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T T A S t a n d a r d

정보통신단체표준(국문표준) 제정일: 2009 년 2 월 22 일 TTAx.xx-xx.xxxx/R1

탄소나노튜브의 전기적 특성 측정을

위한 시험 방법

(IEEE Standard Test Methods for

Measurement of Electrical

Properties of Carbon Nanotubes)

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정보통신단체표준(국문표준) 제정일 : 2009 년 2 월 22 일 TTAx.xx-xx.xxxx/R1

탄소나노튜브의 전기적 특성 측정을 위한 시험

방법

(IEEE Standard Test Methods for Measurement of

Electrical Properties of Carbon Nanotubes)

정보통신단체표준(국문표준)

서 문

1. 표준의 목적

본 표준의 목적은 탄소나노튜브의 평가와 자료 제출에 관련된 절차를 제공하고 추천하려는

의도를 가지고 있다. 이 방법은 기술이 발전함에 따라 연구로부터 생산에 의해 이용될 추천

보고 표준을 생성할 수 있도록 할 것이다.

2. 주요 내용 요약

이 지침에서는 탄소나노튜브(CNTs)의 전기적 평가에 대한 추천 방법과 표준화된 보고

업무를 다룬다. CNT 의 본성 때문에, 전기적 평가 실험-설계가 제대로 기술되지 않으면

중대한 측정 오차가 발생될 수 있다. CNT 에 일반적으로 요구되는 고-임피던스 전기 측정에

대해서, 가장 흔한 측정 오차의 원인이 기술되었다. CNT 를 측정할 때 만나게 되는

측정에서의 오류와 다른 오차의 원인을 줄이거나 평가하기 위한 추천 업무를 제공한다.

3. 표준 적용 산업 분야 및 산업에 미치는 영향

본 표준은 탄소나노튜브의 측정에 대한 것으로, 향후 나노소자/소재 특성 관련 개발 활성화에

기여할 것이다.

4. 참조 표준(권고)해당사항 없음

4.1 국외표준(권고)IEEE Std 1650TM-2005 “IEEE Standard Test Methods for Measurement of Electrical Properties of Carbon Nanotubes Fields”

4.2 국내표준

해당사항 없음

TTAx.xx.xxxx/R1i


5. 참조표준(권고)과의 비교

해당사항 없음

5.1 참조표준(권고)과의 관련성

해당사항 없음

5.2 참조한 표준(권고)과 본 표준의 비교표

해당사항 없음

6. 지적재산권 관련사항

해당사항 없음

7. 적합인증 관련사항

해당사항 없음

7.1 적합인증 대상 여부

해당사항 없음

7.2 시험표준제정여부(해당 시험표준번호)

해당사항 없음

8. 표준의 이력

판수 제/개정일 제․개정내역

제 1 판 2009.07.24 제정

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Preface

1. The Purpose of Standard

There is currently no defined standard for the electrical characterization of CNTs and the means of reporting performance and other data. Without openly defined standard test methods, the acceptance and diffusion of CNT technology will be severely impeded. This standard is intended to provide and suggest procedures for characterization and reporting of data. These methods will enable the creation of a suggested reporting standard that will be used by research through manufacturing as the technology is developed.Moreover, the standards will recommend the necessary tools and procedures for validation.

2. The Summary of Contents

Recommended methods and standardized reporting practices for electrical characterization of carbon nanotubes (CNTs) are covered. Due to the nature of CNTs, significant measurement errors can be introduced if the electrical characterization design-of-experiment is not properly addressed. The most common sources of measurement error, particularly for highimpedance electrical measurements commonly required for CNTs, are described. Recommended practices in order to minimize and/or characterize the effect of measurement artifacts and other sources of error encountered while measuring CNTs are given.

3. The Applicable fields of industry and its effect

This standard as a guide for the measurement of carbon nanotubes will contribute for the stimulating the development of nano device and materials.

4. The Reference Standards (Recommendations)

None

4.1 International Standards (Recommendations)

IEEE Std 1650TM-2005 “IEEE Standard Test Methods for Measurement of Electrical Properties of Carbon Nanotubes Fields”

TTAx.xx.xxxx/R1iii


4.2 Domestic Standards

None

5. The Relationship to Reference Standards(Recommendations)

None

5.1 The relationship of Reference Standards

None

5.2 Differences between Reference Standard(recommendation) and this standard

None

6. The Statement of Intellectual Property Rights

None

7. The Statement of Conformance Testing and Certification

None

7.1 The Object of Conformance Testing and Certification

None

7.2 The Standards of Conformance Testing and Certification

None

8. The History of Standard

Edition Issued date Contents The 1st edition 2009.07.24 Established

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목 차

1. 개 요····································································································1

2. 정의, 머릿글자말, 약어···········································································7

3. 나노 튜브의 특성···················································································9

4. 전극···································································································10

5. 소자 특성 측정····················································································11

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Contents

1. Overview····························································································1

2. Definitions, acronyms, and abbreviations··········································7

3. Nanotube properties··········································································9

4. Electrodes························································································10

5. Device characterization····································································11

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탄소나노튜브의 전기적 특성 측정을 위한 시험 방법

IEEE Standard Test Methods for Measurement ofElectrical Properties of Carbon Nanotubes

1. 개요

1.1 범위

이 표준은 탄소나노튜브(CNTs)의 전기적 평가를 위한 방법을 제공한다. 이 방법은

CNT 를 제작하는 데 사용된 공정 경로와는 독립적이다.

1.2 목적

이 표준은 평가와 자료 제출에 관련된 절차를 제공하고 추천하려는 의도를 가지고

있다. 이 방법은 기술이 발전함에 따라 연구로부터 생산에 의해 이용될 추천 보고

표준을 생성할 수 있도록 할 것이다.

1.2 전기적 특성의 개요

1.3.1 시험 장비

시험은 적어도 ±0.1%의 측정 해상도(예상 신호 수준 이하 1000 배 혹은 그 이상의

최소 민감도)를 가지기에 충분한 측정 민감도를 가진 전자 소자 시험 시스템을

사용하여 수행되어야 한다. 예를 들어 CNT 를 통하여 흐르는 최소의 전류는 1pA(10-12A) 영역이나 그 이하이다. 그러므로, 이 경우에 측정장비는 100aA(10-16A)나 그

이하의 해상도를 가져야 한다. 또한, 나노영역 측정에서 만나게 되는 여러가지

임피던스 때문에, 테스트 시스템을 구성하는 모든 구성 요소들의 입력 임피던스는

소자의 가장 높은 임피던스보다 1000 배 이상 커야 한다. CNT 물질이나 소자를

평가할 수 있는 능력을 가진 상용 반도체 평가 시스템은 통상 1013Ω 에서 1016Ω 의

입력 임피던스를 가지며, 이것은 추천된 적절한 영역이다.

이 시험 방법은 측정장비가 알려져 있는 적절한 표준 세트 (예를 들어, National Institute of Standards and Technology (NIST))에 대하여 교정하기를 요구한다. 이러한 교정은 만약 교정작업이 장비 제공자에 의하여 추천된 교정 과정의 호출에

의하여 수행된다면 장비 사용자에 의하여 수행될 수 있을 것이고,혹은 장비 제공자에

의하여 서비스로서 수행될 수 있을 것이다. 만약 교정이 알려진 CNT 표준이나

알려진 소자에 대하여 수행되지 않으면, 기본적인 측정장치의 동작(예를 들어, 전압, 전류 그리고 저항)은 NIST(혹은 유사한 국제적으로 인정받은 표준 기구) 물리 표준에

추적 가능한 어떤 방법에 대하여 교정되어야 한다. 측정 장비가 옮겨졌거나, 혹은

측정조건이 상당히 변화하였을 때(예를 들어 온도 변화가 10oC 이상 된다거나

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상대습도(RH)의 변화가 30% 이상등등)는 장비 제조사의 추천에 따라 재교정이

요구된다.

1.3.2 탐지 시스템

탐지 시스템은 본성적으로 정합적이고 여러 실험실에서 확인이 가능한 자료를

제공하는 능력을 시연할 수 있도록 선택될 것이다. 탐지 팁은 시험 플랫폼에

적당하다는 것이 나타나 있는 것이 선택될 것이다. 오차가 있는 데이터에 대한

가능성을 낮추기 위한 노력으로, 탐지 팁이 오염으로부터 깨끗하다는 것을

확인하도록 절차를 따라야 한다. 그리하여, 탐지 팁은 오염으로부터 안정한 환경에

전당되어야 하고, 오염을 최소화하기 위해 나노튜브를 평가하는 동안에 엄격한

과정을 따라 다루어져야 한다.

1.3.3 측정 기술

1.3.3.1 저항성 접촉

적절한 측정을 만들어 내기 위해서는 CNT 와 저항성 접촉이 요구된다.

반도체 산업에서 정의된 바와 같이, 저항성 접촉은 가해진 전압과 무관하게 매우

낮은 저항을 갖는 금속-반도체 접촉이다(일정한 저항으로 표현이 가능할 수 있다). 저항성 접촉을 구성하기 위해서는, 금속과 반도체 물질은 계면에서 전위의 장벽이

없게 형성되도록 선택되어야 한다(혹은 전위 장벽이 매우 얇아서 전하 수송자가 쉽게

터널링될 수 있다). 저항성 접촉은 접촉에 흐르는 전류와 이 계면에서 하강되는

전압사이에 선형 관계를 보인다.

비저항성 접촉은 접촉에 걸리는 전위의 차이가 접촉을 흐르는 전류와 비례하지 않을

때 분명하게 형성된다. 이러한 종류의 접촉은 종종 정류 혹은 숏키 접촉으로 알려져

있다. 비저항성 접촉은 비선형 연결의 결과로 낮은 전압 회로에서 발생할 수 있다.

1.3.3.1.1 저항성 접촉을 확인하기 위한 방법

1.3.3.1.1.1 과 1.3.3.1.1.2 에서 몇 개의 방법이 저항성 접촉을 확인하고 저항성

접촉을 달성하기 위한 방법으로 제시되었다.

1.3.3.1.1.1 소스-측정 범위 변경

저항성 접촉을 검증하기 위하여 반도체 평가 도구를 사용하는 경우, 소스와 측정

범위 변경은 저항성 접촉 조건를 감지할 수 있다. 장비가 상위 혹은 하위 범위에 있을

경우에, 이에 따라 정상적인 조건이 같은 값을 주면서도 높거나 낮은 해상도를

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보여줄 것이다. 만약 측정값이 상당히 다르다면, 이것은 비저항 조건을 의미할 수

있다. 비선형 거동이 소자에게 기인할 수도 있음에 주목하라.

1.3.3.1.1.2 0 을 지나는 I-V 소인을 만듬

저항성 접촉을 확인하기 위하여 반도체 평가 장비를 사용하는 경우, 저항성 접촉을

확인하기 위한 빠른 시험방법은 0 을 지나는 I-V 소인을 시행하는 것이다. 만약 소인

반응이 0 을 지나면, 접촉 저항은 달성된 것이다. 만약 소인 반응이 0 을 지나지

않는다면, 비저항성 접촉 조건이 존재할 확률이 많고 고저항 측정으로 나타난다. 단락 조건이고 고저항임을 가리키는 수평선을 반응이 보일 수 있다. 소인 반응은

비저항 접촉 조건을 나타내는 비선형이고 0 을 지나지 않을 수 있다.

1.3.3.1.2 비저항성 접촉 저항 조건을 최소화

비저항성 접촉의 거동을 최소화 하기 위하여 In 이나 Au 같은 CNT 에 적합한 접촉

금속을 사용한다. 일반적으로 각각의 물질 사이의 일함수를 맞춤으로서 얻어지는

물질 사이의 준위 장벽을 최소화도록 접촉 물질이 선택된다. 소스 접촉의 비 선형성

때문에 발생하는 문제를 피하기에 충분히 크도록 장비에 주어진 제한 전류가 상당히

크도록 해야 한다. 전압계의 비저항성 접촉 때문에 생긴 오차를 줄이기 위하여, 차폐와 적절한 접지를 사용하여 교류 픽업을 줄여야 한다.

1.3.3.2 저저항 측정 (<100kΩ)

CNT 와 시스템을 전기적으로 평가할 때 I-V 특성에서 저항이 100kΩ 이하이면, 네개의 연결(Kelvin)선 구조를 가지는 전압 측정 방법 (FCMV)를 추천한다. 그림 1 에

나타난 것과 같이 미지의 저항(R)에 거리는 전압은 전압계에 연결된 다른 도선 셑에

의하여 측정되는 반면, 전류원에 의하여 공급되는 시험전류(I)는 시험 전선 셑을

통하여 저항(R)을 통하여 강제된다. 비록 작은 전류가 전압계 단자(가끔 측정 단자로

언급됨)를 통하여 흐를 수 있지만, 이 전류는 통상 무시할 수 있을 만큼 작고 (일반적으로 1pA 보다 훨씬 작음) 실제 상황에서 일반적으로 무시된다. 측정

단자에서의 전압 강하가 무시할만하기 때문에, 측정 장치에서 얻어진 전압은

본질적으로 미지의 저항 (R)에 걸쳐 있는 전압과 같다. 측정에 있어 시험 단자의

저항이 포함되는 것을 피하기 위하여 가능한 한 측정되는 소자(DUT)에 가깝도록

전압 측정 단자가 연결되어야 함을 주목해야 한다.

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<그림 1> 저-임피던스 소자에 대한 FVMC 구조

그림 2 에 나타난 것처럼 공급원-측정 단위(SMU)가 전류 공급 (I-Source)으로

구성되었을 경우, SMU 는 전압 한계치 능력을 가진 고-임피던스 전류 공급원으로

작동하고 전류(I-Meter) 혹은 전압(V-Meter)을 측정할 수 있다. 컴플라이언스

회로는 출력 전압을 프로그램된 값으로 제한한다. 전압 측정의 경우에, 측정 선택(로컬 혹은 원격)은 측정이 어디에서 진행되는 지를 결정한다. 로컬 측정의 경우에, 전압은 SMU 의 주입”과 “공통”단자들에서 측정된다. 원격 측정의 경우에, 전압은 “

측정”과 “저 측정” 단자들을 이용하여 DUT 에서 직접적으로 측정할 수 있다. 진정한 4선 켈빈 측정법을 달성하기 위하여, SMU 는 원격 측정으로 구성되어야 한다. 이

방법은 SMU 혹은 프리-앰프 와 DUT 등 사이의 시험 전선이나 연결선에서 있을 수

있는 전압 강하를 제거한다.

<그림 2> 원격 그리고 로컬 측정 구성

1.3.3.3 고저항 측정 (>100kΩ)CNT 와 시스템을 전기적으로 평가할 때 I-V 특성에서 저항이 100kΩ 이상이면, 전압을 가하고 전류를 측정하는 (FVMC) 방식 (가끔 정전압 방식이라고 불림)이

선호된다. FVMC 를 이용하여 고 전압 측정이 이루어지려면, 저전류를 측정할 수

있는 장비와 일정한 DC 전압원이 요구된다. 기본적인 정전압 방식의 배치가 그림 3에 나타나 있다.

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<그림 3> 고임피던스 측정에 대한 FVMC

이 방법에서, 일정한 전압원(V)는 미지의 저항 (R)과 전류계 (IM)과 직렬로 놓여있다. 전류계에 걸쳐 나타나는 전압 강하는 무시할 만하기 때문에, 본질적으로 모든 전압은

R 에 걸쳐서 나타난다. 결과적으로 흐르는 전류는 전류계로 측정이 된고 저항은 옴의

법칙(J=σE) (5.3.2.2 의 식 (1)을 보라)에 따라 계산된다.

- 고저항은 가해진 전압의 함수이기 때문에, 일정 전압 방법을 일정 전류

방법보다 선호하도록 만든다. 여러 전압에서의 측정에 의하여, 전압 대 저항 곡선이

얻어지고 저항의 전압 계수가 정해질 수 있다.

- SMU 가 전압 공급원(V-Source)으로 구성되었을 때, SMU 는 전류 제한

능력을 가진 저-임피던스 전압 공급원으로 기능하며 전류 (I-Meter)나 전압 (V-Meter)을 측정할 수 있다. 컴플라이언스 회로는 전류를 프로그램된 값으로

제한한다. 측정 회로는 계속적으로 출력 전압을 감시하고 필요하면 전압 공급원을

조정한다. 전압계는 (로컬 측정) “주입”과 “공통” 단자나 DUT (“측정”과 “저 측정”

단자를 이용한 원격 측정)의 전압을 감지하고 프로그램된 전압 값과 비교한다. 만약

측정 값과 프로그램된 값이 같지 않다면, 전압 공급원은 이에 따라 조정된다. 원격

측정은 시험 전선에 있는 전압 강하 효과를 제거하여 정확히 프로그램된 전압이 DUT에 나타나도록 한다.

1.3.4 반복성과 시료 갯수 보고

서로다른 소자에서의 시료 성능은 생산 공정에서의 변동 때문에 변할 수 있다. 게다가 보고된 결과의 재현성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 시료 개수를 보고할

때, 다음 조건이 사용되어야 한다 : - 시료수가 보고되지 않았으면. 하나의 시료 개수로부터 얻어진 자료로

가정한다 (즉, 반복된 결과로 나타낼 수 없다.)- 시료 수가 1 보다 크면, 시료 갯수는 견본의 수로 보고된다. (예를 들어, 모든

소자가 평가되었는지, 전체 시료 세트의 무작위 선택 부분이 측정되었는지 등등)- 보고된 자료가 보여주고자 하는 것 (즉, 평균값, 최대값, 최소값, 평균, 표준편차)에 대한 기술이 요구된다.

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1.3.5 측정의 재현성

CNT 생산과정에서 여러가지의 개수를 가지는 나노튜브 다발 (bundle)이 만들어

진다. 따라서 평가의 목적으로 하나의 나노튜브를 추출하는 것은 어렵다. 이러한

목적으로, 자주 작은 다발이 추출되고 “시험대”위에 놓여진다. 이상적으로는 단일

나노튜브가 추출되어야 한다; 이것은 일반적인 사용에 있어서 비실제적이다. 전기적인 평가를 위하여, 시험대는 공통의 표면위에 두개의 전기적으로 격리되어

있는 패드일 수 있다. 이 표면위에 이러한 패드들의 여러 세트는 측정 시스템(MS)에게 순차적인 측정 데이터를 만들어내기 위한 일련의 나노튜브 시료를 제시하는

수단을 제공한다.

나노튜브의 전기적인 평가는 AFM 과 같은 탐침 측정기와 I-V 전기적 측정장비를

갖춘 MS 로부터 얻어질 수 있다. 재현성은 SEMI E89 에서 정의된다. 여러 인자가

나노튜브 측정 결과와 그들의 계산된 재현성에 영향을 줄 수 있다.

1.3.5.1 나노튜브 측정 시스템의 재현성

나노튜브 측정 시스템의 재현성은 여러 기준 물질 (나노튜브 아님)에서 I-V 값을

측정함으로서 구현될 수 있다. 예를 들어 NIST 로부터 이러한 물질의 제공 가능성은

아직 수립되어있지 않다.

1.3.5.2 같은 소자내에서 다중 측정의 재현성

나노튜브에 대해서는 같은 소자내에서 다중 측정의 재현성은 나노튜브에 있어서는

구현이 쉽지 않다. 각각의 다발 혹은 나노튜브는 측정 과정에서 변형되는데, 이러한

변형은 다발의 전기적 특성을 변화시킬 수 있으므로, 이러한 다발에 행해지는 측정의

숫자를 1 로 제한한다.

1.3.5.3 다수 패드 표면위의 비슷한 소자들에 대한 다중 측정의 재현성

다수 패드 표면위의 비슷한 소자들에 대한 다중 측정의 재현성은 결정될 수 있다. 각

다발 사이 혹은 각 나노튜브 사이 차이의 분포(나노튜브 수, 나노튜브 형태, 병치, 길이 등등)는 보고된 결과에 영향을 줄 수 있다.

1.3.5.4 기준 물질

비슷한 측정 시스템사이의 재현성은 기준 물질로 확립될 수 있다. 위의 이유에

의하여, 비슷한 소자들에 대한 다수 패드 표면에서의 비슷한 측정 시스템 사이의

재현성은 문제가 있다. 아직까지 이것을 확립하는 것이 상업적인 나노튜브 교환에

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있어서 중요한 목표이다.다음과 같은 상당한 일이 개발되어야 할 것으로 남아있다:- 기준 물질

- 측정 시스템 구성

- 각 나노튜브를 추출하고 설치하는 기술

- 실험실 내 그리고 실험실 사이의 재현성 자료를 확립하기 위한 리그형태 시험들

1.3.6 저-잡음 기술의 응용

일반적으로, 더 낮은 절대값의 인가 전압은 더 높은 절대값의 인가 전압보다 더 작은

스트레스 효과를 일으킨다. 소자 구조에 따라, 이러한 변화는 DUT 가 적절하게

접지함에 따라 감소시킬 수 있다. 이러한 문제는 만약 이러한 접지가 시스템 접지로

저-임피던스 경로를 따라 형성되어 있으면 더 개선될 수 있다.

서로 다른 소자 구조 사이의 비교와 다른 기술과의 정합성(예를 들어, 일반적인

실리콘 IC 와의 집적화)을 위하여, (가능하다면) 전기장의 크기(V/cm)를 결정하는 데

충분한 정보가 주어져야 한다. 선호하기로는, 전기장 값이 정의되어야 한다. 알려져

있거나 정해진 형상에 대한 정보가 없다면, 전압 정보는 형상 자료를 얻기에

어려움을 기술하는 정보와 같이 주어진다.

일부 물질의 광학적 민감성 때문에, 모든 측정은 빛이 차단되어 있고 바람직하게는

(안전하게) 접지가 되어있는 뚜껑내부에서 시행되어야 한다. 광학적인 격리는 어둠

속에서 측정된 갓과 주변 빛에서 측정된 값이 1% 이상 차이가 나는 경우에 추천된다.

고 임피던스와 매우 낮은 전류 값이 측정되기 때문에, 인체의 근접, 육중한 기계류, 혹은 다른 가능한 전자기/라디오 주파수 교란 (EMI/FRI) 발생원은 측정

시스템으로부터 동작중에는 멀리 떨어지도록 관리해야 한다. 이것은 특히 측정

전압이 1mV 이하이거나 측정 전류가 1uA 이하인 경우에 관련이 된다.

2. 정의, 머릿글자, 약어

2.1 정의

이 표준의 목적을 위하여, 다음 용어와 정의가 적용된다. IEEE 표준 용어의 공식

사전이 이 절에서 정의되지 않은 용어에 대하여 참조되어야 한다.

2.1.1 탄소 나노튜브 : 적어도 하나의 그래파이트 평면이 원통형으로 구부러져

있는 탄소의 한 형태

2.1.2 광학이성질 : 화학적 구조의 방향성이며 자신의 거울상에 겹쳐지지 않는

성질

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2.1.3 시험중 시료 : 특정한 물리적 특성, 예를 들어 전기적 저항이나 I-V 거동등 을

평가하기 위하여 장치에 부착된 시료

2.1.4 환경 조건 : 시험중 시료를 직접적으로 둘러싸고 있는 실제 혹은 가상의 대기

환경. 이러한 값은 가능한한 시험중 시료에 가까운 곳에서 측정되어야 하고 측정

환경에 최소의 영향을 주도록 수행되어야 한다.2.1.5 주입 : 특정한 전기적 특성 (저항)을 평가하기 위하여 소자에 가해지는

정해진 전압이나 전류.2.1.6 주입 전압 : 특정한 전극에 인가하기 위하여 장치에서 공급되는 전압 공급원.2.1.7 접지 척 : 시험중 시료가 놓여지는 전도성 플랫폼. 이 플랫폼은 일반적으로

시스템 접지에 전기적으로 연결되어 있다.2.1.8 켈빈 측정 : 소자에 정해진 전류를 공급하기 위하여 소자에 가해지는 전압을

측정하기 위하여 분리된 접촉을 사용하는 사선 전기 저항 기술. 이러한 분리는 전압

탄침에 흐르는 전류를 최소화하고, 이것은 접촉이나 다른 단자 저항 때문에 발생하는

오차를 최소화한다. 단자나 접촉 저항과 같거나 더 작은 전기적 저항을 가지는

물질을 평가하는데 이용된다.2.1.9 다중벽 탄소 나노튜브 : 하나 이상의 탄소 공심환으로 이루어져 있는

나노튜브

2.1.10 감지 : 정하여 가해진 전류로부터 시험중 소자에 걸쳐 측정되는 전압을

측정하기 위한 탐침

2.1.11 단일 벽 탄소 나노튜브 : 정확히 단일환 탄소로 구성된 나노튜브

2.1.12 수송 특성 : 물질이나 소자의 물리적 특성으로서 그들을 관통하는 전기적

전하의 거동을 지배하는 것.

2.2 머릿글자와 약어

ac 교류

AFM 원자력 현미경

CNT 탄소 나노튜브

CVD 화학기상증착

dc 직류

DUT 시험중 시료

FCMV 전류 주입, 전압 측정

FVMC 전압 주입, 전류 측정

IC 집적 회로

IEEE 전지 전자 엔지니어 연구소

MS 측정 시스템

MWNT 다중벽 나노튜브

NIST 국립 표준 기술 연구소

RH 상대 습도

SEM 주사 전자 현미경

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SMU 공급원-측정 단위

STM 주사 터널링 현미경

SWNT 단일벽 나노튜브

TEM 투과 전자 현미경

3. 나노튜브의 특성

각 나노튜브를 특정하는 크기를 측정하는 것은 상당히 어렵다. 이러한 크기는 관측된

전기적 특성에 강한 영향을 주기 때문에 기록하는 것이 중요하다. 만약 가능하다면, 이러한 특정 크기를 측정은 제공되어야 한다. 크기 측정 장치가 현재 최적 성능

근처에서 작동하기 때문에, 이러한 크기를 얻는데 사용되는 기술의 묘사는 측정에

수반되어야 한다.

주 – 몇 예에서, AFM 을 이용한 나노튜브의 크기 측정은 유한한 팁의 반경으로

복잡해 질 수 있고, 오차를 유도할 수 있다.

크기/묘사와 추천 평가 기술은 다음 목록과 같다 :

- 다중벽 나노튜브(MWNT)나 단일벽 나노튜브 (SWNT), 투과 전자 현미경

(TEM)- 동심 튜브나 튜브의 나란한 “로프”를 지칭하는 MWNT 에 대하여,TEM- 전극 사이 나노튜브의 길이, 주사 전자 현미경(SEM)- 외경, TEM, SEM- 내경, TEM- 벽의 수, TEM- 결함 밀도, TEM- 튜브내의 말단 뚜껑 (대나무형 구조), TEM

- 광학이성질, 주사 터널링 현미경 (STM)

3.1 단일벽 나노튜브

3.1.1 공정과 제조에 대한 방법

SWNT 에 대한 제조 공정 정보 [예를 들어, 일산화탄소 분해, 화학 기상 증착 (CVD), 레이저 증착, 전기 방전 등등]는 모든 성장 후 처리 (화학적 정제, 분해, 화학적

유도체, 구조적 분류)와 함께 보고되어야 한다.

3.1.2 구조

SWNT 의 구조는 가능한 한 자세하게 보고되어야 한다. 이 정보는 다음을 포함할 수

TTAx.xx.xxxx/R19


있다 :-나노튜브 길이

-나노튜브 지름

- 나노뷰트 광학이성질

3.1.3 다른 특성

튜브 채우기, 개방 혹은 폐쇄 튜브 말단부, 화학적 유도체의 정도 등이 보고되어야

한다.

3.2 다중벽 나노튜브

3.2.1 공정과 제조에 대한 방법

MWNT 에 대한 제조 공정 정보(예를 들어, CVD, 레이저 오븐, 전기적 아크)가

보고되어야 하고, 이와 더불어 화학적 정제, 분해, 화학적 유도체 혹은 구조적 분류도

기술되어야 한다.

3.2.2 구조

MWNT 의 구조는 가능한 한 자세히 보고되어야 한다. 이 정보는 다음을 포함할 수

있다 :- 동심 튜브의 개수

- 나노튜브 길이

- 외부 나노튜브의 지름

3.2.3

튜브 채움, 말단부의 개방 혹은 폐쇄, 화학적 유도체의 정도등등이 보고되어야 한다.

4. 전극

전극의 고안 및 제조 방법이 제공되어야 한다. 예를 들어, 전자빔 증착, 집속 이온 빔

증착, 패턴된 기상 증착 금속, 시험 접촉위에 CNT 설치, 시스템 탐침 팁의 전기적

평가, 자기 구성 등등이다. 전극뿐만 아니라, 전극과 나노튜브 사이에 형성된 계면, 이 표준에서는 접합이라고 언급된, 또한 다음이 기술되어야 한다 :- 전극과 접촉된 나노튜브의 길이

- 전극과 접촉된 나노튜브의 넓이

- 나노튜브와 전극 사이에 형성된 접합의 두께

- 접합의 구성

TTAx.xx.xxxx/R110


- 전극 제조와 무관할 수 있는 접합 제조 기술

4.1 물질

전극에 사용된 물질의 구성에 대해 보고되어야 한다. (예를 들어, 금(Au))

4.2 전극 제조 방법

전극 제조와 관련된 다음 정보가 보고되어야 한다 :-전자 빔 증착 공정 인자

-집속 이온 빔 증착 공정 인자

-기상 증착 공정 인자

-기판 구성과 전극 제조 전의 표면 특성

-전극 제조 전, 후의 기판 표면 처리

-전극 제조 단계와 화학적, 기계적 혹은 다른 증강 방법 사이의 모든 표면 처리

4.3 크기

전극의 크기는 보고되어야 한다. 최소한 다음의 구조적 정보가 보고되어야 한다 :-전극 길이, l (센티미터 혹은 마이크로미터, 나노미터 단위로)-전극 넓이, w (센티미터 혹은 마이크로미터, 나노미터 단위로)-전극 두께, t (센티미터 혹은 마이크로미터, 나노미터 단위로)

5. 소자 특성 측정

5.1 구조 설계

일반적인 소자 형태, 전극 위치 등을 포함한 소자 구조에 대해 보고할 것이다. 최소한, 아래의 구조 정보가 보고된다.- 일차 전극의 기판에 대한 관계 (실험의 정확한 재현을 위하여 충분히 묘사할

수 있는 모든 것)- 이차 전극의 기판에 대한 관계 (실험의 정확한 재현을 위하여 충분히 묘사할

수 있는 모든 것)- 일차 전극과 이차 전극간의 간격

5.2. 공정과 제조에 관한 방법

이단자 소자의 제조에 대한 아래의 정보가 보고된다.

- 기판 조성

TTAx.xx.xxxx/R111


- 제조 공정

- 화학적인, 기계적인 혹은 다른 기판 특성 향상을 위해 소자 제조 단계 사이에

행해진 기판처리법

5.3. 표준 특성 평가 방법

5.3.1 특성 평가법에 대한 지침

아래의 설정이 선택된다

- 최소 한 곡선당 10 개의 데이터점이 있도록 스텝의 간격이 작아야 한다. 25 혹은 그 이상의 데이터점을 추천한다. 데이터점이 증가할수록 곡선이 좀 더 정확하게

맞추어질 수 있으며 (노이즈)/(곡선외의 다른 영역 값)의 비에 대한 허용공차를 크게

만듬으로써 정확한 파라미터를 추출할 수 있게 한다. 각 측정에 사용된 포이트 수는

좀 더 분명한 방법으로 보고된다 (즉, 시작점, 마지막점, 그리고 간격, 측정 포인터 수

등)- 값들은 예상되는 전체 동작 영역이 반영되거나 혹은 전체 소자 동작 영역을

보여주어야 한다.- 선택된 값들의 영역은 전체 소자 동작 영역을 정확하게 표시한다,. 이 값들은

소자의 거동이 전체 예상 동작 영역에서 보여지도록 선택 되어져야 한다.- 한 전극당 한 개의 탐침 (프루브)과 기판에 전기적으로 연결되어 있는 한개의

접지 물림쇠 (척) 연결에 사용된다. 어떠한 채널에 대한 측정 저항값이 100 kΩ 미만이면 한 전극당 두개의 탐침 (한개는 전류용 포스전극으로, 다른 한 개는

전압측정용 센스 전극용)을 사용하여 전극과 인터페이스 임피던스 에러를 최소화

하도록 한다. (1.3.3.2 참조)

5.3.2 데이타 보고

5.3.2.1. 보고 표준

이단자 소자에 대한 정보를 아래 표에 보고한다.

표 1. 이단자 소자에 대한 전기적 파라미터 목록

특성 표준부호 단위

전기 전도도 σ S/cm전기 저항 ρ Ω • cm캐리어 이동도 μ cm2/V• s

전하 캐리어의 밀도 N cm–3

TTAx.xx.xxxx/R112


전자 캐리어의 밀도 n cm–3

홀 캐리어의 밀도 p cm–3

다이오드 포화전류 IS A

5.3.2.3. 전기 전도도와 저항의 확정 및 보고

전기 전도도 및 이 값의 상대적 값인 전기 저항은 아래의 두 방법으로 측정한다.

- 일정한 전류 밀도, J, (in A/cm2) 가 소자를 통해 흐르면 FCMV (1.3.3.2 참조)와 전계 E, (in V/cm) 를 측정한다. 일반적으로 FCMC 법은 저항이 100 kΩ 보다 작은 소자에 대해 사용하고, 4 단자 켈빈법은 저항이 1 kΩ.미만인 소자에 대하

사용한다. 켈빈법은 가해진 전류와 측정된 전압측정을 위해 소자 밖에 위치한 독립된

전류 접촉으로써 독립된 접촉을 사용한다.- 일정한 전계, E, (in V/cm), 가 소자에 가해질 때는 FVMC (1.3.3.3 참조) 와

소자에 흐르는 전류밀도, J, (in A/cm2) 를 측정한다. 일반적으로 FVMC 법은 저항이

10 MΩ 보다 큰 소자에 대해 사용해야하고, 저항이 1 kΩ.미만인 소자에는

사용해서는 안된다. FVMC 법은 측정중인 소자의 가장자리에 놓여진 두개의

접촉만을 사용한다.

전기전도도 및 혹은 전기 저항은 아래 식 (1)에 주어진 오옴의 법에 의해 추론한다.

J=σE= 1ρE

J 전류밀도

σ 전기전도도

E 전계

ρ 전기저항

전류밀도, J, 는 전류량 I (A)을 단위면적, A (cm2)으로 나눈 값이며 전계, E, 는 전압

V (V)을 두 전압 프루브 사이의 거리 L (cm)로 나눈 값이다. (E = V/L).

주의 - 나노튜브의 경우 단위면적을 확정 짓기 어려울 수 있으므로 전류밀도, 전도도, 그리고 저항에 대한 특정정의가 필요할 수도 있다. 그러므로 기하학적 정의가

제공되어야 한다.

전기전도도와 전기저항은 대체로 선형적 거동을 보이는 이단자 소자에 대하

보고되어야 하며 또한 옴의 접촉을 요구한다. (1.3.3.1 참조) 만약 이단자 소자가

비선형적 특성을 보이면, 이 소자에 대한 전기전도도 및 저항값은 추론할 수 없다.

TTAx.xx.xxxx/R113


일반적으로, 반도체와 절연체 소자의 경우는 전도도가 보고되어 있고 금속의 경우는

전기 저항값이 주어진다.

5.3.2.3. 캐리어 이동도와 전하 캐리어의 밀도값의 확정 및 보고

캐리어 이동도 (단위: cm2/V•s)와 입자 캐리어의 밀도 (단위; cm–3)는 홀영향으로

결정할 수 있다. 홀영향 측정에 있어, 알고있는 전류 밀도 Jx, (in A/cm2) 를 이단자

소자의 x 방향으로 가하고. 알고있는 자기장 Bz, (in G) 은 Z 방향으로 가한다. 이때

홀필드 Ey,(단위: V/cm) 는 이단자 소자의 y 방향으로 측정한다. 이동되는 전자는

아래 방정식으로부터 계산된다.

N=J xBzq E y

N 전하캐리어의 밀도

q 전자전하 (1.602 x 10-19C)Jx x 방향으로의 전자 밀도

Ey y 방향으로의 홀필드

Bz Z 방향으로 가해진 자기장

N 의 부호는 전도가 진행될 때 전자나 홀 중 우세한 것에 의해 결정되는 것으로. 만약

홀이 우세하면 N 은 양의 값, 전가가 우세하면 음의 값이다.전자 전도도, σ, (5.3.2.2 참조)와 결합 된 N 은 아래 식처럼 캐리어의 이동도 (μ) 를

결정한다.

μ= σNq

이때 μ는 캐리어 농도

위 식의 캐리어 이동도은 전계영향트랜지스터 (필드이펙트 트랜지스터) 와 같은

전계영향 소자에서 측정하는 필드영향모이동도와 다름을 주의해야 한다. 필드영향이동도는 소자의 다양한 요인에 의해 영향을 받으며 경우에 따라서는

캐리어 이동도와 크게 차이가 날 수 있다.

5.3.2.4 비선형적 거동의 확정 및 보고

정류 거동이 보이는 이단자 소자의 비선형적 거동에 대해 설명한다.

p 형과 n 형의 반도체의 p-n 접합에서, 샤키방정식 (이상적인 다이오드 법칙이라

불림)을 역전압 포화전류와 캐리어 이동도와의 관계를 알기 위해 아래 식 처럼

TTAx.xx.xxxx/R114


사용할 수 있다.

I s=Ak BT (C ep μepLep+ChnμhnLhn )

Is 역전압 포화 전류

A 소자 단면적

T 온도 (K)C 각 반도체 영역에서의 소수캐리어의 농도

L 확산 길이 k B 볼쯔만 상수 (1.381 × 10–23 J/K)ep p 영역에서의 전자

hn n 영역에서의 홀

샤키 접합을 형성하는 금속과 반도체의 접합의 경우, 역전압 포화 전류는 아래

식으로 표현된다.

I S=ABT2e

−ϕM−ϕ SkBT

B 상수

φM 금속의 일함수

φS 반도체 일함수k B 볼쯔만 상수 (1.381 × 10–23 J/K)e 자연로그

이단자 정류소자의 전류-전압 관계는 아래 식에 의해 결정된다.

I (V )=I S(eqVkBT−1)

I 소자 전류

V 소자 전압

5.3.2.5 환경조건에 관한 보고

소자의 보관과 측정 동안의 환경 조건을 나타낸다. 이에 대한 자세한 지침은 5.4 에

나타난다.

5.3.2.6 다른 보고 파라미터

TTAx.xx.xxxx/R115


표 2 는 그 외의 전기적 값과 함게 보고되고 추출되어야 하는 비전기적 파라미터이다.

표 2- 보고되어야 할 다른 비전기적 파라미터들

특성 표준부호 단위

열성

열전도도 K mW/cm•K or W/m•K

시벡상수 S μV/K기계적

장력 σuts GPa영스 모듈러스 E GPa

5.4. 환경조절과 표준

소자를 만든 시점에서 소자측정 시간이 보고되어야 한다. 소자 보관 환경은 소자

특성에 크게 영향을 미친다. 소자 보관과 측정 시의 환경에 대한 변화는 소자 특성의

큰 변화를 불러일으킨다. 그러므로 소자 보관과 측정 환경에 대한 보고는 데이터의

비교와 검증에 반드시 필요하다.측정 시의 환경조건은 매 측정 때마다 관찰되고 기록되어야 한다. 각 실험의 시작과

종점에서의 조건은 최소한 기록되어야 한다. 그러나, 각 데이터를 얻는 순간에 대한

반복적이고 실제 시간에 대한 환경 조건에 대한 기록이 추천된다.

아래의 환경 조건이 관찰되고 기록되어야 한다.

- 측정시의 가스 분위기 ( 공기, 질소, 진공 등)- 빛 조사 조건과 노출 시간 (암실, uv 차단 등) 또한 조사 조건의 변화 (예: 소자가 빛에 조사 된 후 측정 전에 암실에 놓여진 시간)- 소자 온도 ( 적어도 1 °C 혹은 1 K 의 해상도에서 측정되어야 하고 0.1K 를

추천한다)- 상대 습도 RH (최소 5% 의 해상도, 1% 추천)- 측정 지속 시간, 측정 시간 ( 장수명 효과에 따른 측정시의 인공적인 요소를

평가하기 위해)

TTAx.xx.xxxx/R116


부록 Ⅰ.

영문표준 해설서

1. 개요

2. 정의, 머릿글자말, 약어

3. 나노 튜브의 특성

4. 전극

5. 소자 특성 측정

TTAx.xx.xxxx/R117


표준작성 공헌자

표준 번호 : TTAx.xx-xx.xxxx/R1

이 표준의 제․개정 및 발간을 위해 아래와 같이 여러분들이 공헌하였습니다.

구분 성명 위원회 및 직위 연락처 소속사

과제 제안황치선,안성덕,

유기전자소자 워킹그룹 위원

유기전자소자 워킹그룹 의장

[email protected]@etri.re.kr

ETRI

표준 초안 제출황치선,안성덕,

유기전자소자 워킹그룹 위원

유기전자소자 워킹그룹 의장

[email protected]@etri.re.kr

ETRI

표준 초안 검토 및

작성

표준안 심의

사무국 담당

TTAx.xx.xxxx/R118

mailto:[email protected]




(뒷 표지)


TTA 표준 작성 샘플(Example for Writing on TTA Standard)

발행인 : 한국정보통신기술협회 회장

발행처 : 한국정보통신기술협회

463-824, 경기도 성남시 분당구 서현동 267-2Tel : 031-724-0114, Fax : 031-724-0019

발행일 : 200x.xx

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