Volume 60, Number 6, 2010¸ 6 Z 4, pp. 591∼594

(1)

Volume 60, Number 6, 2010¸ 6 Z 4, pp. 591∼594

New Physics: Sae Mulli (The Korean Physical Society), DOI: 10.3938/NPSM.60.591

º ºP } º§ 7 0Y «X N Ë m ù p § T Ó Þ X ¢ mø m Çä Ä m} º x ¢ ½¬ 8 ý ºô m É «X N Ë; c 6

X ¢ ì Å Ñ ÷ mø m Çä Ä m} º x ¢ ½¬ ú n Þ= 0, f Ç ¹ Å4 ÇÊ Ý ² O U ' [ < gX c l

»# Ü g Y @

ô

Ç² D G õ < Æl Õ ü t ½ ¨" é ¶, Ð4 ©· r Û ¼% 7 ½ ¨ : r Â Ò, í Ð_ Û ¼/G ' p" fr Û ¼% 7 G ' p' , " fÖ ¦ 136-791

¦ 9@ / < Æ § l / B N < Æõ , " fÖ ¦ 136-713

»? £ Ó

¦ 9@ / < Æ § l / B N < Æõ , " fÖ ¦ 136-713

»` 9 Ú · _ @* å ?

ô

Ç² D G õ < Æl Õ ü t ½ ¨" é ¶, Ð4 © ·r Û ¼% 7 ½ ¨ : r Â Ò, í Ð_ Û ¼/G ' p" fr Û ¼% 7 G ' p' , " fÖ ¦ 136-791 (2010¸ 5 Z 4 11{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 6 Z 4 10{ 9 > F S X & ñ )

: r 7 Hë H \ " f Ä ºo H ¸f í Ðo èÕ ªA x (photolithography) / B N& ñ ë ß ` ¦ s 6 x # é ß { 9 # 4 ò ø Í è ¸ È

ÓÚ Ô (single-walled carborn nanotube; SWNT)\ ¦ z ´o B H l ó ø Í0 A\ × þ & h Ü ¼ Ð f ¨ Ã Ìr v H / B N& ñ ~ ½ ÓZ O õ

s \ ¦ s 6 x ô Ç > ´ òõ à Ô ½ t Û ¼' (field emission transistor; FET)_ ] j ~ ½ ÓZ O \ @ /K ¦¹ 1 Ï % i .

í ß

o} (SiO

²

) s + þ A$ í ) a z ´o B H l ó ø Í0 A\ í Ðo èÕ ªA x / B N& ñ ` ¦ s 6 x # e _ _ í ÐY Ut Û ¼à Ô J s

+ þ A$ í ÷ &% 3 . í ÐY Ut Û ¼à Ô J ) a l ó ø Í É r SWNT ì r í ß ) a s 9 þ t Ð Ð $ H $ (dichlorobenzene)6 x Ó

o 5 Å q \ { . 6 £ § É r í ÐY Ut Û ¼à Ô J s ] j ÷ & ¦, õ & h Ü ¼ Ð octadecyltrichlorosilane (OTS)

\

¦ 6 x H l > r _ 4 ¤ ¸ ú ô Ç o < Æ& h õ & ñ \ O s ¸ è ¸Û ¼ü < × ¼Y U F G s \ × þ & h Ü ¼ Ð SWNT G V ,

[ þ t s l ¸w n ÷ &% 3 . s l ¸w n / B N& ñ s s 6 xH d Ü ¼ Ð" f SWNT Y O w G V , Ð ½ ¨$ í ) a × æ G V , FET $ í / B N& h Ü ¼ Ð ] j ÷ &% 3 .

Ù þ

d # Q: é ß { 9 # 4 ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô, > ´ òõ à Ô ½ t Û ¼' , í Ðo èÕ ªA x

Study on the Self-assembled Process of Single-walled Carbon Nanotubes (SWNTs) Fabricated Using Only Photolithography and the Fabrication of

SWNT-based Multi-channel Field-emission Transistors

Kyeong Heon Kim

Photonics/Sensor System Center, Robotics/Systems Division, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 136-791 Department of Electronic Engineering, Korea University, Seoul 136-713

Tae Geun Kim

Department of Electronic Engineering, Korea University, Seoul 136-713

Sun Ho Kim · Young Tae Byun ^∗

Photonics/Sensor System Center, Robotics/Systems Division, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 136-791

(Received 11 May, 2010 : accepted 10 June, 2010)

-591-

(2)

-592- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 60, Number 6, 2010¸ 6 Z 4

In this research, we investigated a selective assembly method of fabricating single-walled carbon nanotubes (SWNTs) on a silicon (Si) surface by using only a photolithographic process; then, we fab- ricated field-emission transistors (FETs). Photoresist (PR) patterns were made on a silicon-dioxide (SiO

2

)-grown Si substrate by using a photolithographic process. This PR-patterned substrate was dipped into a SWNT solution dispersed in dichlorobenzene (DCB). The PR patterns were removed by using aceton. As a result, selectively-assembled SWNT channels could be obtained between two electrodes (source and drain electrodes) without complicated chemical steps using octadecyl- trichlorosilane (OTS). Finally, we successfully fabricated SWNT-based multi-channel FETs by using our novel self-assembly method.

PACS numbers: 07.79, 85.30.T

Keywords: SWNT, CNT, FET, Photolithography

I. " e Â ] Ø

1991¸ Iijima\ _ K ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô (catbon nanotube;

CNT) % 6 £ § µ 1 Ï| ) a s Ê ê, ¸ % ò % i \ " f D h Ðî r Ó ü t o

& ³ © õ ¾ Ó © ) a Ó ü t o & h : £ ¤$ í [ þ t s Ð ¦÷ &# Q M ® o [1,2].

CNT H & ñ Ð: x , \ -t , _ « Ñ, ì r \ s Ø Ôl t

ª ô Ç ì r \ " f ½ ¨÷ & ¦ e Ü ¼ 9, Õ ª © \ O & h F § 4

¸ B Ä º ß ¼ . : £ ¤ y CNT\ ¦ s 6 x ô Ç > ´ òõ à Ô ½ t Û ¼' (field effect transistor; FET) B j ¸o è H ì ø Í ¸^ _

| 9

& h ¸\ ¦ Z } s l 0 Aô Ç Ó ü t| 9 Ð Å Ò3 l q ~ Ã Î ¦ e . " f l

> r z ´o B H l ì ø Í_ è ü < H ² ú o ¦| 9 & h , ¦$ í 0 p x _ ì

ø Í ¸^ è \ ¦ ë ß × ¼ H כ s 0 p x K & [3,4].

Õ

ª Q z ´o B H l ì ø Í è Ð s ` Ä ºÃ ºô Ç : £ ¤$ í ` ¦ f

\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ @ /| ¾ ÓÒ q tí ß s & ñ § > =, Õ ªo ¦ J ] j s

# Q§ > l M :ë H \ f © 6 x o 3 l w ÷ & ¦ e [5].

"

f s Qô Ç CNT l ì ø Ís ) a è _ > hµ 1 Ï` ¦ 0 AK

"

f ç ß é ß ô Ç / B N& ñ é ß > \ ¦ u H CNT l ¸w n / B N& ñ \ @ / ô

Ç ½ ¨ 9 Ã º& h Ü ¼ Ð כ ¹½ ¨÷ &% 3 .

OTS (octadecyltrichlorosilane)\ ¦ 6 x ô Ç l ¸w n / B N

&

ñ É r í Ðo èÕ ªA x \ ¦ s 6 x # @ / & h _ $ : r/ B N& ñ ` ¦

0 p x > ë ß [ þ t% 3 ¦, ; ¤ s 3 ∼ 4 µm f % ò % i \ ¸ Ó

ü t| 9 s J ' _ ç | ¨ c Ã º e > % i [6]. Õ ª Q 6 xÓ o/ B N& ñ

\

6 x ÷ & H OTS H : £ ¤$ í s Ô ¦ î ß & ñ # ~ Ã Ì} s 7 £ x Ã Ì | ¨ c M

: Ã ºÖ ¦ s b # Qt H é ß & h ` ¦ ° ú H . Õ ª õ , OTS 6 xÓ o _

F Ö ¸6 x s # Q§ > ¦, : £ ¤& ñ : r ¸ü < _ þ v ¸ Ä »t ÷ & H ¸|

\

" f OTS ~ Ã Ì} s 7 £ x Ã Ì ) a Ê ê, 6 x ) a OTS 6 xÓ os ` l

÷

&# Q H ë H ] j& h ` ¦ î ß ¦ e . Õ ª QÙ ¼ Ð OTS 6 xÓ os

6 x ) a l ¸w n É r / B N& ñ ¸| s B Ä º \ v ¦, q 6 x8 £ ¤

\ " f Ô ¦ o K . ¢ ¸ô Ç OTS 6 xÓ o É r Ã ºì r õ ì ø Í6 £ x #

;

¤ µ 1 Ï | ¨ c 0 A+ « >$ í s e l M :ë H \ Á ºÃ º Ù כ í ß \ B$ 3 #

∗

E-mail: [email protected]

Fig. 1. Schematic diagram of the SWNT assembly method using only a photolithographic process.

6 x ) a Ê ê ` l \ O ^ \ ¦ s 6 x # ` l ÷ &# Q H ë H ] j& h

¸ t ¦ e [7].

: r 7 Hë H \ " f H l > r _ OTS\ ¦ s 6 x H l ¸w n / B N

&

ñ _ ë H ] j& h ` ¦ K l 0 AK " f OTS 6 xÓ os 6 x ÷ &t

· ú

§ H D h Ðî r / B N& ñ ` ¦ ] jî ß ô Ç . 7 £ ¤, l > r _ OTS\ ¦ 6 x ô Ç

l ¸w n / B N& ñ \ " f OTS C ] j÷ &% 3 ` ¦ ÷ r ë ß m , ] j

#

Q l # Q 9 ° ?~ SWNT (single-walled nanotube) ¸ í

Ðo èÕ ªA x / B N& ñ ë ß ` ¦ s 6 x # SiO

²

© _ " é ¶ H 0 A u

\ ~ 1 > f ¨ Ã Ì r ~ ´ Ã º e H l Z O s ½ ¨÷ &% 3 . Õ ªo

¦ > hµ 1 Ï ) a D h Ðî r l ¸w n / B N& ñ ` ¦ s 6 x # × æ G V , SWNT FET è $ í / B N& h Ü ¼ Ð ] j ÷ &% 3 .

II. Ä ] Ø Â ] Ø

1. ÷ m Ç] M ö õ m Í + s ÇÊ Ý

Figure 1 É r í Ðo èÕ ªA x \ ¦ s 6 x ô Ç SWNT l ¸ w n

/ B N& ñ \ @ /ô Ç > h¥ Æ ¸s . 1050

^◦

C _ _ þ vd \ P S X í ß Ð

(thermal furnace)\ ¦ s 6 x # 120 nm_ \ P í ß o} (ther-

mal oxide; SiO

2

) s $ í © ) a z ´o B H l ó ø Í 0 A\ í ÐY Ut Û ¼

(3)

í Ðo èÕ ªA x / B N& ñ ë ß ` ¦ s 6 x ô Ç é ß { 9 # 4 ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô_ · · · – ^ â ³ 1 p x -593-

Fig. 2. SEM images of self-assembled SWNT patterns.

(a) SWNTs on phtoresist(PR) patterns and a SiO

₂

- grown Si substrate, (b) Magnified SEM image of (a), (c) Magnified SEM image of a SiO

₂

region in (b), (d) Magnified SEM image of a PR region in (b), (e) SEM image of self-assembled SWNT patterns after removing PR patterns, and (f) Magnified SEM image of a rectangle in (e).

à

Ô ¸ í ) a . í Ðo èÕ ªA x / B N& ñ Ü ¼ Ð SWNT f ¨

Ã

Ì | ¨ c Â Òì r _ \ P í ß o} ³ ð s ¸Ø ¦ ÷ & ¸2 ¤ í ÐY Ut Û ¼ à

Ô J s + þ A$ í ) a . í ÐY Ut Û ¼à Ô J s + þ A$ í ) a l ó

ø Í É r í6 £ § \ ¦ s 6 x # s 9 þ t Ð Ð $ H $ (dichloroben- zene; DCB) 6 x B 5 Å q \ " f 1r ç ß 1 l x î ß ì r í ß ) a SWNT ì r í ß

6 xÓ o(0.2 mg/ml)5 Å q \ 1 ∼ 3ì r 1 l x î ß { . õ

&

h Ü ¼ Ð í ÐY Ut Û ¼à Ô ³ ð õ SiO

2

³ ð 0 A\ ¸¿ º SWNT

f ¨ Ã Ì ) a . SWNT f ¨ Ã Ì ) a r « Ñ H [ j : r` ¦ s 6 x

#

í ÐY Ut Û ¼à Ô J s ] j ) a . í ÐY Ut Û ¼à Ô ] j

÷

& H õ & ñ \ " f í ÐY Ut Û ¼à Ôü < Õ ª 0 A\ f ¨ Ã Ì ) a SWNT

1 l x r \ ] j ÷ &# Q SiO

2

³ ð s ¸Ø ¦ ) a . õ & h Ü ¼ Ð

í ÐY Ut Û ¼à Ô J s \ O % 3 ~ SiO

2

J 0 A\ f ¨ Ã Ì÷ &# Q e

~ SWNTë ß s z > ÷ &# Q × þ & h SWNT J s % 3

# Q .

Figure 2 H SWNT J s + þ A$ í ÷ & H õ & ñ _ & ³p

â

(Scanning electron microscope; SEM) s . Fig- ure 2(a) H í ÐY Ut Û ¼à Ô J s + þ A$ í ) a SiO

2

/Si r « Ñ

SWNT 6 xÓ o\ { Ê ê, r « Ñ_ ³ ð \ f ¨ Ã Ì ) a SWNT

\

¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç SEM s . _ C Ö ¦ s 3,000C s l M : ë

H \ f â s Ã º nms ¦ U ´s Ã º µm SWNT

\

" f Ðs t · ú § H . Fig. 2(b) H Fig. 2(a)\ ¦ 10,000 C Ð S X

@ /ô Ç SEM s . í ÐY Ut Û ¼à Ô_ ; ¤ É r 3.78 µm s . s \ " f ¸ l ¸w n ) a SWNT ¸¿ º Ð s

t · ú §l M :ë H \ 8 Z } É r C Ö ¦ s 9 כ ¹ .

Fig. 3. SEM image of SWNT multi-channel patterns(×2000).

Figures 2 (c) ü < (d) H y y Fig. 2(b)_ SiO

²

~ Ã Ì} Â Òì r õ

PR Â Òì r s S X @ / ) a s . s M : C Ö ¦ É r 30,000 C

X < SiO

2

ü < í ÐY Ut Û ¼à Ô 0 A\ f ¨ Ã Ì ) a SWNT " î

> Ð . ¿ º ` ¦ q § í ÐY Ut Û ¼à Ô ³ ð Ð

SiO

²

³ ð \ 8 ´ ú § É r SWNT f ¨ Ã Ì ) a כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e

. Õ ª s Ä » H SWNT èÃ º$ í ³ ð Ð 2 ;Ã º$ í ³ ð

\

8 ¸ ú f ¨ Ã Ì÷ &l M :ë H s [8]. 7 £ ¤, èÃ º$ í í ÐY Ut Û

¼à Ô ³ ð Ð 2 ;Ã º$ í SiO

₂

³ ð \ SWNT 8 ¸ ú f

¨ Ã Ì÷ &Ù ¼ Ð s : £ ¤$ í ` ¦ ¸ ú s 6 x × þ & h SWNT J

s ] j ¸ | ¨ c Ã º ¸ e .

Figure 2(e) H Fig. 2(a) _ í ÐY Ut Û ¼à Ô J s [ j

: r (aceton) Ü ¼ Ð ] j ) a Ê ê_ SEM s . Fig. 2(a)_

õ q § l 0 AK " f SEM _ C Ö ¦ É r ×3000 s .

Fig. 2(e) \ " f · ú Ã º e 1 p w s SWNT \ O H SiO

2

³ ð % ò

%

i õ SWNT f ¨ Ã Ì ) a % ò % i s " î > ¸ ú ½ ¨ì rH d` ¦ S X

½ + É Ã º e . Fig. 2(f) H Fig. 2(e) _ y + þ A % ò % i \ " f SWNT f ¨ Ã ÌÂ Òì r` ¦ 30,000 C Ð S X @ / # 8 £ ¤& ñ ô Ç SEM

s . s Ü ¼ ÐÂ Ò' SWNT SiO

²

³ ð 0 A\ ¸ ú f ¨

Ã

Ì÷ &# Q e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e .

Figure 3 É r U ´s 24 µms ¦ ; ¤ s 6 µm f y + þ

As Ð ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 2> hü < [ j Ð ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 19> h C \ P ) a SWNT # QY Us _ SEM s . Fig. 1_ l ¸w n / B N& ñ õ

& ñ \ " f Ð H כ % ! 3 r « Ñ SWNT 6 xÓ o\ { Ê ê,

í ÐY Ut Û ¼à Ô ] j ) a Si l ó ø Í_ SEM s . SiO

2

~ Ã

Ì} 0 A\ × þ & h Ü ¼ Ð f ¨ Ã Ì ) a × æ G V , (multi-channel) SWNT J s 2000C Ð S X @ / ) a \ " f H SWNT

"

î S X > Ðs t · ú §Ü ¼ Ò o_ s ÐÂ Ò' SWNT J

`

¦ S X ½ + É Ã º e . 7 £ ¤, Fig. 3 \ " f f y + þ A_ ¸ Ï Ò o % ò

%

i s SWNT ¸w n ) a % ò % i ` ¦ · p . Fig. 3Ü ¼ ÐÂ Ò' r

« Ñ³ ð _ " é ¶ H 0 Au \ SWNT × þ & h Ü ¼ Ð ¸ ú f ¨

Ã

Ì÷ & H כ s S X ) a . s ü < ° ú É r SWNT _ × æ G V , ] j

¸ / B N& ñ l Õ ü t s s 6 x ÷ & × æ G V , SWNT FET è

] j ¸ | ¨ c Ã º e .

(4)

-594- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 60, Number 6, 2010¸ 6 Z 4

Fig. 4. (a) SEM image of a fabricated SWNT FET(×100) using SWNT patterns as multi-channels, (b) Magnified SEM image of SWNT multi-channels fabri- cated between two electrodes (× 4000).

Ð s 6 x ô Ç × æ G V , FET è _ s . × ¼Y U

F G (drain electrode; D) s ý aÄ º @ /g A& h Ü ¼ Ð 2> h e ¦

è ¸Û ¼ F G (source electrode; S) s × ¼E $ F G s \ e

l M :ë H \ 2> h_ FET è ] j ¸ ) a כ õ ° ú É r ´ òõ

\

¦ % 3 ` ¦ Ã º e . Õ ª õ SWNT FET è _ Ò q tí ß

´

Ô F G (gate electrode; G) É r è ¸Û ¼ F G _ A \ 0 A u

K e H X < ¿ º F G s \ SiO

²

~ Ã Ì} s e .

Figure 4(a) \ " f × ¼Y U F G _ ; ¤ s 200 µms ¦, è

¸Û ¼-× ¼E $ F G s _ ; ¤ 4 µm s . Õ ªo ¦ è ¸Û ¼ü <

×

¼Y U ` ¦ H G V , _ Ã º H 19 > h ) a . s ü < ° ú s 19 > h_ G V , s s 6 x ÷ & H s Ä » H ô Ç G V , s s 6 x| ¨ c M : Ð

G V , _ Ã º 7 £ x H d \ è ¸Û ¼-× ¼Y U À Ó 7 £ x

÷ &l M :ë H s . " f × æ G V , FET è H À Ó_ 7

£

) a SWNT Y O w G V , FET_ SEM X < è ¸Û ¼ü <

×

¼Y U s \ + þ A$ í ) a × æ G V , SWNT J ` ¦ S X l

0 AK " f y + þ A % ò % i s 400C \ " f 4000C Ð S X @ /÷ &% 3

. S X @ / ) a ¶ ú { 9 \ " f è ¸Û ¼ü < × ¼Y U s SWNT G

V , s # Q> h ] j ÷ &% 3 6 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e .

III. + s Ç Â ] Ø

: r 7 Hë H É r í Ðo èÕ ªA x ü < SWNT 6 xÓ o/ B N& ñ Ü ¼ Ð SWNT\ ¦ z ´o B H l ó ø Í0 A\ × þ & h Ü ¼ Ð C \ P ½ + É Ã º e

H $ q 6 x x 9 @ / & h / B N& ñ l Õ ü t õ s \ ¦ s 6 x ô Ç × æ G V , SWNT FET è _ ] j \ @ /K Ð ¦ô Ç .

l

> r _ OTS 6 xÓ o\ ¦ s 6 x H l ¸w n / B N& ñ _ ë H ] j

&

h

` ¦ K l 0 AK " f OTS 6 xÓ os 6 x ÷ &t · ú § H D h Ð î

r SWNT l ¸w n / B N& ñ l Õ ü t s ] jî ß ÷ & ¦ ½ ¨÷ &% 3 .

s

l Õ ü t É r í Ðo èÕ ªA x ü < SWNT 6 xÓ o/ B N& ñ ë ß Ü ¼ Ð SWNT SiO

²

³ ð \ × þ & h Ü ¼ Ð f ¨ Ã Ì | ¨ c Ã º e l M :ë H

\

/ B N& ñ é ß > ß ¼> é ß í H o ÷ &% 3 . D h Ðî r ~ ½ ÓZ O É r OTS 6

#

`

¦ ° ú H .

SWNT\ ¦ r « Ñ³ ð _ e _ 0 Au \ l ¸w n l 0 A K

" f > hµ 1 Ï ) a : r 7 Hë H _ l Õ ü t s ì ø Í ¸^ è \ ¦ ] j

H X < & h ½ + Ëô Çt \ ¦ S X l 0 AK " f FET ] j ÷ &% 3

. FET\ " f è ¸Û ¼ F G õ × ¼Y U F G s _ G V , É r

l ¸w n / B N& ñ Ü ¼ Ð ] j ) a SWNT J s . s SWNT J

É r 19 > hs Ù ¼ Ð é ß { 9 G V , s × æ G V , SWNT FET $ í / B N& h Ü ¼ Ð ] j ÷ &% 3 .

SWNT FET è H Û ¼G ' p" f Ð s 6 x| ¨ c Ã º e Ü ¼ 9 þ

j H \ H s ¸ G ' p" f Ð" f 0 p x$ í [ þ t s ½ ¨÷ & ¦ e l M

:ë H \ : r 7 Hë H \ " f > hµ 1 Ï ) a l Õ ü t s s 6 x ÷ & × æ G V , SWNT FET è H ¦y ¸s ¦ í è+ þ A èG ' p" f > h µ

1 Ï\ Ö ¸6 x| ¨ c Ã º e .

P

c p 8 ý ò k >

s

7 Hë H É r 2010¸ ¸ KIST_ F " é ¶ Ü ¼ Ð l ' a3 l q& h \ O _

t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Â Òì r& h Ü ¼ Ð Ã º' ÷ &% 3 ¦, ¢ ¸ô Ç ² D G ÐK ª Â

Ò è ' a ½ ¨> hµ 1 Ï \ O _ ½ ¨q t " é ¶ \ _ K Ã º' ÷ &% 3 _

þ v m .

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] S. Iijima, Nature 354, 56 (1991).

[2] D. S. Bethune, C. H. Kiang, M. S. De Vries, G. Gor- man, R. Savoy, J. Vazquez and R. Beyers, Nature 363, 605 (1993).

[3] S. J. Trans, A. R. M. Verschueren and C. Dekker, Nature 393, 49 (1998).

[4] R. Martel, T. Schmidt, H. R. Shea, T. Hertel and Ph.

Avouris, Appl. Phys. Lett. 73, 2447 (1998).

[5] E. S. Snow, J. P. Novak, P. M. Campbell and D. Park, Appl. Phys. Lett. 82, 2145 (2003).

[6] M. Lee, J. Im, B. Y. Lee, S. Myung, J. Kang, L.

Huang, Y. -K. Kwon and S. Hong, Nature Nanotech- nology 1, 66 (2006).

[7] J. T. Koh, M. H. Yi, B. Y. Lee, T. H. Kim, J. H.

Lee, Y. M. Jhon and S. H. Hong, Nanotechnology 19, 505502 (2008).

[8] S. G. Lao, L. Huang, W. Setyawan and S. Hong, Na-

ture 425, 36 (2003).

Volume 60, Number 6, 2010¸ 6 Z 4, pp. 591∼594

Volume 60, Number 6, 2010¸  6 Z 4, pp. 591∼594

New Physics: Sae Mulli (The Korean Physical Society), DOI: 10.3938/NPSM.60.591



º ºP } º§ 7 0Y    «X N Ë  m ù p § T  Ó Þ X ¢   mø m Çä Ä   m} º x ¢ ½¬ 8 ý    ºô m É   «X N Ë; c 6

 X ¢  ì Å Ñ ÷   mø m Çä Ä   m} º x ¢ ½¬  ú n Þ= 0, f Ç  ¹ Å4  ÇÊ Ý ²  O U ­ ' [ < gX c l

 »# Ü g Y @

ô

 Ç² D G õ  < Æl Õ ü t  ½ ¨" é ¶,  Ð4  ©· r Û ¼% 7   ½ ¨ : r Â Ò,  í Ð_  Û ¼/G ' p" fr Û ¼% 7 G ' p' , " fÖ  ¦ 136-791



¦ 9@ / < Æ §      l / B N  < Æõ , " fÖ  ¦ 136-713

 »? £ Ó



¦ 9@ / < Æ §       l / B N  < Æõ , " fÖ  ¦ 136-713

 »` 9  Ú · _  @* å ? 

ô

 Ç² D G õ  < Æl Õ ü t  ½ ¨" é ¶,  Ð4  © ·r Û ¼% 7   ½ ¨ : r Â Ò,  í Ð_  Û ¼/G ' p" fr Û ¼% 7 G ' p' , " fÖ  ¦ 136-791 (2010¸  5 Z 4 11{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2010¸  6 Z 4 10{ 9  > F  S X & ñ )



: r  7 Hë  H \ " f Ä ºo   H  ¸f   í Ðo  èÕ ªA x  (photolithography) / B N& ñ ë ß `  ¦ s 6 x #  é ß { 9 # 4 ò ø Í è  ¸ È

ÓÚ Ô (single-walled carborn nanotube; SWNT)\  ¦ z ´o  B H l ó ø Í0 A\    × þ & h Ü ¼ Ð f  ¨  Ã Ìr v   H / B N& ñ ~ ½ ÓZ O  õ

 s \  ¦ s 6 x ô  Ç   > ´ òõ  à Ô ½ t Û ¼'  (field emission transistor; FET)_  ] j  ~ ½ ÓZ O \  @ /K   ¦¹ 1 Ï % i  .

í ß

 o}  (SiO

) s  + þ A$ í  ) a z ´o  B H l ó ø Í0 A\   í Ðo  èÕ ªA x  / B N& ñ `  ¦ s 6 x #  e  _ _   í ÐY Ut Û ¼à Ô J   s

 + þ A$ í ÷ &% 3  .  í ÐY Ut Û ¼à Ô J    ) a l ó ø Í É r SWNT  ì  r í ß   ) a s 9 þ t  Ð Ð $ H $  (dichlorobenzene)6 x Ó 

o 5 Å q \  {    . 6 £ § É r  í ÐY Ut Û ¼à Ô J   s  ] j ÷ & ¦,   õ & h Ü ¼ Ð octadecyltrichlorosilane (OTS)

\ 

¦  6 x   H l  > r _  4  ¤ ¸ ú ô  Ç o < Æ& h õ & ñ \ O s  ¸  è ¸Û ¼ü < × ¼Y U    F G  s \    × þ & h Ü ¼ Ð SWNT G  V ,

[ þ t s   l  ¸w n  ÷ &% 3  . s   l  ¸w n / B N& ñ s  s 6 xH  d Ü ¼ Ð" f SWNT Y O w  G V ,  Ð ½ ¨$ í  ) a ×  æ G V ,  FET  $ í / B N& h Ü ¼ Ð ] j  ÷ &% 3  .

Ù þ

d  # Q: é ß { 9 # 4 ò ø Í è  ¸È ÓÚ Ô,   > ´ òõ  à Ô ½ t Û ¼' ,  í Ðo  èÕ ªA x 

Study on the Self-assembled Process of Single-walled Carbon Nanotubes (SWNTs) Fabricated Using Only Photolithography and the Fabrication of

SWNT-based Multi-channel Field-emission Transistors

Kyeong Heon Kim

Photonics/Sensor System Center, Robotics/Systems Division, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 136-791 Department of Electronic Engineering, Korea University, Seoul 136-713

Tae Geun Kim

Department of Electronic Engineering, Korea University, Seoul 136-713

Sun Ho Kim · Young Tae Byun ∗

Photonics/Sensor System Center, Robotics/Systems Division, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 136-791

(Received 11 May, 2010 : accepted 10 June, 2010)

-591-

-592- ô  Ç² D GÓ ü t o  < Æ rt  “D hÓ ü t o ”, Volume 60, Number 6, 2010¸  6 Z 4

PACS numbers: 07.79, 85.30.T

Keywords: SWNT, CNT, FET, Photolithography

I. " e Â ] Ø

1991¸  Iijima\  _ K  ò ø Í è  ¸È ÓÚ Ô (catbon nanotube;

CNT)  % 6 £ § µ 1 Ï|  ) a s Ê ê,  ¸ % ò % i \ " f D h Ðî  r Ó ü t o

 & ³ © õ   ¾ Ó ©   ) a Ó ü t o & h : £ ¤$ í [ þ t s   Ð ¦÷ &# Q M ® o  [1,2].

CNT  H & ñ  Ð:  x  , \  -t , _ « Ñ,     ì  r  \  s Ø Ôl   t

  ª ô  Ç ì  r  \ " f   ½ ¨÷ & ¦ e  Ü ¼ 9, Õ ª  © \ O & h   F § 4



¸ B Ä º ß ¼ . : £ ¤ y  CNT\  ¦ s 6 x ô  Ç   > ´ òõ  à Ô ½ t Û ¼'  (field effect transistor; FET)  B j ¸o   è   H ì ø Í ¸^ _ 

| 9

& h  ¸\  ¦ Z  } s l  0 Aô  Ç Ó ü t| 9  Ð Å Ò3 l q ~ Ã Î ¦ e   .   " f l 



> r z ´o  B H l ì ø Í_       è ü <  H ² ú o   ¦| 9 & h ,  ¦$ í 0 p x _  ì

ø Í ¸^   è \  ¦ ë ß × ¼  H  כ s  0 p x K  &    [3,4].

Õ

ª Q  z ´o  B H l ì ø Í  è   Ð   s `  Ä ºÃ ºô  Ç : £ ¤$ í `  ¦  f 

\  ¸ Ô  ¦ ½ ¨  ¦ @ /| ¾ ÓÒ q tí ß s   & ñ § > =, Õ ªo  ¦ J   ] j   s

 # Q§ > l  M :ë  H \   f   © 6 x o 3 l w ÷ & ¦ e    [5].   

"

f s  Qô  Ç CNT l ì ø Ís   ) a      è _  > hµ 1 Ï`  ¦ 0 AK 

"

f ç ß é ß ô  Ç / B N& ñ é ß > \  ¦  u   H CNT  l   ¸w n / B N& ñ \  @ / ô

 Ç   ½ ¨  9 Ã º& h Ü ¼ Ð כ ¹½ ¨÷ &% 3  .

OTS (octadecyltrichlorosilane)\  ¦  6 x ô  Ç  l   ¸w n / B N

&

ñ  É r  í Ðo  èÕ ªA x \  ¦ s 6 x #  @ /  & h _  $  : r/ B N& ñ `  ¦

0 p x >  ë ß [ þ t% 3  ¦, ;  ¤ s  3 ∼ 4 µm  f    % ò % i \   ¸ Ó

ü t| 9 s  J ' _ ç | ¨ c Ã º e  >  % i   [6]. Õ ª Q  6 xÓ  o/ B N& ñ

\

  6 x ÷ &  H OTS  H : £ ¤$ í s  Ô  ¦ î ß & ñ #  ~ Ã Ì}  s  7 £ x  Ã Ì | ¨ c M

: Ã ºÖ  ¦ s  b  # Qt   H é ß & h `  ¦ ° ú   H . Õ ª   õ , OTS 6 xÓ  o _

 F   Ö ¸6 x s  # Q§ >  ¦, : £ ¤& ñ  : r  ¸ü < _ þ v  ¸ Ä »t ÷ &  H  ¸|

\

" f OTS ~ Ã Ì}  s  7 £ x  Ã Ì  ) a Ê ê,  6 x ) a OTS 6 xÓ  os  ` l 

÷

&# Q    H ë  H ] j& h `  ¦ î ß  ¦ e   . Õ ª QÙ ¼ Ð OTS 6 xÓ  os 



Volume 60, Number 6, 2010¸ 6 Z 4, pp. 591∼594

º ºP } º§ 7 0Y «X N Ë m ù p § T Ó Þ X ¢ mø m Çä Ä m} º x ¢ ½¬ 8 ý ºô m É «X N Ë; c 6

X ¢ ì Å Ñ ÷ mø m Çä Ä m} º x ¢ ½¬ ú n Þ= 0, f Ç ¹ Å4 ÇÊ Ý ² O U ' [ < gX c l

»# Ü g Y @

Ç² D G õ < Æl Õ ü t ½ ¨" é ¶, Ð4 ©· r Û ¼% 7 ½ ¨ : r Â Ò, í Ð_ Û ¼/G ' p" fr Û ¼% 7 G ' p' , " fÖ ¦ 136-791

¦ 9@ / < Æ § l / B N < Æõ , " fÖ ¦ 136-713

»? £ Ó

¦ 9@ / < Æ § l / B N < Æõ , " fÖ ¦ 136-713

»` 9 Ú · _ @* å ?

Ç² D G õ < Æl Õ ü t ½ ¨" é ¶, Ð4 © ·r Û ¼% 7 ½ ¨ : r Â Ò, í Ð_ Û ¼/G ' p" fr Û ¼% 7 G ' p' , " fÖ ¦ 136-791 (2010¸ 5 Z 4 11{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 6 Z 4 10{ 9 > F S X & ñ )

: r 7 Hë H \ " f Ä ºo H ¸f í Ðo èÕ ªA x (photolithography) / B N& ñ ë ß ` ¦ s 6 x # é ß { 9 # 4 ò ø Í è ¸ È

ÓÚ Ô (single-walled carborn nanotube; SWNT)\ ¦ z ´o B H l ó ø Í0 A\ × þ & h Ü ¼ Ð f ¨ Ã Ìr v H / B N& ñ ~ ½ ÓZ O õ

s \ ¦ s 6 x ô Ç > ´ òõ à Ô ½ t Û ¼' (field emission transistor; FET)_ ] j ~ ½ ÓZ O \ @ /K ¦¹ 1 Ï % i .

o} (SiO

) s + þ A$ í ) a z ´o B H l ó ø Í0 A\ í Ðo èÕ ªA x / B N& ñ ` ¦ s 6 x # e _ _ í ÐY Ut Û ¼à Ô J s

+ þ A$ í ÷ &% 3 . í ÐY Ut Û ¼à Ô J ) a l ó ø Í É r SWNT ì r í ß ) a s 9 þ t Ð Ð $ H $ (dichlorobenzene)6 x Ó

o 5 Å q \ { . 6 £ § É r í ÐY Ut Û ¼à Ô J s ] j ÷ & ¦, õ & h Ü ¼ Ð octadecyltrichlorosilane (OTS)

\

¦ 6 x H l > r _ 4 ¤ ¸ ú ô Ç o < Æ& h õ & ñ \ O s ¸ è ¸Û ¼ü < × ¼Y U F G s \ × þ & h Ü ¼ Ð SWNT G V ,

[ þ t s l ¸w n ÷ &% 3 . s l ¸w n / B N& ñ s s 6 xH d Ü ¼ Ð" f SWNT Y O w G V , Ð ½ ¨$ í ) a × æ G V , FET $ í / B N& h Ü ¼ Ð ] j ÷ &% 3 .

d # Q: é ß { 9 # 4 ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô, > ´ òõ à Ô ½ t Û ¼' , í Ðo èÕ ªA x

Sun Ho Kim · Young Tae Byun ^∗

-592- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 60, Number 6, 2010¸ 6 Z 4

1991¸ Iijima\ _ K ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô (catbon nanotube;

CNT) % 6 £ § µ 1 Ï| ) a s Ê ê, ¸ % ò % i \ " f D h Ðî r Ó ü t o

& ³ © õ ¾ Ó © ) a Ó ü t o & h : £ ¤$ í [ þ t s Ð ¦÷ &# Q M ® o [1,2].

CNT H & ñ Ð: x , \ -t , _ « Ñ, ì r \ s Ø Ôl t

ª ô Ç ì r \ " f ½ ¨÷ & ¦ e Ü ¼ 9, Õ ª © \ O & h F § 4

¸ B Ä º ß ¼ . : £ ¤ y CNT\ ¦ s 6 x ô Ç > ´ òõ à Ô ½ t Û ¼' (field effect transistor; FET) B j ¸o è H ì ø Í ¸^ _

& h ¸\ ¦ Z } s l 0 Aô Ç Ó ü t| 9 Ð Å Ò3 l q ~ Ã Î ¦ e . " f l

> r z ´o B H l ì ø Í_ è ü < H ² ú o ¦| 9 & h , ¦$ í 0 p x _ ì

ø Í ¸^ è \ ¦ ë ß × ¼ H כ s 0 p x K & [3,4].

ª Q z ´o B H l ì ø Í è Ð s ` Ä ºÃ ºô Ç : £ ¤$ í ` ¦ f

\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ @ /| ¾ ÓÒ q tí ß s & ñ § > =, Õ ªo ¦ J ] j s

# Q§ > l M :ë H \ f © 6 x o 3 l w ÷ & ¦ e [5].

f s Qô Ç CNT l ì ø Ís ) a è _ > hµ 1 Ï` ¦ 0 AK

f ç ß é ß ô Ç / B N& ñ é ß > \ ¦ u H CNT l ¸w n / B N& ñ \ @ / ô

Ç ½ ¨ 9 Ã º& h Ü ¼ Ð כ ¹½ ¨÷ &% 3 .

OTS (octadecyltrichlorosilane)\ ¦ 6 x ô Ç l ¸w n / B N

ñ É r í Ðo èÕ ªA x \ ¦ s 6 x # @ / & h _ $ : r/ B N& ñ ` ¦

0 p x > ë ß [ þ t% 3 ¦, ; ¤ s 3 ∼ 4 µm f % ò % i \ ¸ Ó

ü t| 9 s J ' _ ç | ¨ c Ã º e > % i [6]. Õ ª Q 6 xÓ o/ B N& ñ

6 x ÷ & H OTS H : £ ¤$ í s Ô ¦ î ß & ñ # ~ Ã Ì} s 7 £ x Ã Ì | ¨ c M

: Ã ºÖ ¦ s b # Qt H é ß & h ` ¦ ° ú H . Õ ª õ , OTS 6 xÓ o _

F Ö ¸6 x s # Q§ > ¦, : £ ¤& ñ : r ¸ü < _ þ v ¸ Ä »t ÷ & H ¸|

" f OTS ~ Ã Ì} s 7 £ x Ã Ì ) a Ê ê, 6 x ) a OTS 6 xÓ os ` l

&# Q H ë H ] j& h ` ¦ î ß ¦ e . Õ ª QÙ ¼ Ð OTS 6 xÓ os

6 x ) a l ¸w n É r / B N& ñ ¸| s B Ä º \ v ¦, q 6 x8 £ ¤

\ " f Ô ¦ o K . ¢ ¸ô Ç OTS 6 xÓ o É r Ã ºì r õ ì ø Í6 £ x #

¤ µ 1 Ï | ¨ c 0 A+ « >$ í s e l M :ë H \ Á ºÃ º Ù כ í ß \ B$ 3 #

x ) a Ê ê ` l \ O ^ \ ¦ s 6 x # ` l ÷ &# Q H ë H ] j& h

¸ t ¦ e [7].

: r 7 Hë H \ " f H l > r _ OTS\ ¦ s 6 x H l ¸w n / B N

ñ _ ë H ] j& h ` ¦ K l 0 AK " f OTS 6 xÓ os 6 x ÷ &t

§ H D h Ðî r / B N& ñ ` ¦ ] jî ß ô Ç . 7 £ ¤, l > r _ OTS\ ¦ 6 x ô Ç

l ¸w n / B N& ñ \ " f OTS C ] j÷ &% 3 ` ¦ ÷ r ë ß m , ] j

Q l # Q 9 ° ?~ SWNT (single-walled nanotube) ¸ í

Ðo èÕ ªA x / B N& ñ ë ß ` ¦ s 6 x # SiO

© _ " é ¶ H 0 A u

\ ~ 1 > f ¨ Ã Ì r ~ ´ Ã º e H l Z O s ½ ¨÷ &% 3 . Õ ªo

¦ > hµ 1 Ï ) a D h Ðî r l ¸w n / B N& ñ ` ¦ s 6 x # × æ G V , SWNT FET è $ í / B N& h Ü ¼ Ð ] j ÷ &% 3 .

Figure 1 É r í Ðo èÕ ªA x \ ¦ s 6 x ô Ç SWNT l ¸ w n

/ B N& ñ \ @ /ô Ç > h¥ Æ ¸s . 1050

C _ _ þ vd \ P S X í ß Ð

(thermal furnace)\ ¦ s 6 x # 120 nm_ \ P í ß o} (ther-

) s $ í © ) a z ´o B H l ó ø Í 0 A\ í ÐY Ut Û ¼

í Ðo èÕ ªA x / B N& ñ ë ß ` ¦ s 6 x ô Ç é ß { 9 # 4 ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô_ · · · – ^ â ³ 1 p x -593-

Ô ¸ í ) a . í Ðo èÕ ªA x / B N& ñ Ü ¼ Ð SWNT f ¨

Ã

Ì | ¨ c Â Òì r _ \ P í ß o} ³ ð s ¸Ø ¦ ÷ & ¸2 ¤ í ÐY Ut Û ¼ à

Ô J s + þ A$ í ) a . í ÐY Ut Û ¼à Ô J s + þ A$ í ) a l ó

ø Í É r í6 £ § \ ¦ s 6 x # s 9 þ t Ð Ð $ H $ (dichloroben- zene; DCB) 6 x B 5 Å q \ " f 1r ç ß 1 l x î ß ì r í ß ) a SWNT ì r í ß

6 xÓ o(0.2 mg/ml)5 Å q \ 1 ∼ 3ì r 1 l x î ß { . õ

h Ü ¼ Ð í ÐY Ut Û ¼à Ô ³ ð õ SiO

³ ð 0 A\ ¸¿ º SWNT

f ¨ Ã Ì ) a . SWNT f ¨ Ã Ì ) a r « Ñ H [ j : r` ¦ s 6 x

í ÐY Ut Û ¼à Ô J s ] j ) a . í ÐY Ut Û ¼à Ô ] j

& H õ & ñ \ " f í ÐY Ut Û ¼à Ôü < Õ ª 0 A\ f ¨ Ã Ì ) a SWNT

1 l x r \ ] j ÷ &# Q SiO

³ ð s ¸Ø ¦ ) a . õ & h Ü ¼ Ð