폴리이미드 기판 상에 가용성 그래핀으로 플랙서블 트랜지스터 제조공정 개발

매우 빠른 전자 이동도를 이용하며 저가인 플랙서블 전자소자들을 디자인 하기 위해 이 물질 사용에 많은 기대를 걸고 있다.


CEA, CNRS, 를리 1 대학, 노쓰웨스턴 대학의 연구팀들은 유연성과 전자 이동도를 결합한 트랜지스터 제조를 위한 새로운 공정을 개발하고 이 소자가 기가 헤르츠 영역 내 고 주파수에서 작동하는 것을 확인했다. 이 공정은 프린팅 기술과 호환 가능한 기술로 용액 내 그래핀 형태를 이용한다. 이 결과는 Nano Letters 최신호에 게재되었다.


단층 육각형 탄소 원자들로 구성된 물질인 그래핀은 몇 가지 특이한 특성을 가지고 있다. 특히, 고 전자 이동도는 매우 높은 주파수에서 전자 소자를 구동시키는데 도움이 될 것으로 기대된다. 또한, 그래핀은 기계적인 특성으로 유연성을 가진다. 전자이동도와 유연성, 이 두 가지 특성은 플랙서블 스크린과 고 성능 트랜지스터, 저가 전자 소자들 등 다양한 응용들에서 전자 소자와 회로를 만드는데 유용할 것으로 판단된다.


다양한 방법의 그래핀 합성들이 현재 이용 가능하다. 이 방법들 중 하나는 계면 활성제로 물 속에서 안정화시킨 직경이 수 백 나노미터인 작은 입자들의 용액으로 그래핀을 제조하는 방법이 포함되어 있다. 전도성 잉크를 얻기 위해 이용된 이 합성 방법은 단층 및 다층 그래핀의 조합 대신 획기적인 전자 특성을 보이는 단층 시트들만 선택하도록 해준다. 또 다른 특이한 특색은 소자가 유리, 종이 혹은 유기 기판들을 포함한 매우 광범위한 매체 상에서 성장될 수 있다는 것이다.


CEA, CNRS, 를리 1 대학과 노쓰웨이턴 대학의 연구팀은 열적으로 안정한 폴리머인 폴리이미드 기판 상에 가용성 그래핀으로 플랙서블 트랜지스터 제조 공정을 최초로 개발했다. 또한, 연구팀은 이 트랜지스터의 고주파수 성능의 심도 깊은 연구를 실시 했다.


연구원들에 의해 개발된 공정에서 용액 내 그래핀 시트들은 미리 만들어진 전극들 사이에 인가된 교류 전기장 내에서 기판 상에 증착된다. 유전이동 혹은 DEP라고 알려진 이 기술은 특정 지점들 내 증착된 고 밀도 시트들을 얻기 위한 그래핀 증착 과정으로 사용된다.

이런 높은 밀도는 뛰어난 고 주파수 성능을 얻기 위해 꼭 필요하다. 이 트랜지스터 내 전하 이동도는 반도체 분자 혹은 폴리머를 이용하여 얻어진 값들에 비해 훨씬 더 높은 100 cm2/V.s 정도였다. 이 트랜지스터는 유기 전자 소자에서 지금까지 얻지 못한 수준인 약 8GHz의 매우 높은 주파수를 얻을 수 있었다.


이 결과들은 전도성 잉크 그래핀이 일반적인 유기 반도체에서 한번도 도달하지 못한 고 주파수 영역 (GHz)에서 플랙서블 전자 응용들을 만드는데 매우 경쟁력 있는 물질이라는 것을 보여 주고 있다. 이 차세대 트랜지스터는 접거나 말 수 있는 플랙서블 스크린, 정보 처리와 전송이 가능한 RFID 태그와 같은 직물 혹은 여타 일상 용품 내에서 만든 전자 소자 등 많은 응용들에 매우 큰 가능성을 제공하고 있다.

열적으로 안정한 폴리머 시트인 폴리이미드 기판 상에

플랙서블 트랜지스터를 만드는데 이용된 용액 내 단층 그래핀

참고 자료: Flexible Gigahertz Transistors Derived from Solution-Based Single-Layer Graphene. Cedric Sire, etal., Nano Letters, Mar 14, 2012.

URL : http://www.physorg.com/news/2012-03-flexible-graphene-transistors.html

<출처>NDSL, 2012. 03. 19

Posted by TopARA

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