KR101687620B1

KR101687620B1 - 플라즈마 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치

Info

Publication number: KR101687620B1
Application number: KR1020120055568A
Authority: KR
Inventors: 박원배; 정명희; 노종현; 서병화; 문진산
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2016-12-19
Also published as: KR20130131768A

Abstract

본 발명은 그래핀의 제조 장치에 관한 것으로 특히, 플라즈마 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은, 유입부 및 배기부를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 기판에 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부; 및 상기 가열부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성된다.

Description

플라즈마 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치 {Apparatus for growing graphene using plasma heating}

본 발명은 그래핀의 제조 장치에 관한 것으로 특히, 플라즈마 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치에 관한 것이다.

탄소 원자들로 구성된 물질로는 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀(graphene), 흑연(Graphite) 등이 존재한다. 이 중에서 그래핀은 탄소 원자들이 2 차원 평면상으로 원자 한 층으로 이루어지는 구조이다.

특히, 그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 매우 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 매우 큰 전류를 흐르게 할 수 있는데, 이는 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 실험을 통하여 증명되었으며 현재까지 많은 연구가 진행이 되고 있다.

이러한 그래핀은 대면적으로 형성할 수 있으며, 전기적, 기계적, 화학적인 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라 뛰어난 도전성의 성질을 가지므로, 전자 회로의 기초 소재로 관심을 받고 있다.

또한, 그래핀은 일반적으로 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있으므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있고 이에 따라 쉽게 소자를 디자인할 수 있다. 따라서 그래핀은 탄소계 전기 또는 전자기 소자 등에 효과적으로 이용될 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 촉매 금속을 효율적으로 가열하여 연속적인 그래핀의 형성이 가능하도록 하는 플라즈마 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치을 제공하고자 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 유입부 및 배기부를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 기판에 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부; 및 상기 가열부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성된다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 유입부 및 배기부를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 기판에 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부; 상기 기판을 롤 상태로 공급할 수 있는 공급부; 상기 기판을 롤 상태로 수납할 수 있는 수납부; 및 상기 가열부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성된다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

플라즈마에 의한 기판 가열 방식은 균일한 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있으므로, 기판의 전체 형성 영역에서 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있다.

그리고, 그래핀이 형성된 후에는 기판을 이송시켜 새로운 영역에서 그래핀을 형성할 수 있으므로, 기판 전체에 연속적으로 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있게 된다.

한편, 이와 같은 그래핀의 제조 장치를 이용하면, 기판의 폭과 관계없이 일정한 온도 제어가 가능하므로, 대면적의 그래핀을 효율적으로 형성할 수 있고, 이러한 대면적의 그래핀은 대면적을 가지는 디스플레이 장치 등에 효율적으로 이용될 수 있다.

따라서, 챔버의 크기에도 제약이 없으며, 대면적을 가지는 그래핀의 성장이 용이할 뿐 아니라, 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

이와 같은 그래핀 제작 장치는 기판의 공급 및 수납, 그리고 가열을 위한 장치들이 모두 챔버 내에 위치하므로, 챔버는 쿼츠(quartz)와 같은 물질뿐 아니라, 금속이나 세라믹 등으로 제작이 가능하다.

도 1은 플라즈마 가열 방식을 이용한 그래핀의 제조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 그래핀 제조 장치의 일례를 나타내는 측면 개략도이다.
도 3은 그래핀 제조 장치의 가열부의 일례를 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.

도 1에서는 플라즈마를 이용한 가열 방식에 의한 그래핀의 제조 방식의 개략도를 나타내고 있다. 이와 같은 방식은, 기판(10)과 전극(210, 220) 사이의 영역(a, b)에 플라즈마(plasma)를 발생시킴으로써, 이 플라즈마에 의한 열을 그래핀 성장에 이용하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방식은, 전원부(300)를 통하여 전극(210, 220)에 전원을 공급함으로써 전극(210, 220)과 기판(10) 사이의 영역(a, b)에 기체(반응 가스 또는 분위기 가스)에 의한 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 이 플라즈마에 의한 가열에 의하여 기판(10) 상에 그래핀을 성장시킬 수 있다.

예를 들면, 기판(10)에 전원부(300)의 음의 전극이 연결되고, 전극(210)에는 전원부(300)의 양의 전극이 연결될 수 있어, 이 기판(10)과 전극(210)에 전원을 공급함으로써 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이때, 전극의 연결은 반대로 연결될 수도 있다. 즉, 기판(10)에 양의 전극이 연결되고 전원부(300)에 음의 전극이 연결될 수도 있다.

이러한 기체 플라즈마에 의한 열을 이용하여 기판(10) 상의 가열 영역(a)을 가열하고, 탄소를 함유한 가스인 반응 가스(원료 가스)에 의하여 기판(10) 상에 그래핀을 형성할 수 있다.

이때, 반응 가스는 탄소를 함유하는 화합물을 이용할 수 있으며, 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 반응 가스는 플라즈마 발생을 위한 가스로도 이용될 수 있다. 즉, 이러한 반응 가스가 공급되는 분위기에서 이 반응 가스에 의한 플라즈마의 발생이 이루어질 수 있는 것이다. 이러한 반응 가스의 일례로서, 탄소와 수소의 화합물(CxHx)을 이용할 수 있다.

한편, 그래핀 성장 이전에 이루어질 수 있는 전처리 공정 또한 이러한 플라즈마 가열을 통하여 이루어질 수 있다. 이러한 전처리 과정에서는 산화된 기판(10)의 표면을 환원시키는 과정과, 열처리(annealing) 과정이 포함될 수 있다.

이와 같은 전처리 과정을 위해서는 수소 기체(H₂)를 이용한 플라즈마를 발생시킴으로써, 열처리를 수행함과 동시에 수소에 의한 환원 과정이 수행될 수 있다.

여기서, 편의상 전처리를 위한 전극은 제 2전극(220), 그래핀 성장을 위한 전극은 제 1전극(210)으로 칭하기로 하고, 전처리가 이루어지는 영역(b)을 제 2영역, 그래핀 성장이 이루어지는 영역(a)을 제 1영역으로 칭하기로 한다.

즉, 수소 분위기에서 전처리를 위한 제 2전극(220)에 전원을 공급함으로써, 이 제 2전극(220)과 기판(10) 사이의 제 2영역(b)에 수소 기체에 의한 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 이러한 수소 기체에 의한 플라즈마 가열에 의하여 기판(10)의 환원 과정과 열처리 과정이 동시에 수행될 수 있는 것이다.

이러한 전처리 과정에 이어서, 그래핀 성장을 위한 공정이 수행될 수 있다. 즉, 탄소와 수소의 화합물(CxHx) 기체의 분위기에서 그래핀 성장을 위한 제 1전극(210)에 전원을 공급함으로써, 이 제 1전극(210)과 기판(10) 사이의 제 1영역(a)에 CxHx 기체에 의한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

이때, 공급되는 가스(CxHx)에 의한 플라즈마는 기판(10) 상에서 성장에 필요한 열을 공급할 수 있으며, CxHx 기체는 그래핀 성장을 위한 반응 가스로서의 역할을 동시에 수행할 수 있다.

한편, 기판(10)은 적어도 하나 이상의 이송 롤러(410, 510)를 이용하여 연속적으로 또는 불연속적으로 이송될 수 있으며, 이러한 이송 과정에 의하여, 위에서 설명한 전처리 과정과 그래핀 성장 과정은 연속적으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 기판(10)이 이송 롤러(410, 510)에 의하여 연속적으로 이송되는 과정에서, 기판(10)은 제 2전극(220)과 제 2영역(b) 측에 먼저 이르도록 하고, 이후에 기판(10)이 제 1전극(210)과 제 1영역(a) 측에 이르도록 설정될 수 있다.

따라서, 기판(10)의 연속적인 공급에 의하여, 수소 분위기 속에서 제 2전극(220)에 전원이 공급되어, 제 2영역(b)에 수소 기체에 의한 플라즈마가 발생되어 기판(10)의 전처리 과정이 이루어질 수 있다.

이후, 기판(10)은 제 1영역(a) 측으로 이송되어, 제 1전극(210)에 전원이 공급되어, 반응 가스에 의한 플라즈마에 의하여 기판(10) 상에 그래핀이 성장될 수 있는 것이다.

도 1에서는, 두 개의 전극(210, 220)에 의하여 전처리 과정과 그래핀 성장이 서로 다른 영역(a, b)에서 이루어지는 예를 도시하고 있으나, 하나의 전극에 의하여 전처리 과정과 그래핀 성장이 이루어질 수도 있음은 물론이다.

즉, 반응로 내의 분위기를 조절함으로써 하나의 전극에 의하여 전치리 과정과 그래핀 성장 과정이 이루어질 수 있는 것이다. 이때, 기판(10)의 이송 속도는 이에 적합하도록 조절될 수 있고, 경우에 따라서는 이송 방향이 달라질 수도 있다.

이와 같은 플라즈마 가열에 의한 그래핀의 성장은 안정적이고 균일한 그래핀의 성장이 가능하다. 또한 플라즈마 발생을 위한 전극(220)의 설계에 따라 기판의 종류 및 모양, 성장 장치의 설계도 통상의 성장 장치보다 더 큰 자유도를 가질 수 있다.

도 2는 플라즈마 가열을 이용한 그래핀의 성장 장치의 일례를 나타내고 있다. 이러한 그래핀의 성장 장치는, 크게, 챔버(100)와 가열부(200)로 이루어질 수 있다.

챔버(100)에는 반응 가스의 유입 및 배출을 위한 유입부(110)와 배기부(120)가 포함될 수 있다.

이와 같이, 유입부(110)를 통하여 탄소를 함유한 가스인 반응 가스(원료 가스)를 공급할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 반응 가스는 탄소를 함유하는 화합물이며 탄소 수 6개 이하의 화합물이나, 탄소 수 4개 이하의 화합물, 또는 탄소수 2개 이하의 화합물일 수 있다.

반응 가스는 예를 들어 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로 헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.

이러한 가스 유입부(110)를 통하여 반응 가스 이외에도 분위기 가스도 함께 공급할 수 있다. 분위기 가스는, 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와, 기판(10)의 표면을 깨끗하게 유지하는 전처리 과정을 통해 기상 반응을 제어하기 위한 수소 등을 포함하는 비 반응 가스를 포함할 수 있다.

또한, 가스 유입부(110)와 배기부(120)에는 제어 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 가스 유입부(110)로부터 챔버(100)로 공급되는 가스의 유량 등을 제어할 수 있다.

한편, 이러한 챔버(100) 내에서 기판(10)을 롤 상태로 공급 및 수납할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 롤 투 롤(roll to roll) 방식으로 연속적인 그래핀의 성장이 가능하도록 할 수 있다. 기판(10)은 그래핀 성장을 위한 촉매 금속일 수 있다.

이러한 기판(10)의 연속적인 공급은, 기판(10)이 감긴 상태로 롤 형태로 공급할 수 있는 공급부(400)와, 그래핀이 성장된 기판(10)을 롤 형태로 수납할 수 있는 수납부(500)를 이용하여 이루어질 수 있다.

공급부(400)와 수납부(500)는 기판(10)을 공급하거나 이송시킬 수 있는 롤러 형태일 수 있으며, 이러한 공급부(400)와 수납부(500)는 챔버(100) 내부에서 회전시킴으로써 기판(10)을 이송시킬 수 있다.

한편, 공급부(400)와 수납부(500) 사이에는 기판(10)을 효율적으로 이송하기 위한 이송 롤러(410, 510)가 더 구비될 수 있다.

이러한 이송 롤러(410, 510)는 공급부(400)에 감겨진 기판(10)이 가열부(200)를 지나도록 로딩할 경우, 또는 그래핀이 형성된 기판(10)을 수납부(500)에 감기도록 하는 경우에, 기판(10)이 자체 무게에 의하여 쳐지지 않도록 할 수 있다.

또한, 기판(10)에 적당한 장력을 가함으로써, 기판(10)이 가열부(200)와 접촉하지 않도록 할 수 있다.

한편, 이러한 기판(10)의 이송 과정에서 공급부(400) 및 수납부(500)는 자동 제어될 수 있고, 이러한 과정에서 이송 롤러(410, 510)가 함께 작동될 수 있다.

이러한 공급부(400)와 수납부(500) 사이에는 전극(210)에 의하여 기판(10) 상에 그래핀을 형성할 수 있는 가열 영역(a)이 정의된다. 이러한 가열 영역(a)은 전극(210) 면적을 통하여 정의될 수 있다. 즉, 전극(210)과 기판(10) 사이의 면에서 플라즈마가 발생될 수 있다.

이와 같이, 챔버(100)는 연속적인 그래핀의 성장이 가능하도록 세 부분으로 나누어질 수 있다.

즉, 공급부(400)와 유입부(110)가 위치하는 공급 챔버(101)와, 수납부(500) 및 배기부(120)가 위치하는 수납 챔버(102), 및 이 공급 챔버(101)와 수납 챔버(102)를 연결하며, 가열부(200)가 위치하는 히팅 챔버(103)를 포함하여 이루어질 수 있다.

가열부(200)에는 가열 영역(a)을 정의하는 전극(210)이 위치하며, 이 전극(210)은 전원부(300)로부터 전원을 공급받으며, 전원부(300)의 양의 단자와 연결된다. 그리고 기판(10)은 전원부(300)의 음의 단자와 연결될 수 있다.

이때, 기판(10)은 공급부(400) 또는 수납부(500)를 이루는 롤러를 통하여 전원부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 공급부(400)와 수납부(500)를 이루는 롤러 중 적어도 어느 하나는 전도성을 띠며, 이 전도성을 띠는 롤러와 전원부(300)가 전기적으로 연결됨으로써, 기판(10)은 전원부(300)와 전기적으로 연결될 수 있는 것이다.

이와 같이, 전원부(300)로부터 전원을 공급받으면 기판(10)은 히팅 챔버(103) 내에서 가열될 수 있다. 즉, 반응 가스 또는 수소 가스 및 분위기 가스가 가열부(200)에 채워진 상태에서 전원을 공급받으면 기판(10)과 전극(210) 사이에서 플라즈마 방전이 일어날 수 있으며, 이 플라즈마에 의하여 기판(10)이 그래핀을 형성하기에 알맞은 온도로 가열될 수 있는 것이다.

이때, 전극(210)은 평면 전극으로서 기판(10)과 일대일로 마주보는 상태를 이룰 수 있고, 플라즈마로 인해 발생하는 열과 플라즈마 충격을 견딜 수 있는 소재를 사용할 수 있으며, 그 일례로, 탄소 전극을 이용할 수 있다.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 이러한 전극(210)과 기판(10) 사이에는 플라즈마 발생을 위한 간격(w)이 유지될 수 있다.

이때, 플라즈마 가열을 위한 전압과 주파수는 기판(10)의 온도가 대략 성장 온도인 1,000℃를 유지할 수 있는 상태로 설정될 수 있다. 이러한 전압과 주파수는 채워지는 기체의 압력과 관계되므로 실험적으로 조건을 맞출 수 있다.

이러한 주파수는 1 Hz 내지 13.56 Mhz인 영역의 RF 플라즈마 주파수 대역을 가질 수 있다. 그러나 전압은 기체의 플라즈마 발생 조건이 다양하므로, 기판(10)의 온도가 1,000℃를 유지할 수 있는 상태라면 어느 값이든 가질 수 있다.

한편, 히팅 챔버(103) 내에는 온도 센서(310)가 구비될 수 있어, 이 온도 센서(310)에서 감지되는 온도 값에 따라, 전원부(300)에서 필요한 전원을 공급할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 전원부(300)에는 온도 센서(310)에서 감지되는 값에 따라, 전원부(300)를 제어할 수 있는 제어부(320)가 연결될 수 있다.

따라서, 제어부(320)에서 온도를 설정하게 되면, 온도 센서(310)의 감지 값에 따라 전원부(300)를 제어하여, 기판(10)이 히팅 챔버(103) 내에서 최단시간에 설정 온도에 다다를 수 있도록 할 수 있다.

또한, 온도가 미세하게 변화하는 경우에도 전원 공급 값을 미세 조절하여 그래핀 성장 시간 동안 온도가 일정하게 제어할 수 있는 것이다.

이와 같은 그래핀의 형성을 위한 반응 가스는 유입부(110)로부터 유입되어, 이 히팅 챔버(103)를 통과하면서 기판(10) 상에서 반응하여 그래핀이 형성될 수 있으며, 반응하지 않은 잔여 가스 또는 분위기 가스는 히팅 챔버(103)를 지나서 배기부(120)를 통하여 배출될 수 있다.

챔버(100)에 구비된 가스 배기구(120)에는 진공펌프(도시되지 않음)가 연결되어, 그래핀의 성장시 필요한 반응 가스 또는 수소 가스와 분위기 가스가 챔버(100) 내에 채워지거나 배출되도록 할 수 있다.

이와 같이, 플라즈마에 의한 기판(10) 가열 방식은 균일한 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있으므로, 기판(10)의 전체 형성 영역에서 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있다.

그리고, 그래핀이 형성된 후에는 기판(10)을 이송시켜 새로운 영역에서 그래핀을 형성할 수 있으므로, 기판(10) 전체에 연속적으로 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있게 된다.

한편, 이와 같은 그래핀의 제조 장치를 이용하면, 기판(10)의 폭과 관계없이 일정한 온도 제어가 가능하므로, 대면적의 그래핀을 효율적으로 형성할 수 있고, 이러한 대면적의 그래핀은 대면적을 가지는 디스플레이 장치 등에 효율적으로 이용될 수 있다.

이와 같은 그래핀 제작 장치는 기판(10)의 공급 및 수납, 그리고 가열을 위한 장치들이 모두 챔버(100) 내에 위치하므로, 챔버(100)는 쿼츠(quartz)와 같은 물질 뿐 아니라, 금속이나 세라믹 등으로 제작이 가능하다.

따라서, 챔버(100)의 크기에도 제약이 없으며, 대면적을 가지는 그래핀의 성장이 용이할 뿐 아니라, 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

이와 같은 그래핀의 제조 장치를 이용하여 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 이용하여 기판(10) 상에 그래핀을 형성할 수 있다.

먼저, 공급부(400)에 포일 형태의 촉매 금속 기판(10)을 공급하여, 이송 롤러(410, 510)를 거쳐 수납부(500)에 기판(10)의 일부가 감기도록 하여, 기판(10)에 일정한 장력이 유지될 수 있도록 한다.

이때, 기판(10)을 이루는 촉매 금속은 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr 등의 금속이 이용될 수 있다. 또한, 촉매 금속의 기판(10)은 대략 10 ㎛ 내지 10 mm 두께의 포일 형태로 이용할 수 있다.

이와 같이, 기판(10)은 이송 롤러(410, 510)와 긴밀하게 접촉하도록 하여 기판(10)의 장력을 유지시킨다.

이후, 진공펌프를 작동하여 챔버(100) 내의 불순물을 제거할 수 있다.

그런 후에, 유입부(110)를 통하여 분위기 가스를 유입시키고, 전원부(300)를 통하여 전극(210)에 전원을 공급한다. 이때, 분위기 가스는 불활성 기체를 이용할 수 있고, 기판(10)의 열처리 및 환원 과정과 같은 전처리 과정을 위하여 수소 가스를 함께 이용할 수 있다.

이와 같이, 수소 가스를 공급한 상태에서 전원부(300)에서 전원을 공급함으로써 가열 영역(a)에서 플라즈마를 발생시켜 기판(10)의 온도를 상승시킨다. 이때, 온도의 제어는 온도 센서(310)와 제어부(320)를 통하여 자동으로 이루어질 수 있다.

이러한 플라즈마에 의하여 수소 플라즈마에 의하여 기판(10)의 전처리 과정이 이루어질 수 있다. 즉, 기판(10) 표면에 위치하는 산화막이 환원되는 환원 과정과 열처리 과정이 동시에 수행될 수 있다.

이후, 수소 가스를 배출시키고 그래핀 성장을 위한 반응 가스를 공급하여 안정화시키고, 전원부(300)에서 전원을 공급함으로써 가열 영역(a)에서 반응 가스에 의한 플라즈마를 발생시켜 기판(10)의 온도를 상승시킨다.

이러한 과정에서 온도 센서(310)에서 감지된 온도가 설정된 온도에 다다르고 안정되면 기판(10) 상에 그래핀의 성장이 시작된다. 이러한 그래핀의 형성은 대략 300 내지 1500 ℃의 온도 조건에서 이루어질 수 있다.

이와 같은 전처리 과정 및 그래핀의 성장 과정은 기판(10)의 연속적인 이송 과정을 통하여 이루어질 수 있고, 경우에 따라서는 전처리 과정 후에 기판(10)의 위치를 원위치시킬 수도 있다.

이때, 기판(100이 가열 영역(a)을 통과하는 시간 및 속도는 공급부(400) 및 수납부(500)를 이루는 롤러의 회전 속도를 조절함으로써 조절될 수 있으며, 이는 기판(10)이 가열 영역(a)에서 30분 이상 위치할 수 있는 속도로 진행될 수 있다.

또한, 경우에 따라 위와 같은 과정으로 기판(10) 상에 그래핀이 형성된 다음에는, 공급부(400), 수납부(500), 및 이송 롤러(410, 510)를 조절하여 기판(10)을 가열 영역(201)의 폭만큼 또는 그보다 큰 폭으로 이송시킨 후에, 다시 반응 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시킴으로써 기판(10) 상에 연속적으로 그래핀을 형성시킬 수 있다.

이러한 과정에 의하여, 기판(10) 상에 그래핀을 형성시킨 후에는 전원을 차단하여 가열부(200)의 온도를 하강시킨다.

이후에는 진공펌프를 작동하여 배기부(120)를 통하여 잔여 반응 가스를 제거할 수 있다.

그런 후에는, 챔버(100)를 열어서 수납부(500)에 수납된 그래핀이 형성된 기판(10)을 회수하여 이용할 수 있는 것이다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100: 챔버 110: 유입부
120: 배기부 200: 가열부
210: 전극 300: 전원부
310: 온도 센서 320: 제어부
400: 공급부 500: 수납부
410, 510: 이송 롤러

Claims

유입부 및 배기부를 포함하는 챔버;
상기 챔버 내에 위치하는 기판 상에 위치하는 전극을 포함하고, 상기 기판에는 제 1전극이 연결되고 상기 전극에는 제 2전극이 연결되어, 상기 기판과 전극 사이의 가열 영역에 탄소를 포함하는 반응 가스에 의한 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부; 및
상기 제 1전극 및 제 2전극을 통하여 상기 가열부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 1항에 있어서, 상기 챔버 내에는,
상기 기판을 롤 상태로 공급할 수 있는 공급부; 및
상기 기판을 롤 상태로 수납할 수 있는 수납부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 1항에 있어서, 상기 가열부의 일측에는 상기 기판을 이송시키기 위한 이송 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 1항에 있어서, 상기 플라즈마는 그래핀 성장을 위한 탄소와 수소의 화합물(CxHx) 기체에 의하여 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 1항에 있어서,
상기 챔버 내에 위치하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서의 감지 값에 따라 상기 전원부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
기판을 롤 상태로 공급할 수 있는 공급부;
상기 기판을 롤 상태로 수납할 수 있는 수납부;
상기 공급부와 수납부 사이에 위치하고, 상기 기판 상에 위치하는 평면 전극을 포함하고, 상기 기판에는 제1 전극이 연결되고 상기 평면 전극에는 제2 전극이 연결되어, 상기 기판과 평면 전극 사이의 가열 영역에 탄소를 포함하는 반응 가스 또는 분위기 가스에 의한 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부;
상기 제 1전극 및 제 2전극을 통하여 상기 가열부에 전원을 공급하는 전원부; 및
가스 유입부 및 상기 공급부가 위치하는 공급 챔버, 가스 배기부 및 상기 수납부가 위치하는 수납 챔버, 및 상기 공급 챔버와 수납 챔버를 연결하며, 상기 가열부가 위치하는 히팅 챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 6항에 있어서, 상기 가열부의 일측에는 상기 기판을 이송시키기 위한 이송 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 6항에 있어서, 상기 기판에는 상기 공급부 및 수납부 중 어느 하나를 통하여 제1 전극이 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 6항에 있어서, 상기 히팅 챔버의 크기는 상기 공급 챔버 및 수납 챔버의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 9항에 있어서, 상기 공급부 및 수납부 중 적어도 어느 하나는 전도성을 가지며, 상기 제 2전극은, 상기 전도성인 공급부 또는 수납부를 통하여 기판에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 6항에 있어서, 상기 챔버 내에 위치하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 11항에 있어서, 상기 온도 센서의 감지 값에 따라 상기 전원부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.
제 6항에 있어서, 상기 플라즈마는 그래핀 성장을 위한 탄소와 수소의 화합물(CxHx) 기체에 의하여 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 그래핀의 제조 장치.