KR101475182B1 - Hydrogen surface treated graphene, formation method thereof and electronic device comprising the same - Google Patents

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KR101475182B1 KR20140081789A KR20140081789A KR101475182B1 KR 101475182 B1 KR101475182 B1 KR 101475182B1 KR 20140081789 A KR20140081789 A KR 20140081789A KR 20140081789 A KR20140081789 A KR 20140081789A KR 101475182 B1 KR101475182 B1 KR 101475182B1
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홍종일
손장엽
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to graphene surface-treated with hydrogen, a method of forming the same, and an electronic device including the same. In the graphene according to the present invention, a graphene, which has a band gap and is surface-treated with hydrogen, can be prepared by using a simple method through indirect hydrogen plasma treatment. Also, two regions having different band gaps can be formed through the indirect hydrogen plasma treatment, which can be directly applied to electronic elements such as a transistor and a touch panel to reduce process time and process costs.

Description

수소 표면처리된 그래핀, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 전자 소자{Hydrogen surface treated graphene, formation method thereof and electronic device comprising the same}[0001] Hydrogen surface treated graphene, a method for forming the same, and an electronic device including the same [0002]

본 발명은 수소 표면처리된 그래핀 및 이의 형성방법 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a graphene surface treated with hydrogen, a method of forming the graphene, and an electronic device including the same.

그래핀(graphene)이란 탄소 원자들이 sp2 결합으로 이루어진 단일 평판 시트로 6각형 결정 격자가 집적된 형태에서 볼 수 있다. 따라서, 그래핀은 탄소로 이루어진 물질들인 흑연, 탄소나노튜브, 버키볼 형태의 플러렌(fullerene) 등을 구성하는 기본구조이다. 또한, 구조적인 차이 때문에 탄소 원자들이 관 모양으로 연결된 형태인 탄소나노튜브와는 전혀 성질이 다르게 나타난다. 그래핀은 탄소나노튜브의 기계적, 전기적 특성 등 장점을 두루 갖추면서도 2차원 물질에서만 보이는 특이한 물성을 가지기 때문에 최근 가장 주목받는 소재로 떠오르고 있다.Graphene is a single flat sheet consisting of sp 2 bonds of carbon atoms and can be seen in the form of a hexagonal crystal lattice integrated. Therefore, graphene is a basic structure constituting carbon materials such as graphite, carbon nanotubes, and fullerene in the form of a buckyball. In addition, due to structural differences, carbon atoms appear to be completely different from carbon nanotubes in the form of tubular interconnections. Graphene is emerging as one of the most notable materials in recent years because it has unique physical properties that are visible only in two-dimensional materials, while possessing advantages such as mechanical and electrical properties of carbon nanotubes.

주로 공유결합을 통해서 이루어진 탄소 동소체들은 4개의 최외각 전자들의 파동함수의 선형결합 방식에 따라서 물리적 성질이 결정된다. 공유결합을 이루는 대부분의 고체들은 전자를 발견할 확률분포가 원자와 원자 사이에서 최대가 된다. 탄소 동소체 중 하나인 다이아몬드가 그 대표적인 예이다.The carbon isotopes mainly formed through covalent bonds are determined by their linear combination of the wave function of the four outermost electrons. Most solids that form a covalent bond have a maximum probability of finding electrons between atoms and atoms. One representative example is diamond, which is one of the carbon isotopes.

하지만, 그래핀에서는 세 개의 최외각 전자들의 선형 결합만이 탄소 간의 강한 공유결합에 참여하여 육각형 그물모양 평면을 만들고, 여분의 최외각 전자의 파동함수는 평면에 수직인 형태로 존재하게 된다. 평면에 평행하여 강한 공유결합에 참여하는 전자들의 상태를 σ-오비탈이라고 부르며, 평면에 수직한 전자의 상태를 π-오비탈이라고 한다. 그래핀의 물리적 성질을 결정하는 페르미 준위 근처의 전자의 파동함수들은 π-오비탈들의 선형결합으로 이루어져 있다.In graphene, however, only the linear combination of the three outermost electrons participates in a strong covalent bond between the carbon atoms to form a hexagonal mesh plane, and the wave function of the extra-edge electrons exists in a plane perpendicular to the plane. The state of electrons that participate in strong covalent bonds in parallel with the plane is called σ-orbital, and the state of electrons perpendicular to the plane is called π-orbital. The wavefunctions of electrons near the Fermi level, which determine the physical properties of graphene, consist of a linear combination of π-orbits.

최근 많은 연구그룹들이 그래핀이 갖는 육각형 그물모양 구조, 두 개의 상호침투하는 삼각 형태의 하위 격자 구조, 및 하나의 원자 크기에 해당하는 두께 등에 의하여 그래핀이 제로 밴드 갭의 특성을 보이는 점에 주목하였다. 그러나, 제로 밴드 갭으로 인해, 그래핀은 전자 소자로 사용하기에 금속 전도막 또는 배선 등으로 적용 분야가 제한적인 문제가 있었다. Recently, many research groups have paid attention to the fact that graphene exhibits zero band gap characteristics due to the hexagonal network structure of graphene, the two interstitial triangular sub-lattice structures, and the thickness corresponding to one atom size Respectively. However, due to the zero band gap, graphene has a limited application field such as a metal conductive film or wiring for use as an electronic device.

현재 그래핀의 밴드 갭을 제어하기 위한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 그래핀을 나노 리본 또는 나노 패턴으로 만드는 방법과 기판에 전기장을 걸어주는 방법을 통하여 밴드 갭을 제어하는 연구들이 진행되고 있지만, 아직까지 그래핀의 밴드 갭을 정확하게 제어하는 연구 결과 및 방법에 대한 연구 결과는 발표되지 않고 있다.
Currently, research is actively conducted to control the bandgap of graphene. Although studies have been carried out to control the bandgap through the method of making the graphene nanoribbons or nanopatterns and the method of applying the electric field to the substrate, research on the results and methods of precisely controlling the bandgap of the graphene The results have not been released.

한국공개특허 제2012-0084840호Korea Patent Publication No. 2012-0084840

본 발명은 수소 표면처리된 그래핀, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것으로, 상기 수소 표면처리된 그래핀은 부분적으로 수소 표면처리되어, 표면의 수소 흡착율이 5 내지 13%인 제1 영역 및 표면의 수소 흡착율이 15 내지 25%인 제2 영역을 포함하는 패턴화된 그래핀을 형성할 수 있다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a graphene surface treated with hydrogen, a method of forming the same, and an electronic device including the same, wherein the graphene surface treated with hydrogen is partially subjected to a hydrogen surface treatment, And a second region having a hydrogen adsorption rate of 15 to 25% in the region and the surface.

본 발명은 수소 표면처리된 그래핀, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 전자 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a graphene surface treated with hydrogen, a method of forming the graphene, and an electronic device including the same.

상기 수소 표면처리된 그래핀의 하나의 예로서,As one example of the hydrogen surface-treated graphene,

밴드 갭이 0.1 내지 5.5 eV인 수소 표면처리된 그래핀을 제공할 수 있다.It is possible to provide a hydrogen-surface-treated graphene having a band gap of 0.1 to 5.5 eV.

예를 들어, 상기 수소 표면처리된 그래핀은 수소 표면처리되지 않은 제1 영역; 및 수소 표면처리된 제2 영역으로 형성된 패턴을 포함할 수 있다.For example, the hydrogen-treated graphene may include a first region that is not hydrogen-treated; And a pattern formed of a hydrogen-treated second region.

상기 수소 표면처리된 그래핀의 형성방법의 하나의 예로서, As one example of the method of forming the hydrogen surface-treated graphene,

간접식 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 그래핀의 표면처리 방법을 제공할 수 있다.And a step of indirectly plasma-treating the surface of the graphene.

예를 들어, 상기 간접식 플라즈마 처리하는 단계에서, 간접식 플라즈마 장치를 이용하고, 상기 장치 내에서, 플라즈마를 생성하기 위해, 수소 가스를 주입하여 생성된 수소 플라즈마를 이용한 표면처리 방법일 수 있다.For example, the indirect plasma processing may be a surface treatment method using an indirect plasma apparatus and a hydrogen plasma generated by injecting hydrogen gas to generate plasma in the apparatus.

또한, 상기 패턴을 포함하는 수소 표면처리된 그래핀의 형성방법을 제공할 수 있으며, 하나의 예로서, Further, it is possible to provide a method of forming a hydrogen-treated graphene including the pattern, and as one example,

그래핀 상에 리소그래피를 이용하여 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a pattern on the graphene using lithography; And

패턴이 형성된 그래핀에 간접식 수소 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 패턴화된 그래핀 형성방법을 제공할 수 있다.And subjecting the patterned graphene to indirect-type hydrogen plasma treatment.

패턴을 포함하는 수소 표면처리된 그래핀의 형성방법의 또 하나의 예로서,As another example of a method of forming a hydrogen-treated graphene including a pattern,

수소 표면처리된 그래핀에 레이저를 조사하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴화된 그래핀 형성방법을 제공할 수 있다.And a step of forming a pattern by irradiating a laser to the hydrogen-surface-treated graphene to form a patterned graphene.

또한, 상기 수소 표면처리된 그래핀을 포함하는 전자 소자를 제공할 수 있다.
Further, it is possible to provide an electronic device including the graphene subjected to the hydrogen surface treatment.

본 발명에 따른 그래핀은 간접식 수소 플라즈마 처리를 통한 간단한 방법으로 밴드 갭을 가지는 수소 표면처리된 그래핀을 제조할 수 있다. 또한, 간접식 수소 플라즈마 처리를 통해 밴드 갭이 다른 두 영역을 형성할 수 있으며, 이는, 트랜지스터 및 터치 패널 등의 전자 소자에 직접적으로 적용 가능하여 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.
The graphene according to the present invention can produce a hydrogen-surface-treated graphene having a band gap by a simple method through indirect hydrogen plasma treatment. In addition, the indirect hydrogen plasma treatment can form two regions having different band gaps, which can be directly applied to electronic devices such as transistors and touch panels, thereby reducing processing time and process cost.

도 1은 일 실시예에서, 그래핀의 형성방법에 대한 모식도이다.
도 2는 일 실시예에서, 전자 기기의 외관을 나타낸 모식도이다.
도 3은 일 실시예에서, 터치 패널을 나타낸 모식도이다.
도 4는 일 실시예에서, 그래핀의 수소 플라즈마 표면처리 시간에 따른 밴드갭 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에서, 그래핀의 영역에 따른 라만 스펙트럼이다.
도 6은 일 실시예에서, 그래핀 표면의 수소 플라즈마 표면처리 시간에 따른 수소 커버율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에서, 수소 플라즈마 표면처리 시간에 따른 (a) 라만 스펙트럼 및 (b) ID/ID' ratio를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에서, 수소 표면처리된 그래핀의 열처리 시간에 따른 밴드갭 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a method for forming graphene in one embodiment.
2 is a schematic view showing the appearance of an electronic apparatus in one embodiment.
3 is a schematic diagram showing a touch panel in one embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the band gap change of graphene according to the hydrogen plasma surface treatment time in one embodiment. FIG.
Figure 5 is a Raman spectrum along the region of graphene in one embodiment.
6 is a graph showing a hydrogen coverage rate according to a hydrogen plasma surface treatment time of a graphene surface in one embodiment.
FIG. 7 shows, in one embodiment, (a) Raman spectrum and (b) I D / I D 'as a function of hydrogen plasma surface treatment time. .
FIG. 8 is a graph showing a change in band gap of a hydrogen-treated graphene according to a heat treatment time in an embodiment. FIG.

본 발명은 수소 표면처리된 그래핀 및 이의 형성방법 및 이를 포함하는 전자 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a graphene surface treated with hydrogen and a method of forming the graphene and an electronic device including the same.

상기 수소 표면처리된 그래핀의 하나의 예로서,As one example of the hydrogen surface-treated graphene,

밴드 갭이 0.1 내지 5.5 eV인 수소 표면처리된 그래핀을 제공할 수 있다.It is possible to provide a hydrogen-surface-treated graphene having a band gap of 0.1 to 5.5 eV.

예를 들어, 상기 수소 표면처리는, 수소 플라즈마 처리를 함으로써 수행될 수 있으며, 이 때, 간접식 플라즈마 장치를 이용할 수 있다. For example, the hydrogen surface treatment can be performed by hydrogen plasma treatment, wherein an indirect plasma apparatus can be used.

수소 처리되지 않은 그래핀은, 탄소 간의 강한 공유결합을 통해 2차원의 육각형 그물모양을 형성한다. 상기 그래핀은, 평면을 이루는 탄소 간의 강한 공유결합은 sp2 결합 구조로, σ-결합을 포함하고, 평면에 수직한 sp3 결합 구조로, 결합되지 않는 p-오비탈에 한 개의 전자가 남고, π-결합을 형성한다. 이 때, 그래핀의 평면에 수직으로 결합되지 않는 π-결합을 통해 높은 전도도 특성을 나타낼 수 있다. 그러나, 본 발명에서의 그래핀은 상기 그래핀의 평면에 수직으로 결합되지 않은 p-오비탈에 형성된 전자 자리에 수소를 흡착시킴으로써, π-결합을 차단하여 밴드 갭을 부여할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 상기 수소 흡착 정도를 조절하여 그래핀의 전도도 특성을 제어할 수 있다.Ungreased graphene forms a two-dimensional hexagonal net shape through a strong covalent bond between carbon atoms. The graphene has a strong covalent bond between the carbon atoms forming the plane, which is a sp 2 bond structure, contains a sigma-bond, has an sp 3 bond structure perpendicular to the plane, one electron remains in the p- bond. At this time, it is possible to exhibit a high conductivity characteristic through a π-bond which is not vertically bonded to the plane of graphene. However, in the present invention, graphene adsorbs hydrogen to an electron site formed in a p-orbital that is not vertically bonded to the plane of the graphene, so that it can block the? Bond and impart a band gap. Therefore, the present invention can control the conductivity characteristic of graphene by controlling the degree of hydrogen adsorption.

예를 들어, 상기 밴드 갭은 0.1 내지 0.5 eV, 1.0 내지 5.5 eV 또는 1.5 내지 3.5 eV일 수 있다. 상기 범위 내의 밴드 갭을 통해, 여러 전자 소재로서 사용할 수 있다. 구체적으로, 기존의 그래핀은 높은 기계적 및 전기적 특성을 가지고 있으나, 제로 밴드 갭으로 인해 밴드 갭을 요구하는 전자 소재로서 사용하는데 제한이 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 그래핀은 수소 표면처리를 통해 상기 문제점을 극복할 수 있다.For example, the bandgap may be 0.1 to 0.5 eV, 1.0 to 5.5 eV, or 1.5 to 3.5 eV. And can be used as various electronic materials through a band gap within the above range. Specifically, conventional graphene has high mechanical and electrical properties, but has limited use as an electronic material requiring a band gap due to a zero band gap. However, the graphene according to the present invention can overcome the above-mentioned problem through hydrogen surface treatment.

상기 수소 표면처리된 그래핀은 수소 표면처리되지 않은 제1 영역; 및 Wherein the hydrogen-treated graphene has a first region that is not hydrogen-surface-treated; And

수소 표면처리된 제2 영역으로 형성된 패턴을 포함할 수 있다. And a pattern formed by the hydrogen-treated second region.

구체적으로, 상기 설명한 바와 같이, 수소 처리를 통하여 각 영역의 밴드 갭이 상이한 패턴을 형성할 수 있다.Specifically, as described above, a pattern having different band gaps in each region can be formed through hydrogen treatment.

예를 들어, 상기 제1 영역은 밴드 갭이 0.1 내지 0.5 eV이고,For example, the first region may have a band gap of 0.1 to 0.5 eV,

제2 영역은 밴드 갭이 1.0 내지 5.5 eV일 수 있다.And the second region may have a band gap of 1.0 to 5.5 eV.

구체적으로, 표면의 수소 흡착율이 낮은 그래핀의 제1 영역은, 상기 설명한 바와 같이 높은 전도도 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 수소 표면처리된 그래핀의 제2 영역은, 표면의 수소 흡착율에 따라, 상기 그래핀의 평면에 수직으로 결합되지 않은 p-오비탈에 형성된 전자 자리에 수소를 흡착시킴으로써, π-결합을 차단하여 밴드 갭을 조절함으로써 그래핀의 전도도 특성을 제어할 수 있다. Specifically, the first region of graphene having a low hydrogen adsorption ratio on the surface can exhibit high conductivity characteristics as described above. Further, the second region of the hydrogen-treated graphene adsorbs hydrogen to the electron site formed in the p-orbital not perpendicular to the plane of the graphene according to the hydrogen adsorption rate of the surface, Thereby controlling the conductivity characteristics of graphene by adjusting the bandgap.

상기 제1 영역의 밴드 갭은 예를 들어, 0.1 내지 0.5 eV, 0.1 내지 0.4 eV 또는 0.1 내지 0.3 eV일 수 있다. 상기 범위 내의 밴드 갭을 갖는 제1 영역은 반전도성 영역을 의미할 수 있다. 또한, 제2 영역의 밴드 갭은 예를 들어, 1.0 내지 5.0 eV, 2.5 내지 5.0 eV 또는 3.5 내지 5.0 eV일 수 있다. 상기 범위 내의 밴드 갭을 갖는 제2 영역은 반전도성 내지 비전도성 영역을 의미할 수 있다. The bandgap of the first region may be, for example, 0.1 to 0.5 eV, 0.1 to 0.4 eV, or 0.1 to 0.3 eV. The first region having a band gap within the above range may mean a semi-conductive region. Further, the bandgap of the second region may be 1.0 to 5.0 eV, 2.5 to 5.0 eV, or 3.5 to 5.0 eV, for example. The second region having a bandgap within the above range may mean a semi-conductive or non-conductive region.

일 실시예에서, 상기 제1 영역의 면저항은 500 내지 1000 Ω/sq이고,In one embodiment, the sheet resistance of the first region is 500 to 1000 OMEGA / sq,

상기 제2 영역의 면저항은 1 내지 500 MΩ/sq일 수 있다.The sheet resistance of the second region may be between 1 and 500 MΩ / sq.

예를 들어, 상기 제1 영역의 면저항은 500 내지 900 Ω/sq, 500 내지 800 Ω/sq 또는 500 내지 600 Ω/sq일 수 있으며, 상기 제2 영역의 면저항은 1 내지 450 MΩ/sq, 10 내지 400 MΩ/sq 또는 100 내지 300 MΩ/sq일 수 있다. 상기 각 영역별 면저항을 상기 범위로 제어함으로써, 영역 별 다른 전도도 특성을 갖는 패턴화된 그래핀을 제조할 수 있다.For example, the sheet resistance of the first region may be 500 to 900 Ω / sq, 500 to 800 Ω / sq or 500 to 600 Ω / sq, and the sheet resistance of the second region may be 1 to 450 MΩ / To 400 M OMEGA / sq or from 100 to 300 M OMEGA / sq. By controlling the sheet resistance of each region to the above range, patterned graphene having different conductivity characteristics can be produced.

본 발명에 따른 상기 밴드 갭이 다른 두 영역을 갖는 그래핀은 단순한 간접식 수소 플라즈마 처리 또는 간접식 수소 플라즈마 처리된 그래핀에 레이저 조사를 통해 구현할 수 있다.The graphene having two regions having different band gaps according to the present invention can be realized by a simple indirect hydrogen plasma process or a laser irradiation of indirect hydrogen plasma treated graphene.

상기 그래핀은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.The graphene may satisfy the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

ΔE* ≤ 1.5? E * ? 1.5

상기 수학식 1에서,In the above equation (1)

ΔE*는 CIE(Commossion international de l'Eclairage) 색좌표를 이용하여 측정한 제1 영역 및 제2 영역의 색차를 의미한다.? E * denotes the chrominance of the first region and the second region measured using the CIE (Commosition international de l'eclairage) color coordinate system.

구체적으로, 상기 ΔE* 값은 CIE(국제조명위원회, Commossion international del'Eclairage)에서 규정한 색상 값인 CIE Lab 색 공간에서 원용하였다. 상기 CIE Lab 색 공간은 우리 눈이 감지할 수 있는 색차와 색 공간에서 수치로 표현한 색차를 거의 일치시킬 수 있기 때문에, 세계적으로 표준화된 색 공간이다. CIE Lab 공간에서의 색의 차이란, 좌표에서의 위치 간의 거리라고 할 수 있다. 입체적으로 거리가 서로 멀면 색 차이가 많이 나는 것이고 거리가 가까우면 동일한 색으로 인지된다. 이러한 색 차이를 디지털 표시로 ΔE*로 표시하며 통상적으로 ΔE* 값이 0.5 이하면 색차를 거의 느끼지 못하며, 1.5이하면 극히 적은 색차를 느끼게 된다. 그러나, ΔE* 값이 1.5를 초과할 경우, 색차를 느낄 수 있으며, 2.0 이상이면 색차가 극치 크게 느껴지게 된다. 그러나, 이것은 일반적으로 통용될 뿐 공통적인 특별한 기준은 없으며, 예를 들어, 제품을 생산할 때, ΔE* 값을 0.8 내지 1.5로 유지할 경우, 제품에 대한 색차 관리가 되고 있다는 것을 의미할 수 있다.Specifically, the ΔE * value was used in the CIE Lab color space, which is a color value defined by CIE (Commossion international del'Eclairage). The CIE Lab color space is a globally standardized color space because it can almost match the color difference that can be detected by our eyes and the numerical value in the color space. The color difference in the CIE Lab space is the distance between positions in the coordinates. If the distances are different from each other in three dimensions, the color difference is large. Such a color difference is represented by? E * in a digital representation. Usually, if ΔE * is less than 0.5, the color difference is hardly felt. If the difference is less than 1.5, the color difference is extremely small. However, when the value of DELTA E * exceeds 1.5, the color difference can be felt. When the value of DELTA E * is 2.0 or more, the color difference becomes extreme. However, this is commonly used, but there is no particular standard in common, which may mean, for example, that when the product is produced, the color difference management for the product is being maintained if the ΔE * value is maintained at 0.8 to 1.5.

상기 ΔE* 값은, 하기 수학식 3을 통해 산출할 수 있다.The DELTA E * value can be calculated through the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112014062009387-pat00001
Figure 112014062009387-pat00001

수학식 3에서 ΔL*는 두 색이 갖는 색좌표 E1과 E2의 구성 요소 L1*와 L2*의 차로 명도차를 의미한다. 또한, Δa*도 E1과 E2의 구성 요소 a1*과 a2*의 차로 레드-그린(Red-Green) 색의 차를 의미하고, Δb*도 E1과 E2의 구성 요소 b1*과 b2*의 차로 옐로우-블루(Yellow-Blue) 색의 차를 의미한다.In Equation (3),? L * means the difference in brightness between the components L1 * and L2 * of the color coordinates E1 and E2 of the two colors. Also, Δa * also E1 and E2 of the component a1 * and a2 * in the car in red-yellow-green (Red-Green) drive of the mean difference in color, and Δb * also E1 and E2 of the component b1 * and b2 * - means a car of blue (Yellow-Blue) color.

구체적으로, 상기 수학식 1에서, ΔE* 값은, 본 발명에 따른 그래핀의 제1 영역 및 제2 영역에 대한 색차를 관찰자가 감지하는 수준 이하로 제어할 수 있다. 이를 통해, 기존의 식각 및 에칭 등의 공정을 통해 제조된 전자 소자에서 발생하는 패턴이 관찰자에 의해 인식되는 문제점을 해결할 수 있다. 예를 들어, 상기 ΔE* 값은, 0.001 내지 1.5, 0.001 내지 1.2, 0.001 내지 1.0 또는 0.001 내지 0.8일 수 있다.Specifically, in Equation (1), the DELTA E * value can control the chrominance of the first region and the second region of the graphene according to the present invention to be below the level at which the observer perceives the chrominance. Accordingly, it is possible to solve the problem that a pattern generated in an electronic device manufactured through conventional processes such as etching and etching is recognized by an observer. For example, the? E * value may be 0.001 to 1.5, 0.001 to 1.2, 0.001 to 1.0, or 0.001 to 0.8.

상기 제1 영역 표면의 수소 흡착율은 5 내지 13%이하이고, The hydrogen adsorption ratio of the surface of the first region is 5 to 13%

제2 영역 표면의 수소 흡착율은 15 내지 25%일 수 있다.The hydrogen adsorption rate of the surface of the second region may be between 15 and 25%.

상기 표면의 수소 흡착율이란, 그래핀 표면에서 수소가 부착 가능한 범위의 최대치를 100%로 설정하고, 실제로 그래핀 표면에 수소가 흡착된 비율을 나타낸 것이다.The hydrogen adsorption rate of the surface means the ratio of hydrogen adsorbed on the graphene surface with the maximum value of the range in which hydrogen can be adhered on the graphene surface set at 100%.

구체적으로, 제1 영역은 간접식 수소 플라즈마 처리에 직접적으로 노출되지 않거나, 레이저를 통해 일부 환원된 영역으로, 표면의 수소 흡착율은 5 내지 13%로 나타날 수 있으며, 경우에 따라 5% 미만으로 나타나날 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 영역 표면의 수소 흡착율은 5 내지 12%, 5 내지 10% 또는 5 내지 8%일 수 있다. 제1 상기 제1 영역은, 상기 범위 내의 수소 흡착율을 가짐으로써, 낮은 밴드 갭 및 낮은 면저항을 나타내어, 반전도성 역역을 형성할 수 있다.Specifically, the first region is either not directly exposed to the indirect hydrogen plasma treatment, or is a partially reduced region through the laser, the hydrogen adsorption rate of the surface may appear as 5 to 13% and in some cases as less than 5% You can fly. For example, the hydrogen adsorption rate of the surface of the first region may be from 5 to 12%, from 5 to 10%, or from 5 to 8%. The first region has a hydrogen adsorption rate within the above range, exhibits a low band gap and a low sheet resistance, and can form an inverse conductive region.

또한, 제2 영역은 수소 표면처리된 영역으로, 제1 영역에 비해 높은 표면의 수소 흡착율을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 영역 표면의 수소 흡착율은 17 내지 25%, 20 내지 25% 또는 22 내지 25%일 수 있다. 상기 제2 영역은, 상기 범위 내의 수소 흡착율을 가짐으로써, 2.0 내지 5.5 eV의 밴드 갭을 나타내고, 높은 면저항을 나타내어, 반전도성 영역 내지 비전도성 영역을 형성할 수 있다.Further, the second region is a region subjected to hydrogen surface treatment, and can exhibit a hydrogen adsorption ratio higher than that of the first region. For example, the hydrogen adsorption rate of the surface of the second region may be from 17 to 25%, from 20 to 25%, or from 22 to 25%. The second region exhibits a band gap of 2.0 to 5.5 eV by exhibiting a hydrogen adsorption rate within the above range, exhibits a high sheet resistance, and can form a semi-conductive region or a nonconductive region.

상기 제1 영역의 홀 이동도는 100 내지 500 cm2/V·s이고,The hole mobility in the first region is 100 to 500 cm 2 / V · s,

제2 영역의 홀 이동도는 1 내지 80 cm2/V·s일 수 있다.The hole mobility in the second region may be between 1 and 80 cm 2 / V · s.

예를 들어, 그래핀은 전기 전도도 및 캐리어 이동도 등의 높은 이동도 특성을 갖고 있다. 그러나, 그래핀에 수소 표면처리함으로써, 밴드 갭을 부여하여 상기 이동도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 그래핀에 수소 표면처리를 약 5 초 동안 수행하였을 경우, 밴드 갭이 약 1 내지 2 eV로 나타나며, 이 때, 그래핀의 홀 이동도는 10 내지 80 cm2/V·s로 낮출 수 있다. 또한, 그래핀에 수소 표면처리를 약 10 초 이상 수행하였을 경우, 밴드 갭이 약 3 내지 5.5 eV로 나타나며, 이 때, 그래핀의 홀 이동도를 1 내지 5 cm2/V·s로 낮출 수 있다. 상기 범위 내의 홀 이동도는, 기존에 비해 높은 이동도 특성을 가지고 있어 반도체 등의 전자 소자로서 널리 사용되던 실리콘(Si)의 홀 이동도와 비교하여, 동등 내지 우수하며, 유연기판에 쓰이는 반도체의 전자 및 홀 이동도에 비하여 월등히 높은 것을 확인할 수 있다.For example, graphene has high mobility properties such as electrical conductivity and carrier mobility. However, by applying a hydrogen surface treatment to the graphene, the band gap can be given to lower the mobility. For example, when the graphene is subjected to a hydrogen surface treatment for about 5 seconds, the band gap is about 1 to 2 eV, and the hole mobility of graphene is 10 to 80 cm 2 / V · s Can be lowered. In addition, when the graphene is subjected to the hydrogen surface treatment for about 10 seconds or more, the band gap is about 3 to 5.5 eV, and the hole mobility of the graphene is lowered to 1 to 5 cm 2 / V · s have. The hole mobility within the above range is equivalent to or better than the hole mobility of silicon (Si) widely used as an electronic device such as a semiconductor due to its high mobility characteristic compared to conventional ones, And hole mobility.

상기 수소 표면처리된 그래핀은 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.The graphene subjected to the hydrogen surface treatment can satisfy the following equation (2).

[수학식 2] &Quot; (2) "

13 ≤ ID/ID' ≤ 2013? I D / I D ' ≤ 20

상기 수학식 2에서,In Equation (2)

ID는 라만 시프트 1350 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이고,I D is the intensity of the peak near Raman shift 1350 cm -1 ,

ID'는 라만 시프트 1620 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이다.I D ' is the intensity of the peak near Raman shift 1620 cm -1 .

구체적으로, 이는, 본 발명에 따른 그래핀의 라만(raman) 스펙트럼 측정을 통해 확인할 수 있다. ID는 라만 시프트 1350 cm-1 부근에서 나타내는 D 피크의 강도로, 그래핀 상에 수소가 흡착된 것을 의미하는 피크일 수 있다. 예를 들어, 상기 1350 cm-1 부근은 1300 내지 1400 cm- 1를 의미할 수 있다. 또한, ID'는 라만 시프트 1620 cm-1 부근에서 나타내는 D' 피크로, 그래핀 상에 수소가 흡착하는 과정에서 나타낼 수 있는 결함을 의미하는 피크일 수 있다. 예를 들어, 상기 1620 cm-1 부근은 1600 내지 1650 cm- 1를 의미할 수 있다. 이 때, 상기 결함으로서, 원자 공동(atomic vacancy) 유형의 결함과, sp3 유형의 결함이 존재할 수 있다. 이 중 원자 공동 유형의 결함은 영구적인 손상을 주는 결함으로, 결함이 적은 수소 표면처리된 그래핀을 얻기 위해서는 가역적인 sp3 유형의 결함이 선호될 수 있다. Specifically, this can be confirmed by measuring the Raman spectrum of graphene according to the present invention. I D is the intensity of the D peak in the vicinity of Raman shift 1350 cm -1 , which may be a peak indicating that hydrogen is adsorbed on the graphene. For example, the vicinity of 1350 cm -1 is 1300 to 1400 cm - may refer to one. Further, I D ' is a D' peak represented by Raman shift near 1620 cm -1 , which may be a peak indicating a defect that can be exhibited in the process of hydrogen adsorption on graphene. For example, the vicinity of 1620 cm -1 is 1600 to 1650 cm - may refer to one. At this time, as the defect, an atomic vacancy type defect and an sp 3 type defect may exist. Among these, defects of the atomic cavity type are permanent damage defects. In order to obtain graphene with a less defective hydrogen surface, a reversible sp 3 type defect may be preferred.

상기 ID/ID'를 통해 결함의 유형을 유추할 수 있다. 예를 들어, ID/ID'이 13 이상일 경우, sp3 유형의 결함을 의미할 수 있다. The type of defect can be deduced through the above I D / I D ' . For example, if I D / I D ' is greater than 13, it can mean a sp 3 type defect.

또한, 상기 수소 표면처리된 그래핀은 하기 수학식 3을 만족할 수 있다.Further, the graphene subjected to the hydrogen surface treatment can satisfy the following equation (3).

3 ≤ ID/IG ≤ 53 ≤ I D / I G ≤ 5

상기 수학식 3에서,In Equation (3)

ID는 라만 시프트 1350 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이고,I D is the intensity of the peak near Raman shift 1350 cm -1 ,

IG는 라만 시프트 1600 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이다.I G is the intensity of the peak at around Raman shift 1600 cm -1 .

구체적으로, 이는, 본 발명에 따른 그래핀의 라만(raman) 스펙트럼 측정을 통해 확인할 수 있다. 이때, ID는 상기 설명한 바와 같이 라만 시프트 1350 cm-1 부근에서 나타내는 D 피크의 강도로, 그래핀 상에 수소가 흡착된 것을 의미하는 피크일 수 있다. 또한, IG는 라만 시프트 1600 cm-1 부근에서 나타내는 G 피크의 강도로, 예를 들어, 상기 1600 cm-1 부근은 1580 내지 1610 cm- 1를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 ID/IG는 3 내지 4.5, 3 내지 4 또는 4 내지 5일 수 있다. 상기 범위 내의 ID/IG를 통해, 그래핀 표면에 수소가 흡착되어 밴드 갭이 형성된 것을 확인할 수 있다. Specifically, this can be confirmed by measuring the Raman spectrum of graphene according to the present invention. At this time, I D is the intensity of the D peak shown near Raman shift 1350 cm -1 as described above, and may be a peak indicating that hydrogen is adsorbed on the graphene. In addition, I G is the intensity of the G peak showing near the Raman shift 1600 cm -1, for example, the vicinity of 1600 cm -1 is 1580 to 1610 cm - may refer to one. For example, I D / I G may be from 3 to 4.5, from 3 to 4, or from 4 to 5. Through the I D / I G in the above range, hydrogen is adsorbed on the surface of graphene to confirm that a band gap is formed.

상기 영구적인 손상을 주는 원자 공동 유형의 결함의 발생이 적음을 확인하는 방법 중 하나로서, 수소 표면처리된 영역의 그래핀에 열처리 과정 또는 레이저 조사 과정을 통해 수소 표면처리되지 않은 그래핀으로 환원하는 방법으로 확인할 수 있다. 구체적으로, 그래핀의 제2 영역 상에 간접식 수소 플라즈마 처리하여, 그래핀 표면을 수소화시킬 수 있다. 그런 다음, 150℃ 이상의 온도로 40 분 내지 300 분 동안 열처리함으로써, 플라즈마 처리하기 이전의 그래핀으로 환원시킬 수 있다. 기존에는, 그래핀 표면에 수소 표면처리하는 과정에서, 그래핀에 결함을 야기할 수 있으며, 이는, 영구적 손상을 주는 결함을 동반할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 수소 표면처리된 그래핀은 열처리를 함으로써, 수소를 완전히 탈착하여 기존의 수소 표면처리되지 않은 그래핀으로 되돌릴 수 있다. 이는, 그래핀을 표면처리 하고, 표면처리 이전의 그래핀으로 환원하는 과정에서 결함이 발생하지 않은 것을 의미할 수 있다. 상기 그래핀의 환원 여부를 확인하는 방법으로, 밴드 갭 측정을 통해 확인할 수 있다. 예를 들어, 수소 표면처리를 통해 밴드 갭이 약 5 eV까지 열린 그래핀은 150℃ 이상의 온도에서 약 40 분 열처리 시, 밴드 갭이 0.1 eV 이하로 닫힐 수 있으며, 실질적으로 열처리된 그래핀의 밴드 갭은 0 eV로 결함 없이 본연의 그래핀으로 환원할 수 있다.As one of the methods for confirming that the generation of defects of the atomic cavity type that gives permanent damage is small, there is a method of reducing the graphene in the hydrogen surface treated region to graphene which has not been subjected to hydrogen surface treatment through a heat treatment process or a laser irradiation process Method. Specifically, indirect hydrogen plasma treatment may be performed on the second region of graphene to hydrogenate the graphene surface. Then, it can be reduced to graphene before the plasma treatment by heat treatment at a temperature of 150 ° C or higher for 40 minutes to 300 minutes. Traditionally, in the process of hydrogen surface treatment of graphene surfaces, graphene can cause defects, which can accompany defects that cause permanent damage. However, the hydrogen-treated graphene according to the present invention can be completely desorbed and returned to the conventional hydrogen-untreated graphene by heat treatment. This may mean that the graphenes are surface-treated and no defects have occurred during the reduction to graphene before the surface treatment. The method of confirming the reduction of the graphene can be confirmed by measuring the band gap. For example, graphene with a bandgap of about 5 eV through a hydrogen surface treatment can be closed to a band gap of less than 0.1 eV upon heat treatment at a temperature of 150 ° C or higher for about 40 minutes, and a substantially heat- The gap is 0 eV and can be reduced to the original graphene without defects.

상기 그래핀은 2 내지 20층으로 적층된 구조일 수 있다.The graphene may be a laminated structure of 2 to 20 layers.

하나의 예로서, 상기 적층된 그래핀의 n(n은 2 내지 20 사이의 임의의 정수) 번째 층은 수소 표면처리되지 않은 제1 영역 및 수소 표면처리된 제2 영역을 포함하는 패턴이 형성될 수 있다. As one example, n (n is an arbitrary integer between 2 and 20) th layers of the stacked graphene may be formed such that a pattern including a first region that is not hydrogen-treated and a second region that is hydrogen- .

구체적으로, 그래핀은 필요에 따라, 2 내지 20층으로 형성할 수 있으며, 각각의 층 중 1 층 이상은 수소 표면처리되지 않은 제1 영역 및 수소 표면처리된 제2 영역을 포함하는 패턴이 형성될 수 있다. 이를 통해, 동일 표면 상에서 밴드 갭이 상이한 2 영역을 가지는 그래핀을 형성할 수 있다.Specifically, graphene may be formed in 2 to 20 layers as required, and at least one of the layers may be patterned to include a first region not subjected to hydrogen surface treatment and a second region subjected to hydrogen surface treatment . As a result, graphenes having two regions having different band gaps on the same surface can be formed.

경우에 따라서, 상기 각 층은 수소 표면처리되지 않은 제1 영역과 수소 표면처리된 제2 영역을 포함하며, Optionally, each of the layers comprises a first region that is not hydrogen-treated and a second region that is hydrogen-treated,

적층된 그래핀의 n(n은 2 내지 20 사이의 임의의 정수) 번째 층과 n-1 번째 층은 수소 표면처리된 영역의 패턴이 서로 다르게 형성될 수 있다.The n (n is an arbitrary integer between 2 and 20) th layer and the (n-1) th layer of the stacked graphene may be formed in different patterns of the hydrogen surface-treated regions.

각각의 층의 패턴은 상기 리소그래피를 이용한 패턴이 형성된 그래핀에 수소 플라즈마 처리하는 방법 또는 수소 플라즈마 처리된 그래핀에 레이저 처리하는 방법을 통해 필요에 따라 다양하게 형성할 수 있다.
The pattern of each layer can be formed variously according to need by a method of performing hydrogen plasma treatment on the patterned graphene using the lithography or a method of laser treating the patterned graphene with hydrogen plasma treatment.

또한, 본 발명은 그래핀의 표면처리 방법을 제공할 수 있다. 하나의 예로서,Further, the present invention can provide a method for surface treatment of graphene. As an example,

간접식 플라즈마(indirect plasma) 처리하는 단계를 포함하는 그래핀의 표면처리 방법을 제공할 수 있다. 구체적으로, 간접식 플라즈마 처리는 그래핀에 직접적으로 플라즈마 처리하는 방법과 달리, 플라즈마를 발생시켜 간접적으로 그래핀에 플라즈마를 노출시킴으로써, 플라즈마가 그래핀에 직접 접촉하지 않기 때문에 플라즈마 처리 과정에서 발생할 수 있는 그래핀의 표면 결함 없이 그래핀을 표면처리할 수 있다.And indirectly plasma-treating the surface of the graphene. Specifically, the indirect plasma process is different from the direct plasma process for graphene, and the plasma is generated indirectly by exposing the plasma to the graphene, so that the plasma does not come into direct contact with the graphene, It is possible to surface the graphene without surface defects of the graphene.

예를 들어, 상기 간접식 플라즈마 처리 단계는, 간접식 플라즈마 장치에 기체를 주입한 후, 발생한 플라즈마를 이용하여 처리할 수 있으며, 이 때, 플라즈마 생성에 있어서, 컨트롤러를 이용하여 정교하게 조절할 수 있다. For example, in the indirect plasma processing step, after the gas is injected into the indirect plasma apparatus, the generated plasma can be processed, and at this time, plasma generation can be precisely controlled using a controller .

간접식 플라즈마 처리하는 단계에서, In the indirect plasma processing step,

플라즈마를 생성하기 위해, 수소 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 간접식 플라즈마 장치에 주입되는 기체는 수소 가스일 수 있으며, 이를 통해 생성된 수소 플라즈마를 이용하여 그래핀의 표면에 수소 표면처리할 수 있다. 기존에 플라즈마 생성 과정에서 수소와 아르곤 복합 가스를 사용해왔으나, 이는, 그래핀 표면처리 과정에서 잔여 아르곤으로 인하여, 그래핀 표면에 결함을 발생시킬 수 있는 단점이 있었다. 그러나, 본원에서는, 수소 가스를 이용하였으며, 이 때, 생성된 수소 플라즈마를 이용하여 그래핀의 표면처리를 할 경우, 수소 표면처리된 그래핀 표면의 결함을 방지할 수 있다. Hydrogen gas can be used to generate the plasma. For example, the gas injected into the indirect plasma apparatus may be a hydrogen gas, and the surface of the graphene can be hydrogen-treated using the hydrogen plasma generated through the hydrogen plasma. Conventionally, hydrogen and argon mixed gas have been used in the plasma generation process. However, this has a disadvantage in that defects can be generated on the surface of graphene due to residual argon in the surface treatment of graphene. However, in the present invention, hydrogen gas is used, and when the surface of the graphene is treated by using the generated hydrogen plasma, defects on the surface of the hydrogen-treated graphene can be prevented.

상기 플라즈마 장치에 주입되는 수소 가스의 내부 분압은 15 mtorr 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 수소 가스의 내부 분압은 1 내지 15 mtorr, 5 내지 15 mtorr 또는 10 내지 15 mtorr일 수 있다. 상기 범위 내로 수소 가스의 내부 분압을 조절함으로써, 수소 가스의 유량을 조절할 수 있으며, 이를 통해, 그래핀 표면처리 과정에서 결함을 발생시키지 않는 범위 내로, 수소 플라즈마의 양 및 에너지를 조절할 수 있다.The internal partial pressure of the hydrogen gas injected into the plasma apparatus may be 15 mtorr or less. For example, the internal partial pressure of the hydrogen gas may be 1 to 15 mtorr, 5 to 15 mtorr, or 10 to 15 mtorr. By adjusting the internal partial pressure of the hydrogen gas within the above range, the flow rate of the hydrogen gas can be controlled, and the amount and energy of the hydrogen plasma can be controlled within a range that does not cause defects in the graphene surface treatment process.

그래핀은 플라즈마 처리 방향에 대하여 0 내지 90°의 각도로 위치시켜 처리할 수 있다. 예를 들어, 간접식 플라즈마 장치에서 생성된 수소 플라즈마는 장치 내 유로를 통하여 흐르며, 상기 수소 플라즈마 흐름에 대하여 그래핀 시료를 0 내지 90°의 각도로 위치시켜 수소 표면처리된 그래핀을 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀의 위치 각도는 0 내지 5°, 5 내지 90° 또는 60 내지 90°의 각도로 위치시킬 수 있다. 이 때, 상기 0°는 수평으로 위치한 것을 의미할 수 있으며, 90°는 수직으로 위치한 것을 의미할 수 있다. 상기 범위 내의 각도로 조절함으로써, 그래핀의 수소 표면처리 정도를 조절할 수 있다.The graphene may be disposed at an angle of 0 to 90 degrees with respect to the plasma processing direction. For example, a hydrogen plasma generated in an indirect plasma apparatus flows through an in-apparatus flow path, and a graphene sample can be positioned at an angle of 0 to 90 degrees with respect to the hydrogen plasma flow to produce a hydrogen- have. For example, the position angle of the graphene can be positioned at an angle of 0 to 5 degrees, 5 to 90 degrees, or 60 to 90 degrees. In this case, the 0 ° may mean horizontally, and 90 ° may mean vertically. By controlling the angle within the above range, the degree of hydrogen surface treatment of graphene can be controlled.

상기 플라즈마 처리하는 단계는, 1 내지 1000 초 동안 수행할 수 있다. 예를 들어, 처리 시간에 따라, 그래핀 표면에 흡착되는 수소의 양을 조절할 수 있으며, 100 초 이상 플라즈마 처리할 경우, 그래핀의 수소 표면처리된 표면적은 약 25%일 수 있다. The plasma treatment may be performed for 1 to 1000 seconds. For example, depending on the treatment time, the amount of hydrogen adsorbed on the graphene surface can be controlled, and when subjected to plasma treatment for 100 seconds or more, the hydrogen surface-treated surface area of graphene can be about 25%.

상기 방법으로 제조된 수소 표면처리된 그래핀은 상기 설명한 바와 같이, 그래핀의 평면에 수직으로 결합되지 않은 p-오비탈에 형성된 전자 자리에 수소를 흡착시킴으로써, π-결합을 차단하여 밴드 갭을 부여할 수 있다. 이 때, 차단되는 π-결합은 영구적으로 손상되는 것이 아니라, 열처리를 통해, 플라즈마 처리하기 이전의 그래핀으로 환원시킬 수 있다. 열처리는 150℃ 이상의 온도로 수행될 수 있으며, 이를 통해, 수소를 탈착시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 그래핀을 수소 표면처리 할 경우, 영구적인 손상을 주는 결함을 동반하지 않는 것을 확인할 수 있다.
As described above, the hydrogen-treated graphene produced by the above method adsorbs hydrogen to the electron sites formed in the p-orbital that is not vertically bonded to the plane of graphene, thereby blocking the π-bond and imparting a bandgap can do. At this time, the π-bonds to be interrupted are not permanently damaged but can be reduced to graphene before the plasma treatment through heat treatment. The heat treatment can be carried out at a temperature of 150 ° C or higher, whereby the hydrogen can be desorbed. As a result, it can be confirmed that when the graphene is subjected to a hydrogen surface treatment by the method according to the present invention, it is not accompanied by a defect causing permanent damage.

또한, 본 발명은 패턴을 포함하는 그래핀의 형성방법을 제공할 수 있다. 하나의 예로서,In addition, the present invention can provide a method of forming graphene including a pattern. As an example,

그래핀 상에 리소그래피를 이용하여 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a pattern on the graphene using lithography; And

패턴이 형성된 그래핀에 수소 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 그래핀 형성방법을 제공할 수 있다.And a step of hydrogen plasma treatment of the patterned graphene.

예를 들어, 상기 그래핀은 기판 상에 형성될 수 있다. 상기 기판은, 전자 소자의 기판으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속판, 글라스(glass), 사파이어(sapphire), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PET(Polyethylene terephthalate), PES(polyethersulfone) 및 PMMA(Polymethymethacrylate) 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.For example, the graphene may be formed on a substrate. Glass, sapphire, PC (polycarbonate), PI (polyimide), PET (polyethylene terephthalate), PES (polyethylene terephthalate), and the like. (polyethersulfone), and PMMA (polymethymethacrylate).

그런 다음, 상기 그래핀 상에 리소그래피를 이용하여 패턴을 형성할 수 있고, 상기 패턴의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 적용되는 분야에 따라 다양하게 제조할 수 있다. 이렇게 형성된 패턴으로 인해 그래핀이 노출되는 영역 및 노출되지 않는 영역이 생길 수 있다. 이에 대해, 수소 플라즈마 처리를 할 경우, 노출된 부분은 수소 표면처리되어 일정 밴드 갭이 형성될 수 있다. Then, a pattern can be formed on the graphene using lithography, and the shape of the pattern is not particularly limited, and can be variously manufactured according to the application field. The pattern thus formed may result in areas where the graphene is exposed and areas that are not exposed. On the other hand, when the hydrogen plasma treatment is performed, the exposed portion may be subjected to a hydrogen surface treatment to form a constant bandgap.

상기 패턴이 형성되어 수소 플라즈마에 노출되지 않은 영역의 밴드 갭은 0.1 내지 0.5 eV이고,The band gap of the region where the pattern is formed and is not exposed to the hydrogen plasma is 0.1 to 0.5 eV,

패턴이 형성되지 않아 수소 플라즈마에 노출된 영역의 밴드 갭은 1.0 내지 5.5 eV일 수 있다.The bandgap of the region exposed to the hydrogen plasma without forming a pattern may be 1.0 to 5.5 eV.

예를 들어, 리소그래피를 이용하여 형성된 패턴으로 인해 직접적으로 수소 표면처리되지 않은 부분은 0.1 내지 0.5 eV의 밴드 갭을 가질 수 있고, 수소 표면처리된 부분은 1.0 내지 5.5 eV의 밴드 갭을 가질 수 있다.For example, a portion that is not directly hydrogen-treated due to a pattern formed using lithography may have a band gap of 0.1 to 0.5 eV, and a hydrogen-treated portion may have a band gap of 1.0 to 5.5 eV .

이와 같은 방법으로 밴드 갭이 다른 두 영역을 갖는 그래핀을 제조할 수 있으며, 이는, 기존의 여러 차례 식각 및 에칭을 통해 형성하던 트랜지스터와 같은 전자 소자와 비교하여, 단순한 공정으로, 공정 시간 및 비용에 관한 이점이 있다. In this manner, graphene having two regions having different band gaps can be manufactured. This is because, compared with electronic devices such as transistors, which have been formed through a plurality of conventional etching and etching processes, .

수소 플라즈마 처리는 상기 설명한 바와 같이 간접식 플라즈마(indirect plasma) 처리일 수 있다. The hydrogen plasma treatment may be an indirect plasma treatment as described above.

상기 플라즈마 처리하는 단계는, 1 내지 1000 초 동안 수행할 수 있다. 이를 통해, 패턴이 형성되어 직접적으로 표면처리되지 않은 제1 영역의 밴드 갭은 0.1 내지 0.5 eV로 나타날 수 있고, 패턴이 형성되지 않아 수소 플라즈마에 노출된 제2 영역의 밴드 갭은 1.0 내지 5.5 eV로 나타날 수 있다.The plasma treatment may be performed for 1 to 1000 seconds. As a result, the bandgap of the first region where the pattern is formed and not directly surface-treated can be represented by 0.1 to 0.5 eV, and the bandgap of the second region exposed to the hydrogen plasma without patterning is 1.0 to 5.5 eV .

상기 패턴을 포함하는 그래핀의 형성방법의 또 하나의 예로서,As another example of the method for forming graphene including the pattern,

수소 표면처리된 그래핀에 레이저를 조사하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴화된 그래핀 형성방법을 제공할 수 있다.And a step of forming a pattern by irradiating a laser to the hydrogen-surface-treated graphene to form a patterned graphene.

예를 들어, 간접식 플라즈마 처리를 통해 수소 표면처리된 그래핀은 상기 설명한 바와 동등한 수소 플라즈마 처리방법으로 그래핀 표면에 수소 플라즈마 처리함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로, 수소 표면처리된 그래핀에 레이저를 조사하여 원하는 영역의 수소 표면처리된 그래핀을 환원하여 플라즈마 처리하기 이전의 그래핀 특유의 평면 육각 구조로 재정렬된 구조로 환원시킬 수 있다. 이때, 레이저 조사를 통해 플라즈마 처리하기 이전의 그래핀으로 환원된 영역이 제1 영역일 수 있고, 그 이외의 영역이 제2 영역일 수 있으며, 이를 통해, 패턴화된 그래핀을 형성할 수 있다.For example, graphene subjected to hydrogen surface treatment through an indirect type plasma treatment can be formed by hydrogen plasma treatment of the graphene surface by a hydrogen plasma treatment method equivalent to that described above. Specifically, the hydrogen-treated graphene is irradiated with a laser to reduce the hydrogen-surface-treated graphene in a desired region, and can be reduced to a structure re-organized into a plane hexagonal structure unique to graphene before the plasma treatment. In this case, the region reduced to the graphene before the plasma treatment through laser irradiation may be the first region, and the region other than the region may be the second region, through which the patterned graphene can be formed .

예를 들어, 상기 레이저 조사는 순차 측면 결정화법(Sequential Lateral Solidi-fication, SLS), 엑시머 레이저 결정화법(Excimer Laser Annealing, ELA), 전기로를 이용한 열처리법(furnace annealing, FA) 또는 급속 열처리법(rapid thermal annealing, RTA)을 통해 열치리할 수 있다. 구체적으로, 레이저 조사는 엑시머 레이저 결정화법을 통해 수행할 수 있으며, 이는, 저온에서 열처리가 가능하여, 그래핀 표면의 결함을 최소화하면서 짧은 시간에 그래핀 표면을 환원시킬 수 있다.For example, the laser irradiation may be performed by sequential lateral solid-crystallization (SLS), excimer laser annealing (ELA), furnace annealing (FA), or rapid thermal annealing rapid thermal annealing (RTA). Specifically, the laser irradiation can be performed by an excimer laser crystallization method, which allows heat treatment at a low temperature, so that the graphene surface can be reduced in a short time while minimizing defects on the graphene surface.

상기 레이저를 조사하여 형성된 패턴 영역의 밴드 갭은 0.1 내지 0.5 eV이고,The band gap of the pattern region formed by irradiating the laser is 0.1 to 0.5 eV,

레이저를 조사하지 않은 영역의 밴드 갭은 1.0 내지 5.5 eV일 수 있다.The band gap of the region not irradiated with the laser may be 1.0 to 5.5 eV.

구체적으로, 수소 표면처리된 그래핀에 레이저 조사를 이용한 열처리를 통해 환원시켜 형성된 패턴의 밴드 갭은 0.1 내지 0.5 eV이고, 레이저 조사를 하지 않은 수소 표면처리된 그래핀의 밴드 갭은 1.0 내지 5.5 eV일 수 있다.Specifically, the bandgap of the pattern formed by reduction of the hydrogen-treated graphene by heat treatment using laser irradiation is 0.1 to 0.5 eV, and the band gap of the hydrogen-treated graphene without laser irradiation is 1.0 to 5.5 eV Lt; / RTI >

상기 레이저가 조사된 그래핀 표면의 온도는 200℃ 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 레이저가 조사된 그래핀 표면의 온도는 200 내지 300℃, 220 내지 300℃ 또는 250 내지 280℃일 수 있다. 레이저가 조사된 그래핀 표면의 온도를 상기 범위 내로 조절함으로써, 그래핀 표면에 결함을 최소화하면서 짧은 시간 동안 열처리하여 그래핀 표면을 환원시킬 수 있다. 이를 통해, 수소화된 그래핀 상에 레이저를 이용하여 패턴화된 그래핀을 제조할 수 있다.
The temperature of the graphene surface irradiated with the laser may be 200 ° C or higher. Specifically, the temperature of the graphene surface irradiated with the laser may be 200 to 300 ° C, 220 to 300 ° C, or 250 to 280 ° C. By controlling the temperature of the surface of the graphene irradiated with the laser within the above range, the graphene surface can be reduced by heat treatment for a short time while minimizing defects on the graphene surface. As a result, patterned graphene can be produced using a laser on hydrogenated graphene.

본 발명은 상기 수소 표면처리된 그래핀을 포함하는 전자 소자를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 소자는 트랜지스터 및 터치 패널을 포함할 수 있다.The present invention can provide an electronic device comprising the hydrogen-treated graphene. For example, the electronic device may include a transistor and a touch panel.

상기 트랜지스터는 전자 소자, 메모리 소자, 저항을 포함하는 전자부품으로 적용할 수 있다. The transistor can be applied as an electronic component including an electronic element, a memory element, and a resistor.

예를 들어, 상기 트랜지스터를 제조하는 방법을 도 1에 나타내었다. 도 1을 보면, 그래핀(10)에 감광성 물질을 코팅한 후, 리소그래피를 이용하여 형성된 마스크를 이용한 노광 및 현상을 통해 마스크의 패턴과 유사한 패턴을 갖는 감광성 물질(20)의 패턴을 제조하였다. 그런 다음, 상기 감광성 물질(20)의 패턴이 구비된 그래핀에 수소 플라즈마 처리하고, 상기 감광성 물질(20) 패턴을 제거하면, 부분적으로 수소 플라즈마 처리되어 전기적 특성이 변화된 그래핀 영역(11)과 감광성 물질(20)의 패턴이 수소 플라즈마에 대한 보호막으로 작용하여 결함이 생성되지 않은 그래핀 영역(12)을 갖는 그래핀을 형성할 수 있다. 그런 다음, 감광성 물질의 패턴을 제거하고 그래핀 외부와의 전기적 접속 단자를 제공하는 금속 패드(미도시)를 형성하여 단일한 그래핀에 정밀한 배선을 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 전기적 특성이 변화된 그래핀 영역은 본원에 따른 그래핀의 제2 영역에 해당하고, 결함이 생성되지 않은 그래핀 영역은 본원에 따른 그래핀의 제1 영역에 해당할 수 있다. 또한, 상기 패턴은 예를 든 것으로, 이에 한정되지 않으며, 그 용도에 따라 변경 가능하다. 상기 전기적 특성의 변화 정도는 그 용도에 따라 유동적으로 변경 가능하며, 이는, 플라즈마 세기 및 처리 각도 등을 달리하여 조절할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 전기적 특성이 변화된 그래핀 영역(11)과 결함이 생성되지 않은 그래핀 영역(12)는 관찰자가 인식하지 못할 정도로 낮은 색차를 나타낼 수 있다.For example, a method of fabricating the transistor is shown in FIG. Referring to FIG. 1, after a photosensitive material is coated on a graphene 10, a pattern of a photosensitive material 20 having a pattern similar to that of a mask is formed through exposure and development using a mask formed by lithography. Thereafter, the graphene having the pattern of the photosensitive material 20 is subjected to a hydrogen plasma treatment and the pattern of the photosensitive material 20 is removed. The pattern of the photosensitive material 20 acts as a protective film for the hydrogen plasma to form graphene having the graphene region 12 in which defects are not generated. Then, a metal pad (not shown) for removing the pattern of the photosensitive material and providing an electrical connecting terminal to the outside of the graphene may be formed to form a precise wiring on a single graphene. At this time, the graphene region having the electrical characteristic changed corresponds to the second region of the graphene according to the present invention, and the graphene region having no defect may correspond to the first region of the graphene according to the present invention. In addition, the pattern is not limited thereto, and may be changed depending on the use. The degree of change of the electrical characteristic can be changed flexibly according to the application, and it can be controlled by varying the plasma intensity and the processing angle. According to the present invention, the graphene region 11 in which the electrical characteristics are changed and the graphene region 12 in which no defect is generated can exhibit a color difference low enough that the viewer can not recognize.

또한, 터치 패드는 터치가 수행된 위치에 대응하는 터치 패드의 정전 용량이 변화하는 것을 감지하기 위한 장치로, 면저항이 다른 두 영역으로 패턴화된 구조로 형성될 수 있다. 이때, 상기 터치 패드 상에 터치(touch)가 수행될 경우, 터치가 수행된 위치에 대응하는 영역에 발생한 전기적 신호는 해당 영역 및 배선을 통해 제어부로 전송되어 터치가 수행된 위치에 대응하는 좌표를 인식할 수 있게 할 수 있다. 이 경우, 본 발명에서 제안하는 터치 패드는 터치 패널의 부품으로 적용될 수 있다.In addition, the touch pad is a device for detecting a change in capacitance of a touch pad corresponding to a position where a touch is performed, and may be formed in a patterned structure having two different areas of sheet resistance. In this case, when a touch is performed on the touch pad, an electrical signal generated in a region corresponding to the touch-performed position is transmitted to the control unit through the corresponding region and the wiring, and coordinates corresponding to the touch- It can be recognized. In this case, the touch pad proposed in the present invention can be applied as a component of a touch panel.

또한, 상기 터치 패널은 접촉 감지 장치가 적용될 수 있는 전자 기기에 적용될 수 있다. 구체적으로, 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT), 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display: FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 및 전계발광소자(Electro Luminescence Device: ELD) 등과 같은 화상표시장치의 표시면에 설치되어 사용자가 화상표시장치를 보면서 터치 패널을 가압하여(누르거나 터치하여) 컴퓨터에 미리 정해진 정보를 입력하는 컴퓨터 입력장치 중 한 종류이다. 하나의 예로서, 도 2를 보면, 휴대용 전화기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 등을 포함하며, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 접촉 감지 장치인 터치 패널을 구비할 수 있다. Also, the touch panel may be applied to an electronic apparatus to which a touch sensing apparatus can be applied. Specifically, a cathode ray tube (CRT), a liquid crystal display (LCD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP) And a liquid crystal display (LCD), which is provided on a display surface of an image display device such as an electro luminescence device (ELD), and which presses (presses or touches) the touch panel while the user views the image display device, It is kind. 2, the portable telephone 100 includes a display device 110 for outputting a screen, an input unit 120, an audio unit 130 for outputting audio, and the like. The display device 110 And a touch panel as a touch sensing device.

이에 대해, 상기 터치 패널의 구조를 도 3에 나타내었다. 도 3을 보면, 터치 패널(200)은, 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 감지 전극(220, 230)을 포함한다. 복수의 감지 전극(220, 230)은 접촉 입력의 Y축 방향 위치를 감지하기 위한 제1 전극(220)과, 접촉 입력의 X축 방향 위치를 감지하기 위한 제2 전극(230)을 포함할 수 있다. 도 3에서는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)이 각각 8개씩 구비되고, 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 각각이 접촉 입력을 판단하는 컨트롤러 칩의 센싱 채널 X1~X8 과 Y1~Y8에 연결되어 있다. 또한, 도 3에서 편의상 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 동일한 면에 형성되는 것으로 도시되었으나, 기판(210)의 상하면에 각각 분리되어 형성되거나, 또는 복수의 투명 기판(210)에 각각 형성될 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 평면도는 단순히 본 발명에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 하나의 실시예에 해당할 뿐이다.The structure of the touch panel is shown in FIG. 3, the touch panel 200 includes a substrate 210 and a plurality of sensing electrodes 220 and 230 provided on the substrate 210. The plurality of sensing electrodes 220 and 230 may include a first electrode 220 for sensing the Y-axis position of the touch input and a second electrode 230 for sensing the X- have. In FIG. 3, eight first and second electrodes 220 and 230 are provided. Each of the first and second electrodes 220 and 230 includes sensing channels X1 to Xn, It is connected to X8 and Y1 to Y8. 3, the first electrode 220 and the second electrode 230 are formed on the same surface of the substrate 210. However, the first electrode 220 and the second electrode 230 may be separately formed on the upper and lower surfaces of the substrate 210, And may be formed on the transparent substrate 210, respectively. That is, the plan view shown in FIG. 3 corresponds to only one embodiment for explaining the touch panel according to the present invention.

구체적으로, 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 터치 패널은 기판 상에 그래핀층을 형성하고, 상기 그래핀층에 감광성 물질을 코팅한 후, 리소그래피를 이용하여 형성된 마스크를 이용한 노광 및 현상을 통해 도 3과 같은 마름모 또는 다이아몬드형의 감광성 물질의 패턴을 제조하였다. 그런 다음, 상기 감광성 물질 패턴이 구비된 그래핀층에 수소 플라즈마 처리하고, 상기 감광성 물질 패턴을 제거하면, 상기 패턴에 따라 부분적으로 수소 플라즈마 처리되어 전기적 특성이 변화된 그래핀 영역(제2 영역)과 감광성 물질의 패턴이 수소 플라즈마에 대한 보호막으로 작용하여 결함이 생성되지 않은 그래핀 영역(제1 영역)을 갖는 그래핀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구조에서 보면, 제1 전극은 본 발명에 따른 그래핀의 제1 영역, 제2 전극은 본 발명에 따른 그래핀의 제2 영역을 의미할 수 있다. 터치 패널 또한, 상기 전기적 특성이 변화된 그래핀 영역(11)과 결함이 생성되지 않은 그래핀 영역(12)는 관찰자가 인식하지 못할 정도로 낮은 색차를 나타낼 수 있다.
3, a touch panel according to the present invention includes a graphene layer formed on a substrate, a photosensitive material coated on the graphene layer, and exposure and development using a mask formed using lithography A pattern of a rhombic or diamond-shaped photosensitive material as shown in Fig. 3 was prepared. Then, the graphene layer having the photosensitive material pattern is subjected to hydrogen plasma treatment. When the photosensitive material pattern is removed, a graphene region (second region) having a partial hydrogen plasma treatment according to the pattern and having an electrical characteristic changed, The pattern of the material acts as a protective film for the hydrogen plasma to form graphene having a graphene region (first region) in which defects are not generated. For example, in the structure of FIG. 3, the first electrode may denote a first region of graphene according to the present invention, and the second electrode may denote a second region of graphene according to the present invention. The touch panel In addition, the graphene region 11 in which the electrical characteristics are changed and the graphene region 12 in which no defect is generated can exhibit a color difference as low as the viewer can not recognize.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples. However, the scope of the present invention is not limited by the following Examples.

실시예Example 1: 수소 표면처리된  1: Hydrogen treated surface 그래핀Grapina 제조 Produce

간접식 플라즈마 장치에 설치된 MFC(mass flow controller)를 이용하여 수소 가스의 주입량을 미세 제어한 뒤 장치 내로 주입하였다. 그런 다음, 진공 상태로 만들어진 장치 내의 가스 내부 분압을 15 mtorr 이하로 유지시키며, 전압을 공급하고, 수소 플라즈마를 생성하였다. 생성된 수소 플라즈마는 장치 내 유로를 따라 흐르며, 흐름 상에 그래핀 시료를 위치시켜, 1 내지 300 초 동안 그래핀을 수소 표면처리 하였다. The injection amount of hydrogen gas was finely controlled using an MFC (mass flow controller) installed in the indirect type plasma device and then injected into the device. The partial pressure of gas in the apparatus under vacuum was then maintained at 15 mtorr or less, the voltage was supplied, and the hydrogen plasma was generated. The generated hydrogen plasma flows along the flow path in the apparatus, and the graphene sample is placed on the flow, and the graphene is subjected to hydrogen surface treatment for 1 to 300 seconds.

그런 다음, 제조된 수소 표면처리된 그래핀의 밴드 갭을 측정하였다. 그 결과는 도 4에 나타내었다. 도 4를 보면, 수소 처리 시간을 1 내지 200 초로 달리할 때, 조절되는 밴드 갭을 확인할 수 있다. 그 결과, 최대 약 4.7 eV의 밴드 갭이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
Then, the band gap of the produced hydrogen-surface-treated graphene was measured. The results are shown in Fig. Referring to FIG. 4, when the hydrogen treatment time is varied from 1 to 200 seconds, the band gap to be controlled can be confirmed. As a result, it was confirmed that a band gap of about 4.7 eV was formed.

실시예Example 2: 패턴화된  2: patterned 그래핀Grapina 제조 Produce

기판 상에 그래핀을 도포한 후, 감광성 물질을 도포하고 패턴을 갖는 마스크를 형성하고, 노광 및 현상하였다. 상기 마스크, 감광성 물질, 노광 및 현상은 통상의 반도체 공정에 사용되는 리소그래피를 이용하여 수행하였으며, 상기 노광은 13nm(EUV) 내지 435nm(g-line)을 포함하는 광을 이용하였다.After the graphenes were coated on the substrate, a photosensitive material was applied, a mask having a pattern was formed, and exposed and developed. The mask, photosensitive material, exposure and development were performed using lithography used in conventional semiconductor processing, and the exposure used light containing 13 nm (EUV) to 435 nm (g-line).

그런 다음, 현상에 의해 감광성 물질이 제거된 그래핀 영역에 수소 플라즈마 처리하였다. 상기 플라즈마 처리는 간접식 플라즈마 장치에 설치된 MFC(mass flow controller)를 이용하여 수소 가스의 주입량을 미세 제어한 뒤 장치 내로 주입하여 수행하였다. 구체적으로, 진공 상태로 만들어진 장치 내의 가스 내부 분압을 15 mtorr 이하로 유지시키며, 전압을 공급하고, 수소 플라즈마를 생성하였다. 생성된 수소 플라즈마는 장치 내 유로를 따라 흐르며, 흐름 상에 상기 그래핀 시료를 위치시켜, 약 700 초 동안 그래핀을 수소 표면처리 하였다. Then, the graphene region from which the photosensitive material was removed by the development was subjected to hydrogen plasma treatment. The plasma treatment was performed by finely controlling the injection amount of hydrogen gas using an MFC (mass flow controller) installed in an indirect type plasma apparatus, and injecting it into the apparatus. Specifically, the internal partial pressure of gas in the vacuum apparatus was maintained at 15 mtorr or less, the voltage was supplied, and the hydrogen plasma was generated. The generated hydrogen plasma flows along the flow path in the apparatus, placing the graphene sample on the flow, and hydrogenating the graphene for about 700 seconds.

상기 제조된 부분적으로 수소 처리된 그래핀에 대하여 라만 스펙트럼을 측정하였다. 그 결과는 도 5에 나타내었다. 도 5의 a를 보면, 아르곤 이온 에칭한 그래핀 표면(Ar+ ion etching)과 수소 표면처리(hydrogenation)를 통해 제1 영역(PG) 및 제2 영역(HG)의 패턴이 형성된 그래핀 표면에 대한 결과를 나타내고 있다. 또한, b를 보면, 패턴을 갖는 마스크가 형성된 영역(제1 영역)과 패턴을 갖는 마스크가 형성되지 않은 영역(제2 영역)의 라만 스펙트럼을 나타내고 있다. 구체적으로, 제1 영역(PG)의 경우, 라만 시프트 2600 내지 2700 cm-1 부근에서 강한 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 제2 영역의 경우, 라만 시프트 1300 내지 1400 cm-1 부근에서 강한 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
Raman spectra were measured on the partially hydrotreated graphene prepared above. The results are shown in Fig. 5A, the surface of the first region PG and the pattern of the second region HG are formed through a graphene etching (Ar + ion etching) and a hydrogenation (hydrogenation) Results. In addition, b shows a Raman spectrum of a region (first region) where a mask having a pattern is formed and a region (second region) where a mask having a pattern is not formed. Specifically, in the case of the first region PG, it was confirmed that a strong peak was observed in the vicinity of Raman shift of 2600 to 2700 cm -1 . Further, in the case of the second region, it was confirmed that a strong peak was shown in the vicinity of Raman shift 1300 to 1400 cm -1 .

실시예Example 3: 패턴화된  3: Patterned 그래핀Grapina 제조 Produce

그래핀 표면을 수소 플라즈마 처리하였다. 상기 플라즈마 처리는 간접식 플라즈마 장치에 설치된 MFC(mass flow controller)를 이용하여 수소 가스의 주입량을 미세 제어한 뒤 장치 내로 주입하여 수행하였다. 구체적으로, 진공 상태로 만들어진 장치 내의 가스 내부 분압을 15 mtorr 이하로 유지시키며, 전압을 공급하고, 수소 플라즈마를 생성하였다. 생성된 수소 플라즈마는 장치 내 유로를 따라 흐르며, 흐름 상에 상기 그래핀 시료를 위치시켜, 약 700 초 동안 그래핀을 수소 표면처리 하였다.The surface of the graphene was subjected to hydrogen plasma treatment. The plasma treatment was performed by finely controlling the injection amount of hydrogen gas using an MFC (mass flow controller) installed in an indirect type plasma apparatus, and injecting it into the apparatus. Specifically, the internal partial pressure of gas in the vacuum apparatus was maintained at 15 mtorr or less, the voltage was supplied, and the hydrogen plasma was generated. The generated hydrogen plasma flows along the flow path in the apparatus, placing the graphene sample on the flow, and hydrogenating the graphene for about 700 seconds.

그런 다음, 상기 수소 표면처리된 그래핀 상에 엑시머 레이저 결정화법(Excimer Laser Annealing, ELA)을 이용한 열처리를 통해 특정 영역을 환원시켜 그래핀 상에 패턴을 형성하였다. 이때, 레이저가 조사된 그래핀 표면의 온도는 200 내지 300℃로 조절하였다.
Then, a specific region was reduced on the hydrogen-treated graphene by heat treatment using excimer laser annealing (ELA) to form a pattern on the graphene. At this time, the temperature of the surface of the graphene irradiated with the laser was adjusted to 200 to 300 캜.

실험예Experimental Example 1 One

실시예 2에서, 수소 표면처리 시간을 1 내지 200 초로 달리하여 진행하였다. 그런 다음, 제1 영역 및 제2 영역에 대하여 그래핀 표면의 수소 커버율을 측정하였다. 이는, 도 5에 나타내었다. 도 6을 보면, 수소 커버율이 13% 이하로 나타나는 영역이 제1 영역 표면의 수소 커버율은 나타낼 수 있다. 반면, 수소 표면처리 시간이 증가함에 따라, 수소 커버율이 15 내지 25%로 나타나는 영역은 제2 영역 표면의 수소 커버율을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 30 초 이상 수소 플라즈마 처리할 시, 20% 이상의 높은 수소 커버율을 확인할 수 있다.In Example 2, the hydrogen surface treatment time was varied from 1 to 200 seconds. Then, the hydrogen coverage of the graphene surface was measured for the first region and the second region. This is shown in Fig. Referring to FIG. 6, the hydrogen coverage of the first region can be represented by the region where the hydrogen coverage is 13% or less. On the other hand, as the hydrogen surface treatment time increases, a region where the hydrogen coverage ratio is 15 to 25% can represent the hydrogen coverage of the second region surface. Specifically, when the hydrogen plasma treatment is performed for 30 seconds or more, a high hydrogen coverage rate of 20% or more can be confirmed.

또한, 상기 제2 영역에 대하여 밴드 갭을 측정하였으며, 플라즈마 처리시간이 증가함에 따라, 밴드 갭이 최대 5.5 eV 범위로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Further, the band gap was measured for the second region, and it was confirmed that as the plasma treatment time was increased, the band gap increased to a maximum of 5.5 eV.

본 실험예 1을 통해, 그래핀의 수소 표면처리 시간이 증가할수록 그래핀의 수소 표면처리된 표면적이 증가하며, 이를 통해, 그래핀에 밴드 갭을 부여할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 수소 표면처리를 통한 간단한 방법으로, 패턴화된 마스크를 사용할 경우, 그래핀 상에 다른 밴드 갭을 갖는 두 영역을 형성할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
As a result, it was found that the hydrogen surface-treated surface area of graphene was increased as the hydrogen surface treatment time of graphene was increased, and thus the band gap could be imparted to the graphene. In addition, it has been confirmed that, in the case of using a patterned mask, two regions having different band gaps can be formed on the graphene by a simple method through the hydrogen surface treatment.

실험예Experimental Example 2 2

상기 실시예 1에서, 수소의 주입 유량 및 수소 플라즈마 흐름에 대한 그래핀 시료의 위치 각도를 달리하여 밴드 갭 측정 실험을 하였다. 그 결과, 수소의 주입 유량이 동일할 경우, 그래핀 시료의 위치 각도 커질수록 밴드 갭이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 그래핀 시료의 위치 각도가 동일할 경우, 수소의 주입 유량이 증가할수록 밴드 갭이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
In the first embodiment, band gap measurement experiments were performed by varying the injection flow rate of hydrogen and the positional angle of the graphene sample with respect to the hydrogen plasma flow. As a result, it was confirmed that when the flow rate of hydrogen is the same, the bandgap increases as the position angle of the graphene sample increases. Also, it was confirmed that the bandgap increases as the injection flow rate of hydrogen increases when the positional angle of the graphene sample is the same.

실험예Experimental Example 3 3

실험예 1에서, 처리 시간을 1 내지 200 초로 달리하여 제조된 수소 표면처리된 그래핀의 라만 스펙트럼을 측정하였다. 이는, 도 7의 a에 나타내었다. 또한, 상기 라만 스펙트럼에서, D' 피크 강도(1620 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도, ID' ratio) 대비 D 피크 강도(1350 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도, ID) 비(ID/ID' ratio)를 측정하여 도 7의 b에 나타내었다. 도 7의 b를 보면, ID/ID' 값이 13 이상인 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 본 발명에 따른 수소 표면처리된 그래핀은 영구적 손상을 주는 결함인 원자 공동(atomic vacancy) 유형의 결함이 아닌, 원래의 그래핀으로 환원 가능한 sp3 유형의 결함이 발생하는 것을 알 수 있었다.
In Experimental Example 1, the Raman spectrum of the hydrogen-surface-treated graphene produced by varying the treatment time from 1 to 200 seconds was measured. This is shown in Fig. 7A. Further, in the Raman spectrum, the D 'peak intensity (the intensity of the peak at around 1620 cm -1 , I D' (I D / I D ' ) relative to the ratio D of the peak intensity (intensity of the peak at around 1350 cm -1 , I D ) ratio was measured and shown in Fig. 7 (b). 7B, I D / I D ' Value of 13 or more. Through this, it can be seen that the hydrogen surface of graphene, the original graphene reducible sp 3 types of defects in the non-defect atomic type defects in the cavity (atomic vacancy) to permanent damage to processing occurs in accordance with the present invention there was.

실험예Experimental Example 4 4

실시예 2에 따른 방법으로 제조된 수소 표면처리된 그래핀의 처리 시간을 1 내지 200 초로 달리하며, 수소 표면처리된 제2 영역의 홀 이동도를 측정하였다. 그 결과, 플라즈마 처리시간이 증가함에 따라, 제2 영역의 면저항이 증가하며, 홀 이동도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 상기 제2 영역에 밴드 갭이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 그래핀 상에 약 5 초 동안 수소 플라즈마 처리하였을 경우, 기존의 전자 소재로서 널리 사용되던 실리콘(Si)의 홀 이동도인 160 cm2/ V·s 이상을 구현한다는 것을 확인할 수 있다.
The hole mobility of the hydrogen-treated second region was measured by changing the treatment time of the hydrogen-treated graphene produced by the method according to Example 2 to 1 to 200 seconds. As a result, it was confirmed that as the plasma treatment time increases, the sheet resistance of the second region increases and the hole mobility decreases. As a result, it was confirmed that a band gap was formed in the second region. In addition, it can be confirmed that when the hydrogen plasma treatment is performed on the graphene for about 5 seconds, the hole mobility of silicon (Si), which is widely used as a conventional electronic material, is 160 cm 2 / V · s or more.

실험예Experimental Example 5 5

실시예 1에 따른 방법으로 제조된 수소 표면처리된 그래핀에, 열을 가하여 수소 표면처리 전의 그래핀으로 환원시키는 실험을 하였다. 이 때, 열처리는 180℃에서 1 내지 120 분으로 조절하며 진행하였으며, 이는, 도 8에 나타내었다. 도 8을 보면, 4.7 eV의 밴드갭을 갖던 실시예 1의 수소 표면처리된 그래핀은, 열처리 시간이 증가할수록 밴드갭이 감소하며, 약 40 초 이상 열처리할 경우, 밴드갭이 0 eV로, 수소 표면처리 전의 그래핀으로 결함 없이 환원된 것을 확인할 수 있었다.
Experiments were conducted in which the hydrogen-treated graphene prepared by the method according to Example 1 was subjected to heat treatment and reduced to graphene before the hydrogen surface treatment. At this time, the heat treatment was performed at 180 DEG C for 1 to 120 minutes, which is shown in FIG. 8, the band gap of the hydrogen-treated graphene of Example 1, which had a band gap of 4.7 eV, decreased as the annealing time was increased. When the annealing was performed for about 40 seconds or more, the band gap was 0 eV, It was confirmed that graphene before the hydrogen surface treatment was reduced without defects.

10: 그래핀
11: 전기적 특성이 변화된 그래핀 영역
12: 결함이 생성되지 않은 그래핀 영역
20: 감광성 물질
100: 휴대용 전화기
110: 디스플레이 장치
120: 입력부
130: 오디오부
200: 터치 패널
210: 기판
220: 제1 전극
230: 제2 전극
10: Grain Fins
11: Graphene region with changed electrical properties
12: Graphene area without defect
20: Photosensitive material
100: Portable telephone
110: display device
120: Input unit
130: Audio part
200: touch panel
210: substrate
220: first electrode
230: second electrode

Claims (22)

밴드 갭이 0.1 내지 5.5 eV이며,
수소 표면처리되지 않은 제1 영역; 및
수소 표면처리된 제2 영역으로 형성된 패턴을 포함하는 수소 표면처리된 그래핀.
A band gap of 0.1 to 5.5 eV,
A first region not subjected to hydrogen surface treatment; And
A hydrogen-surface treated graphene comprising a pattern formed into a second hydrogen-treated region.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
제1 영역은 밴드 갭이 0.1 내지 0.5 eV이고,
제2 영역은 밴드 갭이 1.0 내지 5.5 eV인 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀.
The method according to claim 1,
The first region has a band gap of 0.1 to 0.5 eV,
And the second region has a band gap of 1.0 to 5.5 eV.
제 1 항에 있어서,
제1 영역의 면저항은 500 내지 1000 Ω/sq이고,
제2 영역의 면저항은 1 내지 500 MΩ/sq인 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀.
The method according to claim 1,
The sheet resistance of the first region is 500 to 1000 Ω / sq,
And the sheet resistance of the second region is 1 to 500 M OMEGA / sq.
제 1 항에 있어서
하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 그래핀:
[수학식 1]
ΔE* ≤ 1.5
상기 수학식 1에서,
ΔE*는 CIE(Commossion international de l'Eclairage) 색좌표를 이용하여 측정한 제1 영역 및 제2 영역의 색차를 의미한다.
The method of claim 1, wherein
Wherein graphene satisfies the following formula:
[Equation 1]
? E * ? 1.5
In the above equation (1)
? E * denotes the chrominance of the first region and the second region measured using the CIE (Commosition international de l'eclairage) color coordinate system.
제 1 항에 있어서,
제1 영역 표면의 수소 흡착율은 5 내지 13%이고,
제2 영역 표면의 수소 흡착율은 15 내지 25%인 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀.
The method according to claim 1,
The hydrogen adsorption rate of the surface of the first region is 5 to 13%
And the hydrogen adsorption rate of the surface of the second region is 15 to 25%.
제 1 항에 있어서,
제1 영역의 홀 이동도는 100 내지 500 cm2/V·s이고,
제2 영역의 홀 이동도는 1 내지 80 cm2/V·s인 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀.
The method according to claim 1,
The hole mobility in the first region is 100 to 500 cm 2 / V · s,
And the second region has a hole mobility of 1 to 80 cm 2 / V · s.
제 1 항에 있어서,
하기 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀:
[수학식 2]
13 ≤ ID/ID' ≤ 20
상기 수학식 2에서,
ID는 라만 시프트 1350 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이고,
ID' 라만 시프트 1620 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이다.
The method according to claim 1,
A hydrogen-treated graphene characterized by satisfying the following formula (2):
&Quot; (2) "
13? I D / I D ' ≤ 20
In Equation (2)
I D is the intensity of the peak near Raman shift 1350 cm -1 ,
I D ' Lt; -1 > cm < -1 & gt ;.
제 1 항에 있어서,
하기 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀:
[수학식 3]
3 ≤ ID/IG ≤ 5
상기 수학식 3에서,
ID는 라만 시프트 1350 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이고,
IG는 라만 시프트 1600 cm-1 부근에서 나타내는 피크의 강도이다.
The method according to claim 1,
A hydrogen-treated graphene characterized by satisfying the following formula (3):
&Quot; (3) "
3 ≤ I D / I G ≤ 5
In Equation (3)
I D is the intensity of the peak near Raman shift 1350 cm -1 ,
I G is the intensity of the peak at around Raman shift 1600 cm -1 .
제 1 항에 있어서,
수소 표면처리된 그래핀에, 150℃ 이상의 온도로 열처리 시, 수소 표면처리되지 않은 그래핀으로 환원되는 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀.
The method according to claim 1,
Wherein the graphene is reduced to graphene which has not been subjected to hydrogen surface treatment when the graphene is subjected to heat treatment at a temperature of 150 DEG C or more.
제 1 항에 있어서,
그래핀은 2 내지 20 층으로 적층된 구조이며,
적층된 그래핀의 n(n은 2 내지 20 사이의 임의의 정수) 번째 층은 수소 표면처리되지 않은 제1 영역 및 수소 표면처리된 제2 영역을 포함하는 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀.
The method according to claim 1,
The graphene is a layered structure of 2 to 20 layers,
Wherein n (n is an arbitrary integer of 2 to 20) layers of the laminated graphene has a pattern including a first region that is not subjected to a hydrogen surface treatment and a second region that is subjected to a hydrogen surface treatment. Graphene.
제 1 항에 있어서,
그래핀은 2 내지 20 층으로 적층된 구조이며,
각 층은 수소 표면처리되지 않은 제1 영역과 수소 표면처리된 제2 영역을 포함하며,
적층된 그래핀의 n(n은 2 내지 20 사이의 임의의 정수) 번째 층과 n-1 번째 층은 수소 표면처리된 영역의 패턴이 서로 다른 것을 특징으로 하는 수소 표면처리된 그래핀.
The method according to claim 1,
The graphene is a layered structure of 2 to 20 layers,
Each layer comprising a first region that is not hydrogen-treated and a second region that is hydrogen-treated,
Wherein n (n is an arbitrary integer between 2 and 20) th layer and n-1 th layer of the laminated graphene have different patterns of hydrogen surface-treated regions.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 그래핀 상에 리소그래피를 이용하여 패턴을 형성하는 단계; 및
패턴이 형성된 그래핀에 수소 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 패턴화된 그래핀 형성방법.
Forming a pattern on the graphene using lithography; And
And subjecting the patterned graphene to hydrogen plasma treatment.
제 16 항에 있어서,
패턴이 형성되어 수소 플라즈마에 노출되지 않은 영역의 밴드 갭은 0.1 내지 0.5 eV이고,
패턴이 형성되지 않아 수소 플라즈마에 노출된 영역의 밴드 갭은 1.0 내지 5.5 eV인 것을 특징으로 하는 패턴화된 그래핀 형성방법.
17. The method of claim 16,
The band gap of the region where the pattern is formed and is not exposed to the hydrogen plasma is 0.1 to 0.5 eV,
Wherein the bandgap of the region where the pattern is not formed and is exposed to the hydrogen plasma is 1.0 to 5.5 eV.
수소 표면처리된 그래핀에 레이저를 조사하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴화된 그래핀 형성방법.
And irradiating the hydrogen-surface-treated graphene with a laser to form a pattern.
제 18 항에 있어서,
레이저를 조사하여 형성된 패턴 영역의 밴드 갭은 0.1 내지 0.5 eV이고,
레이저를 조사하지 않은 영역의 밴드 갭은 1.0 내지 5.5 eV인 것을 특징으로 하는 패턴화된 그래핀 형성방법.
19. The method of claim 18,
The band gap of the pattern region formed by irradiating the laser is 0.1 to 0.5 eV,
Wherein the bandgap of the region not irradiated with the laser is 1.0 to 5.5 eV.
제 18 항에 있어서,
레이저가 조사된 그래핀 표면의 온도는 200℃ 이상인 것을 특징으로 하는 패턴화된 그래핀 형성방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the temperature of the graphene surface to which the laser is irradiated is 200 DEG C or more.
제 1 항에 따른 수소 표면처리된 그래핀을 포함하는 전자 소자.
An electronic device comprising the hydrogen-treated graphene according to claim 1.
제 21 항에 있어서,
트랜지스터 및 터치 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
22. The method of claim 21,
A transistor, and a touch panel.
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