Imaging Noise Sources and Resistance Distributions of Graphene Domains

전도성 채널에서의 전기적 노이즈(electrical noise)는 전자 소자의 성능을 결정짓는 매우 중요한 요인이다. 현재까지 간접적인 연구방법을 통해 전하트랩(charge trap) 등이 노이즈를 만들어내는 소스역할을 하는 것으로 예측되었으나 직접적인 방법으로 확인이 어려웠고, 이러한 노이즈 소스(noise source)의 분포를 간편하게 직접 이미징하는 기술이 없었기에, 노이즈 연구는 매우 어려운 분야로 인식되어졌다.
홍승훈 교수 연구팀은 2차원의 전도성 채널에 존재하는 노이즈 소스의 특성과 분포를 정량적으로 이미징할 수 있는 노이즈 현미경(Noise Microscope)을 개발하였다. 이 방법을 그래핀(graphene)의 도메인(domain)구조에 적용하여, 도메인 구조의 면저항(Sheet Resistance)과 노이즈 소스 분포를 이미징하였다. 그 결과, 도메인의 경계면과 그래핀이 잘린 면에 다량의 노이즈 소스가 있으며, 2층 그래핀(double-layer graphene)의 경우 아래쪽 그래핀층이 노이즈 소스의 작용을 막는 가림막(screening layer) 역할을 함을 밝혀냈다. 해당 연구결과는 ACS Nano지에 게재 되었으며, 노이즈 현미경법은 앞으로 다양한 종류의 전도성 채널의 노이즈 현상을 연구하는데 매우 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.

논문 초록:
An electrical noise is one of the key parameters determining the performance of modern electronic devices. However, it has been extremely difficult, if not impossible, to directly image localized noise sources or their activities in such devices. We report a \"noise spectral imaging\" strategy to directly map the activities of localized noise sources in graphene domains. Using this method, we could quantitatively estimate sheet resistances and noise source densities inside graphene domains, on domain boundaries and on the edge of graphene. The results show high activities of noise sources and large sheet resistance values at the domain boundary and edge of graphene. Additionally, we showed the upper layer in double-layer graphene had lower noises than single-layer graphene. This work provides valuable insights about the electrical noises of graphene. Furthermore, the capability to directly map noise sources in electronic channels can be a major breakthrough in electrical noise research in general.

참여 연구원: 이형우, 조덕형, Shashank Shekhar, 김정수, 홍승훈

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b05288