semiconductor nano device lab. - 성균관대학교...

반도체 나노 소자 연구실 Semiconductor Nano Device Lab.

김길호 교수 (Prof. Gil-Ho Kim) Office: 제1공학관, 23210 Tel: 031-290-7970, E-mail: [email protected] Homepage: http://lab.icc.skku.ac.kr/~nano/

취업분야

삼성전자, LG, SK Hynix 국책 연구소, 대학교수

차세대 반도체 메모리 Semiconductor Nano

Memory

차세대 디스플레이 Display

Li-ion Battery, Solar Cell

그라핀 및 2차원 물질 반도체 나노 소자 연구

투명, 휘는 차세대 디스플레이 연구 개발

2차원 물질을 이용한 신개념 이종구조 메모리 연구

mailto:[email protected]



Sungkyunkwan University (SKKU) Semiconductor Nano Device Lab.

대학원진학자를 위한 가이드 목차

1. 왜 반도체 연구를 하는가 그리고 응용은 무엇인가?

2. 연구실에서 무엇을 배우는가?

• 공정 • 측정 • 분석

3. 학위 후 구체적인 진로는 어디인가?


왜 반도체 연구를 하는가 그리고 응용은 무엇인가?

반도체는 전자 산업 흔히 첨단 정밀산업의 결정체하고 불리는 반도체의 중요성은 IT 혁명을 대변되는 산업으로 현재 와 미래에 새로운 모습을 준비하는 산업이다. - 국제반도체장비재료학회만 해도 20개국 530여 업체가 참가하는

명실공히 스마트기반 IT 중심 산업이다.

- CPU, 메모리반도체, IC 회로, 디스플레이, LED (Light Emitter Diode), 자동차에 들어가는 맞춤형 반도체 전자장비등 첨단 전자 기기에는 빠질 수 없는 물질이 된 기본 하드웨어 반도체 산업이다.


향후 10년간 신성장 '5대 분야 30개 기술'

한국의 미래 신성장동력 창출과 국민 생활의 질을 향상하기 위한 5대 분야 30개 기술에 대한 청사진이 완성됐다. 앞으로 10년간 기초·원천기술 연구개발(R&D)부터 사업화까지 국가전략기술의 중요도와 범부처 협력 필요성 등에 따라 30개 국가중점과학기술을 선정하고 전략로드맵을 수립, 여기에는 미래부 등 15개 부처에서 추천한 산·학·연 민간전문가와 국가과학기술심의회 위원, 예산전문위원회 위원 등 205명이 참여했고, 공청회와 연구기관 및 단체, 산업계 등을 통해 다양한 의견을 수렴했다. 지속적 경제성장을 위한 IT융합신산업 창출 분야에서는 빅데이터, 실감형콘텐츠, 방송통신융합플랫폼, 차세대반도체와 스마트 자동차 등이 꼽혔다. 미래 신산업 기반확충 분야에는 차세대 소재, 에너지저장장치, 바이오에너지, 의료기기 등이 포함됐다. 2014.04.23 아세아 경제신문기사 요약


차세대 반도체가 나아가야 할 방향

1947년도 Ge을 기초로 한 트랜지스터가 개발된 이래 현재까지 반도체는 우리 생활에 없어서는 안 되는 존재로 자리매김 하고 있다. 지금까지는 반도체의 크기를 작게 하는 고전적인 방법으로 칩 내의 집적도를 높이려는 노력을 하였고, 이로 인하여 현재의 발전된 반도체 사업에 이르게 되었다. 하지만, 이러한 발전의 한계에 대한 여러 보고들이 줄지어 나오고 있다. 1999년 Nature 지에 발표된 M. Schulz에 의하면 (다음 장 참고), Si 기반으로 한 반도체 산업은 2020년 안에 그 한계를 맞이 할 것으로 예측하고 있고, Moor의 법칙도 그러한 예측을 뒷받침하고 있다. 현재까지의 물질 기반에서는 기존의 기술방법인 작게 만들어 집적도를 높이는 방법이 안 된다는 것이다. 그래서 새로운 물질의 연구가 필요하고, 1999년도 부터 그러한 물질을 찾기 위한 본격적인 노력이 시작되었다. 그 첫 번째 노력이 바로 전자의 스핀을 이용한 반도체이다. 이러한 반도체는 스핀의 방향성을 소자로 이용하여 그 상태를 논하는 것으로 기존의 반도체의 처리 속도보다 1천배 빠르게 연산을 수행할 있는 것으로 예측하고 있다. 이외에도 강유전체를 이용한 메모리 소자, 상전이를 이용한 메모리 소자등, 여러 가지 물질을 제안하고 있고, 각각의 회사에서는 각기 다른 분야를 연구하고 있다. 아직 어떠한 기술과 물질이 차세대 물질로 이용될지는 아직 미지수이지만, 분명한 것은 2020년이 다가오기 전에 기존의 기술 및 물질기반의 반도체는 사라지고 다른 물질 기반의 반도체가 나타날 것이라는 것이다.


차세대 반도체가 나아가야 할 방향

The FET consists of source and drain channel contacts, and a polysilicon gate electrode separated from the semiconductor silicon by the insulator SiO2. When the voltage on the gate is positive, electrons accumulate on the semiconductor surface making the channel between source and drain conducting and so turning the transistor from the 'off' into the 'on' state.

The end of the road for silicon?

Nature 399, 729-730 (24 June 1999)

Computer chips continue to shrink. But the discovery that a layer of silicon dioxide must be at least four to five atoms thick to function as an insulator suggests that silicon-based microchips will reach the physical limits of miniaturization early next century.


연구실에서 무엇을 배우는가?

H2 Sensing Based on Graphene Oxide Dielectrophoresis


연구실에서 무엇을 배우는가? 공정

Dielectrophoresis process

Schematic diagram of DEPed GO device as (a) before, (b) during, (c) after DEP. (d) FEM simulated electric field between a pair of Au electrodes showing the variation in the electric field intensity.


연구실에서 무엇을 배우는가? 측정

Photograph of gas chamber to gas sensing testing. Right part is the schmetic diagram of sensing device process.

Gas Sensing Measurement


연구실에서 무엇을 배우는가? 분석

(a) Hydrogen gas sensing behavior of rGO500v (b) The dependence of sensitivity on the gas concentration. (c) Temperature dependence of response and recovery time.

GO thin film-based H2 gas sensor


연구실에서 무엇을 배우는가?

2-Dimensional Material Heterostructure Device



Graphene/MoS2 Heterostructure



Nano Material Pattern Making

포토 리소그라피 Photo Lithography

전자 빔 리소그라피 E-beam Lithography



Graphene to graphene contacts MoS2 to MoS2 contacts

-10 -5 0 5 10-600

-400

-200

0

200

400

600

Cu

rre

nt

(nA

)

Back Gate Voltage (V)

-0.3 V

-0.2 V

-0.1 V

0 V

0.1 V

0.2 V

0.3 V

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0-150

-100

-50

0

50

100

150

Cu

rre

nt

(A

)

Voltage (V)

Graphene/MoS2 Heterostructure



-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

-8

-6

-4

-2

0

2

Cu

rre

nt

(A

)

Voltage (V)

-10 V

-8 V

-6 V

-4 V

-2 V

0 V

2 V

4 V

6 V

8 V

10 V

-15 -10 -5 0 5 10 154

6

8

10

12

14

16

Cu

rre

nt

(A

)

Back Gate Voltage (V)

Re

sis

tan

ce

(k

)

10

15

20

25

30

35

40

p type n type

Ist DP

IInd DP

p-p-p p-n-p

Graphene to MoS2 contacts

Property of Graphene/MoS2 Heterostructure

Graphene Dirac Curve

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