Graphene/SWCNTs junction is an important building block for high performance carbon-based electronics. While there have been several studies on the graphene/SWCNT junction proper-ties, their focus were on the fabrication and demonstration. In the letter, we present the experi-mental investigation on contact resistance of graphene/single-walled carbon nanotube junction us-ing transfer length method with the simple equivalent circuit model. We find that the contact re-sistance in graphene/SWCNT junction significantly affects device performance, and largely gate dependent behavior. The transfer characteristics indicate that the p-n like junction are formed in graphene/single-walled carbon nanotube junction. In addition, the contact resistance depends sig-nificantly on the contact length, even in micrometer regime.
탄소 나노튜브와 그래핀은 우수한 전기적, 기계적, 광학적 특성을 지니고 있어 다양한 분야에 활용처가 있어 그 관심이 증가하고 있다. 특히나 우수한 전기적, 기계적 특성과 광흡수율이 현저히 낮기 때문에 유연 소자 및 투명 소자 등에 활용처가 있다. 따라서 이와 관련한 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만 이들의 특성을 최대로 활용하기 위해서는 몇 가지 해결해야 할 문제들이 있다. 그 중에서도 접촉 저항 문제는 탄소기반 전자 소자에서 반드시 해결해야 할 문제이다. 탄소 소재의 우수한 특성을 활용하기 위해서는 접합 부에서의 전하의 이동이 자유롭게 일어 날 수 있는 즉 옴적 접합이 형성되어야 한다. 하지만 탄소 기반 소자들의 공통적인 문제는 이종 물질간에 일함수 차이와 계면 특성 때문에 쇼트키 배리어가 형성되어 전하의 이동을 방해한다. 쇼트키 배리어는 전하의 수송을 방해하며 열전자의 방출 및 후방 스캐터링의 원인이 된다. 이에 따라 탄소 채널과 금속 전극을 이용한 소자의 경우 접합 특성과 관련하여 많은 연구가 진행되어 왔다.
하지만 최근 들어 연구가 시작된 탄소로만 이루어진 전자 소자의 경우는 우수한 특성을 나타내며 다양한 활용처에 가능성을 보였지만 접합 특성과 관련된 연구가 거의 진행되지 않은 상황이다. 몇몇 연구에서 접합의 특성을 평가를 시도하긴 하였지만 개별 탄소나노튜브와 그래핀의 접합이나 혹은 전하 트랜스퍼 메커니즘과 관련된 연구에 한정되어 직접적인 접촉 저항의 값에 대해 보고된 결과는 현재까지 없다. 본 연구를 통해 우리는 그래핀/탄소나노튜브 접합을 갖는 박막형 전자소자를 제작하여 Transfer Length Method를 이용한 그래핀/탄소나노튜브 접합의 접촉 저항 추출 및 접촉 저항에 미치는 요소 들에 대한 연구를 진행하였다. 결과적으로 탄소 나노튜브와 그래핀 사이에는 p-n junction 형태의 접합이 형성되는 것을 확인 할 수 있었고 이로 인해 접합 저항이 게이트 바이어스에 의해 조절될 수 있다는 것을 확인하였다. 더불어 그래핀과 탄소나노튜브의 접촉 길이를 조절하여 이에 따른 접촉저항의 변화를 확인하는 실험을 진행하였다. 일반적인 탄소나노튜브/금속 접합에서는 마이크로미터 이상의 접합이 유지되면 접촉저항에 큰 변화가 없다고 알려져 있으나 그래핀과 탄소나토튜브의 경우에는 접촉 길이가 매우 중요한 것으로 판단되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 지속적인 탄소나노튜브/그래핀 접합의 특성 평가 및 특성 향상을 통해 차세대 탄소 기반 소자의 성능 향상을 향상시키려 한다.
