KR101250924B1 - 그래핀의 합성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 그래핀 합성 방법은 유전 기판을 준비하는 단계와, 상기 유전 기판을 전기로의 튜브에 장착하는 단계와, 상기 전기로의 온도를 반응 온도로 상승시키는 단계와, 상기 반응온도로 상승된 상기 전기로의 튜브에 탄소 전구체를 주입하여 열분해함으로써 상기 유전 기판 상에 화학 기상 증착법으로 그래핀을 합성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

그래핀의 합성 방법{Method of synthesizing graphene}
본 발명은 그래핀의 합성 방법에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 sp2 결합 탄소 원자로 이루어진 육각형 구조의 단층 2차원 구조체이다. 그래핀은 지극히 높은 캐리어 이동도로 인해 전기 소자 응용을 위해서 가장 각광받는 물질중의 하나이다. 단일층 그래핀이 발견된 이래로, 큰 그레인 크기를 갖는 질 좋은 단일층 그래핀의 합성을 위한 많은 노력이 진행되고 있다.
그런데, 종래의 합성 방법들은 전자 소자, 특히 가장 보편적인 모스펫 소자의 제조 공정과 양립하기가 어렵다. 왜냐하면, 종래의 합성 방법들은 유전 기판(dielectric substrate) 상에 그래핀을 바로 합성하는 것이 아니고, 금속 촉매층(metal catalyst layer)을 제거하고 그래핀을 유전 기판 상에 이동시키는 추가 공정이 필요하기 때문이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 유전 기판 상에 그래핀을 직접적으로 합성하는 그래핀 합성 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀 합성 방법은 유전 기판을 준비하는 단계와, 상기 유전 기판을 전기로의 튜브에 장착하는 단계와, 상기 전기로의 온도를 반응 온도로 상승시키는 단계와, 상기 반응온도로 상승된 상기 전기로의 튜브에 탄소 전구체를 주입하여 열분해함으로써 상기 유전 기판 상에 화학 기상 증착법으로 그래핀을 합성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 유전 기판은 사파이어 기판 또는 유리 기판일 수 있다. 상기 사파이어 기판은 α-Al2O3 (0001) 기판 또는 α-Al2O3 (11-20) 기판일 수 있다. 상기 유리 기판은 st-컷 유리 기판일 수 있다. 상기 탄소 전구체는 메탄 가스이고, 상기 탄소 전구체의 열분해는 900 내지 1000℃에서 수행할 수 있다.
본 발명의 타 측면에 따른 그래핀 합성 방법은 유전 기판 상에 탄소 전구체를 도입하는 단계와, 상기 탄소 전구체를 열분해하여 화학 기상 증착법으로 상기 유전 기판 상에 그래핀을 합성하는 단계를 포함한다. 상기 그래핀 합성 단계는, 상기 유전 기판 상에 상기 탄소 전구체를 도입하여 그래핀 핵을 생성하는 단계와, 상기 그래핀 핵을 성장시켜 그래핀 도트를 형성하는 단계와, 상기 그래핀 도트를 성장시키는 단계와, 상기 그래핀 도트의 계속적인 성장에 따라 그래핀막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 그래핀 핵은 상기 유전 기판의 단차 모서리(step edge)에서 우선적으로 발생될 수 있다. 상기 그래핀 도트는 상기 유전 기판의 단차 모서리를 넘어 상기 유전 기판의 안쪽으로 전파되어 형성될 수 있다. 상기 그래핀막은 상기 그래핀 도트가 서로 결합되면서 형성되고 상기 그래핀 도트들 사이에는 리플(ripple)이 형성될 수 있다.
본 발명의 그래핀 합성 방법은 유전 기판 상에 탄소 전구체를 주입하여 열분해함으로써 화학기상증착법으로 직접적으로 그래핀을 합성한다. 이에 따라, 본 발명의 그래핀 합성 방법은 전자 소자, 특히 가장 보편적인 모스펫 소자의 제조 공정과 양립할 수 있다.
본 발명의 그래핀 합성 방법은 유전 기판(dielectric substrate) 상에 그래핀막을 바로 형성하기 때문에 금속 촉매층(metal catalyst layer)을 제거하고 그래핀막을 유전 기판 상에 이동시키는 추가 공정이 필요없어 공정 단순화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 합성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 그래핀의 합성 방법의 메카니즘을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 의하여 형성된 그래핀막의 이미지, 두께 및 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1에 의하여 형성된 그래핀막을 형성할 때 시간에 따른 그래핀막의 이미지 및 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 의하여 그래핀막을 형성할 때 이용되는 사파이어 기판의 결정 구조를 보여주기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 의하여 형성된 그래핀막의 이미지, 및 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 합성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 합성 방법은 상압 화학 기상 증착법(atmospheric chemical vapor deposition(CVD))을 이용한다. 상압 화학 기상 증착법은 대기중에서 화학 기상 증착법으로 그래핀을 합성하는 것이다. 먼저, 유전 기판을 준비한다(S100). 유전 기판은 사파이어 기판 또는 유리 기판일 수 있다. 사파이어 기판은 α-Al2O3 (0001) 기판 또는 α-Al2O3 (11-20) 기판일 수 있다. 본 실시예에서, 유전 기판은 단결정 사파이어 기판으로, α-Al2O3 (0001) 기판을 이용한다.
유전 기판을 아세톤 및 이소프로판올(IPA)로 세정한 후, 유전 기판을 전기로의 튜브, 즉 유리 튜브에 장착한다(S200). 전기로는 유리 튜브를 포함하며, 전기로는 수평튜브형 전기로일 수 있다. 유전 기판은 전기로의 튜브 중앙 부분에 장착될 수 있다. 전기로의 튜브 내로 15분 동안 수소 가스를 주입하고, 전기로의 온도를 반응 온도로 상승시킨다(S300). 반응 온도는 900 내지 1000℃일 수 있고, 바람직하게는 950℃일 수 있다.
전기로에 수소 50sccm과 탄소 전구체, 예컨대 메탄(CH4)가스 30sccm을 지정된 반응 시간동안 주입한다. 이렇게 되면, 탄소 전구체는 열분해되어 유전 기판 상에 화학기상증착법으로 그래핀이 합성된다(S400). 계속하여, 수소 분위기에서 전기로를 단순히 열음으로써 샘플은 상온으로 자연히 냉각된다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 그래핀의 합성 방법의 메카니즘을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 1의 그래핀 합성 방법은 먼저 도 2a에 도시한 바와 같이 핵생성 단계를 포함한다. 탄소 전구체인 메탄 가스가 유전 기판(P) 상에 도입되어 흡착된다. 흡착된 탄소 전구체는 그래핀 핵(N)을 생성하며, 핵생성(nucleation)은 유전 기판(P)의 단차 모서리(step edge)에서 우선적으로 발생한다. 핵(N)은 화살표로 표시한 바와 같이 단차 모서리로부터 유전 기판(P)의 안쪽으로 형성될 수 있다.
도 1의 그래핀 합성 방법은 도 2b에 도시한 바와 같이 그래핀 도트 형성 단계를 포함한다. 그래핀 핵(N)이 성장하여 단차 모서리를 넘어 그래핀 도트(GD)룰 형성한다. 그래핀 도트(GD)는 그래핀 핵이 평면 전파(on plane propagation)를 통해 단차 모서리를 넘어 전파되고 성장하면서 형성되는 것이다. 그래핀 도트(GD)는 유전 기판(P)의 단차 모서리를 넘어 유전 기판(P)의 안쪽으로 전파되어 형성된다.
도 1의 그래핀 합성 방법은 도 2c에 도시한 바와 같이 그래핀 도트 성장 단계를 포함한다. 그래핀 도트(GD)는 화살표로 표시한 바와 같이 단차 모서리 안쪽으로 더 확장한다. 다시 말해, 그래핀 도트가 계속적으로 유전 기판의 단차 모서리 안쪽으로 확장하면서 성장한다.
도 1의 그래핀 합성 방법은 도 2d에 도시한 바와 같이 그래핀막 형성 단계를 포함한다. 그래핀 도트(GD)의 크기가 더 커지면서 그래핀막(GF)이 형성된다. 그래핀 도트(GD)가 서로 결합되면서 그래핀 도트(GD)들 사이에는 리플(ripple, RP)이 형성되면서 그래픽막(GF)이 형성된다. 다시 말해, 그래핀막(GF)은 그래핀 도트(GD)가 서로 결합되면서 형성되고 그래핀 도트들 사이에는 리플(ripple)이 형성된다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 합성 방법의 메카니즘은 핵생성 단계, 그래핀 도트 형성 단계, 그래핀 도트 성장 단계 및 그래핀막 형성 단계를 포함하여 완성된다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 의하여 형성된 그래핀막의 이미지, 두께 및 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 3a 및 도 3b는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이 금속 촉매 없이 유전 기판, 예컨대 사파이어 기판인 α-Al2O3 (0001) 기판 상에 2시간 동안 성장된 그래핀의 AFM(atomic force microscopy) 이미지를 도시한 도면이다. 도 3b는 도 3a의 점선 사각형의 확대도이다. 유전 기판 상에 그래핀막이 형성되어 있고, 유전 기판은 여전히 광투과를 나타낸다.
도 3c는 도 1b의 점선 라인을 측정한 그래핀막의 높이를 나타낸다. 도 1c에 도시한 바와 같이 그래핀막의 높이는 약 0.8nm이고, 이는 단일 또는 이중층 그래핀에 해당한다. 도 1c에 도시된 바와 같이 그래핀막의 표면은 상당히 평탄하고 반면에 리플이 그레인 경계에서 검출된다.
도 3d는 그래핀막의 라만 스펙트럼을 도시한 것이다. 라만 스펙트럼은 그래핀막의 특징을 보여주기 위한 최적 방법중의 하나이고, 상세한 라만 특징은 그래핀막이 어떻게 형성되었는가에 따라 상당히 다를 수 있다. 라만 스펙트라 및 이미지는 532nm의 다이오드 레이저를 갖는 라만 분광기(Raman Spectroscope, Alpha 300R, WITec)를 이용하여 얻어졌다. 라만 분광기의 해상도는 약 250nm이고, 여기 레이저 파워(excitation laser power)는 레이저 소스에 의한 열적 손상을 피하기 위해 5mW 아래로 최적화하였다.
도 3d에 도시한 바와 같이, 두 개의 특징적인 G 및 2D 피크가 비슷한 강도를 가지고 1605 및 2698 cm-1에서 관찰되었다. 1352 cm-1에서 D 피크는 그래핀막 모서리 및 리플에서 주로 존재하는 비그래파이트 탄소를 나타낸다. D 피크가 다소 강도가 있지만, 전체적으로 라만 결과는 강한 G 및 2D 피크에 의해 결정된 바와 같이 금속 촉매 없이 유전 기판 상에 높은 품질의 그래핀막의 성공적인 형성 및 성장을 나타낸다.
도 3d에 도시한 바와 같이 G 피크의 위치는 1605cm-1에서 나타나 일반적인 경우 보다 상당히 업시프트(up-shift)되어 존재한다. G 피크 업시프트에 대해서는 2가지 이유를 예상할 수 있다. 첫째로, 그래핀막의 전기적 또는 화학적 도핑이나, 둘째로 그래핀막과 아래 고체 기판 사이에 작용하는 기계적인 스트레인(strain)을 들 수 있다. 그래핀막의 전기적 또는 화학적 도핑의 경우에는, 전자나 홀로 도핑되었을 때, G피크 시프트가 각각 보다 낮은쪽 또는 보다 높은쪽 에너지 방향으로 시프트한다. 1-3x1013/cm2 초과의 높은 도핑 레벨은 G 피크 시프트가 약 20cm-1야기한다. 그러므로, 고농도 도핑은 본 발명 성장 조건에서 타당하지 않기 때문에 도핑 효과는 본 발명의 그래핀막에서 G피크 시프트 25cm-1을 설명하기에 적당하지 않다.
G 피크 업시프트에 대한 가능성 있는 이유는 그래핀막에 인가된 스트레인이다. SIC로부터 성장된 에피텍셜 그래핀막은 결정 불일치로 인해 시프트된 G 피크가 1597cm-1로 알려져 있고, 이는 그래핀막 상에 양방향 압축 스트레스 2.27GPa에 해당한다. 또한, 단일축 스트레인 유도 G 피크 시프트는 그래핀막 상에 단일 방향 스트레칭 스트레스를 인가함으로써 설명될 수 있고, 이에 의해 다운 시프트 G 피크 시프트는 G 피크의 퇴보된 E2g 모드의 브레이크 다운으로 인해 G+ 및 G- 피크로 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의해 형성된 그래핀막은 단결정의 α-Al2O3 (0001) 기판 표면상에 형성되고 G 피크 업시프트를 나타내기 때문에, 압축 스트레스가 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀막에 인가되는 것으로 볼 수 있다. 도 3d의 2698cm-1에서의 2D 피크는 약 50cm-1의 FWHM(Full width half medium)을 갖는 단일 로렌즈 형태를 보여준다. 이에 따라서, 그래핀막의 수는 단일 또는 이중층으로 여겨지고, AFM 이미지 결과와 일치한다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1에 의하여 형성된 그래핀막을 형성할 때 시간에 따른 그래핀막의 이미지 및 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 4a 내지 도 4e는 상세한 그래핀막 성장 공정을 조사하기 위하여 그래핀 도트 및 그래핀막의 성장 시간, 즉 30분, 60분, 90분, 120분, 150분에 따른 그래핀막의 성장 이미지이다.
도 4a 내지 도 4c에 보듯이, 작은 그래핀 도트가 30분 반응(성장) 후에 형성되고, 그래핀 도트의 크기는 90분의 반응까지 점차적으로 증가한다. 도 4a 및 도 4b에 보듯이 그래핀 도트 형태 및 크기는 상당히 불규칙적이고, 그래핀 도트는 평균 직경 250nm 및 예측 성장 속도 200nm/h를 가진다. 그래핀 도트는 확장하고 서로 서로 결합하여 그래핀막을 형성하고, 도 4d에 도시한 바와 같이 결합으로 인해 각 그래핀 도트의 경계 주위로 리플이 형성된다. 그래핀 도트들의 결합에 의한 리플 형성은 도 4c에 화살표에 의하여 도시하였다.
그래핀 도트의 결합에 의한 그래핀막의 지속적인 성장은 그래핀막의 결정성을 증가시킨다. 또한, 도 4f에 도시한 바와 같이 라만 G 피크 및 2D 피크에 의해 금속 촉매 없이 유전 기판 상에 높은 품질의 그래핀막의 성공적인 형성 및 성장을 알 수 있다. 도 4f는 라만 스펙트럼은 G 피크의 강도를 가지고 정규화하여 도시한 것이다. 150분 반응 후에는 도 4e에 도시한 바와 같이 리플의 수가 감소함과 아울러 보다 매끄러운 막 표면을 갖는다.
앞서도 설명한 바와 같이 그래핀 도트 성장 초기 단계 동안에 관찰된 중요한 것은, 도 4a에 도시된 바와 같이 작은 크기의 그래핀 도트가 평면 전파를 통해 단차 모서리로부터 안쪽으로 우선적으로 성장하고, 다음에 단차 모서리를 넘어 보다 길게 성장한다. 이는 핵성장 공정이 낮은 에너지 결합 사이트가 있는 단차 모서리에서 주로 일어남을 알 수 있다.
도 5는 도 1에 의하여 그래핀막을 형성할 때 이용되는 사파이어 기판의 결정 구조를 보여주기 위한 도면이다.
구체적으로, 그래핀(격자 상수 a= 2.468Å)과 α-Al2O3 (0001) 기판(격자 상수 a= 4.762Å)간의 50% 초과의 큰 격자 불일치를 고려할 때, 그래핀이 α-Al2O3 (0001) 기판 상에서 격자 일치 에피택시에 의해 성장하는 것은 불가능하다.
도 5에 도시한 바와 같은 α-Al2O3 (0001) 기판은 밀접하게 결합된 산소 원자 라인을 따라 그래핀 핵생성을 야기할 수 있다. 그러한 핵생성은 산소층 상에서 유사 sp2 하이브리드 전자 환경에 의해 가속된다. α-Al2O3 (0001) 기판 표면은 Al 및 O 층간의 짧아진 거리, 즉 0.8Å에서 0.1Å으로 인해 핵생성이 완화된다. 도 5에 도시한 바와 같이 Al 및 O 층간의 짧아진 거리는 Al이 단지 세 개의 산소 원자들에 종속되고, 이에 따라 산소층 상에서 유사 sp2 재하이브리드 전자 환경을 야기한다. α-Al2O3 (0001) 기판 상에서 Cu (111)의 성장은 그들의 큰 격자 불일치에도 불구하고 앞서 설명한 바와 같은 비슷한 메카니즘에 의해 설명된다. 그러므로, 유사 sp2 표면 전자 환경과 함께 단결정 산소 어레이 평면이 그래핀막으로의 전파뿐만 아니라 그래핀 도트의 핵생성에 관련이 있는 것으로 볼 수 있다. 그러한 새로운 전자 환경은 산소 원자가 장 범위 순서(long range order)로 잘 배열되어 있을 경우 효과적일 수 있고, α-Al2O3 (0001) 기판과 같은 단결정 산화물 기판이 그래핀 성장에 적당하다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 의하여 형성된 그래핀막의 이미지, 및 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 6a는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같은 동일한 조건으로 금속 촉매 없이 유전 기판, 예컨대 사파이어 기판인 α-Al2O3 (11-20) 기판 상에 2시간 동안 성장된 그래핀의 AFM(atomic force microscopy) 이미지를 도시한 도면이다. 도 6a의 내부 도면은 α-Al2O3 (11-20) 기판 상에 1시간 동안 성장된 그래핀 도트의 AFM 이미지이다.
도 6b는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같은 동일한 조건으로 금속 촉매 없이 유전 기판, 예컨대 st-컷 유리 기판 상에 2시간 동안 성장된 그래핀의 AFM 이미지를 도시한 도면이다. 도 6b의 내부 도면은 앞서 도 1에서 설명한 바와 같은 동일한 조건으로 금속 촉매 없이 유전 기판, 예컨대 아몰포스 실리콘 기판, 즉 SiO2/Si 기판 상에 2시간 동안 성장된 그래핀의 AFM 이미지를 도시한 도면이다. 아몰포스 실리콘 기판은 실리콘(100) 기판 상에 300nm 두께의 실리콘 산화막을 성장시킨 것이다. 도 6c는 도 6a 및 도 6b의 그래핀막의 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 α-Al2O3 (11-20) 기판 상에 CVD법으로 그래핀을 합성한 경우와 ST-컷 유리 기판 상에 그래핀을 합성한 경우, 아몰포스 실리콘 산화물 기판 상에 그래핀을 합성한 경우를 테스트한 것을 도시한 것이다. 도 6c에 도시한 바와 같이α-Al2O3 (11-20) 기판 및 st-컷 유리 기판 상에서는 라만 G 피크 및 2D 피크에 의해 금속 촉매 없이 유전 기판 상에 높은 품질의 그래핀막의 성공적인 형성 및 성장을 알 수 있다. 다시 말해, 그래핀 도트 및 그래핀막은 α-Al2O3 (11-20) 및 st-컷 유리 기판 상에서는 성공적으로 성장되지만, 아몰포스 실리콘 산화물 기판 상에서는 그렇지 못하였다. 이러한 결과로부터, 촉매로써의 알루미늄 역할이 제거된다.
이상과 같이 발명은 단일 및 몇 개의 그래핀막이 α-Al2O3(0001) 기판, α-Al2O3 (11-20) 및 st-컷 유리 기판 상에서 금속 촉매 없이 열 CVD법에 의해 성장되었다. 성장의 초기 단계에서, 그래핀 도트는 패싯(facet) 상에서 형성되고, 다음에 큰 크기로 도트로 성장하고, 궁극적으로 서로 결합하여 막을 형성한다. 본 발명의 그래핀막은 큰 결정 불일치 정도로 인해 에피택셜하게 성장하지는 않는다. 유전 기판 상에서 촉매 없이 그래핀 성장을 위해 가장 중요한 환경은 단결정, 장 범위(long range) 규칙 산소 격자 어레이이고, 이는 서로 다른 원소(알루미늄이나 실리콘)와 결정면을 갖는 3개의 기판 상에서 성공적인 그래핀막의 성장을 통해 확인할 수 있다.
P: 기판, N: 그래핀 핵, GD: 그래핀 도트, GF: 그래핀막 RP: 리플, S100-S400: 합성 공정 단계

Claims (9)

  1. α-Al2O3 (0001)기판, α-Al2O3 (11-20)기판, 및 st-컷 유리 기판으로 이루어진 군에서 선택된 유전 기판을 준비하는 단계;
    상기 유전 기판을 전기로의 튜브에 장착하는 단계;
    상기 전기로의 온도를 반응 온도로 상승시키는 단계; 및
    상기 반응온도로 상승된 상기 전기로의 튜브에 탄소 전구체를 주입하여 열분해함으로써 상기 유전 기판 상에 화학 기상 증착법으로 그래핀을 합성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀의 합성 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄소 전구체는 메탄 가스이고, 상기 탄소 전구체의 열분해는 900 내지 1000℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 합성 방법.
  6. α-Al2O3 (0001)기판, α-Al2O3 (11-20)기판, 및 st-컷 유리 기판으로 이루어진 군에서 선택된 유전 기판상에 탄소 전구체를 도입하는 단계; 및
    상기 탄소 전구체를 열분해하여 화학 기상 증착법으로 상기 유전 기판 상에 그래핀을 합성하는 단계를 포함하고,
    상기 그래핀 합성 단계는,
    상기 유전 기판 상에 상기 탄소 전구체를 도입하여 그래핀 핵을 생성하는 단계;
    상기 그래핀 핵을 성장시켜 그래핀 도트를 형성하는 단계;
    상기 그래핀 도트를 성장시키는 단계; 및
    상기 그래핀 도트의 계속적인 성장에 따라 그래핀막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀의 합성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 그래핀 핵은 상기 유전 기판의 단차 모서리(step edge)에서 우선적으로 발생되는 것을 특징으로 하는 그래핀의 합성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 그래핀 도트는 상기 유전 기판의 단차 모서리를 넘어 상기 유전 기판의 안쪽으로 전파되어 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀의 합성 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 그래핀막은 상기 그래핀 도트가 서로 결합되면서 형성되고 상기 그래핀 도트들 사이에는 리플(ripple)이 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀의 합성 방법.
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