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KR101634753B1 - 탄소나노튜브 엔 도핑 물질 및 이를 이용한 엔 도핑 방법 - Google Patents

탄소나노튜브 엔 도핑 물질 및 이를 이용한 엔 도핑 방법 Download PDF

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KR101634753B1
KR101634753B1 KR1020080119974A KR20080119974A KR101634753B1 KR 101634753 B1 KR101634753 B1 KR 101634753B1 KR 1020080119974 A KR1020080119974 A KR 1020080119974A KR 20080119974 A KR20080119974 A KR 20080119974A KR 101634753 B1 KR101634753 B1 KR 101634753B1
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cnt
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윤선미
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삼성전자주식회사
성균관대학교산학협력단
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Abstract

분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물이고, 상기 화합물은 환원된 상태에 있는 화합물을 CNT n-도핑 물질로 이용하면 상기 화합물은 CNT에 자발적으로 전자를 주고 안정한 구조로 산환되어 n-도핑할 수 있다. 상기 CNT n-도핑 물질을 이용하여 CNT를 n-도핑하는 경우 공기 및/또는 수분 중에서 장기간 도핑 안정성을 확보할 수 있고 도핑 상태의 제어도 용이할 수 있다.
CNT, n-도핑, 피리디늄, 환원된 비올로겐, 도핑안정성, 도핑상태제어, 소자

Description

탄소나노튜브 엔 도핑 물질 및 이를 이용한 엔 도핑 방법{CNT n-doping materials and CNT n-doping method employing the same}
본 명세서는 탄소나노튜브(CNT) 엔 도핑 물질 및 이를 이용한 엔 도핑 방법에 관한 것이다.
CNT는 PN 접합 다이오드, 전계 효과 트랜지스터, 발광소자, CMOS 등과 같은 각종 전자 소자와 CNT 복합체, 태양전지 등에 다양하게 응용될 수 있다. CNT를 위와 같은 소자 등에 응용하기 위하여 n-도핑과 p-도핑 제어 기술이 필요하다.
CNT는 성장 시 사용한 금속촉매를 제거하는 과정에서 산에 의해 전자 고갈(electron depletion)이 일어나게 되어 p-도핑 상태를 유지하고 있다. 이러한 p-도핑을 제어하기 위하여 CNT로부터 전자를 빼앗아 올 수 있는 산화제가 사용된다. 이러한 산화제로서 예컨대 염산, 황산, 질산 등이 사용되거나 염화금, 질산은 등의 금속염이 사용될 수 있다.
CNT n-도핑제로서는 CNT에 전자를 줄 수 있는 환원제가 주로 사용된다. 이러한 환원제로서 칼륨, 나트륨 등의 알카리 금속이 사용되거나, 하이드라진, 폴리아닐린 등의 아민 함유 분자, 폴리에틸렌이미드(PEI)과 같은 환원성 폴리머가 사용될 수 있다.
신규한 CNT n-도핑 물질, 상기 CNT n-도핑 물질을 이용하여 CNT를 n-도핑하는 방법 및 상기 CTN n-도핑 물질을 이용하여 n-도핑된 CNT를 제공하는 것이다.
본 명세서의 예시적인 구현예에서는, 분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물로서, 상기 화합물은 환원된 상태에 있는 화합물을 포함하는 CNT n-도핑 물질, 상기 CNT n-도핑 물질을 이용하여 CNT를 n-도핑하는 방법 및 상기 CTN n-도핑 물질을 이용하여 n-도핑된 CNT가 제공된다.
분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물로서, 상기 화합물은 환원된 상태에 있는 화합물을 CNT n-도핑 물질로 이용할 수 있다. 이를 이용하여 CNT를 n-도핑 시 공기 및/또는 수분 중에서도 디도핑(dedoping) 되지 않고 안정한 도핑 상태를 장기간 유지할 수 있고 또한 도핑 상태의 제어가 용이할 수 있다.
이하, 본 명세서의 예시적인 구현예들을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
본 명세서의 예시적인 구현예들에서는, 신규한 CNT n-도핑 물질로서, 환원 상태의 피리디늄 유도체 화합물을 이용한다. 상기 피리디늄 유도체 화합물은 분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물로서, 상기 화합물은 환원된 상태에 있는 화합물이다. 상기 환원된 상태의 화합물은 적어도 하나 이상의 피리디늄 유도체 중의 벤젠링의 질소가 환원된 것일 수 있다.
분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물은 레독스 포텐셜이 낮고 인위적으로 환원시켜 상대적으로 불안정한 상태를 만들 수 있다. 이와 같이 환원되어 불안정한 상태의 화합물의 경우 CNT에 전자를 자발적으로 공급하면서 상대적으로 안정한 상태로 산화될 수 있다. 상기 화합물의 분자 구조 내에서 두 개 이상의 피리디늄 유도체 중간에 브릿지로서 콘쥬게이션 구조가 삽입된 경우, 환원 상태에서 더욱 불안정한 상태가 될 수 있으므로 CNT에 전자를 보다 자발적으로 공급할 수 있다.
상기 분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물의 비제한적인 예시로서, 비피리디늄(bipyridinium) 유도체를 포함하는 비올로겐을 들 수 있다.
상기 비올로겐은 4,4'-비피리딜 유도체로서 4차 아민이 2개(diquaternary) 있는 화합물이다. 비올로겐은 산화, 환원 반응에 의해 극성(polarity)이 변화할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 하나의 예시적인 구현예에 따른 산화 및 환원 상태의 비올로겐과 그 거동을 나타내는 개략도이다.
도 1a를 참조하면, 초기 산화 상태의 극성 비올로겐(V2+)은 전자를 받아들여 환원(V+, V0)되어 비극성으로 변할 수 있다. 여기서 환원되는 위치는 두 개의 피리 디늄 유도체의 벤젠링의 질소 중 어느 하나 또는 둘 모두가 될 수 있다.
이와 같이 환원된 상태에 있는 비올로겐은 비극성 용매와 친하며, 산화 상태의 비올로겐은 물과 친하다. 도 1b를 참조하면, 초기에 물과 친하던 극성 비올로겐이 전자를 받아들여 환원되어 비극성으로 되고 이에 따라 비극성 용매와 친하게 되는 것을 보여준다.
환원된 비올로겐은 초기상태보다 불안정하므로 주위에 전자를 주고 안정한 상태로 갈 수 있다. 인위적으로 비올로겐을 환원시킨 경우 상기 환원된 비올로겐은 주위의 CNT와 반응하여 자발적으로 CNT에 전자를 공급하고 초기의 안정한 상태로 돌아갈 수 있다.
도 2는 본 명세서의 예시적 구현예에서 사용되는 비올로겐 중 하나인 1,1'디벤질-4,4'-비피리디늄 디클로라이드(1,1'dibenzyl-4,4'-bipyridinium dichloride; 'BV')의 환원 상태에 따른 깁스 에너지(Gibbs energy) 차이를 보여주는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 환원제로 예컨대 NaBH4를 사용하여 BV2 +의 각 피리미디움 유도체의 벤젠링의 질소를 환원하여 BV2 + -> BV+ (일부 환원 상태) -> BV0 (전부 환원 상태)로 환원하는 과정과 각 환원 상태의 비올로겐이 CNT에 전자를 제공하고 안정화 상태로 되는 과정을 볼 수 있다.
이와 같이 일부 또는 전부 환원 상태의 비올로겐은 CNT에 전자를 제공하므로 CNT n-도핑 물질로서 사용할 수 있다. 상기 전부 환원 상태의 비올로겐을 만드는 경우 일부 환원 상태와 비교하여 상대적으로 CNT에 전자를 더 많이 제공할 수 있으므로 CNT n-도핑 정도를 높일 수 있다.
상기 비올로겐의 비제한적인 예시로서, 1,1'디벤질-4,4'-비피리디늄 디클로라이드(1,1'dibenzyl-4,4'-bipyridinium dichloride; 'BV'), 메틸 비올로겐 디클로라이드 하이드레이트(methyl viologen dichloride hydrate; 'MV'), 에틸 비올로겐 디퍼클로레이트(ethyl viologen diperchlorate; 'EV'), 1,1'디옥타데실-4,4'-비피리디늄 디브로마이드(1,1'dioctadecyl-4,4'-bipyridinium dibromide; 'DBDB') 등을 들 수 있다.
한편, 상기 비올로겐은 2 개의 피리딘 구조의 중간에 콘쥬게이션이 가능한 분자 구조를 포함할 수 있다. 즉, 피리딘이 양 말단에 있고 중간 브릿지로 콘쥬게이션이 가능한 구조가 포함되는 경우 공명에 의하여 각 터미날의 피리딘은 0가로 될 수 있다. 이러한 콘쥬게이션이 가능한 구조를 포함하는 경우 환원 상태에서 CNT에 전자를 더욱 자발적으로 공급할 수 있다.
위와 같이 콘쥬게이션이 가능한 분자 구조를 피리디늄 구조 사이에 포함하는 비올로겐을 확장된 비올로겐(extended viologens)으로 칭할 수 있다.
상기 확장된 비올로겐에서 상기 콘쥬게이션이 가능한 분자 구조의 비제한적인 예시로서, 아릴(aryl), 알케닐(alkenyl), 알키닐(akynyl) 등을 들 수 있다. 예컨대, 페닐, 에테닐, 티오페닐 등의 분자 구조 등이 있을 수 있다. 확장된 비올로겐의 구체적이고 비제한적인 예시로서, 바이폴라론인 디-옥틸 비스(4-피리딜)비페닐 비올로겐(di-octyl bis(4-pyridyl)biphenyl viologen) 등을 들 수 있다.
그러나, 앞서 설명한 바와 같이 비올로겐은 상기 예들에 국한되지 않는다.
분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물을 환원하기 위하여 예컨대 환원제를 사용할 수 있다. 상기 환원제의 비제한적인 예시로는 NaBH4, LiAlH4, NaH, CaH2, 하이드라진(hydrazine) 등을 하나 이상 사용할 수 있으나, 상기 예시에 제한되지 아니하며, 상기 화합물을 환원시킬 수 있는 것이면 어느 것이나 사용 가능하다. 여기서 환원 정도를 조절하는 방법으로서 예컨대 환원제의 첨가량을 조절하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 환원된 상태의 화합물을 n-도핑을 원하는 CNT에 제공함으로써 상기 CNT에 전자를 제공하여 n-도핑을 수행할 수 있다.
상기 CNT에 상기 환원된 상태의 화합물을 제공하는 방법의 비제한적인 예시로서, 용액을 매개체로 이용할 수 있다. 즉, 환원 상태의 화합물을 함유하는 용액을 제조하여 이를 n-도핑을 원하는 CNT에 제공할 수 있다. 상기 환원 상태의 화합물을 함유하는 용액이 제공된 CNT를 가열하여 상기 용액 중의 용매는 제거할 수 있다.
환원 상태의 비올로겐의 경우를 예로 들어 환원 방법과 환원된 비올로겐을 CNT에 제공하는 방법을 설명한다.
먼저, 도 1b에 도시한 바와 같이, 비올로겐에 물 및 비극성 용매를 순차적으로 첨가하여 상 분리한 다음, 환원제 첨가 후 비극성 용매층을 수득할 수 있다.
상기 비극성 용매의 비제한적인 예시로서 알칸류, 방향족 화합물, 글리콜 에테르류, 글리콜 에테르 아세테이트류, 아세테이트류, 할로겐 화합물 또는 니트로젠 화합물 중 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 환원제로서 앞서 언급한 바와 같이 NaBH4, LiAlH4, NaH, CaH2, 하이드라진(hydrazine) 등을 하나 이상 사용할 수 있지만, 상기 예시에 제한되지 아니하며, 비올로겐을 환원시켜 유기층으로 이끌 수 있는 물질이면 어느 것이나 사용 가능하다.
상기에서 수득한 환원 상태의 비올로겐 함유 용액을 n-도핑을 원하는 CNT에 처리한 다음, 용매를 제거하기 위하여 가열하여 CNT를 n-도핑할 수 있다.
환원된 상태의 비올로겐과 같이 분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물로서, 환원된 상태의 화합물을 이용하여 CNT를 n-도핑하는 경우 공기 및/또는 수분 중에서 디도핑 없이 안정할 뿐만 아니라 그러한 안정한 도핑 상태가 장기간 지속될 수 있다. 따라서, 해당 화합물은 CNT n-도핑 물질로서 유용하게 사용될 수 있다.
상기 환원 상태의 화합물의 사용 양은 CNT의 n-도핑 상태에 영향을 준다. 즉, 환원상태 화합물의 사용 양이 많을수록 CNT의 n-도핑 상태가 더욱 많이 진행할 수 있게 된다. 이러한 사실은 환원상태 화합물의 사용 양을 조절하는 것에 의하여 도핑 상태를 쉽게 제어할 수 있음을 의미한다.
환원된 상태의 비올로겐의 경우를 예를 들어 환원 상태 화합물의 사용 양을 조절하는 방법의 비제한적인 예시를 설명한다.
먼저 환원상태의 비올로겐 화합물을 용매에 용해하여 용액 형태로 만든 후 해당 용액의 사용량 자체를 예를 들어 1방울, 2방울 등과 같이 조절하거나 또는 해 당 용액 중의 환원상태 비올로겐 화합물의 농도를 예를 들어 1중량%, 2중량% 등과 같이 조절하는 방법을 생각해 볼 수 있다. 이러한 방법들은 환원상태 비올로겐 화합물의 사용 양을 쉽게 조절하는 방법이므로 이러한 방법들에 의함으로써 CNT의 n-도핑 상태를 용이하게 제어할 수 있다.
환원된 상태의 비올로겐과 같이 분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물로서 환원된 상태의 화합물은 CNT n-도핑을 가능하게 할 수 있고 이에 따라 CNT의 n-도핑이 필요한 다양한 분야에 응용될 수 있다. 그러한 응용의 비제한적인 예시로서, PN 접합 소자, CNT-FET, CMOS 등의 각종 소자를 들 수 있다.
이하, 비제한적이고 예시적인 실시예를 통하여 본 명세서의 예시적인 구현예들을 더욱 상세히 설명한다.
[실험 1: 환원 상태 비올로겐에 의한 CNT n-도핑 효과 확인]
환원 상태 비올로겐(1,1'dibenzyl-4,4'-bipyridinium dichloride; 'BV')에 의한 CNT n-도핑 효과 확인을 위하여, 먼저 환원된 비올로겐 용액을 제조하였다.
산화 상태의 비올로겐(BV2+)에 환원제인 NaBH4를 처리하여 환원상태의 비올로겐을 제조하였다(도 1a 및 도 1b 참조). 이는 405nm에서의 흡수 peak으로 확인하였다. 이후 실험에 사용된 비올로겐 용액의 농도는 50mM로 하였다.
CNT n-도핑 효과를 확인하기 위하여, CNT 전계 효과 트랜지스터(FET)를 제작 하였다. 도 3은 본 실시예에서 사용한 CNT-FET을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, N+로 도핑된 Si 백 게이트(11) 상에 Si02 절연층(13)이 형성되어 있고, 그 위로 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)이 형성되어 있다. 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D) 사이로 TCVD를 사용하여 성장시킨 CNT(15) 채널이 형성되어 있다.
CNT 채널 부분에 앞서 제조한 환원 상태 비올로겐 용액을 마이크로핀펫으로 1방울(100 μL)(19) 떨어뜨린 후, 110℃에서 3분간 가열하였다.
도 4a 및 4b는 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서, 비올로겐 사용에 따른 n-도핑 효과를 보여주는 Isd-Vg 그래프이다. 도 4a는 비올로겐 도핑 전의 그래프이고, 도 4b는 환원 상태 비올로겐으로 도핑한 후의 그래프이다. 도 4a 및 4b의 각 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(uA)을 나타낸다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 환원 상태 비올로겐으로 처리한 후에 CNT가 초기의 p-도핑 상태에서 n-도핑 상태로 바뀐 것을 알 수 있다.
[실험 2: 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양에 따른 CNT n-도핑 상태 변화 확인]
본 실험 2에서는 환원 상태 비올로겐의 사용 양에 따른 CNT n-도핑 상태 변화를 확인하고자, 환원 상태 비올로겐 용액을 떨어뜨리는 양을 증가시켜 보았다. 본 실험 2에서는 환원 상태 비올로겐 용액의 농도를 1mM로 하고, CNT-FET은 실험 1 의 것과 같은 것을 사용하였다.
도 5a는 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양 변화에 따른 n-도핑 상태 변화를 보여주는 Isd-Vg 그래프이다. 도 5a의 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(A)을 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양이 증가할수록(1st drop~5th drop) p-도핑에서 n-도핑으로 변하는 것과 각 방울수에 대응하는 Vth가 negative bias 방향으로 이동한 것을 볼 수 있다. 각 Vth에서 p-도핑에서 n-도핑으로 변하는 지점을 Imin으로 표시할 때 Imin은 왼쪽으로 쉬프트되어 있다. 이와 같이 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양을 조절함으로써 n-도핑 정도를 조절할 수 있다. 이는 환원 상태 비올로겐의 CNT n-도핑 제어성(controllability)이 우수하다는 것을 의미한다.
도 5b는 도 5a에서 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양 변화를 X축으로 하여 표현하고, Vg가 -30V, 30V인 경우의 Isd 변화를 다시 보여주는 그래프이다. 도 5b는 또한 환원 상태 비올로겐 용액이 사용 양 변화에 따른 Imin의 위치를 동일한 그래프에서 보여준다. 도 5b에서 X축은 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양(방울)이고, 오른쪽 Y축 부분은 Isd(A)을 나타내며, 왼쪽 Y축 부분은 Imin의 위치(V)를 나타낸다.
도 5b를 참조하면, -30 V 게이트 전압에서 Isd를 관찰하면 on current가 off current로 감소함을 확인할 수 있고, 30V 게이트 전압에서 Isd를 보면 off current 가 on current로 증가하는 것을 확인할 수 있다. Imin의 위치는 방울 수가 증가할수록 음의 전압 쪽으로 이동 즉, negative bias 방향으로 이동한 것을 알 수 있다.
[실험 3: 공기 중에서 도핑 안정성 확인]
본 실험 3에서는 CNT n-도핑 상태의 시간에 따른 안정성을 확인하였다. 본 실험 3에서는 환원 상태 비올로겐 용액의 농도를 50mM로 하고, CNT-FET은 실험 1의 것과 같은 것을 사용하였다.
도 6은 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서 환원 상태 비올로겐 용액을 CNT-FET에 1방울 떨어뜨린 직후, 공기 중에서 7일, 30일, 80일 경과 후의 도핑 상태를 각각 나타내는 그래프이다. 도 6의 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(A)을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 80일이 지난 후에도 전류 레벨(current level)은 다소 줄었지만 여전히 n-타입임을 확인할 수 있었다. 이는 환원 상태 비올로겐의 CNT n-도핑 안정성(stability)이 공기 중에서 장기간에 걸쳐서도 우수하다는 것을 의미한다.
[실험 4: 수분 중에서 도핑 안정성 확인]
본 실험 4에서는 CNT n-도핑 상태의 수분에 따른 안정성을 확인하였다. 본 실험 4에서는 환원 상태 비올로겐 용액의 농도를 50mM로 하고, CNT-FET은 실험 1의 것과 같은 것을 사용하였다.
도 7은 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서, 환원 상태 비올로겐 용액을 CNT-FET에 1방울 적하하고 용매를 제거한 다음, 물로 세척하기 전과 후의 도핑 상태를 나타내는 그래프이다. 도 7의 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(nA)을 나타낸다. 여기서 Vsd는 3V로 하였다.
도 7을 참조하면, 수분 처리 전, 후의 도핑 레벨이 비교적 잘 유지됨을 확인할 수 있었다. 즉, 물의 직접적인 접촉에 의해서도 변화가 없다는 것을 확인할 수 있다. 이는 환원 상태 비올로겐의 CNT n-도핑 안정성(stability)이 수분 중에서도 우수하다는 것을 의미한다.
[실험 5: 비올로겐 종류에 따른 CNT n-도핑 효과 확인]
본 실험 5에서는 비올로겐 종류(BV, MV, EV)을 달리하여 CNT n-도핑 효과를 확인하였다. 환원상태 비올로겐 용액의 농도는 50mM로 하였다. CNT-FET은 실험 1에서 사용한 것과 같은 것을 사용하였다.
도 8은 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서, 비올로겐 종류(BV, MV, EV)에 따른 n-도핑 효과를 보여주는 그래프이다. 도핑 전후의 on/off ratio 변화를 비교함으로써 도핑 능(doping ability)를 비교하였다. 도 8a는 비올로겐 종류별 on/off ratio를 나타내는 그래프로서, X축은 각 비올로겐의 경우를 표시하고, Y축은 해당 비올로겐에서의 on/off ratio(비율이므로 단위 없음)를 나타낸다. 도 8b~8d는 비올로겐 종류(BV, MV, EV)에 따른 Isd(A), Vg(V) 그래프를 나타낸다.
도 8에 따르면, 비올로겐 MV, EV의 경우, 지나친 도핑(heavily doping) 때문 에 off-current 가 증가하여 on-off ratio가 감소하였다. 비올로겐 BV의 경우 on/off ratio 효율 면에서 가장 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, BV, MV, EV의 비올로겐 용액을 사용한 경우에도 CNT가 초기의 p-도핑 상태에서 n-도핑 상태로 바뀌는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 비제한적이고 예시적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상은 첨부 도면이나 상기 설명 내용에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하며, 또한, 이러한 형태의 변형은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 명세서의 하나의 예시적인 구현예에 따른 산화 및 환원 상태의 비올로겐과 그 거동을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 명세서의 예시적인 구현예에서 사용되는 비올로겐 중 하나인 1,1'디벤질-4,4'-비피리디늄 디클로라이드(1,1'dibenzyl-4,4'-bipyridinium dichloride; 'BV')의 환원 상태에 따른 깁스 에너지(Gibbs energy) 차이를 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 명세서의 예시적인 실시예에서 사용한 CNT-FET을 나타내는 개략도이다.
도 4a 및 4b는 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서, 비올로겐 사용에 따른 n-도핑 효과를 보여주는 Isd-Vg 그래프이다. 도 4a는 비올로겐 도핑 전의 그래프이고, 도 4b는 환원 상태 비올로겐으로 도핑한 후의 그래프이다. 도 4a 및 4b의 각 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(uA)을 나타낸다.
도 5a는 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양 변화에 따른 n-도핑 상태 변화를 보여주는 Isd-Vg 그래프이다. 도 5a의 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(A)을 나타낸다.
도 5b는 도 5a에서 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양 변화를 X축으로 하여 표현하고, Vg가 -30V, 30V인 경우의 Isd 변화를 다시 보여주는 그래프이다. 도 5b는 또한 환원 상태 비올로겐 용액이 사용 양 변화에 따른 Imin의 위치를 동일한 그래프에서 보여준다. 도 5b에서 X축은 환원 상태 비올로겐 용액의 사용 양(방울)이 고, 오른쪽 Y축 부분은 Isd(A)을 나타내며, 왼쪽 Y축 부분은 Imin의 위치(V)를 나타낸다.
도 6은 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서 환원 상태 비올로겐 용액을 CNT-FET에 1방울 떨어뜨린 직후, 공기 중에서 7일, 30일, 80일 경과 후의 도핑 상태를 각각 나타내는 그래프이다. 도 6의 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(A)을 나타낸다.
도 7은 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서 환원 상태 비올로겐 용액을 CNT-FET에 1방울 적하하고 용매 제거한 다음, 물로 세척하기 전과 후의 도핑 상태를 나타내는 그래프이다. 도 7의 그래프에서 X축은 Vg(V)이고 Y축은 Isd(nA)을 나타낸다. 여기서 Vsd는 3V로 하였다.
도 8은 본 명세서의 예시적인 실시예에 있어서 비올로겐 종류(BV, MV, EV)에 따른 n-도핑 효과를 보여주는 그래프이다. 도 8a는 비올로겐 종류 별 on/off ratio를 나타내는 그래프로서, X축은 각 비올로겐의 경우를 표시하고, Y축은 해당 비올로겐에서의 on/off ratio(비율이므로 단위 없음)를 나타낸다. 도 8b~8d는 비올로겐 종류(BV, MV, EV)에 따른 Isd(A), Vg(V) 그래프를 나타낸다.
*도면 부호의 간단한 설명*
11: 백 게이트 또는 기판 13: 절연층
15: CNT 19: 환원상태 비올로겐 용액
S: 소스 전극 D: 드레인 전극

Claims (16)

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  5. 삭제
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  7. 분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물로서, 상기 화합물은 환원된 상태에 있는 비올로겐을 포함하는 CNT n-도핑 물질로 CNT를 n-도핑하는 단계를 포함하는 CNT n-도핑 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    환원 상태의 비올로겐을 함유하는 용액을 n-도핑을 원하는 CNT에 제공하는 단계를 포함하는 CNT n-도핑 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 환원 상태의 비올로겐 함유 용액이 제공된 CNT를 가열하여 상기 용액 중의 용매를 제거하는 단계를 더 포함하는 CNT n-도핑 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 환원 상태의 비올로겐을 함유하는 용액을 제조하는 방법은, 비올로겐에 물 및 비극성 용매를 순차적으로 첨가하여 상 분리된 용액을 얻는 단계;
    상기 용액에 환원제를 첨가하는 단계; 및
    상기 용액에서 비극성 용매층을 수득하는 단계;를 포함하는 CNT n-도핑 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 비극성 용매는 알칸류; 방향족 화합물; 글리콜 에테르류; 글리콜 에테르 아세테이트류; 아세테이트류; 할로겐 화합물; 및 니트로젠 화합물;로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 CNT n-도핑 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 환원제는 NaBH4, LiAlH4, NaH, CaH2 및 하이드라진(hydrazine)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 CNT n-도핑 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 환원 상태의 비올로겐 함유 용액 내 비올로겐의 양을 조절하여 CNT의 n-도핑 상태를 조절하는 CNT n-도핑 방법.
  15. 분자 구조 중에 두 개 이상의 피리디늄 유도체를 포함하는 화합물로서, 상기 화합물은 환원된 상태에 있는 비올로겐을 포함하는 CNT n-도핑 물질 또는 상기 CNT n-도핑 물질이 함유된 용액을 이용하여 n-도핑된 CNT.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 CNT는 공기 또는 수분 중의 하나 이상의 환경에서 n-타입을 나타내는 CNT.
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