KR101340037B1

KR101340037B1 - Apparatus for manufacturing graphene and method of manufacturing graphene using the same

Info

Publication number: KR101340037B1
Application number: KR1020120056198A
Authority: KR
Inventors: 전석우; 조병진; 장병욱
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-12-10
Also published as: KR20130132087A

Abstract

그래핀의 제조 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버를 포함한다. 상기 기판 지지부는 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 기판을 지지한다. 가스 공급부는 상기 챔버 내에 탄소 소스 가스를 공급한다. 램프 유닛은 상기 챔버 내에서 상기 기판에 대하여 상대이동 가능하도록 설치되며, 광원 및 상기 광원으로부터의 광을 상기 기판 상의 국부적 위치상으로 집속시키기 위한 집속 수단을 구비하여 국부적 열처리를 수행한다.Graphene manufacturing apparatus includes a chamber that provides a space for processing a substrate. The substrate support is disposed in the chamber and supports the substrate. The gas supply unit supplies a carbon source gas into the chamber. The lamp unit is installed to be movable relative to the substrate in the chamber, and includes a light source and focusing means for focusing light from the light source onto a local position on the substrate to perform local heat treatment.

Description

Graphene manufacturing apparatus and graphene manufacturing method using the same {APPARATUS FOR MANUFACTURING GRAPHENE AND METHOD OF MANUFACTURING GRAPHENE USING THE SAME}

본 발명은 그래핀의 제조 장치 및 이를 이용한 그래핀의 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화학 기상 증착 방법을 이용하여 그래핀을 제조하는 장치 및 이를 이용한 그래핀의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene manufacturing apparatus and a graphene manufacturing apparatus using the same, and more particularly, to a graphene manufacturing apparatus using a chemical vapor deposition method and a graphene manufacturing method using the same.

그래핀은 sp2 결합을 이루는 평면 2차원 탄소 구조를 말하며, 물리적, 화학적 안정성이 높은 물질이다. 상온에서 실리콘보다 전자를 100배 빨리 이동시킬 수 있고, 구리보다 단위 면적당 100배 많은 전류를 흘려보낼 수 있다. 또한 다이아몬드보다 열전도성이 2배 이상 높고, 강철보다 기계적 강도가 200배 이상 강하며 투명성을 가진다. 게다가 탄소가 그물처럼 연결된 육각형 벌집 구조의 공간적 여유로 인해 신축성이 생겨, 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는다. 이러한 그래핀의 특이한 구조와 물성은 현재 투명전극의 주재료인 ITO를 대체할 수 있으며, 반도체의 주재료인 실리콘을 대체할 수 있다.Graphene is a planar two-dimensional carbon structure that forms an sp2 bond, and is a material with high physical and chemical stability. At room temperature, electrons can move 100 times faster than silicon, and 100 times more current per unit area than copper. In addition, the thermal conductivity is more than two times higher than diamond, the mechanical strength is more than 200 times stronger than steel and has transparency. In addition, the spatial clearance of the hexagonal honeycomb structure where carbon is connected like a net creates elasticity and does not lose its electrical conductivity when stretched or folded. Such unusual structure and physical properties of graphene can replace ITO, the main material of the current transparent electrode, and can replace silicon, the main material of semiconductors.

그래핀을 제조하는 방법으로는 기계적 방법, 에피택시, 열팽창, 기체상 방법, CVD 방법, 그래핀 산화-환원 방법, 흑연 층간 화합물 방법 등이 있으며, 일반적으로 CVD 방법과 그래핀 산화-환원 방법이 그래핀 제조에 이용되고 있다.Examples of methods for preparing graphene include mechanical methods, epitaxy, thermal expansion, gas phase methods, CVD methods, graphene redox methods, graphite intercalation compounds methods, and CVD and graphene redox methods. It is used for graphene production.

그러나, 종래의 CVD 방법은 촉매층 전체에 열처리를 해주기 때문에 촉매층 표면의 무작위적인 위치에 탄소의 핵이 생성되고 이를 중심으로 성장하게 된다. 핵을 중심으로 성장된 그래핀 결정립과 결정립이 만나게 되면서 결정립계(grain boundary)가 형성하게 된다. 각각의 결정립에서는 배열이 일치하지 않으며 결정립계는 결함으로 작용하게 된다. 또한 결정립간의 경계는 전하 수송 특성을 저하시키는 요인으로 여겨지고 있다. 그래핀 내의 결함 상태들은 주변 환경과의 반응을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 더욱이, 결정립계를 지날 때의 비저항이 결정립의 비저항보다 2 내지 10배 이상 증가하는 것을 볼 수 있으며 결정립이 결함으로 작용함을 알 수 있다.However, since the conventional CVD method heat-treats the entire catalyst layer, carbon nuclei are generated at random locations on the surface of the catalyst layer and grow around them. As the graphene grains grown around the nucleus meet with the grains, grain boundaries are formed. In each grain, the arrangement does not match and the grain boundary acts as a defect. In addition, the boundary between grains is considered to be a factor that lowers the charge transport characteristics. Defect states in graphene are known to promote reaction with the environment. Moreover, it can be seen that the specific resistance when passing the grain boundary increases by 2 to 10 times or more than the specific resistance of the grain and the grain acts as a defect.

그래핀을 터치스크린과 같은 투명 전극에 적용하기 위해서는 대면적 그래핀의 제조가 필요하지만 그래핀 트랜지스터와 같이 반도체 소자에 그래핀을 적용하기 위해서는 그래핀을 미세하게 원하는 부분에 성장시키는 기술이 매우 유용할 수 있다. 현재 연구 단계에서 진행되고 있는 그래핀 기반 소자의 제작 방법은 성장된 그래핀을 전사하여 원하는 곳에 위치시키는 방법을 사용하고 있다. 하지만 미리 제작된 기판의 원하는 곳에 그래핀을 선택적으로 직접 성장시키는 기술, 나아가 원하는 패턴으로 그래핀을 성장시키는 기술이 있다면 이는 그래핀 기반의 소자 제작에 있어 매우 유용한 공정이 될 수 있을 것이다. In order to apply graphene to transparent electrodes such as touch screens, large-area graphene needs to be manufactured. However, in order to apply graphene to semiconductor devices such as graphene transistors, a technique for growing graphene in a desired part is very useful. can do. The graphene-based device fabrication method currently being conducted at the research stage uses a method of transferring the grown graphene and placing it in a desired place. However, if there is a technique for selectively growing graphene directly on a desired substrate and a technique for growing graphene in a desired pattern, this may be a very useful process for manufacturing a graphene-based device.

본 발명의 일 목적은 그래핀의 결정립의 크기를 증가시킬 수 있고 대면적으로 대량 생산할 수 있으며 원하는 위치에 원하는 패턴으로 그래핀을 제조할 수 있는 그래핀의 제조 장치를 제공하는 데 있다.One object of the present invention is to provide a graphene manufacturing apparatus that can increase the size of the grains of the graphene, can be mass-produced in a large area, and can produce graphene in a desired pattern at a desired position.

본 발명의 다른 목적은 상기 그래핀의 제조 장치를 이용하여 그래핀을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a method for producing graphene using the graphene manufacturing apparatus.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the above-described embodiments and various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀의 제조 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버를 포함한다. 상기 기판 지지부는 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 기판을 지지한다. 가스 공급부는 상기 챔버 내에 탄소 소스 가스를 공급한다. 램프 유닛은 상기 챔버 내에서 상기 기판에 대하여 상대이동 가능하도록 설치되며, 광원 및 상기 광원으로부터의 광을 상기 기판 상의 국부적 위치상으로 집속시키기 위한 집속 수단을 구비하여 국부적 열처리를 수행한다.In order to achieve the above object of the present invention, an apparatus for manufacturing graphene according to embodiments of the present invention includes a chamber that provides a space for processing a substrate. The substrate support is disposed in the chamber and supports the substrate. The gas supply unit supplies a carbon source gas into the chamber. The lamp unit is installed to be movable relative to the substrate in the chamber, and includes a light source and focusing means for focusing light from the light source onto a local position on the substrate to perform local heat treatment.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 광원은 선형의 램프를 포함할 수 있다.In embodiments of the present invention, the light source may include a linear lamp.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 집속 수단은 상기 램프로부터의 조사된 광을 상기 기판 상으로 반사시키기 위한 타원형 반사부를 가질 수 있다.In embodiments of the present invention, the focusing means may have an elliptical reflector for reflecting the light emitted from the lamp onto the substrate.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 램프 유닛은 교대로 작동가능한 적어도 2개의 상기 램프들을 포함할 수 있다.In embodiments of the invention, the lamp unit may comprise at least two of the lamps which are alternately operable.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 집속 수단은 상기 램프들 각각에 대응하도록 상기 램프로부터의 조사된 광을 상기 기판 상으로 반사시키기 위한 적어도 2개의 반사부들을 구비할 수 있다.In embodiments of the present invention, the focusing means may have at least two reflecting portions for reflecting the light emitted from the lamp onto the substrate so as to correspond to each of the lamps.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 램프 유닛은 상기 램프를 수용하기 위한 수용부를 갖는 홀더를 포함할 수 있다.In embodiments of the present invention, the lamp unit may include a holder having a receiving portion for receiving the lamp.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 홀더는 적어도 2개의 상기 수용부들을 구비하고, 상기 수용부 각각에는 적어도 2개의 램프들이 탈착가능하도록 수용될 수 있다.In embodiments of the present invention, the holder has at least two of the receiving portions, and each of the receiving portions may be accommodated so that at least two lamps are detachable.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 램프들은 상기 홀더 내에서 회전하여 순차적으로 교체될 수 있다.In embodiments of the present invention, the lamps may be rotated in the holder to be replaced sequentially.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 수용부들에 수용된 상기 램프들이 동시에 조사될 수 있다.In embodiments of the present invention, the lamps accommodated in the receiving portions may be irradiated at the same time.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 램프들은 다른 국부적 위치들 상으로 각각 조사될 수 있다.In embodiments of the invention, the lamps may be irradiated onto different local positions respectively.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 램프들은 동일한 국부적 위치상으로 동시에 조사될 수 있다.In embodiments of the invention, the lamps may be irradiated simultaneously onto the same local position.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 광원은 구형의 램프를 포함할 수 있다.In embodiments of the present invention, the light source may include a spherical lamp.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 집속 수단은 상기 램프로부터의 조사된 광을 상기 기판 상으로 반사시키기 위한 구형 반사부를 가질 수 있다.In embodiments of the present invention, the focusing means may have a spherical reflector for reflecting the light emitted from the lamp onto the substrate.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 집속 수단을 조절하여 상기 기판 상으로 집속된 광의 상기 국부적 위치의 크기를 변화시킬 수 있다.In embodiments of the present invention, the focusing means may be adjusted to vary the size of the local location of the light focused onto the substrate.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 그래핀의 제조 장치는 상기 램프 유닛을 상기 기판에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 이송 메커니즘을 더 포함할 수 있다.In embodiments of the present invention, the graphene manufacturing apparatus may further include a transfer mechanism for moving the lamp unit relative to the substrate.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 기판 지지부는 상기 기판을 예열하기 위한 가열 플레이트를 더 포함할 수 있다.In embodiments of the present invention, the substrate support may further include a heating plate for preheating the substrate.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 그래핀의 제조 장치는 상기 챔버와 연결되고 상기 기판 상에 형성된 그래핀층을 타겟 기판 상으로 전사하기 위한 롤러부를 갖는 그래핀의 전사 유닛을 더 포함할 수 있다.In embodiments of the present invention, the graphene manufacturing apparatus may further include a transfer unit of graphene connected to the chamber and having a roller portion for transferring the graphene layer formed on the substrate onto a target substrate. .

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀의 제조 방법에 있어서, 촉매층이 증착된 기판을 챔버 내에 로딩한다. 상기 챔버 내에 탄소 소스 가스를 공급한다. 광원으로부터의 광을 상기 기판 상의 국부적 위치상으로 집속시켜 상기 촉매층의 제1 부분을 가열함으로써, 상기 촉매층의 상기 제1 부분에 탄소 성분을 고용시킨다. 상기 광원을 이동시켜 상기 촉매층의 상기 제1 부분을 냉각시킴과 동시에 다른 위치의 제2 부분을 가열하여 상기 촉매층 상에 연속적인 열처리를 수행함으로써, 상기 촉매층 상에 상기 고용된 탄소 성분으로부터 석출된 그래핀층을 형성한다.In the graphene manufacturing method according to embodiments of the present invention to achieve another object of the present invention, a substrate on which a catalyst layer is deposited is loaded into a chamber. The carbon source gas is supplied into the chamber. A carbon component is dissolved in the first portion of the catalyst layer by focusing light from the light source onto a local position on the substrate to heat the first portion of the catalyst layer. By moving the light source to cool the first portion of the catalyst layer and simultaneously heating the second portion of the catalyst layer to perform a continuous heat treatment on the catalyst layer, the graphene precipitated from the solid solution carbon component on the catalyst layer. A fin layer is formed.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 광원으로부터의 광을 상기 기판 상의 국부적 위치상으로 집속시키는 단계는, 상기 기판 상에 램프를 위치시키는 단계, 상기 램프로부터 광을 조사시키는 단계, 및 타원형 반사부를 이용하여 상기 조사된 광을 상기 기판 상으로 반사시키는 단계를 포함할 수 있다.In embodiments of the invention, focusing light from the light source onto a local position on the substrate comprises: positioning a lamp on the substrate, irradiating light from the lamp, and an elliptical reflector And reflecting the irradiated light onto the substrate.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 방법은 롤투롤 공정을 수행하여 상기 기판 상에 형성된 상기 그래핀층을 타겟 기판 상으로 전사하는 단계를 더 포함할 수 있다.In embodiments of the present disclosure, the method may further include transferring the graphene layer formed on the substrate onto a target substrate by performing a roll-to-roll process.

이와 같이 구성된 발명에 따른 그래핀의 제조 장치에 따르면, 램프 스캐닝 화학 기상 증착 방법(Lamp Scanning Chemical Vapor Deposition: LSCVD)을 통하여 그래핀의 결정립 크기가 증가된 고품질의 그래핀을 대면적으로 성장시키거나 필요에 따라 원하는 위치에 국부적으로 성장시킬 수 있다.According to the graphene manufacturing apparatus according to the invention configured as described above, through the lamp scanning chemical vapor deposition method (LSCVD) to grow a large area of high-quality graphene with a grain size of graphene increased or If necessary, it can be grown locally at the desired location.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 그래핀의 제조 장치의 램프 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 3은 열선(hot wire) 스캐닝에 의한 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성된 그래핀에 대한 라만 분광분석(Raman Spectroscopy) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 4b는 열선(hot wire) 스캐닝에 의한 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성된 그래핀의 열선의 스캔 속도에 따른 라만 분광 및 면저항을 각각 나타내는 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 그래핀의 제조 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5의 램프 유닛의 다른 형태들을 나타내는 사시도들이다.
도 8a 및 도 8b는 도 5의 램프 유닛의 또 다른 형태들을 나타내는 사시도들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9a의 램프 유닛의 스캐닝 형태를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 9a의 램프 유닛의 다른 형태를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치를 나타내는 분해 사시도이다.1 is a cross-sectional view showing a graphene manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a lamp unit of the apparatus for manufacturing graphene of FIG. 1.
FIG. 3 is a graph showing Raman Spectroscopy results of graphene formed using a chemical vapor deposition method by hot wire scanning.
4A and 4B are graphs illustrating Raman spectroscopy and sheet resistance, respectively, according to scan rates of hot wires of graphene formed by using a chemical vapor deposition method by hot wire scanning.
5 is a perspective view illustrating a part of a graphene manufacturing apparatus according to a second exemplary embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating an apparatus for manufacturing graphene of FIG. 5.
7A and 7B are perspective views illustrating other forms of the lamp unit of FIG. 5.
8A and 8B are perspective views illustrating still other forms of the lamp unit of FIG. 5.
9A and 9B are perspective views illustrating a part of a graphene manufacturing apparatus according to a third exemplary embodiment of the present invention.
10 is a perspective view illustrating a scanning form of the lamp unit of FIG. 9A.
FIG. 11 is a perspective view illustrating another embodiment of the lamp unit of FIG. 9A. FIG.
12 is an exploded perspective view showing an apparatus for manufacturing graphene according to a fourth embodiment of the present invention.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 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.As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

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 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 그래핀의 제조 장치의 램프 유닛을 나타내는 사시도이다.1 is a cross-sectional view showing a graphene manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a lamp unit of the graphene manufacturing apparatus of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 그래핀의 제조 장치(100)는 챔버(102), 기판 지지부(110), 가스 공급부(120) 및 램프 유닛(200)을 포함할 수 있다.1 and 2, the graphene manufacturing apparatus 100 may include a chamber 102, a substrate support 110, a gas supply 120, and a lamp unit 200.

본 발명의 제1 실시예에 있어서, 챔버(102)는 기판(10) 상에 그래핀 형성 공정을 수행하기 위하여 밀폐 공간을 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 그래핀 형성 공정은 화학 기상 증착(CVD) 방법에 기초하여 수행되며, 이러한 공정을 수행하기 위한 장치를 램프 스캐닝 화학 기상 증착 장치(Lamp Scanning Chemical Vapor Deposition, LSCVD)라 명명할 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the chamber 102 may provide a closed space on the substrate 10 to perform a graphene forming process. As will be described later, the graphene forming process according to the present embodiment is performed based on a chemical vapor deposition (CVD) method, and an apparatus for performing such a process includes a lamp scanning chemical vapor deposition apparatus (LSCVD). Can be named).

기판 지지부(110)는 챔버(102) 내에 로딩된 기판(10)을 지지하기 위하여 챔버(102) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 챔버(102)의 일측벽에는 게이트(104)가 구비되고, 촉매층(12)이 형성된 기판(10)은 게이트(104)를 통해 챔버(102) 내부로 로딩되어 기판 지지부(110) 상에 지지될 수 있다.The substrate support 110 may be disposed in the chamber 102 to support the substrate 10 loaded in the chamber 102. In detail, one side wall of the chamber 102 is provided with a gate 104, and the substrate 10 on which the catalyst layer 12 is formed is loaded into the chamber 102 through the gate 104 to be disposed on the substrate support 110. Can be supported.

가스 공급부(120)는 챔버(102) 내에 탄소 원자를 공급하기 위한 탄소 소스 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(120)는 상기 탄소 소스 가스와 함께 수소 가스를 공급하여 탄화 가스 열분해 반응의 균형을 유지할 수 있다.The gas supply unit 120 may supply a carbon source gas for supplying carbon atoms into the chamber 102. The gas supply unit 120 may supply hydrogen gas together with the carbon source gas to maintain a balance of the carbonization gas pyrolysis reaction.

상기 탄소 소스 가스는 기판 지지부(110) 상에 지지된 기판(10) 상에 공급되어 그래핀층을 형성할 수 있다.The carbon source gas may be supplied on the substrate 10 supported on the substrate support 110 to form a graphene layer.

구체적으로, 챔버(102)의 상부에는 상기 소스 가스를 챔버(102) 내로 균일하게 공급하기 위한 샤워 헤드(124)가 배치되며, 샤워 헤드(124)는 챔버(102)의 상부에 구비된 유입구(106)에 연결되고, 가스 공급부(120)는 샤워 헤드(124)에 배관을 통해 연결될 수 있다. 상기 배관에는 제1 게이트 밸브(122)가 구비되어 챔버(102) 내로 공급되는 상기 탄소 소스 가스의 유량을 제어할 수 있다.Specifically, a shower head 124 for uniformly supplying the source gas into the chamber 102 is disposed above the chamber 102, and the shower head 124 is provided with an inlet port provided at the upper portion of the chamber 102. 106, the gas supply unit 120 may be connected to the shower head 124 through a pipe. The pipe may include a first gate valve 122 to control the flow rate of the carbon source gas supplied into the chamber 102.

샤워 헤드(124)에는 상기 가스를 기판(10) 상으로 균일하게 공급하기 위한 다수개의 노즐들이 구비될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 탄소 소스 가스와 상기 수소 가스는 샤워 헤드(124) 내에서 서로 혼합되지 않고, 개별적으로 샤워 헤드(124)를 통해 기판(10) 상으로 공급될 수 있다.The shower head 124 may be provided with a plurality of nozzles for uniformly supplying the gas onto the substrate 10. Although not shown in the drawings, the carbon source gas and the hydrogen gas may not be mixed with each other in the shower head 124, but may be supplied onto the substrate 10 through the shower head 124 individually.

또한, 그래핀의 제조 장치(100)는 챔버(102) 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 챔버(102) 내로 공급하기 위한 퍼지 가스 공급부를 더 포함할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 챔버(102) 내부의 압력을 조절하기 위한 압력 조절용 가스로도 사용될 수 있다.In addition, the graphene manufacturing apparatus 100 may further include a purge gas supply unit for supplying a purge gas for purging the inside of the chamber 102 into the chamber 102. The purge gas may also be used as a pressure regulating gas for regulating the pressure in the chamber 102.

가스 공급부(110)는 기상 탄소 공급원으로서 다양한 소스 가스를 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 탄소 소스 가스는 탄화수소 가스를 포함할 수 있다. 상기 탄화수소 가스의 예로서는, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 헥산 등을 들 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 메탄(CH₄) 가스를 챔버(102) 내에 공급하고, 이와 함께 수소(H₂) 가스를 챔버(102) 내에 공급할 수 있다.The gas supply unit 110 may supply various source gases as a gaseous carbon source. For example, the carbon source gas may include a hydrocarbon gas. Examples of the hydrocarbon gas include methane, ethane, ethylene, acetylene, propane, propylene, butane, butadiene, pentane, hexane and the like. In the present embodiment, the gas supply unit may supply the methane (CH ₄ ) gas into the chamber 102, and together with the hydrogen (H ₂ ) gas into the chamber 102.

또한, 챔버(102)는 반응 부산물, 잔여 가스들 및 퍼지 가스를 배출하기 위한 진공 장치와 연결될 수 있다. 상기 그래핀층을 증착하는 동안 발생된 반응 부산물과, 잔여 가스 등은 챔버(102)의 배출구(108)에 연결된 상기 진공 장치에 의해 챔버(102)로부터 배출될 수 있다. 상기 진공 장치는 진공 펌프(130), 진공 배관 및 차단 밸브(132)를 포함할 수 있다.In addition, the chamber 102 may be connected with a vacuum device for evacuating reaction byproducts, residual gases and purge gas. Reaction by-products generated during the deposition of the graphene layer, residual gas, and the like may be discharged from the chamber 102 by the vacuum device connected to the outlet 108 of the chamber 102. The vacuum device may include a vacuum pump 130, a vacuum pipe and a shutoff valve 132.

본 실시예에 있어서, 상기 챔버 내에 가스를 공급을 위하여 샤워 헤드가 이용되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 가스 공급 수단과 상기 진공 장치는 상기 챔버 내의 가스 흐름을 수직적으로 또는 수평적으로 형성하기 위해, 또는 상기 챔버 내의 가스의 균일도를 조절하기 위해 다양한 형태로 설계될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. In this embodiment, the shower head is used to supply gas into the chamber, but is not limited thereto. It will be appreciated that the gas supply means and the vacuum device may be designed in various forms to form the gas flow in the chamber vertically or horizontally, or to adjust the uniformity of the gas in the chamber.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 램프 유닛(200)은 기판(10) 상의 촉매층(12)을 국부적으로 가열하되 가열 부위를 이동시키는 연속적인 열처리를 수행할 수 있다. 램프 유닛(200)은 챔버(102) 내의 기판 지지부(110) 상부에서 기판(10)에 대하여 상대이동 가능하도록 설치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lamp unit 200 may perform a continuous heat treatment to locally heat the catalyst layer 12 on the substrate 10 to move the heating portion. The lamp unit 200 may be installed to be relatively movable with respect to the substrate 10 on the substrate support 110 in the chamber 102.

램프 유닛(200)은 기판(10) 상에서 국부적 위치만을 가열시키기 위한 국부적 가열원의 역할을 수행할 수 있다. 램프 유닛(200)은 기판(10) 상부에 위치하는 광원(210) 및 광원(210)으로부터의 광을 기판(10) 상의 국부적 위치(A)상으로 집속시키기 위한 집속 수단(220)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 램프 유닛(200)은 광원(210)으로서 선형의 램프를 포함하고, 집속 수단(220)은 상기 램프로부터의 조사된 광(적외선, 가시광선, 자외선 등)을 기판(10) 상으로 반사시키기 위한 타원형 반사부(222)를 포함할 수 있다.The lamp unit 200 may serve as a local heating source for heating only a local position on the substrate 10. The lamp unit 200 includes a light source 210 positioned above the substrate 10 and a focusing means 220 for focusing light from the light source 210 onto a local position A on the substrate 10. Can be. Specifically, the lamp unit 200 includes a linear lamp as the light source 210, the focusing means 220 is a light (infrared, visible, ultraviolet, etc.) emitted from the lamp onto the substrate 10 It may include an elliptical reflector 222 for reflecting.

그래핀의 제조 장치(100)는 램프 유닛(200)을 기판(10)에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 이송 메커니즘을 포함할 수 있다. 상기 이송 메커니즘은 램프 유닛(200)을 이동시키기 위한 램프 유닛 구동부(도시되지 않음) 및 기판(10)을 이동시키기 위한 기판 구동부(114)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 이송 메커니즘은 기판(10) 또는 램프 유닛(200)을 원하는 속도로 x축 방향, y축 방향 또는 상하방향으로 이동시킬 수 있다. The graphene manufacturing apparatus 100 may include a transfer mechanism for moving the lamp unit 200 relative to the substrate 10. The transfer mechanism may include a lamp unit driver (not shown) for moving the lamp unit 200 and a substrate driver 114 for moving the substrate 10. Therefore, the transfer mechanism may move the substrate 10 or the lamp unit 200 in the x-axis direction, the y-axis direction, or the up-down direction at a desired speed.

또한, 기판 지지부(110)는 기판(10)을 예비적으로 가열하기 위한 가열 플레이트(112)를 포함할 수 있다. 가열 플레이트(112)는 램프 유닛(200)에 의한 국부적 열처리를 수행하기 전에 기판(10)을 예비적으로 가열할 수 있다. 가열 플레이트(112)는 기판(10)을 그래핀의 성장 온도 이하까지 가열할 수 있다. In addition, the substrate support 110 may include a heating plate 112 for preliminarily heating the substrate 10. The heating plate 112 may preheat the substrate 10 before performing the local heat treatment by the lamp unit 200. The heating plate 112 may heat the substrate 10 to below the growth temperature of graphene.

그래핀의 제조 장치(100)는 공정 온도를 측정하기 위한 센서(140) 및 온도 분석기(142)를 포함할 수 있다. 센서(140)는 램프 유닛(200)에 의해 기판(10) 상에 국부적으로 가열된 부분의 온도를 측정할 수 있다. 이와 다르게, 예비 가열된 기판(10)의 온도를 측정할 수 있다. 센서(140)는 챔버(102)의 일측벽에 형성된 윈도우(109)를 통해 온도 분석기(142)에 연결될 수 있다.The apparatus 100 for manufacturing graphene may include a sensor 140 and a temperature analyzer 142 for measuring a process temperature. The sensor 140 may measure the temperature of a portion that is locally heated on the substrate 10 by the lamp unit 200. Alternatively, the temperature of the preheated substrate 10 may be measured. The sensor 140 may be connected to the temperature analyzer 142 through a window 109 formed on one side wall of the chamber 102.

도 2에 도시된 바와 같이, 램프 유닛(200)의 램프 스캐닝을 이용하여 화학 기상 증착 공정을 수행하여 결정립의 크기가 큰 고품질의 그래핀을 제조할 수 있다.As shown in FIG. 2, high-quality graphene having a large grain size may be manufactured by performing a chemical vapor deposition process using lamp scanning of the lamp unit 200.

램프 유닛(200)의 집속 수단(220)에 의해 선형으로 집속되어 기판(10) 상에서 국부적인 가열이 이루어지며 램프 유닛(200)이 기판(10)에 대하여 상기 선형의 국부적 가열 부분과 수직한 방향인 x축 방향으로 이동하여 연속적인 열처리를 수행할 수 있다. 이와 다르게, 램프 유닛(200)은 정지하고 기판 지지부(110)가 이동될 수 있음은 당연하다.The lamp unit 200 is linearly focused by the focusing means 220 of the lamp unit 200 so that local heating is performed on the substrate 10 and the lamp unit 200 is perpendicular to the linear local heating portion with respect to the substrate 10. It can be moved in the x-axis direction to perform a continuous heat treatment. Alternatively, it is obvious that the lamp unit 200 may stop and the substrate support 110 may be moved.

그래핀을 제조하기 위하여, 우선 전이금속으로 이루어진 촉매층(12)이 증착된 기판(10)을 챔버(102) 내의 기판 지지부(110) 상에 로딩시킬 수 있다. 이후, 챔버(102)를 진공 상태로 형성하고 가열 플레이트(112)를 이용하여 기판(10)을 예비적으로 가열시켜 소정의 온도까지 상승시킬 수 있다. 여기서, 본 장비의 목적은 램프 시스템에 의한 연속적인 열처리에 의한 그래핀의 성장이므로 예비 가열은 반드시 그래핀이 성장되지 않는 온도까지 상승시킬 수 있다. 이 후, 탄소 공급원의 역할을 한는 탄소가 포함된 소스 가스를 수소와 함께 흘러주면서 그래핀 성장을 위한 소스 가스를 공급함과 동시에 진공 장치를 이용하여 진공 상태를 유지하면서 공정 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다. In order to manufacture the graphene, first, the substrate 10 on which the catalyst layer 12 made of a transition metal is deposited may be loaded onto the substrate support 110 in the chamber 102. Thereafter, the chamber 102 may be formed in a vacuum state, and the substrate 10 may be preliminarily heated by using the heating plate 112 to increase to a predetermined temperature. Here, the purpose of this equipment is to grow the graphene by the continuous heat treatment by the lamp system, the preheating can be raised to a temperature where the graphene is not necessarily grown. Thereafter, a source gas containing carbon, which serves as a carbon source, flows with hydrogen to supply a source gas for graphene growth, and at the same time maintain a vacuum while using a vacuum apparatus to maintain a constant process pressure. have.

기판(10)의 예비 가열 상태에서는 촉매층(12)이 탄소를 고용시킬 수 있는 충분한 온도로 가열되지 않으므로 그래핀이 생성되지 않는다. 이 상태에서, 램프 유닛(200)의 램프와 집속 수단(220)에 의해 선형의 국부적 가열이 이루어지면서 그 부분에서만 그래핀이 생성될 수 있다. 구체적으로, 램프 유닛(200)에 의한 국부적 가열이 이루어진 부분에서는 촉매층(12)이 충분한 온도로 상승하여 탄소 원자를 고용시키게 되고 기판(10)이 상대적으로 이동하면서 상기 국부적 가열 부분은 급속도로 냉각되게 되어 촉매층(12)에 고용되었던 탄소 원자가 표면에서 석출되어 결정화되어 그래핀 결정 구조를 형성할 수 있다. In the preheated state of the substrate 10, the catalyst layer 12 is not heated to a sufficient temperature to solidify carbon, so graphene is not produced. In this state, linear local heating is performed by the lamp and the focusing means 220 of the lamp unit 200, and graphene may be generated only at that portion. Specifically, in the portion where the local heating is performed by the lamp unit 200, the catalyst layer 12 rises to a sufficient temperature to solidify the carbon atoms, and the local heating portion is rapidly cooled while the substrate 10 moves relatively. Thus, carbon atoms that have been dissolved in the catalyst layer 12 may be precipitated on the surface to crystallize to form a graphene crystal structure.

종래의 CVD 방법에 의한 그래핀 제조에 있어서, 촉매층 전체가 가열되고 냉각된다. 이러한 방법에서 그래핀 성장을 이끄는 탄소의 핵이 임의의 위치에서 생성되고 이러한 무작위로 생성된 핵이 성장하여 결정립을 이루면서 서로 만나게 되어 결정립계를 형성하게 된다. 이러한 결정립계의 배열 또한 무작위적이고 무수히 많은 위치에서 동시 다발적으로 핵 생성이 이루어지면서 결정립의 크기가 작고 결정립계의 수는 많아질 수 있다. 따라서, 이러한 결정립계는 전하 수송의 결함으로 작용하여 결국 그래핀의 품질을 저하시킬 수 있다.In graphene production by the conventional CVD method, the entire catalyst layer is heated and cooled. In this method, the nuclei of carbon leading to graphene growth are generated at random positions, and these randomly generated nuclei grow to form grains and meet each other to form grain boundaries. The arrangement of grain boundaries is also random and numerous nucleation occurs simultaneously in a myriad of locations as the grain size is small and the number of grain boundaries can be increased. Therefore, such grain boundaries may act as defects in charge transport and ultimately degrade the quality of graphene.

본 실시예에 따른 LSCVD 방법에서는 램프 유닛(200)이 촉매층(12)을 국부적으로 가열하고 냉각시키면서 핵 생성 위치(nucleation site)를 제어할 수 있다. 선형의 국부적 가열 영역에서만 촉매층의 가열과 냉각에 의하여 핵이 생성되게 되고 기판의 상대 이동에 의한 연속적인 열처리를 수행함으로써, 무작위로 임의의 위치에서 무수히 많은 핵을 생성시키는 기존의 CVD에 비해 훨씬 더 큰 결정립을 가진 그래핀을 제조할 수 있다.In the LSCVD method according to the present exemplary embodiment, the lamp unit 200 may control the nucleation site while locally heating and cooling the catalyst layer 12. Nuclei are generated by heating and cooling of the catalyst layer only in the linear localized heating zone and by continuous heat treatment by relative movement of the substrate, much more than conventional CVD, which generates a myriad of nuclei randomly at random positions. Graphene with large grains can be produced.

종래의 CVD 방법에 의해 제조된 그래핀의 평균 결정립의 크기는 250 ㅁ 11 nm일 수 있다. 본 실시예에 따른 LSCVD 방법으로 그래핀을 제조할 경우 훨씬 더 큰 결정립을 가진 그래핀을 얻을 수 있다. 또한 집속 수단(220)의 성능 조절에 따라 광원의 집속 정도(선형의 국부적 가열 부분의 너비)를 조절할 수 있고 기판의 상대 이동 속도에 의해 냉각 속도를 조절함으로써 그래핀 결정립의 크기를 조절할 수 있다. 여기서 광원의 역할을 하는 램프의 세기와 집속 수단의 광 집속에 따라 촉매층이 국부적으로 받는 선형의 영역의 너비와 그 부분이 받는 온도가 결정이 되고 기판의 상대 이동 속도는 냉각 속도를 결정하게 된다. 통상적으로 그래핀을 성장시키기 위한 온도는 약 1000ㅀC이며, 이상적인 냉각 속도는 초당 1 ~ 50ㅀC 의 속도로 냉각시키는 것인데, 본 실시예에서는 기판을 일정한 속도로 상대 이동시키며 이러한 냉각 속도를 용이하게 달성할 수 있다.The average grain size of graphene prepared by the conventional CVD method may be 250 11 11 nm. When graphene is manufactured by the LSCVD method according to the present embodiment, graphene having much larger grains may be obtained. In addition, according to the performance control of the focusing means 220, the degree of focusing (the width of the linear local heating portion) of the light source may be adjusted, and the size of the graphene grains may be adjusted by adjusting the cooling rate by the relative moving speed of the substrate. In this case, the width of the linear region where the catalyst layer is locally received and the temperature of the portion are determined according to the intensity of the lamp serving as the light source and the light focus of the focusing means, and the relative moving speed of the substrate determines the cooling rate. Typically, the temperature for growing graphene is about 1000 ° C, and the ideal cooling rate is to cool at a rate of 1 to 50 ° C per second. In this embodiment, the substrate is relatively moved at a constant speed, and this cooling rate is easy. Can be achieved.

본 실시예에 의해 제조된 그래핀은 그래핀 트랜스퍼 공정을 통하여 형성된 그래핀 시트를 촉매층으로부터 분리한 후에 원하는 목적에 맞게 사용할 수 있다. The graphene prepared according to the present embodiment may be used according to a desired purpose after separating the graphene sheet formed through the graphene transfer process from the catalyst layer.

본 실시예에 있어서, 촉매층(12)은 탄소 원자를 고용하여 그래핀의 형태로 석출시키는 중요한 역할을 수행하며 구리 등의 금속을 사용할 수 있다. 예를 들면, 촉매층(12)은 Cu, Mg, Mn, Mo, Ni, Co, Fe, Rh, Si, Ta, Ti, Pt, Au을 포함할 수 있다.In this embodiment, the catalyst layer 12 plays an important role of depositing in the form of graphene by solidifying carbon atoms, and may use a metal such as copper. For example, the catalyst layer 12 may include Cu, Mg, Mn, Mo, Ni, Co, Fe, Rh, Si, Ta, Ti, Pt, Au.

도 3은 열선(hot wire) 스캐닝에 의한 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성된 그래핀에 대한 라만 분광분석(Raman Spectroscopy) 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing Raman Spectroscopy results of graphene formed using a chemical vapor deposition method by hot wire scanning.

도 3을 참조하면, 국부적 가열원으로서 텅스텐 열선을 사용하였으며, 열선의 지름은 1mm이고 길이는 150mm이었다. 열원의 이동 속도는 3mm/min으로 하였다. 열원으로 가열된 부위의 온도는 탄소가 고용될 수 있는 1000℃이었고 온도 구배는 열원 1mm 이동시 온도 차이가 50~70℃가 되도록 하였다.Referring to FIG. 3, a tungsten heating wire was used as a local heating source, and the diameter of the heating wire was 1 mm and the length was 150 mm. The moving speed of the heat source was 3 mm / min. The temperature of the site heated by the heat source was 1000 ℃ carbon can be dissolved and the temperature gradient was 50 ~ 70 ℃ temperature difference when moving the heat source 1mm.

도 3에 도시한 바와 같이, 제조된 그래핀의 라만 분광분석 결과, 라만 쉬프트(Raman shift) 1580 cm^-1 부근에서 G 피크(peak) 및 라만 쉬프트 2700 cm^-1 부근에서 2D 피크를 확인할 수 있었다. 따라서, 열선에 의한 연속적인 화학 기상 증착 방법을 이용하였을 경우 우수한 품질을 갖는 단일층의 그래핀을 제조할 수 있다.As shown in FIG. 3, as a result of Raman spectroscopy of the prepared graphene, a G peak and a 2D peak near Raman shift 2700 cm ⁻¹ were found near Raman shift 1580 cm ⁻¹ . . Therefore, it is possible to produce a single layer of graphene having excellent quality when using a continuous chemical vapor deposition method by hot wire.

도 4a 및 4b는 열선(hot wire) 스캐닝에 의한 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성된 그래핀의 열선의 스캔 속도에 따른 라만 분광 및 면저항을 각각 나타내는 그래프들이다. 라만 분광은 그래핀의 특성을 평가하는 데 사용되며, 층의 개수와 결함 정도에 따라 D와 G, 2D 피크로 대표되는 피크의 위치와 모양이 변화한다.4A and 4B are graphs illustrating Raman spectroscopy and sheet resistance, respectively, according to scan rates of hot wires of graphene formed by using a chemical vapor deposition method by hot wire scanning. Raman spectroscopy is used to evaluate the properties of graphene, and the position and shape of peaks represented by D, G, and 2D peaks change according to the number of layers and the degree of defects.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 스캔 속도가 3mm/min에서 면저항과 D/G 피크의 비가 가장 작은 것을 확인할 수 있다. 라만분광에서 D와 G 피크의 비는 그래핀의 결함을 나타내는 척도로 작을수록 고품질의 그래핀이 생성될 수 있다.4A and 4B, it can be seen that the ratio of the sheet resistance and the D / G peak is the smallest at the scan speed of 3 mm / min. In Raman spectroscopy, the smaller the ratio of D and G peaks is to indicate a defect in graphene, the higher the quality of graphene can be produced.

도 3 내지 도 4b에 나타낸 바와 같이, 연속적인 화학 기상 증착 방법을 사용하였을 경우 고품질의 단일층의 그래핀을 제조할 수 있으며 열선의 스캔 속도가 그래핀의 품질에 매우 큰 영향을 미침을 보여주고 있다. 열선을 이용한 연속적인 화학 기상 증착 방법과 비교하여 램프 스캐닝에 의한 화학 기상 증착 방법은 램프의 광을 집속하여 가열하므로 더욱더 빠르게 온도를 상승시킬 수 있고 집속 수단을 조절함에 의하여 빔을 훨씬 더 좁은 영역으로 집속할 수 있어 국부적 가열을 하는데 매우 유리할 수 있다.As shown in Figure 3 to 4b, when using a continuous chemical vapor deposition method it is possible to produce a high-quality single layer of graphene shows that the scanning speed of the hot wire has a very significant effect on the quality of graphene have. Compared to the continuous chemical vapor deposition method using a hot wire, the chemical vapor deposition method by lamp scanning focuses and heats the light of the lamp, so that the temperature can be increased more quickly and the beam is controlled to a much narrower area by adjusting the focusing means. Focusing can be very advantageous for localized heating.

따라서, 본 발명에 따른 연속적인 열처리를 수행할 경우 핵 생성 위치를 훨씬 더 미세하게 제어하여 결정립의 크기가 크게 성장된 고품질의 그래핀을 제조할 수 있다. Therefore, when performing a continuous heat treatment according to the present invention it is possible to control the nucleation position much finer to produce a high quality graphene with a large grain size.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치의 일부를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5의 그래핀의 제조 장치를 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치는 램프 유닛의 구조를 제외하고는 도 1의 그래핀의 제조 장치와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.5 is a perspective view illustrating a part of a graphene manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a graphene manufacturing apparatus of FIG. 5. The graphene manufacturing apparatus according to the present embodiment includes substantially the same components as the graphene manufacturing apparatus of FIG. 1 except for the structure of the lamp unit. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repetitive descriptions of the same components are omitted.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 램프 유닛(200)은 교대로 작동가능한 적어도 2개의 램프들 및 상기 램프들로부터의 조사된 광을 반사시키기 위한 적어도 2개의 반사부들을 포함할 수 있다.5 and 6, in the second embodiment of the present invention, the lamp unit 200 has at least two lamps alternately operable and at least two lamps for reflecting the irradiated light from the lamps. It may include reflectors.

구체적으로, 램프 유닛(200)은 상기 램프들을 수용하기 위한 수용부(204)를 갖는 홀더(202)를 포함할 수 있다. 램프 유닛(200)은 홀더(202)에 수용되는 제1 내지 제3 램프들(210a, 210b, 210c) 및 상기 램프들로부터의 조사된 광을 반사시키기 위한 제1 내지 제3 반사부들(220a, 220b, 220c)을 포함할 수 있다.Specifically, the lamp unit 200 may include a holder 202 having a receiving portion 204 for receiving the lamps. The lamp unit 200 may include the first to third lamps 210a, 210b, and 210c accommodated in the holder 202 and the first to third reflectors 220a, for reflecting the light emitted from the lamps. 220b and 220c).

제1 램프(210a)와 제1 반사부(220a)는 제1 램프 세트를 구성하고, 제2 램프(210b)와 제2 반사부(220b)는 제2 램프 세트를 구성하고, 제3 램프(210c)와 제3 반사부(220c)는 제3 램프 세트를 구성할 수 있다. 상기 램프 세트들 중 하나의 램프 세트가 선택되고, 선택된 하나의 램프 세트를 이용하여 연속적인 열처리 공정을 수행할 수 있다.The first lamp 210a and the first reflector 220a constitute a first lamp set, the second lamp 210b and the second reflector 220b constitute a second lamp set, and the third lamp ( The 210c and the third reflector 220c may constitute a third lamp set. One lamp set of the lamp sets may be selected, and a continuous heat treatment process may be performed using the selected lamp set.

본 발명의 제2 실시예에 있어서, 상기 램프들은 홀더(202) 내에서 중심축(206)을 중심으로 하여 회전하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 내지 제3 램프 세트들은 홀더(202)의 수용부(204) 내에서 회전 가능하도록 홀더(202)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 선택된 제1 램프 세트의 제1 램프(210a)로부터 조사된 광은 제1 반사부(220a)의 타원형 반사부(222a)에 의해 기판(10) 상의 국부적 위치(A)상으로 집속될 수 있다.In a second embodiment of the invention, the lamps may be configured to rotate about a central axis 206 within the holder 202. For example, the first to third lamp sets may be mounted to the holder 202 to be rotatable within the receiving portion 204 of the holder 202. For example, the light irradiated from the first lamp 210a of the selected first lamp set is focused onto the local position A on the substrate 10 by the elliptical reflector 222a of the first reflector 220a. Can be.

따라서, 램프의 수명이 다할 경우, 상기 제1 내지 제3 램프 세트들은 회전하여 순차적으로 교체될 수 있고, 공정을 중단하지 않고 연속적으로 램프의 스캐닝을 수행함으로써, 공정 시간을 단축할 수 있다.Therefore, when the lamp reaches the end of its life, the first to third lamp sets can be rotated and replaced sequentially, and the process time can be shortened by continuously scanning the lamp without interrupting the process.

도 7a 및 도 7b는 도 5의 램프 유닛의 다른 형태들을 나타내는 사시도들이다.7A and 7B are perspective views illustrating other forms of the lamp unit of FIG. 5.

도 7a를 참조하면, 램프 유닛은 제1 내지 제3 램프들(210a, 210b, 210c) 및 상기 램프들 중 어느 하나의 램프로부터의 조사된 광을 반사시키기 위한 하나의 집속 수단(220)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 램프들(210a, 210b, 210c)은 집속 수단(220)을 중심으로 하여 회전가능하고, 선택된 하나의 램프를 이용하여 연속적인 열처리 공정을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 7A, the lamp unit includes first to third lamps 210a, 210b and 210c and one focusing means 220 for reflecting the irradiated light from any one of the lamps. can do. The first to third lamps 210a, 210b, and 210c may be rotatable around the focusing means 220, and may perform a continuous heat treatment process using one selected lamp.

도 7b를 참조하면, 집속 수단(220)은 고정되고 제1 내지 제3 램프들(210a, 210b, 210c)이 램프의 길이 방향으로 수평적으로 이동하여 교체될 수 있다.Referring to FIG. 7B, the focusing means 220 may be fixed and the first to third lamps 210a, 210b, and 210c may be replaced by horizontally moving in the longitudinal direction of the lamp.

따라서, 램프의 수명이 다할 경우, 상기 제1 내지 제3 램프들은 순차적으로 교체될 수 있고, 공정을 중단하지 않고 연속적으로 램프의 스캐닝을 수행함으로써, 램프의 제한적 수명을 개선하여 공정 시간을 단축할 수 있다.Accordingly, when the lamps reach the end of their lifespan, the first to third lamps may be replaced sequentially, and by continuously scanning the lamps without interrupting the process, the limited lifespan of the lamps may be improved to shorten the process time. Can be.

도 8a 및 도 8b는 도 5의 램프 유닛의 또 다른 형태들을 나타내는 사시도들이다.8A and 8B are perspective views illustrating still other forms of the lamp unit of FIG. 5.

도 8a를 참조하면, 램프들을 수용하기 위한 램프 유닛의 홀더(202)는 일방향으로 이격 형성된 제1 내지 제3 수용부들(204a, 204b, 204c)을 포함할 수 있다. 제1 수용부(204a)에는 서로 대응하는 램프와 반사부를 각각 포함하는 세 개의 램프 세트들이 수용되어 제1 램프 유닛(200a)을 구성할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 수용부(204b)에는 세 개의 램프 세트들이 수용되어 제2 램프 유닛(200b)을 구성하고, 제3 수용부(204c)에는 세 개의 램프 세트들이 수용되어 제3 램프 유닛(200c)를 구성할 수 있다.Referring to FIG. 8A, the holder 202 of the lamp unit for accommodating lamps may include first to third receiving parts 204a, 204b, and 204c spaced apart in one direction. Three lamp sets each including a lamp and a reflecting unit corresponding to each other may be accommodated in the first accommodating part 204a to constitute the first lamp unit 200a. Similarly, three lamp sets are accommodated in the second accommodating part 204b to constitute the second lamp unit 200b, and three lamp sets are accommodated in the third accommodating part 204c to allow the third lamp unit ( 200c) can be configured.

제1 램프 유닛(200a)은 제1 국부적 위치(A)만을 가열하고, 제2 램프 유닛(200b)은 제2 국부적 위치(B)만을 가열하고, 제3 램프 유닛(200c)은 제3 국부적 위치(C)만을 가열할 수 있다.The first lamp unit 200a heats only the first local position A, the second lamp unit 200b heats only the second local position B, and the third lamp unit 200c makes the third local position. Only (C) can be heated.

따라서, 다수개의 램프 유닛들의 램프들이 동시에 조사되어 서로 다른 국부적 위치들 상으로 집속되어 온도를 상승시킬 수 있다. 이러한 다수개의 램프 유닛들을 동시에 스캐닝함으로써, 대면적의 그래핀의 제조 시간을 단축시킬 수 있다.Thus, lamps of multiple lamp units can be irradiated simultaneously and focused onto different local positions to raise the temperature. By simultaneously scanning such a plurality of lamp units, it is possible to shorten the manufacturing time of large area graphene.

도 8b를 참조하면, 제1 내지 제3 램프 유닛들(200a, 200b, 200c)은 동일한 국부적 위치(A)만을 가열할 수 있다.Referring to FIG. 8B, the first to third lamp units 200a, 200b and 200c may heat only the same local position A. FIG.

따라서, 다수개의 램프 유닛들의 램프들이 동시에 조사되어 동일한 국부적 위치(A) 상으로 집속되어 온도를 상승시킬 수 있다. 이러한 다수개의 램프 유닛들을 동시에 스캐닝함으로써, 기판의 국부적 위치의 온도를 더욱 빠르고 높게 상승시킬 수 있다.Thus, lamps of multiple lamp units can be irradiated simultaneously and focused onto the same local position A to raise the temperature. By scanning these multiple lamp units simultaneously, it is possible to raise the temperature of the local position of the substrate faster and higher.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치의 일부를 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 9a의 램프 유닛의 스캐닝 형태를 나타내는 사시도이다. 본 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치는 램프 유닛의 구조를 제외하고는 도 1의 그래핀의 제조 장치와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.9A and 9B are perspective views illustrating a part of a graphene manufacturing apparatus according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a perspective view illustrating a scanning form of the lamp unit of FIG. 9A. The graphene manufacturing apparatus according to the present embodiment includes substantially the same components as the graphene manufacturing apparatus of FIG. 1 except for the structure of the lamp unit. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repetitive descriptions of the same components are omitted.

도 9a를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 있어서, 램프 유닛은 기판(10) 상부에 위치하는 광원(210) 및 광원(210)으로부터의 광을 기판(10) 상의 국부적 위치(B)상으로 집속시키기 위한 집속 수단(220)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 광원(210)은 구형의 램프를 포함하고, 집속 수단(220)은 상기 램프로부터의 조사된 광을 기판(10) 상으로 반사시키기 위한 구형 반사부를 포함할 수 있다.9A, in the third embodiment of the present invention, the lamp unit includes a light source 210 positioned above the substrate 10 and a local position B on the substrate 10 for light from the light source 210. Focusing means 220 for focusing on the image may be provided. In detail, the light source 210 may include a spherical lamp, and the focusing unit 220 may include a spherical reflector for reflecting the light emitted from the lamp onto the substrate 10.

그래핀의 대면적, 대량 생산의 중요성과 더불어 그래핀을 필요한 부분에 선택적으로 성장시키는 기술도 매우 중요할 수 있다. 그래핀 트랜지스터와 같은 나노 사이즈의 소자에 그래핀을 활용하기 위해서는 그래핀을 원하는 위치에 원하는 크기로 정확하게 성장시키는 기술, 원하는 패턴으로 그래핀을 제조할 수 있는 기술이 매우 유용할 수 있다.Along with the importance of large area and mass production of graphene, the technology of selectively growing graphene where needed can be very important. In order to utilize graphene in nano-sized devices such as graphene transistors, a technique for growing graphene to a desired size at a desired position and a technique for manufacturing graphene in a desired pattern may be very useful.

본 발명의 제3 실시예에 있어서, 기판(10) 상에서 점 형태의 국부적 가열(heating in a localized spot)을 수행하여 고품질의 그래핀을 원하는 위치에 원하는 크기로 정확하게 성장시키고 나아가 원하는 그래핀 패턴으로 그래핀을 제조할 수 있다.In the third embodiment of the present invention, by heating in a localized spot in the form of spots on the substrate 10, high-quality graphene is grown accurately to a desired size at a desired position, and further into a desired graphene pattern. Graphene can be prepared.

도 9b를 참조하면, 집속 수단(220)을 조절하여 기판(10) 상으로 집속되는 국부적으로 가열되는 부분의 크기를 조절할 수 있다. 따라서, 집속 수단(220)을 조절함으로써, 국부적으로 가열되는 점 부분의 크기를 변화시킴으로써 원하는 크기로 그래핀을 국부적 성장시킬 수 있다. Referring to FIG. 9B, the size of the locally heated portion focused on the substrate 10 may be adjusted by adjusting the focusing means 220. Thus, by adjusting the focusing means 220, it is possible to locally grow graphene to a desired size by changing the size of the spot portion that is locally heated.

도 10을 참조하면, 램프 유닛은 기판(10)에 대하여 상대적으로 x축 방향 또는 y축 방향으로 정확하게 이동함으로써, 원하는 위치에 국부적 가열을 할 수 있다. 또한, 상기 램프 유닛 또는 상기 기판이 연속적으로 움직이면서 원하는 패턴으로 연속적인 열처리를 수행할 수 있다. 따라서, 미리 정해진 스캐닝 경로를 따라 램프 유닛을 이동시킴으로써, 원하는 형태의 그래핀 패턴을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10, the lamp unit may be locally heated at a desired position by accurately moving in the x-axis direction or the y-axis direction relative to the substrate 10. In addition, the lamp unit or the substrate may be continuously moved to perform a continuous heat treatment in a desired pattern. Thus, by moving the lamp unit along a predetermined scanning path, it is possible to form a graphene pattern of a desired shape.

도 11은 도 9a의 램프 유닛의 다른 형태를 나타내는 사시도이다.FIG. 11 is a perspective view illustrating another embodiment of the lamp unit of FIG. 9A. FIG.

도 11을 참조하면, 다수개의 램프 유닛들의 램프들이 동시에 조사되어 서로 다른 국부적 위치들 상으로 집속되어 온도를 상승시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 램프 유닛들(200a, 200b, 200c)은 서로 독립적으로 이동하여 좀더 효율적으로 열처리 공정을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 11, lamps of a plurality of lamp units may be irradiated simultaneously and focused on different local positions to raise the temperature. In detail, the first to third lamp units 200a, 200b, and 200c may move independently of each other to perform a heat treatment process more efficiently.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치를 나타내는 분해 사시도이다. 본 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치는 그래핀 트랜스퍼 유닛을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1의 그래핀의 제조 장치와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.12 is an exploded perspective view showing an apparatus for manufacturing graphene according to a fourth embodiment of the present invention. The graphene manufacturing apparatus according to the present exemplary embodiment includes substantially the same components as the graphene manufacturing apparatus of FIG. 1 except that the graphene transfer unit further includes a graphene transfer unit. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repetitive descriptions of the same components are omitted.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 그래핀의 제조 장치는 그래핀의 전사 유닛(300)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12, the graphene manufacturing apparatus according to the fourth exemplary embodiment may further include a transfer unit 300 of graphene.

본 발명의 제4 실시예에 있어서, 챔버(102) 내에서 그래핀을 촉매층 상에 성장시키는 공정을 수행할 수 있고, 챔버(102)와 연결된 그래핀의 전사 유닛(300)의 전사 챔버(302) 내에서는 타겟 기판 상에 상기 그래핀층을 전사시키는 공정을 수행할 수 있다.In the fourth embodiment of the present invention, a process of growing graphene on the catalyst layer in the chamber 102 may be performed, and the transfer chamber 302 of the transfer unit 300 of graphene connected to the chamber 102 may be performed. ) May transfer the graphene layer onto a target substrate.

구체적으로, 그래핀의 전사 유닛(300)은 챔버(102)로부터 전사 챔버(302) 내로 그래핀층이 형성된 기판(10)을 공급하고 상기 그래핀층을 타겟 기판(도시되지 않음) 상으로 전사하기 위한 롤러부(310)를 포함할 수 있다. 따라서, 그래핀층이 형성된 기판은 그래핀의 전사 유닛(300)의 전사 챔버(302) 내로 이송되고 롤투롤(roll-to-roll) 공정이라 불리는 그래핀 전사 공정을 연속적으로 수행할 수 있다.Specifically, the transfer unit 300 of graphene supplies a substrate 10 having a graphene layer formed from the chamber 102 into the transfer chamber 302 and transfers the graphene layer onto a target substrate (not shown). It may include a roller 310. Accordingly, the substrate on which the graphene layer is formed may be transferred into the transfer chamber 302 of the transfer unit 300 of graphene and continuously perform a graphene transfer process called a roll-to-roll process.

도면에 도시되지는 않았지만, 그래핀의 전사 유닛(300)에서는, 상기 그래핀층 상에 보호층을 도포하고, 상기 촉매층을 제거하고 타겟 기판에 전사한 이후에 상기 보호층을 제거하는 공정이 연속적으로 수행될 수 있다.Although not shown in the drawing, in the transfer unit 300 of graphene, a process of applying a protective layer on the graphene layer, removing the catalyst layer and removing the protective layer after transferring to the target substrate is continuously performed. Can be performed.

따라서, 그래핀층을 형성하는 공정 이후에 그래핀을 전사시키는 공정을 연속적으로 수행함으로써, 고품질의 대면적 그래핀을 대량 생산하는 데 있어서 공정 체재를 단순화하여 공정 비용의 절감과 공정 시간을 단축할 수 있다.Therefore, by continuously performing the process of transferring the graphene after forming the graphene layer, it is possible to simplify the process format in mass production of high quality large-area graphene, thereby reducing the process cost and shortening the process time. have.

상술한 바와 같이, 선형의 국부적 가열에 의한 연속적인 열처리에 의해서 그래핀의 핵 생성 위치를 제어할 수 있다.As described above, the nucleation position of graphene can be controlled by continuous heat treatment by linear local heating.

종래의 CVD 방법에 의한 그래핀 제조에 있어서는 촉매층이 전체적으로 온도를 받고 냉각되는 형태로써 그래핀 성장을 이끄는 탄소의 핵이 임의의 위치에서 생성되므로 그래핀의 결정립을 크게 할 수 없다. 본 발명에 따르면, 선형의 국부적 가열 부분에서만 그래핀의 핵이 생성되게 되고 램프나 기판의 이동에 의한 연속적인 열처리를 진행함으로써 자연스럽게 이동 방향으로 결정립 크기를 증가시킬 수 있다. 따라서, 결정립 크기가 크고 결정립계의 면적이 상대적으로 감소하여 높은 전하 수송 능력을 가지는 고품질의 그래핀을 제조할 수 있다. 결정립의 크기가 커서 면 저항이 작고 높은 전하 수송 능력을 가지는 그래핀의 제조는 특히 그래핀을 투명 전극으로 사용함에 있어 높은 성능 향상을 가져올 수 있다.In the graphene production by the conventional CVD method, since the catalyst layer is cooled and cooled in its entirety, carbon nuclei for driving graphene growth are generated at arbitrary positions, and thus the grains of graphene cannot be increased. According to the present invention, the nucleus of the graphene is generated only in the linear local heating portion, and the grain size can be naturally increased in the moving direction by performing a continuous heat treatment by the movement of the lamp or the substrate. Accordingly, high quality graphene having a large grain size and a relatively small area of grain boundary having high charge transport capability can be manufactured. If the grain size is large, the production of graphene having a low resistance and high charge transport ability may result in high performance, especially when using graphene as a transparent electrode.

또한, 기판이 선형의 국부적 가열 부분과 수직 방향으로 이동하면서 그래핀이 형성되고 이를 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 적용할 수 있다. 기판이 컨베이어 벨트에 의해 움직이면서 그래핀이 연속적으로 성장되므로 그래핀의 성장과 전사 공정이 연속적으로 한 번에 진행됨으로써 공정 체재가 단순해지고 공정 시간이 줄어들어 그래핀의 대량 생산 체재에 매우 효과적인 공정 방법으로써 응용할 수 있다.In addition, as the substrate moves in a direction perpendicular to the linear local heating portion, graphene is formed and can be applied to a roll-to-roll process. As the substrate is moved by the conveyor belt, the graphene is continuously grown. Therefore, the graphene growth and transfer process are carried out continuously at one time, which simplifies the process format and reduces the processing time. It can be applied.

더욱이, 원형 램프와 집속 수단에 의해 점 형태의 국부적 가열을 수행함으로써 그래핀을 원하는 위치에만 성장시킬 수 있다. 또한 집속 수단의 조절에 의하여 점 형태의 국부적 가열 부분의 크기를 조절함으로써 국부적으로 제조되는 그래핀의 크기도 조절이 가능하다. 또한 램프와 집속 수단 혹은 기판이 연속적으로 움직이면서 열처리를 실시함에 의하여 원하는 패턴으로 그래핀을 제조하는 것이 가능하다. 그래핀의 대면적 제조가 아닌, 원하는 위치에, 원하는 형태와 크기로 그래핀 패턴을 형성할 수 있다는 것은 그래핀 트랜지스터와 같이 나노 사이즈의 공정을 진행함에 있어 매우 효과적일 수 있다.Furthermore, the graphene can be grown only in the desired position by performing local heating in the form of dots by circular lamps and focusing means. It is also possible to control the size of the locally produced graphene by adjusting the size of the point-shaped local heating portion by adjusting the focusing means. In addition, it is possible to produce graphene in a desired pattern by performing heat treatment while the lamp and the focusing means or the substrate are continuously moved. Rather than manufacturing a large area of graphene, the ability to form a graphene pattern in a desired shape and size at a desired location may be very effective in carrying out a nano-sized process like a graphene transistor.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that it is possible.

10 : 기판 12 : 촉매층
100 : 그래핀의 제조 장치 102 : 챔버
104 : 게이트 110 : 기판 지지부
112 : 가열 플레이트 114 : 기판 구동부
120 : 가스 공급부 124 : 샤워 헤드
200 : 램프 유닛 202 : 홀더
204 : 수용부 210 : 광원
220 : 집속 수단 300 : 그래핀의 전사 유닛
302 : 전사 챔버 310 : 롤러부10 substrate 12 catalyst layer
100: graphene manufacturing apparatus 102: chamber
104: gate 110: substrate support
112: heating plate 114: substrate driving unit
120: gas supply unit 124: shower head
200: lamp unit 202: holder
204: receiving portion 210: light source
220: focusing means 300: transfer unit of graphene
302: transfer chamber 310: roller portion

Claims

A chamber providing a space for processing a substrate;
A substrate support disposed in the chamber and supporting the substrate;
A gas supply unit for supplying a carbon source gas into the chamber; And
And a lamp unit installed in the chamber so as to be movable relative to the substrate and having a light source and focusing means for focusing light from the light source onto a local position on the substrate. Device for manufacturing pins.

The graphene manufacturing apparatus of claim 1, wherein the light source comprises a linear lamp.

3. The graphene manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the focusing means has an elliptical reflector for reflecting the light emitted from the lamp onto the substrate.

The apparatus of claim 1, wherein the lamp unit includes at least two lamps that are alternately operable.

The apparatus of claim 4, wherein the focusing means comprises at least two reflecting portions for reflecting the light emitted from the lamp onto the substrate so as to correspond to each of the lamps.

The apparatus of claim 1, wherein the lamp unit comprises a holder having a receiving portion for accommodating the lamp.

The apparatus of claim 6, wherein the holder has at least two receiving portions, and each of the receiving portions includes at least two lamps detachably received.

8. The graphene manufacturing apparatus of claim 7, wherein the lamps are rotated in the holder and replaced sequentially.

8. The graphene manufacturing apparatus of claim 7, wherein the lamps accommodated in the receiving parts are irradiated at the same time.

10. The apparatus of claim 9, wherein the lamps are irradiated onto different local positions, respectively.

10. The apparatus of claim 9, wherein the lamps are irradiated simultaneously onto the same local position.

The graphene manufacturing apparatus of claim 1, wherein the light source comprises a spherical lamp.

13. The graphene manufacturing apparatus of claim 12, wherein the focusing means has a spherical reflector for reflecting the light emitted from the lamp onto the substrate.

2. The graphene manufacturing apparatus of claim 1, wherein the focusing means is adjusted to change the size of the local position of light focused on the substrate.

The apparatus of claim 1, further comprising a transfer mechanism for moving the lamp unit relative to the substrate.

The apparatus of claim 1, wherein the substrate support further comprises a heating plate for preliminarily heating the substrate.

The graphene manufacturing apparatus of claim 1, further comprising a transfer unit of graphene connected to the chamber and having a roller unit for transferring the graphene layer formed on the substrate onto a target substrate.

Loading the substrate on which the catalyst layer is deposited into the chamber;
Supplying a carbon source gas into the chamber;
Concentrating light from a light source onto a local position on the substrate to heat the first portion of the catalyst layer, thereby solidifying a carbon component in the first portion of the catalyst layer; And
By moving the light source to cool the first portion of the catalyst layer and simultaneously heating the second portion of the catalyst layer to perform a continuous heat treatment on the catalyst layer, the graphene precipitated from the solid solution carbon component on the catalyst layer. Graphene manufacturing method comprising the step of forming a pin layer.

19. The method of claim 18, wherein condensing light from the light source onto a local position on the substrate,
Positioning a lamp on the substrate;
Irradiating light from the lamp; And
And reflecting the irradiated light onto the substrate using an elliptical reflector.

The method of claim 18, further comprising transferring the graphene layer formed on the substrate onto a target substrate by performing a roll-to-roll process.