8316_8466Carbon Nanotube양자 효과 nanodevices에 대한 통합 기술을 개발했습니다
또한, 그것은 양자 효과 nanodevices 중 하나입니다단일 전자 트랜지스터
이 기술 개발은 대기 또는 용액에서 단일 전하를 감지 할 수 있으며, 이는 실온에서 이전에 불가능했습니다 이것이 미래에 일어나는 일입니다Quantum Correlation Device실현매우 높은 밀도 메모리응용 프로그램,DNA, 단백질 등의 매우 민감한 검출을위한 바이오 응용 프로그램등에 큰 기여를하는 것으로 생각됩니다
이러한 결과 중 일부는 교육 문화, 스포츠, 과학 기술의 과학 및 기술 홍보 조정 비용에 의해 시행되었습니다
○ 양자 효과 Nanodevices (예 : 단일 전자 트랜지스터)의 질량 생산은 지금까지 불가능했습니다
Quantum Effect Nanodevices의 명확한 특성을 얻으려면 크기는 ~ 10nm 이하이어야하며, 이는 매우 진보 된 에볼루션 바카라 머시 싱 기술이 필요합니다 예를 들어, 에볼루션 바카라 디바이스는 전자 빔 노출 장치 또는 원자력 현미경을 사용하여 미세 자료를 사용하여 제조되었습니다 그러나 가공 용량은 매우 낮아서 제품을 대량 생산할 수 없습니다
○ 탄소 에볼루션 바카라 튜브의 미세와 포토 리소 그래피 기술의 대량 생산을 통해 대량 생산이 가능합니다
AIST는 기존의 미세 처리를 사용하지 않고 탄소 에볼루션 바카라 튜브 및 기존 가공을 사용했습니다Photolithography 기술를 사용하여, 대량 생산 가능한 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스 제조 기술이 확립되었습니다 사용 된 단일 벽 탄소 에볼루션 바카라 튜브는 매우 얇고 직경이 1-2nm이며 또한 포함됩니다화학 처리를 통한 결함 도입를 수행함으로써 1 ~ 2 nm의 양자점 모양을 만들 수있었습니다 전자를 통과하는 채널로 사용하는 단일 전자 트랜지스터에서 전자가 들어가는 영역의 크기는 1 ~ 2 nm이므로 실온에서 작동 할 수 있습니다
○ 기존의 단일 전자 트랜지스터의 전류는 매우 작으며 앰프의 10 억으로
단일 전자 트랜지스터는 전자를 하나씩 움직이고 유망한 유망한 궁극적 인 장치이지만, 전류는 매우 작습니다
○ 전류 밀도를 1000 배까지 성공적으로 증가 시켰습니다
단일 전자 트랜지스터를 실제 세계에 적용하려면 현재 밀도를 크게 증가시켜야했습니다 이번에 개발 한 탄소 에볼루션 바카라 튜브를 사용하는 단일 전자 트랜지스터에서, 탄소 에볼루션 바카라 튜브의 높은 전도도는 전류 밀도를 1 ~ 100,000,000 수준으로 성공적으로 증가 시켰으며, 이는 기존 단일 전자 트랜지스터의 3 배 더 높은 3 배 더 높았다 이것은 실내 온도 단일 전자 트랜지스터의 적용을 실제 생활에서 가속화하는 것으로 생각됩니다
양자 효과 Nanodevices는 전례가없는 다양한 새로운 특성을 가지고 있으므로 실용적으로 만들기위한 연구가 수행되었지만 실온에서 양자 효과를 명확하게 관찰하기 위해 수십 미만의 NM의 미세 구조가 필요합니다 이러한 미세 구조를 생산하려면 전자 빔 노출 장치, 포커스 이온 빔 장치 및 원자력 현미경과 같은 최신 기술이 필요합니다 이러한 기술을 사용하면 수십 수의 NM 이하의 미세 구조를 제조 할 수 있지만, 장치는 개별적으로 하나씩 제작되어야하므로 많은 시간이 걸리고 이러한 장치의 생산성은 매우 열악하여 대량 생산에 불가능합니다 따라서 실제 응용 분야에서 양자 효과 Nanodevices를 배치하는 것은 불가능했습니다
탄소 에볼루션 바카라 튜브는 여러 nm의 미세 구조를 가지며, 에볼루션 바카라 전자 장치에 적용될 것으로 예상되며, 다양한 적용 방법이 연구되었다 그러나 매우 미세한 구조로 인해 처리하기가 매우 어렵고 전자 장치의 응용 분야에 필수적이며 위치를 지정하기가 매우 어렵다는 문제가 있습니다
단일 전자 트랜지스터는 전자를 개별적으로 하나씩 제어하여 작동하는 요소이므로 궁극적 인 저전력 소비 요소 및 단일 전하를 감지하는 요소가 될 것으로 예상됩니다 그러나이 단일 전자 트랜지스터를 완전히 작동시키기 위해 1-2 nm의 미세 구조를 제조해야합니다 이것은 기존의 미세 가공 기술을 사용하기가 매우 어려운 크기이며 대량 생산 기술이 없었습니다
이러한 문제가 해결되지 않는 한, 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스는 실질적으로 사용할 수 없다고 생각되었다
위의 상황에 비추어, AIST는 탄소 에볼루션 바카라 튜브와 우수한 미세 및 광선 그래피 기술을 탁월한 대량 생산과 결합함으로써 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스 중 하나 인 고성능 단일 전자 트랜지스터를 개발하기 위해 노력해 왔습니다 결과적으로, 이전에 어려운 탄소 에볼루션 바카라 튜브의 위치를 지정하는 문제는 해결되었으며, 양자 효과에 대한 질량 생산 방법이 확립되었습니다 또한, 기존의 단일 전자 트랜지스터보다 1000 배 높은 전류 밀도를 달성했습니다
[그림 1]은 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스를위한 질량 생산 방법을 보여줍니다 첫째, 1) 포토리스트는 실리콘 산화물/실리콘 기판에 기존의 통합 회로 기술에 사용되는 포토 리소그래피 기술을 사용하여 에볼루션 바카라 디바이스의 전극이 될 모양으로 패턴 화된다 (패턴 크기는 전극 폭이 20 µm, 전극 스페이스에서 4 µm이다) 2)이어서 진공 증착 장치를 사용하여 초 세막 철 금속이 전체 샘플에 형성된다 3) 아세톤을 사용하여 포토 레지스트를 용해시킴으로써 초박형 아이언 필름의 전극 패턴이 형성된다 4)이 샘플을 열 화학 증기 증착 용광로에 넣고 메탄 가스를 900 ℃에서 흐릅니다 이로 인해 패턴 화 된 철이 촉매로 작용하게되고, 탄소 에볼루션 바카라 튜브는 이것을 코어로 사용하여 성장하여 두 전극 패턴을 연결합니다
그림 1 : 탄소 에볼루션 바카라 튜브 양자 효과에 대한 대량 생산 방법 nanodevices
[그림 2]는 1cm 정사각형 기판에 형성된 400 Quantum Effect Nanodevices의 일부의 현미경 사진입니다 도 1의 전자 현미경 사진에서 2 (d) 확대 된 전극 간격으로, 단일 탄소 에볼루션 바카라 튜브가 전극 사이에 자라는 것을 알 수있다 탄소 에볼루션 바카라 튜브는 양자 효과 nanodevices의 채널로서 작용한다 포토 리소그래피 기술을 사용하는이 방법은 한 번에 대량의 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스를 제작할 수있게 해주었다
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(a) 전체 현미경 사진
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(b) 1 단위의 현미경 사진
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| (c) 하나의 단일 전자 트랜지스터의 현미경 사진 |
(d) 탄소 에볼루션 바카라 튜브의 전자기 |
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그림 2 : 양자 효과의 질량 생산 방법에 의해 형성된 탄소 에볼루션 바카라 튜브 단일 전자 트랜지스터
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이들 전극 사이에서 자란 탄소 에볼루션 바카라 튜브는 많은 결함을 도입하기 위해 화학적 처리를 받는다 이 결함이있는 탄소 에볼루션 바카라 튜브는 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스 중 하나 인 단일 전자 트랜지스터를 완성하기 위해 채널로 사용되었습니다 구조적 다이어그램은 그림에 나와 있습니다 3 상기 금속 촉매에서 탄소 에볼루션 바카라 튜브로 성장한OMIC 전극의 금속 전극 형성되고, 소스 전극은 전자를 탄소 에볼루션 바카라 튜브에 붓는 데 사용되며, 배수 전극은 전자를 가져 오는 데 사용된다 금속 전극은 탄소 에볼루션 바카라 튜브에 근접하여 형성되며, 탄소 에볼루션 바카라 튜브의 전자 수를 제어하는 게이트 전극으로 사용된다
그림 3 채널로 도입 된 결함이있는 탄소 에볼루션 바카라 튜브를 사용한 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스
: 단일 전자 트랜지스터의 구조 다이어그램
단일 전자 트랜지스터의 전기적 특성은 실온에서 측정되었다 무화과 도 4는 탄소 에볼루션 바카라 튜브를 통해 흐르는 전류 (배수 전류)의 게이트 전압 및 배수 전압의 의존성을 3 차원 적으로 보여준다 수직 축은 탄소 에볼루션 바카라 튜브를 통해 흐르는 배수 전류를 나타내고, 2 개의 수평 축은 각각 게이트 전압 및 배수 전압을 나타낸다 이 그림에서 배수 전류는 게이트 전압으로 인해 흐르는 상태로 흐르는 상태로 크게 변한다는 것을 알 수 있습니다 이 상황을 쉽게 이해하기 위해 전압의 적용에도 불구하고 배수 전류가 흐르지 않는 영역이 거의 흐르지 않습니다 "빨간색"에 표시된 영역은 다이아몬드 모양임을 알 수 있습니다 이 영역에는 하나의 전자가 포함되어 있습니다쿨롱 봉쇄이것은 현상으로 인해 전자가 탄소 에볼루션 바카라 튜브에 한정되는 상태를 나타내며, 다른 전자가 탄소 에볼루션 바카라 튜브로 이동하려고하면 그 전자의 움직임은 금지됩니다 이러한 특성은 모양을 기반으로합니다쿨롱 다이아몬드 특성라고하며 과거의 실온에서 측정하기가 매우 어려웠습니다 그러나이 연구에서, 화학 처리를 통해 도입 된 탄소 에볼루션 바카라 튜브 및 결함의 미세 구조는 1 내지 2 nm의 미세 구조를 쉽게 형성 할 수있게하여 전자가 1 내지 2 nm의 미세한 영역에 국한되어 실온에서 쿨롱 다이아몬드 특성을 측정 할 수있게한다 이 특성을 사용하면 실온에서 각 전자를 측정 할 수 있습니다
또한 [그림 4]에서 배수 전류 값은 10 ~ 15MicroAmperes입니다 기존의 단일 전자 트랜지스터는 배수 전류가 1-10Nanoamperes에서 주문되었으므로 전류가 거의 1,000 배 더 크다는 것을 알 수 있습니다 이것은 탄소 에볼루션 바카라 튜브의 높은 전도도와 우수한 옴 전극 때문입니다 이 큰 드레인 전류는 신호 전류의 노이즈를 나타내지 않는 고성능 특성을 제공합니다 또한, 포토 리소그래피 기술은 제조 공정에 사용 되므로이 고성능 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스를 대량 생산할 수 있습니다
이러한 방식으로 형성된 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스 중 하나 인 탄소 에볼루션 바카라 튜브 단일 전자 트랜지스터는 기존의 통합 회로 기술 만 사용하며 고급 에볼루션 바카라 기술 프로세스를 사용하지 않습니다 따라서 고성능 양자 효과 에볼루션 바카라 디바이스를 쉽게 대량 생산할 수 있으며 향후 응용 프로그램에 큰 기여를 할 것으로 예상됩니다 또한이 방법이 적용되면 향후 다양한 에볼루션 바카라 전자 장치의 대량 생산으로 이어질 중요한 기술로 간주됩니다
그림 4 탄소 에볼루션 바카라 튜브 단일 전자 트랜지스터의 실온에서의 쿨롱 다이아몬드 특성
(기존의 단일 전자 트랜지스터 특성보다 1000 배의 배수 전류)
(빨간색 영역은 하나의 전자가 탄소 에볼루션 바카라 튜브 내부에 한정된 영역을 나타냅니다)
필수 초강대국 전력 소비와 높은 전하 감도 특성으로 인해 단일 전자 트랜지스터를 다양한 응용 분야에 배치 할 수 있기를 희망하지만, 기존의 경우, 실용적인 응용 프로그램이 세 가지 문제 이후로 오랫동안 오랫동안 생각할 것이라고 생각했습니다 "실온에서 작동하기가 매우 어렵습니다" 그러나, 탄소 에볼루션 바카라 튜브를 사용한 이러한 성과는 세 가지 주요 문제를 모두 한 번에 해결했으며, 이전에 고려 된 다양한 단일 전자 트랜지스터의 응용이 가능할 것으로 예상됩니다 예를 들어, 실온에서 각 전자의 분포를 감지 할 수 있기 때문에, DNA 및 단백질의 높은 감도 검출, 양자 상관 장치 실현 및 초고 밀도 메모리에 대한 적용이 가능하다