KR101793683B1 - 그래핀 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고품질의 대면적의 그래핀을 다량으로 생산할 수 있는 그래핀 제조 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 촉매금속층을 실은 지지용 벨트를 챔버내로 이송하는 단계와, 챔버내에 기상 탄소 공급원을 투입하고 상기 촉매금속층의 온도를 상승시키는 단계와, 촉매금속층을 냉각시켜 그래핀을 형성하는 단계 및 챔버 내에 있던 촉매금속층을 실은 지지용 벨트를 상기 챔버 외부로 반출하는 단계를 포함하고, 지지용 벨트는, 지지용 벨트의 녹는점(Tmp)에 대한 상기 촉매금속층의 최고 온도(Tmax)의 비(TH=Tmax/Tmp)가 0.6이하의 소재인 그래핀 제조 방법에 의하여 달성 가능하다.

Description

그래핀 제조 방법{Method for manufacturing graphene}
본 발명은 그래핀의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 탄소에 기반을 둔 재료들, 예를 들어 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 다이아몬드(diamond), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene) 등이 다양한 분야의 나노 기술에서 연구되고 있다. 이러한 재료들은 FET(field effect transistor), 바이오 센서(biosensor), 나노 복합물(nanocomposite) 또는 양자 소자(quantum device) 등에 이용되거나 이용될 수 있다.
그래핀은 2차원 물질로서 밴드갭이 0(zero gap)인 반도체 물질이며, 최근 몇년간 그래핀의 전기적 특성에 관하여 다양한 연구들이 발표되고 있다. 이러한 그래핀의 전기적인 특성에는 양극성 수퍼 전류(biopolar supercurrent), 스핀이동(spin transport), 양자 홀 효과(quantum hole effect) 등이 포함된다. 현재 그래핀은 탄소를 기반으로 하는 나노 전자 소자의 집적화를 위한 기본 단위로 이용될 수 있는 물질로 각광을 받고 있다.
그래핀에 대한 관심이 증대됨에 따라 고품질의 그래핀을 대량으로 생산하기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 고품질이면서 대면적의 그래핀을 다량으로 생산할 수 있는 그래핀 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 촉매금속층을 실은 지지용 벨트를 챔버내로 이송하는 단계; 상기 챔버내에 기상 탄소 공급원을 투입하고 상기 촉매금속층의 온도를 상승시키는 단계; 상기 촉매금속층을 냉각시켜 그래핀을 형성하는 단계; 및 상기 챔버 내에 있던 상기 촉매금속층을 실은 지지용 벨트를 상기 챔버 외부로 반출하는 단계;를 포함하고, 상기 지지용 벨트는, 상기 지지용 벨트의 녹는점(Tmp)에 대한 상기 촉매금속층의 최고 온도(Tmax)의 비(TH=Tmax/Tmp)가 0.6이하의 소재인 그래핀 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 각 단계는 릴투릴 방식에 따라 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 지지용 벨트는 지르코늄, 크로뮴, 바나듐, 로듐, 테크네튬, 하프늄, 루테늄, 붕소, 이리듐, 나이오븀, 몰리브데늄, 탄탈럼, 오스뮴, 레늄, 탄소, 실리콘 및 텅스텐의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 지지용 벨트는 촉매금속층을 챔버내로 이송하고 챔버로부터 촉매금속층을 반출한 후 촉매금속층으로부터 분리되고, 촉매금속층과 분리된 지지용 벨트는 다시 새로운 촉매금속층을 챔버 내로 이송하는 순환구조이다.
본 발명에 있어서, 지지용 벨트와 그래핀이 형성된 촉매금속층을 분리하는 단계를 더 포함할 수있다.
본 발명에 있어서, 그래핀을 형성하는 단계 이후에, 그래핀이 형성된 촉매금속층에서 촉매금속층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 촉매금속층을 제거하는 단계는 에칭 공정에 따라 촉매금속층을 제거할 수 있다.
본 발명에 있어서, 그래핀을 형성하는 단계와 촉매금속층을 제거하는 단계 사이에, 그래핀 상에 그래핀 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 챔버내의 압력은 10-3~10-2 torr로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 촉매금속층을 실은 지지용 벨트를 챔버내로 이송하는 단계; 상기 챔버내로 기상 탄소 공급원을 투입하면서 상기 촉매금속층에 대하여 열처리하여 그래핀을 형성하는 단계; 상기 지지용 벨트를 통해 상기 챔버로부터 도출되는 상기 그래핀에 그래핀 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 촉매금속층을 에칭으로 제거하는 단계를 포함하고, 상기 지지용 벨트는, 상기 지지용 벨트의 녹는점(Tmp)에 대한 상기 열처리의 최고온도(Tmax)의 비(TH=Tmax/Tmp)가 0.6이하인 소재를 사용하는 그래핀 제조 방법을 제공한다..
본 발명에 있어서, 각 단계는 릴투릴 방식에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 지지용 벨트는 촉매금속층을 챔버내로 이송하고 챔버로부터 촉매금속층을 반출한 후 촉매금속층으로부터 분리되고, 촉매금속층과 분리된 지지용 벨트는 다시 새로운 촉매금속층을 챔버내로 이송하는 순환구조일 수 있다.
본 발명에 있어서, 지지용 벨트는 지르코늄, 크로뮴, 바나듐, 로듐, 테크네튬, 하프늄, 루테늄, 붕소, 이리듐, 나이오븀, 몰리브데늄, 탄탈럼, 오스뮴, 레늄, 탄소, 실리콘 및 텅스텐 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 챔버내의 압력은 10-3~10-2 torr일 수 있다.
본 발명에 있어서, 촉매금속층은 판넬 형상으로, 복수개의 촉매금속층이 지지용 벨트를 통해 챔버내로 이송될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고품질의 그래핀을 다량으로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1의 그래핀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 상태도이다.
도 3은 일반적인 금속의 온도 변화에 따른 강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 단계 S110에 따라 이송되는 촉매금속층을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 5는 도 1의 단계 S120 ~ S140에 따라, 촉매금속층에 그래핀이 형성된 상태를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 6은 도 1의 단계 S150에 따라 그래핀 보호막이 형성된 상태를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 7은 도 1의 단계 S160에 따라 촉매금속층이 제거된 상태를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 '촉매 금속층'은 1개의 단일층으로서 촉매금속층뿐만 아니라 적어도 2개의 층으로 이루어진 특정 기판에 있어서 1개의 층, 예컨대 최외곽층에 촉매금속층이 형성된 경우까지 포함된다. 즉, 촉매금속층은 1개의 단일 층이거나 복수개의 층 중 최외곽에 형성된 어느 하나의 층을 의미한다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여 촉매금속층이 1개의 단일층인 경우를 가정하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이고, 도 2는 도 1의 각 단계별 공정을 개략적으로 나타낸 상태도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 제조 방법은 릴투릴(reel to reel) 방식에 의하여 각 단계가 진행된다.
단계 S110에서, 촉매금속층(401)을 실은 지지용 벨트(30)가 챔버(100) 내로 인입된다. 즉 지지용 벨트(30)에 의해 촉매금속층(401)이 챔버(100)내로 이송된다. 도 2를 참고하면, 릴(10)을 이용하여 촉매금속층(401)이 공급되고, 공급되는 촉매금속층(401)이 지지용 벨트(30)에 실려 챔버(100)내로 이송된다.
촉매금속층(401)은 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나의 소재를 사용할 수 있다.
챔버(100) 내부는 이후의 공정에 따라 고온으로 유지되므로, 고온의 챔버(100)내에서 촉매금속층(401)은 기계적 강도가 낮아지면서 촉매금속층(401) 자체의 하중에 취약해진다. 즉, 촉매금속층(401) 하나의 층만 챔버(100)내로 인입되는 경우, 촉매금속층(401)의 비탄성 변형으로 인하여 고품질의 그래핀을 형성하기 어려워진다. 촉매금속층(401)의 하부에 배치된 지지용 벨트(30)는 이와 같은 촉매금속층(401)의 강도저하 및 강도저하에 따른 그래핀(402)의 품질저하를 방지해준다. 촉매금속층(401)과 그에 따라 형성되는 그래핀(402)에 관하여는 단계 S120 내지 단계 S140을 통해 해당 부분에서 후술하기로 한다.
도 3은 일반적인 금속에 가해지는 온도(T)에 따른 금속의 강도(S) 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 Tm은 금속의 녹는점을 나타낸다. A 구간은 금속의 강도가 온도에 의하여 거의 영향을 받지 않는 구간이다. B 구간은 금속의 강도가 온도에 의하여 영향을 받기 시작하는 구간으로서, 외력에 의해 금속의 변형률이 눈에 띄게 증가한다. C구간은 금속이 그 자체의 하중에 취약한 구간으로서, 기계적 강도가 급속히 감소하는 구간이다.
그러므로, 챔버(100) 내에서 지지용 벨트(30)가 강도를 유지하면서 촉매금속층(401)을 지지하기 위해서 지지용 벨트(30)의 상응 온도(Homologous Temperature:TH) 즉, 지지용 벨트(30)의 녹는점(Tmp)에 대한 촉매금속층(401)의 최고온도(Tmax)의 비가 0.6이하인 소재를 지지용 벨트(30)로 사용한다. 바꾸어 말하면, 0.6Tmp이 Tmax보다 큰 소재를 지지용 벨트(30)로 사용한다. 이를 수식으로 표현하면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112010048558511-pat00001
본 발명의 일실시예에 따르면, 챔버(100)내의 온도(Tc)와 촉매금속층(401)의 온도는 소정의 시간이 지난 후 평행을 이루게 된다. 따라서, 촉매금속층(401)의 온도를 상승시키기 위해 챔버(100)의 내부 온도를 상승시킨다. 예컨대, 챔버(100)내의 온도(Tc)는 약 1000℃ 정도이므로 상기의 [수학식 1]의 조건을 만족하는 지지용 벨트(30)의 녹는점(Tmp)은 약 1850℃ 이상이 되어야 한다. 이와 같은 조건을 만족하는 금속으로는, 지르코늄(Zr), 크로뮴(Cr), 바나듐(V), 로듐(Rh), 테크네튬(Tc), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 붕소(B), 이리듐(Ir), 나이오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 탄탈럼(Ta), 오스뮴(Os), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
또는, [수학식 1]의 조건을 만족하는 지지용 벨트(30)로 고온에서 견딜 수 있는 소재인 탄소나노튜브와 같은 탄소를 포함하는 소재 또는 실리콘 소재를 사용할 수 있다.
지지용 벨트(30)는 예컨대, 캐터필러(caterpillar) 형태로 연결되어 구비될 수 있다.
본 실시예에서는, 촉매금속층(401)으로 구리나 니켈을 사용하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 촉매금속층은 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크로뮴(Cr), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로듐(Rh), 규소(Si) 및 티타늄(Ti)중 적어도 어느 하나를 포함 할 수 있다.
단계 S120에서, 챔버(100) 내로 기상의 탄소 공급원을 주입한다. 도 2를 참고하면, 챔버(100)에 형성된 주입구(110)를 통해 기상의 탄소 공급원을 투입하면서, 히터(140)를 이용하여 열처리하여 촉매금속층(401)에 탄소 원자를 증착시킨다.
히터(140)는 탄소 공급원으로부터 탄소 원자를 분리할 수 있을 정도로 챔버(100)내의 온도를 상승시킴과 동시에 촉매금속층(401)의 온도를 증가시킨다. 예컨대, 챔버(100)내의 온도는 약 1000℃ 이상이다. 기상의 탄소 공급원인 CH4기체는 약 1000℃에 달하는 열치리 과정을 통해 탄소 원자와 수소 원자로 분리되고, 분리된 탄소 원자는 촉매금속층(401)에 증착된다. 이 경우, 챔버(100) 내부는 약 10-3 ~ 10-2 torr의 압력을 유지한 상태일 수 있다.
본 실시 예에서는 기상의 탄소 공급원으로 메탄(CH4)을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타티엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 챔버(100)내에 기상의 탄소 공급원만 공급되는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 탄소 공급원을 주입하기 전에 촉매금속층(401)의 표면에 대하여 전처리를 수행할 수 있다. 전처리 과정은 촉매금속층(401)에 존재하는 이물질을 제거하기 위한 것으로, 수소 기체를 사용할 수 있다. 수소 기체는 챔버(100)에 형성된 주입구(120)를 통해 공급된다.
혹은, 베이스 부재가 챔버(100)에 이송되기 전에, 산/알칼리 용액 등을 사용하여 촉매금속층의 표면을 세정함으로써 후공정에서의 그래핀 합성시 결함을 줄이는 효과를 부여할 수 있다.
단계 S130에서, 촉매금속층(401)을 냉각시켜 그래핀(402)을 형성한다. 도 5는 그래핀(402)이 형성된 상태를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 촉매금속층(401)에 증착된 탄소 원자는 냉각되면서 그래핀(402)으로 형성된다. 냉각은 촉매금속층(401)의 온도를 상승시킨 챔버(100)와 동일한 공간에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 냉각의 공정은 열을 가한 챔버로부터 반출한 후 별도의 냉각용 챔버(미도시)에 이송함으로써 실시될 수 있다. 또는, 열을 가한 챔버의 외부로 반출하여 자연적으로 냉각시킬 수 있다.
단계 S140에서, 촉매금속층(401)을 지지용 벨트(30)를 이용해 챔버(100) 외부로 반출한다. 즉, 지지용 벨트(30)는 챔버(100)내에서 이루어지는 그래핀이 형성되는 일련의 단계 S110~ S130에 사용된 후, 챔버(100)로부터 반출된다.
지지용 벨트(30)와 촉매금속층(401)이 챔버(100)의 외부로 반출되면서, 촉매금속층(401)과 지지용 벨트(30)는 릴(20)과 롤러(35)에 의하여 분리된다.
촉매금속층(401)은 도 4에 도시된 그래프와 같이 고온의 챔버(100)내에서 기계적 강도가 현저히 줄어들어 촉매금속층(401) 자체의 하중에 취약해지는 문제가 발생한다. 그러나, 지지용 벨트(30)에 의해 지지되므로 릴(10,20)에 의해 발생되는 장력 및 그에 따른 촉매금속층(401) 자체의 하중이 촉매금속층(401)에 작용하지 않는다.
지지용 벨트(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 순환구조로서 촉매금속층(401)이 챔버(100)내에 인입되고 반출되는 과정에 사용된 후 새로운 촉매금속층(401)을 챔버(100) 내부로 인입시키는 역할을 수행한다. 미설명 부호 31, 33, 34, 35, 36, 37은 지지용 벨트(30)을 순환시키기 위한 롤러이다.
단계 S150에서, 그래핀(402)에 그래핀 보호막(600)을 형성한다. 도 2를 참조하면, 롤러(21, 22, 61,62)를 이용하여 그래핀(402)이 형성된 촉매금속층(401)과 그래핀 보호막(600)을 보호막 형성장치(200)에 인입시키면, 보호막 형성장치(200)를 통과하면서 그래핀(402)에 그래핀 보호막(600)이 형성된다. 도 6은 그래핀 보호막(600)이 형성된 상태를 나타낸 측단면도이다. 도 2의 미설명 부호 60은 그래핀 보호막(600)을 공급하는 릴이다.
그래핀 보호막(600)으로는 열박리 테이프, 혹은 포토 레지스트(Photo Resist), 수용성 폴리 우레탄 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 아크릴 수지, 수용성 천연 고분자 수지, 수계 접착제, 알코올 박리 테이프, 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, 가시광 경화형 접착제, 적외선 경화형 접착제, 전자빔(EB) 경화형 접착제, PBI(Polybenizimidazole) 접착제, 폴리 이미드 접착제, 실리콘 접착제, 이미드 접착제, BMI(Bismaleimide) 접착제, 변성 에폭시 수지 등의 소재가 사용될 수 있다.
단계 S160에서, 촉매금속층(401)을 제거한다. 예컨대, 촉매금속층(401)은 에칭 공정에 의하여 제거될 수 있다. 도 2를 참조하면, 단계 S140에 의해 그래핀 보호막(600)이 형성된 후 에칭 공간(300)으로 이송된다. 에칭 공간(300)에는 에칭액을 분사하는 분사기(310)가 구비되어 있다. 에칭액으로는 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화 제2철(FeCl3) 용액, 질산 제2철(Fe(No3)3) 용액 등이 사용될 수 있다. 도 7은 촉매금속층(401)이 제거된 그래핀(402)을 나타낸 측단면도이다.
촉매금속층(401)이 제거된 그래핀(402)은 이송을 위한 롤러(51,52)를 지나 릴(50)에 수집된다.
이상에서는 본 발명에 따른 베이스 부재가 릴투릴 방식에 따라 챔버(100)내로 이송되는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않는다. 즉, 릴투릴 방식 이외에도 대면적의 그래핀을 형성하기 위하여 대면적의 촉매금속층(401)을 챔버(100) 내로 이송하고, 고온인 챔버(100) 내부의 온도에 의하여 촉매금속층(401)의 기계적 강도가 취약해지는 경우라면, 본 발명에 따른 지지용 벨트를 사용하여 고온의 챔버 내에서 촉매금속층의 변형을 방지 내지는 최소화할 수 있다. 예컨대, 촉매금속층의 온도가 상승하는 과정에서 내부의 구성물질이나 스트레스 등에 의하여 표면 또는 조직이 균질하지 않아 그래핀 합성시 그래핀의 품질을 저하시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 지지용 벨트를 이용해 촉매금속층을 지지하므로 촉매금속층의 온도 상승시에도 일정한 형태를 유지시킬 수 있다.
일 예로, 사각형이면서 대면적인 촉매금속층(401)의 가장자리만 지지된 상태에서 본 발명에 따른 지지용 벨트(30)에 놓여 이송될 수 있다. 가장자리만 지지된 상태에서 고온에 노출된 촉매금속층(401)은 기계적 강도가 크게 저하되므로 대면적인 촉매금속층(401) 자체의 하중에 취약하게 된다. 그러나, 지지용 벨트(30)가 촉매금속층(401)을 지지하고 있으므로, 촉매금속층(401)이 하중에 의하여 변형되거나 이로 인하여 그래핀(402)의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 지지용 벨트(30)가 도 2를 참고하여 설명한 그래핀 제조 방법의 전 공정에 사용될 수도 있다. 예컨대, 지지용 벨트(30)가 챔버내로 이송되는 공정(S110)으로부터 촉매금속층을 제거하는 공정(S160)에 이르기까지 하나의 대형 벨트가 사용될 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10, 20, 50, 60: 릴 100: 챔버
140: 히터 200: 보호막 형성장치
300: 에칭공간 401: 촉매금속층
402: 그래핀 600: 그래핀 보호막

Claims (15)

  1. 촉매금속층을 릴투릴 방식으로 공급하는 단계;
    상기 촉매금속층을 지지용 벨트 상에 배치시키는 단계;
    상기 촉매금속층을 실은 상기 지지용 벨트를 챔버내로 이송하는 단계;
    상기 챔버내에 기상 탄소 공급원을 투입하고 상기 촉매금속층의 온도를 상승시키는 단계;
    상기 촉매금속층을 냉각시켜 그래핀을 형성하는 단계;
    상기 챔버 내에 있던 상기 촉매금속층을 실은 지지용 벨트를 상기 챔버 외부로 반출하는 단계;
    상기 그래핀 상에 그래핀 보호막을 형성하는 단계; 및
    에칭액을 분사하는 분사기가 구비된 에칭 공간에 상기 그래핀 및 상기 그래핀 보호막이 형성된 상기 촉매금속층을 릴투릴 방식으로 이송하여, 상기 촉매금속층을 에칭으로 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 지지용 벨트는, 상기 지지용 벨트의 녹는점(Tmp)에 대한 상기 촉매금속층의 최고 온도(Tmax)의 비(TH=Tmax/Tmp)가 0.6이하의 소재인, 그래핀 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지용 벨트는 상기 촉매금속층을 상기 챔버내로 이송하고 상기 챔버로부터 상기 촉매금속층을 반출한 후 상기 촉매금속층으로부터 분리되고, 상기 촉매금속층과 분리된 상기 지지용 벨트는 다시 새로운 촉매금속층을 상기 챔버 내로 이송하는 순환구조인, 그래핀 제조 방법.
  4. 촉매금속층을 릴투릴 방식으로 공급하는 단계;
    상기 촉매금속층을 지지용 벨트 상에 배치시키는 단계;
    상기 촉매금속층을 실은 상기 지지용 벨트를 챔버내로 이송하는 단계;
    상기 챔버내로 기상 탄소 공급원을 투입하면서 상기 촉매금속층에 대하여 열처리하여 그래핀을 형성하는 단계;
    상기 지지용 벨트를 통해 상기 챔버로부터 도출되는 상기 그래핀에 그래핀 보호막을 형성하는 단계; 및
    에칭액을 분사하는 분사기가 구비된 에칭 공간에 상기 그래핀 및 상기 그래핀 보호막이 형성된 상기 촉매금속층을 릴투릴 방식으로 이송하여, 상기 촉매금속층을 에칭으로 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 지지용 벨트는, 상기 지지용 벨트의 녹는점(Tmp)에 대한 상기 열처리의 최고온도(Tmax)의 비(TH=Tmax/Tmp)가 0.6이하인 소재를 사용하는, 그래핀 제조 방법.
  5. 삭제
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013214434A (ja) * 2012-04-03 2013-10-17 Sony Corp 積層構造体の製造方法、積層構造体および電子機器
WO2014030040A1 (en) * 2012-08-24 2014-02-27 Soitec Methods of forming semiconductor structures and devices including graphene, and related structures and devices
TW201410603A (zh) * 2012-09-12 2014-03-16 Ritedia Corp 量產石墨烯之方法
CN103286919B (zh) * 2013-05-20 2015-08-26 东莞劲胜精密组件股份有限公司 一种经石墨烯表面处理的模具及其制作方法
EP3029581B1 (en) * 2013-07-30 2019-10-09 Fujitsu Limited Processing program, processing system, and processing method
CN103435035B (zh) * 2013-08-20 2016-08-10 常州二维碳素科技股份有限公司 一种连续制备和转移石墨烯的装置及方法
KR101491569B1 (ko) * 2013-12-05 2015-02-11 (주)우주일렉트로닉스 크롬층을 이용한 그래파이트 시트의 제조방법
KR101685427B1 (ko) * 2013-12-27 2016-12-12 한화테크윈 주식회사 그래핀 제조 장치
KR101945409B1 (ko) * 2014-03-14 2019-02-07 한화에어로스페이스 주식회사 그래핀 제조 장치
NO345837B1 (en) * 2016-05-04 2021-08-30 Cealtech As Apparatus for large scale producing 3D graphene and method describing the same
WO2018031455A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-15 Graphenexl Ltd. Apparatus and method for production of graphene products
JP2019112656A (ja) * 2017-12-21 2019-07-11 株式会社アルバック 炭素ナノ構造体成長用ｃｖｄ装置及び炭素ナノ構造体の製造方法
KR102082694B1 (ko) 2018-05-09 2020-02-28 한국과학기술연구원 그래핀 적용 대상의 표면에 그래핀을 직접 합성하는 방법 및 상기 방법을 이용하여 형성된 그래핀을 포함하는 소자
CN109179394B (zh) * 2018-09-26 2021-03-23 长飞光纤光缆股份有限公司 一种石墨烯薄膜直接转移装置及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008544939A (ja) * 2005-06-28 2008-12-11 ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ オクラホマ カーボンナノチューブを成長および収集するための方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3268064A (en) * 1963-12-31 1966-08-23 Sylvania Electric Prod Refractory metal conveyor belt
WO2011035157A2 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for forming energy storage and photovoltaic devices in a linear system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008544939A (ja) * 2005-06-28 2008-12-11 ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ オクラホマ カーボンナノチューブを成長および収集するための方法

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