나노와이어 트랜지스터와 그 제조방법 document_id A220623045098

본 발명은 나노와이어 트랜지스터와 그 제조방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 전기장을 이용하여 나노와이어를 배열시켜 나노와이어를 제조하는 방법과 그 방법에 의한 나노와이어 트랜지스터에 관한 것이다. 20세기 후반부에 등장한 나노기술(NT, nanotechnology)은 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon) 등과 같은 직경이 100nm 이하의 일차원 구조의 나노물질 및 나노박막과 기타 100nm 이하의 나노구조물 등을 다루는 분야이다. 물질의 크기가 마이크로미터로 작아져도 벌크물질의 물리적 특성들은 대부분 그대로 유지되지만, 나노미터 크기가 되면 새로운 물리적 특성들이 발현된다. 이러한 새로운 물리적 특성들을 이용하여 전자, 광학 소자 등의 나노디바이스(nanodevice)를 조립할 수 있어 나노기술은 차세대 중요한 기술 분야로 각광받고 있다. 특히, 나노와이어와 같은 크기가 작은 물질에서는 양자구속효과(quantum confinement effect)가 나타나는데, 양자구속효과의 가장 두드러진 점은 물체의 크기가 작아지면 띠 간격(band gap)이 커지는 현상이 나타난다는 것이다. 띠 간격이 커지는 현상을 이용하면 반도체로서도 이용이 가능하다. 실제로, 공개된 기술에 따르면 반도체 나노와이어 서스펜션을 SiO2 기판 상에 분산시킨 다음, 전자빔 리소그래피 방법으로 소스와 드레인의 전극을 접합시켜 나노와이어-전계효과트랜지스터(NW-FET, nanowire-field effect transistor)를 만든 바가 있다.(X. Duan, et al., Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and photoelectronic devices', Nature, 409, pp66-69(2001)) 상기한 바와 같은 NW-FET에서는 전류 대 소스-드레인전압 및 전류 대 게이트 전압 등을 측정해 보면, 게이트 전압을 변화시킬 경우 반도체 나노와이어의 정전기 퍼텐셜이 변하고, 따라서 캐리어 농도와 나노와이어의 전도도가 변조되는 현상이 발견되었다. 여기서, 전도도의 변조에 따른 도핑의 형태(n 또는 p 타입)를 결정할 수 있고, 각 타입의 나노와이어 내의 캐리어(즉, 전자나 정공)의 이동도를 트랜지스터의 기본 공식으로부터 계산할 수 있게 되어 나노와이어의 전기전달특성이 규명되었다. 이때, 나노와이어 물질들을 벌크상태의 물질들과 비교해 보았을 때 월등히 우수한 캐리어 이동도(carrier mobility)를 나타내고 있는 데, 바로 이런 점이 반도체 나노와이어의 우수한 특성을 말해주고 있다. 상기한 바와 같은 나노와이어를 이용하면 평판표시장치 등의 구동 소자인 트랜지스터를 제조하는 데 응용이 가능하다. 평판표시장치 등의 트랜지스터를 형성하기 위해서 나노와이어를 분산시킨 용액을 코팅하는 방법, 랭뮤어-블로짓(Langmuir-Blodgett, LB) 방법, 자기배열단일층(self-alignment monolayer, SAM) 방법을 비롯하여 다양한 방법으로 소스전극과 드레인전극 사이에 나노와이어를 배열시킬 수 있다. 그러나, 나노와이어 분산 용액을 코팅하는 방법을 비롯한 상기 방법은 나노와이어를 원하는 위치에 원하는 형태로 정렬시키기 어려울 뿐만 아니라 대면적의 기판에 빠른 시간에 형성이 어려운 문제점이 있다. 또한, 나노와이어를 형성하기 위해 제조과정의 공정수가 급격이 늘어나는 문제점이 있다. 상기한 이유로 인해 트랜지스터의 제조에 있어 나노와이어의 적용이 어려웠으며, 상기한 문제점을 해결한 나노와이어 반도체층을 형성하여 트랜지스터를 제조하는 방법이 요구되었다.