In this works, a novel high-Q inductor using multi-walled nanotube interconnects is proposed. The proposed inductor is based on 2 main ideas that (1) the inductance of the multiple paths is a few higher than that of the rigid path and (2) the extraordinary electrical properties of multi-walled nanotube, ballistic conductance and sheet current path, are used to reduce the impedance. In fabrication process, trench filled with MWNT bundle is attempt with two methods, (1) CNT paste filling process and (2) CNT droplet filling process. We shows trench is almost filled with MWNT bundle easily. With this process, CNT inductor is fabricated and measured. All the fabricated CNT inductors are malfunctioned. We find that an important rule of the pad contact resistance with MWNT. To solve this problem, the electroplating method is invited. We make the monolithic line-pad inductor filled with MWNT and encapsulate MWNT bundle with electroplated Cu to settle the pad problem. The AC and DC electrical characteristics of Cu-encapsulated CNT inductor are measured. The DC resistance is as same as Cu-line inductor. The Q-factor and inductance that is the AC characteristics are measured. The highest Q-factor of Cu-encapsulated CNT inductor is 66 that Cu-line inductor can never achieve with the same cross section area. And the performance improves 150% of the Q-factor.
본 학위 논문에서는 다중벽 탄소 나노튜브를 이용한 고성능의 새로운 인덕터를 제안했다. 제안된 인덕터는 2 가지 핵심 아이디어를 기본으로 하고 있다. 2가지 핵심 아이디어는 (1) 다중경로의 인덕턴스는 단일경로의 인덕턴스보다 약간 높은 값을 갖는다는 점과 (2) 특이한 전기적인 성질, 획기적인 전도성과 전류를 면으로 흐르게 하는 경로를 가지는 다중벽 탄소 나노튜브를 사용해서 임피던스를 줄이는 점이다. 공정 측면에서 보았을 때, 다중벽 탄소 나노튜브 다발을 트렌치에 집어넣는 2가지 공정, (1) CNT paste를 이용해서 채우는 공정과 (2)CNT를 포함한 물방울을 이용해서 채우는 공정을 시도하였다. 트렌치에 다중벽 탄소 나노튜브가 쉽게 가득 채울 수 있는 것을 검증했다. 이러한 공정을 이용하여 탄소 나노튜브를 이용한 인덕터를 만들고 측정을 하였다. 측정결과, 탄소 나노튜브를 이용한 모든 인덕터들이 제대로 동작하지 않았다. 다중벽 나노튜브와 패드의 접촉저항이 매우 중요한 역할을 한다는 점을 발견하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 전해 도금 방법이 사용되었다. 탄소 나노 튜브를 가득채운 라인과 패드를 일체형으로 가지는 인덕터를 만들었고 패드에서 형성되는 문제를 해결하기 위해 전해 도금으로 다중벽 탄소 나노 튜브를 둘러쌓는 연구를 하였다. 구리로 덮여진 다중벽 탄소 나노튜브를 가지는 인덕터를 제작하여 직류 및 교류의 전기적 특성을 측정하였다. 교류 특성인 Q-factor와 인덕턴스를 측정하였다. 그 결과 매우 높은 66의 Q-factor 값이 측정되었으며 이러한 결과는 동일한 단면적의 구리도선을 이용한 인덕터를 통해서는 만들 수 없는 값을 얻었다. 또한 성능이 150% 향상되는 것을 확인하였다.
