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KR20070032389A - An optically-configurable nanotube or nanowire semiconductor device - Google Patents

An optically-configurable nanotube or nanowire semiconductor device Download PDF

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Publication number
KR20070032389A
KR20070032389A KR1020077003834A KR20077003834A KR20070032389A KR 20070032389 A KR20070032389 A KR 20070032389A KR 1020077003834 A KR1020077003834 A KR 1020077003834A KR 20077003834 A KR20077003834 A KR 20077003834A KR 20070032389 A KR20070032389 A KR 20070032389A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanotube
nanowire
semiconducting
molecules
semiconductor device
Prior art date
Application number
KR1020077003834A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
쥴리앙 보르게띠
쟝-필리쁘 부르고엥
빠스깔 모르당
벵상 데리끄
아리마나 필로라모
마르셀로 고프망
Original Assignee
꼬미싸리아 아 레네흐지 아또미끄
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 꼬미싸리아 아 레네흐지 아또미끄 filed Critical 꼬미싸리아 아 레네흐지 아또미끄
Priority to KR1020077003834A priority Critical patent/KR20070032389A/en
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Abstract

본 발명은 적어도 둘의 전극; 및 적어도 하나의 나노 튜브 또는 나노 와이어, 특히 카본 나노 튜브 또는 나노 와이어를 포함하는 반도체 디바이스에 관한 것이다. 상기 디바이스는, 적어도 하나의 감광성 물질의 분자 또는 나노 결정으로 구성된 적어도 하나의 층에 의하여 적어도 일부분이 덮여지는 영역을 적어도 하나 구비하는 적어도 하나의 반도성 나노 튜브 또는 나노 와이어를 포함한다. 그리고 상기 적어도 둘의 전극은, 적어도 하나의 나노 튜브, 즉 상기 반도성 나노 튜브 또는 나노 와이어, 또는 이와 다른 적어도 하나의 나노 튜브 또는 나노 와이어에 의해 전기적으로 연결된다. The present invention comprises at least two electrodes; And at least one nanotube or nanowire, in particular carbon nanotube or nanowire. The device includes at least one semiconducting nanotube or nanowire having at least one region covered at least in part by at least one layer of molecules or nanocrystals of at least one photosensitive material. And the at least two electrodes are electrically connected by at least one nanotube, that is, the semiconducting nanotube or nanowire, or at least one other nanotube or nanowire.

Description

광학적으로 구성 가능한 나노 튜브 또는 나노 와이어 반도체 디바이스 {AN OPTICALLY-CONFIGURABLE NANOTUBE OR NANOWIRE SEMICONDUCTOR DEVICE}Optically configurable nanotube or nanowire semiconductor devices {AN OPTICALLY-CONFIGURABLE NANOTUBE OR NANOWIRE SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 광학적으로 구성 가능한 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 나노 튜브 또는 나노 와이어 반도체 디바이스에 관한 것이며 이를 광학적으로 재구성 가능한 전자 회로에의 사용하는 것에 관한 것이다. The present invention relates to nanotube or nanowire semiconductor devices such as optically configurable transistors or diodes and to their use in optically reconfigurable electronic circuits.

R.J.Chen 등에 의한 Applied Physics Letters, Vol. 79, No. 14, 2258 (2001)의 "단일벽 카본 나노 튜브로부터의 분자 이탈(Molecular desorption from single-walled carbon nanotubes)" 명칭의 논문은, 자외선 또는 가시광선에서의 강한 일루미네이션은 전극 위에 존재하는 산소 분자를 이탈시켜 나노 튜브 트랜지스터의 전기적인 특성을 변화시킬 수 있음을 개시하고 있다. 이러한 현상은 빠르지만, 가역성에 관해서는, 최초 전류를 복구하기 위하여 일반적으로 수십 분이 필요하다. 많은 양의 파워(power)가 요구되는 이 현상은 파장 특이적이지 않으며 되돌리기 어렵다. Applied Physics Letters, Vol. 79, No. 14, 2258 (2001), entitled "Molecular desorption from single-walled carbon nanotubes," reports that strong illumination in ultraviolet or visible light leaves oxygen molecules present on the electrode. It is disclosed that the electrical properties of the nanotube transistor can be changed. This phenomenon is fast, but when it comes to reversibility, typically tens of minutes are required to recover the initial current. This phenomenon, which requires a large amount of power, is not wavelength specific and is difficult to reverse.

K. Balasubramanian 등에 의한 Applied Physics Letters, Vol. 84, No. 13 (2004)의 "개별적인 반도성 카본 나노 튜브의 광전자 전달 이미징(Photoelectronic transport imaging of individual semiconducting carbon nanotubes)" 명칭의 논문은, 514.5 나노미터(nm) 및/또는 647 nm에 위치한 파장을 가지는 광자가 비기능화된(non-functionallized) 카본 나노 튜브 트랜지스터에서 광전류(photo-current)를 생성할 수 있음을 개시하고 있다. 상기 전류는 1 나노 앰프(nanoamps, nA)보다 작은 정도로 아주 약하게 생성되며 트랜지스터가 오프(off) 상태인 경우에만 검출될 수 있다. Applied Physics Letters, K. Balasubramanian et al. 84, No. 13 (2004), entitled "Photoelectronic transport imaging of individual semiconducting carbon nanotubes", describes photons having wavelengths located at 514.5 nanometers (nm) and / or 647 nm. Disclosed is the possibility of generating photo-current in non-functionallized carbon nanotube transistors. The current is generated very weakly to less than 1 nanoamps (nA) and can only be detected when the transistor is in the off state.

Freitag 등에 의한 Nano Letters, Vol. 3, No. 8, pp.1067-1071 (2003)의 "단일 카본 나노 튜브의 광전도도(Photoconductivity of single carbon nanotubes" 명칭의 논문은, 나노 튜브 트랜지스터가 적외선 광자(infrared photon)를 검출하는 데 사용될 수 있음을 개시하고 있다. 나노 튜브 트랜지스터 내의 전류는, 트랜지스터의 채널의 역할을 하는 반도성 나노 튜브의 반 호프 특이점들(예를 들면, 금지대(forbidden band)) 사이에서 허용된 전이들(permitted transitions) 중 하나의 에너지에 대응하는 광의 파장을 가지는 광자들에 의해 변경될 수 있다. 일반적으로, 이 파장은 처음 두 접근 가능한 전이들의 적외선에 높여진다. 이는 나노 튜브의 원자 구조(직경과 키랄리티(chirality))에 의해 최종적으로 정의된다. Nano Letters, Vol. 3, No. 8, pp. 1067-1071 (2003), entitled "Photoconductivity of single carbon nanotubes," shows that nanotube transistors can be used to detect infrared photons. The current in a nanotube transistor is one of the allowed transitions between the half-hop singularities (eg, forbidden bands) of the semiconducting nanotubes that serve as the channel of the transistor. It can be altered by photons with a wavelength of light corresponding to one energy, in general, this wavelength is raised to the infrared of the first two accessible transitions, which is the atomic structure of the nanotubes (diameter and chirality). Is finally defined by)).

광의 존재에 의해 나노 튜브에 의한 트랜지스터의 전기적 특성에서 관찰되는 변경들은 매우 작다. 이들이 적외선 방출을 검출하는 데 사용될 수 있다고 할지라도, 트랜지스터는 순수하게 "광학적으로 제어"되어야 한다. 트랜지스터의 오프(off) 상태만이 아주 작은 양으로 변화할 뿐이다. 결국, 비기능화된 나노 튜브의 금지대를 통하여 전자-정공 쌍을 직접적으로 생성하는 데 사용되는 방법은 10-7 오더(order)의 아주 작은 양자 효율(quantum efficienby)을 가진다.The changes observed in the electrical properties of transistors by nanotubes due to the presence of light are very small. Although they can be used to detect infrared emission, transistors must be purely "optically controlled". Only the off state of the transistor changes in a very small amount. As a result, the method used to directly generate electron-hole pairs through the ban on nonfunctionalized nanotubes has a very small quantum efficienby of 10 −7 orders.

A. Star 등에 의한 Nano Letters, 2004년 6월에 발행된 "나노 광전자 메모리 디바이스(Nanotube optoelectronic memory devices)" 명칭의 논문은, 메모리 기능을 제공할 수 있도록, 감광성의 폴리머를 이용하여 카본 나노 튜브에 의한 디바이스를 기능화하는 것을 개시하고 있다. 이러한 목적을 위하여, 일군(一群)의 나노 튜브는 칩 위에 드롭 증착된(drop deposited) 두꺼운 폴리머 필름에 의해 덮여진다. 따라서 이는 매우 두꺼운 층상으로 비제어된 형식으로 증착된 매우 큰 분자의 폴리머와 관계가 있다. 상기 디바이스가 일루미네이션되면, Id(Vgs) 전기적 특성은 시프트(shift)되고, 이에 따라 전자들이 폴리머로 이동되는 것을 나타낸다. 일루미네이션이 중단될 때, 디바이스는 매우 긴 시간(수 분) 동안 그 특성을 유지하여, "메모리" 효과를 제공한다. 이러한 기술은 "메모리" 타입의 특성들에 한정되며 고밀도 집적(dense integration)에 적합하지 않다. Nano Letters by A. Star et al., Published in June 2004, entitled “Nanotube optoelectronic memory devices,” used carbon nanotubes with photosensitive polymers to provide memory functionality. To functionalize the device. For this purpose, a group of nanotubes is covered by a thick polymer film that is drop deposited onto the chip. It thus relates to very large molecules of polymer deposited in an uncontrolled form with very thick layers. When the device is illuminated, the Id (Vgs) electrical property is shifted, indicating that electrons are transferred to the polymer. When illumination is interrupted, the device retains its characteristics for a very long time (minutes), providing a "memory" effect. This technique is limited to "memory" type features and is not suitable for dense integration.

Rotkin과 Zmarov에 의해 International Journal of Nanoscience, Vol. 1, Nos. 3 and 4 (2002), pp. 347-355에 발표된 "나노 튜브 광 제어 전자 스위치(Nanotube light-controlled electronic switch)" 명칭의 논문은, 형상-변형 분자(shape-changing molcule)를 이용하여 카본 나노 튜브 주변에서 전하를 치환하는 것을 제안한다. 광자가 흡수될 때, 상기 분자는 변형된다. 이 이론적 연구에 따르면, 분자가 그 선단에 전하(charge)를 나노 튜브로부터 멀리 이동하면, 그 전하는 기계적으로 그 튜브를 향하거나 이로부터 떨어진다. 이는 디바이스의 특성을 변화시키는 역할을 한다. 어떠한 경우에도, 이 기술은 형상-변형 분자가 사용되는 것이 요구된다. By Rotkin and Zmarov, International Journal of Nanoscience, Vol. 1, Nos. 3 and 4 (2002), pp. A paper entitled "Nanotube light-controlled electronic switch" published in 347-355 describes the use of shape-changing molcule to displace charges around carbon nanotubes. Suggest. When photons are absorbed, the molecule is modified. According to this theoretical study, when a molecule moves a charge at its tip away from a nanotube, the charge is mechanically directed to or off the tube. This serves to change the characteristics of the device. In any case, this technique requires that shape-modifying molecules be used.

본 발명의 다른 특성들 및 장점들은 아래 도면들을 참조하여 후술하는 상세한 설명을 읽음으로써 좀더 나타날 것이다.Other features and advantages of the present invention will become more apparent by reading the following detailed description with reference to the drawings below.

도 1a는 카본 나노 튜브 전계 효과 트랜지스터(CNTFET)의 일례를 보여주고, 도 1b와 도 1c는 본 발명의 배경(context)에서 사용될 수 있는 디바이스의 다양한 예를 구성한다. 1A shows an example of a carbon nanotube field effect transistor (CNTFET), and FIGS. 1B and 1C constitute various examples of devices that can be used in the context of the present invention.

도 2의 a 내지 c는 감광성 층의 서로 다른 위치들과 그로부터 야기되는 효과를 보여준다. 2 a to c show the different positions of the photosensitive layer and the effects resulting therefrom.

도 3은 레이저 광에 의한 여기가 있는 경우와 없는 경우에서의 일련의 실험을 보여준다. 3 shows a series of experiments with and without excitation by laser light.

도 4a 및 도 4b는 각기 어두운 경우와 파장이 647.1 nm인 레드 레이저(red laser)의 일루미네이션이 있는 경우에 트랜지스터의 게이트 소스 전압(Vgs)에 따른 드레인 전류(Id) 특성을 보여준다. 도 4b에는 반로그(semilogarithmic coordinate)를 사용하여 동일한 곡선을 보여준다. 4A and 4B show drain current Id characteristics according to the gate source voltage Vgs of a transistor in the dark and the illumination of a red laser having a wavelength of 647.1 nm, respectively. 4b shows the same curve using a semilogarithmic coordinate.

도 5의 a 내지 f는, -1 V 내지 +1 V의 범위 내에 있는 전압 Vgs의 작동 범위에서 p-형 카본 나노 튜브 트랜지스터에서 얻을 수 있는 다양한 효과들을 보여주기 위하여, 게이트 소스 전압(Vgs)[V]에 따른 nA에서 드레인 전류(Id)[nA] 실험적인 곡선을 사용한다. 5A to 5 show gate source voltages Vgs [Vs] in order to show various effects that can be obtained in p-type carbon nanotube transistors in the operating range of voltages Vgs in the range of -1 V to +1 V. The empirical curve of drain current (Id) [nA] at nA according to V] is used.

도 6의 a 내지 c는 본 발명에 따른 하나 또는 그 이상의 디바이스에 적용되는 광학적으로 재구성 가능한 다양한 회로들을 보여준다. 6 a to c show various optically reconfigurable circuits applied to one or more devices according to the present invention.

본 발명의 목적은 적어도 하나의 나노 튜브, 특히 카본 나노 튜브, 또는 적어도 하나의 나노 와이어를 포함하는 반도체 디바이스를 제공하는 것이다. 이 디바이스는 어떠한 현저한 메모리 효과 없이도 유리한 양자 효율으로 광학적으로 구성 가능하며 가역적이다. 즉, 이 디바이스는 일루미네이션이 중단되면 그 초기 상태로 회복된다. 유리하게는, 이 디바이스가 선택된 감광성 물질의 기능에 따라 선택된 파장에서 이 디바이스가 광에 의해 광학적으로 구성 가능하다.It is an object of the present invention to provide a semiconductor device comprising at least one nanotube, in particular carbon nanotube, or at least one nanowire. The device is optically configurable and reversible with advantageous quantum efficiency without any noticeable memory effect. In other words, the device returns to its initial state when illumination is interrupted. Advantageously, the device is optically configurable by light at a selected wavelength depending on the function of the selected photosensitive material.

본 발명은 또한 적어도 둘의 전극들과 적어도 하나의 나노 튜브 또는 나노 와이어, 특히 카본 나노 튜브 또는 나노 와이어를 포함하는 반도체 디바이스를 제공한다. 이 디바이스는 적어도 하나의 감광성 물질의 분자 또는 나노 결정으로 구성된 적어도 하나의 층에 의하여 적어도 일부분이 덮여지는 영역을 적어도 하나 구비하는 적어도 하나의 반도성 나노 튜브 또는 나노 와이어를 포함하고; 상기 적어도 둘의 전극은, 적어도 하나의 나노 튜브, 즉 상기 반도성 나노 튜브 또는 나노 와이어, 또는 이와 다른 적어도 하나의 나노 튜브 또는 나노 와이어에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. The invention also provides a semiconductor device comprising at least two electrodes and at least one nanotube or nanowire, in particular carbon nanotube or nanowire. The device comprises at least one semiconducting nanotube or nanowire having at least one region covered at least in part by at least one layer of molecules or nanocrystals of at least one photosensitive material; The at least two electrodes are electrically connected by at least one nanotube, that is, the semiconducting nanotube or nanowire, or at least one other nanotube or nanowire.

유리하게는 상기 분자은 앰피필릭(amphiphilic)하다. Advantageously the molecule is amphiphilic.

상기 물질들은, 특히 금속 중심 원자(특히 구리 원자)로 구성되는 금속 중심 원자가 존재하는 프탈로시아닌(phthalocyanine)이거나, 포르피린(porphyrine), 아조포르피린(azoporphyrine) 또는 이들의 유도체이거나, 또는 실제의(indeed) 염료(dye) 또는 크로모포어(chromophore), 특히 앰필리픽 크로모포어(amphilipic chromophore)일 수 있다. 또는 상기 물질들이, 적어도 두 부분, 즉 크로모포릭(chromophoric)한 중심과 상기 디바이스 위에 선택적으로 공유 결합으로 그라프트(graft) 될 수 있는 그라프터블(graftable) 부분으로 구성되는 실제의 복합 분자일 수 있다. 다양하게, 그 물질은 반도체 물질의 나노 결정일 수 있다. The materials are, in particular, phthalocyanine in which a metal center atom consisting of metal center atoms (particularly copper atoms) is present, porphyrine, azopororphyrine or derivatives thereof, or indeed dyes. (dye) or chromophores, in particular amphilipic chromophore. Or the materials may be actual composite molecules consisting of at least two parts, a chromophoric center and a graftable part that can be selectively covalently grafted onto the device. have. Variously, the material may be nanocrystals of semiconductor materials.

이 물질은, 이 물질의 분자들로 구성되는 0에서 20, 특히 1에서 10의 층을 가지는 박막의 형태일 수 있다. 더 얇은 필름이 빠른 광전자 효과를 얻는 데 적합하기 때문에 바람직하다. The material may be in the form of a thin film having layers of 0 to 20, in particular 1 to 10, consisting of molecules of the material. Thinner films are preferred because they are suitable for obtaining fast optoelectronic effects.

유리하게는, 박막이 디바이스의 선택된 부분(나노 튜브, 전극들, 및/또는 튜브를 지지하는 표면)에서 분자 단층의 선택적으로 공유 그라프트(covalent graft)하는 것에 의해 대체될 수 있다. Advantageously, the thin film can be replaced by selectively covalent grafts of molecular monolayers at selected portions of the device (nanotubes, electrodes, and / or surfaces that support the tubes).

상기 물질이 증착되거나 그라프트된 영역은 나노 튜브 또는 나노 와이어의 외면 및/또는 내면이거나, 반도체 디바이스의 전극이거나, 트랜지스터의 게이트 절연막의 실제의 표면이거나, 또는 나노 튜브 또는 나노 와이어가 위치하는 기판의 실제의 표면일 수 있다. The region on which the material is deposited or grafted may be the outer and / or inner surface of the nanotube or nanowire, the electrode of a semiconductor device, the actual surface of the gate insulating film of the transistor, or of the substrate on which the nanotube or nanowire is located. It may be the actual surface.

상기 디바이스는 서로 다른 감광성 물질로 구성되는 적어도 하나의 층 내에 각기 덮여지는 하나 또는 그 이상의 영역들이 존재할 수 있다.The device may have one or more regions each covered in at least one layer composed of different photosensitive materials.

또한, 본 발명은 상술한 반도체 디바이스의 제어 방법을 제공한다. 이 제어 방법은 상기 물질의 광-흡수 영역에 위치한 파장의 광에 의해 적어도 하나의 상기 영역의 일루미네이션을 적용하는 것을 특징으로 한다. The present invention also provides a control method of the semiconductor device described above. The control method is characterized in that the illumination of at least one said region is applied by light of a wavelength located in the light-absorbing region of said material.

구조(키랄리티, chirality)에 따라, 단일벽 카본 나노 튜브는 금속성이거나 반도성일 수 있다. 이들은 전자 구성 요소(component)를 형성하도록 전극들에 연결된다. 따라서, 1996년에서부터 2004년까지 기간에는, 이러한 나노 튜브가 다이오드, 단전자 트랜지스터(single-electron transistor, SET), 카본 나노 튜브 전계 효과 트랜지스터(carbon nanotube field-effect transistor, CNTFET)를 제조하는 데 있어 기본적인 성분으로 사용되었다. 이러한 CNTFET는 메모리 성분, 개별 논리 게이트(individual logic gate), 기체 또는 생물학적 분자(biological molecule)의 검출기, 또는 실제의 에미터(indeed emitter)와 적외선 광자(infrared photon)의 검출기 등의 제조에 사용될 수 있다. Depending on the structure (chirality), single-walled carbon nanotubes can be metallic or semiconducting. They are connected to the electrodes to form an electronic component. Thus, in the period from 1996 to 2004, these nanotubes were used to manufacture diodes, single-electron transistors (SETs), and carbon nanotube field-effect transistors (CNTFETs). Used as a basic ingredient. Such CNTFETs can be used in the manufacture of memory components, individual logic gates, detectors of gases or biological molecules, or detectors of actual emitters and infrared photons. have.

CNTFET 타입의 전계 효과 트랜지스터는, 두 전극, 즉 소스(S)와 드레인(D)에 의해 연결되는, 예를 들어 반도성의 단일벽 카본 나노 튜브(1)에 의해 구성되며, 절연막(2)(게이트 산화물)에 의해 튜브와 분리되어 있는 제3 전극, 즉 게이트(G)에 의해 제어된다. 소스(S)와 드레인(D) 사이에서 카본 나노 튜브(1)에 의해 구성된 채널을 따라 흐르는 전류는 게이트 전압에 의해 조절된다. 상기 구성이 가능한 구성만이 아니다. 특히, 게이트 전극은 나노 튜브의 위 또는 아래에 위치할 수 있다. The CNTFET type field effect transistor is constituted by, for example, semiconducting single-walled carbon nanotubes 1 connected by two electrodes, that is, a source S and a drain D, and an insulating film 2 (gate Oxide) is controlled by a third electrode, ie gate G, which is separated from the tube. The current flowing along the channel constituted by the carbon nanotubes 1 between the source S and the drain D is regulated by the gate voltage. The above configuration is not only possible configuration. In particular, the gate electrode may be located above or below the nanotubes.

1998년 이래로, 특히 지난 2년에 걸쳐, 실리콘 트랜지스터와 유사한 레벨에 도달할 수 있도록 개선을 위해 이러한 구성 요소들의 실행이 계속되었다. Since 1998, particularly over the past two years, implementation of these components has continued to improve to reach levels similar to silicon transistors.

카본 나노 튜브에 의한 이러한 전자 구성 요소의 주요한 특징 중 하나는 환경에 매우 민감하다는 것이다. 이 구성 요소의 다양한 부분(튜브, 전극들, 표면)에서 흡수되는 분자들의 존재는 전자 전달 성질을 매우 크게 변화시킨다. One of the main features of these electronic components by carbon nanotubes is that they are very sensitive to the environment. The presence of molecules absorbed in various parts (tubes, electrodes, surfaces) of this component changes the electron transfer properties very significantly.

CNTFET의 환경은 아래와 같은 다양한 방법으로 CNTFET의 전기적 성질을 변경시킬 수 있다. The environment of a CNTFET can change the electrical properties of the CNTFET in a variety of ways.

a) 나노 튜브에 흡착되거나 화학적으로 결합되는 분자들은 나노 튜브로 전하를 이동(전자를 공여하거나 수용)시킬 수 있다. 이러한 변화는 나노 튜브의 도핑 레벨의 변화를 가져온다. a) Molecules adsorbed or chemically bound to the nanotubes can transfer charges (donating or accepting electrons) to the nanotubes. This change results in a change in the doping level of the nanotubes.

b) 나노 튜브의 주변에서, 전극들에 흡착되거나 화학적으로 결합된 분자들은 채널로의 캐리어 주입을 변경할 수 있다. 나노 튜브 내로 들어가기 위하여, 전극들 내의 전하는 쇼트키 접촉(Schottky contact)에 의해 발생하는 포텐셜 장벽(potential barrier)를 극복해야만 한다. 이 장벽의 높이는 특정한 분자, 특히 극성 분자의 존재에 민감하다.b) At the periphery of the nanotubes, molecules adsorbed or chemically bound to the electrodes can alter the carrier injection into the channel. To enter the nanotubes, the charge in the electrodes must overcome the potential barrier caused by the Schottky contact. The height of this barrier is sensitive to the presence of certain molecules, especially polar molecules.

c) 나노 튜브의 주변의 표면 또는 튜브에서의 분자의 흡착 역시, 분자와 나노 튜브 사이에서 어떠한 전하의 이동 없이, 구성 요소의 전기적 특성을 변경할 수 있다. 특히, 튜브 주변에서의 차지된(charged) 또는 높은 극성 분자는 튜브에서 정전(靜電) 포텐셜(electrostatic potential)을 변경하고, 이에 따라 게이트에 인가된 전압과 같이 기능한다. 이를 "화학적인 게이팅(chemical gating)" 또는 화학적으로-유도된 게이트 포텐셜이라 지칭한다. c) Adsorption of molecules on the periphery or the surface of the nanotubes can also alter the electrical properties of the component without any charge transfer between the molecules and the nanotubes. In particular, charged or high polarity molecules around the tube alter the electrostatic potential in the tube and thus function like the voltage applied to the gate. This is referred to as "chemical gating" or chemically-induced gate potential.

본 발명은 트리거링(triggering), 정지(stopping), 증가(increasing), 감소(decreasing) 및/또는 이러한 타입의 가역적인 효과를 위하여 특히 광을 이용하는 것을 시도한다. The present invention attempts to use light in particular for triggering, stopping, increasing, decreasing and / or reversible effects of this type.

다양한 부류의 분자들은 광화학적(photochemical)이거나 광물리적(photophysical)인 성질을 구비한다. 매우 일반적으로 말해서, 분자가 광자를 흡수할 때 분자가 여기 상태로 스위치(switch)된다. 에너지의 이러한 접근은 다양한 결과를 가질 수 있다. 분자들은, 여러 프래그멘트(fragment)로 분열되고; 냉광을 발하며(luminesce); 비방사 전이(non-radiative transition)를 경험하고; 이온화되고; 형상을 바꾸고; 새로운 구성 요소를 형성하거나 전하를 이동시키기 위하여 다른 분자들과 반응하며; 다른 분자로 그 여기를 이동시킬 수 있다. 이러한 메카니즘의 일부, 특히 마지막 네 가지는, 나노 튜브 트랜지스터의 전달 성질을 제어하는 데 사용될 수 있다. Various classes of molecules have photochemical or photophysical properties. Very generally speaking, when a molecule absorbs a photon, the molecule is switched to an excited state. This approach of energy can have various consequences. Molecules are divided into fragments; Luminesce; Experiencing non-radiative transitions; Ionized; Change shape; React with other molecules to form new components or transfer charges; You can move that excitation to another molecule. Some of these mechanisms, particularly the last four, can be used to control the transfer properties of nanotube transistors.

a) 광여기 도핑( Photo - induced doping ) a) photoexcitation doped (Photo - induced doping )

용액 내의 특정한 분자들은 광자를 흡수할 때 전자를 공여하거나 수용할 수 있다. 아래의 예에서, 분자들은 여기 상태일 때 전하를 이동시키는 튜브에 흡착된다(도 2의 a). 이는 트랜지스터 채널의 도핑 레벨을 변화시킨다. Certain molecules in solution can either donate or accept electrons when they absorb photons. In the example below, molecules are adsorbed to a tube that transfers charge when in an excited state (a in FIG. 2). This changes the doping level of the transistor channel.

반도성의 나노 결정, 전형적으로 CdSe의 우수한 광학적인 성질을 이용하는 것도 가능하다. 광자가 반도성의 나노 결정에 흡수될 때, 전자-정공 쌍(여기자)가 형성된다. 그 다음 나노 결정의 표면에 존재하는 분자를 향해 이동하는 전하가 관찰될 수 있다. 이에 따라 나노 결정의 표면이 티올(thiol) 또는 폴리-아로마틱(poly-aromatic)과 같은 환원 특성의 분자에 의해 기능화될 때 정공의 이동이 관찰된다. 표면의 앞선 기능화에 의하여 가능하게 나노 튜브에 그라프트 되거나 그 주변에 직접 증착되는 반도성의 나노 결정은 광여기 도핑을 가능하게 할 수 있다. 또 다른 나노 결정의 유리한 성질은 흡수 스펙트럼이 크기 또는 사용되는 칼코겐 화합물(chalcogenide)(CdTe, CdSe, CdS)의 타입에 의존하는 방식이다. 따라서 서로 다른 직경 또는 조성을 가지는 나노 결정을 사용함으로써 광-도핑 효과를 일으키는 방사의 파장을 선택할 수 있다. It is also possible to take advantage of the excellent optical properties of semiconducting nanocrystals, typically CdSe. When photons are absorbed by semiconducting nanocrystals, electron-hole pairs (excitons) form. Then charges traveling towards the molecules present on the surface of the nanocrystals can be observed. Accordingly, hole movement is observed when the surface of the nanocrystals is functionalized by molecules of reducing properties such as thiols or poly-aromatics. Semi-conducting nanocrystals, possibly grafted to or deposited directly on the nanotubes by advanced functionalization of the surface, may enable photoexcitation doping. Another advantageous property of nanocrystals is how the absorption spectrum depends on the size or type of chalcogenide (CdTe, CdSe, CdS) used. Therefore, by using nanocrystals having different diameters or compositions, it is possible to select the wavelength of radiation causing the light-doping effect.

b) 전하 주입의 광여기 변화 b) change of charge injection photoexcitation

광자의 흡수에 의해 특정한 분자의 화학적인 구조가 변경될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이는 특히 양 또는 음의 전하의 중심의 분배가 하나의 상태와 다른 상태에서 다를 때 전기적인 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 변화시키는 결과가 될 수 있다. 이러한 분자들이 CNTFER의 전극들에 그라프트 되면(도 2의 b), 나노 튜브로의 캐리어의 주입이 분자의 상태, 이에 따라 광에 민감해 질 것이다. It is known that the absorption of photons can alter the chemical structure of a particular molecule. This may be the result of changing the electrical dipole moment, especially when the distribution of the center of the positive or negative charge differs from one state to another. Once these molecules are grafted to the electrodes of CNTFER (Fig. 2b), the injection of carriers into the nanotubes will be sensitive to the state of the molecules, and thus light.

c) 광여기 게이트 포텐셜 c) photoexcitation gate potential

나노 튜브 또는 게이트 산화물의 표면에 그라프트된 이러한 분자들을 이용하는 것도 가능하다(도 2의 c). 그 다음 광자의 흡착은 정전 환경(electrostatic enviroment)을 변경하고, 이에 따라 화학적 게이팅의 효과와 유사한 효과를 생성한다. It is also possible to use such molecules grafted on the surface of the nanotubes or gate oxides (FIG. 2C). Adsorption of photons then alters the electrostatic enviroment, thus creating an effect similar to that of chemical gating.

예: 광에 의해 변경될 수 있는 전기적인 Eg electrical, which can be altered by light 특성을 가지는Characteristic 카본 나노 튜브 트랜지스터 Carbon nanotube transistor

이 예에서, 나노 튜브 트랜지스터는 CuS18로 알려진 프탈로시아닌 랭뮤어블로제트박막(Langmuir-Blodgett film)으로 덮여진다. 사용된 크로모포어(chromophore) 분자들은 양으로 차지된 네 개의 C18 지방성 체인(aliphatic chain)(즉 각기 18개의 카본을 가지는 네 개의 C18 지방성 체인(aliphatic chain))과 함께 크로모포어(chromophore) 하트(heart)를 가지는 앰필리픽 프탈로시아닌이다. CuS18은 1986년 Serge Palacin에 의해 참조문헌 S. Palacin, A. Ruaudel-Teixier, A. Barraud, J. Phys. Chem., 90, 6237-6242 (1986)에서 상술된 화합물이다. CuS18의 명칭은 유사한 구조의 일련의 화합물의 이름을 짓는 시스템에서 유리했다. 풀 네임은 테트라옥타디실테트라피리디노[3,4-b:3',4'-g:3'',4''-1,3''',4'''-q]포피라지니움(tetraoctadecyltetrapyridino[3,4-b:3',4'g:3'',4''1 :3'' ', 4'' '-q]porphyrazinium)이다. In this example, the nanotube transistor is covered with a phthalocyanine Langmuir-Blodgett film known as CuS18. The chromophore molecules used are chromophore hearts with four C18 aliphatic chains (ie four C18 aliphatic chains with 18 carbons each) in positive amounts. It is an amphiphilic phthalocyanine with (heart). CuS18 is described by Serge Palacin in 1986 by S. Palacin, A. Ruaudel-Teixier, A. Barraud, J. Phys. Chem., 90, 6237-6242 (1986). The name CuS18 was advantageous in a system for naming a series of compounds of similar structure. Full name is tetraoctadiyl tetrapyridino [3,4-b: 3 ', 4'-g: 3' ', 4' '-1,3' '', 4 '' '-q] popyrazinium (tetraoctadecyltetrapyridino [3,4-b: 3 ', 4'g: 3' ', 4''1: 3' '', 4 '' '-q] porphyrazinium).

이 분자의 전형적인 크기는, 그 가장자리 또는 모바일(mobile)과 결합하는 2.0nm의 체인과 함께, 크로모포어 코어가 1.7nm 직경이다. 랭뮤어블로제트 증착 기술은, 단일층에 의해 단일층으로, 단일층을 겹침으로써 증착되는 분자의 양을 정확하게 제어할 수 있도록 한다. 아래 설명되는 효과는 트랜지스터 위에 분자들의 단일 층, 두 층, 그리고 열 층을 재생산된다. 실제로는, 예를 들어 대략 이십 층의 단일층 또는 그 이상으로 겹치는 것이 가능하다. A typical size of this molecule is a 1.7 nm diameter chromophore core with a 2.0 nm chain that binds to its edge or mobile. Langmuir blowjet deposition techniques allow precise control of the amount of molecules deposited by stacking monolayers from monolayer to monolayer. The effect described below reproduces a single layer, two layers, and a thermal layer of molecules on the transistor. In practice, for example, it is possible to overlap in a single layer or more of approximately twenty layers.

본 발명은 랭뮤어블로제트 증착 기술에 의해 증착된 층을 사용하는 것에 한정되지 않는다. 화학 기상 증착(CVD) 등과 같이 당업자에게 알려진 다른 증착 방법들이 존재한다. 디바이스 내에서 그들을 조립하기 전에 나노 튜브를 기능화하는 것과 가능하다. The present invention is not limited to using a layer deposited by Langmuir jetjet deposition techniques. There are other deposition methods known to those skilled in the art, such as chemical vapor deposition (CVD). It is possible to functionalize nanotubes before assembling them in the device.

분자의 스페트럼의 최대 흡수에 대응하는 주어진 파장의 일루미네이션, 이 경우에는 647.1mm 파장의 레이저 일루미네이션에서, 사용된 분자에 의존하는 파장 선택성에 의해서, 튜브에 접촉하는 분자들은 전자를 튜브로 전달하여 양으로 차지(charge)된다. 상기에서의 양으로 차지된 분자의 존재는 튜브 내에서 양의 전하(정공)의 밀도를 감소시킨다. 음의 게이트 전압에서 정공들이 트랜지스터에서 흐르는 전류의 원인이기 때문에, 이들의 개수의 감소는 트랜지스터가 일루미네이션 될 때 트랜지스터를 통한 전류를 크게 감소시킨다. In the illumination of a given wavelength corresponding to the maximum absorption of the molecule's spectral, in this case 647.1 mm wavelength laser illumination, by means of wavelength selectivity depending on the molecule used, the molecules in contact with the tube transfer electrons into the tube Is charged. The presence of positively charged molecules in the above reduces the density of positive charges (holes) in the tube. Because holes at the negative gate voltage cause the current to flow through the transistor, the reduction in their number greatly reduces the current through the transistor when the transistor is illuminated.

이러한 현상의 역학 관계를 보여주기 위하여, 도 3은 시간에 따른 일군의 곡선이며 전압 Vgs를 통한 스위핑(sweeping)의 주기(cycle)을 보여준다. 이는 결과적으로 Id(Vgs) 특성의 스트링(string)이 된다. 광이 온(on) 될 때 전류의 갑작스런 하락이 관찰된다. 특별히 주목할 만한 것은 이 현상의 빠른 가역성이다. To show the dynamics of this phenomenon, FIG. 3 is a group of curves over time and shows the cycle of sweeping through voltage Vgs. This results in a string of Id (Vgs) properties. A sudden drop in current is observed when light is on. Of particular note is the rapid reversibility of this phenomenon.

다른 연구, 특히 앞서 말한 다른 연구는, 되돌리기가 어려운 광여기 현상을 나타낸다: 전극으로부터 트랜지스터로의 분자들의 광-이탈과 감광성 폴리머 내의 차지 스토리지. 도 3의 곡선들이 레이저가 꺼지자마자 최초 성질로 회복한다는 사실은 다른 메카니즘이 관련됨을 나타낸다. 레이저의 파워는 광-흡수 현상에 다다를 때까지 실험적으로 증가되었다. 광-이탈 트레숄드(threshold)에 다다르기 전에, 그 자신에 의해 관찰되는 빠른 역학 관계에 의해 유리한 현상을 가능하게 하는 파워의 넓은 범위가 존재한다. Other studies, particularly the aforementioned ones, represent photoexcitation phenomena that are difficult to reverse: charge-away of molecules from the electrode to the transistor and charge storage in the photosensitive polymer. The fact that the curves in FIG. 3 recover to their original properties as soon as the laser is turned off indicates that another mechanism is involved. The power of the laser was experimentally increased until it reached the light-absorption phenomenon. Before reaching the light-excitation threshold, there is a wide range of powers that enable advantageous phenomena by the fast dynamics observed by itself.

도 4a는 어두운 경우와 파장이 647.1 nm인 레드 레이저(red laser)의 일루미네이션이 있는 경우에 트랜지스터의 Id(Vgs) 특성을 보여준다. Id(Vgs) 특성은 도 3의 곡선에 대응하는 Id(Vgs)의 레코드를 평균내어 얻어진다. 이 특성은 광자에 의해, 특히 온(on) 상태에서 크게 변경되는 것을 매우 분명하게 알 수 있다. 이는 종래 기술과 두드러지게 차이가 나는 점이다. FIG. 4A shows the Id (Vgs) characteristics of the transistor in the dark and when there is illumination of a red laser with a wavelength of 647.1 nm. The Id (Vgs) characteristic is obtained by averaging records of Id (Vgs) corresponding to the curve of FIG. It is very clear that this property is greatly changed by photons, especially in the on state. This is a significant difference from the prior art.

오프(off) 상태 또한 알기 위하여, 반로그 계산자(semilogarithmic scale)를 사용하여 도 4b에 동일한 곡선을 제시하였다. 트레숄드(threshold) 전압보다 큰 그리드(grid) 전압에서 오프 상태 또한 크게 변화하는 것을 명확하게 알 수 있다.In order to also know the off state, the same curve is shown in FIG. 4B using a semilogarithmic scale. It can be clearly seen that the off state also changes significantly at grid voltages greater than the threshold voltage.

결과적으로, 이 현상이 확고하다는 것을 관찰하는 것은 중요하다. 분자의 층을 열화시키지 않으면서 레이저는 매우 많은 회수로 사이클 될 수 있다. As a result, it is important to observe that this phenomenon is firm. The laser can be cycled by very many times without degrading the layer of molecules.

본 발명은, 분자들의 단일 층까지 매우 작은 양으로 작업하여, 빠르고 잠재적으로 지역화된 전기적 효과에 도달하게 함으로써, 나노 튜브와 상대적으로 작은 분자들 (고분자 분자들과 비교했을 때 상대적으로 작은 분자들) 사이의 상호 작용을 최대화하는 것을 가능하게 한다. 이에 따라 재구성 가능할 뿐만 아니라 집적 회로에서 트랜지스터를 사용하는 것을 가능하게 한다. The present invention works with nanotubes and relatively small molecules (relatively small molecules as compared to polymer molecules), by working in very small amounts up to a single layer of molecules, thereby achieving a fast and potentially localized electrical effect. It is possible to maximize the interaction between them. This not only reconfigurable but also makes it possible to use transistors in integrated circuits.

이러한 트랜지스터는 광학적으로 재구성 가능한 회로의 제조에 사용될 수 있다. 이는 광에 의해 제어되는 스위치처럼 행동한다. 전압 Vgs가 음의 값(예를 들어, 도 4에 보여진 특별한 경우에서처럼 -10 V)으로 설정되면, 광이 있는 상태에서 트랜지스터는 전류가 흐르는 것이 방지된다. 로그 계산자(logarithimic scale)으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, Id << 10-11A 이다. 그 구성 요소가 부회로(sub-circuit)에 입력에 위치하면, 이 부회로는 광의 부재에 의하여 활성화되고 광의 존재에 의해 비활성화된다.Such transistors can be used in the fabrication of optically reconfigurable circuits. It acts like a switch controlled by light. If the voltage Vgs is set to a negative value (e.g., -10 V as in the special case shown in Figure 4), the transistor is prevented from flowing current in the presence of light. As can be clearly seen from the logarithimic scale, Id << 10 −11 A. When the component is located at its input in a sub-circuit, this subcircuit is activated by the absence of light and deactivated by the presence of light.

본 발명의 배경에서, 두 전극들(도 1b의 트랜지스터에서 소스(S)와 드레인(D)) 사이에 연결되며 단일 반도성 나노 튜브 또는 나노 와이어(도 1), 적어도 하나가 반도성인 실제의 일군의 나노튜브 및/또는 나노 튜브, 그 자체로 두 전극들을 연결하여 튜브가 없는 것으로 전극들(도 1c의 트랜지스터에서 소스와 드레인)에 경로를 제공하는 적어도 하나가 반도성인 실제의 일군의 나노 와이어 및/또는 나노 튜브를 적용하는 것도 가능하다. In the context of the present invention, an actual group of two semiconducting nanotubes or nanowires (FIG. 1), connected between two electrodes (source S and drain D in the transistor of FIG. 1B), at least one of which is semiconducting Nanotubes and / or nanotubes, the actual group of nanowires that are at least one semiconducting that connects the two electrodes by themselves to provide a path to the electrodes (source and drain in the transistor of FIG. It is also possible to apply nanotubes.

도 1b 및 도 1c의 다양한 예들은 전하가 카본 나노 튜브에서 높은 이동성, 79000 cm2/V/s에 이르는 높은 이동성을 가진다는 장점이 있다. 이는 유기 물질에서의 값들이 10-3 cm2/V/s 내지 10-1 cm2/V/s 인 것과 대비된다.The various examples of FIGS. 1B and 1C have the advantage that the charge has high mobility, up to 79000 cm 2 / V / s, in the carbon nanotubes. This is in contrast to the values in organic materials from 10 −3 cm 2 / V / s to 10 −1 cm 2 / V / s.

다음과 같은 다른 분자들이 사용될 수 있다. Other molecules may be used, such as:

- 중심 원자가 구리 이외의 금속인 프탈로시아닌 및/또는 지방성 체인(aliphatic chain)이 다른 체인으로 대체될 수 있는 다른 프탈로시아닌.Phthalocyanines whose central valence is a metal other than copper and / or other phthalocyanines in which an aliphatic chain can be replaced by another chain.

- 포르피린(porphyrine), 아조포르피린(azoporphyrine) 또는 이들의 유도체.Porphyrine, azoporphyrine or derivatives thereof.

- 반도성의 나노 결정, 예를 들면 CdTe, CdSE 또는 CdS을 포함하는 플루오로포어(fluorophore) 또는 크로모포어(chromophore). 나노 결정은 이와 같이 사용될 수 있거나 또는 다른 물질, 예를 들어 ZnSE와 같은 쉘(shell) 또는 분자들의 커버링(covering) 내에서 둘러 쌓이면서 변경될 수 있다. 예로서, ZnSe가 흡수된 광자가 재방사되는 것을 방지할 수 있다. Fluorophores or chromophores comprising semiconducting nanocrystals, for example CdTe, CdSE or CdS. Nanocrystals can be used as such or can be altered while enclosing in the covering of other materials, eg, shells or molecules such as ZnSE. For example, it is possible to prevent the photon absorbed by ZnSe from being re-radiated.

여러 증착 기술들이 상기 분자의 증착에 이행될 수 있다. Several deposition techniques can be implemented for the deposition of the molecules.

첫 번째는, 앞서의 예에서와 같이, 존재하는 트랜지스터에 제어된 수로 하나 또는 그 이상의 분자들의 층을 증착하는 것으로 구성된다. 특히, 다음의 앰필리픽 분자들을 이용하는 것이 가능하다. The first consists in depositing a layer of one or more molecules in a controlled number on an existing transistor, as in the previous example. In particular, it is possible to use the following amphoteric molecules.

- 내부에 앰플리필릭 내쳐(ampliphilic nature)를 제공하는 길이 C18 또는 다른 길이의 지방성의 체인이 있는 중심 금속 원자를 구비하는 프탈로시아닌, Phthalocyanines having a central metal atom with an aliphatic chain of length C18 or other length that provides an ampliphilic nature inside,

- 포르피린, 아조포르피린, 이들의 앰필리픽 유도체, 또는 Porphyrins, azoporphyrins, amphilic derivatives thereof, or

- 앰필릭픽 크로모포어 또는 염료. -Amphiphilic chromophores or dyes.

선택적으로 공유 결합을 적용하는 두 번째 기술은, 존재하는 트랜지스터에 화학 흡착(chemisorption) 또는 물리 흡착(physiosorption)을 함으로써, 제어된 수로 전형적으로 하나인 분자의 층을 증착하는 것으로 구성된다. A second technique of selectively applying covalent bonds consists in depositing a layer of molecules, typically one in a controlled number, by chemisorption or physiosorption to the existing transistor.

세 번째 기술은, 선택적으로 공유 결합을 적용하여, 나노 튜브와 분자들을 용액에서 조립하는 것으로 구성된다. 그러면 나노 튜브는 작은 수의 분자들, 전형적으로 단일 층을 덮는다. 이러한 나노 튜브들은 귀납적으로 트랜지스터(또는 다이오드)를 제조하는 데 사용될 수 있다. The third technique consists in assembling nanotubes and molecules in solution, optionally by applying covalent bonds. The nanotubes then cover a small number of molecules, typically a single layer. Such nanotubes can be used inductively to produce transistors (or diodes).

이러한 세 가지 기술들은 복수의 파장들에 대응하는 고밀도 회로들을 제조하는 데 적합하다. 처음 두 경우에서, 회로들은 분자와 나노 튜브가 결합되기 전에 형성된다. 회로의 특정한 부분을 성공적으로 마스킹하기 때문에, 다른 트랜지스터(또는 다른 회로 부분) 위에 다른 분자들을 증착하는 것이 가능하다. 선택적으로, 다른 분자들로 다른 트랜지스터를 기능화하는 딥 펜 타입의 기술(dip pen type technique)이 사용될 수 있다. 이러한 기술(예를 들어 Piner 등에 의해 C.A. Science 1999, 283, 661 또는 Hong 등에 의해 C.A. Science 1999, 286, 523, 또는 실제로 Hong 등에 의해 C.A.Science 2000, 288, 1808 문헌에 잘 기록된 기술)은, "펜"으로 원자 현미경(atomic force microscope, AFM)의 팁(tip)과 함께 "잉크"로 분자를 사용하는 것으로 구성된다. AFM의 팁은 분자의 공급에 이르기까지 이동한 다음, 변경될 디바이스까지 이동한다. 특정한 조건 하에서, 분자들은 AFM의 팁으로부터 인접한 표면까지 이동한다. These three techniques are suitable for fabricating high density circuits corresponding to multiple wavelengths. In the first two cases, circuits are formed before the molecules and nanotubes are combined. Because of the successful masking of certain parts of the circuit, it is possible to deposit other molecules on top of other transistors (or other circuit parts). Optionally, a dip pen type technique may be used to functionalize another transistor with different molecules. Such techniques (for example CA Science 1999, 283, 661 by Piner et al., Or CA Science 1999, 286, 523 by Hong et al., Or indeed techniques well documented in the CAScience 2000, 288, 1808 literature by Hong et al.), Pen ", which consists of using the molecule as an" ink "along with the tip of an atomic force microscope (AFM). The tip of the AFM moves up to the supply of molecules and then to the device to be modified. Under certain conditions, molecules migrate from the tip of the AFM to the adjacent surface.

선택적으로, 트랜지스터에서 선택적인 화학적 기능화는 전기-그라프트에 의해 수행될 수 있다. 회로를 반응물과 접촉하도록 하고, 예를 들어 이를 담그고 하나(또는 그 이상)의 트랜지스터를 전기적으로 바이어스(bias) 함으로써, 바이어스 되지 않은 트랜지스터에 영향을 주지 않으면서 그 트랜지스터를 특별히 기능화할 수 있다. Optionally, selective chemical functionalization in the transistor can be performed by electro-grafting. By bringing the circuit into contact with a reactant, for example by immersing it and electrically biasing one (or more) transistors, the transistor can be specially functionalized without affecting the unbiased transistor.

전극의 증착과 관련하여, 티올군(SH)에 의해 마무리되는 모든 크로모포어 분자들이 금과 황의 결합을 형성함에 의해 금으로 구성되는 전극 위로 그라프트될 수 있음이 관찰되어야 한다. 게이트와 관련하여, 클로로-실란(chloro-silane) 또는 에톡시-실란(ethoxy-silane) 타입의 분자에 의해 실리콘 산화물을 기능화하는 방법을 사용할 수 있는데, 이는 카본 나노 튜브 트랜지스터를 제조하는 것에 적합하다. 특히 다음과 같은 출판물에 문헌들이 만들어졌다. With regard to the deposition of the electrode, it should be observed that all the chromophore molecules which are finished by the thiol group (SH) can be grafted onto the electrode composed of gold by forming a bond of gold and sulfur. With regard to the gate, a method of functionalizing silicon oxide by molecules of chloro-silane or ethoxy-silane type can be used, which is suitable for manufacturing carbon nanotube transistors. . In particular, literature was produced in the following publications.

- K.C. Choi, J.P. Bourgoin, S. Auvray, D. Esteve, G.S. Duesberg, S. Roth, Burghara, Surface Science 462, 195 (2000); 및-K.C. Choi, J.P. Bourgoin, S. Auvray, D. Esteve, G.S. Duesberg, S. Roth, Burghara, Surface Science 462, 195 (2000); And

- E. Valentin, S. Auvray, A. Filoramo, A. Ribayrol, M. Goffman, L. Cape, J.P. Bourgoin, J.N. Patillon, Mat.Rers. Soc. Symp. Proc. 772, M4.7.1 (2003). -E. Valentin, S. Auvray, A. Filoramo, A. Ribayrol, M. Goffman, L. Cape, J.P. Bourgoin, J.N. Patillon, Mat.Rers. Soc. Symp. Proc. 772, M4.7.1 (2003).

도 5의 a 내지 f는, 예로서, -1 V 내지 +1 V의 범위 내에 있는 게이트/소스 전압 Vgs 사이로 설정된 작동 범위에서 p-형 카본 나노 튜브 트랜지스터에서 얻을 수 있는 다양한 효과들을 보여준다. 유사한 효과들은 n-형 트랜지스터에서 얻어질 수 있다. 5A to 5 show, for example, various effects that can be obtained in a p-type carbon nanotube transistor in an operating range set between gate / source voltage Vgs in the range of −1 V to +1 V. FIG. Similar effects can be obtained in n-type transistors.

- 도 5의 a: 정지된(일루미네이션 되지 않은) 트랜지스터 A of FIG. 5: stopped (non-illuminated) transistor

- 도 5의 b: 광의 효과는 작동 범위에서 트랜지스터가 오프 상태에서 존속하도록 한다. 이는, 상술한 예에서와 같이, 전자 공여 분자들을 사용한 것에 대응한다. 5 b: the effect of light allows the transistor to survive in the off state in the operating range. This corresponds to the use of electron donor molecules, as in the example above.

- 도 5의 c: 광의 효과는 작동 범위에서 항상 트랜지스터가 온(on)이 되도록 하는 것이다. 이는 전자 수용 분자들에 대응한다. C: the effect of light is to ensure that the transistor is always on in the operating range. This corresponds to electron accepting molecules.

- 도 5의 d: 광의 효과는 p-형 트랜지스터가 n-형 트랜지스터로 변형하도록 하는 것이다. 이는, 도 5의 b에 도시된 바와 같이, 정공 전류가 Vgs<0이고 Vgs>0에서 전자 전류가 나타나도록 일루미네이티드되는 전자 공여 분자들에 대응한다.D in FIG. 5: The effect of light is to cause the p-type transistor to transform into an n-type transistor. This corresponds to electron donor molecules illuminated such that the hole current is Vgs <0 and the electron current appears at Vgs> 0, as shown in FIG.

- 도 5의 e: 광의 효과는 트랜스컨덕던스(transconductance)가 개선되도록 하는 것이다. 이는 정공 주입을 증가시켜 쇼트키 장벽의 높이를 줄이는 것에 대응한다. E of FIG. 5: The effect of light is to allow transconductance to be improved. This corresponds to reducing the height of the Schottky barrier by increasing hole injection.

-도 5의 f: 광의 효과는 트랜스컨덕턴스가 감소하도록 하는 것이다. 이는 정공 주입을 제한하여 쇼트키 장벽의 높이를 증가시키는 것에 대응한다. 5: The effect of light is to reduce the transconductance. This corresponds to limiting hole injection to increase the height of the Schottky barrier.

요약하면, 도 5의 a 내지 d에 도시된 효과들은 "도핑"에 대응하는 반면, 도 5의 e와 f에 도시된 효과들은 전자들을 변경시키는 것에 의해 주입을 변경시키는 것에 대응한다. In summary, the effects shown in Figures a through d correspond to "doping," while the effects shown in Figures 5 e and f correspond to changing the injection by changing the electrons.

트랜지스터를 제어하는 광의 파장은 사용된 분자들에 의해 광 흡수에 따라 선택된다. 따라서 이 파장은 사용된 물질에 따라 가시광선과 자외선 부근을 포함하는 넓은 범위에서 선택될 수 있다. 나노 튜브 외적인 파라미터에 의하여 제어 파장을 조절하는 가능성은 회로의 제조에서 이 제어를 사용하는 것에 있어서 중요한 요소이다. 다른 분자들에 의해 기능화되며 다른 파장에 반응하는 복수의 트랜지스터를 포함하는 회로를 관찰하는 것이 가능하도록 한다. The wavelength of the light controlling the transistor is selected in accordance with the light absorption by the molecules used. Therefore, this wavelength can be selected in a wide range including near visible and ultraviolet rays depending on the material used. The possibility of adjusting the control wavelength by parameters outside the nanotubes is an important factor in using this control in the fabrication of circuits. It makes it possible to observe circuits comprising a plurality of transistors functionalized by different molecules and reacting to different wavelengths.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함하며 재구성 가능한 전자 회로를 제공한다. 상기 반도체 디바이스는 적어도 하나의 상기 반도체 디바이스의 전자 파라미터 및/또는 기능을 변경하는 데 적합한 적어도 하나의 광 디바이스에 결합된다. The present invention also provides a reconfigurable electronic circuit comprising at least one semiconductor device as described above. The semiconductor device is coupled to at least one optical device suitable for modifying electronic parameters and / or functions of at least one of the semiconductor devices.

함수적으로 말하면, 전자 회로는 일군의 전기 입력 신호들(E1 내지 En)을 일군의 출력 신호(S1 내지 Sn)으로 변환하는 "블랙 박스"로 여겨질 수 있다(도 6). 이 회로에 의해 수행되는 기능은 입력 신호들에 따라 출력 신호들을 주는 함수 f이다. 전체적인 회로는 제한된 범위의 입력 신호에서 작동하며 즉각적으로 제한된 일군의 출력 신호들을 제공하는 부회로를 포함할 수 있다. Functionally speaking, the electronic circuit can be thought of as a "black box" that converts a group of electrical input signals E1-En into a group of output signals S1-Sn (FIG. 6). The function performed by this circuit is a function f which gives the output signals in accordance with the input signals. The overall circuit may include a subcircuit that operates on a limited range of input signals and provides an immediate limited set of output signals.

전체적인 함수 f가 일루미네이션(일루미네이션의 유무, 강도 I 및 파장 λ)에 따라 변화한다면 이 회로는 광학적으로 재구성 가능하다. 이를 위하여, 다양한 구성이 고려될 수 있다. The circuit is optically reconfigurable if the overall function f varies with illumination (with or without illumination, intensity I and wavelength λ). For this purpose, various configurations can be considered.

- 도 6의 a의 회로는 단순한 회로이다. 부회로들의 일군으로서의 설계가 불필요한다. f는 일루미네이션의 함수이다: f(I,λ);The circuit of a of FIG. 6 is a simple circuit. Design as a group of subcircuits is unnecessary. f is a function of illumination: f (I, λ);

- 도 6의 b의 회로는 각기 광에 대하여 다르게 응답하는 부회로들로 구성된다: fscn(Inn). 선택적으로, 특정한 부회로들은 광에 민감할 필요가 없다. 이 경우에는, 부회로는 다른 타입의 분자에 의해 기능화되어야 한다.The circuit of b of FIG. 6 consists of subcircuits that each respond differently to light: f scn (I n , λ n ). Optionally, certain subcircuits need not be sensitive to light. In this case, the subcircuits must be functionalized by other types of molecules.

- 도 6의 c의 회로는 광에 응답하지 않으나 그 스스로가 감광성인 제어 트랜지스터(T1 to Tn)에 의해 그 활성화가 제어되는 부회로들로 구성된다. 이 경우에는, 하나 또는 그 이상의 선택된 파장에서 제어 트랜지스터들을 감광성으로 만들기 위하여 제어 트랜지스터들만이 화학적으로 기능화될 수 있다.The circuit of FIG. 6c consists of subcircuits which do not respond to light but whose activation is controlled by a control transistor T 1 to T n which is itself photosensitive. In this case, only the control transistors can be chemically functionalized to make the control transistors photosensitive at one or more selected wavelengths.

본 발명은 적어도 하나의 나노 튜브, 특히 카본 나노 튜브, 또는 적어도 하나의 나노 와이어를 포함하는 반도체 디바이스를 제공한다. 이 디바이스는 어떠한 현저한 메모리 효과 없이도 유리한 양자 효율으로 광학적으로 구성 가능하며 가역적이다. 즉, 이 디바이스는 일루미네이션이 중단되면 그 초기 상태로 회복된다. 이 디바이스가 선택된 감광성 물질의 기능에 따라 선택된 파장에서 이 디바이스가 광에 의해 광학적으로 구성 가능하다.The present invention provides a semiconductor device comprising at least one nanotube, in particular carbon nanotube, or at least one nanowire. The device is optically configurable and reversible with advantageous quantum efficiency without any noticeable memory effect. In other words, the device returns to its initial state when illumination is interrupted. The device is optically configurable by light at a selected wavelength depending on the function of the selected photosensitive material.

Claims (21)

적어도 둘의 전극; 및 적어도 하나의 나노 튜브 또는 나노 와이어, 특히 카본 나노 튜브 또는 나노 와이어를 포함하는 반도체 디바이스에 있어서, At least two electrodes; And at least one nanotube or nanowire, in particular carbon nanotube or nanowire, 상기 디바이스는,The device, 적어도 하나의 감광성 물질의 분자 또는 나노 결정으로 구성된 적어도 하나의 층에 의하여 적어도 일부분이 덮여지는 영역을 적어도 하나 구비하는 적어도 하나의 반도성 나노 튜브 또는 나노 와이어를 포함하고, At least one semiconducting nanotube or nanowire having at least one region at least partially covered by at least one layer of molecules or nanocrystals of at least one photosensitive material, 상기 적어도 둘의 전극은, 적어도 하나의 나노 튜브, 즉 상기 반도성 나노 튜브 또는 나노 와이어, 또는 이와 다른 적어도 하나의 나노 튜브 또는 나노 와이어에 의해 전기적으로 연결되는 디바이스.And the at least two electrodes are electrically connected by at least one nanotube, ie the semiconducting nanotube or nanowire, or at least one other nanotube or nanowire. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 분자가 앰필리픽(amphilipic)인 것을 특징으로 하는 디바이스. Wherein said molecule is an amphilipic. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 물질은 금속 중심 원자가 존재하는 프탈로시아닌(phthalocyanine)인 것을 특징으로 하는 디바이스. And the material is phthalocyanine in which the metal center atom is present. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 중심 원자는 구리 원자인 것을 특징으로 하는 디바이스. And said central atom is a copper atom. 제3항 또는 제4항에 있어서, The method according to claim 3 or 4, 상기 프탈로시아닌은 앰필리픽 체인(amphilipic chain)이 존재하는 것을 특징으로 하는 디바이스. The phthalocyanine device, characterized in that the presence of an amphilipic chain (chain). 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 물질은 포르피린(porphyrine), 아조포르피린(azoporphyrine) 또는 이들의 유도체인 것을 특징으로 하는 디바이스. The material is porphyrine (porphyrine), azoporphyrine (azoporphyrine) or a device, characterized in that derivatives thereof. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 물질은 염료(dye) 또는 크로모포어(chromophore)인 것을 특징으로 하는 디바이스. And said material is a dye or a chromophore. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any of the preceding claims, 상기 물질은 박막 형태인 것을 특징으로 하는 디바이스. And the material is in the form of a thin film. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 물질은 선택적으로 공유 방식(covalent manner)으로 그라프트되는 분자 단층(molecular monolayer) 형태인 것을 특징으로 하는 디바이스. Wherein the material is in the form of a molecular monolayer that is selectively grafted in a covalent manner. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any of the preceding claims, 상기 층의 적어도 하나는 정렬된(ordered) 것을 특징으로 하는 디바이스. At least one of said layers is ordered. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 물질은 반도성의 나노 결정인 것을 특징으로 하는 디바이스. And the material is semiconducting nanocrystals. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any of the preceding claims, 상기 영역은 상기 반도성의 나노 튜브 또는 반도성의 나노 와이어의 외면 및/또는 내면인 것을 특징으로 하는 디바이스. And the region is an outer surface and / or an inner surface of the semiconducting nanotube or semiconducting nanowire. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any of the preceding claims, 상기 영역은 상기 반도체 디바이스의 전극인 것을 특징으로 하는 디바이스.And the region is an electrode of the semiconductor device. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any of the preceding claims, 상기 전극들을 구비하는 반도성의 나노 튜브 또는 반도성의 나노 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스. A semiconducting nanotube or semiconducting nanowire with the electrodes. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any of the preceding claims, 트랜지스터를 구성하는 것을 특징으로 하는 디바이스. A device comprising a transistor. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 영역은 트랜지스터의 게이트 절연막의 표면인 것을 특징으로 하는 디바이스.And said region is a surface of a gate insulating film of a transistor. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 영역은 상기 반도성의 나노 튜브 또는 상기 반도성 나노 와이어가 위치하는 기판의 표면인 것을 특징으로 하는 디바이스. And the region is the surface of the semiconducting nanotube or the substrate on which the semiconducting nanowires are located. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 반도체 디바이스는 다이오드인 것을 특징으로 하는 디바이스.And said semiconductor device is a diode. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any of the preceding claims, 상기 디바이스는 상기 영역이 적어도 둘 포함하며, 상기 영역 각각은 서로 다른 감광성 물질로 구성된 상기 적어도 하나의 층으로 덮여지는 것을 특징으로 하는 디바이스.And said device comprises at least two said regions, each of said regions being covered with said at least one layer of different photosensitive material. 전자적 파라미터 및/또는 반도체 디바이스의 기능을 변화시키는 데 적합한 일루미네이션 디바이스(illumination device)와 결합되는 선행하는 청구항에 따른 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.And at least one semiconductor device according to the preceding claims in combination with an illumination device suitable for changing electronic parameters and / or functions of the semiconductor device. 제1항 내지 제19항 중 어느 하나에 따른 반도체 디바이스 또는 제20항에 따른 전자 회로를 제어하는 방법에 있어서, 20. A method of controlling a semiconductor device according to any one of claims 1 to 19 or an electronic circuit according to claim 20, 상기 물질의 광-흡수 영역에 위치한 파장에서 광에 의해 적어도 하나의 상기 영역에 일루미네이션을 하는 것을 특징으로 하는 방법. Illuminating at least one of said regions by light at a wavelength located in said light-absorbing region of said material.
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