Single-walled carbon nanotubes have been studied as channel regions of thin film transistors due to their excellent electrical properties such as variable electron bandgap, high mobility, and high-speed charge transport. However, electrical performance and applications were limited by the contact resistance in the contact area between the metal electrode and the single-walled carbon nanotube channel. Therefore, in this study, we tried to reduce the contact resistance through two methods. The first was changed to the edge contact structure which contacted with side-to-side from the top contact structure which contacted with up-down. The contact length can be close to zero because the contact between the channel and the electrode made as a dot. At this time, the single-walled carbon nanotubes were encapsulated by hexagonal boron nitride to further increase the output current. The second is the contact between carbon nanotubes and graphene, which are homogeneous carbon-based materials, rather than the contact between common metal materials and carbon nanotubes.
The graphene electrode showed ohmic contact characteristics in which the output current changes linearly according to the drain voltage, unlike the gold electrode having the Schottky contact property. The graphene electrode also showed an excellent current level of about $30 \muA$ at 1 V drain voltage. In conclusion, this study first formed edge contact between the carbon nanotube channels and the graphene electrodes, showing significant insights into the edge contact between carbon-based materials.
단일벽 탄소나노튜브는 가변 전자 밴드갭, 높은 이동도, 그리고 고속 전하 수송과 같은 우수한 전기적 특성으로 인해 박막 트랜지스터의 채널 영역으로 연구가 진행되어왔다. 그러나, 금속 전극과 단일벽 탄소나노튜브 채널 사이의 접촉 영역에서 접촉 저항에 의해 전기적 성능과 응용이 제한되었다. 따라서 본 연구에서는 두 가지 방법을 통해 접촉 저항을 줄이고자 노력했다. 첫번째는 기존의 위 아래로 접촉하는 상부 접촉 구조에서 양 옆으로 접촉하는 측면 접촉 구조로 변경하였다. 측면 접촉은 채널과 전극이 접촉이 점과 같이 이루어지기 때문에 접촉 길이가 거의 0에 가깝게 될 수 있다. 이 때, 단일벽 탄소나노튜브를 육방정의 질화 붕소로 둘러 쌓이게 하여 출력 전류를 더 높이고자 했다. 두번째는 일반적인 금속 물질과 탄소나노튜브와의 접촉이 아닌 동종 탄소 계열 물질인 그래핀과 탄소나노튜브와의 접촉으로 변경하였다.
그래핀 전극은 숏키 접촉 특성을 보이는 금 전극과는 다르게 드레인 전압에 따라 출력 전류가 직선적으로 변하는 옴믹 접촉 특성을 보여주며, 1 V 드레인 전압에서 약 $30 \muA$의 우수한 전류 수준을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구는 탄소나노튜브 채널과 그래핀 전극 간의 측면 접촉을 처음으로 형성하여, 탄소 기반 물질 간의 측면 접촉에 대해 중요한 통찰력을 보여준다.
