Design and Simulation Study on Three-terminal Graphene-based NEMS Switching Device

그래핀 기반 3단자 NEMS 스위칭 소자 설계 및 동작 시뮬레이션 연구

In this work, we present simple schematics for a three-terminal graphene-based nanoelectromechanical switch with the vertical electrode, and we investigated their operational dynamics via classical molecular dynamics simulations. The main structure is both the vertical pin electrode grown in the center of the square hole and the graphene covering on the hole. The potential difference between the bottom gate of the hole and the graphene of the top cover is applied to deflect the graphene. By performing classical molecular dynamic simulations, we investigate the nanoelectromechanical properties of a three-terminal graphene-based nanoelectromechanical switch with vertical pin electrode, which can be switched by the externally applied force. The elastostatic energy of the deflected graphene is also very important factor to analyze the three-terminal graphene-based nanoelectromechanical switch. This simulation work explicitly demonstrated that such devices are applicable to nanoscale sensors and quantum computing, as well as ultra-fast-response switching devices.

본 논문에서는 그래핀의 우수한 전기적 기계적 특성을 이용하여 정전기 인력에 의하여 휘어지는 그래핀이 수직 팁 게이트에 접촉 여부에 따라서 스위칭이 이루어지도록 조절할 수 있는 3단자 그래핀 NEMS 스위칭 소자에 대하여 연구하였다. 전형적인 MEMS 제작 공정을 이용하여 3단가 그래핀 NEMS 스위칭 소자 제작을 위한 공정을 설계하였고, 그 동작의 핵심 역학은 그래핀에 작용하는 정전기력과 그래핀 자체의 탄성력에 의하여 스우칭의 기계적인 동작이 설명될 수 있었다. 전기적인 동작에서는 그래핀과 핀 전극 사이의 접촉에 의한 접촉 전류와 그래핀이 전극에 접촉하지 않았음에도 그래핀과 핀 전극 사이의 강한 전기장으로 인한 방출전류가 흐를 수 있을 것으로 예상되었다. 실제 기계적인 동작에서 원자단위에서의 움직임을 분석하기 위하여 분자동력학 시뮬레이션 방법을 사용하여 수직 팁 게이트를 가지는 그래핀 기반 3단자 NEMS 스위치 동작에 관하여 연구하여, 기계적인 동작에 따라서 발생되는 다양한 현상들을 분자동력학 시뮬레이션을 통하여 연구함으로써 원자단위에서 이루어지는 다양한 역학들을 살펴보았다.