KR101416713B1 - 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 생성한 그래핀 박막 - Google Patents

절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 생성한 그래핀 박막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 기판 상에 절연체층이 형성되고, 절연체층 상에 금속층이 형성되어 있는 상태에서 금속층 상에 감광제층 형성하고, 감광제층을 노광하고 현상하여 감광제 패턴을 형성하고, 감광제 패턴을 가열하고, 가열 결과 감광제 패턴을 구성하는 탄소 원자가 금속층을 투과하여 금속층과 절연체층 사이에 그래핀을 형성하는 것을 특징으로 하며, 그래핀의 배열된 미세 패터닝이 가능하고, 소자를 제작하기 위해 금속 기판 상에 그래핀을 성장한 다음 절연체 기판 상으로 옮기는 공정을 생략할 수 있다.

Description

절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 생성한 그래핀 박막{The method of forming graphene film on insulator layer and graphene formed by the same}
본 발명은 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절연체층 상에 패턴된 그래핀을 직접 성장시킴으로써, 그래핀의 배열된 미세 패터닝이 가능하고, 소자를 제작하기 위해 금속 기판 상에 그래핀을 성장한 다음 절연체 기판 상으로 옮기는 공정이 생략되는 그래핀 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
탄소 원자의 단일 층인 그래핀은 전자 이동도(electron carrier mobility)가 높으며, 탄성(elasticity)이 높고, 전자기적 변조성이 있으며, 열전도도(thermal conductivity)가 높고, 광 투과도가 높다는 특성으로 인하여 각종 응용소자에 적용될 잠재성이 큰 물질이다. 최근에는 투명하고 전도성이 높은 특성을 이용하여 디스플레이소자의 투명 전극에 적용하려는 시도가 활발하다.
그래핀을 성장하는 방식으로는 자연 그대로의 원료인 흑연(graphite)에 테이프를 부착하여 물리적으로 탈착하는 방식이 있으며 이 외에도 흑연을 산화시켜 분산시킨 후 환원하는 방식, SiC와 같은 탄소화합물 반도체를 가열하여 표면에 탄소층만 형성하는 방식, CH4, C2H4, C2H2, C6H6 와 같은 가스 원료를 이용한 CVD(Chemical Vapor Deposition) 성장 방식이 대표적으로 알려져 있다.
투명 전극의 용도와는 달리 트랜지스터와 같이 개별 소자 또는 집적회로용 소자를 제작하기 위해서는 그래핀의 패터닝 공정이 필수적이다. 하지만 탄소 원자간 sp2 결합이 강해서 그래핀의 해리가 어렵기도 하지만, 그래핀과 마스크 물질간의 접착성이 떨어진다는 점으로 인해 패터닝이 어렵다.
현재 그래핀의 패터닝은 기판으로 사용되는 구리 또는 니켈과 같은 금속 카탈리스트(catatyst)층을 패터닝해서 그 형태상에서만 탄소 원소가 성장되도록 하는 방식을 이용한다.
금속 카탈리스트 기판층을 패터닝하기 위해서는 먼저, 금속 카탈리스트 기판상에 감광제(Photoresist, PR)를 도포하고, 패턴 형상으로 노광시키고, 현상하여 감광제 마스크층을 형성한 후 금속 카탈리스트 층을 식각하여 불필요한 부분을 제거한 뒤, 최종적으로 감광제 마스크층을 제거하여 원하는 형태대로 패턴된 금속 카탈리스트 기판층을 형성한다. 이렇게 패턴된 금속 카탈리스트 기판 상에 개스 소스를 이용한 CVD 방법으로 패턴된 그래핀을 성장한다.
그래핀은 전자소자에서 고속 채널 또는 고속 활성층으로 이용될 수 있으며, 그래핀을 이용하여 트랜지스터(transistor) 또는 포토디텍터(Photo detector)와 같은 소자를 제작하기 위해서는 Al2O3, SiO2와 같은 절연체 상에 형성되어야 할 필요가 있다.
이에 따라 금속 카탈리스트층을 식각하여 금속 카탈리스트층 상에 형성된 그래핀층을 분리시킨 후 그래핀을 절연층 상에 옮기는 과정이 필수적이다. 그러나 전자 소자 한 개를 만들 경우라면 작은 그래핀 조각을 직접 옮기면 되지만 현실적으로 웨이퍼 상에 작게 패터닝되어 규칙적으로 배열된 그래핀을 옮기기란 쉽지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 절연체 상에 직접 그래핀을 형성함으로써, 기존에 행해졌던 금속 기판 또는 금속 카탈리스트 층을 식각하여 그래핀을 다른 절연체층으로 옮기는 공정을 생략할 수 있는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 절연체층 상에 크기가 작고 규칙적으로 배열된 미세 패턴을 형성할 수 있는 그래핀 박막을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 기판 상에 절연체층이 형성되고, 상기 절연체층 상에 금속층이 형성되어 있는 상태에서 상기 금속층 상에 감광제층 형성하는 단계; 상기 형성된 감광제층을 노광하고 현상하여 감광제 패턴을 형성하는 단계; 상기 형성된 감광제 패턴을 가열하는 단계; 및 상기 가열 결과 상기 감광제 패턴을 구성하는 탄소 원자가 상기 금속층을 투과하여 상기 금속층과 상기 절연체층 사이에 그래핀을 형성하는 단계를 포함하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 형성된 감광제 패턴을 가열하는 단계는 산소가 없는 진공, 수소, 질소, 또는 아르곤 가스 분위기 하에 상기 감광제 패턴을 가열하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 감광제층은 양성 PR 또는 음성 PR일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 기판은 도핑되어 전극으로 사용할 수 있고, 전도성이 있는 반도체 기판이 될 수 있다. 또한, 상기 금속층도 전극으로 사용될 수 있다. 이때, 상기 금속층은 화학 주기율표상의 전이금속인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 감광제층을 스핀코팅, 잉크젯 프린팅, 또는 스크린 프린팅법 중 어느 하나로 상기 금속층 상에 형성할 수 있다.
또한, 상기 형성된 감광제 패턴을 가열시, 상기 감광제 패턴을 650℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 가열하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양성 PR은 감광화합물(Photo Active Compound), 고체 필름을 이루는 고분자 화합물(polymer), 및 용매(solvent)를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 기판 상에 절연체층이 형성되고, 상기 절연체층 상에 금속층이 형성되어 있는 상태에서 상기 금속층 상에 감광제층 형성하고, 상기 형성된 감광제층을 노광하고 현상하여 감광제 패턴을 형성하고, 상기 형성된 감광제 패턴을 가열함으로써, 상기 감광제 패턴을 구성하는 탄소 원자가 상기 금속층을 투과하여 상기 금속층과 상기 절연체층 사이에 형성된 그래핀을 제공한다.
본 발명에 따르면, 감광제를 이용하여 양질의 그래핀 박막을 성장시킬 수 있으며, 코팅된 감광제를 노광시켜 패턴을 형성한 형태대로 그래핀 박막을 형성함으로써, 그래핀 박막의 패터닝 공정을 기존에 비해 대폭 간략화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 절연체 상에 직접 그래핀을 형성할 수 있으므로, 기존에 행해졌던 금속 기판 또는 금속 카탈리스트 층을 식각하여 그래핀을 다른 절연체층으로 옮기는 공정을 생략할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따르면, 크기가 작고 규칙적으로 배열된 그래핀의 미세 패턴을 절연체층 상에 형성할 수 있어서 그래핀을 이용한 디텍터 및 트랜지스터와 같은 소자 또는 집적회로 공정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 감광제를 그래핀의 탄소원으로 사용하여 절연체층 상에 제조한 그래핀의 표면 사진이다.
도 4는 감광제를 그래핀의 탄소원으로 사용하여 절연체층 상에 제조된 그래핀의 라만 스펙트럼을 도시한 것이다.
본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법은 기판 상에 절연체층이 형성되고, 상기 절연체층 상에 금속층이 형성되어 있는 상태에서 상기 금속층 상에 감광제층 형성하는 단계; 상기 형성된 감광제층을 노광하고 현상하여 감광제 패턴을 형성하는 단계; 상기 형성된 감광제 패턴을 가열하는 단계; 및 상기 가열 결과 상기 감광제 패턴을 구성하는 탄소 원자가 상기 금속층을 투과하여 상기 금속층과 상기 절연체층 사이에 그래핀을 형성하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
종래와 같이 메탄(CH4)과 같은 개스를 주입하여 고온에서 그래핀을 성장시키는 경우, 탄소원자와 금속 표면 기판 사이의 친화도(affinity)가 커서 금속 표면에 그래핀이 성장하는 현상을 이용하기 때문에 금속 기판의 사용이 필수적이다. 주로 구리(Cu)와 니켈(Ni)과 같은 전이 금속층(transition metal layer)을 흔히 이용하며, 실리콘과 같은 비금속 기판상에는 그래핀이 형성되지 않는 특성이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 그래핀을 성장시키기 위한 탄소 원료로써 메탄과 같은 개스를 사용하지 않고, 감광체층과 같은 고체 박막을 원료로 사용하여 보다 간략화된 공정으로 패턴이 형성된 그래핀층을 절연체 상에 성장하는 것이 특징이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법의 흐름도이다.
100 단계에서 기판 상에 절연체층이 형성되고, 상기 절연체층 상에 금속층이 형성되어 있는 상태에서 상기 금속층 상에 감광제층을 형성한다.
상기 기판은 도핑되어 전극으로 사용할 수 있고, 상기 기판은 전도성이 있는 반도체 기판인 것이 바람직하다.
한편, 금속층과 절연체층이 형성된 기판의 일 실시예로서, 산화막(절연체층)이 형성된 기판 상에 카탈리스트로 사용될 금속층이 증착된 기판을 예로 들 수 있다. 이때 사용되는 기판은 도핑 농도가 높은 Si 웨이퍼와 같이 도핑을 높게 하여 게이트 전극으로 사용할 수 있는 반도체 기판인 것이 바람직하다. 또 다른 실시예로서, 금속 기판 또는 금속 전극층을 형성한 절연체 기판을 이용할 수도 있다.
상기 산화막은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 사파이어(Al2O3) 층과 같이 반도체 소자에서 절연층 또는 채널 제어층으로 사용될 수 있도록 유전 상수가 높은 물질이 바람직하다.
상기 금속층이 성장된 기판 상에 감광제(Photoresist, PR)를 도포한다. 상기 PR은 일반적인 반도체 공정의 리소그라피 공정에서 사용되는 PR로서 본 발명의 실시예에서는 Shipley사의 microposit 1400-27 제품을 사용한다. 상기 금속층 상에 PR의 코팅은 스핀 코팅 방식, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 방식을 이용할 수 있으며, PR을 건조하였을 때의 두께는 0.1~2 um 두께가 바람직하다.
PR의 종류는 일반적으로 양성(positive) PR과 음성(negative) PR로 구분한다. 본 실시예는 미세 패터닝에 더욱 유리하고, 점도가 낮아 대면적의 균일한 코팅에 유리하며, 일반 공정에 많이 보급되어 이용되는 양성(positive) PR을 사용한다.
Positive PR을 이루는 주요 성분은 감광화합물(Photo Active Compound), 고체 필름을 이루는 고분자 화합물(polymer), 그리고 용매(solvent)이다. 용매는 PR을 코팅하게 하는 매개체이며, PR을 코팅하여 건조하는 공정에서 제거된다. 파장이 360~436nm인 i-Line 대역 또는 g-Line 대역에서 반응하는 상용 제품 중에 포함된 감광화합물로는 DNQ(Diazonaphthoquinone)가 대표적이며, 빛이 없을 시 페놀 수지(Phenol-Formaldehyde)의 고분자 화합물과 가교(coupling)를 형성하여 알칼리 불용성 물질을 만든다. 노광되었을 때 감광화합물은 고분자 화합물을 알칼리 수용성 물질로 변화시켜 현상 가능하게 한다. 이러한 감광화합물과 고분자 화합물은 탄소와 수소원자로 이루어졌으며, 특히 DNQ와 페놀수지에는 벤젠 구조의 c-c 결합이 이미 존재하여 금속층 상부와 금속층을 투과하여 하부에 그래핀을 형성하는데 유리하다.
Negative PR은 일반적으로 합성 폴리이소프렌(polyisoprene)을 광반응 고분자 물질로 사용하며 노광시, 고분화 화합물을 형성해서 유기물에 녹지 않게 한다. 천연고무는 이소프렌(C5H8)의 결합 중합체라는 사실이 알려진 뒤로 합성 폴리이소프렌(polyisoprene) 기술이 비약적으로 발전하였다.
Negative PR, DUV(150~300 nm 영역), 또는 e-beam과 같이 모든 광원에 반응하는 PR은 탄소를 함유한 고분자와 빛에 반응하는 감광화합물을 그 주요 기재로 사용하므로 그래핀의 성장에 이용할 수 있다.
상기 금속층은 전극으로 사용될 수 있으며, 상기 금속층은 구리 또는 니켈과 같은 화학 주기율표상의 전이금속이 바람직하다. 상기 금속층은 전이금속을 전자선 증착법(e-beam evaporation), 또는 CVD법, 또는 열증착법(Thermal evaporation) 등을 이용하여 20~200 nm 두께로 증착한다.
110 단계에서 상기 형성된 감광제층을 원하는 패턴 형태로 자외선에 노광하고 현상하여 감광제 패턴을 형성한다.
120 단계에서 상기 형성된 감광제 패턴을 가열한다.
본 발명에서는 감광제 패턴을 가열함으로써, 금속 카탈리스트 층에 패턴된 감광체층을 탄소 원료로써 사용하여 공정이 간략화된 패턴된 그래핀층을 금속 카탈리스트 층 상뿐만 아니라 절연체층 상에 형성할 수 있다.
상기 감광제 패턴을 가열할 때, 산소가 없는 진공, 수소, 질소, 또는 아르곤 가스 분위기 하에서 650℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 가열하는 것이 바람직하다.
한편, 그래핀을 성장시키기 위해 가열하는 조건은 산소원자가 없는 진공 조건이 유리하며, 질소 또는 아르곤, 수소 개스 분위기에서 가열할 수 있다.
본 실시 예에서는 수소, 수소/아르곤 혼합 개스, 또는 수소/질소 혼합 개스를 사용하여 1 Torr의 압력을 유지하고, 650~1000 ℃ 범위에서 20~50분 가열하였다.
130 단계에서 상기 가열 결과 상기 감광제 패턴을 구성하는 탄소 원자가 상기 금속층을 투과하여 상기 금속층과 상기 절연체층의 계면에 그래핀을 형성한다.
본 발명에서는 상기 금속층에 그래핀층을 형성할 수 있음을 물론, 상기 감광제 패턴을 탄소 원료로 이용하여 절연체층 상에 패턴되거나 패턴되지 않은 그래핀층을 직접 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2(a)를 참조하면, 기판 위에 절연체층이 형성되고, 절연체층 위에 금속층이 형성되며, 금속층 위에 감광제층이 도포되어 있는 상태를 도시하고 있다.
도 2(b)를 참조하면, 감광제층을 원하는 패턴 형태대로 노광하고 현상하여 감광제 패턴을 형성한 상태를 도시하고 있다.
도 2(c)를 참조하면, 감광제 패턴에 열을 가하여 감광제에 포함되어 있는 감광화합물과 고분자 화합물 중 특히 탄소원자가 금속층을 투과하여 금속층 하부에 그래핀을 형성할 수 있도록 한다.
도 2(d)를 참조하면, 감광제 패턴에 열을 가한 결과, 각각 금속층 상부와 절연체층 상부에 그래핀 패턴이 형성됨을 알 수 있다.
도 2(e)를 참조하면, 금속층을 식각하여 제거한 후 절연체층 상부에 형성된 그래핀 패턴만을 남긴 형상이다.
도 3은 감광제를 그래핀의 탄소원으로 사용하여 절연체층 상에 제조한 그래핀의 표면 사진이다.
도 3을 참조하면, 1×1 cm2 크기의 사파이어 기판 상에 니켈 박막층을 200 nm 두께로 성장시켜 positive PR을 2 um 두께로 성장시킨 후 900 ℃에서 30분간 가열하여 냉각시킨 후 금속층을 제거하여 절연체 상에 직접 성장시킨 그래핀의 표면 사진이다.
도 4는 감광제를 그래핀의 탄소원으로 사용하여 절연체층 상에 제조된 그래핀의 라만 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 4는 도 3과 같은 조건에서 가열 온도만 950 ℃로 변화시켜 성장된 그래핀의 라만 스펙트럼이다. 1320 cm-1 근방에 D 피크, 1580 cm-1 근방의 G 피크, 2630 cm-1 근방에서 2D 피크가 보인다. 그래핀의 층수는 G 피크의 세기와 2D 피크의 세기의 비율(IG/I2D)로 추론하는데, 실시 예에서는 1~2층으로 구성된 양질(ID/IG=0.1736)의 박막이 형성되었음을 알 수 있다.
본 실시예에서는 그래핀을 성장시키기 위한 가열장치로서 급속 가열 장치(Rapid Thermal Annealing)를 사용했다. 상온에서 950 ℃에 도달하기까지 2분이 소요되었는데, 가열 온도가 급격히 증가하면 PR 폴리머의 탄화수소가 증발되는 시간과 탄소원자가 그래핀 층으로 반응할 시간이 짧을 수 있다. 따라서 퍼니스(Furnace)같은 장치를 이용하여 상온에서부터 1시간 동안 천천히 온도를 증가시키는 등의 성장 조건을 제어함으로써 충분히 성장 온도를 내리고 그래핀 막질을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 통해 양질의 그래핀 박막을 성장하고 패터닝하는 공정을 기존에 비해 대폭 간략화할 수 있으며, 또 금속층 상에 형성된 그래핀을 절연체층으로 옮기는 공정을 생략할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 기판 상에 절연체층이 형성되고, 상기 절연체층 상에 금속층이 형성되어 있는 상태에서 상기 금속층 상에 감광제층 형성하는 단계;
    상기 형성된 감광제층을 노광하고 현상하여 감광제 패턴을 형성하는 단계;
    상기 형성된 감광제 패턴을 가열하는 단계; 및
    상기 가열 결과 상기 감광제 패턴을 구성하는 탄소 원자가 상기 금속층을 투과하여 상기 금속층과 상기 절연체층 사이에 그래핀을 형성하는 단계를 포함하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 형성된 감광제 패턴을 가열하는 단계는,
    산소가 없는 진공, 수소, 질소, 또는 아르곤 가스 분위기 하에 가열하는 것을 특징으로 하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 감광제층은 양성 PR인 것을 특징으로 하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 감광제층은 음성 PR인 것을 특징으로 하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 도핑되어 전극으로 사용할 수 있고, 전도성이 있는 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 금속층은 화학 주기율표상의 전이금속인 것을 특징으로 하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 금속층 상에 감광제층을 형성하는 단계는,
    상기 감광제층을 스핀코팅, 잉크젯 프린팅, 또는 스크린 프린팅법 중 어느 하나로 상기 금속층 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 형성된 감광제 패턴을 가열하는 단계는,
    상기 감광제 패턴을 650℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 가열하는 것을 특징으로 하는 절연체층 상에 그래핀 박막을 형성하는 방법.
  9. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07106636B2 (ja) * 1986-05-09 1995-11-15 日本電気株式会社 空孔形成材料
KR20100002598A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 한국과학기술원 탄소 미세 구조물을 갖는 전계방출 어레이 및 그 제조방법
JP7106636B2 (ja) 2017-10-19 2022-07-26 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 無損失マイクロ波スイッチ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07106636B2 (ja) * 1986-05-09 1995-11-15 日本電気株式会社 空孔形成材料
KR20100002598A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 한국과학기술원 탄소 미세 구조물을 갖는 전계방출 어레이 및 그 제조방법
JP7106636B2 (ja) 2017-10-19 2022-07-26 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 無損失マイクロ波スイッチ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nature Vol.457, 2009, pp.706-710 (2009.02.05.) *
Nature Vol.457, 2009, pp.706-710 (2009.02.05.)*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230070118A (ko) * 2021-11-12 2023-05-22 충남대학교산학협력단 그래핀 패터닝 방법
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