Graphene/Metal 소자의 접촉 특성 연구

Abstract

최근 실리콘 기반의 전자소자 기술이 한계점에 다다르게 되면서 앞선 기술 개발과 양산을 통해 우위를 점유했던 국내 반도체 업계로서는 기존 기술의 한계를 뛰어넘기 위한 새롭고 다양한 패러다임의 기술 개발이 절실한 상황이다. 이에 실리콘을 대체할 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 대체 가능물질을 이용한 결과들이 발표되고 있다. 2004년 이론적으로만 존재했던 graphene을 흑연으로부터 떼어 낼 수 있는 방법이[1] 발표되면서 이후 연구자들에게 실리콘을 대체할 물질로서 주목을 받아 왔고, 대면적 성장과 물성 제어 기술에 대한 기초 연구부터 graphene의 물성을 이용한 소자로의 응용 기술에 이르기까지 다양한 분야의 연구가 진행되고 있다. 예를 들어 낮은 제조 공정비용과 flexible한 장점을 이용하여 현재 대표적으로 사용되고 있는 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide) 대체와 optical and electronic device, 실리콘 기반의 전자 소자 대체로 graphene FET등으로 많은 분야에서 연구가 진행 중이다[2-9]. 또한 graphene의 높은 전자이동도 특성은 많은 연구자들로 하여금 소자로의 응용을 위한 자극제로 충분히 작용하였다. 본 논문에서는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) [10-11]을 통하여 대면적 graphene을 성장시켜 graphene/metals 접촉 특성을 연구해 보았다. Graphene과 다양한 금속들을 접합하여 소자를 제작하고, I-V curve를 통해 TLM(Transfer length method)를 이용하여 graphene과 metal의 접촉 저항과 graphene의 면저항을 계산하였다. Pt(platinum)과 graphene의 접촉 특성 개선을 위하여 graphene channel을 top(metal 증착 후 graphene channel을 transfer 한 경우) 과 bottom(graphene channel을 먼저 형성 후 metal을 증착한 경우)으로 나누어 측정하였으며, graphene 박막과 metal의 계면을 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 함으로써 annealing에 의한 계면 접촉 저항의 개선정도를 조사하였고. 측정 조건(진공, 온도)에 따라 electrode의 전기적 특성에 얼마나 영향을 미칠 수 있는가에 대해서 연구해 보았다. 또한 metal 증착 방법에 따른 접촉 저항과 graphene 의 면저항을 비교해 보았다.