그래핀을 이용한 생체모방형 기계적 감각수용체

Abstract

촉각센서에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있는 요즘, 나노 소재를 기반으로 한 촉각센서가 다양하게 연구되고 있다. 나노 소재 중 하나인 Graphene을 이용한 촉각센서의 장점들로는 Capacitance 방식과는 달리 sensitivity의 감소 없이 소자의 소형화가 가능하며, 화학적 도핑 및 열처리 등의 공정을 통해 절연층과 graphene 표면의 charge trap들을 제거해 주면, hysteresis를 없애 반복 측정에 대한 신뢰도를 높일 수 있다. 인체의 경우 촉각수용체에서 나오는 출력신호는 펄스형태(FA 타입)를 띠며 자극의 세기에 따라서 전기적인 펄스들의 주기와 발생시점이 변화한다. 이는 지금까지 나온 대부분의 촉각소자들의 공통된 특성, 즉 인가된 자극의 세기에 따라 출력의 세기도 같이 단순 증가하는 방식과는 근본적으로 다른 원리를 보여준다. 본 연구에서는 좀 더 사람의 촉각에 가깝게 모사하기위해 자극세기의 변화량을 감지하는 촉각시스템을 개발함을 목표로 한다. 이를 위해서 Graphene의 밴드구조를 doping을 통하여 조절한 후 이를 바탕으로 한 촉각센서를 제작하여 인가된 자극의 증가에 대해서 펄스형의 출력을 발생시킨다. 본 논문에서는 Graphene Transistor를 제작한 후 I-V 및 Backgate sweep을 통한 기본적인 Transconductance 측정을 통해 특성을 확인하였다. 그리고 이를 이용해 Graphene에 다양한 p-doing 감소 기법을 적용하여 Dirac point를 낮은 수준의 전압으로 낮추었다. 본 논문에서는 이와 같은 기법들을 이용해 하나의 기판 위에 다수의 Graphene Channel을 배치하고 각각 Channel의 Dirac point가 다르게 제작되어 인가된 하나의 전압에 대해 다양한 Pulse 출력을 확보한 촉각센서를 소개하고자 한다