KR101828531B1

KR101828531B1 - 그래핀의 전사 방법

Info

Publication number: KR101828531B1
Application number: KR1020110056336A
Authority: KR
Inventors: 나덕화; 윤종혁
Original assignee: 한화테크윈 주식회사
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2018-02-12
Also published as: KR20120137048A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 촉매 부재의 양면에 그래핀들이 형성된 그래핀 형성 구조체를 준비하는 단계와, 상기 그래핀들 중 적어도 하나에 캐리어를 배치하는 단계와, 상기 금속 촉매 부재의 일부 표면을 노출시키도록 상기 캐리어 및 상기 그래핀을 가공하는 단계와, 상기 금속 촉매 부재의 노출된 부분을 이용하여 상기 금속 촉매 부재를 제거하는 단계와, 상기 캐리어에 부착된 그래핀을 대상 기판에 전사시키는 단계를 포함하는 그래핀의 전사 방법을 제공한다.

Description

그래핀의 전사 방법{Method for transferring graphene}

본 발명은 그래핀의 전사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그래핀 형성 구조체에 형성되어 있는 그래핀을 전사하는 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 탄소로 구성되는 풀러렌(fullerenes), 탄소 나노 튜브(carbon nanotubes), 그래핀(graphene), 흑연(graphite) 등의 탄소 물질에 관한 관심이 증가하고 있다.

특히, 탄소 나노 튜브와 그래핀에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 그래핀은 대면적으로 형성할 수 있으며, 전기적, 기계적, 화학적인 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라 뛰어난 도전성의 성질을 가지고 있으므로, 전자 회로의 기초 소재로 관심을 받고 있다.

대면적 그래핀의 제조 기술은 최근에 비약적으로 발전을 했는데, 네이쳐(nature)지에 2009년 1월 14일에 공개된 "Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes"의 논문(nature07719)에는 화학 기상 증착법(CVD: chemical vapour deposition)을 이용한 그래핀의 제조 공정이 개시되어 있다.

화학 기상 증착법을 이용한 일반적인 그래핀의 제조 공정은 다음과 같다.

우선, 산화 실리콘(SiO₂)층을 가지는 실리콘 웨이퍼를 준비한다. 이어, Ni, Cu, Al, Fe 등의 금속 촉매를, 스퍼터링(sputtering) 장치, 전자빔 증발 장치(e-beam evaporator)등을 이용하여, 준비된 산화 실리콘(SiO₂)층에 증착시켜, 금속 촉매층을 형성한다.

다음으로, 금속 촉매층이 형성된 실리콘 웨이퍼와 탄소를 포함하는 가스(CH₄, C₂H₂, C₂H₄, CO 등)를 화학 기상 증착 및 유도 결합 화학 기상 증착법(ICP-CVD, Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition)을 위한 반응기에 넣고 가열함으로써, 금속 촉매층에 탄소가 흡수되도록 한다. 이어, 급속히 냉각을 수행하여 금속 촉매층으로부터 탄소를 분리시켜 결정화시키는 방법으로, 그래핀을 성장시킨다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양면에 그래핀이 형성되어 있는 그래핀 형성 구조체로부터 그래핀을 효율적으로 전사시킬 수 있는 그래핀의 전사 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 촉매 부재의 양면에 그래핀들이 형성된 그래핀 형성 구조체를 준비하는 단계;와, 상기 그래핀들 중 적어도 하나에 캐리어를 배치하는 단계;와, 상기 금속 촉매 부재의 일부 표면을 노출시키도록 상기 캐리어 및 상기 그래핀을 가공하는 단계;와, 상기 금속 촉매 부재의 노출된 부분을 이용하여 상기 금속 촉매 부재를 제거하는 단계;와, 상기 캐리어에 부착된 그래핀을 대상 기판에 전사시키는 단계;를 포함하는 그래핀의 전사 방법을 제공한다.

여기서, 상기 금속 촉매 부재는, 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 로듐(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr) 중 적어도 어느 하나의 소재를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 금속 촉매 부재는, 판상의 형상을 가질 수 있다.

여기서, 상기 금속 촉매 부재는, 포일(foil)의 형상을 가질 수 있다.

여기서, 상기 그래핀에 상기 캐리어를 배치하는 단계는, 감광성 소재를 포함하는 액상 물질을 상기 그래핀에 배치시킨 후 경화시켜 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 감광성 소재를 포함하는 액상 물질은 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist)일 수 있다.

여기서, 상기 금속 촉매 부재의 일부 표면을 노출시키도록 상기 캐리어 및 상기 그래핀을 가공하는 단계는, 상기 그래핀의 일부 표면을 노출시키도록 상기 캐리어에 제1개구부를 형성하는 단계;와, 상기 금속 촉매 부재의 일부 표면을 노출시키도록 상기 그래핀의 부분 중 상기 제1개구부에 대응되는 위치에 제2개구부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 캐리어에 상기 제1개구부를 형성하는 단계는 포토 리소그래피 방법을 이용할 수 있다.

여기서, 상기 그래핀에 상기 제2개구부를 형성하는 단계는 플라즈마 에칭법을 이용할 수 있다.

여기서, 상기 금속 촉매 부재의 노출된 부분을 이용하여 상기 금속 촉매 부재를 제거하는 단계는, 상기 금속 촉매 부재의 노출된 부분에 에칭액을 가하여 상기 금속 촉매 부재를 제거시킬 수 있다.

여기서, 상기 에칭액은, 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화제2철(FeCl₃) 용액, 질산제2철(Fe(NO₃)₃) 용액, 염화동(CuCl₂) 용액 및 과산화수소.황산(H₂O₂.H₂SO₄) 용액 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 그래핀을 상기 대상 기판에 전사시킨 후, 상기 캐리어를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 금속 촉매 부재의 양면에 그래핀들이 형성된 그래핀 형성 구조체를 준비하는 단계;와, 제1개구부가 형성된 캐리어를 상기 그래핀들 중 적어도 하나에 배치하는 단계;와, 상기 금속 촉매 부재의 일부 표면을 노출시키도록 상기 그래핀의 부분 중 상기 제1개구부에 대응되는 위치에 제2개구부를 형성하는 단계;와, 상기 금속 촉매 부재의 노출된 부분을 이용하여 상기 금속 촉매 부재를 제거하는 단계;와, 상기 캐리어에 부착된 그래핀을 대상 기판에 전사시키는 단계;를 포함하는 그래핀의 전사 방법을 제공한다.

여기서, 상기 캐리어는 감광성 소재를 포함하는 필름으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 감광성 소재를 포함하는 필름은, 드라이 필름 솔더 레지스트(Dry Film Solder Resist)일 수 있다.

여기서, 상기 제1개구부는 상기 캐리어를 펀칭 공정으로 가공함으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양면에 그래핀이 형성되어 있는 그래핀 형성 구조체로부터 양면의 그래핀을 전사시켜 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 그래핀 형성 구조체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 금속 촉매 부재의 모습을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 금속 촉매 부재에 그래핀을 성장시키기 위해 챔버 내에 금속 촉매 부재를 배치한 모습을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 관한 그래핀의 전사 방법을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 관한 그래핀의 전사 방법을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 관한 그래핀 형성 구조체의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 관한 캐리어의 모습을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 제2 실시예에 관한 그래핀의 전사 방법을 도시한 개략적인 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 발명의 도면 중에는 이해를 돕기 위하여 두께 및 크기 등을 일부 과장되게 그린 부분도 존재한다.

<본 발명의 제1 실시예에 관한 그래핀의 전사 방법에 대한 설명>

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 관한 그래핀의 전사 방법에 대해 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 그래핀 형성 구조체의 단면도이다. 여기서, 「그래핀 형성 구조체」란, 전술한 「배경기술」란에서 설명한 화학 기상 증착법을 이용하여 그래핀을 충분히 성장시킨 구조체를 의미한다. 즉, 본 제1 실시예에 관한 그래핀 형성 구조체(100)는 사용하기에 충분히 성장된 상태지만 전사되지 않은 그래핀(121)(122)을 포함하고 있다. 그래핀 형성 구조체(100)는 금속 촉매 부재(110)와, 금속 촉매 부재(110)의 양면에 형성된 그래핀(121)(122)을 포함하고 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 금속 촉매 부재(110)의 양면에 그래핀들(121)(122)이 형성된 그래핀 형성 구조체(100)를 준비하는 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 금속 촉매 부재(110)의 모습을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 금속 촉매 부재(110)에 그래핀을 성장시키기 위해 챔버 내에 금속 촉매 부재(110)를 배치한 모습을 도시한 도면이다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 제조자는 금속 촉매 부재(110)를 준비한다. 금속 촉매 부재(110)는 구리(Cu)의 소재로 이루어지며, 포일(foil)의 형상을 가지고 있다.

본 제1 실시예에 따른 금속 촉매 부재(110)는 구리(Cu)의 소재로 이루어지나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 금속 촉매 부재의 소재는, 화학 기상 증착법을 수행할 때 탄소를 흡수하여 그래핀을 성장시킬 수 있으면 되고, 그 외의 소재 선택에 관한 특별한 제한은 없다. 즉, 본 발명에 따른 금속 촉매 부재는, 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 로듐(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 등 및 이들의 조합을 포함한 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 본 제1 실시예에 따른 금속 촉매 부재(110)는 포일의 형상을 가지고 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 금속 촉매 부재의 형상에 대해서는 특별한 제한이 없다. 그렇지만, 서로 마주보는 양면에 그래핀이 용이하게 형성되기 위해서는 금속 촉매 부재가 가급적 판상의 형상을 가지되, 두께가 얇은 포일의 형상을 가지는 것이 바람직하다.

그 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 촉매 부재(110)를 탄소를 포함하는 가스(CH₄, C₂H₂, C₂H₄, CO 등), H₂, Ar 가스 등을 열 화학 기상 증착 및 유도 결합 화학 기상 증착법(ICP-CVD, Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition)을 위한 반응기(Chamber)에 넣고 약 300℃∼2000℃ 정도로 가열함으로써, 금속 촉매 부재(110)에 탄소가 흡수되도록 한다.

이어, 금속 촉매 부재(110)를 분당 30℃∼600℃ 정도(30℃/min∼600℃/min)의 냉각 속도로 급속히 냉각을 수행함으로써, 금속 촉매 부재(110)로부터 탄소를 분리시켜 결정화시키는 방법으로 금속 촉매 부재(110)의 양면에 그래핀(121)(122)을 성장시켜, 도 1에 개시된 그래핀 형성 구조체(100)를 준비한다. 여기서, 금속 촉매 부재(110)의 양면에 형성된 그래핀들(121)(122)은 탄소 원자들간의 공유 결합에 의해 단일층 또는 복수층으로 형성된 매우 얇은 박판 또는 필름 형상을 가지게 된다.

한편, 그래핀(121)(122)을 성장시키는 방법은 상기의 방법과 다른 방법을 이용할 수도 있는데, 예를 들면, RT-CVD(Rapid Thermal CVD) 방법을 이용하여 짧은 시간 내에 그래핀을 얻을 수 있고, E-beam을 이용하여 그라파이트(graphite)를 분해함으로써 그래핀을 얻을 수도 있다.

이상과 같이, 금속 촉매 부재(110)의 양면에 그래핀들(121)(122)이 형성된 그래핀 형성 구조체(100)를 준비하는 과정을 살펴보았다.

다음은, 도 4를 참조하여, 그래핀들(121)(122)에 각각 캐리어(131)(132)를 배치하는 공정을 설명한다.

캐리어(131)(132)는 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist) 소재를 포함하는 액상 물질을 그래핀(121)(122)의 표면에 배치시킨 후 경화시켜 형성시키게 된다.

본 제1 실시예의 경우에는, 캐리어(131)(132)의 원소재로 액상 물질을 사용하되, 그 액상 물질을 그래핀(121)(122)에 배치시킨 후 경화시켜 캐리어(131)(132)를 형성하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 캐리어의 원소재로 액상 물질이 아닌 필름 형상의 소재를 이용할 수도 있다.

본 제1 실시예의 경우에는, 캐리어(131)(132)를 형성하는 액상 물질은 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist) 소재를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 캐리어(131)(132)는, 포토 솔더 레지스트 이외의 다른 감광성 소재를 포함한 액상 물질을 경화시켜 형성될 수 있으며, 심지어는 감광성 소재를 포함하지 않는 액상 물질을 경화시켜 형성될 수도 있다.

또한, 본 제1 실시예의 경우에는 그래핀들(121)(122)에 각각 캐리어(131)(132)를 배치하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 필요에 따라 그래핀들(121)(122) 중 하나에만 캐리어를 배치시킬 수도 있다.

그 다음, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 캐리어(131)(132) 및 그래핀(121)(122)을 가공하여, 금속 촉매 부재(110)의 일부 표면을 노출시킨다.

금속 촉매 부재(110)의 일부 표면을 노출시키기 위해서는 크게 2개의 단계를 거치게 된다.

첫 번째 단계는, 도 5에 도시된 것과 같이, 캐리어(131)(132)에 제1개구부(131a)(132a)를 형성하는 단계이다. 그리고, 두 번째 단계는, 도 6에 도시된 것과 같이, 그래핀(121)(122)에 제2개구부(121a)(122a)를 형성하는 단계이다.

상기 첫 번째 단계에서는, 캐리어(131)(132)는 감광성 소재인 포토 솔더 레지스트로 이루어져 있기 때문에, 통상의 포토 리소그래피 방법, 즉, 마스크(mask)를 이용한 통상적인 노광 및 현상 공정 등을 거쳐 소정 패턴의 제1개구부(131a)(132a)를 형성시킬 수 있게 된다.

본 제1 실시예에 따르면, 제1개구부(131a)(132a)를 캐리어(131)(132)에 형성하기 위해 포토 리소그래피 방법을 이용하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 전술한 바와 같이, 캐리어(131)(132)가 감광성 소재로 이루어지지 않을 수도 있고, 그 경우에는 포토 리소그래피 방법 대신에, 기계적인 드릴링, 레이저 드릴링, 에칭액을 사용한 방법 등도 이용될 수 있다.

상기 두 번째 단계에서는, 작업자는 그래핀(121)(122)의 부분 중 제1개구부(131a)(132a)에 대응되는 위치에 플라즈마 에칭법을 이용하여 제2개구부(121a)(122a)를 형성시킬 수 있게 된다.

본 제1 실시예에 따르면, 제2개구부(121a)(122a)를 그래핀(121)(122)에 형성하기 위해 플라즈마 에칭법을 이용하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 그래핀(121)(122)에 제2개구부(121a)(122a)를 형성할 수 있으면 그 방법에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 기계적인 드릴링, 레이저 드릴링, 에칭액을 사용한 방법 등도 이용될 수 있다.

이상과 같이, 상기 첫 번째 단계와 두 번째 단계를 거치게 되면, 제1개구부(131a)(132a) 및 제2개구부(121a)(122a)에 의해 금속 촉매 부재(110)의 일부 표면이 노출되게 된다.

그 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 금속 촉매 부재(110)의 노출된 부분을 이용하여 금속 촉매 부재(110)를 제거함으로써, 그래핀(121)(122)과 캐리어(131)(132)만의 결합체를 얻는다.

이를 위해, 금속 촉매 부재(110)의 노출된 부분에 에칭액을 가하여 금속 촉매 부재(110)를 제거시키게 된다. 즉, 에칭액은 제1개구부(131a)(132a) 및 제2개구부(121a)(122a)로 이루어진 통로를 통해 금속 촉매 부재(110)의 노출된 부분에 닿게 됨으로써 금속 촉매 부재(110)를 제거하게 된다.

여기서, 사용될 수 있는 에칭액은 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화제2철(FeCl₃) 용액, 질산제2철(Fe(No₃)₃) 용액, 염화동(CuCl₂) 용액 및 과산화수소.황산(H₂O₂.H₂SO₄) 용액, 금속 촉매를 제거할 수 있는 일반적인 용액 등이 사용될 수 있다. 즉, 에칭액으로서, 그래핀(121)(122)을 가급적 손상시키지 않으면서도 금속 촉매 부재(110)를 효과적으로 제거할 수 있으면 그 밖의 물질도 제한 없이 사용될 수 있다.

그 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 작업자는 캐리어(131)(132)에 부착된 그래핀(121)(122)을 각각 전사 대상 기판(141)(142)에 전사시킨다. 이를 위해 대상 기판(141)(142) 또는 그래핀(121)(122)에 접착층을 배치시킬 수 있다.

본 제1 실시예에서의 대상 기판(141)(142)은, 회로 패턴이 형성될 기판, 즉, 전사가 더 이상 수행되지 않는 최종적인 기판이지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 대상 기판은 또 다른 전사 대상 기판에 전사시키기 위한 중간 매개 기판일 수 있다.

그 다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 작업자는 에칭 등의 방법이나 기계적인 방법으로, 캐리어(131)(132)를 제거함으로써, 최종적으로 그래핀(121)(122)이 전사된 대상 기판(141)(142)을 얻는다.

캐리어(131)(132)를 제거하기 위해 사용되는 에칭액은 본 제1 실시예의 캐리어(131)(132) 소재인 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist)를 용해하여 제거할 수 있는 통상의 에칭액이 사용될 수 있다.

본 제1 실시예에 따르면, 최종적으로 캐리어(131)(132)를 제거하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 필요에 따라 캐리어(131)(132)를 제거하지 않고 남겨둘 수 있으며, 그 경우 캐리어(131)(132)는 그래핀(121)(122)의 보호층으로서의 기능을 하게 된다.

이상과 같이, 본 제1 실시예에 따른 그래핀의 전사 방법은, 금속 촉매 부재(110)의 일부 표면을 노출시키도록 캐리어(131)(132) 및 그래핀(121)(122)을 가공하고, 금속 촉매 부재(110)의 노출된 부분을 이용하여 금속 촉매 부재(110)를 제거함으로써, 그래핀들(121)(122)을 효율적으로 대상 기판(141)(142)에 전사시킬 수 있는 장점이 있다.

<본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 관한 그래핀의 전사 방법에 대한 설명>

이하, 도 10 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 관한 그래핀 전사 방법에 관하여 설명하되, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀 전사 방법과 상이한 사항을 중심으로 하여 설명한다.

본 발명의 제1 실시예의 일 변형예의 경우는, 상기 제1 실시예에서 설명한 「그래핀들(121)(122)에 각각 캐리어(131)(132)를 배치하는 공정(도 4 참조)」까지는 동일한 공정을 취한다.

그러나, 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예의 경우는, 캐리어 및 그래핀을 가공하여 금속 촉매 부재(110)의 일부 표면을 노출시키는 공정이 상기 제1 실시예에서 설명한 내용과 상이하다.

즉, 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따르면, 캐리어(132)는 제외하고 캐리어(131)에만 제1개구부(131a)를 형성한다. 또한, 그래핀(122)을 제외하고 그래핀(121)에만 제2개구부(121a)를 형성하게 된다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 캐리어(131)는 감광성 소재인 포토 솔더 레지스트로 이루어져 있기 때문에, 캐리어(131)에는 제1개구부(131a)가 포토 리소그래피 방법으로 형성되지만 캐리어(132)에는 제1개구부가 형성되지 않는다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 그래핀(121)에 제2개구부(121a)가 플라즈마 에칭법으로 형성되지만, 그래핀(122)에는 제2개구부가 형성되지 않는다.

한편, 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1개구부(131a) 및 제2개구부(121a)를 통해 금속 촉매 부재(110)의 노출된 부분을 이용하여 금속 촉매 부재(110)를 제거한다. 이 경우에는 전술한 제1 실시예의 경우와 달리 금속 촉매 부재(110)의 상부쪽으로 개구된 제1개구부(131a) 및 제2개구부(121a)를 통해서만 에칭액을 가하여 금속 촉매 부재(110)를 제거시키게 된다.

그 다음, 도 13에 도시된 바와 같이, 작업자는 캐리어(131)(132)에 부착된 그래핀(121)(122)을 각각 전사 대상 기판(141)(142)에 전사시킨다. 이를 위해 대상 기판(141)(142) 또는 그래핀(121)(122)에 접착층을 배치시킬 수 있다.

그 다음, 도 14에 도시된 바와 같이, 작업자는 에칭 등의 방법이나 기계적인 방법으로, 캐리어(131)(132)를 제거함으로써, 최종적으로 그래핀(121)(122)이 전사된 대상 기판(141)(142)을 얻는다.

이상과 같이, 본 제1 실시예의 일 변형예에 따른 그래핀의 전사 방법은, 금속 촉매 부재(110)의 일부 표면을 노출시키도록 캐리어(131) 및 그래핀(121)을 가공하고, 금속 촉매 부재(110)의 노출된 부분을 이용하여 금속 촉매 부재(110)를 제거함으로써, 그래핀들(121)(122)을 효율적으로 대상 기판(141)(142)에 전사시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 제1 실시예의 일 변형예에 따르면, 캐리어(132)에 제1개구부를 형성하지 않고 그래핀(122)에 제2개구부를 형성하지 않으므로, 본 제1 실시예의 경우에 비해 공정이 단축되는 장점이 있다.

또한, 본 제1 실시예의 일 변형예에 따르면, 그래핀(122)에 제2개구부가 형성되지 않으므로, 본 제1 실시예의 경우에 비해 넓은 면적의 그래핀(122)을 얻을 수 있는 장점이 있게 된다.

이상과 같이 살펴본 구성, 작용 및 효과 외의 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따른 그래핀의 전사 방법의 구성, 작용 및 효과는, 상기 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀의 전사 방법의 구성, 작용 및 효과와 동일하므로, 본 설명에서는 생략하기로 한다.

<본 발명의 제2 실시예에 관한 그래핀의 전사 방법에 대한 설명>

이하, 도 15 내지 도 21을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 관한 그래핀의 전사 방법에 관하여 설명한다.

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 관한 그래핀 형성 구조체(200)의 단면도이다. 본 제2 실시예에 관한 그래핀 형성 구조체(200)는 전술한 제1 실시예의 그래핀 형성 구조체(100)와 동일한 구조를 가지고 있다. 즉, 그래핀 형성 구조체(200)는 금속 촉매 부재(210)와, 금속 촉매 부재(210)의 양면에 형성된 그래핀(221)(222)을 포함하고 있다.

금속 촉매 부재(210)의 양면에 그래핀들(221)(222)이 형성된 그래핀 형성 구조체(200)를 준비하는 방법은 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 내용과 대동소이하므로 여기서 설명은 생략한다.

다음은, 도 16 및 도 17을 참조하여, 그래핀들(221)(222)에 각각 캐리어(231)(232)를 배치하는 공정을 설명한다.

캐리어(231)(232)는 드라이 필름 솔더 레지스트(Dry Film Solder Resist)로 이루어져 있으며, 제1개구부(231a)(232a)가 펀칭 공정 등에 의해 미리 형성되어 있다. 따라서, 작업자는 제1개구부(231a)(232a)가 이미 형성된 캐리어(231)(232)를 그래핀들(221)(222)에 배치하게 된다. 드라이 필름 솔더 레지스트는 자체적으로 점착성을 구비하므로, 캐리어(231)(232)는 그래핀들(221)(222)에 용이하게 부착되게 된다. 도 16에는 제1개구부(231a)가 형성된 캐리어(231)가 개시되어 있다.

본 제2 실시예의 경우에는, 캐리어(231)(232)를 형성하는 소재는 감광성 소재를 포함하는 드라이 필름 솔더 레지스트(Dry Film Solder Resist)이지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 캐리어(231)(232)의 소재는 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 감광성 소재를 사용하는 경우에는 제1개구부(231a)(232a)를 형성할 때, 통상의 포토 리소그래피 방법을 그대로 이용할 수 있어 편리한 점이 있다.

또한, 본 제2 실시예의 경우에는 그래핀들(221)(222)에 각각 캐리어(231)(232)를 배치하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 필요에 따라 그래핀들(221)(222) 중 하나에만 캐리어를 배치시킬 수도 있다.

그 다음, 도 18에 도시된 바와 같이, 그래핀(221)(222)을 가공하여, 금속 촉매 부재(210)의 일부 표면을 노출시킨다.

즉, 작업자는 그래핀(221)(222)의 부분 중 제1개구부(231a)(232a)에 대응되는 위치에 플라즈마 에칭법을 이용하여 제2개구부(221a)(222a)를 형성함으로써, 금속 촉매 부재(210)의 일부 표면을 노출시키게 된다.

본 제2 실시예에 따르면, 제2개구부(221a)(222a)를 그래핀(221)(222)에 형성하기 위해 플라즈마 에칭법을 이용하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 그래핀(221)(222)에 제2개구부(221a)(222a)를 형성할 수 있으면 그 방법에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 기계적인 드릴링, 레이저 드릴링, 에칭액을 사용한 방법 등도 이용될 수 있다.

그 다음, 도 19에 도시된 바와 같이, 금속 촉매 부재(210)의 노출된 부분을 이용하여 금속 촉매 부재(210)를 제거함으로써, 그래핀(221)(222)과 캐리어(231)(232)만의 결합체를 얻는다.

이를 위해, 금속 촉매 부재(210)의 노출된 부분에 에칭액을 가하여, 금속 촉매 부재(210)를 제거시키게 된다. 즉, 에칭액은 제1개구부(231a)(232a) 및 제2개구부(221a)(222a)로 이루어진 통로를 통해 금속 촉매 부재(210)의 노출된 부분에 닿게 됨으로써 금속 촉매 부재(210)를 제거하게 된다.

여기서, 사용될 수 있는 에칭액은 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화제2철(FeCl₃) 용액, 질산제2철(Fe(No₃)₃) 용액 등이 사용될 수 있지만, 이에 한정하지 않고, 그래핀(221)(222)을 가급적 손상시키지 않고 금속 촉매 부재(210)를 제거할 수 있으면 그 밖의 물질도 제한없이 사용될 수 있다.

그 다음, 도 20에 도시된 바와 같이, 작업자는 캐리어(231)(232)에 부착된 그래핀(221)(222)을 각각 전사 대상 기판(241)(242)에 전사시킨다. 이를 위해 대상 기판(241)(242) 또는 그래핀(221)(222)에 접착층을 배치시킬 수 있다.

본 제2 실시예에서의 대상 기판(241)(242)은, 회로 패턴이 형성될 기판, 즉, 전사가 더 이상 수행되지 않는 최종적인 기판이지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 대상 기판은 또 다른 전사 대상 기판에 전사시키기 위한 중간 매개 기판일 수 있다.

그 다음, 도 21에 도시된 바와 같이, 작업자는 에칭 등의 방법이나 기계적인 방법으로, 캐리어(231)(232)를 제거함으로써, 최종적으로 그래핀(221)(222)이 전사된 대상 기판(241)(242)을 얻는다.

본 제2 실시예에 따르면, 최종적으로 캐리어(231)(232)를 제거하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 필요에 따라 캐리어(231)(232)를 제거하지 않고 남겨둘 수 있으며, 그 경우 캐리어(231)(232)는 그래핀(221)(222)의 보호층으로서의 기능을 하게 된다.

이상과 같이, 본 제2 실시예에 따른 그래핀의 전사 방법은, 금속 촉매 부재(210)의 양면에 형성된 그래핀들(221)(222)을 효율적으로 전사시킬 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 제2 실시예에 따른 그래핀의 전사 방법은, 미리 제1개구부(231a)(232a)가 형성된 캐리어(231)(232)를 그래핀(221)(222)에 배치시키고, 금속 촉매 부재(210)의 일부 표면을 노출시키도록 그래핀(221)(222)을 가공하고, 금속 촉매 부재(210)의 노출된 부분을 이용하여 금속 촉매 부재(210)를 제거함으로써, 그래핀들(221)(222)을 효율적으로 대상 기판(241)(242)에 전사시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 예시적인 구현 예들에 있어서, 본 발명에 따라 전사된 그래핀은, 투명 전극, 전도성 박막, 방열 또는 발열 소자, 플렉서블 디스플레이 장치, 터치 스크린, 유기 LED, 염료 감응형 솔라셀 전극 등의 다양한 응용처에 적용될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명은 그래핀을 전사하는 기술에 적용될 수 있다.

100, 200: 그래핀 형성 구조체 110, 210: 금속 촉매 부재
121, 122, 221, 222: 그래핀 131, 132, 231, 232: 캐리어
141, 142, 241, 242: 대상 기판

Claims

금속 촉매 부재의 양면에 그래핀들이 형성된 그래핀 형성 구조체를 준비하는 단계;
상기 그래핀들 중 적어도 하나에 캐리어를 배치하는 단계;
상기 그래핀의 일부 표면을 노출시키도록 상기 캐리어에 제1개구부를 형성하는 단계;
상기 금속 촉매 부재의 일부 표면을 노출시키도록 상기 그래핀의 부분 중 상기 제1개구부에 대응되는 위치에 제2개구부를 형성하는 단계;
상기 제1개구부 및 상기 제2개구부로 이루어진 통로를 통해 상기 금속 촉매 부재의 노출된 부분에 에칭액을 가하여 상기 금속 촉매 부재를 제거하는 단계; 및
상기 캐리어에 부착된 그래핀을 대상 기판에 전사시키는 단계;를 포함하는 그래핀의 전사 방법.
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금속 촉매 부재의 양면에 그래핀들이 형성된 그래핀 형성 구조체를 준비하는 단계;
제1개구부가 형성된 캐리어를 상기 그래핀들 중 적어도 하나에 배치하는 단계;
상기 금속 촉매 부재의 일부 표면을 노출시키도록 상기 그래핀의 부분 중 상기 제1개구부에 대응되는 위치에 제2개구부를 형성하는 단계;
상기 제1개구부 및 상기 제2개구부로 이루어진 통로를 통해 상기 금속 촉매 부재의 노출된 부분에 에칭액을 가하여 상기 금속 촉매 부재를 제거하는 단계; 및
상기 캐리어에 부착된 그래핀을 대상 기판에 전사시키는 단계;를 포함하는 그래핀의 전사 방법.
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