This dissertation focuses on the investigation of graphene field effect transistor (FET) for high performance flexible electronics. For that purpose, the enhancement of electrical characteristics has been accomplished by applying the various fabrication processes that improve each elements of flexible graphene FET. The graphene is emerging as promising candidates for flexible electronic devices due to its exciting electrical and mechanical properties. However, the properties of flexible substrate have limited the fabrication process for graphene FET, resulting in poor electrical characteristics of flexible graphene FET. In this work, we investigate the several unit fabrication processes for high performance flexible graphene FET. As a substrate engineering, aluminum nitride (AlN) interfacial layer has been introduced on the substrate. High surface phonon energy of AlN suppresses the surface phonon scattering from a substrate, resulting in superior electrical performance of graphene FET. In order to secure flexible dielectric, an initiated chemical vapor deposition (iCVD) process has been adapted. The iCVD process enable pin-hole free and conformal coating on any target surface even with inertness regardless of its chemistry The graphene FET with copolymer gate dielectric via iCVD has shown superior electric characteristics and mechanical stability. Also, optimization of overall fabrication process for flexible graphene FET has been done to minimize degradation of performance and maximize the yield. Finally, high-performance graphene RF transistor and RF mixer implemented on flexible substrate have been realized. Through the integration of above fabrication processes, flexible graphene RF transistor has exhibited 38.6 GHz cut-off frequency and flexible graphene RF mixer with passive element has shown the conversion loss of -29.8 GHz at $f_{LO}$ = 7 GHz. This is the first example of a flexible graphene RF application with passive element, exhibiting gigahertz-frequency power gain under strain condition.
본 연구는 고성능 유연 소자로 활용하기 위한 그래핀 트랜지스터의 제작과 성능 극대화를 지향하는 것을 주제로 한다. 본 연구의 목적은 유연기판 상에서 동작하는 그래핀 트랜지스터의 각각의 요소에 대한 공정을 향상시키는 다양한 공정 과정을 적용하여 소자의 전기적 특성을 향상시키는 것이다. 그래핀은 높은 전기적, 기계적 특성으로 인해 유연 전자 소자에 유망한 물질로 여겨져 왔으나, 유연 기판에 적용 가능한 그래핀 소자 공정의 개발이 미숙하여 그간 유연 그래핀 소자는 낮은 전기적 특성을 보여왔다. 본 연구에서는 고성능 유연 그래핀 소자를 위한 다양한 단위 공정 과정을 연구하였다. 기판 처리 기술로써 높은 표면 포논 에너지를 가진 질화 알루미늄 계면층을 도입하였고, 유연한 절연막을 확보하기 위해 개시제를 이용한 화학 기상 증착 공정을 도입하였다. 또한 유연 그래핀 소자 제작을 위한 전반적인 소자 제작 과정을 최적화 함으로써 소자의 성능 저하를 막고 전체적인 수율을 향상시켰으며, 앞서 개발된 공정 과정을 집약하여 고성능 유연 그래핀 무선주파수 트랜지스터와 패시브 소자와 함께 제작된 그래핀 무선주파수 혼합기를 구현하였다. 이는 패시브 소자와 결합된 최초의 유연 그래핀 무선주파수 집적회로이며, 기계적 부하가 걸린 상황에도 기가헤르츠 영역에서 동작하였다.
