KR101926485B1 - 그래핀의 수득 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 촉매금속 일면에 그래핀을 형성하는 단계; 상기 촉매금속이 배치되지 않은 상기 그래핀의 면에 지지체를 형성하는 단계; 제1식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 상기 촉매금속의 일부를 제거하는 선제거단계; 제2식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 나머지 상기 촉매금속을 제거하여 상기 그래핀을 노출하는 최종제거단계; 및 노출된 상기 그래핀을 타겟필름에 전사하는 단계; 를 포함하는 그래핀의 수득 방법을 제공한다.

Description

그래핀의 수득 방법 {Method for getting graphene}
본 발명은 그래핀의 수득 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매금속의 제거시간을 단축하는 그래핀의 수득 방법에 관한 것이다.
그래핀(Graphene)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 그 두께가 매우 얇고 투명하며 전기 전도성이 매우 큰 특성을 가진다. 그래핀의 이러한 특성을 이용하여 그래핀을 투명 디스플레이 또는 플렉서블(flexible) 디스플레이에 적용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 이와 같은 그래핀에 대한 관심이 증대됨에 따라 고품질의 그래핀을 대량 생산하기 위한 방법이 요구되고 있다.
이러한 그래핀은 촉매금속 위에 합성하게 되는데, 이후 그래핀을 전사하기 위하여 촉매금속을 제거해야 한다. 이러한 촉매금속은 하나의 식각액을 사용하여 한번에 제거하는데 이 경우 촉매금속을 제거하는데 적어도 약 30분 이상이 소요된다. 또한, 촉매금속 제거 시간을 단축하기 위해 제거 능력이 강한 식각액을 사용하는 경우 그래핀이 손상되어 그래핀의 면저항이 커지고 결국 그래핀의 전기적 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 실시예는 촉매금속 제거시간을 단축함과 동시에 그래핀에 손상을 주지 않는 그래핀의 수득 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 촉매금속 일면에 그래핀을 형성하는 단계; 상기 촉매금속이 배치되지 않은 상기 그래핀의 면에 지지체를 형성하는 단계; 제1식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 상기 촉매금속의 일부를 제거하는 선제거단계; 제2식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 나머지 상기 촉매금속을 제거하여 상기 그래핀을 노출하는 최종제거단계; 및 노출된 상기 그래핀을 타겟필름에 전사하는 단계; 를 포함하는 그래핀의 수득 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1식각액은 상기 제2식각액에 비해 빠른 속도로 상기 촉매금속을 제거할 수 있는 용액이다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1식각액은 염화철(FeCl3) 또는 과수황산타입의 용액이다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1식각액은 상기 제2식각액에 비해 고농도의 용액이다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1식각액 또는 상기 제2식각액은 염화철(FeCl3), 질산철(Fe(No3)3), 염화동(CuCl2), 암모늄퍼설페이트((NH4)2S2O8), 소듐퍼설페이트(Na2S2O8) 용액 및 과수황산타입 용액 중 적어도 어느 하나를 이용한 것이다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 선제거단계는 복수회 실시되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 선제거단계가 복수회 실시될 때, 각 단계에서 사용되는 식각액의 종류 또는 농도는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 선제거단계에서 제거되고 남은 상기 촉매금속은 최초촉매금속 두께의 0.15% 내지 50% 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 최종제거단계는 상기 그래핀의 면저항을 10옴/sq 내지 3000옴/sq 범위 내가 되도록 상기 촉매금속을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1식각액 및 상기 제2식각액은 스프레이타입(spray-type), 바스타입(bath-type) 또는 그들의 조합 중 어느 하나의 방식을 통해 상기 촉매금속에 공급된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 최종제거단계 이후에 상기 그래핀에 남아있는 상기 제1식각액 및 상기 제2식각액을 제거하는 세정단계; 를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 촉매금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 그래핀은 단일층 또는 다층으로 이루어진다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 지지체는 열박리필름 또는 폴리머코팅이다.
본 발명의 일 측면에 따른 그래핀의 수득 방법에 의하면, 촉매금속을 단계적으로 제거함으로써 종래에 비해 촉매금속 제거시간을 단축하며, 그래핀에 손상을 주지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 전사 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1의 각 단계에 대응하는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀의 수득 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 전사 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 2a 내지 도 2f는 도 1의 각 단계에 대응하는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다. 상기 도면들에 있어서 촉매금속(301), 그래핀(302), 지지체(303) 및 타겟필름(304)의 두께는 설명 상의 편의를 위해서 과장되게 도시되어 있다.
먼저, 그래핀(302) 형성 공정이 진행된다(S110). 상세히, 도 2a에 도시된 바와 같이 그래핀(302)은 촉매금속(301)의 적어도 일면에 형성된다.
촉매금속(301)은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 촉매금속(301)이 단일 층인 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도시되지 않았으나, 촉매금속(301)에 그래핀(302)이 형성되기 전 촉매금속의 표면을 세정하는 전처리 과정을 진행한다. 전처리 과정은 촉매금속(301)의 표면에 존재하는 이물질을 제거하기 위한 것으로, 수소 기체를 사용할 수 있다. 또는, 산/알칼리 용액 등을 사용하여 촉매금속(301)의 표면을 세정함으로써, 이후의 공정인 그래핀(302) 형성 시 결함을 줄일 수 있다. 촉매금속(301)의 표면을 세정하는 단계는 필요에 따라 생략될 수 있다.
전처리 과정이 끝난 촉매금속(301)이 그래핀 형성 공간(예를 들어 챔버)으로 이송되면, 그래핀 형성 공간에 기상의 탄소공급원을 투입하고 열처리한다. 열처리는 가열 및 냉각으로 이루어진다. 상기 그래핀 형성 공정(S110)에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 열 화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition: TCVD), 급속 열 화학기상증착법(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition: RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착법(Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition: ICP-CVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition: ATLD) 등 다양한 공정이 이용될 수 있다.
기상의 탄소 공급원은 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 이와 같은 기상의 탄소 공급원은 고온에서 탄소 원자와 수소 원자로 분리된다.
분리된 탄소 원자는 가열된 촉매금속(301)에 증착되고, 촉매금속(301)이 냉각되면서 그래핀(302)으로 형성된다. 도 2a에서는 촉매금속(301)의 양면 모두에 그래핀(302)이 형성되었으나, 이에 한정되지 않고 촉매금속(301)의 일면에만 그래핀(302)이 형성될 수도 있을 것이다.
그래핀(302)은 단일층으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 두 층 이상의 다층으로 형성될 수도 있다.
다음으로 지지체 형성 공정(S120)이 진행된다.
도 2b에 나타난 바와 같이 지지체(303)는 촉매금속(301)이 배치되지 않은 그래핀(302)의 일면에 형성된다. 지지체(303)는 열박리필름 또는 폴리머코팅일 수 있다.
먼저 지지체(303)가 열박리필름인 경우, 촉매금속(301)이 배치되지 않은 그래핀(302)의 일면에 열박리필름을 부착하여 지지체(303)를 형성한다. 열박리 필름은 상온에서 그 일면이 접착성을 가지지만, 소정 박리 온도 이상으로 가열되면 접착성을 잃는 성질을 가지는 것으로, 다양한 박리 온도를 구비한 제품을 선택할 수 있다. 한편, 상기 실시예에서는 지지체(303)로 열박리필름이 사용되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 그래핀(302)을 전사 대상 필름에 이송하기 위하여 사용되는 것이라면 열박리필름 이외에도 다양한 캐리어 필름이 사용될 수 있음은 물론이다.
한편 지지체(303)가 폴리머코팅인 경우, 촉매금속이 배치되지 않은 그래핀(302)의 일면에 액상의 폴리머를 드롭 코팅(drop coating) 한 후 굳혀 지지체(303)를 형성한다. 폴리머로는 폴리메틸메타크릴레이트 (Polymethylmethacrylate:PMMA), 폴리아마이드 (polyamide:PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (poly(butylenes terephtalate):PBT), 폴리카보네이트 (Polycarbonate:PC), 폴리에틸렌 (polyethylene:PE), 폴리옥시메틸렌 (poly(oxymethylene):POM), 폴리프로필렌 (polypropylene:PP), 폴리페닐에테르 (poly(phenylenether):PPE), 폴리스타이렌 (Polystylene:PS), 폴리설폰 (polysulfone:PSU), 리퀴드크리스탈폴리머 (liquid crystal polymer:LCP), 폴리에테르에테르케톤 (poly(etheretherketone):PEEK), 폴리에테르이미드 (poly(etherimide):PEI), 폴리랙타이드 (polylactide:PLA), 폴리디메틸실록산 (poly(dimethylsiloxane:PDMS), 및 시클로올레핀코폴리머 (cycloolefin copolymer:COC) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
다음으로 촉매금속(301)을 제거하는 공정(S130, S140)을 진행한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 촉매금속을 제거하는 공정은 단계적으로 수행되며, 습식 식각 공정으로 진행된다.
먼저, 선제거단계에서 제1식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 촉매금속의 일부를 제거한다(S130).
제1식각액은 염화철(FeCl3), 질산철(Fe(No3)3), 염화동(CuCl2), 암모늄퍼설페이트((NH4)2S2O8), 소듐퍼설페이트(Na2S2O8) 용액 및 과수황산타입 용액 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 바람직하게, 제1식각액은 촉매금속을 빠른 시간안에 제거하여 촉매금속 제거시간을 단축시킬 수 있는 용액을 사용한다. 또한, 제1식각액은 양산시 경제성을 고려하여 가격이 싼 용액을 사용한다. 예를 들면, 제1식각액은 염화철(FeCl3) 또는 과수황산타입의 용액이며, 이들은 다른 용액에 비해 촉매금속 제거시간이 빠르고 단위 부피당 가격이 싼 장점이 있다.
한편, 제1식각액은 최종제거단계에서 사용하는 제2식각액에 비해 고농도 용액을 사용하여 금속촉매 제거시간을 단축할 수 있다. 예를 들어, 제1식각액과 제2식각액을 모두 과수황산으로 하더라도, 제1식각액의 농도가 제2식각액의 농도보다 약 2배 높은 경우, 식각 속도가 약 1.2 배 내지 2 배 빠를 수 있다.
과수(mL) 황산(mL) 첨가제(mL) 면저항(Ω/sq) 소요시간(Min)
0.09 0.03 0.08 655 20
0.19 0.03 0.08 726 12
위의 표 1에서 면저항은 그래핀의 단위면적당 표면저항을 의미하며, 표 1에서 금속촉매의 제거 소요시간은 예시적인 것이며, 금속촉매의 제거 소요 시간은 온도, 촉매금속의 포화상태 등에 따라 달라질 수도 있다.
선제거단계(S130)에서는 제거되고 남은 상기 촉매금속(301)의 두께t1는 최초촉매금속 두께t의 약 0.15% 내지 50% 인 것을 특징으로 한다. 즉, 선제거단계(S130)에서는 최초촉매금속 두께t의 약 50% 내지 99.85%의 촉매금속을 제거한다. 도 2c에서 t1은 t의 약 0.15% 내지 50% 일 수 있다.
만약, 선제거단계(S130)에서 촉매금속(301)을 최초촉매금속 두께의 약 50%를 초과하여 남기는 경우에는 최종제거단계(S140)에서 나머지 촉매금속(301)을 제거하는데 시간이 오래 걸린다. 촉매금속제거시간은 최종제거단계(S140)에 의존하기 때문에 이 경우 촉매금속 제거시간이 종래에 비해 단축되는 효과가 나타나지 않는 문제가 있다.
또한, 선제거단계(S130)에서 촉매금속(301)을 최초촉매금속 두께의 약 0.15% 미만으로 남기는 경우에는 그래핀(302)에 손상이 발생하여 그래핀(302)의 면저항이 증가하고 결국 그래핀(302)의 전기적 특성이 저하되는 문제가 발생한다. 상세히, 촉매금속(301)는 불균일하게 식각된다. 즉, 촉매금속(301)의 금속결정 방향, 도메인, 전해, 압연 등이 촉매금속(301) 표면에서 균일하지 않기 때문에 촉매금속(301)의 표면의 각 부분에서 식각액이 침투 및 반응하는 정도가 각각 상이하다. 따라서, 촉매금속(301)는 전반적으로 불균일하게 식각된다. 그래핀(302)의 손상을 줄이기 위해서는 최종제거단계(S140)에서 일정 두께의 그래핀(302)이 잔존해야 하는데, 이러한 잔존 두께는 촉매금속(301)의 단차값으로 결정된다. 실험적으로, 촉매금속(301)은 적어도 약 0.05um 내지 35um 정도 잔존해야 하고, 이를 전체 금속촉매의 두께의 비율로 환산하면 약 0.15%가 된다.
한편, 선제거단계(S130)는 복수회 실시될 수 있다. 즉 촉매금속(301)을 복수회에 걸쳐 조금씩 제거할 수 있다. 이와 같이 선제거단계(S130)가 복수회 실시될 때, 각 단계에서 사용하는 식각액의 종류 및 농도는 서로 다른 것을 특징으로 한다. 식각액의 종류는 상술한 다양한 제1식각액 종류 중에서 선택할 수 있다.
다음으로, 최종제거단계에서 제2식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 나머지 촉매금속을 모두 제거한다(S140).
제2식각액은 염화철(FeCl3), 질산철(Fe(No3)3), 염화동(CuCl2), 암모늄퍼설페이트((NH4)2S2O8), 소듐퍼설페이트(Na2S2O8) 용액 및 과수황산타입 용액 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 바람직하게, 제2식각액은 제1식각액과 달리 그래핀에 손상을 줄일 수 있는 용액을 사용한다. 예를 들어, 제2식각액은 선제거단계에서 사용하는 제1식각액과 동일한 종류를 사용하더라도 제1식각액에 비해 저농도 용액을 사용하여 그래핀의 손상을 줄일 수 있다.
최종제거단계(S140)에서는 도 2d에 도시된 바와 같이 선제거단계(S130)에서 남은 촉매금속(301)을 모두 제거하여 그래핀(302)을 노출한다. 따라서, 제2식각액은 그래핀(302)에 접촉할 수 밖에 없으므로, 제2식각액은 제1식각액과 달리 그래핀의 손상을 줄일 수 있는 용액을 사용해야 한다.
상세히, 최종제거단계(S140)에서는 그래핀(302)의 면저항을 약 10옴/sq 내지 3000옴/sq 범위 내가 되도록 촉매금속(301)을 제거하는 것을 특징으로 한다.
이유는 최종제거단계(S140)의 제거과정에 의해 그래핀(302)의 면저항이 약 3000옴/sq보다 크게 될 경우, 저항막방식의 터치스크린에 그래핀(302)을 사용할 수 없게 된다. 또한 이 경우 면저항이 과도하게 커져서 그래핀이 전극 등으로 기능할 수 없게 된다. 한편, 그래핀(302)의 면저항이 약 10옴/sq보다 작게 되는 경우는 현재 기술로 달성하기 어려우나, 앞으로의 기술 발전에 따라 바람직하게는 더 작은 범위까지의 면저항을 가질 수도 있을 것이다.
한편, 그래핀(302)의 면저항은 그래핀(302)의 손상 여부와 연관이 있다. 그래핀(302)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 막인데, 식각액에 의해 평면구조의 일부가 떨어져 나가거나 끊어지게 되면 전자의 이동 경로가 끊어지게 되고 결국 면저항이 커지게 된다. 즉, 그래핀(302)의 면저항이 약 3000옴/sq보다 크다는 것은 그래핀(302)에 과도한 손상이 발생한 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 촉매금속 제거단계를 적어도 두 단계 이상으로 단계적으로 수행함으로써, 촉매금속 제거시간을 단축하고 그래핀(302)의 면저항을 일정 범위 내로 유지하는 효과가 있다. 즉, 선제거단계(S130)에서는 고농도, 빠른 식각 속도를 가진 제1식각액을 사용하여 촉매금속(301)의 약 50% 내지 99.85% 를 제거함으로써 전체 촉매금속 제거시간을 단축한다. 한편, 최종제거단계(S140)에서는 저농도 및 그래핀(302)의 면저항을 약 10옴/sq 내지 3000옴/sq의 범위로 하는 제2식각액을 사용하여 나머지 촉매금속(301)을 모두 제거함으로써, 그래핀(302)의 손상을 줄인다. 이를 위해 제1식각액으로는 주로 염화철(FeCl3) 또는 과수황산타입의 용액을 사용할 수 있다.
한편, 선제거공정(S130) 및 최종제거공정(S140)에서 제1식각액 및 제2식각액은 스프레이타입(spray-type), 바스타입(bath-type) 또는 그들의 조합 중 어느 하나의 방식을 통해 촉매금속(301)으로 공급된다.
스프레이타입의 경우, 식각액이 분사되어 촉매금속(301)으로 공급되며, 소량의 식각액으로 촉매금속(301)을 제거할 수 있는 특징이 있다. 바스타입의 경우 수조 속에 식각액을 채워넣고 촉매금속(301)을 식각액에 담궈 제거하는 것이며, 스프레이타입에 비해서 많은 식각액이 필요하나 촉매금속 전반에 식각액이 접촉하여 식각을 수행할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 세정 및 건조 공정(S150)을 진행한다. 세정 및 건조 공정에서는 그래핀(302)에 잔류하는 제1식각액 및 제2식각액이 제거된다. 세정공정은 초순수(D.I water)로 잔여 불순물을 닦아내는 과정으로 진행될 수 있다.
다음으로, 그래핀 전사공정(S160)이 진행된다. 도 2e를 참조하면, 노출된 그래핀(302)의 면에 타겟필름(304)이 배치됨으로써, 타겟필름(304)에 그래핀(302)이 전사된다. 타겟필름(304)으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate:PET), 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 합성 고무, 및 천연 고무 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 그래핀(302)이 전사된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트: polyethylene terephthalate) 필름(304)은 플렉서블 디스플레이, 유기발광소자, 솔라셀, 터치스크린 등에 사용될 수 있다
다음으로 지지체 제거공정(S170)이 진행된다. 지지체(303)가 열박리필름인 경우 소정의 열과 압력을 가하여 그래핀(302)과 열박리필름을 분리한다. 한편, 지지체(303)가 폴리머코팅인 경우 아세톤과 같은 유기용매로 폴리머코팅을 제거한다. 도 2f 는 지지체(303)가 제거된 그래핀(302) 필름을 나타낸 것이다.
마지막으로 도 2f의 그래핀(302) 필름에 그래핀(302) 도핑공정, 건조공정 및 분석공정이 더 진행될 수 있다.
한편, 표 2 내지 표 4는 본 발명의 효과를 나타내기 위해 본 발명의 일 실시예와 비교예를 대비하여 나타낸 것이다.
실시예에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 수득 방법과 같이 금속촉매제거단계를 두 단계로 나누어 진행하였으며, 비교예1 및 2에서는 금속촉매를 한 단계에서 모두 제거하였다. 실시예에서 선제거단계에서는 식각액1을 사용하였으며, 최종제거단계에서는 식각액2를 사용하였다. 여기서 식각액1의 종류는 염화철이나 과수황산 등이며, 식각액2의 종류는 과수황산, SPS(소듐퍼설페이트), APS(암모늄퍼설페이트) 등 이다. 식각액1은 식각액2에 비해 식각속도가 빠른 용액을 사용하였고, 식각액2는 그래핀의 면저항을 약 10옴/sq 내지 3000옴/sq 범위 내로 할 수 있는 용액을 사용하였다. 실시예의 선제거단계에서는 촉매금속 두께가 약 2um 내지 3um이 잔존하도록 하였다. 한편, 비교예1에서는 식각액1로만 금속촉매를 제거하였고, 비교예2에서는 식각액2로만 금속촉매를 제거하였다. 한편, 제1식각액 중 잔부% 물과 같은 용매일 수 있다.
제1식각액 종류 및 농도
과수:황산(%)		 제2식각액 종류 및 농도
암모늄퍼설페이트(M)		 총 식각시간
(분)		 그래핀의 면저항
(옴/sq)
실시예 25:10 0.2 약 12 약 400
제1식각액 종류 및 농도
과수:황산(%)		 총 식각시간(분) 그래핀의 면저항(옴/sq)
비교예1 25:10 약 8 약 3200
제2식각액 종류 및 농도
암모늄퍼설페이트(M)		 총 식각시간(분) 그래핀의 면저항(옴/sq)
비교예2 0.2 약 80분 약 400
표 2 및 표 3의 결과에서 알 수 있듯이 실시예의 경우 총 식각시간은 비교예1과 거의 유사하면서 그래핀의 면저항은 비교예1에 비해 실시예에서 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다. 또한, 표 2 및 표 4의 결과에서 알 수 있듯이 실시예의 경우 그래핀의 면저항은 비교예2와 거의 유사하면서 총 식각시간은 비교예2에 비해 실시예에서 현저히 짧은 것을 확인할 수 있다.
즉, 실시예의 경우, 촉매금속 제거를 단계적으로 수행함으로써, 선제거단계에서는 촉매금속의 제거시간을 단축할 수 있는 식각액의 종류 및 농도를 사용하고, 최종제거단계에서는 그래핀의 손상을 줄일 수 있는 식각액의 종류 및 농도를 사용하여, 비교예들에 비해 빠른 시간 안에 손상이 적은 그래핀을 수득할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 선제거단계는 습식 식각 방식이 아니라, 건식 식각 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 그래핀(302)이 형성되지 않은 촉매금속(301)의 일면을 후술할 습식 에칭 전에 플라즈마(plasma) 에칭하거나 폴리싱(polishing) 함으로써, 전체 에칭 공정 시간을 단축할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
301: 촉매금속
302: 그래핀
303: 지지체
304: 타겟필름

Claims (14)

  1. 촉매금속 일면에 그래핀을 형성하는 단계;
    상기 촉매금속이 배치되지 않은 상기 그래핀의 면에 지지체를 형성하는 단계;
    제1식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 상기 촉매금속의 최초 두께의 0.15% 내지 50%를 남기도록 두께 방향으로 상기 촉매금속의 일부를 제거하는 선제거단계;
    상기 선제거단계 후, 상기 제1식각액 보다 느린 식각 속도를 가진 제2식각액을 사용한 습식 식각 공정에 의해 두께 방향으로 상기 촉매금속의 나머지 부분을 제거하여 상기 그래핀을 노출시키는 최종제거단계;
    상기 최종제거단계 후에 상기 그래핀에 남아있는 상기 제1식각액 및 상기 제2식각액을 제거하는 세정단계; 및
    노출된 상기 그래핀을 타겟필름에 전사하는 단계;를 포함하는 그래핀의 수득 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1식각액은 염화철(FeCl3) 또는 과수황산타입의 용액이며,
    상기 제1식각액은 상기 제2식각액에 비해 고농도의 용액인 그래핀의 수득 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1식각액 또는 상기 제2식각액은 염화철(FeCl3), 질산철(Fe(No3)3), 염화동(CuCl2), 암모늄퍼설페이트((NH4)2S2O8), 소듐퍼설페이트(Na2S2O8) 용액 및 과수황산타입 용액 중 적어도 어느 하나를 이용한 것인 그래핀의 수득 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선제거단계는 복수회 실시되며,
    상기 선제거단계가 복수회 실시될 때, 각 단계에서 사용되는 식각액의 종류 또는 농도는 서로 다른 것을 특징으로 하는 그래핀의 수득 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 최종제거단계는 상기 그래핀의 면저항을 10옴/sq 내지 3000옴/sq 범위 내가 되도록 상기 촉매금속을 제거하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 수득 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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