KR101262331B1 - Method for improving electrical characteristics of Graphene Device and Graphene Device using the same - Google Patents

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Abstract

그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법 및 이에 의해 전기적 특성이 향상된 그래핀 소자가 개시된다. 그래핀층을 가지는 그래핀 소자에 강유전체막을 형성하고 일정 전압을 인가함으로써, 분극의 스위칭 현상을 통하여 그래핀에 특정 물질을 도핑한 것과 같은 효과를 주어, 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기의 방법을 통해 전기적 특성을 향상시킨 그래핀 소자는 현저하게 감소된 면저항으로 인하여 투명전극의 재료로 활용할 수 있는 효과가 있다.Disclosed are a method for improving electrical characteristics of a graphene device, and a graphene device having improved electrical properties. By forming a ferroelectric film on a graphene device having a graphene layer and applying a constant voltage, the graphene device may have the same effect as doping a specific material on the graphene through a switching phenomenon of polarization, thereby improving electrical characteristics of the graphene device. In addition, the graphene device having improved electrical properties through the above method has an effect that can be utilized as a material of the transparent electrode due to the significantly reduced sheet resistance.

Description

그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법 및 이에 의해 전기적 특성이 향상된 그래핀 소자{Method for improving electrical characteristics of Graphene Device and Graphene Device using the same} Method for improving electrical characteristics of Graphene device and thereby improved electrical characteristics of the graphene device {Method for improving electrical characteristics of Graphene Device and Graphene Device using the same}

본 발명은 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법 및 이에 의해 전기적 특성이 향상된 그래핀 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀 소자의 그래핀층 상에 강유전체막을 형성하고 일정 전압을 인가함으로써, 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법 및 이에 의해 전기적 특성이 향상된 그래핀 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the electrical properties of the graphene device and thereby to an improved graphene device, and more particularly, by forming a ferroelectric film and applying a constant voltage on the graphene layer of the graphene device, The present invention relates to a method for improving the electrical properties of a fin device and thereby to an graphene device having improved electrical properties.

그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성을 가지는 물질로서, 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 개발되면서 그에 관한 많은 연구가 진행되어 오고 있다. Graphene is a material that is very stable and excellent in electrical, mechanical, and chemical properties as well as having excellent conductivity. Since 2004, a method of separating graphene from graphite has been developed.

종래 그래핀은 대한민국 공개특허 제10-2010-0136576호에 개시된 바와 같이 주로 흑연을 기계적으로 분쇄하여 용액 상에 분산시킨 후, 자기조립 현상을 이용하여 대량으로 합성되었다.Conventional graphene is mainly synthesized in large quantities using a self-assembly phenomenon after dispersing the graphite mainly by mechanically grinding the graphite as disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0136576.

그러나, 상기의 방법은 비교적 저렴한 비용으로 합성할 수 있다는 장점은 있으나, 마이크로 미터(μm) 크기의 미세한 그래핀 조각들 사이의 층간 저항으로 인하여 실용적인 수준의 면저항 특성을 보여주지 못하였다.However, the above method has the advantage that it can be synthesized at a relatively low cost, but did not show a practical level of sheet resistance due to the interlayer resistance between the micrometer (μm) fine graphene pieces.

한편, 최근 디스플레이 및 반도체 분야의 평판 디스플레이, 터치스크린, 태양전지 등의 수요가 급격히 증가함에 따라, 이에 사용되는 대표적인 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide)의 수요도 급증하고 있다. 그러나, 인듐의 고갈로 단가가 상승하여 대체물질의 시급한 개발이 요구되고 있다.Meanwhile, as the demand for flat panel displays, touch screens, solar cells, and the like in the display and semiconductor fields increases rapidly, the demand for indium tin oxide (ITO), which is a representative transparent electrode, is rapidly increasing. However, due to the depletion of indium, the unit price has risen and urgent development of substitute materials is required.

상기의 문제점에 대한 대안으로 신축성, 유연성이 뛰어나 용이하게 파손되지 않고, 최대 90%의 광학적 투명도를 가지는 그래핀을 투명 전극으로 활용하는 연구가 진행되고 있다.As an alternative to the above problems, research is being conducted to utilize graphene having an optical transparency of up to 90% without being easily broken due to excellent elasticity and flexibility.

그러나 ITO가 10Ω／□보다 작은 면저항을 가지는 반면, 그래핀은 약 40 Ω／□의 면저항을 가지는 것으로 측정됨에 따라 이에 대한 품질 개선이 여전히 필요한 실정이다.However, while ITO has a sheet resistance of less than 10 Ω / □, graphene has a sheet resistance of about 40 Ω / □, and thus quality improvement is still needed.

한편, 강유전체(ferroelectrics)는 외부의 전기장이 없어도 자발 분극(Ps)을 가지는 재료로서, 외부 전기장에 의하여 분극의 방향이 바뀌는 스위칭 특성을 가지며, 상기의 특성으로 인하여 많은 분야에 응용되고 있다.On the other hand, ferroelectrics are materials having spontaneous polarization (Ps) even without an external electric field, and have a switching characteristic in which the direction of polarization is changed by an external electric field, and has been applied to many fields due to the above characteristics.

이에 본 발명의 제 1 목적은 그래핀층을 가지는 그래핀 소자에 강유전체막을 형성하고, 일정 전압을 인가하여 강유전체가 가지는 분극의 스위칭 현상을 이용함으로써 그래핀 소자의 면저항을 효과적으로 감소시킬 수 있는 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, a first object of the present invention is to form a ferroelectric film on a graphene device having a graphene layer, and to apply a constant voltage, thereby reducing the sheet resistance of the graphene device by using a polarization switching phenomenon of the ferroelectric. It is to provide a method for improving the electrical properties of the.

또한 본 발명의 제 2 목적은 강유전체막을 포함하는 그래핀 소자에 일정 전압을 인가함으로써 전기적 특성이 향상되어 우수한 전기 전도성을 가지는 투명전극으로 활용할 수 있는 그래핀 소자를 제공하는 데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a graphene device that can be utilized as a transparent electrode having excellent electrical conductivity by applying a constant voltage to the graphene device including a ferroelectric film, thereby improving electrical characteristics.

상기의 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그래핀층을 가지는 기판 상에 강유전체막을 형성하여 그래핀 소자를 제작하는 단계 및 상기 그래핀 소자에 일정 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the first object, characterized in that it comprises the step of forming a ferroelectric film on the substrate having a graphene layer to produce a graphene device and applying a constant voltage to the graphene device .

또한 상기의 제 2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 형성된 그래핀층 및 상기 그래핀층 상에 형성된 강유전체막을 포함하여 구성되는 그래핀 소자에 있어서, 상기 그래핀 소자에 일정 전압을 인가하여 전기적 특성이 향상된 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention for achieving the second object, in the graphene device comprising a graphene layer formed on the substrate and the ferroelectric film formed on the graphene layer, by applying a constant voltage to the graphene device Characterized by improved characteristics.

본 발명에 의한 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법은 그래핀층을 가지는 기판 상에 강유전체막을 형성하고 일정 전압을 인가함으로써 면저항이 순수그래핀의 약 5% 이내로 감소하는 효과가 있다. The method for improving the electrical characteristics of the graphene device according to the present invention has the effect of reducing the sheet resistance to about 5% of pure graphene by forming a ferroelectric film on a substrate having a graphene layer and applying a constant voltage.

또한, 이에 의해 전기적 특성이 향상된 그래핀 소자는 개선된 면저항으로 인해 투명전극으로 활용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the graphene device with improved electrical properties thereby has an effect that can be utilized as a transparent electrode due to the improved sheet resistance.

도 1a 는 전압 인가 전, 강유전체막의 상태를 도시하는 도면이다.
도 1b는 전압을 인가한 후 강유전체막의 분자 내 상태를 도시하는 도면이다.
도 1c 는 강유전체막에 전압을 인가하였을 때, 분자내 쌍극자가 특정한 한쪽 방향으로 정렬된 형태를 나타내는 도면이다.
도 2a 는 외부 전기장에 대한 강유전체막의 분극값의 변화를 나타내는 히스테리시스(hysteresis) 곡선이다.
도 2b 는 인가된 전압의 세기에 대한 그래핀 소자의 면저항값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 다양한 강유전체 물질에 따른 그래핀 소자의 면저항 감소폭을 계산하여 도식화한 그래프이다.
도 4 는 그래핀 소자의 표면에 다양한 화학적 물질을 도핑하였을 때, 그래핀 소자의 면저항 감소율을 나타내는 그래프이다.1A is a diagram showing a state of a ferroelectric film before voltage is applied.
1B is a diagram showing the intramolecular state of the ferroelectric film after applying a voltage.
FIG. 1C is a diagram illustrating the arrangement of intramolecular dipoles in one specific direction when voltage is applied to the ferroelectric film.
FIG. 2A is a hysteresis curve showing a change in polarization value of a ferroelectric film with respect to an external electric field. FIG.
2B is a graph showing a change in sheet resistance of the graphene device with respect to the applied voltage intensity.
FIG. 3 is a graph illustrating the reduction in sheet resistance of graphene devices according to various ferroelectric materials.
4 is a graph showing the sheet resistance reduction rate of the graphene device when the surface of the graphene device is doped with various chemical substances.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 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 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

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. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

먼저, 그래핀층을 가지는 기판 상에 강유전체막을 형성하여 그래핀 소자를 제작하는 단계에 대하여 설명하기로 한다.First, a step of fabricating a graphene device by forming a ferroelectric film on a substrate having a graphene layer will be described.

기판 상에 그래핀층을 형성한다. 상기 그래핀층을 형성하는 방법은 공지된 다양한 기술들을 통하여 달성될 수 있으므로 이에 관한 설명을 생략하기로 한다. 상기 형성된 그래핀층은 단일층 또는 다중층일 수 있다. 또한 투명전극으로의 활용을 위하여 기판은 예컨대, 고분자 물질을 이용한 가요성 투명기판이 사용될 수 있다. 즉, 투명하고 유연성이 있는 고분자 물질이라면 가요성 투명기판으로 사용될 수 있으므로, PDMS(polydimethylsiloxane), PET(polyethylene terephthalate), PVDF(polyvinylidene fluoride) 등의 물질도 가능하다. 상기의 PDMS가 가요성 투명기판으로 사용되는 경우, 높은 접착력을 가지므로, 그래핀층에 용이하게 접착할 수 있다.A graphene layer is formed on the substrate. Since the method for forming the graphene layer can be achieved through various known techniques, description thereof will be omitted. The formed graphene layer may be a single layer or multiple layers. In addition, a flexible transparent substrate using a polymer material may be used as the substrate, for example, to utilize the transparent electrode. That is, if the transparent and flexible polymer material can be used as a flexible transparent substrate, a material such as PDMS (polydimethylsiloxane), PET (polyethylene terephthalate), PVDF (polyvinylidene fluoride) is also possible. When the PDMS is used as a flexible transparent substrate, since the PDMS has high adhesive strength, the PDMS can be easily adhered to the graphene layer.

이후, 상기 그래핀층이 형성된 기판에 강유전 물질을 이용하여 강유전체막을 형성한다. Subsequently, a ferroelectric film is formed on the substrate on which the graphene layer is formed by using a ferroelectric material.

상기 강유전체막을 형성하기 위한 강유전 물질은 예컨대, 공중합체인 P(VDF-TrFE) 고분자 이외에도 폴리비닐리덴 플루오라이드-트라이플루오로에틸렌(이하, P(VDF-TrFE)), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF), PZT(Pb(Zr,Ti)O3 , poly PZT(Pb(Zr,Ti)O3 등이 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 강유전 특성을 가지는 물질이면 어떤 것이든 사용가능하다.The ferroelectric material for forming the ferroelectric film is, for example, polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (hereinafter, P (VDF-TrFE)), polyvinylidene fluoride (PVDF) in addition to the P (VDF-TrFE) polymer which is a copolymer. , PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 , poly PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), etc. may be used, but the present invention is not limited thereto, and any material having ferroelectric properties may be used.

상기 강유전체막은 스핀코팅법, 롤투롤 코팅법 및 스크린 프린팅법 중 하나를 이용하여 형성할 수 있다.The ferroelectric film may be formed using one of a spin coating method, a roll-to-roll coating method, and a screen printing method.

먼저, 스핀 코터를 이용하여 강유전 물질을 얇은 박막으로 균일하게 코팅할 수 있다. 그 후 열처리 단계를 거치는데 상기의 열처리 온도는 내부 전기장을 최대로 할 수 있는 130℃ 내지 140℃인 것이 바람직하다. 상기의 열처리를 통하여 강유전체막 내에 있는 비정질 상(non-ferro phase)이 적어지고, 한쪽 방향으로 정렬하는 방향성을 좋게 할 수 있다. 스핀 코팅법은 간단한 장치로 공정 진행이 가능하고 막 두께의 균일도를 조절할 수 있으며, 미세구조의 제어가 용이한 장점을 가진다. First, the ferroelectric material may be uniformly coated with a thin thin film using a spin coater. After the heat treatment step, the heat treatment temperature is preferably 130 ℃ to 140 ℃ can maximize the internal electric field. Through the above heat treatment, an amorphous phase (non-ferro phase) in the ferroelectric film is reduced, and the orientation of alignment in one direction can be improved. Spin coating method has the advantage that the process can be progressed by a simple device, the uniformity of the film thickness can be adjusted, and the microstructure is easily controlled.

또한, 상기 강유전체막은 롤투롤 코팅법을 이용하여 형성할 수 있다. 롤투롤 코팅법을 이용하기 위하여 지지체 역할을 하는 기판은 유연성을 가져야 하므로, 가요성 투명기판을 사용하는 경우 상기 롤투롤 코팅법이 활용될 수 있다. In addition, the ferroelectric film may be formed using a roll-to-roll coating method. In order to use the roll-to-roll coating method, the substrate serving as the support should have flexibility, so that the roll-to-roll coating method may be used when using a flexible transparent substrate.

또한, 원하는 크기로의 제작과 제조 원가의 절감 등 그래핀 소자의 산업적 응용 측면을 고려하여 강유전체막은 스크린 프린팅법을 이용하여 형성될 수 있다.In addition, the ferroelectric film may be formed using a screen printing method in consideration of industrial application aspects of graphene devices such as manufacturing to a desired size and reducing manufacturing costs.

스크린 프린팅법은 옷감 위에 임의의 도안을 컬러로 인쇄하는데 주로 사용되던 전통적 인쇄법 중의 하나이다. 상기 스크린 프린팅법은 나일론 또는 스테인리스 스틸 등으로 짜여진 망사 구조를 가지는 스크린을 기판 상에 놓고 잉크를 부은 후, 스퀴지 또는 고무롤러로 스크린 내면을 가압하면서 움직여 잉크가 스크린을 통과하여 기판 상에 원하는 부분에 코팅이 되도록 하는 기술이다. Screen printing is one of the traditional printing methods mainly used to print arbitrary patterns in color on fabric. In the screen printing method, a screen having a mesh structure woven from nylon or stainless steel is poured on a substrate, and the ink is poured. Then, the ink moves through the screen while pressing the inner surface of the screen with a squeegee or rubber roller to move the ink to a desired portion on the substrate. It is a technique to make a coating.

상기 사용되는 잉크의 조성과 점도를 조절함으로써 효율적으로 강유전체막을 형성할 수 있다. 상기 기술은 기판의 크기에 제약이 없고, 공정이 간편하며, 생산단가가 저렴한 이점을 갖는다.The ferroelectric film can be efficiently formed by adjusting the composition and viscosity of the ink used. The above technology has the advantage that the size of the substrate is not limited, the process is simple, and the production cost is low.

이후, 상기 형성된 강유전체막 상에 전극을 형성한다. 전극은 강유전체의 소결 온도에서 휘발되지 않고 그 특성을 유지할 수 있으면 어떤 것이든 가능하다. 일례로, Ag 전극 등이 사용될 수 있으며, 일반적인 리소그래피 공정과 열증발 증착법으로 형성될 수 있다.Thereafter, an electrode is formed on the formed ferroelectric film. Any electrode can be used as long as it can maintain its characteristics without volatilization at the sintering temperature of the ferroelectric. As an example, Ag electrodes and the like may be used, and may be formed by a general lithography process and a thermal evaporation deposition method.

상기의 단계들을 거쳐 제작된 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 전압을 인가한다. Voltage is applied to improve the electrical characteristics of the graphene device manufactured through the above steps.

도 1a 는 전압 인가 전, 강유전체막의 상태를 도시하는 도면이다.1A is a diagram showing a state of a ferroelectric film before voltage is applied.

도 1a 를 참조하면, 강유전 물질은 분자 내 쌍극자의 결정성으로 인하여 내부 전기장을 형성하므로, 내부 전기장을 최대로 하기 위하여 그래핀층 상에 강유전체막을 형성할 때 코팅 후 온도를 130℃ 내지 140℃로 하여 열처리 공정을 수행한다. Referring to FIG. 1A, since the ferroelectric material forms an internal electric field due to the crystallinity of the dipole in the molecule, when the ferroelectric film is formed on the graphene layer in order to maximize the internal electric field, the coating temperature is 130 ° C. to 140 ° C. A heat treatment process is performed.

상기 열처리 공정을 수행하면, 강유전체막의 양단부(20a, 20b), 즉 상기 강유전체막의 약 80%는 정렬된 상(ferrro phase)의 형태를 보이며, 약 20% 정도만이 극성을 띠지 않는 비정질 상(non-ferro phase)으로 남아 있게 된다. 따라서 상기 열처리 공정 후, 전압을 인가하기 전의 강유전체막의 중앙부(10)는 극성을 띠지 않는 비정질 상(non-ferro phase)을 구비하고 있다. When the heat treatment process is performed, both ends 20a and 20b of the ferroelectric film, that is, about 80% of the ferroelectric film have a form of a ferro phase, and only about 20% of the ferroelectric film is non-polar. ferro phase). Therefore, after the heat treatment process, the center portion 10 of the ferroelectric film before applying the voltage has a non-ferro phase having no polarity.

도 1b는 전압을 인가한 후 강유전체막의 분자 내 상태를 도시하는 도면이다.1B is a diagram showing the intramolecular state of the ferroelectric film after applying a voltage.

도 1c 는 강유전체막에 전압을 인가하였을 때, 분자내 쌍극자가 특정한 한쪽 방향으로 정렬된 형태를 나타내는 도면이다.FIG. 1C is a diagram illustrating the arrangement of intramolecular dipoles in one specific direction when voltage is applied to the ferroelectric film.

도 1b 및 도 1c를 참조하면, 상기의 비정질 상을 정렬시키기 위하여 강유전체막을 포함하는 그래핀 소자에 전압을 인가한다. 상기와 같이, 일정 전압을 인가하면 상기의 강유전체막의 중앙부(10)에 존재하는 상기 비정질 상이 분자 내 쌍극자의 회전으로 인하여 한쪽 방향으로 정렬되며, 이는 그래핀 소자에 강한 필드(field)를 걸어주어 그래핀층이 도핑되는 효과를 나타낸다. 1B and 1C, a voltage is applied to a graphene device including a ferroelectric film in order to align the amorphous phase. As described above, when a constant voltage is applied, the amorphous phase present in the center portion 10 of the ferroelectric film is aligned in one direction due to the rotation of the dipole in the molecule, which causes a strong field to the graphene device. The pinned layer is doped.

따라서, 그래핀 소자가 특정 물질로 도핑된 것과 같은 효과가 나타나게 되어 면저항이 감소된다.Accordingly, the same effect as that of the graphene element is doped with a specific material is exhibited, thereby reducing the sheet resistance.

한편, 도 2a 는 외부 전기장에 대한 강유전체막의 분극값의 변화를 나타내는 히스테리시스(hysteresis) 곡선이다. 2A is a hysteresis curve showing a change in polarization value of the ferroelectric film with respect to an external electric field.

도 2b 는 인가된 전압의 세기에 대한 그래핀 소자의 면저항값의 변화를 나타내는 그래프이다.2B is a graph showing a change in sheet resistance of the graphene device with respect to the applied voltage intensity.

상기 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 70V, 100V, 150V의 전압을 강유전체막이 형성된 그래핀 소자에 인가하였을 때, 각 강유전체막의 분극화 정도를 확인할 수 있으며, 인가된 전압에 따른 그래핀 소자의 면저항값의 변화를 확인할 수 있다. 2A and 2B, when voltages of 70V, 100V, and 150V are applied to the graphene device on which the ferroelectric film is formed, the polarization degree of each ferroelectric film may be confirmed, and the sheet resistance value of the graphene device according to the applied voltage may be determined. You can see the change.

이를 통해 인가된 인가된 전압에 따라 분극화 정도가 달라지며, 인가되는 전압의 크기가 클수록 분극의 크기 또한 커지는 것을 알 수 있다. 이를 통하여 인가되는 외부 전압을 조절함으로써 강유전체막의 분극화 정도를 달리하여 그래핀층이 도핑되는 정도를 제어할 수 있으며, 그에 따라 면저항의 감소폭을 달리 할 수 있다.Through this, the degree of polarization varies according to the applied voltage applied, and as the magnitude of the applied voltage increases, the magnitude of the polarization also increases. By controlling the external voltage applied through this, the degree of polarization of the ferroelectric film can be controlled to control the degree of doping of the graphene layer, thereby reducing the reduction in sheet resistance.

이 때, 100V 내지 200V 범위의 전압을 인가하는 경우 가장 큰 폭으로 면저항이 감소되며, 200V를 초과하는 경우에는 매우 높은 전압으로 인해 소자의 파괴가 일어날 우려가 있다.In this case, when a voltage in the range of 100V to 200V is applied, the sheet resistance is reduced to the largest width, and in the case of exceeding 200V, there is a possibility that element breakage occurs due to a very high voltage.

도면 2b를 참조하면, 100V 내지 200V에서 그래핀 소자의 면저항값이 현저하게 감소함을 알 수 있다. 예컨대, 약 360Ω／□의 면저항을 가지는 그래핀 소자가 전압 150V을 인가한 후, 면저항값이 약 35 Ω／□ 정도가 되어 면저항이 약 10분의 1로 감소한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2B, it can be seen that the sheet resistance of the graphene device is significantly reduced at 100V to 200V. For example, after the graphene element having a sheet resistance of about 360 Ω / □ applied a voltage of 150 V, the sheet resistance value was about 35 Ω / □ and it was confirmed that the sheet resistance decreased to about one tenth.

도 3 은 다양한 강유전체 물질에 따른 그래핀 소자의 면저항 감소폭을 계산하여 도식화한 그래프이다.FIG. 3 is a graph illustrating the reduction in sheet resistance of graphene devices according to various ferroelectric materials.

도 3 을 참조하면, 그래프의 가로축은 각 강유전 물질이 코팅됨으로써 상기 강유전 물질에 의해 그래핀층이 도핑되는 정도를 나타낸 것이며, 세로축은 이에 따른 면저항의 변화를 나타낸 것이다. Referring to FIG. 3, the horizontal axis of the graph shows the degree to which the graphene layer is doped by the ferroelectric material by coating each ferroelectric material, and the vertical axis shows the change of sheet resistance accordingly.

이를 통하여 강유전 물질로 P(VDF-TrFE)), PVDF, poly PZT(Pb(Zr,Ti)O3), PZT(Pb(Zr,Ti)O3)를 사용하여 그래핀층 상에 강유전체막을 형성하고 전압을 인가하였을 때 그래핀 소자의 면저항이 현저하게 감소된다는 사실을 확인할 수 있다. As a result, a ferroelectric layer was formed on the graphene layer using P (VDF-TrFE)), PVDF, poly PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), and PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) as ferroelectric materials. It can be seen that the sheet resistance of the graphene device is significantly reduced when a voltage is applied.

한편, 도 4 는 그래핀 소자의 표면에 다양한 화학적 물질을 도핑하였을 때, 그래핀 소자의 면저항 감소율을 도식화한 그래프이다.On the other hand, Figure 4 is a graph illustrating the sheet resistance reduction rate of the graphene device when doping various chemical substances on the surface of the graphene device.

도 4 를 참조하면, 다양한 화학적 처리를 통하여 그래핀 소자의 면저항이 작게는 수 %에서 높게는 80% 정도까지 감소함을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 그래핀의 전기적 특성을 향상시키는 방법에 의하는 경우, 면저항의 감소폭이 최대 95%까지 나타남을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that through various chemical treatments, the sheet resistance of the graphene device decreases from several% to as high as 80%. However, when the method of improving the electrical characteristics of the graphene according to the present invention, it can be seen that the reduction of the sheet resistance is up to 95%.

상기의 방법에 의해 전기적 특성이 향상된 그래핀 소자는 개선된 면저항으로 인해 우수한 투명전극의 재료로 활용할 수 있는 효과가 있다.Graphene device having improved electrical properties by the above method has an effect that can be utilized as a material of excellent transparent electrode due to the improved sheet resistance.

10: 중앙부
20a, 20b : 양단부10: center part
20a, 20b: both ends

Claims (6)

기판 상에 그래핀층을 형성하는 단계;
상기 그래핀층 상에 강유전체막을 형성하는 단계;
상기 강유전체막을 열처리하는 단계;
상기 열처리된 강유전체막에 전극을 형성하는 단계; 및
상기 전극을 통해 상기 강유전체막에 전압을 인가하여, 상기 강유전체막 하부에 형성된 그래핀층에 필드를 걸어줌으로써, 상기 그래핀층의 면저항을 감소시키는 단계를 포함하는 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법.Forming a graphene layer on the substrate;
Forming a ferroelectric film on the graphene layer;
Heat-treating the ferroelectric film;
Forming an electrode on the heat treated ferroelectric film; And
And applying a voltage to the ferroelectric layer through the electrode to apply a voltage to the graphene layer formed under the ferroelectric layer, thereby reducing sheet resistance of the graphene layer. 제 1 항에 있어서,
상기 강유전체막은 강유전 물질을 스핀 코팅법, 롤투롤 코팅법 및 스크린 프린팅법 중에서 선택되는 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법.The method of claim 1,
The ferroelectric film is a method of improving the electrical characteristics of the graphene device, characterized in that the ferroelectric material is formed by any one selected from spin coating method, roll-to-roll coating method and screen printing method. 제 2 항에 있어서,
상기 강유전 물질은 P(VDF-TrFE), PVDF, poly PZT 및 PZT로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법.The method of claim 2,
The ferroelectric material is at least one selected from P (VDF-TrFE), PVDF, poly PZT and PZT method of improving the electrical characteristics of the graphene device. 제 1 항에 있어서,
상기 강유전체막에 인가되는 전압은 100V 내지 200V인 것을 특징으로 하는 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법.The method of claim 1,
The voltage applied to the ferroelectric film is a method of improving the electrical characteristics of the graphene device, characterized in that 100V to 200V. 제1항에 있어서,
상기 열처리의 수행 온도는 130℃ 내지 140℃인 것을 특징으로 하는 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법.The method of claim 1,
The temperature of performing the heat treatment is a method for improving the electrical characteristics of the graphene device, characterized in that 130 ℃ to 140 ℃. 제1항에 있어서,
상기 기판은 가요성 투명기판인 것을 특징으로 하는 그래핀 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법.The method of claim 1,
The substrate is a method of improving the electrical characteristics of the graphene device, characterized in that the flexible transparent substrate.
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