Carbon nanotube is promising materials at electronics because of its excellent electrical property which origins from ballistic transport. However its electrical property is lower than theoretic range because of contact resistance between channel and electrode. It is necessary to research and reduce contact resistance to sustain their nature properties. Also importance of contact resistance increases as scales go down.
In this research, we approached two method to lower contact resistance. First, using graphene electrode instead of metal. Graphene is known as excellent electrical conductivity. Also graphene is graphitic allotropes with carbon nanotubes, so it has potential to make better combination with carbon nanotubes than metal electrode. Second approach is geometry conversion from top contact to edge contact. Different with top contact which forms van der Waals gap at contact region, edge contact forms chemical contact at edge. This will give potential to lower contact resistance. Combining these two strategies, we demonstrated edge contact device with carbons. Also to increase performance of devices, we deposited gold pad to make extra electrical path and increase conductivity. As a result, graphene interlayer device showed better performance than edge contact with gold only because carbons made shorter chemical bindings at edge and gold supported overall conductivity. Lastly, edge contact showed potential in integration which has constant contact resistances regardless of their scales compare to top contact devices which depends on contact region.
탄소 나노튜브는 발리스틱 전자수송으로 인한 뛰어난 전기 전도도를 가지며 차세대 전자소자에서 채널로 사용할 수 있는 물질로 각광을 받고 있다. 하지만 채널이 전극과 연결되면서 발생하는 접촉 저항에 의해서 전기적인 특성은 이론 값에 훨씬 미치지 못하고 있다. 공정 미세화가 진행이 됨에 따라, 접촉 저항의 중요도는 점점 커져가고 있으며, 이를 해결하고 줄이는 것이 결국 차세대 전자소자로 발전 시키는데 있어 중요한 연구 분야이다.
이를 위해 본 연구에서는 2가지 접근 방법을 통해 접촉 저항을 낮추기 위한 시도를 하였다. 첫 번째로 접촉 부위를 이루는 물질을 그래핀을 이용하였다. 그래핀은 탄소 나노튜브와 동소체 이면서 뛰어난 전기 전도도를 가지고 있다. 같은 물질인 탄소로 이루어져 있기 때문에, 연결 부위에서 격자 결함이나, 일 함수 차이 등에서 발생하는 문제를 낮출 가능성이 있다. 두 번째로는 기존의 위 아래로 전극과 채널을 연결하는 구조에서(Top contact) 양 끝 단이 옆으로 전극이 연결되는 엣지 연결 구조로(Edge contact) 바꾸면서 접촉 저항을 낮추려는 시도를 하였다. 물리적인 결합이 형성되는 위 아래로 연결되는 구조와는 다르게 엣지 구조로 연결될 때 연결 부위에서 화학적 결합을 형성하여 더 우수한 전기적 특성을 지닐 수 있는 가능성이 있다. 이러한 시도를 통해 처음으로 탄소간의 엣지 연결 소자를 제작하였다. 또한 성능을 더 높이기 위하여 그래핀 전극 위에 금속을 증착하여 추가적인 전극을 만들어 주었다. 그 결과 연결 부위에서는 탄소 간의 화학결합을 이루어내면서 연결 저항이 증가 하였고, 전체적으로 부족했던 전도성을 금속이 보완해주면서 기존 금속만을 이용하였을 때보다 전기 전도도가 향상되는 것을 확인하였다. 마지막으로 접촉 길이가 줄어듦에 따라 소자의 특성이 급격히 하락하는 위 아래 연결구조와는 다르게 일정한 접촉 저항을 가질 수 있는 엣지 연결 구조는 집적화 측면에서 더 유리하며 그 연구의 중요도는 커질 것으로 보인다.
