KR101723521B1 - Apparatus for growing a graphene - Google Patents
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Abstract
실시예는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고, 서셉터가 배치되며 밀폐 공간을 이루는 돔(dome); 상기 돔 내부에 배치되고, 상기 서셉터 방향으로 원료 기체를 공급하는 원료 공급부; 상기 돔을 가열하는 히터; 및 상기 챔버의 내부에 에어(air)를 공급하는 에어 공급부를 포함하고, 상기 챔버의 하부 영역에 에어 입구가 형성되고, 상기 챔버의 상부 영역에 에어 출구가 형성되는 그래핀 성장 장치를 제공한다.An embodiment includes a chamber; A dome disposed within the chamber and having a susceptor disposed therein and forming a closed space; A raw material supply unit disposed inside the dome and supplying the raw material gas toward the susceptor; A heater for heating the dome; And an air supply unit for supplying air into the chamber, wherein an air inlet is formed in a lower region of the chamber, and an air outlet is formed in an upper region of the chamber.
Description
실시예는 그래핀 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 그래핀을 성장시키는 장치에 관한 것이다.An embodiment relates to a graphen growth apparatus, and more particularly, to an apparatus for growing graphene by a CVD (chemical vapor deposition) method.
탄소 원자들로 구성된 저차원 나노 물질로는 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(carbon Nanotube), 그래핀(graphene), 흑연(graphite) 등이 존재한다. 즉, 탄소 원자들이 6 각형 모양의 배열을 이루면서 공 모양이 되면 0 차원 구조인 풀러렌, 1 차원적으로 말리면 탄소나노튜브, 2 차원상에서 원자 한 층으로 이루어지면 그래핀, 3 차원으로 쌓이면 흑연으로 구분을 할 수 있다.Low-dimensional nanomaterials composed of carbon atoms include fullerene, carbon nanotube, graphene, and graphite. That is, when the carbon atoms form a hexagonal shape and become a ball, fullerene, which is a 0-dimensional structure, carbon nanotubes when dried in a 1-dimensional manner, graphene when made up of one atom in two-dimensional form, can do.
그래핀은 전기적/기계적/화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐만 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 100 배 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 약 100배 가량 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있는데, 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 실험을 통하여 증명되었으며 현재까지 많은 연구가 진행되고 있다.Graphene is not only very stable and excellent in electrical / mechanical / chemical properties, it is also a good conductive material that can move
그래핀은 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 1 차원 또는 2 차원 나노패턴을 가공하기가 매우 용이하다는 장점이 있으며, 이를 활용하면 반도체-도체 성질을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 탄소가 가지는 화학결합의 다양성을 이용해 센서, 메모리 등 광범위한 기능성 소자의 제작도 가능하다.Graphene has the advantage that it is very easy to fabricate 1D or 2D nanopatterns because it is composed of carbon, which is a relatively light element, and it can control the semiconductor-conductor properties as well as the variety of chemical bonds of carbon. It is possible to manufacture a wide variety of functional devices such as sensors and memories.
그래핀의 뛰어난 전기적/기계적/화학적 성질에도 불구하고 그 동안 대량 합성법이 개발되지 못했기 때문에 실제 적용 가능한 기술에 대한 연구는 매우 제한적이었다.Despite the excellent electrical / mechanical / chemical properties of graphene, mass-synthesis methods have not been developed in the past, so research on practical applications has been limited.
종래의 대량 합성법은 주로 흑연을 기계적으로 분쇄하여 용액 상에 분산시킨 후 자기조립 현상을 이용해 박막으로 만드는 것이었다. 비교적 저렴한 비용으로 합성이 가능하다는 장점이 있지만 수많은 그래핀 조각들이 서로 겹치면서 연결된 구조로 인해 전기적, 기계적 성질은 기대에 미치지 못했다.In the conventional mass synthesis method, graphite was mechanically pulverized and dispersed in a solution, followed by self-assembly to form a thin film. The advantage of being able to synthesize at a relatively low cost, however, is that the electrical and mechanical properties of the graphene pieces are not as expected due to the overlapping structure of the graphene pieces.
그래핀은 디스플레이 분야 특히, 대표적인 투명전극인 인듐주석산화물(Indium TinOxide; ITO)의 대체물로 사용될 수 있다.Graphene can be used as a substitute for indium tin oxide (ITO), a typical transparent electrode, especially in the display field.
ITO는 디스플레이, 터치스크린, 태양전지 등에 광범위하게 응용되고 있지만 최근 인듐의 고갈로 인해 단가가 상승하면서 대체물질의 시급한 개발이 요구되어 왔다. 또한 깨어지기 쉬운 ITO의 특성으로 인해 접거나 휘거나 늘릴 수 있는 차세대 전자제품에의 응용이 큰 제약을 받아왔다.ITO is widely applied to displays, touch screens, solar cells, etc. Recently, due to the depletion of indium, the unit price has risen and urgent development of alternative materials has been required. In addition, due to the property of ITO which is easy to break, application to next generation electronic products that can be folded, bent or stretched has been greatly restricted.
그래핀은 뛰어난 신축성, 유연성 및 투명도를 동시에 가지면서도 상대적으로 간단한 방법으로 합성 및 패터닝이 가능하다는 장점을 가진다.Graphene has the advantage of being able to synthesize and pattern in a relatively simple manner while having excellent stretchability, flexibility and transparency.
도 1은 종래의 그래핀 성장 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional graphene growth apparatus.
도 1에 도시된 그래핀 성장 장치는, CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 그래핀을 성장하는 장치이다.The graphene growth apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus for growing graphene by a CVD (chemical vapor deposition) method.
그래핀 성장 장치(100)는 챔버(110) 내에 밀폐 공간을 이루는 돔(dome, 120)이 형성되고, 돔(120)의 내부에 그래핀의 성장을 위한 서셉터(130)가 배치될 수 있다. 돔(130)의 하부에는 히터(140)가 배치되어 챔버(110) 내부를 가열할 수 있고, 챔버(110)의 외부에는 에어 공급부(150)가 배치되어 챔버(110) 내부로 에어를 공급하고 챔버(110) 내부의 온도를 조절할 수 있다.The
그러나, 종래의 그래핀 성장 장치(100)는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional
그래핀의 성장 중에 챔버(110) 내부는 800℃ 이상으로 승온되는데, 에어 공급부(150)에서 챔버(110)의 하부 영역에만 에어를 공급할 수 있으므로 돔(120)의 하부 영역의 냉각이 어렵다.During the growth of the graphene, the inside of the
이러한 문제점을 해결하기 위하여 별도의 냉각 모듈을 사용하려는 시도가 있으나, 별도의 냉각 모듈을 사용한 급속 냉각의 경우 성장되는 그래핀의 두께가 불균일해지거나 크랙(crack)이 발생할 수 있다.To solve this problem, there is an attempt to use a separate cooling module, but in the case of rapid cooling using a separate cooling module, the thickness of the grown graphene may become uneven or crack may occur.
실시예는 그래핀 성장 장치에서 챔버 내부의 영역을 고루 냉각하고, 성장되는 그래핀의 품질이 우수한 그래핀 성장 장치를 제공하고자 한다.The embodiment is intended to provide a graphen growth apparatus that uniformly cools a region inside a chamber in a graphene growth apparatus and is excellent in the quality of the grown graphene.
실시예는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고, 서셉터가 배치되며 밀폐 공간을 이루는 돔(dome); 상기 돔 내부에 배치되고, 상기 서셉터 방향으로 원료 기체를 공급하는 원료 공급부; 상기 돔을 가열하는 히터; 및 상기 챔버의 내부에 에어(air)를 공급하는 에어 공급부를 포함하고, 상기 챔버의 하부 영역에 에어 입구가 형성되고, 상기 챔버의 상부 영역에 에어 출구가 형성되는 그래핀 성장 장치를 제공한다.An embodiment includes a chamber; A dome disposed within the chamber and having a susceptor disposed therein and forming a closed space; A raw material supply unit disposed inside the dome and supplying the raw material gas toward the susceptor; A heater for heating the dome; And an air supply unit for supplying air into the chamber, wherein an air inlet is formed in a lower region of the chamber, and an air outlet is formed in an upper region of the chamber.
에어 입구와 상기 에어 출구는 상기 돔을 사이에 두고 서로 마주보며 배치될 수 있다.The air inlet and the air outlet may be disposed facing each other with the dome therebetween.
그래핀 성장 장치는 에어 공급부와 연결되고 상기 챔버 내부에 에어를 공급하는 에어 분사구를 더 포함하고, 상기 에어 분사구는 상기 에어의 분사 각도를 달리하는 제1 에어 분사구와 제2 에어 분사구를 포함할 수 있다.The graphene growth apparatus may further include an air ejection port connected to the air supply unit and supplying air into the chamber, and the air ejection port may include a first air ejection opening and a second air ejection opening having different air ejection angles have.
그래핀 성장 장치는 제1 에어 분사구와 제2 에어 분사구에 각각 배치된 밸브들을 더 포함할 수 있다.The graphene growth apparatus may further include valves disposed respectively in the first air ejection port and the second air ejection port.
그래핀 성장 장치는 에어 공급부에서 상기 챔버로 공급되는 에어의 공급량을 조절하는 전력 제어부를 더 포함할 수 있다.The graphene growth apparatus may further include a power control unit for adjusting a supply amount of air supplied from the air supply unit to the chamber.
그래핀 성장 장치는 에어 공급부에서 상기 챔버로 공급되는 에어를 냉각하는 냉각수를 더 포함할 수 있다.The graphene growth apparatus may further include cooling water for cooling air supplied from the air supply unit to the chamber.
그래핀 성장 장치는 돔의 내부에 배치되는 냉각관을 더 포함할 수 있다.The graphene growth apparatus may further include a cooling pipe disposed inside the dome.
그래핀 성장 장치는 돔의 외부 표면에 배치되는 냉각관을 더 포함할 수 있다.The graphene growth apparatus may further include a cooling tube disposed on an outer surface of the dome.
냉각관의 내부에는 에어(air) 또는 냉각수가 흐를 수 있다.Air or cooling water can flow into the inside of the cooling pipe.
돔은 석영(quartz)으로 이루어질 수 있다.The dome can be made of quartz.
냉각관은 서스테인(sustain) 계열, 세라믹(ceramic) 계열 또는 그라파이트(graphite) 계열의 재료로 이루어질 수 있다.The cooling pipe may be made of a material of a sustain type, a ceramic type or a graphite type.
실시예에 따른 그래핀 성장 장치는, CVD 공정으로 그래핀을 성장시킬 때 챔버와 돔을 냉각시키는 공정에서 에어가 챔버 하부 좌측의 입구를 통하여 공급되고 상부 우측의 출구를 통하여 배출되어 챔버 내부의 전 영역에서 냉각이 이루어질 수 있다.In the graphene growth apparatus according to the embodiment, when the graphene is grown by the CVD process, air is supplied through the inlet at the lower left side of the chamber in the process of cooling the chamber and the dome and is discharged through the outlet at the upper right side, Cooling can be achieved in the region.
따라서, 별도의 냉각 모듈을 사용하지 않고도 챔버의 내부의 냉각 속도(cooling speed)를 5℃/초 이상으로 유지할 수 있어서 서셉터 상에서 성장되는 그래핀의 두께가 균일하고 크랙의 발생이 방지될 수 있다.Therefore, the cooling speed of the inside of the chamber can be maintained at 5 DEG C / sec or more without using a separate cooling module, so that the thickness of the graphene grown on the susceptor can be uniform and the occurrence of cracks can be prevented .
도 1은 종래의 그래핀 성장 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 그래핀 성장 장치의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 그래핀 성장 장치에 공급되는 에어의 부피와 온도의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 4는 그래핀 성장 장치의 제2 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이고,
도 5는 그래핀 성장 장치의 제3 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이고,
도 6은 그래핀 성장 장치의 제4 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이고,
도 7은 그래핀 성장 장치의 제5 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이고,
도 8은 그래핀 성장 장치의 제6 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing a conventional graphene growth apparatus,
2 is a view showing a first embodiment of a graphene growth apparatus,
FIG. 3 is a graph showing changes in volume and temperature of air supplied to the graphene growth apparatus,
4 is a view showing an air supply unit of the second embodiment of the graphene growth apparatus,
5 is a view showing an air supply unit of the third embodiment of the graphene growth apparatus,
6 is a view showing the air supply unit of the fourth embodiment of the graphene growth apparatus,
7 is a view showing an air supply unit of the fifth embodiment of the graphene growth apparatus,
8 is a view showing the air supply unit of the sixth embodiment of the graphene growth apparatus.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same components as those in the prior art are denoted by the same names and the same reference numerals for convenience of description, and a detailed description thereof will be omitted.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same components as those in the prior art are denoted by the same names and the same reference numerals for convenience of description, and a detailed description thereof will be omitted.
실시예에 따른 그래핀 성장 장치는 CVD(화학 기상 증착) 방법으로 그래핀을 성장시킬 수 있고, 특히 챔버의 하부에서 에어를 공급하고 하부에서 에어를 배기하여 돔으로부터 열을 원활하게 배출하여, 챔버와 돔의 냉각 속도를 빠르게 할 수 있다.The graphene growth apparatus according to the embodiment can grow graphene by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In particular, air is supplied from the lower portion of the chamber and air is exhausted from the lower portion to smoothly discharge heat from the dome, And the cooling speed of the dome can be increased.
도 2는 그래핀 성장 장치의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a first embodiment of a graphene growth apparatus.
실시예에 따른 그래핀 성장 장치(200)는 CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 그래핀을 성장하는 장치이다.The
그래핀 성장 장치(200)는 챔버(210) 내에 밀폐 공간을 이루고 석영(quartz)로 이루어지는 돔(dome)이 형성되고, 돔의 내부에 서셉터(230)가 배치되고, 서셉터(230) 상에 박막(thin film) 형상의 그래핀(g)이 성장될 수 있다.The
상세히 설명하면 다음과 같다.The details will be described below.
돔은 상부 돔(220a)과 하부 돔(220b)을 포함하는데, 챔버(210)의 내부에는 하부 히터(240a, 240b)가 구비된다.The dome includes an
챔버(210)는 상,하부가 개방된 원통 형상, 즉 원형의 띠 형태로 제작된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다각형의 통 형상으로 제작될 수도 있고, 챔버 몸체(215)는 챔버(210) 내의 반응 공간의 측벽면 역할을 한다.The
상부 돔(220a)은 챔버 몸체(215)의 상부 커버가 될 수 있고, 상부 돔(220a)은 돔의 하부 영역, 즉 돔의 가장자리 영역이 챔버 몸체(215)의 상부면에 부착되어 반응 공간의 상부 영역을 밀폐시킨다. 이때, 상부돔(220a)은 탈착 가능하게 챔버 몸체(215)에 부착될 수 있다.The
하부 돔(220b)은 챔버 몸체(215)의 하부 커버가 될 수 있다. 하부 돔(220b)은 챔버 몸체(215)의 하부면에 부착되어 반응 공간의 하부 영역을 밀폐시킨다.The
서셉터(230)의 하부에는 서섭터(230)에 접속되어 반응 공간 외측으로 연장된 구동축(235)과, 구동축(235)을 승강 및 회전시키는 구동 장치(238)이 배치될 수 있다.A
서셉터(230)는 판(plate) 형상으로 제작되며, 열 전도성이 우수한 물질로 제작된다. 또한, 서셉터(230)에는 적어도 하나의 기판 안치 영역이 마련된다.The
서셉터(230)의 상에는 원료 공급부가 배치되는데, 원료 공급부는 헤드와 노즐을 포함하여 이루어지고, 노즐을 통하여 서셉터 상부의 측면에서 원료 기체 등이 공급될 수 있다.On the
챔버(210)의 외부에는 에어 공급부(air blower, 250)가 배치되어 챔버(210) 내부로 에어를 공급하고 챔버(210) 내부의 온도를 조절할 수 있다.An
하부 히터(240a, 240b)는 각각 상부 돔(220a)과 하부 돔(220b)의 외부에 마련되어 반응 공간에 복사열사열을 공급할 수 있다.The
하나의 하부 히터(240a)는 다른 하부 히터(240b)보다 아래에 배치될 수 있다. 하부 히터(240a)는 도시된 바와 같이 수평으로 마련된 지지부(241)와, 지지부(241)의 외측으로부터 상측으로 연장되며 복수의 홀이 마련된 측면부(242)와, 측면부(242)에 삽입된 복수의 램프 (243)와, 지지부(241)의 하측에 마련되어 램프(243)의 각도를 조절하는 조절부(244)를 포함할 수 있되, 이에 한정하지는 않는다.상부 돔(220a)과 하부 돔(220b) 내부의 반응 공간은 상부 영역(a)과 하부 영역(b)으로 나뉠 수 있다.One
상술한 반응 공간으로 반응 기체를 공급하기 위한 원료 공급부는 헤드를 통하여 주입된 반응 기체를 샤워 헤드 등의 형태의 분사구를 통하여 서셉터 방향으로 공급한다.The raw material supply unit for supplying the reaction gas to the reaction space supplies the reaction gas injected through the head to the susceptor through an injection port in the form of a showerhead or the like.
분사구는 서셉터 방향으로 복수 개가 구비되어, 헤드를 통하여 공급된 반응 기체는 분사구를 통하여 서셉터(230) 전 표면에 균일하게 분사될 수 있다.A plurality of jetting ports are provided in the direction of the susceptor so that the reactive gas supplied through the head can be uniformly sprayed onto the entire surface of the
에어 공급부(250)는 챔버(210)의 하부에 대응하는 위치에 배치되고, 에어 공급부(250)로부터 에어가 공급되는 영역의 챔버(201)에 입구가 형성될 수 있다. 그리고, 챔버(210)의 상부에는 출구가 형성되어, 에어 공급부(250)로부터 입구를 통하여 주입된 에어(air)를 배출할 수 있다.The
챔버(210)의 하부에 형성된 입구와는 반대로 출구는 챔버(210)의 상부에 형성될 수 있고, 또한 입구와 출구는 수직 방향 뿐만 아니라 수평 방향으로도 반대 방향에 형성될 수 있다.In contrast to the inlet formed at the bottom of the
도 2에서 입구가 챔버(210)의 우측에 형성되고 입구는 챔버(210)의 좌측에 형성될 수 있다. 상술한 입구와 출구는 각각 '에어 입구'와 '에어 출구'라고 할 수 있으며, 수평 방향에서는 상술한 돔(220)을 사이에 두고 배치될 수 있다.In FIG. 2, an inlet may be formed on the right side of the
실시예에 따른 그래핀 성장 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.The operation of the graphene growth apparatus according to the embodiment will be described as follows.
하부 히터(240a, 240b)를 가열하여 챔버(210) 내부를 800℃ 이상으로 승온하는데, 공정 가스로 수소(H2)나 아르곤(Ar) 또는 이들의 혼합 기체가 챔버(210) 내부로 주입될 수 있다. 그리고, 수소 기체를 이용하여 어닐링(annealing) 공정을 진행할 수 있는데, 어닐링 공정을 통하여 챔버(210) 내부의 온도를 서서히 낮추어서 재료의 경도와 강도를 낮출 수 있다.The inside of the
그리고, 공정 초기에서 챔버(210) 내부의 온도를 낮출 때는 반응 영역의 하부 만을 냉각시킬 수 있고, 도 7 및 도 8에 도시된 냉각관(225b, 228b)의 내부에 에어나 냉각수가 흐를 수 있는데, 만약 반응 영역의 상부가 냉각되면 서셉터의 온도가 하강하여 히터의 효율이 감소될 수 있다.When the temperature inside the
그리고, 메탄(CH4) 들을 챔버(210) 내부로 공급하여 금속 촉매(metal catalyst)를 탄소 성분에 확산(diffusion)시킬 수 있는데, 이때 금속 촉매로는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등이 사용될 수 있다.Methane CH4 may be supplied into the
그리고, 챔버(210) 내의 온도를 내리며 금속 등에 침투된 탄소(carbon)을 outdiffusion 등의 방법으로 제거할 수 있다.The carbon contained in the metal can be removed by a method such as outdiffusion while lowering the temperature in the
이때, 800℃ 이상의 온도로 승온된 챔버(210) 내부의 열을 빼기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 에어 공급기(250)로부터 에어(air)를 챔버(210) 내부로 공급할 수 있는데 이러한 냉각 공정이 제조되는 그래핀의 품질에 가장 큰 영향을 미칠 수 있는데, 상술한 그래핀 성장 장치에서는 챔버(210)의 내부의 냉각 속도(cooling speed)를 5℃/초(second) 이상으로 유지할 수 있으며, 10℃/초(second) 이하로 유지할 수 있다.At this time, air can be supplied from the
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 하부 좌측의 입구를 통하여 공급된 에어가 상부 우측의 출구를 통하여 배출되므로, 챔버(210) 내부의 전 영역에서 냉각이 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 2, since the air supplied through the inlet on the lower left side is discharged through the outlet on the upper right side, cooling can be performed in the entire region inside the
즉, 도 7과 도 8에 도시된 냉각관(225a, 225b, 228a, 228b)의 내부에 에어나 냉각수가 흐를 수 있는데, 만약 반응 영역의 상부와 하부가 고루 냉각될 수 있고, 냉각 속도(cooling speed)가 5℃/초(second) 내지 10℃/초(second) 이하로 유지되어 금속 촉매(Metal Catalyst)의 기공 수축으로 탄소(Carbon)가 Out-diffusion 되면서 그래핀이 성장될 수 있다.That is, air or cooling water can flow into the cooling
냉각 속도가 너무 드리면 탄소가 충분히 빠져나오지 못하고 기공이 막히게 되어 그래핀이 많이 형성되지 않거나 불균일해지게 되고, 냉각 속도가 너무 빠르면 성장된 그래핀에 크랙이 생기거나 표면의 빠른 수축으로 탄소가 충분히 빠져 나오지 못할 수 있다.도 3은 그래핀 성장 장치에 공급되는 에어의 부피와 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.If the cooling rate is too high, the carbon can not sufficiently escape, the pores become clogged, and the graphene is not formed or becomes uneven. If the cooling rate is too high, cracks are formed in the grown graphene or the surface is rapidly shrunk, FIG. 3 is a graph showing changes in volume and temperature of air supplied to the graphene growth apparatus.
도시된 바와 같이 챔버에 공급되는 에어의 부피(Va)는 시간이 갈수록 증가하나 에어의 온도(Ta)는 시간이 갈수록 감소할 수 있다.The volume of air supplied to the chamber, as shown (V a) is a temperature increase of air over time (T a) may be reduced over time.
도 4는 그래핀 성장 장치의 제2 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이다. 도 2의 그래핀 성장 장치와 동일하되, 에어 공급부와 인접한 영역에서 도시된 형상만이 상이할 수 있다.4 is a view showing an air supply unit of the second embodiment of the graphene growth apparatus. The same shape as the graphene growth apparatus of FIG. 2, but only the shape shown in the region adjacent to the air supply unit may be different.
에어 공급부(250)와 연결되어 에어 분사구가 배치되는데, 에어 분사구는 제1 에어 분사구(255a)와 제2 에어 분사구(255b)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 제1 에어 분사구(255a)와 제2 에어 분사구(255b)는 에어(air)의 분사 각도를 달리할 수 있다.The air injection port is connected to the
그리고, 제1 에어 분사구(255a)와 제2 에어 분사구(255b)는 에어 공급부(250)와 에어 공급관(251)을 통하여 연결되며 에어를 공급받을 수 있고, 제1 에어 분사구(255a)와 제2 에어 분사구(255b)에는 각각 밸브(256a, 256b)들이 배치될 수 있다.The first
도 4에서 예를 들어 챔버(210)의 제1 에어 분사구(255a) 내의 밸브(256a)를 오픈(open)하면, 챔버(210)의 상부 방향으로 에어가 공급되어 챔버(210)의 상부 영역이 더 냉각될 수 있으며, 챔버(210)의 제2 에어 분사구(255b) 내의 밸브(256b)를 오픈(open)하면, 챔버(210)의 하부 방향으로 에어가 공급되어 챔버(210)의 하부 영역이 더 냉각될 수 있다.4, when the
도 5는 그래핀 성장 장치의 제3 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이다.5 is a view showing an air supply unit of a third embodiment of the graphene growth apparatus.
도 2의 그래핀 성장 장치와 동일하되, 에어 공급부(250)에 전력 제어부(power)가 구비되어 에어 공급부(250)에서 챔버(210)로 에어(air)를 공급하는 속도를 조절할 수 있다.2, a power control unit is provided in the
즉, 전력 제어부(power)가 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(210)에 공급되는 에어의 부피(Va)를 조절하여, 챔버(210) 내부의 냉각 속도를 조절할 수 있다.That is, the power controller can control the cooling rate inside the
도 6은 그래핀 성장 장치의 제4 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이고, 도 2의 그래핀 성장 장치와 동일하되, 에어 공급부와 인접하여 냉각수(water)가 배치되고 있다.Fig. 6 is a view showing an air supply unit of a fourth embodiment of the graphene growth apparatus, which is the same as the graphene growth apparatus of Fig. 2, in which water is arranged adjacent to the air supply unit.
즉, 에어 공급부(250)에서 공급되는 에어의 온도를 냉각수(water)를 통하여 조절할 수 있고, 냉각수에 의하여 온도가 낮추어진 에어가 챔버(210) 내부로 공급되어 챔버(210) 내부와 돔 내부의 온도를 냉각시킬 수 있다.That is, the temperature of the air supplied from the
도 7은 그래핀 성장 장치의 제5 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 그래핀 성장 장치는 도 2의 그래핀 성장 장치와 동일하되, 챔버(210) 내부의 상부 돔(220a)에 냉각관(225a)이 배치되어, 냉각관(225a) 내부를 흐르는 냉각수(water)의 작용에 의하여 상부 돔(220a)을 직접 냉각시킬 수 있다.7 is a view showing an air supply unit of a fifth embodiment of the graphene growth apparatus. 2, the
또한, 챔버(210) 내부의 하부 돔(220b)에 냉각관(225b)이 배치되어, 냉각관(225b) 내부를 흐르는 냉각수(water)의 작용에 의하여 하부 돔(220b)을 직접 냉각시킬 수 있다.A cooling pipe 225b is disposed in the
냉각관(225)은 도시되지는 않았으나 챔버(210)의 외부로부터 냉각수를 유입받을 수도 있으며, 냉각수(water)가 석영(quartz) 등으로 이루어진 상부 돔(220a)과 직접 접촉하여 상부 돔(220a) 내부 영역을 신속히 냉각시킬 수 있다.도 8은 그래핀 성장 장치의 제6 실시예의 에어 공급부를 나타낸 도면이다.The cooling pipe 225 may receive cooling water from the outside of the
본 실시예에 따른 그래핀 성장 장치는 도 2의 그래핀 성장 장치와 동일하되, 챔버(210) 내부의 상부 돔(220a)의 둘레에 냉각관(228a)이 배치되어, 냉각관(228a) 내부를 흐르는 냉각수(water)의 작용에 의하여 상부 돔(220a)을 직접 냉각시킬 수 있다.2, the
또한, 챔버(210) 내부의 하부 돔(220b)의 둘레에 냉각관(228b)이 배치되어, 냉각관(228b) 내부를 흐르는 냉각수(water)의 작용에 의하여 하부 돔(220b)을 직접 냉각시킬 수 있다.A cooling pipe 228b is disposed around the
냉각관(225)은 도시되지는 않았으나 챔버(210)의 외부로부터 냉각수를 유입받을 수도 있으며, 냉각수(water)가 석영(quartz) 등으로 이루어진 상부 돔(220a)의 표면에 접촉하여 상부 돔(220a)으로부터 열 방출을 촉진하여 상부 돔(220a) 내부 영역을 신속히 냉각시킬 수 있다.The cooling pipe 225 may receive cooling water from the outside of the
도 7과 도 8에 도시된 실시예에서는 상부 돔(220a)의 내부 또는 표면에 냉각관(225, 228)을 배치하여, 냉각수의 흐름에 의하여 상부 돔(220a)을 직접 냉각시킬 수 있다. 이때, 냉각관(225, 228)은 고온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 서스테인(sustain) 계열이나 세라믹(ceramic) 계열 또는 그라파이트(graphite) 계열로 이루어질 수 있고, 냉각관(225, 228)의 내부에는 냉각수(water) 외에 에어(air)가 흐를 수도 있다.In the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the cooling pipes 225 and 228 may be disposed inside or on the
상술한 그래핀 성장 장치는, CVD 공정으로 그래핀을 성장시킬 때 챔버와 돔의 승온 공정에서는 에어 공급부를 오프(off)하여 작동하고, 챔버와 돔을 냉각시키는 공정에서 에어가 챔버 하부 좌측의 입구를 통하여 공급되고 상부 우측의 출구를 통하여 배출되어 챔버 내부의 전 영역에서 냉각이 이루어질 수 있으므로, 별도의 냉각 모듈을 사용하지 않고도 챔버의 내부의 냉각 속도(cooling speed)를 5℃/초 이상, 특히 10℃/초 정도로 유지할 수 있어서 서셉터 상에서 성장되는 그래핀의 두께가 균일하고 크랙의 발생이 방지될 수 있다.The graphene growth apparatus described above is operated by growing the graphene by a CVD process and by operating the air supply unit off in the temperature raising process of the chamber and the dome, The cooling speed of the inside of the chamber can be increased to 5 DEG C / sec or more without using a separate cooling module, and particularly, / RTI > / sec, so that the thickness of the graphene grown on the susceptor is uniform and the occurrence of cracks can be prevented.
또한, 에어 공급부에서 공급되는 에어를 분사 각도를 달리하는 제1 에어 분사구와 제2 에어 분사구를 통하여 챔버의 다른 영역으로 공급할 수 있고, 전력 제어부와 냉각수의 작용으로 챔버에 공급되는 냉각수나 에어의 양이나 온도를 조절할 수 있다.The air supplied from the air supply unit can be supplied to other areas of the chamber through the first air jet opening and the second air jet opening with different jetting angles and the amount of cooling water or air supplied to the chamber by the action of the power control unit and the cooling water And temperature can be adjusted.
상술한 그래핀 성장 장치에서 성장된 그래핀은 두께가 균일하게 크랙이 발생하지 않으므로 품질이 우수하며, OLED(Organic light emitting device) 등의 디스플레이 분야의 재료 특히, 투명전극인 인듐주석산화물(Indium TinOxide; ITO)의 대체물로 사용될 수 있다.The graphenes grown in the above-described graphene growth apparatus are excellent in quality because they do not crack uniformly in thickness, and can be used for display materials such as organic light emitting devices (OLEDs), in particular, indium tin oxide ; ITO). ≪ / RTI >
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
100, 200: 그래핀 성장 장치 110, 210: 챔버
120: 돔 130, 230: 서셉터
140: 히터 150, 250: 에어 공급부
215: 챔버 몸체 220a: 상부 돔
220b: 하부 돔
225a, 225b, 228a, 228b: 냉각관
235: 구동축 238: 구동 장치
240a, 240b: 하부 히터 241: 지지부
242: 측면부 243: 램프
244: 조절부
251: 에어 공급관 255a: 제1 에어 분사구
255b: 제2 에어 분사구 256a, 256b: 밸브100, 200:
120:
140: Heater 150, 250: Air supply
215:
220b: Lower dome
225a, 225b, 228a, 228b:
235: drive shaft 238: drive device
240a, 240b: lower heater 241:
242: side portion 243: lamp
244:
251:
255b: second
Claims (11)
상기 챔버 내부에 배치되고, 서셉터가 배치되며 밀폐 공간을 이루는 돔(dome);
상기 돔 내부에 배치되고, 상기 서셉터 방향으로 원료 기체를 공급하는 원료 공급부;
상기 돔을 가열하는 히터; 및
상기 챔버의 내부에 에어(air)를 공급하는 에어 공급부를 포함하고,
상기 챔버의 하부 영역에 에어 입구가 형성되고, 상기 챔버의 상부 영역에 상기 돔을 사이에 두고 상기 에어 입구와 대향되도록 배치되는 에어 출구가 형성되는 그래핀 성장 장치.chamber;
A dome disposed within the chamber and having a susceptor disposed therein and forming a closed space;
A raw material supply unit disposed inside the dome and supplying the raw material gas toward the susceptor;
A heater for heating the dome; And
And an air supply unit for supplying air into the chamber,
Wherein an air inlet is formed in a lower region of the chamber and an air outlet is disposed in an upper region of the chamber so as to face the air inlet with the dome therebetween.
상기 에어 공급부와 연결되고 상기 챔버 내부에 에어를 공급하는 에어 분사구를 더 포함하고, 상기 에어 분사구는 상기 에어의 분사 각도를 달리하는 제1 에어 분사구와 제2 에어 분사구를 포함하는 그래핀 성장 장치.The method according to claim 1,
Further comprising an air injection port connected to the air supply unit and supplying air into the chamber, wherein the air injection hole includes a first air injection port and a second air injection port with different air injection angles.
상기 제1 에어 분사구와 제2 에어 분사구에 각각 배치된 밸브들을 더 포함하는 그래핀 성장 장치.The method of claim 3,
Further comprising valves disposed in the first air ejection port and the second air ejection port, respectively.
상기 에어 공급부에서 상기 챔버로 공급되는 에어의 공급량을 조절하는 전력 제어부를 더 포함하는 그래핀 성장 장치.The method according to claim 1,
And a power control unit for adjusting a supply amount of air supplied from the air supply unit to the chamber.
상기 에어 공급부에서 상기 챔버로 공급되는 에어를 냉각하는 냉각수를 더 포함하는 그래핀 성장 장치.The method according to claim 1,
And cooling water for cooling air supplied from the air supply unit to the chamber.
상기 돔의 내부에 배치되는 냉각관을 더 포함하는 그래핀 성장 장치.The method according to claim 1,
And a cooling tube disposed inside the dome.
상기 돔의 외부 표면에 배치되는 냉각관을 더 포함하는 그래핀 성장 장치.The method according to claim 1,
And a cooling tube disposed on an outer surface of the dome.
상기 냉각관의 내부에는 에어(air) 또는 냉각수가 흐르는 그래핀 성장 장치.9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein air or cooling water flows through the inside of the cooling tube.
상기 돔은 석영(quartz)으로 이루어지는 그래핀 성장 장치.9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the dome is made of quartz.
상기 냉각관은 서스테인(sustain) 계열, 세라믹(ceramic) 계열 또는 그라파이트(graphite) 계열의 재료로 이루어지는 그래핀 성장 장치.9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the cooling tube is made of a material of a sustain type, a ceramic type or a graphite type.
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