KR101220421B1 - 임프린트 기법을 이용한 그래핀 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패터닝된 그래핀을 원하는 위치에 전사할 수 있고, 그래파이트화 촉매의 식각에 따른 오염 문제가 없는 그래핀 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 그래핀 패턴 형성 방법의 일 구성은 마스터 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 임프린트 스탬프를 준비하는 단계; 상기 임프린트 스탬프 상에 그래파이트화 촉매를 포함하는 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막이 형성된 임프린트 스탬프 상에 그래핀을 형성하는 단계; 및 상기 임프린트 스탬프 상에 형성된 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

임프린트 기법을 이용한 그래핀 패턴 형성 방법{Method of forming graphene pattern utilizing imprint}
본 발명은 그래핀(graphene) 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임프린트 기법을 이용해 그래핀 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
그래핀은 그래파이트(graphite)와 같이 복수개의 탄소 원자들이 2차원으로 서로 공유결합하여 이루어진 폴리시클릭 방향족 분자로 구성된 물질이며, 그래파이트와는 달리 단층 또는 2 ~ 3층으로 아주 얇게 형성되어 있다. 이러한 그래핀은 유연하고 전기 전도도가 매우 높으며 투명하기 때문에, 투명하고 휘어지는 전극으로 사용하거나 전자 소자에서 전자 수송층과 같은 전자 전송 물질로 활용하려는 연구가 진행되고 있다.
고품위/고품질의 그래핀은 각종 장치의 전자방출원(electron emitter), VFD(Vacuum Fluorescent Display), 백색광원, FED(Field Emission Display), 리튬이온 2차 전지 전극, 수소저장 연료전지, 나노 와이어, 나노 캡슐, 나노 핀셋, AFM/STM 팁(tip), 단전자 소자, 가스 센서, 의공학용 미세 부품, 고기능 복합체 등에서 무한한 응용 가능성을 보여주고 있다. 그래핀은 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가지며, 직경이 작고 길이가 긴 특성 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 등의 소재로서 뛰어난 성질을 보이고, 나노 크기의 각종 전자 소자로서의 응용성이 매우 크다.
그래핀은 특히 태양 전지 또는 광검출기와 같이 빛을 받아 이를 전기로 전환하는 광기전력(photovoltaic) 원리를 이용하는 전자 소자의 전자 수송층 및 투명 전극으로서 크게 주목 받고 있다. 전자 소자의 투명 전극으로는 ITO(Indium Tin Oxide)가 가장 널리 사용되고 있으나, 주재료인 인듐(In)의 가격 상승 및 고갈 가능성으로 인해 제조비용이 높아지고 있으며, 유연성이 없기 때문에 휘어지는 소자에 적용하기 곤란한 점이 있다.
기존에 그래핀을 얻는 방법에는 미세 기계적(micromechanical) 방법과 SiC 결정 열분해 방법이 있다. 미세 기계적 방법은 그래파이트 시료에 스카치테이프를 붙인 다음 이를 떼어내어, 스카치테이프 표면에 그래파이트로부터 떨어져 나온 시트(sheet) 형태의 그래핀을 얻는 방식이다. 이 경우 떼어져 나온 그래핀 시트는 그 층의 수가 일정하지 않으며, 모양도 종이가 찢긴 형상으로 일정하지가 않다. 더욱이 대면적으로 그래핀 시트를 얻는 것은 지극히 곤란하다는 단점이 있다. 그리고 SiC 결정 열분해 방법은 SiC 단결정을 가열하게 되면 표면의 SiC는 분해되어 Si은 제거되고 남아 있는 탄소(C)에 의하여 그래핀이 생성되는 원리를 이용한다. 이 방법의 경우 출발 물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그래핀을 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
최근에는 그래파이트화 촉매를 이용하여 그래핀을 형성하는 방법이 연구되고 있다. 이를 도 1에 나타내었다.
그래파이트화 촉매를 이용한 그래핀 형성 방법은 우선, 기판(110) 상에 그래파이트화 촉매(120)를 형성한다. 기판(110)은 실리콘(Si) 기판 또는 산화 실리콘(SiO2) 기판이 이용되고, 그래파이트화 촉매(120)는 니켈(Ni) 박막이 이용된다. 다음으로, 그래파이트화 촉매(120) 상에 기상 탄소 공급원을 공급하며 열처리하여 그래파이트화 촉매(120) 상에 그래핀(130)을 형성한다. 이 때, 기상 탄소 공급원은 아세틸렌(C2H2) 또는 메탄(CH4) 등이 이용된다. 그리고 그래핀(130)이 형성되어 있는 기판(110)을 자연 냉각하여 그래핀(130)을 일정한 배열로 성장시킨다.
다음으로, 그래핀(130)이 형성된 기판(110)을 그래파이트화 촉매(120) 식각 용액에 담가 그래핀 시트(140)로 분리한다. 그래파이트화 촉매(120)로 니켈 박막이 사용되는 경우, 식각 용액은 0.1M의 HCl 수용액이 이용된다. 그리고 분리된 그래핀 시트(140)를 별도의 소자 제작용 기판(미도시) 상에 전사하여, 그래핀이 형성된 기판을 제조할 수 있게 된다.
그러나 이와 같은 방법으로 그래핀이 형성된 기판을 제조하게 되면, 소자 제작용 기판의 원하는 위치에 그래핀을 위치시키는 것이 용이치 않다. 또한, 소자 제작용 기판에 그래핀을 형성하여도 추가적으로 패터닝 과정이 필요하게 된다.
현재 임프린트 공정에 의해 그래핀을 패터닝하는 데에는 스텐실 마스크를 이용하여 건식 식각에 의해서 그래파이트를 에칭하여 그래파이트 스탬프를 제조하며, 그래핀 패턴의 전사를 위해서는 원하는 기판 상단에 물리적인 압착에 의해서 패턴된 그래핀이 전사되는 방법 등이 연구 중에 있다. 그러나, 그래핀의 패턴 선폭이 수 ㎛ 스케일의 패턴만 가능하며 전사된 그래핀의 두께가 수 백층이 되는 등 1 ~ 2 층의 그래핀을 전사하는 데에는 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 패터닝된 그래핀을 원하는 위치에 전사할 수 있고, 전사된 그래핀의 두께 조절이 용이한 그래핀 패턴 형성 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 그래핀 패턴 형성 방법의 일 구성은 마스터 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 임프린트 스탬프를 준비하는 단계; 상기 임프린트 스탬프 상에 그래파이트화 촉매를 포함하는 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막이 형성된 임프린트 스탬프 상에 그래핀을 형성하는 단계; 및 상기 임프린트 스탬프 상에 형성된 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 그래핀 패턴 형성 방법의 다른 구성은 마스터 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 임프린트 스탬프를 준비하는 단계; 상기 임프린트 스탬프 상에 그래파이트화 촉매를 포함하는 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막이 형성된 임프린트 스탬프 상에 그래핀을 형성하는 단계; 상기 그래핀이 형성된 임프린트 스탬프 상에 폴리머를 캐스팅하고 상기 금속막을 제거하여 상기 그래핀을 포함하는 폴리머 몰드를 제조하는 단계; 및 상기 폴리머 몰드에 포함된 상기 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 방법들에 있어서, 상기 그래핀을 형성하는 단계는, 비결정상 탄소 물질을 상기 금속막과 접촉시켜 불활성 분위기 하에서 300 ~ 2000 ℃에서 열처리하는 것일 수 있다.
상기 그래핀을 형성하는 단계는, 반응 가스로 탄소 함유 가스를 사용하고, 300 ~ 2000 ℃의 온도에서 0.001 내지 100 시간 조건하에서 화학기상증착(CVD)법으로 수행하는 것일 수도 있는데, 이 때 상기 탄소 함유 가스가 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 방법들에 있어서, 상기 임프린트 스탬프 상에 형성된 그래핀 또는 상기 폴리머 몰드에 포함된 상기 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계는 전기장을 이용할 수 있다.
상기 전기장을 걸어주는 단계의 전압 세기를 조절하여 상기 소자 제작용 기판 상에 전사되는 그래핀 패턴의 층수를 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 임프린트 스탬프 상에 그래핀을 형성한 후 이를 소자 제작용 기판 상에 임프린트 방법을 이용하여 전사하므로, 그래핀 전사가 용이하게 되며, 소자 제작용 기판의 원하는 위치에 패터닝된 그래핀을 형성시킬 수 있다. 따라서 그래핀 전사 후 추가적으로 패터닝 공정이 필요 없게 되어, 시간과 비용이 절약된다. 그리고 임프린트 스탬프를 반복적으로 사용할 수 있으므로, 생산성이 향상된다.
본 발명에 따르면 전기장을 이용하여 그래핀 패턴을 전사하는 경우, 전압 세기를 조절하여 임프린트 스탬프 상의 그래핀을 전사시키는 그래핀 패턴의 층수 조절이 가능하기 때문에 전사된 그래핀의 두께 조절이 용이하다. 본 발명에 따라, 패턴된 1 ~ 2층의 그래핀 또는 FLG(Few Layer Graphite, ~20층 이하[~5 nm 이하])를 원하는 기판 또는 박막 상단에 전사하여 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET) 또는 디스플레이 소자의 투명전극으로 적용이 가능하다.
도 1은 종래의 그래파이트화 촉매를 이용한 그래핀 형성 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀 패턴 형성 방법 중 폴리머 몰드를 제조하는 방법을 보이는 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 임프린트 기법을 이용한 그래핀 패턴 형성 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 패턴 형성 방법은 우선, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 마스터 기판(200) 상에 패턴(205)이 형성되어 있는 임프린트 스탬프(210)를 준비한다. 그래핀을 소자 제작용 기판에 전사할 때 원하는 그래핀 패턴이 형성되도록, 임프린트 스탬프(210)는 원하는 그래핀 패턴에 대응되는 패턴(205)을 갖도록 제조하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 패턴(205)이 기둥(pillar) 모양을 가지는 경우를 예로 들어 설명한다.
이러한 임프린트 스탬프(210)는 리소그라피 공정에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 재질의 마스터 기판(200) 혹은 그러한 마스터 기판(200) 상에 형성된 소정의 물질층 상에 포토레지스트(photoresist) 또는 전자빔 레지스트(e-beam resist)로 이루어진 레지스트(미도시)를 도포한 후, 레지스트를 원자외선(deep UV) 또는 전자빔(e-beam)에 노광하고 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. 레지스트 패턴에 의해 임프린트 스탬프(210)의 패턴(205) 형상이 결정되므로, 임프린트 스탬프(210)의 패턴(205) 형상에 대응되도록 레지스트 패턴을 형성시킨다. 레지스트 패턴을 이용해 마스터 기판(200) 혹은 마스터 기판(200) 상에 형성된 소정의 물질층을 식각하여 패턴(205)을 형성한 후, 레지스트 패턴을 제거한다.
임프린트 스탬프(210)의 패턴(205) 형태 및 선폭을 조절하면 전사되는 그래핀 패턴의 패턴 형태 및 선폭이 조절된다. 특히 전자빔 리소그라피를 이용하면 임프린트 스탬프(210)의 패턴(205) 선폭이 나노 크기가 되어 나노 크기의 그래핀 패턴을 전사할 수 있게 된다.
삭제
다음에 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 임프린트 스탬프(210) 상에 그래핀 형성을 촉진하기 위한 촉매, 즉 그래파이트화 촉매를 포함하는 금속막(220)을 증착한다. 금속막(220)은 후속 공정에서 공급하는 탄소 성분들이 서로 결합하여 6 각형의 판상 구조를 형성하도록 도와주는 역할을 수행하며, 그 예로서는 그래파이트를 합성하거나, 탄화 반응을 유도하거나, 또는 탄소나노튜브를 제조하는 데 사용되는 촉매를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, Ni, Co, Cu 등을 사용할 수 있다.
금속막(220)은 이러한 금속의 착체 또는 금속의 알콕사이드를 알코올 등의 용매에 용해시킨 후 임프린트 스탬프(210) 위에 도포하여 건조시켜 형성할 수 있다. 아니면 열증착, 스퍼터링 등의 금속 증착 방법으로 임프린트 스탬프(210) 위에 바로 증착시켜 형성할 수도 있다.
다음, 도 2(c)에 도시한 바와 같이 금속막(220)이 형성된 임프린트 스탬프(210) 상에 그래핀(230)을 형성하여 그래핀 스탬프(235)를 제조한다. 그래핀(230)은 금속막(220) 상에 탄소 공급원으로서 탄소계 물질을 접촉시킨 후, 불활성 분위기 또는 환원성 분위기 하에 열처리하여 금속막(220) 상에 형성한다. 그래핀(230)은 1 ~ 2층으로 형성하거나 그보다 두껍게 형성할 수 있다.
금속막(220)과 접촉하는 탄소계 물질은 탄소를 포함한 어떠한 구조 및 조성이라도 제한없이 사용할 수 있다. 다만 치밀한 그래파이트층을 형성하여 그래핀으로 변환시키기 위해서는 탄소계 물질의 밀도가 치밀한 것이 바람직하다. 바람직하게는 비결정상 탄소 물질을 금속막(220)과 접촉시켜 불활성 분위기 하에서 300 ~ 2000 ℃에서 열처리하여 그래핀(230)을 형성한다. 탄소 물질은 열처리시 금속막(220) 안에 고용되었다가 냉각시 금속막(220) 표면에 그래핀(230)으로 석출될 수 있다.
상기 탄소계 물질의 공급원으로서 기상 탄소계 물질을 반응 가스로 이용하는 경우, 기상 탄소계 물질은 금속막(220)과 기상으로 접촉하여 열분해됨으로써 그래핀(230)을 형성하게 된다. 이와 같은 기상 탄소계 물질로서는 탄소를 포함하는 가스를 공급할 수 있으며, 300℃ 이상의 온도에서 기상으로 존재할 수 있는 물질이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 상기 기상 탄소계 물질로서는 탄소를 함유하는 화합물이면 가능하며, 탄소수 6개 이하의 화합물이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 탄소수 4개 이하의 화합물이고, 가장 바람직하게는 탄소수 2개 이하의 화합물이다. 그러한 예로서는 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이와 같은 기상 탄소계 물질은 그래파이트화 촉매를 포함하는 금속막(220)이 존재하는 챔버 내에 탄소 함유 가스로서 일정한 압력으로 투입되는 것이 바람직하며, 상기 챔버 내에서는 상기 기상 탄소계 물질만 존재하거나, 또는 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.
그래핀(230)은 특히 300 ~ 2000 ℃의 온도에서 0.001 내지 100 시간 조건하에서 화학기상증착(CVD)법에 의하여 합성하는 것이 바람직하다. 상기 기상 탄소계 물질과 더불어 수소를 사용할 수 있다. 수소는 금속막(220)의 표면을 깨끗하게 유지하여 기상 반응을 제어하기 위하여 사용될 수 있으며, 챔버 전체 부피의 5 내지 40 부피% 사용가능하고, 바람직하게는 10 내지 30 부피%이며, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 부피%이다.
다음으로, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 이와 같은 방법으로 제조한 그래핀 스탬프(235)를 가지고 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판(240)에 전사한다. 그러면, 도 2(e)에 도시된 바와 같이, 소자 제작용 기판(240) 상에 패턴(205)과 대응되는 모양의 그래핀 패턴(250)이 형성된다. 소자 제작용 기판(240)은 모든 기판이 이용 가능하며, 유리(glass), 석영(quartz), Al2O3 , SiC 등의 투명한 무기물 기판, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PS(폴리스티렌), PI(폴리이미드), PVC(폴리염화비닐), PVP(poly vinyl pyrrolidone), PE(폴리에틸렌) 등의 투명한 유기물 기판 또는 Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP 등의 기판 또는 이러한 기판에 소정의 물질 박막이 형성된 것 등이 이용될 수 있다.
이 때, 임프린트 스탬프(210) 상에 형성된 그래핀(230)을 소자 제작용 기판(240) 상에 전사되도록 하는 데에 단순히 접촉을 시키거나 접착성 부재를 사용하고 압력을 인가할 수 있다. 그래핀 스탬프(235) 안의 그래핀(230)을 1 ~ 2층으로 형성한 경우에는 이러한 전사 작업을 1 회 수행하여 그래핀(230)을 모두 전사함으로써 1 ~ 2층으로 된 그래핀 패턴(250)을 형성할 수 있으며, 그래핀(230)을 보다 두껍게 한 경우에는 이러한 전사 작업의 압력을 달리하여 1 회 수행하거나 수 회 반복적으로 수행하여 전사된 그래핀 패턴(250)의 그래핀 층 수를 용이하게 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 패턴된 1 ~ 2층의 그래핀 또는 FLG(Few Layer Graphite, ~20층 이하[~5 nm 이하])를 원하는 기판 또는 박막 상단에 전사하기가 매우 용이하여, FET 또는 디스플레이 소자의 투명전극으로 적용이 가능하다.
그래핀 전사를 하는 데에 압력을 인가하는 방법 이외에 혹은 더불어, 전기장을 이용할 수도 있는데, 먼저 그래핀(230)이 형성된 임프린트 스탬프(210)를 소자 제작용 기판(240) 상에 접촉시킨 후 전기장을 걸어준다. 전기장을 걸어줌과 동시에 혹은 순차적으로 임프린트 스탬프(210)를 소자 제작용 기판(240)으로부터 떼어낸다. 이러한 방법을 통해 그래핀(230)의 일부 혹은 전부를 소자 제작용 기판(240)에 그래핀 패턴(250)으로 전사할 수 있다. 그래핀 패턴(250)은 소자 제작용 기판(240) 상에 정전기력으로 결합된다.
전기장을 이용하여 그래핀 패턴(250)을 전사하는 경우, 정전기력은 그래핀(230)과 소자 제작용 기판(240) 사이의 부착력을 증가시킨다. 따라서, 전압 세기를 증가시켜 전기장 세기를 증가시키는 경우 더욱 많은 층수의 그래핀 패턴(250) 전사가 가능하고 전압 세기를 감소시켜 전기상 세기를 감소시키는 경우 이보다 적은 층수의 그래핀 패턴(250) 전사가 가능하다. 이처럼 전기장을 이용하면 전압 세기 조절을 통해서 임프린트 스탬프(210) 상의 그래핀(230)을 전사시키는 그래핀 층수 조절이 가능하기 때문에 전사된 그래핀 패턴(250)의 두께 조절이 용이하다.
이와 같은 방법을 이용하여 소자 제작용 기판(240)에 그래핀 패턴(250)을 형성하게 되면, 종래의 방법과는 다르게, 추가적으로 그래핀을 패터닝할 필요가 없게 된다. 그리고 임프린트 스탬프(210)를 이용하여 임프린트 기법으로 소자 제작용 기판(240)에 그래핀 패턴(250)을 전사하므로, 원하는 위치에 그래핀 패턴(250)을 전사할 수 있다. 또한, 임프린트 스탬프(210) 상에 그래핀(230)을 두껍게 형성한다면, 하나의 그래핀(230) 형성 과정을 통해 여러 기판에 그래핀 패턴(250)을 전사할 수 있다. 그리고 그래파이트화 촉매로 이루어진 금속막(220)을 매번 식각 등으로 제거하지 않아도 되므로 오염의 문제가 없고, 임프린트 스탬프(210) 상에 형성된 그래핀(230)을 모두 전사시킨 후, 금속막(220)을 그대로 이용하여 다시 임프린트 스탬프(210) 상에 그래핀(230)을 형성시켜 이용할 수 있어, 생산성이 향상된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 도 3(a) 내지 도 3(c)까지는 도 2(a) 내지 도 2(c)에 대응된다. 즉 본 실시예에서는 도 2(a) 내지 도 2(c)를 참조하여 설명한 바와 같이 임프린트 스탬프(210) 상에 그래핀(230)을 형성하여 그래핀 스탬프(235)를 제조하는 과정까지는 동일하다. 그 후 본 실시예에서는 그래핀 스탬프(235) 상에 폴리머를 캐스팅하고 금속막(220)을 제거하여 그래핀(230)을 포함하는 폴리머 몰드를 제조하여 임프린트에 이용한다. 이 방법은 패턴(205)과 역상의 그래핀 패턴을 전사하는 데 이용될 수 있는 방법이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀 패턴 형성 방법 중 폴리머 몰드를 제조하는 방법을 보이는 도면이다.
도 4(a)에 도시한 것과 같이 소정의 몰드(미도시)를 임프린트 스탬프(210) 상단 테두리에 형성하고, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 등의 폴리머 용융액을 그 위에 부은 후 경화시켜 폴리머층(236)을 형성한다.
다음 도 4(b)를 참조하여, 그래핀(230) 하단의 금속막(220)을 산처리 등의 방법으로 녹여 제거하면 임프린트 스탬프(210)로부터 폴리머층(236)과 그래핀(230)이 분리되며 이것은 그래핀(230)을 포함하는 폴리머 몰드(237)로 이용할 수가 있게 된다.
다음, 도 3(d)에 도시한 바와 같이 이와 같은 방법으로 형성된 폴리머 몰드(237)를 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판(240)에 전사하게 되면, 도 3(e)에 도시된 바와 같이, 소자 제작용 기판(240) 상에는 그래핀 패턴(250')이 형성되는데, 이 그래핀 패턴(250')은 임프린트 스탬프(210)의 패턴(205)과는 역상을 가져 홀을 가진 모양으로 형성되게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (16)

  1. 마스터 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 임프린트 스탬프를 준비하는 단계;
    상기 임프린트 스탬프 상에 그래파이트(graphite)화 촉매를 포함하는 금속막을 형성하는 단계;
    상기 금속막이 형성된 임프린트 스탬프 상에 그래핀(graphene)을 형성하는 단계; 및
    상기 임프린트 스탬프 상에 형성된 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 그래핀을 형성하는 단계는, 비결정상 탄소 물질을 상기 금속막과 접촉시켜 불활성 분위기 하에서 300 ~ 2000 ℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 그래핀을 형성하는 단계는, 반응 가스로 탄소 함유 가스를 사용하고, 300 ~ 2000 ℃의 온도에서 0.001 내지 100 시간 조건하에서 화학기상증착(CVD)법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄소 함유 가스가 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 임프린트 스탬프 상에 형성된 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 그래핀이 형성된 임프린트 스탬프를 상기 소자 제작용 기판 상에 접촉시킨 후 전기장을 걸어주는 단계; 및
    상기 전기장을 걸어줌과 동시에 혹은 순차적으로 상기 임프린트 스탬프를 상기 소자 제작용 기판으로부터 떼어내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전기장을 걸어주는 단계의 전압 세기를 조절하여 상기 소자 제작용 기판 상에 전사되는 그래핀 패턴의 층수를 제어하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  9. 마스터 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 임프린트 스탬프를 준비하는 단계;
    상기 임프린트 스탬프 상에 그래파이트(graphite)화 촉매를 포함하는 금속막을 형성하는 단계;
    상기 금속막이 형성된 임프린트 스탬프 상에 그래핀(graphene)을 형성하는 단계;
    상기 그래핀이 형성된 임프린트 스탬프 상에 폴리머를 캐스팅하고 상기 금속막을 제거하여 상기 그래핀을 포함하는 폴리머 몰드를 제조하는 단계; 및
    상기 폴리머 몰드에 포함된 상기 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 그래핀을 형성하는 단계는, 비결정상 탄소 물질을 상기 금속막과 접촉시켜 불활성 분위기하에서 300 ~ 2000 ℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 그래핀을 형성하는 단계는, 반응 가스로 탄소 함유 가스를 사용하고, 300 ~ 2000 ℃의 온도에서 0.001 내지 100 시간 조건하에서 화학기상증착(CVD)법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 탄소 함유 가스가 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  14. 삭제
  15. 제9항 또는 제11항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 폴리머 몰드에 포함된 상기 그래핀을 임프린트 방법을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 전사하여 그래핀 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 폴리머 몰드를 상기 소자 제작용 기판 상에 접촉시킨 후 전기장을 걸어주는 단계; 및
    상기 전기장을 걸어줌과 동시에 혹은 순차적으로 상기 폴리머 몰드를 상기 소자 제작용 기판으로부터 떼어내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전기장을 걸어주는 단계의 전압 세기를 조절하여 상기 소자 제작용 기판 상에 전사되는 그래핀 패턴의 층수를 제어하는 것을 특징으로 하는 그래핀 패턴 형성 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106148909A (zh) * 2015-04-01 2016-11-23 南昌欧菲光学技术有限公司 一种在基材上图案化石墨烯的方法及用于所述方法的模板
US9505624B2 (en) 2014-02-18 2016-11-29 Corning Incorporated Metal-free CVD coating of graphene on glass and other dielectric substrates

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101337027B1 (ko) * 2011-12-21 2013-12-06 고려대학교 산학협력단 그래핀 구조물의 제조 방법
CN103145117B (zh) * 2013-02-28 2015-06-10 中国科学院化学研究所 一种制备石墨烯的方法
KR101443853B1 (ko) * 2013-04-23 2014-09-23 경희대학교 산학협력단 그래핀 상의 잔여물 제거 방법
KR101579935B1 (ko) * 2013-10-31 2015-12-28 한국기계연구원 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치
KR101982156B1 (ko) * 2014-03-18 2019-05-24 한화에어로스페이스 주식회사 그래핀 전사 방법
KR101682501B1 (ko) 2014-07-04 2016-12-05 국민대학교산학협력단 은 나노와이어 패턴층 및 그래핀층을 포함하는 투명전극 및 그 제조방법
KR101645533B1 (ko) 2014-07-18 2016-08-08 연세대학교 산학협력단 기판 식각 방법 및 장치, 기판 식각용 스탬프 및 이의 제조 방법
KR101630070B1 (ko) * 2014-10-08 2016-06-14 경희대학교 산학협력단 그래핀 및 자발적 패턴 전사를 이용한 그래핀 성장 방법
KR101671694B1 (ko) * 2015-08-19 2016-11-02 광주과학기술원 수소 센서의 제조방법 및 이에 의해 제조된 수소 센서
KR102567982B1 (ko) * 2018-02-23 2023-08-18 서울대학교산학협력단 전극 구조체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 전기 화학 소자
CN113104809B (zh) * 2021-04-08 2024-07-02 德州学院 一种利用图形化衬底压印制备石墨烯纳米网的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040065752A (ko) * 2003-01-16 2004-07-23 엘지전자 주식회사 나노 임프린트 제조 방법
KR20080073824A (ko) * 2007-02-07 2008-08-12 주식회사 에스앤에스텍 블랭크 스탬프 및 나노 임프린트 리소그래피용 스탬프
KR20090043418A (ko) * 2007-10-29 2009-05-06 삼성전자주식회사 그라펜 시트 및 그의 제조방법
KR20100046633A (ko) * 2008-10-27 2010-05-07 삼성전자주식회사 그라펜 시트로부터 탄소화 촉매를 제거하는 방법 및 그라펜시트의 전사 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040065752A (ko) * 2003-01-16 2004-07-23 엘지전자 주식회사 나노 임프린트 제조 방법
KR20080073824A (ko) * 2007-02-07 2008-08-12 주식회사 에스앤에스텍 블랭크 스탬프 및 나노 임프린트 리소그래피용 스탬프
KR20090043418A (ko) * 2007-10-29 2009-05-06 삼성전자주식회사 그라펜 시트 및 그의 제조방법
KR20100046633A (ko) * 2008-10-27 2010-05-07 삼성전자주식회사 그라펜 시트로부터 탄소화 촉매를 제거하는 방법 및 그라펜시트의 전사 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9505624B2 (en) 2014-02-18 2016-11-29 Corning Incorporated Metal-free CVD coating of graphene on glass and other dielectric substrates
US9970101B2 (en) 2014-02-18 2018-05-15 Corning Incorporated Metal-free CVD coating of graphene on glass and other dielectric substrates
CN106148909A (zh) * 2015-04-01 2016-11-23 南昌欧菲光学技术有限公司 一种在基材上图案化石墨烯的方法及用于所述方法的模板

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