer is in contact with the upper surface of the insulating substrate.
  19. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18,
    상기 성장 기판과 접하는 상기 산화 그래핀층의 하부의 적어도 일부는 환원되지 않는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.At least a portion of the lower portion of the graphene oxide layer in contact with the growth substrate is not reduced.
  20. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15,
    상기 산화 그래핀층을 절연 기판 상에 제공하는 것을 더 포함하고,Providing the graphene oxide layer on an insulating substrate,
    상기 그래핀 활성층을 형성하는 것은:Forming the graphene active layer is:
    상기 산화 그래핀층 및 상기 절연 기판 상에 제 2 마스크층을 형성하는 것; 및Forming a second mask layer on the graphene oxide layer and the insulating substrate; And
    상기 제 2 마스크층에 의하여 노출된 상기 산화 그래핀층에 환원 공정을 수행하는 것을 포함하는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a graphene transistor comprising performing a reduction process on the graphene oxide layer exposed by the second mask layer.
  21. 제 20 항에 있어서, The method of claim 20,
    상기 제 2 마스크층과 접하는 상기 산화 그래핀층의 상부는 환원되지 않고, 상기 제 2 마스크 아래의 영역 중 상기 절연 기판과 접하는 상기 산화 그래핀층의 하부는 환원되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.The upper portion of the graphene oxide layer in contact with the second mask layer is not reduced, the lower portion of the graphene oxide layer in contact with the insulating substrate of the region under the second mask is reduced.
  22. 제 20 항에 있어서, The method of claim 20,
    상기 환원 공정은 하이드라진(hydrazine), 페닐 하이드라진(phenyl hydrazine), 나트륨 하이드라이드, 및 수산화 칼륨(KOH) 중 적어도 하나를 포함하는 환원제를 이용하여 수행되는 그래핀 트랜지스터의 제조 방법.The reduction process is a graphene transistor manufacturing method using a reducing agent comprising at least one of hydrazine (hydrazine), phenyl hydrazine (phenyl hydrazine), sodium hydride, and potassium hydroxide (KOH).
PCT/KR2012/001434 2011-06-08 2012-02-24 Graphene transistor and method for manufacturing same WO2012169720A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110055138A KR101245353B1 (en) 2011-06-08 2011-06-08 Graphene transistor and method of fabricating the same
KR10-2011-0055138 2011-06-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012169720A1 true WO2012169720A1 (en) 2012-12-13

Family

ID=47296253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/001434 WO2012169720A1 (en) 2011-06-08 2012-02-24 Graphene transistor and method for manufacturing same

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101245353B1 (en)
WO (1) WO2012169720A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105027294A (en) * 2013-02-22 2015-11-04 Hrl实验室有限责任公司 Graphene heterostructure field effect transistors
CN107153280A (en) * 2017-06-29 2017-09-12 电子科技大学 One kind is based on the coplanar traveling wave electrode absorption-type optical modulator of graphene
TWI614209B (en) * 2013-05-30 2018-02-11 鴻海精密工業股份有限公司 Method of making nanostructure
EP3155659A4 (en) * 2014-06-13 2018-02-21 Intel Corporation Graphene fluorination for integration of graphene with insulators and devices
US20200096869A1 (en) * 2018-07-11 2020-03-26 Georgia Tech Research Corporation Ultra-High Resolution Conductive Traces Flexible Biocomposites by Resist Stenciling
CN112909097A (en) * 2021-02-27 2021-06-04 成都市水泷头化工科技有限公司 Graphene/black phosphorus alkene composite thin film transistor and preparation method thereof

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102011953B1 (en) 2012-11-28 2019-08-19 엘지디스플레이 주식회사 Method of detecting data bit depth and interface apparatus for display device using the same
KR102144995B1 (en) 2013-09-12 2020-08-14 삼성전자주식회사 Nanopore device including graphene nanopore and method of fabricating the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007335532A (en) * 2006-06-13 2007-12-27 Hokkaido Univ Graphene intergrated circuit
JP2010153793A (en) * 2008-11-26 2010-07-08 Hitachi Ltd Substrate with graphene layer grown thereon, electronic-optical integrated circuit device using the same
KR20110043267A (en) * 2009-10-21 2011-04-27 삼성전자주식회사 Electronic device using 2d sheet material and fabrication method the same
KR20110049702A (en) * 2009-11-03 2011-05-12 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 Utilization of organic buffer layer to fabricate high performance carbon nanoelectronic devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007335532A (en) * 2006-06-13 2007-12-27 Hokkaido Univ Graphene intergrated circuit
JP2010153793A (en) * 2008-11-26 2010-07-08 Hitachi Ltd Substrate with graphene layer grown thereon, electronic-optical integrated circuit device using the same
KR20110043267A (en) * 2009-10-21 2011-04-27 삼성전자주식회사 Electronic device using 2d sheet material and fabrication method the same
KR20110049702A (en) * 2009-11-03 2011-05-12 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 Utilization of organic buffer layer to fabricate high performance carbon nanoelectronic devices

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105027294A (en) * 2013-02-22 2015-11-04 Hrl实验室有限责任公司 Graphene heterostructure field effect transistors
TWI614209B (en) * 2013-05-30 2018-02-11 鴻海精密工業股份有限公司 Method of making nanostructure
EP3155659A4 (en) * 2014-06-13 2018-02-21 Intel Corporation Graphene fluorination for integration of graphene with insulators and devices
CN107153280A (en) * 2017-06-29 2017-09-12 电子科技大学 One kind is based on the coplanar traveling wave electrode absorption-type optical modulator of graphene
US20200096869A1 (en) * 2018-07-11 2020-03-26 Georgia Tech Research Corporation Ultra-High Resolution Conductive Traces Flexible Biocomposites by Resist Stenciling
CN112909097A (en) * 2021-02-27 2021-06-04 成都市水泷头化工科技有限公司 Graphene/black phosphorus alkene composite thin film transistor and preparation method thereof
CN112909097B (en) * 2021-02-27 2023-04-18 贵溪穿越光电科技有限公司 Graphene/black phosphorus alkene composite thin film transistor and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120136118A (en) 2012-12-18
KR101245353B1 (en) 2013-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012169720A1 (en) Graphene transistor and method for manufacturing same
Gao et al. 2D ternary chalcogenides
US10566537B2 (en) Carbon nanotube-graphene hybrid transparent conductor and field effect transistor
WO2012008789A9 (en) Method for producing graphene at a low temperature, method for direct transfer of graphene using same, and graphene sheet
Fuhrer et al. Graphene: materially better carbon
US9023220B2 (en) Method of manufacturing a graphene monolayer on insulating substrates
WO2011046415A2 (en) Roll-to-roll transfer method of graphene, graphene roll produced by the method, and roll-to-roll transfer equipment for graphene
US8722442B2 (en) Nitrogen-doped transparent graphene film and manufacturing method thereof
JP5407921B2 (en) Method for producing graphene film
CN104112777B (en) Thin film transistor (TFT) and preparation method thereof
WO2011099761A2 (en) Graphene fiber, method for manufacturing same and use thereof
TW201111278A (en) Large area deposition and doping of graphene, and products including the same
WO2011094597A2 (en) Graphene nanomesh and method of making the same
Shang et al. Two dimensional boron nanosheets: synthesis, properties and applications
Jia et al. Toward the commercialization of chemical vapor deposition graphene films
US9105480B2 (en) Methods for the fabrication of graphene nanoribbon arrays using block copolymer lithography
CN104099577B (en) A kind of preparation method of Graphene
Behura et al. Chemical interaction-guided, metal-free growth of large-area hexagonal boron nitride on silicon-based substrates
KR20160048208A (en) Purification process for graphene nanoribbons
WO2014126298A1 (en) Method of manufacturing graphene film and graphene film manufactured thereby
US11033862B2 (en) Method of manufacturing partially freestanding two-dimensional crystal film and device comprising such a film
WO2018010151A1 (en) Preparation method for field effect transistor and field effect transistor
WO2012036537A2 (en) Apparatus and method for manufacturing graphene using a flash lamp or laser beam, and graphene manufactured by same
WO2018192020A1 (en) Array substrate, manufacturing method of display substrate, and display panel
KR102149831B1 (en) Method for synthesizing graphene pattern and method for manufacturing electro-optical modulator using the same

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12796960

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12796960

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1