Research

Fabrication of Nano Devices

Selective Patterning with E-beam Lithography, Photo Lithography

저희 연구실에서는 수십에서 수나노까지 미세패턴이 가능한 E-beam lithography를 이용하여 선택적인 나노선에 다양한 패턴을 하고 있습니다. 반도체 기판 위에 coordinate와 maker를 이용하여 SEM 이미지를 이용하지 않고 선택적으로 나노선에 패턴을 하여 나노선 소자를 제작합니다.

자체적으로 만든 패턴 디자인 프로그램을 이용하여 패턴을 제작하며, 선택적 E-beam lithography를 통하여 ZnO, V2O5, SnO2, SiGe, GaN, In2O3, CNT 등의 나노선을 이용한 FET제작, 응용 Device제작, 전기적 특성 분석을 수행하고 있습니다. 실험 목적에 맞게 reproducible하면서 다단자 전극으로 구성된 Device를 제작하고 있으며 Device에 사용되는 나노선에 따라 이론적으로 가장 적합한 Substrate와 금속물질을 선택하여 제작합니다.

또한 Sol-gel 합성법을 이용하여, ZnO nanorod를 직접 합성하여 여러가지 나노선 특성을 관찰하는 실험에 활용하고 있습니다. 네트워크로 구성된 nano material을 통해 보다 거시적이고 명확한 특성을 관찰함으로써 단일 나노선에서의 연구 응용에도 활용할 수 있으며, 선택적 패터닝을 이용한 나노선 device 제작과 같은 응용 실험을 진행하고 있습니다.

Measurement of Electrical Characteristics in Nano Device

Hysteresis Analysis of nano device

실제 만들어지는 반도체 소자에서는 한번에 고려하고 제어하기 어려운, 수많은 파라미터들이 존재하기 때문에 이상적인 특성을 기대할 수 없는 경우가 많습니다.

소자에서의 전기적 Hysteresis(히스테리시스) 특성도 그 중의 하나로 볼 수 있으며, 소자를 상용화하여 사용하기 위해 예측하기 힘든 특성들을 분석, 정량화, 제어할 수 있도록 해야 합니다. 특히 나노선 소자와 같이 채널 자체의 캐리어 외에도 전극과 나노선간의 접촉 특성이라던가, 보호(passivation)되지 않은 나노선 채널 부분에서의 가스 흡탈착 특성 등 고려할 수 있는 다른 요인들이 많은 소자에서는 이러한 전기적 히스테리시스 특성에 대한 연구가 흥미있는 주제가 될 수 있습니다. 본 연구실에서는 ZnO박막 트랜지스터 및 나노선 트랜지스터의 히스테리시스 특성을 계속 측정, 분석해오고 있으며, 기타 전기적 특성과 연관지어 연구를 진행하고 있습니다.

Gas Sensor application using ZnO nanowire

ZnO 나노선은 합성된 직후 상태에서는 Surface state가 불안정하며, oxygen defect과 Zn interstitial로부터 정의되는 n-type 반도체 성질을 보입니다. 이로 인해 이온 반응이 일어나기 매우 쉬운 상태이며, 질소 환경이 이온 반응을 차단하면서 소자의 전류 레벨을 안정하게 만드는 것을 그래프를 통해 볼 수 있습니다. 이 외에도 수소 가스 분자가 ZnO 나노선의 표면에 다가가면, ZnO 표면에 있는 흡착 산소와 만나 산화되고, 서로 반응한 뒤 남은 전자로 인해 가스 센서 소자의 저항이 줄어드는 것을 볼 수 있습니다. 이는 Gas sensor로서의 응용 가능성을 보여주는 것으로, 본 연구실에서는 기존에 Gas sensor로서 널리 쓰이고 있는 SnO2 나노선과 더불어 ZnO 나노선을 이용하여 Gas sensing을 위한 응용 소자를 제작하고 있습니다.

더불어 진공상태, 대기상태, 산소환경으로 구분하여 I-V커브를 측정함으로써 환경에 따른 나노선 특성을 파악할 수 있습니다. 특히 산소 환경에서는 산소 Defect을 끊임없이 보충하여 ZnO 내부의 전자와 결합하게 되어 결국 전류를 흐르게 하는 캐리어가 감소되는 결과를 유도하게 됩니다.