KR101926497B1

KR101926497B1 - Graphene Synthesis Chamber

Info

Publication number: KR101926497B1
Application number: KR1020180033497A
Authority: KR
Inventors: 원동관; 남원식
Original assignee: 한화에어로스페이스 주식회사; 주식회사 앤피에스
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-12-07
Also published as: KR20180035749A

Abstract

본 발명은, 복수개의 기판들이 안치되는 내부 공간을 정의하는 챔버 케이스; 상기 내부 공간으로 탄소를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급부, 상기 내부 공간으로 빛을 조사하는 주 가열부, 상기 주 가열부에 대응하여 상기 기판의 일면과 대향하도록 배치되고, 상기 빛에 의해 가열된 후 열을 상기 내부 공간으로 방출하는 제1 보조 가열부, 및 상기 복수개의 기판들의 사이에 상기 기판의 적어도 하나의 면과 대향하도록 배치되고, 상기 빛에 의해 가열된 후 열을 상기 내부 공간으로 방출하는 제2 보조 가열부를 포함하는, 그래핀 합성 챔버를 제공한다.The present invention provides a plasma processing apparatus comprising: a chamber case defining an inner space in which a plurality of substrates are housed; A main heating unit for irradiating light to the inner space, a gas supply unit arranged to face one surface of the substrate corresponding to the main heating unit, And a second auxiliary heating part arranged to face the at least one surface of the substrate between the plurality of substrates and configured to emit heat into the inner space after being heated by the light, And a second auxiliary heating section for performing a second auxiliary heating.

Description

Graphene Synthesis Chamber < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 그래핀 합성 챔버에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene synthesis chamber.

일반적으로 그래파이트(graphite)는 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그래핀 시트(graphene sheet)가 적층된 구조를 갖는다. 최근 그래파이트로부터 그래핀을 벗겨 내어 특성을 조사한 결과 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다.Generally, graphite has a structure in which a plate-shaped two-dimensional graphene sheet in which carbon atoms are connected in a hexagonal shape is laminated. Recently graphene was stripped from graphite and its properties were investigated.

가장 주목할 특징으로는 그래핀에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로인 것처럼 흐른다는 것이다. 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐른다는 것을 의미한다. 그래핀은 또한 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 가진다는 것이다. 또한, 현재까지 그래핀의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000cm2/Vs의 높은 값을 갖는 것으로 알려져 있다. The most notable feature is that when electrons move from graphene, the mass of electrons flows like zero. This means that the electrons flow at the speed at which the light travels in the vacuum, that is, the light flux. Graphene also has an unusual half-integer quantum Hall effect on electrons and holes. Also, to date, the electron mobility of graphene is known to have a high value of about 20,000 to 50,000 cm 2 / Vs.

그래핀을 합성하기 위한 방법으로 화학기상증착법(chemical vapor deposition-CVD)이 사용된다. 화학기상증착법은 구리 또는 백금 등의 촉매금속으로 이루어진 금속박판을 그래핀 합성 챔버의 내부공간에 안치시키고, 메탄 또는 에탄 등의 탄화수소를 그래핀 합성 챔버의 내부공간에 주입한 후, 그래핀 합성 챔버의 내부공간을 고온으로 가열함으로써 금속박판의 표면에 그래핀을 합성하는 방법이다.Chemical vapor deposition (CVD) is used as a method for synthesizing graphene. In the chemical vapor deposition method, a metal thin plate made of a catalytic metal such as copper or platinum is placed in an inner space of a graphene synthesis chamber, a hydrocarbon such as methane or ethane is injected into an inner space of a graphene synthesis chamber, Is heated at a high temperature to synthesize graphene on the surface of the thin metal plate.

상술한 바와 같이 그래핀은 매우 유용한 성질을 가지고 있지만 그래핀을 합성하기 위해 고온/고진공의 환경을 설정하는데 비교적 많은 시간이 걸리므로, 대면적의 그래핀 시트를 경제적인 방식으로 양산하기 어렵다.As described above, although graphene has very useful properties, it takes a relatively long time to set a high-temperature / high-vacuum environment to synthesize graphene, so it is difficult to mass-produce large-area graphene sheets in an economical manner.

본 발명의 일실시예들은 열제어가 용이한 그래핀 합성 챔버에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a graphene synthesis chamber that facilitates thermal control.

복수개의 기판들이 안치되는 내부 공간을 정의하는 챔버 케이스; 상기 내부 공간으로 탄소를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 내부 공간으로 빛을 조사하는 주 가열부; 상기 주 가열부에 대응하여 상기 기판의 일면과 대향하도록 배치되고, 상기 빛에 의해 가열된 후 열을 상기 내부 공간으로 방출하는 제1 보조 가열부; 및 상기 복수개의 기판들의 사이에 상기 기판의 적어도 하나의 면과 대향하도록 배치되고, 상기 빛에 의해 가열된 후 열을 상기 내부 공간으로 방출하는 제2 보조 가열부를 포함하는, 그래핀 합성 챔버를 제공한다.A chamber case defining an internal space in which a plurality of substrates are housed; A gas supply unit for supplying a gas containing carbon to the internal space; A main heating unit for irradiating light to the inner space; A first auxiliary heating unit arranged to face one surface of the substrate corresponding to the main heating unit and emitting heat to the inner space after being heated by the light; And a second auxiliary heating unit disposed between the plurality of substrates so as to face at least one surface of the substrate, the second auxiliary heating unit being heated by the light and then emitting heat to the internal space do.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1 보조 가열부 및 상기 제2 보조 가열부 사이에 상기 복수개의 기판들 중 하나가 배치될 수 있다.According to an aspect of the present invention, one of the plurality of substrates may be disposed between the first auxiliary heating part and the second auxiliary heating part.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 복수개의 기판들 중 적어도 일부는 서로 평행하게 배치되며, 상기 제1 보조 가열부 및 상기 제2 보조 가열부는 상기 복수개의 기판들 중 적어도 일부와 평행하게 배치될 수 있다. According to another aspect of the present invention, at least some of the plurality of substrates are arranged parallel to each other, and the first auxiliary heating unit and the second auxiliary heating unit are arranged parallel to at least a part of the plurality of substrates .

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 보조 가열부 및 상기 제2 보조 가열부는 그라파이트를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the first auxiliary heating portion and the second auxiliary heating portion may include graphite.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 근적외선을 포함하는 빛을 이용함으로써, 그래핀 합성에 필요한 온도를 단시간 내에 형성할 수 있고 기판을 균일하게 가열할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by using light including near-infrared rays, a temperature required for graphene synthesis can be formed within a short time, and the substrate can be uniformly heated.

또한, 보조 가열부를 구비함으로써 급격한 온도 상승을 방지하고 복사 에너지의 손실을 최소화하여 그래핀 합성의 효율을 증가시킬 수 있다.Further, by providing the auxiliary heating unit, it is possible to prevent an abrupt temperature rise and to minimize the loss of radiant energy, thereby increasing the efficiency of graphene synthesis.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 사용되는 금속박판을 포함하는 기판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버에서 주 가열부를 발췌하여 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6는 도 5의 Ⅵ부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버로서, 설명의 편의를 위해 챔버의 내부를 일부분 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 취한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버에서 합성된 그래핀의 라만 스펙트럼을 나타낸다.1A and 1B are cross-sectional views schematically showing a substrate including a thin metal plate used in the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically illustrating a graphene synthesis chamber according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a main heating part in a graphene synthesis chamber according to another embodiment of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view of a graphene synthesis chamber according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic cross-sectional view of a graphene synthesis chamber according to another embodiment of the present invention.
6 is an enlarged cross-sectional view of the portion VI of FIG.
FIG. 7 is a graphene synthesis chamber according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing a part of the interior of the chamber for convenience of explanation.
8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in Fig.
9 shows a Raman spectrum of graphene synthesized in a graphene synthesis chamber according to an embodiment of the present invention.

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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 명세서에서 "금속박판을 포함하는 기판(10, 이하, 기판이라 함)"은 도 1a에 도시된 베이스층(11) 상에 금속박판층(12)이 형성된 경우를 나타내거나, 또는 도 1b에 도시된 금속박판이 단일층으로 구비된 경우를 나타낸다. The substrate 10 (hereinafter referred to as a substrate) including a thin metal plate is referred to herein as a case where the thin metal layer 12 is formed on the base layer 11 shown in FIG. 1A, And shows a case in which the thin metal plate shown is provided as a single layer.

도 1a를 참조하면, 베이스층(11) 상에 금속박판층(12)이 형성된 기판(10a)의 경우에 베이스층(11)은 Si, 글래스, GaN, 실리카 등의 무기물이나, Ni, Cu, W 등의 금속을 사용할 수 있다. 또는, SiO2, Si3N4, SiON, SIOF, BN, HSQ(hydrogen silsesquiloxane), 크세로겔(xerogel), 에어로겔(aero gel), 폴리 나프탈렌(poly naphthalene), 비정질 카본(carbon) 불화물(a-CF), SiOC, MSQ, 블랙 다이아몬드(black diamond) 등을 이용할 수 있다. 1A, the base layer 11 may be made of an inorganic material such as Si, glass, GaN, silica or the like, or a metal such as Ni, Cu, or the like in the case of the substrate 10a in which the metal thin plate layer 12 is formed on the base layer 11. [ W may be used. (A-CF), amorphous silicon carbide (SiCN), Si3N4, SiON, SIOF, BN, hydrogen silsesquiloxane, xerogel, aero gel, poly naphthalene, SiOC, MSQ, black diamond and the like can be used.

금속박판층(12)은 스퍼터링장치, 전자빔 증발장치 등을 이용하여 베이스층(11) 상에 형성될 수 있다. 금속박판층(12)은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 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), 팔라듐(Pd), 이트리움(Y), 및 지르코늄(Zr)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. The metal thin plate layer 12 may be formed on the base layer 11 using a sputtering apparatus, an electron beam evaporation apparatus, or the like. The metal thin plate layer 12 is formed of a metal such as Ni, Co, Fe, Pt, Au, Ag, Al, Cr, ), Magnesium (Mg), manganese (Mn), molybdenum (Mo), rhodium (Rh), silicon (Si), tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), uranium V), palladium (Pd), yttrium (Y), and zirconium (Zr).

도 1b를 참조하면, 금속박판의 단일층으로 이루어진 기판(10b)은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 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), 팔라듐(Pd), 이트리움(Y), 및 지르코늄(Zr)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1B, a substrate 10b made of a single layer of a metal thin plate may be formed of a metal such as Ni, Co, Fe, Pt, Au, Ag, (Al), Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, At least one metal selected from the group consisting of W, U, V, Pd, Y, and Zr.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버를 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically illustrating a graphene synthesis chamber according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 그래핀 합성 챔버(100)는 챔버 케이스(110), 및 주 가열부(120)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the graphene synthesis chamber 100 includes a chamber case 110, and a main heating unit 120.

챔버 케이스(110)는 기판(10)이 안착될 수 있는 내부 공간(I)를 정의한다. 예컨대, 챔버 케이스(110)는 상부에 위치하는 제1 챔버 케이스(111)와 하부에 위치하는 제2 챔버 케이스(112)를 구비함으로써, 제1,2 챔버 케이스(111, 112) 사이에 내부 공간(I)을 형성할 수 있다. 내부 공간(I)에는 기판(10)을 안착하기 위한 스테이지(미도시)가 구비될 수 있다.The chamber case 110 defines an internal space I in which the substrate 10 can be seated. For example, the chamber case 110 includes a first chamber case 111 located at an upper position and a second chamber case 112 located at a lower position, (I) can be formed. A stage (not shown) for seating the substrate 10 may be provided in the inner space I.

그래핀 합성 챔버(100)는 내부 공간(I)을 감압하기 위하여 제1 감압부(101) 또는 제2 감압부(103)를 구비할 수 있다. 또는, 제1,2 감압부(101, 103)를 동시에 구비할 수 있다. 이 경우 제1 감압부(101)의 일측에, 제2 감압부(103)는 타측에 구비될 수 있다. 제1,2 감압부(101, 103)를 통해 내부 공간(I)의 가스를 외부로 빼내어 그래핀 합성 챔버(100)의 내부 공간(I)은 약 수 torr ~ 10^-3 torr 정도로 감압될 수 있다.The graphene synthesis chamber 100 may include a first decompression unit 101 or a second decompression unit 103 for decompressing the inner space I. Alternatively, the first and second pressure-sensitive parts 101 and 103 may be provided at the same time. In this case, the first pressure-sensitive part 101 may be provided on one side, and the second pressure-sensitive part 103 may be provided on the other side. The inner space I of the graphene synthesis chamber 100 can be decompressed to about several torr to 10 ^-3 torr by exhausting the gas in the inner space I through the first and second decompression units 101 and 103 have.

가스 공급부(102)는 그래핀 합성 챔버(100)의 일측에 구비되며, 내부 공간(I)으로 탄소를 포함하는 가스를 공급한다. 탄소를 포함하는 가스는 그래핀 형성을 위한 반응 가스로서, 예컨대 일산화탄소, 이산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.The gas supply unit 102 is provided at one side of the graphene synthesis chamber 100 and supplies a gas containing carbon to the internal space I. The gas containing carbon is used as a reaction gas for graphene formation and is used as a reaction gas for forming graphene, for example, carbon monoxide, carbon dioxide, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, propylene, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, And toluene may be used.

한편, 가스 공급부(102)는 탄소를 포함하는 가스뿐만 아니라 분위기 가스도 내부 공간(I)으로 공급할 수 있다. 분위기 가스는 헬륨, 아르곤과 같은 불활성 가스와, 금속박판의 표면을 깨끗하게 유지하기 위한 수소와 같은 비반응 가스를 포함할 수 있다.On the other hand, the gas supply unit 102 can supply not only the gas containing carbon but also the atmospheric gas to the internal space I. The atmospheric gas may include an inert gas, such as helium or argon, and a non-reacted gas, such as hydrogen, to keep the surface of the metal foil clean.

본 실시예에서는 가스 공급부(102)가 탄소를 포함하는 가스 및 분위기 가스를 공급하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 탄소를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급부와 분위기 가스를 공급하는 가스 공급부가 각각 구비되어, 탄소를 포함하는 가스와 분위기 가스가 각각 내부 공간(I)으로 공급될 수 있다.In this embodiment, the case where the gas supply unit 102 supplies the gas containing carbon and the atmospheric gas has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, a gas supply part for supplying a gas containing carbon and a gas supply part for supplying an atmosphere gas, respectively, so that a gas containing carbon and an atmospheric gas can be supplied to the inner space I, respectively.

가스 배출부(104)는 그래핀 합성 챔버(100)의 타측에 구비되며, 내부 공간(I)에서 그래핀 합성에 이용된 후 나머지 잔류 가스들을 외부로 배기한다.The gas discharge part 104 is provided on the other side of the graphene synthesis chamber 100 and is used for graphene synthesis in the internal space I and then exhausts remaining residual gases to the outside.

주 가열부(120)는 내부 공간(I)으로 근적외선 파장대역을 포함하는 빛을 조사한다. 근적외선 파장대역의 빛은 주로 기판(10)을 가열할 수 있다. 근적외선 파장대역의 빛은 기판(10)에 직접 조사되어 기판(10) 자체의 온도를 균일하게 상승시키며 그래핀 합성에 필요한 온도를 단시간에 형성할 수 있다. The main heating unit 120 irradiates light including the near-infrared wavelength band to the inner space I. The light in the near-infrared wavelength band can mainly heat the substrate 10. The light in the near-infrared wavelength band is directly irradiated to the substrate 10 to uniformly raise the temperature of the substrate 10 itself and to form the temperature required for the graphene synthesis in a short time.

본 발명의 비교예로서 인덕터 코일을 이용하여 챔버의 내부를 가열하는 경우를 살펴보면, 챔버의 내부 공간(I)을 전체적으로 데워줘야 하기 때문에 그래핀 합성에 필요한 온도를 형성하는데 오랜 시간이 걸리며, 그래핀 합성 후 온도를 내리는 데에도 오랜 시간이 걸린다. 반면, 본 발명에 따른 그래핀 합성 챔버(100)는 근적외선을 포함하는 빛을 이용하므로 온도 제어가 용이하고, 내부 공간(I)을 전체적으로 데우지 않고서도 단시간에 그래핀 합성에 필요한 온도까지 기판(10)을 가열할 수 있으며, 기판(10)의 위치에 관계없이 균일하게 온도를 상승시킬 수 있다. As a comparative example of the present invention, in the case of heating the inside of the chamber using the inductor coil, it takes a long time to form the temperature necessary for graphene synthesis because the internal space I of the chamber must be heated as a whole, It takes a long time to lower the temperature after synthesis. On the other hand, since the graphene synthesis chamber 100 according to the present invention uses light including near-infrared rays, temperature control is easy, and the temperature of the substrate 10 Can be heated, and the temperature can be uniformly raised regardless of the position of the substrate 10.

주 가열부(120)는 근적외선 파장대역뿐만 아니라 중적외선 및 가시광선 중 적어도 어느 하나에 해당하는 파장대역의 빛을 방출할 수 있다. 중적외선 또는 가시광선 파장대역의 빛은 그래핀 합성 챔버(100)의 내부로 공급된 탄소를 포함하는 가스를 데울 수 있다.The main heating unit 120 can emit light in a wavelength band corresponding to at least one of the near-infrared wavelength band and the near-infrared light and visible light. Light in the mid-infrared or visible light wavelength band may heat the gas containing carbon supplied into the graphene synthesis chamber 100.

근적외선 파장대역의 빛은 기판(10)을 데우고 중적외선 및 가시광선 파장대역의 빛은 탄소를 포함하는 가스를 데우므로, 제1,2 챔버 케이스(111, 112)의 외벽의 온도는 기판(10)의 온도와 대비할 때 상대적으로 낮은 온도를 유지할 수 있다. 즉, 그래핀 합성 챔버(700)를 모두 데울 필요없이 기판(10) 및 그 주변만을 데움으로써 그래핀 합성에 필요한 온도 제어가 가능하다. 이와 같은 구성을 통해 그래핀 합성에 필요한 온도까지 가열시켰다가 냉각시키는데 드는 시간을 절약할 수 있으므로 그래핀 합성의 양산성을 확보할 수 있다.The temperature of the outer wall of the first and second chamber cases 111 and 112 is lower than the temperature of the substrate 10 Lt; RTI ID = 0.0 > temperature). &Lt; / RTI > That is, temperature control required for graphene synthesis is possible by heating only the substrate 10 and its periphery without heating the graphene synthesis chamber 700. With such a configuration, it is possible to save time for cooling after heating to a temperature required for graphene synthesis, thereby ensuring mass productivity of graphene synthesis.

또한, 앞서 설명한 비교예로서 인덕터 코일을 이용하여 챔버의 내부를 가열하는 경우에 비하여 본 발명에 따른 그래핀 합성 챔버(100)는 불필요한 성분, 예컨대 불순물들이 그래핀 합성 챔버(100)의 외벽 또는 배관에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.As compared with the case where the inside of the chamber is heated by using the inductor coil as the comparative example described above, the graphene synthesis chamber 100 according to the present invention can prevent unnecessary components, for example, impurities, from flowing into the outer wall of the graphene synthesis chamber 100, Can be minimized.

주 가열부(120)는 할로겐 램프(121)와 윈도우(122)를 포함할 수 있다. 할로겐 램프(121)는 복수개로 소정의 간격 이격되어 배치될 수 있다. 할로겐 램프(121)는 근적외선과, 중적외선 또는/및 가시광선의 빛을 방출한다. The main heating unit 120 may include a halogen lamp 121 and a window 122. The halogen lamps 121 may be spaced apart from each other by a predetermined distance. The halogen lamp 121 emits near-infrared light, medium-infrared light, and / or visible light.

윈도우(122)는 할로겐 램프(121)의 외주를 둘러싸도록 배치되는 투명한 소재로서, 예컨대 석영을 포함할 수 있다. 윈도우(112)는 할로겐 램프(121)를 보호하며, 광 효율을 증진시킬 수 있다.The window 122 is a transparent material disposed to surround the outer periphery of the halogen lamp 121, and may include quartz, for example. The window 112 protects the halogen lamp 121 and can enhance the light efficiency.

이하에서는, 상기와 같은 구조를 갖는 그래핀 합성 챔버(100)에서 그래핀이 합성되는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of synthesizing graphene in the graphene synthesis chamber 100 having the above structure will be described.

먼저, 내부 공간(I)에 기판(10)을 안착시킨 후, 진공펌프(미도시)를 이용하여 제1,2 감압부(101, 103)를 통해 내부 공간(I)에 포함된 가스를 외부로 빼내어 내부 공간(I)을 감압한다. 내부 공간(I)은 약 수백 torr ~ 10-6 torr 정도의 압력을 가질 수 있다.First, after the substrate 10 is placed in the inner space I, the gas contained in the inner space I is discharged to the outside through the first and second decompression units 101 and 103 by using a vacuum pump (not shown) And the internal space I is decompressed. The inner space I may have a pressure of about several hundred torr to 10 < -6 > torr.

이 후, 가스 공급부(102)를 통해서 분위기 가스를 내부 공간(I)에 주입할 수 있다. 분위기 가스로는 예컨대 헬륨, 아르곤과 같은 불활성 가스 및/또는 금속박판의 표면을 깨끗하게 유지하기 위한 수소와 같은 비반응 가스가 사용될 수 있다.Thereafter, the atmospheric gas can be injected into the inner space I through the gas supply unit 102. As the atmosphere gas, for example, an inert gas such as helium, argon, and / or a non-reacted gas such as hydrogen for keeping the surface of the metal thin plate clean can be used.

분위기 가스를 주입한 후, 주 가열부(120)를 이용하여 기판(10)을 가열하고, 기판(10)의 온도가 충분히 높아지면 가스 공급부(102)를 통해서 탄소를 포함하는 가스, 즉 반응 가스를 공급한다.The substrate 10 is heated using the main heating unit 120. When the temperature of the substrate 10 becomes sufficiently high, a gas containing carbon, that is, a reactive gas .

주 가열부(120)에서 방출된 근적외선 파장대역의 빛에 의해 기판(10)이 가열되면, 기판(10) 자체의 온도가 상승한다. 기판(10) 자체의 온도 상승으로 기판(10) 주변도 국소적으로 온도가 상승하게 되어 탄소를 포함하는 가스는 열에너지를 공급받을 수 있다. 또한, 탄소를 포함하는 가스는 주 가열부(120)에서 방출되는 가시광선 및/또는 중적외선 파장대역의 빛에 의해서도 에너지를 공급받게 되므로, 그래핀 합성에 필요한 조건이 빠르게 형성된다. 예컨대, 에너지를 공급받은 탄소를 포함하는 가스는 금속박판에 흡수되기 위한 상태로 분해될 수 있다.When the substrate 10 is heated by the light in the near-infrared wavelength band emitted from the main heating unit 120, the temperature of the substrate 10 itself rises. The temperature of the periphery of the substrate 10 also locally rises due to the temperature rise of the substrate 10 itself, so that the gas containing carbon can be supplied with thermal energy. Also, since the gas containing carbon is supplied with energy by visible light emitted from the main heating unit 120 and / or light in the mid-infrared wavelength band, conditions necessary for graphene synthesis are rapidly formed. For example, a gas containing carbon supplied with energy can be decomposed into a state to be absorbed into the metal thin plate.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 주 가열부를 발췌하여 나타낸 단면도이다.Fig. 3 is a cross-sectional view showing the main heating part as an excerpt from another embodiment of the present invention. Fig.

도 3을 참조하면, 주 가열부(120')는 소정의 간격 이격되어 배치된 할로겐 램프(121')와 할로겐 램프(121')가 빛을 방출하는 방향을 따라 할로겐 램프(121')와 인접하게 배치된 윈도우(122')를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명한 윈도우(122)는 할로겐 램프(121)의 외주면에 구비되었으나, 본 실시예에 따른 윈도우(122')는 일방향을 따라 평행하게 배치된 할로겐 램프(121')의 일측에 구비될 수 있다.Referring to FIG. 3, the main heating unit 120 'includes a halogen lamp 121' arranged at a predetermined interval and a halogen lamp 121 'adjacent to the halogen lamp 121' along a direction in which the halogen lamp 121 ' (Not shown). Although the window 122 described with reference to FIG. 2 is provided on the outer circumferential surface of the halogen lamp 121, the window 122 'according to the present embodiment is provided on one side of the halogen lamp 121' .

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 그래핀 합성 챔버를 개략적으로 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesis chamber as another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버(200)도 챔버 케이스(210) 및 주 가열부(220)를 포함하며, 챔버 케이스(210)의 내부 공간(I)을 감압하기 위한 제1,2 감압부(201, 203)를 구비하는 점, 그래핀 합성에 필요한 탄소를 포함한 가스와 분위기 가스가 유입되고 배출되는 가스 공급부(202) 및 가스 배출부(204)를 구비하는 점에서 도 2를 참고하여 설명한 그래핀 합성 챔버(100)와 동일하므로 앞서 설명한 내용으로 갈음한다.4, a graphene synthesis chamber 200 according to an embodiment of the present invention includes a chamber case 210 and a main heating unit 220. The interior space I of the chamber case 210 is connected to a vacuum The first and second pressure-reducing portions 201 and 203 for supplying the gas and the gas including the carbon necessary for graphene synthesis and the gas discharge portion 204 into which the atmospheric gas is introduced and discharged, It is the same as the graphene synthesis chamber 100 described with reference to FIG.

다만, 본 실시예에 따르면, 주 가열부(220)가 기판(10)의 상부 및 하부에 모두 구비된 점에서 차이를 보인다.However, the present embodiment differs from the first embodiment in that the main heating part 220 is provided on both the top and bottom of the substrate 10. [

할로겐 램프(221)와 윈도우(222)를 포함하는 주 가열부(220)는 상부와 하부에 구비되어, 근적외선 파장대역을 포함하는 빛을 방출한다. 또한, 주 가열부(220)는 할로겐 램프(221)와 윈도우(222)를 포함할 수 있으며, 중적외선 또는/및 가시광선을 파장대역의 빛을 기판(10)의 상부 및 하부를 향해 방출할 수 있다. A main heating unit 220 including a halogen lamp 221 and a window 222 is provided on the upper and lower sides to emit light including a near-infrared wavelength band. The main heating unit 220 may include a halogen lamp 221 and a window 222. The main heating unit 220 may emit light in the wavelength band of the middle infrared ray and / or visible light toward the upper and lower portions of the substrate 10 .

주 가열부(220)로부터 빛이 상부와 하부에서 동시에 방출되므로, 기판(10)의 온도는 보다 균일하게 상승할 수 있으며, 온도 상승 시간도 더 짧아지게 되므로, 그래핀 합성에 필요한 시간을 보다 절약할 수 있다.The temperature of the substrate 10 can be raised more uniformly and the temperature rise time is also shortened because the light is simultaneously emitted from the main heating unit 220 at the upper part and the lower part, can do.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 그래핀 합성 챔버를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅴ?부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesis chamber according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion V of FIG.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버(300)도 챔버 케이스(310), 챔버 케이스(310)의 내부 공간(I)을 감압하기 위한 제1,2 감압부(301, 303), 그래핀 합성에 필요한 탄소를 포함한 가스가 공급되고 배출되는 가스 공급부(302)와 가스 배출부(304)를 구비하며, 보조 가열부(330)을 구비할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 차이점을 위주로 설명한다.5, a graphene synthesis chamber 300 according to an embodiment of the present invention includes a chamber case 310, first and second decompression units 301 and 302 for decompressing the inner space I of the chamber case 310, And a gas discharge unit 304 for supplying and discharging a gas containing carbon necessary for graphene synthesis and an auxiliary heating unit 330. Hereinafter, differences will be mainly described for convenience of explanation.

주 가열부(320)는 내부 공간(I)으로 주로 기판(10)을 가열시키는 근적외선 파장대역을 포함하는 빛을 방출한다. 근적외선 파장대역의 빛은 기판(10)에 직접 조사되어 기판(10) 자체의 온도를 균일하게 상승시키며 그래핀 합성에 필요한 온도를 단시간에 형성할 수 있다. The main heating unit 320 emits light including a near-infrared wavelength band that mainly heats the substrate 10 into the inner space I. The light in the near-infrared wavelength band is directly irradiated to the substrate 10 to uniformly raise the temperature of the substrate 10 itself and to form the temperature required for the graphene synthesis in a short time.

보조 가열부(330)는 기판(10)의 일측 면과 타측 면 중 적어도 어느 하나의 면과 대향하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 보조 가열부(330)는 기판(10)을 사이에 두고 양측에 배치되는 제1 보조 가열부(331)와 제2 보조 가열부(332)를 포함할 수 있다. The auxiliary heating unit 330 may be arranged to face at least one of the one side surface and the other side surface of the substrate 10. For example, the auxiliary heating unit 330 may include a first auxiliary heating unit 331 and a second auxiliary heating unit 332 disposed on both sides of the substrate 10.

제1 보조 가열부(331)와 제2 보조 가열부(332)는 상호 이격된 채 마주보도록 배치되어 이들 사이에 보조 공간(S)을 정의한다. 예컨대, 제1 보조 가열부(331)는 기판(10)과 소정의 간격 이격된 채 기판(10)의 일면과 대향하도록 배치되며, 제2 보조 가열부(332)는 기판(10)의 타면과 대향하도록 배치될 수 있다. 제1,2 보조 가열부(331, 332)는 단시간에 보조 공간(S)을 그래핀 합성에 최적화된 상태로 형성할 수 있다.The first auxiliary heating unit 331 and the second auxiliary heating unit 332 are disposed to face each other with a space therebetween to define an auxiliary space S therebetween. For example, the first auxiliary heating unit 331 is arranged to face the first surface of the substrate 10 while being spaced apart from the substrate 10 by a predetermined distance, and the second auxiliary heating unit 332 is disposed on the other surface of the substrate 10 As shown in FIG. The first and second auxiliary heating sections 331 and 332 can form the auxiliary space S in a state optimized for graphene synthesis in a short time.

제1,2 보조 가열부(331, 332)는 주 가열부(320)에서 방출되는 근적외선 파장대역의 빛에 의해 온도가 상승될 수 있다. 제1,2 보조 가열부(331, 332)는 근적외선 파장대역의 빛에 의해 온도가 상승될 수 있는 소재라면 그 종류를 불문할 것이다. 예컨대, 제1,2 보조 가열부(331, 332)는 금속 또는 그라파이트(graphite)를 포함할 수 있다.The temperature of the first and second auxiliary heating units 331 and 332 may be raised by the light in the near-infrared wavelength band emitted from the main heating unit 320. The first and second auxiliary heating units 331 and 332 may be of any type if the material can be raised in temperature by light in the near-infrared wavelength band. For example, the first and second auxiliary heating units 331 and 332 may include a metal or graphite.

근적외선 파장대역의 빛에 의해 기판(10)이 가열되면, 기판(10) 자체의 온도가 상승될 뿐만 아니라 기판(10)에서 발생하는 열에 의하여 기판(10)의 주변 온도가 국소적으로 상승한다. 이 때, 제1,2 보조 가열부(331, 332)는 기판(10)의 주변에 배치되어 기판(10)의 주변에서 발생하는 열을 가두는 역할을 한다.When the substrate 10 is heated by the light in the near-infrared wavelength band, the temperature of the substrate 10 itself is raised, and the ambient temperature of the substrate 10 locally rises due to heat generated in the substrate 10. At this time, the first and second auxiliary heating units 331 and 332 are disposed around the substrate 10 and serve to confine the heat generated in the periphery of the substrate 10.

또한, 근적외선 파장대역의 빛에 의해 제1,2 보조 가열부(331, 332) 자체의 온도가 상승하므로, 기판(10)을 중심으로 형성된 보조 공간(S)은 내부 공간(I)의 다른 공간들 보다 온도가 더 높아진다. 즉, 제1,2 보조 가열부(331, 332)에 의해 그래핀 합성에 필요한 온도 조건에 더욱 빨리 도달할 수 있다.Since the temperatures of the first and second auxiliary heating parts 331 and 332 themselves are raised by the light in the near infrared ray wavelength band, the auxiliary space S formed around the substrate 10 is separated from the other spaces The temperature is higher than that of the air. That is, the first and second auxiliary heating sections 331 and 332 can reach the temperature conditions required for graphene synthesis more quickly.

보조 공간(S)을 중심으로 그래핀 합성이 이루어지므로, 탄소를 포함하는 가스는 보조 공간(S)으로만 공급되면 충분하다. 따라서, 보조 공간(S)이외의 영역으로 이동하는 가스의 발생, 즉 가스의 누설을 최소화하기 위해 가스 공급부(302)는 보조 공간(S)을 향해 연장된 연장부(302a)를 포함할 수 있다. Since the graphene synthesis is performed around the auxiliary space S, it is sufficient if the gas containing carbon is supplied only to the auxiliary space S. The gas supply section 302 may include an extension 302a extending toward the auxiliary space S in order to minimize the generation of gas moving to the area other than the auxiliary space S, .

그래핀 합성에 이용된 후 남은 잔류 가스들을 배기하는 가스 배출부(104)도 연장부(304a)를 포함하여 잔류 가스를 신속히 배출함으로써, 보조 공간(S)을 그래핀 합성에 필요한 최적의 상태로 유지할 수 있다.The gas discharge part 104 for discharging residual gases remaining after being used for graphene synthesis also includes the extended part 304a to promptly discharge the residual gas so that the auxiliary space S is in an optimum state necessary for graphene synthesis .

본 실시예에서는 주 가열부(320)가 상부에만 구비된 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버(300)에서도 주 가열부(320)가 그래핀 합성 챔버(300)의 상부 및 하부에 모두 구비될 수 있음은 물론이다.In the present embodiment, the main heating unit 320 is provided only at the upper portion, but the present invention is not limited thereto. As described above with reference to FIG. 4, it is needless to say that the main heating unit 320 may be provided both in the upper part and the lower part of the graphene synthesis chamber 300 in the graphene synthesis chamber 300 according to the present embodiment .

본 실시예에서는 주 가열부(320)의 윈도우(322)가 할로겐 램프들(321)의 일측면과 대향하도록 1개 구비된 경우를 도시하였으나, 도 2을 참조하여 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 주 가열부(320)도 할로겐 램프(321) 및 각각의 할로겐 램프(321)의 외주면을 둘러싸는 윈도우(322)로 구비될 수 있음은 물론이다.In this embodiment, one window 322 of the main heating unit 320 is provided so as to face one side of the halogen lamps 321. However, as described with reference to FIG. 2, It is needless to say that the main heating unit 320 may also be a window 322 surrounding the halogen lamp 321 and the outer circumferential surface of each halogen lamp 321.

이하에서는, 상기와 같은 구조를 갖는 그래핀 합성 챔버(300)에서 그래핀이 합성되는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of synthesizing graphene in the graphene synthesis chamber 300 having the above structure will be described.

먼저, 내부 공간(I)에 기판(10)을 안착시킨 후, 진공펌프(미도시)를 이용하여 내부 공간(I)에 포함된 가스를 제1,2 감압부(301, 303)를 통해 외부로 빼낸다. 내부 공간(I)은 대기압 보다 낮은 압력상태, 예컨대 수백 torr ~ 10^-6 torr 정도의 압력을 가질 수 있다.First, after the substrate 10 is placed in the inner space I, the gas contained in the inner space I is supplied to the outside through the first and second decompression units 301 and 303 using a vacuum pump (not shown) . The inner space I may have a pressure lower than the atmospheric pressure, for example, a pressure of the order of several hundred torr to 10 ^-6 torr.

이 후, 가스 공급부(302)를 통해서 분위기 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤과 같은 불활성 가스 및/ 또는 금속박판의 표면을 깨끗하게 유지하기 위한 수소와 같은 비반응 가스를 주입할 수 있다. 이 때, 가스 공급부(302)는 보조 공간(S)을 향해 길이가 연장되어 있으므로 기판(10)이 높인 보조 공간(S)으로 분위기 가스가 효과적으로 공급될 수 있다.Thereafter, an inert gas such as helium, argon, and / or a nonreactive gas such as hydrogen to keep the surface of the thin metal plate clean can be injected through the gas supply unit 302. At this time, since the gas supply unit 302 extends toward the auxiliary space S, the atmospheric gas can be effectively supplied to the auxiliary space S in which the substrate 10 is elevated.

분위기 가스를 주입한 후, 주 가열부(320)를 이용하여 기판(10) 및 제1,2 보조 가열부(331, 332)을 가열한다. 도 6을 참조하면, 주 가열부(320)에서 방출되는 근적외선 파장대역의 빛에 의해 기판(10) 및 제1,2 보조 가열부(331, 332)의 온도가 충분히 높아지면, 기판(10)과 제1,2 보조 가열부(331, 332)에서 방출되는 열(H)에 의하여 보조 공간(S)에는 그래핀을 합성하기에 충분한 온도가 형성된다. 예컨대, 보조 공간(S)과 기판(10)의 온도는 약 1000℃ 또는 그 이상이 될 수 있다.The substrate 10 and the first and second auxiliary heating units 331 and 332 are heated by using the main heating unit 320 after the atmosphere gas is injected. 6, when the temperature of the substrate 10 and the first and second auxiliary heating sections 331 and 332 are sufficiently raised by the light of the near-infrared wavelength band emitted from the main heating section 320, A temperature sufficient to synthesize graphene is formed in the auxiliary space S by the heat H emitted from the first and second auxiliary heating parts 331 and 332. For example, the temperature of the auxiliary space S and the substrate 10 may be about 1000 캜 or higher.

이 후, 가스 공급부(302)를 통해서 탄소를 포함하는 가스, 즉 반응 가스를 공급한다. 이 때, 가스 공급부(302)와 대향하는 측에 구비된 가스 배출부(304)도 보조 공간(S)을 향해 길이가 연장된 상태이므로, 일측에서는 가스 공급부(302)로 반응 가스를 공급하면서 타측에서는 가스 배출부(304)를 이용하여 가스를 배기함으로써 반응 가스가 보조 공간(S)을 흘러 지나갈 수 있도록 한다. 반응 가스(G)는 보조 공간(S)에서 에너지를 공급받아 그래핀 합성에 필요한 상태로 분해된다.Thereafter, a gas containing carbon, that is, a reactive gas is supplied through the gas supply unit 302. At this time, since the length of the gas discharge portion 304 provided on the side opposite to the gas supply portion 302 is also extended toward the auxiliary space S, the gas supply portion 302 supplies the reaction gas to the gas supply portion 302, The gas discharge unit 304 is used to exhaust the gas so that the reaction gas can flow through the auxiliary space S. The reaction gas G is supplied with energy in the auxiliary space S and decomposed into a state necessary for graphene synthesis.

반응 가스(G)가 고온의 보조 공간(S)을 지나갈 때 기판(10), 즉 표면이 활성화된 금속박판의 표면과 접촉하게 되는데 이 과정에서 분해된 반응 가스(G)가 표면 활성화된 금속박판에 흡수되면서 그래핀 결정이 성장된다.When the reaction gas G passes through the high-temperature auxiliary space S, the surface of the substrate 10, that is, the surface of the activated metal foil, comes into contact with the reaction gas G. In this process, And graphene crystals grow.

본 실시예에서는 주 가열부(320)에 의하여 기판(10)을 가열한 후, 탄소를 포함하는 가스를 공급하는 경우로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 주 가열부(320)가 빛을 방출하기 전에, 또는 빛을 방출함과 동시에, 또는 빛을 방출한 후 탄소를 포함하는 가스를 공급 수 있다. 즉, 탄소를 포함하는 가스를 공급하기 전에 주 가열부(320)를 동작하는 경우나 탄소를 포함하는 가스를 공급하면서 주 가열부(320)를 동작하는 경우, 혹은 가스를 공급한 후에 주 가열부(320)를 동작할 수 있다.In the present embodiment, the substrate 10 is heated by the main heating unit 320 and then the gas containing carbon is supplied. However, the present invention is not limited thereto. For example, the main heating unit 320 may supply a gas containing carbon, either before emitting light, or simultaneously with emitting light, or after emitting light. That is, when the main heating unit 320 is operated before supplying the gas containing carbon or when the main heating unit 320 is operated while supplying the gas containing carbon, or after the gas is supplied, Lt; RTI ID = 0.0 > 320 < / RTI >

본 실시예에서는 주 가열부(320)에서 조사되는 근적외선 파장대역의 빛에 의해 기판(10)과 제1,2 보조 가열부(331, 332)가 가열되고, 가열된 기판(10) 및 제1,2 보조 가열부(331, 332)에서 방출되는 열(H)에 의해 보조 공간(S)이 데워지고 탄소를 포함하는 가스(G)가 분해되는 경우를 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 주 가열부(320)에서는 근적외선 파장대역뿐만 아니라 중적외선 또는/및 가시광선 파장대역을 포함하는 빛이 방출될 수 있다. In this embodiment, the substrate 10 and the first and second auxiliary heating sections 331 and 332 are heated by the light of the near-infrared wavelength band irradiated by the main heating section 320 and the heated substrate 10 and the first The auxiliary space S is heated by the heat H emitted from the auxiliary heating units 331 and 332 and the gas G containing carbon is decomposed. However, the present invention is not limited thereto. As another embodiment of the present invention, in the main heating unit 320, light including a near-infrared wavelength band as well as a mid-infrared and / or visible light wavelength band may be emitted.

이 경우, 주 가열부(320)에서 방출되는 근적외선 파장대역의 빛은 상술한 바와 같이 기판(10)과 제1,2 보조 가열부(331, 332)에 에너지를 공급하고, 가열된 기판(10) 및 제1,2 보조 가열부(331, 332)에 의해 보조 공간(S)이 데워질 수 있다. 동시에, 주가열부(320)에서 방출되는 중적외선 또는/및 가시광선 파장대역의 빛이 보조 공간(S)으로 공급되는 탄소를 포함하는 가스(G)를 데울 수 있다. In this case, the light in the near-infrared wavelength band emitted from the main heating unit 320 supplies energy to the substrate 10 and the first and second auxiliary heating units 331 and 332 as described above, ) And the first and second auxiliary heating sections 331 and 332 can heat the auxiliary space S. At the same time, light in the infrared and / or visible light wavelength band emitted from the main heating unit 320 can heat the gas G containing carbon to be supplied to the auxiliary space S.

바꾸어 말하면, 탄소를 포함하는 가스(G)는 기판(10) 및 제1,2 보조 가열부(331, 332)에 의해 데워진 보조 공간(S)의 열 및 중적외선 또는/및 가시광선 파장대역의 빛으로부터 에너지를 공급받아 분해될 수 있다. 따라서, 보조 공간(S)에서의 그래핀 합성 반응은 단시간에 더욱 활발하게 수행될 수 있다.In other words, the gas G containing carbon is heated in the auxiliary space S heated by the substrate 10 and the first and second auxiliary heating parts 331 and 332 and the heat of the infrared and / or visible light wave bands It can be decomposed by supplying energy from light. Therefore, the graphene synthesis reaction in the auxiliary space S can be performed more actively in a short time.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버로서, 설명의 편의를 위해 챔버의 내부를 일부분 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ?-Ⅷ선을 따라 취한 단면도이다. 도 7 및 도 8에서는 설명의 편의를 위하여 챔버 케이스(710)의 내부를 감압시키기 위한 제1,2 감압부의 구성은 생략하여 도시하였다.FIG. 7 is a perspective view of a graphene synthesis chamber according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. 7. 7 and 8, the configuration of the first and second pressure-reducing sections for depressurizing the inside of the chamber case 710 is omitted for convenience of explanation.

그래핀 합성 챔버(700)의 챔버 케이스(710)는 다면체의 형상으로 제작될 수 있다. 예컨대, 챔버 케이스(710)는 육면체, 팔면체와 같이 복수의 면을 구비하는 다면체로 제작될 수 있으며, 그래핀 합성은 챔버 케이스(710)의 내측면과 대응되는 영역에서 각각 이루어질 수 있다.The chamber case 710 of the graphene synthesis chamber 700 may be formed in the shape of a polyhedron. For example, the chamber case 710 may be formed as a polyhedron having a plurality of surfaces such as a hexahedron or an octahedron, and the graphene synthesis may be performed in a region corresponding to the inner surface of the chamber case 710, respectively.

도 7을 참조하면, 그래핀 합성 챔버(700), 즉 챔버 케이스(710)는 육면체의 형상으로 제작될 수 있다. 보조 가열부(730)는 챔버 케이스(710)의 내측면과 나란하게 배치될 수 있다. 예컨대, 보조 가열부(730)는 챔버 케이스(710)의 전후방향 및 좌우방향에 형성된 4개의 측면을 따라 세로로 배치되거나, 보조 가열부(730)는 챔버 케이스(710)의 상부 면 및 하부 면과 나란하게 가로로 배치되거나, 챔버 케이스(710)를 구성하는 6개의 면과 모두 나란하게 세로 및 가로로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 7, the graphene synthesis chamber 700, that is, the chamber case 710, may be formed in the shape of a hexahedron. The auxiliary heating portion 730 may be disposed in parallel with the inner surface of the chamber case 710. For example, the auxiliary heating unit 730 may be vertically disposed along the four sides formed in the front-rear direction and the left-right direction of the chamber case 710, or the auxiliary heating unit 730 may be disposed on the upper surface and the lower surface of the chamber case 710 Or may be arranged vertically and horizontally in parallel with all of the six surfaces constituting the chamber case 710. [

그래핀 합성 챔버(700)의 내측 면에 배치되는 보조 가열부(730)는 기판(10)을 사이에 두고 양측에 배치되는 제1 보조 가열부(731)와 제2 보조 가열부(732)를 포함할 수 있다. 제1 보조 가열부(331)와 제2 보조 가열부(332)는 상호 이격된 채 마주보도록 배치되어 이들 사이에 보조 공간을 정의한다. The auxiliary heating portion 730 disposed on the inner side of the graphene synthesis chamber 700 includes a first auxiliary heating portion 731 and a second auxiliary heating portion 732 disposed on both sides of the substrate 10 . The first auxiliary heating section 331 and the second auxiliary heating section 332 are arranged to face each other with mutual spacing to define an auxiliary space therebetween.

구체적으로, 제1 보조 가열부(731)는 주 가열부(320)에 대응하여 기판(10)의 일면과 대향하도록 배치되고, 주 가열부(320)로부터 방출된 빛에 의해 가열된 후 열을 내부 공간으로 방출하며, 제2 보조 가열부(332)는 복수개의 기판(10) 사이에 기판(10)의 적어도 하나의 면과 대향하도록 배치되고, 빛에 의해 가열된 후 열을 내부 공간으로 방출할 수 있다. Specifically, the first auxiliary heating unit 731 is arranged to face one surface of the substrate 10 corresponding to the main heating unit 320, and is heated by the light emitted from the main heating unit 320, And the second auxiliary heating unit 332 is disposed between the plurality of substrates 10 so as to face at least one surface of the substrate 10. The second auxiliary heating unit 332 emits heat to the inner space after being heated by the light can do.

상호 이격된 제1,2 보조 가열부(731, 732) 사이에는 기판(10)이 구비된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 챔버 케이스(710) 내에는 복수개의 기판(10)이 배치되며 복수개의 기판(10) 중 적어도 일부는 서로 평행하게 배치되며 제1 보조 가열부(731) 및 제2 보조 가열부(732)는 복수개의 기판(10) 중 적어도 일부와 평행하게 배치될 수 있다.A substrate 10 is provided between the first and second auxiliary heating parts 731 and 732 spaced from each other. 7, a plurality of substrates 10 are disposed in the chamber case 710, at least a part of the plurality of substrates 10 are arranged in parallel with each other, and the first and second auxiliary heating units 731 and 731, 2 auxiliary heating portion 732 may be disposed in parallel with at least a part of the plurality of substrates 10. [

제1,2 보조 가열부(331, 332)는 주 가열부(320)에서 방출되는 근적외선 파장대역의 빛에 의해 온도가 상승된다. 제1,2 보조 가열부(331, 332)는 근적외선 파장대역의 빛에 의해 온도가 상승될 수 있는 소재라면 그 종류를 불문할 것이다. 예컨대, 제1,2 보조 가열부(731, 732)는 금속 또는 그라파이트(graphite)를 포함할 수 있다.The temperature of the first and second auxiliary heating units 331 and 332 is raised by the light in the near-infrared wavelength band emitted from the main heating unit 320. The first and second auxiliary heating units 331 and 332 may be of any type if the material can be raised in temperature by light in the near-infrared wavelength band. For example, the first and second auxiliary heating units 731 and 732 may include a metal or graphite.

근적외선 파장대역의 빛에 의해 기판(10)이 가열되면, 기판(10) 자체의 온도가 상승될 뿐만 아니라 기판(10)에서 발생하는 열에 의하여 기판(10)의 주변 온도가 국소적으로 상승한다. 이 때, 제1,2 보조 가열부(331, 332)는 기판(10)의 주변에 배치되어 기판(10)의 주변에서 발생하는 열을 가두는 역할을 한다. 또한, 근적외선 파장대역의 빛에 의해 제1,2 보조 가열부(731, 732)도 가열되므로 기판(10)을 사이에 두고 정의된 보조 공간은 그래핀 합성 챔버(700)의 다른 내부 공간 보다 온도가 더 높아진다. 즉, 제1,2 보조 가열부(731, 732)에 의해 그래핀 합성에 필요한 온도 조건에 더욱 빨리 도달할 수 있다.When the substrate 10 is heated by the light in the near-infrared wavelength band, the temperature of the substrate 10 itself is raised, and the ambient temperature of the substrate 10 locally rises due to heat generated in the substrate 10. At this time, the first and second auxiliary heating units 331 and 332 are disposed around the substrate 10 and serve to confine the heat generated in the periphery of the substrate 10. Further, since the first and second auxiliary heating parts 731 and 732 are also heated by the light in the near-infrared wavelength band, the auxiliary space defined by the substrate 10 is heated to a temperature higher than the other internal spaces of the graphene synthesis chamber 700 . In other words, the temperature conditions necessary for graphene synthesis can be quickly reached by the first and second auxiliary heating sections 731 and 732.

보조 공간을 중심으로 그래핀 합성이 이루어지므로, 탄소를 포함하는 가스는 보조 공간으로만 공급되면 충분하다. 따라서, 보조 공간 이외의 영역으로 이동하는 가스의 발생, 즉 가스의 누설을 최소화하기 위해 가스 공급부(702)는 보조 공간을 향해 연장된 연장부를 포함할 수 있다.Since the graphene synthesis takes place around the auxiliary space, it is sufficient if the gas containing carbon is supplied only to the auxiliary space. Accordingly, the gas supply 702 may include an extension extending toward the auxiliary space to minimize the generation of gas moving to the area other than the auxiliary space, i.e., the leakage of the gas.

가스 공급부(702)는 각각의 보조 공간으로 탄소를 포함하는 가스를 공급하도록 각각의 보조 공간마다 구비된다. 예컨대, 그래핀 합성 챔버(700)의 측면과 나란하게 배치된 보조 가열부로 탄소를 포함하는 가스를 공급하기 위해 가스 공급부(702)는 챔버 케이스(710)의 상부에서 아래 방향을 향해 연장될 수 있고, 챔버 케이스(710)의 상부 면과 하부 면에 형성된 보조 공간으로 탄소를 공급하기 위해 가스 공급부(702)는 챔버 케이스(710)의 일측에서 타측을 향해 연장될 수 있다. 이 경우, 가스 배출부(미도시)는 가스 공급부(702)와 대향하는 측에 배치되어 그래핀 합성에 이용된 나머지 잔류 가스들을 외부로 배기한다.The gas supply part 702 is provided for each auxiliary space so as to supply a gas containing carbon to each of the auxiliary spaces. For example, the gas supply portion 702 may extend downward from the top of the chamber case 710 to supply a gas containing carbon to the auxiliary heating portion disposed in parallel with the side surface of the graphene synthesis chamber 700 The gas supply part 702 may extend from one side of the chamber case 710 to the other side to supply carbon into the auxiliary space formed on the upper and lower surfaces of the chamber case 710. [ In this case, a gas discharge portion (not shown) is disposed on the side opposite to the gas supply portion 702 to exhaust the remaining residual gases used for graphene synthesis to the outside.

가스 공급부(102)가 탄소를 포함하는 가스뿐만 아니라 분위기 가스도 내부 공간(I)으로 공급할 수 있음은 물론이다. 또는, 탄소를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급부와 분위기 가스를 공급하는 가스 공급부가 각각 구비되어, 탄소를 포함하는 가스와 분위기 가스가 각각 챔버 케이스(710)의 내부로 공급될 수 있다.It goes without saying that the gas supply part 102 can supply not only the gas including carbon but also the atmospheric gas to the inner space I as well. Alternatively, a gas supply part for supplying a gas containing carbon and a gas supply part for supplying an atmospheric gas are provided, respectively, so that a gas containing carbon and an atmospheric gas can be supplied into the chamber case 710, respectively.

도 8을 참조하면, 주 가열부(720)는 육면체의 형상으로 제작된 챔버 케이스(710)의 내부에 정의된 내부 공간으로 근적외선 파장대역을 포함하는 빛을 조사한다. 주 가열부(720)는 챔버 케이스(710)의 중심 및 내측면을 따라 배치될 수 있다. 중심과 내측면과 인접하게 구비된 주 가열부(720)에서 방출되는 근적외선 파장대역의 빛이 주로 기판(10)과 보조 가열부(730)를 가열할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 근적외선 파장대역의 빛은 기판(10)과 보조 가열부(730)에 직접 조사되어 기판(10) 및 보조 가열부(730) 자체의 온도를 균일하게 상승시키며 그래핀 합성에 필요한 온도를 단시간에 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8, the main heating unit 720 irradiates light including a near-infrared wavelength band into an inner space defined inside a chamber case 710 formed in a hexahedron shape. The main heating portion 720 may be disposed along the center and the inner side of the chamber case 710. The light in the near-infrared wavelength band emitted from the main heating unit 720 provided adjacent to the center and the inner surface can mainly heat the substrate 10 and the auxiliary heating unit 730 as described above. The light in the near-infrared wavelength band is directly irradiated to the substrate 10 and the auxiliary heating unit 730 to uniformly raise the temperature of the substrate 10 and the auxiliary heating unit 730 and to form the temperature required for the synthesis of the graphene in a short time can do.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 주 가열부(720)는 근적외선 파장대역뿐만 아니라 중적외선 및 가시광선 중 적어도 어느 하나에 해당하는 파장대역의 빛을 방출할 수 있다. 중적외선 또는 가시광선 파장대역의 빛은 챔버 케이스(710)의 내부로 공급된 탄소를 포함하는 가스를 데울 수 있다.As another embodiment of the present invention, the main heating unit 720 may emit light in a wavelength band corresponding to at least one of the near-infrared wavelength band and the near-infrared light and visible light. Light in the mid-infrared or visible light wavelength band may heat the gas containing carbon supplied into the chamber case 710.

본 발명의 실시예에 따르면, 근적외선 파장대역의 빛은 기판(10)과 보조 가열부(730)를, 중적외선 및 가시광선 파장대역의 빛은 탄소를 포함하는 가스를 데우므로, 챔버 케이스(710)의 외벽의 온도는 기판(10)의 온도와 대비할 때 상대적으로 낮은 온도를 유지할 수 있다. 즉, 그래핀 합성 챔버(700)를 모두 데울 필요없이 기판(10) 및 그 주변만을 데움으로써 그래핀 합성에 필요한 온도 제어가 가능하다. 이와 같은 구성을 통해 그래핀 합성에 필요한 온도까지 가열시켰다가 냉각시키는데 드는 시간을 절약할 수 있으므로 그래핀 합성의 양산성을 확보할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the light in the near-infrared wavelength band warms the substrate 10 and the auxiliary heating portion 730, and the light in the medium-infrared and visible light wavelength bands warms the gas containing carbon, May maintain a relatively low temperature when compared to the temperature of the substrate 10. [ That is, temperature control required for graphene synthesis is possible by heating only the substrate 10 and its periphery without heating the graphene synthesis chamber 700. With such a configuration, it is possible to save time for cooling after heating to a temperature required for graphene synthesis, thereby ensuring mass productivity of graphene synthesis.

반면에, 본 발명의 비교예로서 인덕터 코일을 이용하여 챔버의 내부를 가열하는 경우를 살펴보면, 챔버의 내부 공간을 전체적으로 데워줘야 하기 때문에 그래핀 합성에 필요한 온도를 형성하는데 오랜 시간이 걸리며, 그래핀 합성 후 온도를 내리는 데에도 오랜 시간이 걸린다. 그러나, 본 발명에 따른 그래핀 합성 챔버(700)는 근적외선을 포함하는 빛을 이용하므로 온도 제어가 용이하고, 내부 공간을 전체적으로 데우지 않고서도 단시간에 그래핀 합성에 필요한 온도까지 기판(10)을 가열할 수 있으며, 기판(10)의 위치에 관계없이 균일하게 온도를 상승시킬 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.On the other hand, as a comparative example of the present invention, when the inside of the chamber is heated by using the inductor coil, it takes a long time to form the temperature required for graphene synthesis because the internal space of the chamber must be heated as a whole, It takes a long time to lower the temperature after synthesis. However, since the graphene synthesis chamber 700 according to the present invention uses light including near-infrared rays, temperature control is easy, and the substrate 10 is heated to a temperature required for graphene synthesis in a short time without heating the inner space as a whole And the temperature can be uniformly raised regardless of the position of the substrate 10 as described above.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 그래핀 합성 챔버(700)의 챔버 케이스(710)가 복수의 면을 구비하므로 동일한 시간 동안 많은 그래핀을 합성할 수 있다.Also, according to the embodiment of the present invention, since the chamber case 710 of the graphene synthesis chamber 700 has a plurality of surfaces, it is possible to synthesize many graphenes for the same time.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 합성 챔버에서 합성된 그래핀의 라만 스펙트럼을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 라만 스펙트럼은 도 4의 실시예에 따라 합성된 그래핀의 라만 스펙트럼이다.9 shows a Raman spectrum of graphene synthesized in a graphene synthesis chamber according to an embodiment of the present invention. A Raman spectrum according to an embodiment of the present invention is a Raman spectrum of graphene synthesized according to the embodiment of FIG.

도 9를 참조하면, G 피크와 2D 피크가 나타난 것으로부터 1층의 그래핀이 합성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the graphene of the first layer is synthesized from the appearance of G peak and 2D peak.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 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.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

10: 기판
100, 200, 300, 700: 그래핀 합성 챔버
110, 210, 310, 710: 챔버 케이스
111, 211, 311: 제1 챔버 케이스
112, 212, 312: 제2 챔버 케이스
101, 201, 301: 제1 감압부
103, 203, 303: 제1 감압부
102, 202, 302, 702: 가스 공급부
104, 204, 304: 가스 배출부
120, 120', 220, 320, 720: 주 가열부
330, 730: 보조 가열부
331, 731: 제1 보조 가열부
332, 732: 제2 보조 가열부
I: 내부 공간
S: 보조 공간10: substrate
100, 200, 300, 700: graphen synthesis chamber
110, 210, 310, 710: chamber case
111, 211, 311: first chamber case
112, 212, 312: the second chamber case
101, 201, 301: first decompression section
103, 203, and 303: a first pressure-
102, 202, 302, 702: gas supply section
104, 204 and 304:
120, 120 ', 220, 320, 720:
330, 730: auxiliary heating unit
331, 731: a first auxiliary heating section
332, 732: a second auxiliary heating section
I: Interior space
S: auxiliary space

Claims

A chamber case defining an inner space in which a plurality of substrates including a metal foil are housed;
A gas supply unit for supplying a gas containing carbon to the internal space;
A main heating unit for irradiating light to the inner space;
A first auxiliary heating unit arranged to face one side of the substrate corresponding to the main heating unit and emitting heat to the inner space after being heated by the light; And
And a second auxiliary heating unit disposed between the plurality of substrates so as to face at least one surface of the substrate and emitting heat to the inner space after being heated by the light.

The method according to claim 1,
And one of the plurality of substrates is disposed between the first auxiliary heating part and the second auxiliary heating part.

The method according to claim 1,
Wherein at least some of the plurality of substrates are disposed in parallel with each other,
Wherein the first auxiliary heating portion and the second auxiliary heating portion are disposed in parallel with at least a part of the plurality of substrates.

The method according to claim 1,
Wherein the first auxiliary heating portion and the second auxiliary heating portion comprise graphite.