KR101801258B1 - 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버 - Google Patents

그래핀 필름 제조장치의 증착챔버

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Abstract

본 발명은 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 관한 것으로, 더 상세하게는 촉매금속필름에 그래핀을 보다 효과적으로 증착할 수 있도록 한 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 관한 것으로서,
상부 롤 챔버와, 상기 상부 롤 챔버와 연결되어 촉매금속필름에 그래핀이 증착되는 증착챔버와, 상기 증착챔버와 연결되어 그래핀이 증착된 촉매금속필름이 권취되는 하부 롤 챔버로 구성된 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 있어서, 상기 증착챔버는, 상기 상부 롤 챔버의 하부에서 상기 상부 롤 챔버와 연결되는 증착챔버바디; 상기 증착챔버바디 내측에 장착되며, 상기 상부 롤 챔버에서 공급되는 촉매금속필름의 전후방에서 상기 촉매금속필름에 그래핀을 증착하기 위한 히터부; 상기 증착챔버의 내측에 장착되며, 상기 히터부에서 발생한 열이 챔버바디 측으로 열전달되는 것을 막기 위한 쉴드판; 상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 증착챔버바디의 내측으로 공정가스를 주입하기 위한 공정가스 공급관; 상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 증착챔버바디의 내측에서 공정가스를 배출하기 위한 공정가스 배기관; 및 상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 챔버바디 내측의 진공도를 유지하기 위한 진공펌프;로 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버를 제공한다.

Description

그래핀 필름 제조장치의 증착챔버{The evaporation chamber of Manufacturing device for graphene film}
본 발명은 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 관한 것으로, 더 상세하게는 촉매금속필름에 그래핀을 보다 효과적으로 증착할 수 있도록 한 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 관한 것이다.
일반적으로 그래핀(Graphene)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질이며, 그 두께가 매우 얇고 투명하며, 전기전도성이 매우 큰 특징이 있다. 이러한 특징을 이용하여 그래핀을 투명 디스플레이 또는 플렉시블(flexible) 디스플레이에 적용하려는 시도가 이루어지고 있다.
종래 그래핀 필름의 제조방법은 공개특허 10-2012-0111659호(그래핀을 포함하는 필름 제조 방법, 2012년 10월 10일 공개)에 기재되어 있다.
위의 공개특허에서는 대량생산을 위하여 롤-투-롤(Roll to Roll) 방식으로 일방향으로 촉매금속필름을 이송하면서, 그래핀을 형성하고, 그래핀이 형성되지 않은 촉매금속필름의 일면에 전사필름을 형성하는 단계에 대하여 기재되어 있으며, 각 단계별로 필요한 기구적인 구성에 대하여 설명이 되어 있다.
구체적으로 촉매금속필름을 권취하고 이송하기 위한 권취롤러 및 이송롤러와, 그 촉매금속필름에 탄소 공급 가스를 공급하여 그래핀을 증착하는 그래핀 형성 공간 등이 기재되어 있다.
그러나 그래핀의 제조는 화학적기상증착(CVD), 열화학적기상증착(TCVD), 급속 열화학기상증착(RTCVD) 등을 이용하는 것으로, 촉매금속필름이 그 그래핀 형성공간을 통과하여 연속적인 그래핀 제조가 가능하도록 하기 위해서는, 그 그래핀 형성공간의 진공상태가 유지되어야 하는데, 위의 공개특허에는 이러한 기술적 구성에 대하여 언급되어 있지 않다.
이러한 장치를 이용하게 되면, 기상증착법으로 형성되는 그래핀의 형성이 어렵게 되며, 이물의 유입 등에 의한 공정불량이 발생하게 되는 문제점을 충분히 예측할 수 있다. 또한, 증착챔버가 수평으로 놓여 증착챔버 내의 촉매금속필름에 증착되는 그래핀에 손상이 발생될 가능성이 있다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 롤-투-롤 방식으로 그래핀 필름을 제조하는 제조장치에서, 그래핀의 증착효율을 높일 수 있는 증착챔버의 구성을 제공함에 있다.
아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 증착된 그래핀의 손상을 방지하면서, 공급되는 열을 효율적으로 이용할 수 있는 증착챔버의 구성을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상부 롤 챔버와, 상기 상부 롤 챔버의 하부에 연결되어 촉매금속필름에 그래핀이 증착되는 증착챔버와, 상기 증착챔버의 하부에 연결되어 그래핀이 증착된 촉매금속필름이 권취되는 하부 롤 챔버로 구성된 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 있어서, 상기 증착챔버는, 상기 상부 롤 챔버의 하부에서 상기 상부 롤 챔버와 연결되고, 상기 촉매금속필름이 상부에서 하부로 이송되면서 증착되도록 상부면 및 하부면에 촉매금속 필름 관통홀이 형성된 증착챔버바디; 상기 증착챔버바디의 내측 상부면에서 하부면으로 길이방향으로 고정되고 쉴드판의 배면에 위치하여 메인전원을 공급하는 히터고정봉과, 상기 히터 고정봉에 연결되어 메인전원을 히터로 연결하는 전원연결부와, 상기 전원연결부와 연결되고 상기 촉매금속필름의 전후방에서 그래핀을 증착하기 위한 히터로 구성되는 히터부; 상기 증착챔버바디의 상부면, 하부면 및 양 측면의 내측에 상기 히터를 감싸도록 장착되어, 상기 히터부에서 발생한 열이 상기 증착챔버바디 측으로 전달되는 것을 막기 위한 쉴드판; 상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 증착챔버바디의 내측으로 공정가스를 주입하기 위한 공정가스 공급관; 상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 증착챔버바디의 내측에서 공정가스를 배출하기 위한 공정가스 배기관; 상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 챔버바디 내측의 진공도를 유지하기 위한 진공펌프; 상기 증착챔버바디의 내측을 유지보수하기 위해 상기 증착챔버바디의 전방 또는 후방에 형성되고, 증착챔버바디의 내측을 관찰하기 위해 상부 및 하부에 형성되는 사이트 글라스와, 내측에 다수의 금속재 판이 겹쳐져 형성되는 쉴드판을 구비한 도어; 및 상기 증착챔버바디의 상부면과 하부면 및 도어를 제외한 양 측면에 형성되어 증착챔버바디에서 외부로 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각수 유동관;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버를 제공한다.
본 발명의 히터부는, 지그재그형 발열판으로 형성되어, 촉매금속필름의 전면과 배면에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 히터부는, 면상 발열판으로 형성되어, 촉매금속필름의 전면과 배면에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 발열판은, 텅스텐, 그라파이트, 탄화규소 또는 탄소나노튜브로 형성될 수 있다.
본 발명의 쉴드판은, 금속재 판이 겹쳐져 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 쉴드판은, 촉매금속필름에 근접한 몰리브덴판과, 상기 몰리브덴 판의 후면에서 소정간격으로 하나 이상 적층되는 스테인레스 판으로 구성될 수 있다. 또한, 스테인레스 판으로 형성된 최외각 판은, 판의 가장자리가 내측 또는 외측으로 절곡되어 형성될 수 있다. 가장자리가 절곡되어 있기 때문에 열에 의해 쉽게 휘어지는 것이 방지될 수 있다.
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본 발명은 증착챔버의 히터부를 지그재그형 면상 발열판으로 형성할 수 있기 때문에 설치가 용이함과 아울러 촉매금속필름에 근접하여 설치할 수 있어서 열효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 증착챔버 바디 내에 쉴드판이 형성되기 때문에, 열이 외부로 방사되는 것을 방지하고, 내부에서 열이 반사되기 때문에 촉매금속필름에 그래핀의 증착효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 챔버바디의 전방 또는 후방에 도어가 형성되기 때문에 챔버바디 내의 유지보수가 용이하다는 장점을 가진다.
또한, 본 발명은 챔버가 직립형으로 형성되기 때문에 촉매금속필름이 자중에 의해 처지는 것을 방지하여 그래핀의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀 필름 제조장치의 전체 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예인 증착챔버의 도어를 개방한 사시도.
도 3은 도 2의 증착챔버의 도어를 개방한 배면 측 사시도.
도 4는 도 2의 도어를 제거한 상태의 사시도.
도 5는 도 2의 도어를 제거한 상태의 정면측 사시도.
이하, 본 발명 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀 필름 제조장치의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예인 증착챔버의 도어를 개방한 사시도이고, 도 3은 도 2의 증착챔버의 도어를 개방한 배면 측 사시도이고, 도 4는 도 2의 도어를 제거한 상태의 사시도이고, 도 5는 도 2의 도어를 제거한 상태의 정면측 사시도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 필름 제조장치에 대한 전체 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 그래핀 필름 제조장치(1)는 프레임(10)의 상부에 장착되는 상부 롤 챔버(100)와, 상부 롤 챔버(100) 하부의 프레임(10)에 장착되는 증착챔버(200)와, 증착챔버(200)의 하부 프레임(10)에 장착되는 하부 롤 챔버(300)로 구성된다. 프레임(10)은 채널(channel)로 연결된 박스형태의 구성으로, 각 채널에는 상부에서 하부로 각 챔버가 고정된다.
도 2 내지 도 5는 증착챔버(200)에 대한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증착챔버(200)는 챔버바디(201)와, 챔버바디(201)의 상부면에 형성되는 촉매금속필름 관통홀(202)과, 챔버바디(201)의 양측으로 형성되는 도어(220a, 220b)와, 챔버바디(201)의 내측에 형성되는 지그재그형의 히터부(250), 히터부(250)에 의해 발생된 열이 방사되는 것을 차단하기 위한 쉴드판(210a, 210b, 240a, 240b)으로 구성된다.
도 3은 증착챔버(200)의 배면측에서 본 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 챔버바디(201)의 배면측으로 공정가스가 주입되는 공급관(208a)과, 촉매금속필름에 증착된 후 배기되는 공정가스 배기관(208b)이 각 한 쌍씩 마련되고, 필요에 따라 다수의 공정가스 공급관과 배기관이 형성될 수 있다. 도면에는 다수의 공정가스 공급관(208a)과 배기관(208b)을 형성한 것을 도시하고 있다. 또한, 진공펌프와의 배기를 위한 진공배기홀(203a, 203b)이 각 한 쌍이 형성되고, 다수의 서비스홀(203c, 203d, 203e, 203f)이 형성된다. 챔버바디(201)의 하단에는 프레임(10)에 고정하기 위한 고정지지대(206)가 장착되고, 상기 고정지지대(206)는 프레임에 볼트 등을 이용하여 고정된다.
챔버바디(201)의 상하 및 측면에는 냉각수 유동관(204)이 형성된다. 냉각수 유동관(204)이 형성됨으로써, 내부에서의 열이 외부로 전달됨에 따라 작업자에게 화상 등의 손상을 가할 수 없도록 하기 위함이다. 냉각수 유동관(204)은 냉각수 공급관(204a)과 배출관(204b)에 연결된다.
도어(220a, 220b)는 챔버바디(201)의 양측으로 형성되는데, 도어를 양측으로 형성함으로써, 챔버바디 내의 유지보수가 보다 더 원활하게 이루어질 수 있다. 도어(220a)의 구성을 살펴보면, 도어바디(221a)와, 도어바디(221a)에 상하로 형성되는 사이트 글라스(224-1a, 224-2a)와, 일측은 챔버바디(201)에 부착되고 타측은 도어바디(221a)에 부착되는 힌지(225-1a, 225-2a)와, 도어바디(221a)를 챔버바디(201)에 고정하면서 여닫기 위한 잠금 손잡이(223a)와, 잠금 손잡이(223a)의 단부에 형성되는 잠금쇠(222-1a, 222-2a)로 구성된다. 상기의 사이트 글라스(224-1a, 224-2a)는 측면에서 내부를 관찰할 수 있도록 한 유리를 말한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 도어바디(221a)의 내측에는 쉴드판(230a)이 형성되며, 다른 측의 도어(220b)에도 쉴드판(230b)이 형성된다.
도 4는 증착챔버(200)에서 도어를 제거한 상태의 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이 설명되지 않은 도면부호를 살펴보면, 챔버바디(201)의 측면에 부착되는 리프팅 러그(205)와, 잠금쇠(222-1, 222-2)가 고정되는 잠금쇠 고정부(207)가 더 도시되어 있다. 다른 구성들은 도 2 및 도 3에서 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 증착챔버(200)의 정면에서 본 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 히터부(250)는, 메인전원을 공급하는 히터고정봉(253)과, 히터고정봉(253)에서 전원이 연결되는 전원연결부(252a, 252b)와, 전원연결부(252a, 252b)와 연결되는 히터(251)로 구성된다. 상기에서 히터고정봉(253)은 스테인레스나 그라파이트(Graphite)봉으로 형성될 수 있다. 스테인레스나 그라파이트로 히터고정봉(253)이 형성되는 경우, 히터고정봉(253)에는 실리콘(SiC)으로 절연을 하여야 한다. 즉, 절연을 하여 히터고정봉(253)을 통해 챔버바디(201)로 전류가 흐르는 것을 방지하여야 한다. 히터(251)는 촉매금속필름의 전면 및 배면에 형성되는데, 지그재그형의 발열판으로 상하로 형성된다. 구체적으로 히터(251)는 다수의 형태로 상부측 전원연결부(252a)에 일단이 연결되고, 하부측 전원연결부(252b)에 타단이 연결되는 지그재그형 발열판으로 구성된다. 히터(251)는 또한 면상으로 된 발열판(미도시) 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 히터(251)를 면상 발열판 형태로 형성하여 촉매금속필름(20)의 전면 및 후면에서 열을 가할 수 있다. 상기 발열판은 텅스텐, 그라파이트(Graphite), 탄화규소(SiC) 또는 탄소나노튜브로 이루어질 수 있다. 히터부(250)는 촉매금속필름(20)의 양측에 각각 형성되어 촉매금속필름에 공정가스로부터의 그래핀이 쉽게 증착될 수 있도록 한다. 히터부(250)는 1000 ~ 1500℃의 온도로 증착챔버 내부를 가열한다. 바람직하게는 히터부(250)는 촉매금속필름(20)의 전후면에 근접하여 촉매금속필름(20)을 1000 ~ 1500℃의 온도로 가열한다. 히터부(250)의 지그재그형 히터(251) 상하좌우에는 쉴드판(210a, 210b, 230a, 230b, 240a, 240b)이 형성되는데, 챔버바디(201)의 양측면에 형성되는 측면 쉴드판(210a, 210b)과, 도어(220)에 형성되는 도어 쉴드판(230a, 230b)과, 챔버바디(201)의 상부 및 하부 내측에 장착되는 상하 쉴드판(240a, 240b)으로 구성된다. 쉴드판(210a, 210b)의 배면측에는 쉴드판(210a, 210b)의 지지를 위한 쉴드판 지지대(211a, 211b)가 장착되고, 상기 쉴드판 지지대(211a, 211b)의 타측은 챔버바디(201)의 내측에 장착된다. 상기 쉴드판(210a, 210b, 230a, 230b, 240a, 240b)은 여러 겹의 판이 소정간격으로 적층된 형태로 구성된다. 구체적으로 쉴드판(210a, 210b, 230a, 230b, 240a, 240b)은 촉매금속필름에 근접한 몰리브덴판과, 상기 몰리브덴 판의 후면에서 소정간격으로 하나 이상 적층되는 스테인레스 판으로 구성된다. 또한, 최외각 스테인레스 판은 내측 또는 외측으로 절곡되어 열에 의한 변형을 방지하게 할 수 있다. 챔버바디(201)의 하단에 장착되는 챔버바디 고정지지대(206)는 프레임에 장착되고, 따라서 증착챔버(200)는 프레임에 고정된다. 몰리브덴판 대신에 몰리브덴과 마찬가지로 녹는점(melting point)이 높은 금속을 사용할 수도 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10 : 프레임 20 : 촉매금속필름
100 : 상부 롤 챔버
200 : 증착챔버 201 : 챔버바디
202 : 촉매금속필름 관통홀 203 : 진공배기홀, 서비스홀
204 : 냉각수 유동관 204a : 냉각수 공급관
204b : 냉각수 배출관 205 : 리프팅 러그
206 : 고정지지대 207 : 잠금쇠 고정부
208a : 공정가스 공급관 208b : 공정가스 배기관
210 : 쉴드판 211 : 쉴드판 지지대
220 : 도어 221 : 도어바디
222 : 잠금쇠 223 : 잠금 손잡이
224 : 사이트 글라스 225 : 힌지
230 : 쉴드판 240 : 쉴드판
250 : 히터부 251 : 발열판
252 : 전원연결부 253 : 히터고정봉
300 : 하부 롤 챔버

Claims (11)

  1. 상부 롤 챔버와, 상기 상부 롤 챔버의 하부에 연결되어 촉매금속필름에 그래핀이 증착되는 증착챔버와, 상기 증착챔버의 하부에 연결되어 그래핀이 증착된 촉매금속필름이 권취되는 하부 롤 챔버로 구성된 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버에 있어서,
    상기 증착챔버는,
    상기 상부 롤 챔버의 하부에서 상기 상부 롤 챔버와 연결되고, 상기 촉매금속필름이 상부에서 하부로 이송되면서 증착되도록 상부면 및 하부면에 촉매금속 필름 관통홀이 형성된 증착챔버바디;
    상기 증착챔버바디의 내측 상부면에서 하부면으로 길이방향으로 고정되고 쉴드판의 배면에 위치하여 메인전원을 공급하는 히터고정봉과, 상기 히터 고정봉에 연결되어 메인전원을 히터로 연결하는 전원연결부와, 상기 전원연결부와 연결되고 상기 촉매금속필름의 전후방에서 그래핀을 증착하기 위한 히터로 구성되는 히터부;
    상기 증착챔버바디의 상부면, 하부면 및 양 측면의 내측에 상기 히터를 감싸도록 장착되어, 상기 히터부에서 발생한 열이 상기 증착챔버바디 측으로 전달되는 것을 막기 위한 쉴드판;
    상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 증착챔버바디의 내측으로 공정가스를 주입하기 위한 공정가스 공급관;
    상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 증착챔버바디의 내측에서 공정가스를 배출하기 위한 공정가스 배기관;
    상기 증착챔버바디의 외측에 장착되어, 상기 챔버바디 내측의 진공도를 유지하기 위한 진공펌프;
    상기 증착챔버바디의 내측을 유지보수하기 위해 상기 증착챔버바디의 전방 또는 후방에 형성되고, 증착챔버바디의 내측을 관찰하기 위해 상부 및 하부에 형성되는 사이트 글라스와, 내측에 다수의 금속재 판이 겹쳐져 형성되는 쉴드판을 구비한 도어; 및
    상기 증착챔버바디의 상부면과 하부면 및 도어를 제외한 양 측면에 형성되어 증착챔버바디에서 외부로 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각수 유동관;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터는, 지그재그형 발열판으로 형성되어, 촉매금속필름의 전면과 배면에 배치되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히터는, 면상 발열판으로 형성되어, 촉매금속필름의 전면과 배면에 배치되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 발열판은, 텅스텐, 그라파이트, 탄화규소 또는 탄소나노튜브로 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쉴드판은, 금속재 판이 겹쳐져 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 쉴드판은, 촉매금속필름에 근접한 몰리브덴판과, 상기 몰리브덴 판의 후면에서 소정간격으로 하나 이상 적층되는 스테인레스 판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스테인레스 판으로 형성된 최외각 판은, 판의 가장자리가 내측 또는 외측으로 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 쉴드판은, 촉매금속필름에 근접한 몰리브덴판과, 상기 몰리브덴 판의 후면에서 소정간격으로 하나 이상 적층되는 스테인레스 판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조장치의 증착챔버.
  11. 삭제
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