KR100819458B1 - Electrostatic force enhanced micro cleavage method for graphene extraction from graphite - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 본 발명의 일 공정에 의해 HOPG에 접착성 양면 테이프를 붙이는 단계의 사진이다.1 is a photograph of the step of attaching the adhesive double-sided tape to the HOPG by one process of the present invention.
도2는 본 발명의 일 공정에 의해 HOPG로부터 접착성 양면 테이프를 이용하여 떼어낸 흑연조각의 사진이다.Figure 2 is a photograph of the graphite pieces separated from the HOPG by using an adhesive double-sided tape by one step of the present invention.
도3은 본 발명의 일 공정에 의해 프리패터닝된 기판에 상기 떼어낸 흑연조각을 올려 놓아 반데르발스 힘에 의해 접착시킨 사진이다. FIG. 3 is a photograph attached to the stripped graphite pieces on a substrate pre-patterned by one step of the present invention and bonded by van der Waals forces. FIG.
도4는 본 발명의 일 공정에 의해 상기 기판에 전압을 걸어준 후 흑연 조각을 살짝 들어올리면서 천천히 끌어주는(dragging) 사진이다.Figure 4 is a picture of slowly dragging while applying a voltage to the substrate by a step of the present invention while gently lifting a piece of graphite.
도5는 본 발명의 일 공정에 의해 드래깅 후의 기판 위에 남은 흑연박막의 사진이다.5 is a photograph of a graphite thin film remaining on a substrate after dragging by one step of the present invention.
도6은 도 5로부터 얻어진 그래핀의 라만 스펙트럼의 측정 결과를 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement result of Raman spectrum of graphene obtained from FIG. 5.
본 발명은 정전기력을 이용하여 흑연박막을 제조하는 방법에 관한 것으로서 , 구체적으로, 프리패터닝된 기판위에 흑연 조각을 올린 후 기판의 게이트 전극을 통해 전기장을 걸어줌으로써 정전기력에 의하여 흑연과 기판사이의 상호인력을 증가시키도록 한 다음, 흑연 조각을 매우 천천히 끌어주어 그래핀 또는 FLG인 흑연 박막이 프리패터닝된 기판위에 남아 있도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for manufacturing a graphite thin film using an electrostatic force, and in particular, by placing an electric field through the gate electrode of the substrate after placing a piece of graphite on the pre-patterned substrate by mutual force between the graphite and the substrate by the electrostatic force And then draw the graphite piece very slowly so that the graphite thin film, either graphene or FLG, remains on the prepatterned substrate.
그래핀은 탄소 원자 한 층으로 만들어진 벌집구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소 원자는 sp2혼성 궤도에 의해 화학 결합하면 이차원으로 퍼진 탄소 육각망면을 형성한다. 이 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 집합체가 그래핀인데, 그 두께가 단지 탄소원자 한개에 불과한 0.3nm 이다. 2005년에 영국 맨체스터대학의 A.K.Geim 연구그룹이 흑연에서 원자 하나 두께의 탄소 박막을 만드는 방법을 소개한 이래 그래핀은 물리학 분야에서 가장 뜨거운 관심 주제 중 하나가 되었다. 그 이유는, 그래핀 안에서는 전자의 유효질량이 없어서, 초속 1천 킬로미터(빛의 속도의 300분의 1)로 움직이는 상대성 입자(relativistic particles)로 거동한다는 사실에 근거하여 그래핀 만의 독특한 양자홀효과에 대한 연구 뿐만 아니라 기존의 입자물리학 분야에서 수행할 수 없었던 입자물리 실험을 그래핀을 통해 간접적으로 구현할 수 있게 되었기 때문이다.Graphene is a honeycomb two-dimensional thin film made of a layer of carbon atoms. When carbon atoms are chemically bonded by sp 2 hybrid orbits, carbon atoms form two-dimensionally spread carbon hexagonal networks. Graphene is an aggregate of carbon atoms with this planar structure, which is 0.3 nm thick with only one carbon atom. Graphene has become one of the hottest topics in physics since 2005, when the AKGeim research group at the University of Manchester, UK, introduced how to make thin, single-atomic carbon films from graphite. The reason is that graphene's unique quantum hole effect is based on the fact that in graphene there is no effective mass of electrons, and thus it behaves as relativistic particles moving at 1,000 kilometers per second (one-third of the speed of light). In addition to the research on the particle physics experiments that could not be carried out in the field of particle physics can be indirectly implemented through graphene.
기존의 실리콘 기반 반도체 공정기술로는 30nm 급 이하의 고집적도를 갖는 반도체소자를 제조할 수 없다. 왜냐하면, 기판에 증착된 금이나 알루미늄과 같은 금속원자층의 두께가 30nm 이하에서는 열역학적으로 불안정해서 금속원자들이 서로 엉겨붙어 균일한 박막을 얻을 수 없기 때문이며, 또한 실리콘에 도핑된 불순물의 농도가 이와 같은 nano 크기에서는 불균일해 지기 때문이다. Conventional silicon-based semiconductor process technology cannot manufacture semiconductor devices with high integration levels below 30 nm. This is because the thickness of the metal atom layer such as gold or aluminum deposited on the substrate is thermodynamically unstable and the metal atoms are entangled with each other to obtain a uniform thin film. This is because it becomes uneven at nano size.
하지만, 그래핀 또는 FLG는 이러한 실리콘 기반 반도체 소자기술의 집적도한계를 극복할 수 있는 가능성을 갖고 있다. 그래핀 또는 FLG 는 그 특성이 금속성이면서도 그 두께가 전자차폐 두께 (Screening length) 에 해당하는 수 nm 이하로 매우 얇아서, 게이트전압에 따라 전하밀도가 바뀜으로 인해 전기저항이 변하는 특성을 갖고 있다. 이를 이용해 금속트랜지스터를 구현할 수 있으며, 전하수송체의 모빌리티가 커서 고속 전자소자을 구현할 수 있고, 또한 게이트 전압의 극성에 따라 전하수송체의 전하를 전자에서 정공으로 변화시킬 수 있기 때문에 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다. However, graphene or FLG have the potential to overcome the integration limits of silicon-based semiconductor device technology. Graphene or FLG is metallic and its thickness is very thin, which is several nm or less, which corresponds to the screening length, so that the electrical resistance changes due to the change in charge density depending on the gate voltage. Metal transistors can be used to implement high-speed electronic devices because the mobility of charge carriers is large, and the charges of charge carriers can be changed from electrons to holes depending on the polarity of the gate voltage. It is expected to be.
지금까지, 그래핀 또는 FLG를 얻는 방법은 다음의 세 가지로 분류되고 있다. 첫째, 셀로판 테이프를 사용하는 초미세 흑연층 분리방법 (micro cleavage method)이다. micro cleavage method는 영국 맨체스터 대학의 A.K.Geim 연구팀 내 Novoselov K. S.등[Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2005) 102, 10451]에 의해서 개발된 것으로 Novoselov K. S. 이후에 그래핀을 연구하는 연구자들은 그 단순성 때문에 이 방법을 사용하였다. 이 방법을 사용하면, 흑연을 셀로판테이프를 사용해서 연속적으로 분리되도록 함으로써 흑연의 두께를 감소시킬 수 있고, 이렇게 얻어진 얇은 흑연 박막을 기판위로 옮기거나, 또는 칠판에 분필로 그리는 것처럼 흑연을 기판에 문지름으로서 얇은 흑연박막을 얻는 방법이다. 또한 이 방법을 이용하여 그 래핀(graphene)을 만든 후에 몇몇 그룹은 라만스펙트럼을 통해 FLG의 층의 개수를 구분하는 연구결과를 발표하였다[A. C. Ferrari et al., Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006). A. Gupta et al., Nanoletter 6, p2006 (2006), D. Grag et al., cond-mat/0607562 (2006)]. 그러나 이 방법은 ① HOPG의 접착성 테이프의 품질에 의존한다는 점, ② 기판위에서 FLG의 위치가 무작위적이라는 점. ③ 무용하고 두꺼운 흑연(graphite)입자가 많아 전자 빔 리소그래피 (E-beam lithography)에 의하여 전극을 패턴화하기 어렵다는 점에서 문제가 있었다.Up to now, there are three ways to obtain graphene or FLG. First is the ultra-fine graphite layer separation method using cellophane tape. The micro cleavage method is described in Novoselov KS et al. [Proc. Natl. Acad. Sci. Developed by USA (2005) 102, 10451, researchers studying graphene after Novoselov KS used this method because of its simplicity. Using this method, the thickness of the graphite can be reduced by allowing the graphite to be continuously separated using a cellophane tape, and the thin graphite thin film thus obtained is transferred onto the substrate, or the graphite is rubbed onto the substrate as if it is drawn with chalk on the board. As a method, a thin graphite thin film is obtained. In addition, after making graphene using this method, several groups have published a study to determine the number of layers of FLG through Raman spectrum [AC Ferrari et al ., Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006). A. Gupta et al. , Nanoletter 6, p2006 (2006), D. Grag et al. , cond-mat / 0607562 (2006). However, this method depends on the quality of the adhesive tape of HOPG and the position of FLG on the substrate is random. ③ There is a problem in that it is difficult to pattern the electrode by electron beam lithography due to the large amount of useless and thick graphite particles.
두 번째 방법은 고 진공(high vacuum) 하에서 SiC의 열분해를 통한 에피택시얼 성장(eptaxial growth)기법으로 만드는 방법이다. 이런 에피택시얼 성장기법은 Berger, C. 등 [J.Phys.Chem.B, (2004) 108,19912]에 의해 소개되었다. 이 방법은 분자선결정성장시스템(MBE:Mular Beam Epitaxy)같은 고진공 및 고온에서 SiC 의 표면에 있는 Si를 승화시켜서 표면에 남아있는 탄소원자들이 그래핀을 형성하도록 하는 기술이다. 하지만 이 기술은 SiC 자체가 기판으로 사용되어야 하는데, 이 기판은 SiO2만큼 전자소재로 사용하기에 성능이 좋지 않다는 심각한 문제점이 있었다.The second method is the epitaxial growth method through pyrolysis of SiC under high vacuum. This epitaxial growth technique was introduced by Berger, C. et al. (J. Phys. Chem. B, (2004) 108,19912). This method is a technique that sublimates Si on the surface of SiC at high vacuum and high temperature, such as a molecular beam growth system (MBE), so that the carbon atoms remaining on the surface form graphene. However, this technology requires SiC itself to be used as a substrate, which has a serious problem that the substrate is not as good as an electronic material as SiO 2 .
세 번째 방법은 흑연 화합물의 화학적 박리작용을 이용하는 방법이다. 대표적으로 Dresselhaus, M. S. 등[Adv. Phys. (2002) 51, 1.]이 연구한 불순물이 섞여 있는 흑연 화합물(intercalated graphite compounds)에 대한 연구결과를 바탕으로, 많은 연구자들에 의해 화학적 박리작용 방법이 제안되어 왔다. 그러나 이러한 방법으로는 현재까지 단지 수백 나노미터 두께의 흑연조각을 얻을 수 있을 뿐 그래핀 또는 FLG를 얻는데 성공하지 못했을 뿐만 아니라, 흑연층 사이사이에 삽입된 화학물질이 완벽하게 제거되지 않아 많은 결점을 유발할 수도 있다는 문제점이 있었다. The third method is to use chemical exfoliation of graphite compounds. Typically, Dresselhaus, M. S. et al. Phys. (2002) 51, 1.] Based on the results of research on intercalated graphite compounds, the method of chemical exfoliation has been proposed by many researchers. However, this method has not only succeeded in obtaining graphene or FLG, but only several hundred nanometers thick graphite fragments, and many defects have not been achieved because the chemicals inserted between the graphite layers are not completely removed. There was a problem that might cause.
이에 본 발명은 상술한 문제점들을 극복하고자 정전기력을 이용하여 그래핀을 제조하는데 착안하여 연구를 계속하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. Accordingly, the present invention has been focused on producing graphene using electrostatic force to overcome the above-mentioned problems, and has continued to study the present invention.
즉, 본 발명의 목적은 그래핀 또는 FLG인 흑연 박막이 프리패터닝된 기판위에 효과적으로 남아 있도록 하는 흑연 박막 제조 방법을 제공하려는 데 있다. That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a graphite thin film so that the graphene or FLG graphite thin film effectively remains on the prepatterned substrate.
우선, 기판위에 놓여 있는 흑연 단일층인 그래핀의 높이는 흑연을 구성하고 있는 탄소층 간의 거리보다 크다고 알려져 있다. 이는 탄소층 간의 상호인력이 흑연과 기판 사이의 반데르 발스 힘보다 크다는 것을 의미한다. (실험적으로 흑연의 탄소층간 상호작용 에너지는 탄소원자 하나당 52meV임이 알려져 있다.) 그러므로 단순히 흑연을 기판에 붙였다 떼어내는 방법으로는 흑연단일층을 얻을 수 없다. 하지만 상업적으로 사용가능한 접착성 양면 테이프의 접착력은 탄소층 간의 상호인력보다 크기 때문에 이를 이용하면 상기 탄소층을 분리할 수 있다. 테이프에 의해 성공적으로 탄소층을 분리함으로써 흑연의 두께는 상당히 감소될 수 있는 반면에 테이프의 접착력이 흑연과 기판 사이의 반데르 발스 힘보다 크기 때문에 테이프 접착면에 부착된 흑연조각은 쉽게 기판 위로 옮길 수 없다. 하지만 기판에 흑연조각이 옮겨져야만 전극을 제작하여 소자를 만들 수 있기 때문에 이 과정은 반드시 극복해 야할 문제이다. First, it is known that the height of graphene, which is a graphite monolayer on a substrate, is greater than the distance between the carbon layers constituting graphite. This means that the mutual attraction between the carbon layers is greater than the van der Waals forces between the graphite and the substrate. (Experimentally, the interaction energy between the carbon layers of graphite is known to be 52 meV per carbon atom.) Therefore, it is not possible to obtain a single layer of graphite by simply attaching and detaching graphite to a substrate. However, since the adhesive force of the commercially available adhesive double-sided tape is larger than the mutual pull between the carbon layers, it can be used to separate the carbon layer. By successfully separating the carbon layer by the tape, the thickness of the graphite can be significantly reduced, while the piece of graphite attached to the tape adhesive side can be easily moved onto the substrate because the adhesive strength of the tape is greater than the van der Waals forces between the graphite and the substrate. Can't. However, this process is a problem that must be overcome because graphite fragments must be transferred to the substrate before the electrodes can be manufactured.
결과적으로 전통적인 micro cleavage method 는 이러한 결함을 극복하기 위하여 문지르기와 같은 과정을 필요로 하나, 문지르기 공정은 FLG 또는 그래핀을 쉽게 파괴시킬 수 있고 기판 위에 쓸모없는 흑연 부스러기들을 남길 수 있다.As a result, traditional micro cleavage methods require a rubbing process to overcome these defects, but the rubbing process can easily destroy FLG or graphene and leave useless graphite debris on the substrate.
반면, 본 발명에 의한 흑연 박막인 그래핀 또는 FLG의 제조방법은 위의 방법과는 완전히 다른 방법이다. 즉, 본 발명에서는 정전기력을 이용하여 그래핀 또는 FLG를 제조한다. 구체적으로는 프리패터닝된 기판위에 흑연을 올려 놓은 후 기판의 게이트 전극을 통해 전기장을 걸어줌으로써 정전기력에 의하여 흑연과 기판사이의 상호인력을 증가시키도록 한 다음, 흑연을 매우 천천히 끌어주어 그래핀 또는 FLG인 흑연 박막이 프리패터닝된 기판위에 남아 있도록 하는 방법으로 흑연 박막을 제조한다.On the other hand, the graphene or FLG manufacturing method of the graphite thin film according to the present invention is a completely different method from the above method. That is, in the present invention, graphene or FLG is manufactured using an electrostatic force. Specifically, the graphite is placed on the pre-patterned substrate, and then an electric field is applied through the gate electrode of the substrate to increase the mutual attraction between the graphite and the substrate by electrostatic force, and then draw the graphite very slowly to draw graphene or FLG. The graphite thin film is produced by allowing the phosphorous graphite thin film to remain on the prepatterned substrate.
먼저 접착성 양면 테이프의 작은 조각을 초소형 재물대(micro stage)에 탑재된 핀셋의 끝에 부착시켜 올려놓는다. 상기 micro stage를 움직여 접착성 양면 테이프를 HOPG에 부착하였다가 떼어냄으로써 작업하기에 편한 HOPG의 작은 조각으로 떼어낸다(도1). 상기 접착성 양면 테이프에 의해 떼어낸 흑연 조각(도2)은 광학현미경으로 관찰하면서 micro stage를 움직임으로써 프리패터닝된 기판위에 올려 놓는다(도3). A small piece of adhesive double-sided tape is first attached to the tip of the tweezers mounted on a micro stage. By moving the micro stage, the adhesive double-sided tape is attached to the HOPG and detached into small pieces of HOPG that are comfortable to work with (Fig. 1). The piece of graphite removed by the adhesive double-sided tape (FIG. 2) is placed on the prepatterned substrate by moving the micro stage while observing with an optical microscope (FIG. 3).
게이트 전극(gate electrode)을 통해 전기장을 기판에 걸어준다. 이때 전압은 게이트 전극을 이루고 있는 절연체(SiO2)가 견딜 수 있는 최고 전기장(0.3V/nm)까지 가해준다. 절연체의 두께가 500nm 인 경우에는 최고 150V 까지, 300nm 인 경우에는 90V 까지 가해 준다.An electric field is applied to the substrate through a gate electrode. At this time, the voltage is applied to the highest electric field (0.3V / nm) that the insulator (SiO 2 ) constituting the gate electrode can withstand. If the thickness of the insulator is 500nm, up to 150V or 300V is applied up to 90V.
이렇게 가한 최고 전기장하에서의 정전기적 힘은 기판과 흑연조각 사이의 부착력을 증가시킨다. 하지만 이 부착력이 최외곽 흑연층에만 작용하는 것이 아니라, 차폐길이(Screening length : ~수nm)내에 있는 흑연층까지 분산되어 작용하기 때문에, 최외각층의 기판에 대한 접착력은 그만큼 작아져서 효율성이 떨어지게 된다. 즉, 차폐길이는 탄소층 단일막의 두께보다 더 크기 때문에 이러한 정전기적 인력만으로는 흑연을 구성하는 탄소층의 층간 상호인력을 극복하기에 충분하지 않으므로 dragging(끌어주기)을 통하여 효과적으로 흑연조각으로부터 매우 얇은 흑연박막을 분리해 내야 한다.(도4). The electrostatic force under these peak electric fields increases the adhesion between the substrate and the piece of graphite. However, since this adhesion force is not only applied to the outermost graphite layer, but also dispersed to the graphite layer within the screening length (~ several nm), the adhesion of the outermost layer to the substrate is so small that the efficiency is reduced. . In other words, since the shielding length is larger than the thickness of a single layer of carbon layer, such electrostatic attraction alone is not sufficient to overcome the inter-layer attractive forces of the carbon layers constituting the graphite. Therefore, very thin graphite can be effectively removed from the graphite fragment by dragging. The thin film must be separated (Fig. 4).
상기 dragging 후에 기판 위에는, 기판과 기판 위에 놓여 있던 흑연조각 간에 정전기적 인력으로 인하여 흑연을 구성하는 탄소층 일부, 즉 그래핀 또는 FLG가 남게 된다(도5). 이는 마이크로 라만 분광기 (micro Raman spectroscopy) 및 원자 힘 현미경 (atomic force microscope)을 사용하여 확인할 수 있다(도6).After the dragging, on the substrate, a portion of the carbon layer constituting the graphite, that is, graphene or FLG, remains due to the electrostatic attraction between the substrate and the pieces of graphite lying on the substrate (FIG. 5). This can be confirmed using micro Raman spectroscopy and atomic force microscope (FIG. 6).
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated concretely.
본 발명에 의한 흑연박막을 제조하는 방법은 정전기력을 이용한다. 즉, 기판 위에 작은 흑연조각을 올려놓고, 기판에 전기장을 걸어줌과 동시에 혹은 순차적으로 기판 상에 전기장이 형성되어 있는 상기 기판상의 흑연 조각을 끌어주어 상기 흑연조각의 일부를 떼어냄으로써 기판 상에 흑연 박막을 분리해내는 것이다.The method for producing the graphite thin film according to the present invention uses an electrostatic force. That is, a small piece of graphite is placed on the substrate, and an electric field is applied to the substrate, and simultaneously or sequentially, a piece of the graphite is drawn on the substrate having the electric field formed thereon, and a portion of the graphite is removed to remove the graphite. It is to separate the thin film.
이때 상기 기판 위에 올려놓는 흑연 조각은 접착성 부재를 HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite)표면 위에 접촉시킨 후 떼어냄으로써 얻어지는 HOPG의 조각을 사용할 수 있다. At this time, the graphite pieces that are placed on the substrate may be a piece of HOPG obtained by contacting the adhesive member on the HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) surface and then peeled off.
또한 상기 기판 위에 흑연 조각을 올려 놓는 단계는 접착성 부재를 이용하여 흑연 조각을 프리패터닝된 기판 상에 접촉시킴으로써 기판 위에 흑연조각을 올려놓는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In addition, the step of placing the graphite pieces on the substrate is preferably characterized in that the graphite pieces are put on the substrate by contacting the graphite pieces on the pre-patterned substrate using an adhesive member.
또한, 상기 기판에 전기장을 걸어주는 단계는 상술한 바와 같이, 게이트 전극을 통해 절연체가 견딜 수 있는 최고 전기장이 형성되도록 전압을 가함으로써 수행하는 것이 바람직하며, 상기 기판의 절연층은 SiO2로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the step of applying an electric field to the substrate is preferably carried out by applying a voltage to form the highest electric field that the insulator can withstand through the gate electrode, the insulating layer of the substrate is made of SiO 2 This is preferred.
또한 상기 전기장을 걸어줌과 동시에 혹은 순차적으로 상기 전기장이 형성되어 있는 상기 기판 상의 흑연 조각을 끌어주는 경우, 접착성 부재를 이용하여 그 일면을 접촉시킨 상태에서 끌어줌으로써 상기 기판 상의 흑연조각의 일부를 떼어내어 흑연 박막을 기판 상에 분리해내는 것이 바람직하다. In addition, when drawing the graphite fragments on the substrate on which the electric field is formed at the same time or sequentially applying the electric field, a portion of the graphite fragments on the substrate is drawn by pulling in a state in which one surface thereof is contacted using an adhesive member. It is preferable to peel off and isolate a graphite thin film on a board | substrate.
나아가, 상술한 바와 같이, 기판 상에 전기장이 형성되어 있는 상태에서 흑연 조각을 끌어주어(dragging) 매우 얇은 흑연박막을 얻는 이 기술은, 향후 프리패터닝된 기판위에 게이트 전극을 적절히 배치함으로서 기판의 원하는 위치에서 그래핀 또는 FLG를 이용한 금속트랜지스터 또는 스핀밸브와 같은 소자로 이루어진 집적회로를 제조하는데 사용될 수 있을 것이다.Furthermore, as described above, this technique of obtaining a very thin graphite thin film by dragging a piece of graphite in the state where an electric field is formed on the substrate is further desired by appropriately placing a gate electrode on the pre-patterned substrate. It may be used to fabricate integrated circuits consisting of devices such as metal transistors or spin valves using graphene or FLG in position.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.
[실시예] EXAMPLE
흑연 그래핀 제조Graphite graphene manufacturers
먼저, 약 1mm x 1mm 크기의 양면 셀로판 테이프의 작은 조각을 초소형 재물대(micro stage)에 탑재된 핀셋의 끝에 부착하였다. First, a small piece of double-sided cellophane tape, about 1 mm x 1 mm in size, was attached to the tip of the tweezers mounted on a micro stage.
깨끗한 HOPG 표면 위에 상기 테이프를 붙이고 micro stage를 들어올려, 작은 흑연 조각(HOPG)을 얻었다. 이 흑연조각을 micro stage 조작을 통해 광학현미경으로 관찰하면서 프리패터닝된 기판에 접촉시킨 후(도 3), back gate에 절연체가 견딜 수 있는 최고전압까지 걸어주었다. 전압이 걸린 상태에서 흑연조각을 dragging(끌어주기)하여 매우 얇은 흑연박막을 얻어내었다. 최고전압을 걸어주면 접착력 증가로 인하여 기판과 흑연조각 간의 접촉 면적이 넓어지는데 이 상태에서 끌어주면 흑연조각이 쉽게 찢어지기 때문에, micro stage를 이용해 약간 들어올려서 끌어줌으로써 끌려가는 흑연조각의 길이가 대략 0.1mm 이하가 되도록 하였다.The tape was placed on a clean HOPG surface and the micro stage was lifted to obtain a small piece of graphite (HOPG). The graphite fragments were contacted to the prepatterned substrate while being observed with an optical microscope through a micro stage manipulation (FIG. 3), and the back gate was applied to the maximum voltage that the insulator could withstand. A very thin graphite thin film was obtained by dragging a piece of graphite under voltage. When the maximum voltage is applied, the contact area between the substrate and the graphite fragments is widened due to the increase of the adhesive force, and the graphite fragments are easily torn when dragged in this state. It was made to be mm or less.
상기 dragging후 기판 위에 남겨짐으로써 얻어진 흑연박막에 대하여 마이크로 라만 스펙트럼을 수행하였으며, 그 결과를 도 6에 도시하였다. The micro Raman spectrum was performed on the graphite thin film obtained by leaving on the substrate after the dragging, and the result is shown in FIG. 6.
도 6에서 보듯이, 일부 샘플은 그래핀과 같은 라만 스펙트럼을 보여주었으며, 그 결과 본 발명의 방법에 따라 제조시 그래핀 또는 FLG를 얻는 것을 확인할 수 있었다. 라만스펙트럼의 G peak의 모양은 흑연층수에 상관없이 로렌츠얀 형태(Lorentian line shape)를 하고 있는 반면 그 세기는 흑연층수의 역수에 비례한다. 2D peak는 반대로 세기는 층수에 관계없이 일정하지만 그 형태는 층수에 따라 여러개의 peak 이 합성된 형태를 갖고 있다. 그러므로 2D peak 과 G peak 의 상대적인 크기비율과 2D peak 의 형태를 보면 흑연박막의 층수를 알 수 있는 것이다. 도 6 과 같이 2D peak 이 단일 peak 의 형태를 갖고 있고 G peak의 세기가 2D peak 에 비해 2배 이상 작게 나왔는데, 이는 흑연단일층인 그래핀에서만 나타나는 라만스펙트럼형태이다. As shown in FIG. 6, some samples showed Raman spectra such as graphene, and as a result, it was confirmed that graphene or FLG was obtained according to the method of the present invention. The shape of the G peak of the Raman spectrum has a Lorentzyan shape regardless of the number of graphite layers, while its intensity is proportional to the inverse of the number of graphite layers. On the contrary, the intensity of 2D peaks is constant regardless of the number of layers, but the shape is composed of several peaks synthesized according to the number of layers. Therefore, the relative size ratio of 2D peak and G peak and the shape of 2D peak reveal the number of layers of graphite thin film. As shown in FIG. 6, the 2D peak has the form of a single peak, and the intensity of the G peak is more than twice smaller than that of the 2D peak, which is a Raman spectrum form only in graphene as a single layer of graphite.
이상 상기에서 기재한 바와 같이 본 발명에 따른 정전기력을 이용하여 흑연 박막인 그래핀 또는 FLG를 제조하는 방법은, 고 진공 시설을 필요로 하지 않고 화학적 공정 또한 거치지 않고 흑연 박막을 얻을 수 있으며, HOPG와 셀로판 테이프의 품질에 의존하지 않을 뿐만 아니라, 정전기력을 이용하여 상대적으로 프리패터닝된 기판상에 흑연 박막을 원하는 곳에 위치시키기 쉬운 효과가 있다. As described above, the method for producing graphene or FLG, which is a graphite thin film using the electrostatic force according to the present invention, does not require a high vacuum facility and does not undergo a chemical process, thereby obtaining a graphite thin film. Not only does it depend on the quality of the cellophane tape, it also has the effect of easily placing the graphite thin film on a desired position on a relatively prepatterned substrate using electrostatic force.
Claims (8)
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|---|---|---|---|
| KR1020070047008A KR100819458B1 (en) | 2007-05-15 | 2007-05-15 | Electrostatic force enhanced micro cleavage method for graphene extraction from graphite |
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| KR100819458B1 true KR100819458B1 (en) | 2008-04-04 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101067085B1 (en) | 2009-05-06 | 2011-09-22 | 경희대학교 산학협력단 | Catalyst-free graphene growth method |
| US9105378B2 (en) | 2011-10-24 | 2015-08-11 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Graphene transparent electrode and method for manufacturing the same |
| US9406513B2 (en) | 2013-04-09 | 2016-08-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Graphene laminate with band gap |
| KR102244823B1 (en) | 2019-12-09 | 2021-04-26 | 한국화학연구원 | Coating method of graphene oxide by electrophoretic deposition on 3-dimensional metal surface |
-
2007
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ralf Wellmann et al.,Growth of graphene layers on HOPG via exposure to methyl radicals,Surface Science,September 2003,Volume 542,Issues 1-2,pp 81-93 |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR101067085B1 (en) | 2009-05-06 | 2011-09-22 | 경희대학교 산학협력단 | Catalyst-free graphene growth method |
| US9105378B2 (en) | 2011-10-24 | 2015-08-11 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Graphene transparent electrode and method for manufacturing the same |
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