Synthesis of Monolithic Graphene-Graphite Integrated Electronics

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1 Synthesis of Monolithic Graphene-Graphite Integrated Electronics
그래핀 계열 재료로 구성된, 집적회로의 합성 Synthesis of Monolithic Graphene – Graphite Integrated Electronics Synthesis of Monolithic Graphene-Graphite Integrated Electronics 박 장 웅 나노생명화학공학부 UNIST (울산과학기술대학교) 박장웅 Assistant Professor, 나노생명화학공학부, UNIST

2 현재의 반도체 공정 - 현재의 반도체 집적회로들은 실리콘(silicon) 트랜지스터들로 구성되어 있음.
실리콘 웨이퍼 산화막 형성 산화막(SiO2) 광민감성수지(PR) 코팅 PR 패터닝 산화막 에칭 이온빔 조사 실리콘 도핑 금속층 증착 금속층 패터닝 PR PR 제거 노광공정 적층 & 패터닝 반복 문제점 1: 공정이 복잡하고 까다로움. 문제점 2: 웨이퍼 위주의 평면에 주로 적합하고, 곡면에 집적회로를 만들기 쉽지 않음.

3 본 논문의 주요 연구 성과 요약 1. 그래핀 계열 재료를 이용하여, 집적회로 패턴 전체를 한번에 합성함.
500 m 50 m 그래핀 (채널) 흑연 (전극) 2. 평면 웨이퍼 외에도 다양한 곡면에서, 플렉시블(flexible) 전자회로를 구성함. 콘택트렌즈 곤충 표면 J.-U. Park et al., Nature Mater., published online (2011)

4 합성된 층 수: 구리 < 니켈 < 코발트
그래핀 계열 재료로 구성된, 집적회로 합성법 [ 그래핀 합성을 위한 화학기상증착 공정 (CVD, Chemical Vapor Deposition) ] 촉매 물질 탄소기체 탄소가 촉매에 녹아들어 감 온도증가 온도냉각 촉매 표면에서 그래핀 형성 : 촉매 물질에 따라, 탄소의 용해도가 다름  형성되는 그래핀 층 수를 조절할 수 있음. 코발트 니켈 자음 모음 배경 구리 [ 촉매형태 ] [ 그래핀과 흑연의 경계면 (단면) ] 합성된 층 수: 구리 < 니켈 < 코발트 [ 합성된 그래핀 및 흑연 ] J.-U. Park et al., Nature Mater., published online (2011)

5 그래핀 층수에 따른 전기적 특성 변화 그래핀: 외부 전압에 따라 저항값이 크게 달라질 수 있음  트랜지스터 채널(channel)에 적합. - 흑연: 면저항이 적고, 외부 전압에 덜 민감함.  전극으로 사용 가능.  그래핀과 흑연 모두 유연성이 매우 좋음  플렉시블(flexible) 전자회로에 적용. J.-U. Park et al., Nature Mater., published online (2011)

6 트랜지스터 샘플이 로고가 인쇄된 종이위에 올려짐.
플렉시블한 투명 트랜지스터 회로 제작 소스/드레인 전극 (흑연) 및 채널 (그래핀) 게이트 전극 (흑연) 트랜지스터 샘플이 로고가 인쇄된 종이위에 올려짐. 플라스틱 기판 트랜지스터 샘플이 유리 곡면에 부착됨. J.-U. Park et al., Nature Mater., published online (2011)

7 실시간 측정, pH 센서 어레이 J.-U. Park et al., Nature Mater., published online (2011)

8 초경량, 초슬림 그래핀 기반 집적회로 Movie 물 위에 떠 있는 그래핀  흑연 기반 집적회로

9 다양한 곡면위로의, 집적회로 부착 J.-U. Park et al., Nature Mater., published online (2011)

10 다양한 곡면위로의, 집적회로 부착 J.-U. Park et al., Nature Mater., published online (2011)

11 저널 Impact Factors 저널명 Impact Factors Nature 36.104 Science 31.377
Nature Materials 29.920 Nature Phys., Nature Chem., Nature Methods, Nature NeuroSci., etc 20 이하

12 감사합니다!