KR101969853B1 - 그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법 - Google Patents

그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101969853B1
KR101969853B1 KR1020120056230A KR20120056230A KR101969853B1 KR 101969853 B1 KR101969853 B1 KR 101969853B1 KR 1020120056230 A KR1020120056230 A KR 1020120056230A KR 20120056230 A KR20120056230 A KR 20120056230A KR 101969853 B1 KR101969853 B1 KR 101969853B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
graphene
protective layer
solvent
layer
Prior art date
Application number
KR1020120056230A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130132105A (ko
Inventor
김언정
허재현
김진은
노영근
박연상
이장원
이재숭
천상모
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020120056230A priority Critical patent/KR101969853B1/ko
Publication of KR20130132105A publication Critical patent/KR20130132105A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101969853B1 publication Critical patent/KR101969853B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/123—Ultraviolet light

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 그래핀 전사 방법은 제1 기판에 형성된 그래핀을 저가의 보호 물질을 사용해서 제2 기판으로 전사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 보호 물질은, 예컨대, 폴리스티렌을 포함하거나 폴리스티렌 계열의 물질을 포함할 수 있다. 폴리스티렌과 용매의 혼합물을 그래핀 상에 도포하여 보호층을 형성할 수 있다. 상기 용매는 약 150℃ 이상의 끓는점을 가질 수 있다. 그래핀 전사 후, 상기 보호층을 제거할 때에는 32 dyne/cm 이상의 표면장력을 갖는 식각 용액을 사용할 수 있다. 상기 그래핀 전사 방법은 그래핀이 전사될 제2 기판의 표면을 자외선으로 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 자외선으로 처리된 제2 기판의 표면은 친수성을 가질 수 있다.

Description

그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법{Method of transferring graphene and method of manufacturing device using the same}
그래핀을 전사하는 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 탄소 원자들로 이루어진 육방정계(hexagonal) 단층 구조물로서, 구조적/화학적으로 안정하고, 전기적/물리적으로 우수한 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 그래핀은 실리콘(Si) 보다 100배 이상 빠른 전하 이동도(∼2×105㎠/Vs)를 갖고, 구리(Cu)보다 100배 이상 큰 전류 밀도(약 108A/㎠)를 갖는다. 또한 그래핀은 투광성을 갖고, 실온에서 양자 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 그래핀은 기존 소자의 한계를 극복할 수 있는 차세대 소재로 주목받고 있다.
그러나 그래핀 형성 공정상의 제약으로 인해, 그래핀을 적용한 소자의 제조는 현실적으로 용이하지 않다. 기존의 그래핀 전이 방법은 고가의 전자빔 레지스트 PMMA(E-beam resist polymethylmethacrylate)를 사용하므로, 비용 측면에서 현실성이 떨어진다. 또한, 기존의 그래핀 전이 방법으로는 그래핀과 유기물을 포함한 다양한 재료의 혼성 구조(hybrid structure)를 형성하기 어렵다. 더욱이, 소정 기판에 그래핀을 전이(전사)하는데 있어서, 전이 특성과 관련된 체계적인(systematic) 연구가 아직까지 이루어지지 않고 있기 때문에, 전이 특성을 조절/개선할 수 있는 인자(factor)가 제대로 알려져 있지 않다.
그래핀의 전사(전이) 특성을 개선할 수 있는 그래핀 전사 방법을 제공한다.
저가의 보호 물질을 사용해서 그래핀을 용이하게 전사할 수 있는 그래핀 전사 방법을 제공한다.
대면적의 그래핀을 저비용으로 전사할 수 있는 방법을 제공한다.
다양한 재료의 혼성 구조(hybrid structure)를 형성하는데 유리한 그래핀 전사 방법을 제공한다.
다양한 전사 조건이 최적화된 그래핀 전사 방법을 제공한다.
여러 종류의 기판에 그래핀을 용이하게 전사할 수 있는 그래핀 전사 방법을 제공한다.
상기 그래핀 전사 방법을 이용한 그래핀 적용 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 제1 기판 상에 그래핀을 형성하는 단계; 상기 그래핀 상에 폴리스티렌(polystyrene)과 용매의 혼합물로 보호층을 형성하는 단계; 상기 제1 기판을 제거하는 단계; 상기 보호층에 구비된 상기 그래핀을 제2 기판에 부착하는 단계; 및 상기 보호층을 제거하는 단계;를 포함하는 그래핀 전사 방법이 제공된다.
상기 용매는 150℃ 이상의 끓는점(boiling point)을 가질 수 있다.
상기 용매는 32 dyne/cm 이상의 표면장력(surface tension)을 가질 수 있다.
상기 용매는 디클로로메탄(dichloromethane), 클로로폼(chloroform), 톨루엔(toluene), 아니솔(anisole), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene) 및 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리스티렌과 용매의 혼합물에서 상기 폴리스티렌의 함유량은 1∼7wt% 정도일 수 있다.
상기 그래핀을 상기 제2 기판에 부착하는 단계 전, 상기 그래핀이 부착될 상기 제2 기판의 표면을 자외선(UV)으로 처리하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 그래핀이 부착되는 상기 제2 기판의 표면은 친수성(hydrophilic property)을 가질 수 있다.
상기 보호층을 형성하는 단계는 상기 그래핀 상에 상기 폴리스티렌과 용매의 혼합물을 스핀 코팅(spin coating)으로 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스핀 코팅은 1000 rpm 이상의 속도로 수행할 수 있다.
상기 보호층의 제거는 32 dyne/cm 이상의 표면장력을 갖는 식각 용액을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 식각 용액은 상기 혼합물의 용매와 동일한 계열의 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 기판은 Si/SiO2 기판일 수 있다.
상기 제2 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 및 금속 기판 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 기판 상에 유기물층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 그래핀은 상기 유기물층에 부착할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 그래핀 전사 방법을 이용해서 제1 기판으로부터 제2 기판으로 그래핀을 전사하는 단계; 및 상기 제2 기판 상에 상기 그래핀을 포함하는 소자를 구성하는 단계;를 포함하는 그래핀 적용 소자의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 기판 상에 그래핀을 형성하는 단계; 상기 그래핀 상에 폴리머와 용매의 혼합물로 보호층을 형성하는 단계; 상기 제1 기판을 제거하는 단계; 제2 기판의 표면을 자외선으로 처리한 후, 상기 보호층에 구비된 상기 그래핀을 상기 제2 기판의 표면에 부착하는 단계; 및 상기 보호층을 제거하는 단계;를 포함하는 그래핀 전사 방법이 제공된다.
상기 자외선으로 처리된 상기 제2 기판의 표면은 친수성을 가질 수 있다.
상기 용매는 150℃ 이상의 끓는점을 가질 수 있다.
상기 보호층은 32 dyne/cm 이상의 표면장력을 갖는 식각 용액을 사용해서 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 그래핀 전사 방법을 이용해서 제1 기판으로부터 제2 기판으로 그래핀을 전사하는 단계; 및 상기 제2 기판 상에 상기 그래핀을 포함하는 소자를 구성하는 단계;를 포함하는 그래핀 적용 소자의 제조방법이 제공된다.
그래핀의 전사(전이) 특성을 개선할 수 있다.
저가의 보호 물질을 사용해서 그래핀을 전사할 수 있다.
대면적의 그래핀을 저비용으로 전사할 수 있다.
그래핀 전사 시, 그래핀 및 다른 물질(ex, 유기물)을 포함하는 혼성 구조를 용이하게 얻을 수 있다. 따라서 다양한 구조의 소자를 제조하는데 유리할 수 있다.
기판 종류에 따라 다양한 전사 조건을 용이하게 조절/최적화할 수 있다.
우수한 막질을 갖는 그래핀을 포함하는 다양한 소자를 제조할 수 있다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 전사 방법을 보여주는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 전사 방법을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 자외선 처리 없이 다양한 용매를 사용해서 Si/SiO2 기판 위에 전사한 그래핀을 광학 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 자외선 처리 공정을 도입하여 Si/SiO2 기판 위에 전사한 그래핀을 광학 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 5는 보호층 형성시 사용하는 폴리스티렌의 함유량(농도)을 변화시키면서, 상기 함유량에 따른 전사 그래핀의 막질 변화를 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도 6은 보호층 형성시 폴리스티렌과 용매의 혼합물(용액)을 스핀 코팅하는 속도를 변화시키면서, 상기 스핀 코팅 속도에 따른 전사 그래핀의 막질 변화를 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도 7은 도 3의 결과를 3차원적으로 수치화한 그래프이다.
도 8은 자외선 처리에 의해 그래핀 전사 특성이 어떻게 변화되는지를 수치적으로 보여주는 그래프이다.
도 9는 보호층 형성시 사용하는 폴리스티렌의 함유량(농도)이 전사 그래핀의 막질에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다.
도 10은 보호층 형성시 스핀 코팅 속도가 전사 그래핀의 막질에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 전사 방법을 보여주는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 전사 방법을 보여주는 사시도이다.
도 1a를 참조하면, 제1 기판(SUB1) 상에 그래핀층(GP1)을 형성할 수 있다. 제1 기판(SUB1)은, 예컨대, Cu, Ni, Co, Pt, Ru 등으로 이루어진 금속 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나로 구성된 기판일 수 있다. 구체적인 예로, 제1 기판(SUB1)은 Cu 기판일 수 있다. 그래핀층(GP1)은 CVD(chemical vapor deposition)나 열분해(pyrolysis) 법 등으로 형성할 수 있다. 그래핀층(GP1)은 에피택셜하게(epitaxially) 성장된 층일 수 있다. 그래핀층(GP1)은 1∼10층 정도의 그래핀을 포함할 수 있다. 즉, 그래핀층(GP1)은 단일 그래핀으로 구성되거나, 약 10층 이내의 복수의 그래핀이 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 소정의 베이스 기판(미도시) 상에 구비된 층(layer)일 수도 있다. 즉, 소정의 베이스 기판(미도시) 상에 제1 기판(SUB1)을 적층한 후, 그 위에 그래핀층(GP1)을 형성할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 그래핀층(GP1) 상에 보호층(P1)을 형성할 수 있다. 보호층(P1)은 폴리스티렌(polystyrene)(PS)과 이를 용해하기 위한 용매(solvent)의 혼합물로 형성할 수 있다. 폴리스티렌은 모노머 스티렌(monomer styrene)들이 중합된 것으로, 방향족(aromatic) 폴리머의 일종일 수 있다. 상기 모노머 스티렌(monomer styrene)의 화학식은 C6H5CH=CH2 일 수 있다. 상기 폴리스티렌의 분자량은 350,000 정도일 수 있다. 상기 폴리스티렌을 녹일 수 있는 상기 용매로는, 예컨대, 디클로로메탄(dichloromethane)(DCM), 클로로폼(chloroform)(CF), 톨루엔(toluene)(TL), 아니솔(anisole)(AS), 클로로벤젠(chlorobenzene)(CB), 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP) 등을 사용할 수 있다. 아래의 표 1은 위에서 언급한 일곱 가지 용매의 물성을 정리한 것이다. 참고용으로 물의 물성이 포함되어 있다.
Solvent 끓는점
(B.P.)(℃)		 분자량
(M.W.)		 극성지수
(Polarity Index)		 표면장력
(dyne/cm)
Dichloromethane(DCM) 40 85 3.1 28.1
Chloroform(CF) 60 119 4.1 27.2
Toluene(TL) 110 92 2.4 28.5
Anisole(AS) 154 108 3.8 35.1
Chlorobenzene(CB) 160 112 2.7 33.3
Dichlorobenzene(DCB) 180 147 2.7 26.8
N-methylpyrrolidone(NMP) 202 99 6.7 40
Water 100 18 9 72.8
표 1을 참조하면, 끓는점(boiling point)(B.P.)이 높을수록 표면장력(surface tension)이 증가하는 경향이 있으나, 클로로폼(chloroform)(CF)과 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB)의 경우는 이 경향에서 벗어나는 것을 알 수 있다. 아니솔(anisole)(AS), 클로로벤젠(chlorobenzene)(CB), 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB) 및 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP)은 150℃ 이상의 끓는점을 갖는다. 이 중에서 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB)을 제외한 나머지 세 용매, 즉, 아니솔(anisole)(AS), 클로로벤젠(chlorobenzene)(CB) 및 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP)은 32 dyne/cm 이상의 표면장력을 갖는다.
표 1에 제시한 다양한 용매(물은 제외) 중 하나에 폴리스티렌을 녹인 혼합물(용액)을 그래핀층(GP1) 상에 도포함으로써, 보호층(P1)을 형성할 수 있다. 상기 혼합물의 도포는 스핀 코팅(spin coating) 법으로 수행할 수 있다. 상기 스핀 코팅은 약 1000 rpm 또는 그보다 큰 rpm 으로 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 스핀 코팅은 1000∼5000 rpm 정도의 속도로 수행할 수 있다. 한편, 상기 혼합물에서 폴리스티렌의 함유량은 1∼7wt% 정도일 수 있다. 예컨대, 상기 혼합물에서 폴리스티렌의 함유량은 2∼5wt% 정도일 수 있다.
상기 폴리스티렌과 용매의 혼합물을 그래핀층(GP1)에 도포하여 보호층(P1)을 형성한 후, 이에 대한 소정의 건조 공정을 수행할 수 있다. 예컨대, 약 80℃ 정도의 온도에서 약 1시간 동안 건조 공정을 수행할 수 있다. 이러한 건조 공정을 통해, 보호층(P1)으로부터 용매를 기화시킴으로써, 보호층(P1)의 유동성을 낮추고 강도를 높일 수 있다. 상기한 건조 공정의 조건은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 상기 건조 공정은 상온에서 수행할 수도 있다. 다시 말해, 보호층(P1)은 자연 건조시킬 수 있다. 그 밖에도 상기 건조 공정의 온도 및 시간은 다양하게 변화될 수 있다.
보호층(P1) 형성시에 사용하는 용매는 끓는점(B.P.)이 약 150℃ 이상인 것이 바람직할 수 있다. 다시 말해, 끓는점(B.P.)이 약 150℃ 이상인 용매를 사용하는 경우, 보호층(P1)의 코팅 특성이 향상될 수 있다. 이는 추후에 그래핀층(GP1)의 전사 특성에도 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 끓는점(B.P.)이 약 150℃ 이상인 용매를 사용해서 보호층(P1)을 형성할 경우, 그래핀층(GP1)의 전사 특성이 개선될 수 있다. 만약, 끓는점(B.P.)이 너무 낮은 용매를 사용하면, 보호층(P1)으로부터 용매가 너무 빠른 속도로 기화되므로, 보호층(P1)의 성막 특성이 열화될 수 있고, 결과적으로는, 그래핀층(GP1)의 전사 특성이 나빠질 수 있다.
도 1c를 참조하면, 제1 기판(SUB1)을 제거할 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 소정의 식각 용액을 사용해서 제거할 수 있다. 예컨대, 제1 기판(SUB1)이 Cu 기판인 경우, FeCl3와 같은 산성 에천트(acid etchant)를 식각 용액으로 사용해서 제거할 수 있다. 이를 통해, 보호층(P1)의 하면에 그래핀층(GP1)이 구비된 구조체를 얻을 수 있다. 보호층(P1)은 그래핀층(GP1)을 보호하면서 동시에 그래핀층(GP1)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 이런 점에서, 보호층(P1)은 '지지층'이라고 할 수 있다.
도 1d 및 도 1e를 참조하면, 보호층(P1)에 구비된 그래핀층(GP1)을 제2 기판(SUB2)에 부착할 수 있다. 제2 기판(SUB2)은 실리콘(Si) 상에 실리콘 산화물(SiO2)이 구비된 Si/SiO2 기판일 수 있다. 다시 말해, 제2 기판(SUB2)은 Si 기판과 그 위에 구비된 SiO2층을 포함할 수 있다. 이 경우, 그래핀층(GP1)은 상기 SiO2층에 부착될 수 있다. 그러나 여기서 제시한 제2 기판(SUB2)의 구체적인 구성은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 제2 기판(SUB2)은 실리콘 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판 등으로 구성된 다양한 기판 중 어느 하나이거나, 이를 포함할 수 있다. 또한, 제2 기판(SUB2) 상에 소정의 유기물층(미도시)을 형성한 후에, 그 위에 그래핀층(GP1)을 부착할 수도 있다.
도 1f를 참조하면, 보호층(P1)을 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 보호층(P1)은 소정의 식각 용액(50)을 사용해서 제거할 수 있다. 식각 용액(50)이 담겨진 용기(100)에 제2 기판(SUB2)/그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 넣어주어, 보호층(P1)에 대한 식각 공정을 진행할 수 있다. 식각 용액(50)은, 예컨대, 디클로로메탄(dichloromethane)(DCM), 클로로폼(chloroform)(CF), 톨루엔(toluene)(TL), 아니솔(anisole)(AS), 클로로벤젠(chlorobenzene)(CB), 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP)과 같은 용매를 포함할 수 있다. 이들은 도 1b 단계에서 보호층(P1)의 형성시 사용한 용매와 동일한 용매일 수 있다. 본 실시예에서는 도 1b 단계에서 보호층(P1)의 형성시 사용한 용매와 동일한 용매를 식각 용액(50)으로 사용해서 보호층(P1)을 제거하였다. 일례로, 도 1b 단계에서 보호층(P1) 형성시 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP)을 용매로 사용한 경우, 도 1f 단계에서 동일한 용매를 식각 용액(50)으로 사용해서 보호층(P1)을 제거한다. 그러나 보호층(P1) 형성시 사용하는 용매와 보호층(P1) 제거시 사용하는 용매의 종류가 서로 다를 수도 있다. 한편, 식각 용액(50)의 표면장력은 약 32 dyne/cm 이상인 것이 바람직할 수 있다. 식각 용액(50)의 표면장력이 약 32 dyne/cm 이상인 경우, 그래핀층(GP1)의 손상 없이(혹은 손상을 최소화하면서) 보호층(P1)을 용이하게 제거할 수 있다. 식각 용액(50)의 표면장력이 높을수록, 식각 용액(50)과 그래핀층(GP1) 사이의 계면 에너지(interfacial energy)가 작아질 수 있다. 식각 용액(50)과 그래핀층(GP1) 사이의 계면 에너지가 작을수록, 그래핀층(GP1)의 손상 없이 보호층(P1)이 용이하게 제거될 수 있다. 이런 이유로, 식각 용액(50)의 표면장력은 32 dyne/cm 이상인 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련된 영의 방정식(Young's equation)은 "γg = γgl + γl·cosθ" 인데, 여기서 γl는 식각 용액의 표면장력을, γg는 그래핀의 표면 에너지를, γgl은 식각 용액과 그래핀 사이의 계면 에너지를, θ는 그래핀에 대한 식각 용액의 접촉각을 나타낸다. 접촉각(θ)이 0°이면, cosθ는 1이 되므로, 위 식은 "γgl = γg - γl"로 표현될 수 있다. 그래핀의 표면 에너지(γg)는 고정된 값이므로, 식각 용액(50)의 표면장력(γl)이 클수록, 식각 용액(50)과 그래핀층(GP1) 사이의 계면 에너지(γgl)는 낮아질 수 있다. 이런 이유로, 앞서 언급한 바와 같이, 식각 용액(50)의 표면장력(γl)이 소정 값, 예컨대, 약 32 dyne/cm 이상인 것이 바람직할 수 있다.
도 1f의 공정을 통해 보호층(P1)을 제거한 결과물이 도 1g에 도시되어 있다.
도 1g를 참조하면, 제2 기판(SUB2) 상에 그래핀층(GP1)이 구비된 구조체를 얻을 수 있다. 본래 제1 기판(SUB1)(도 1a 참조)에 형성되었던 그래핀층(GP1)이 제2 기판(SUB2)으로 전사(전이)된 것이라 할 수 있다.
도 1a 내지 도 1g의 그래핀 전사 방법은 다양하게 변화될 수 있다. 구체적인 예로, 도 1d의 단계에서 제2 기판(SUB2)에 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착하기 전에, 제2 기판(SUB2)의 표면을 자외선(ultraviolet rays)(UV)으로 처리할 수 있다. 다시 말해, 제2 기판(SUB2)의 표면을 자외선(UV)으로 처리한 후에, 그 위에 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착할 수 있다. 이에 대해서는 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 간략히 설명한다.
도 2a를 참조하면, 제2 기판(SUB2)의 표면(상면)을 자외선(UV)으로 처리할 수 있다. 상기 자외선(UV) 처리는 수 분 내지 수십 분 동안 수행할 수 있다. 상기 자외선(UV) 처리는 약 5분 이상, 예컨대, 약 10분 정도 수행할 수 있다. 이러한 자외선(UV) 처리를 통해, 제2 기판(SUB2)의 표면 특성이 변화될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 자외선(UV) 처리를 통해, 제2 기판(SUB2)의 표면은 친수성(hydrophilic property)을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 기판(SUB2)의 표면과 그래핀의 접착력이 향상되기 때문에, 그래핀 전사 특성이 개선될 수 있다. 이하에서는, 자외선(UV)으로 처리된 제2 기판(SUB2)을 SUB2'로 표시한다.
도 2b를 참조하면, 제2 기판(SUB2') 상에 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착할 수 있다. 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체는 도 1a 내지 도 1c의 방법과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 제2 기판(SUB2') 상에 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착하는 공정은 도 1d 및 도 1e의 공정과 동일하거나 유사할 수 있다.
다음, 보호층(P1)을 제거할 수 있다. 보호층(P1)을 제거하는 공정은 도 1f의 공정과 동일하거나 유사할 수 있다. 도 2b에서 보호층(P1)을 제거한 결과물은 도 2c에 도시되어 있다. 도 2c에서 그래핀층(GP1)은 자외선(UV)으로 처리된 제2 기판(SUB2') 상에 구비되어 있다.
도 2a 내지 도 2c의 방법에서와 같이, 제2 기판(SUB2)을 자외선(UV)으로 처리하는 경우, 자외선(UV)으로 처리된 제2 기판(SUB2')과 그래핀층(GP1)의 접착력이 향상되어, 그래핀층(GP1)의 전사 특성이 개선될 수 있다. 따라서, 보호층(P1) 제거시, 표면장력이 32 dyne/cm 보다 작은 용매를 사용하더라도, 우수한 전사 특성을 얻을 수 있다. 또한, 이와 유사한 이유로, 보호층(P1) 형성시, 끓는점(B.P.)이 150℃ 보다 작은 용매를 사용하더라도, 우수한 전사 특성을 얻을 수 있다.
도 3의 (a)∼(g)는 본 발명의 실시예에 따라 자외선 처리 없이 다양한 용매를 사용해서 Si/SiO2 기판 위에 전사한 그래핀을 광학 현미경으로 촬영한 이미지이다. 도 3의 (a)∼(g)에서 사용한 용매의 종류는 각 도면의 좌측 하단에 기재되어 있다. 이 용매들은 표 1에서 설명된 것으로, 보호층 형성시 및 보호층 제거시 같은 용매를 사용하였다. 도 3의 각 이미지의 배율은 ×10 및 ×100(inset) 이었다.
도 3의 (a)∼(g)를 참조하면, 사용된 용매의 끓는점(B.P.)이 높아질수록 그래핀에 뚫린 구멍이나 찢어진 곳의 크기가 작아지고 막질이 개선되는 것을 알 수 있다. 끓는점(B.P.)이 약 150℃ 이상인 용매를 사용하는 경우, 매우 우수한 그래핀 전사 특성을 확보할 수 있다. 용매의 끓는점(B.P.)이 낮은 경우, 보호층(P1)에서 기화되는 속도가 빠르기 때문에, 보호층(P1)과 그래핀층(GP1) 사이의 계면 상태가 나빠질 수 있다. 즉, 보호층(P1)과 그래핀층(GP1) 사이에 기공(pore) 등의 결함이 발생할 가능성이 높다. 이 경우, 최종적으로 전사된 그래핀층의 상태가 나빠질 수 있다. 그러나 용매의 끓는점(B.P.)이 높은 경우, 보호층(P1)에서 기화되는 속도가 적절히 제어되므로, 보호층(P1)과 그래핀층(GP1) 사이의 계면 상태가 우수할 수 있다. 따라서 보호층(P1)을 제거한 이후의 그래핀층(GP1)의 상태도 우수할 수 있다.
하지만, 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB)의 경우, 끓는점(B.P.)이 180℃ 이지만, 그래핀에 다소 많은 결함이 관찰되었다. 이는 보호층(P1)의 제거시 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB)을 식각 용액으로 사용할 경우, 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB)의 표면장력이 작아서, 식각 용액(DCB)과 그래핀층(GP1) 사이의 계면 에너지(interfacial energy)가 높아지기 때문이라고 사료된다. 다시 말해, 보호층(P1) 제거시, 표면장력이 작은 용매를 식각 용액으로 사용하면, 전사된 최종 그래핀의 막질이 나빠질 수 있다. 보호층(P1)의 제거시에는 클로로벤젠(chlorobenzene)(CB), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP) 및 아니솔(anisole)(AS)과 같이 표면장력이 약 32 dyne/cm 이상인 용매를 식각 용액으로 사용하는 것이 그래핀의 전사 특성을 향상하는데 유리할 수 있다.
정리하면, 보호층(P1)의 형성시에는 끓는점(B.P.)이 높은 용매를 사용하는 것이 그래핀의 전사 특성을 향상하는데 바람직할 수 있고, 보호층(P1)의 제거시에는 표면장력이 높은 용매를 사용하는 것이 그래핀의 전사 특성을 향상하는데 바람직할 수 있다. 예컨대, 보호층(P1)의 형성시에는 끓는점(B.P.)이 150℃ 이상인 용매를 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 보호층(P1)의 제거시에는 표면장력이 32 dyne/cm 이상인 용매를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 만약, 보호층(P1)의 형성 및 보호층(P1)의 제거시 동일한 용매를 사용한다면, 표 1에 기재된 용매들 중에서 위 두 가지 조건을 모두 만족하는 용매는 아니솔(anisole)(AS), 클로로벤젠(chlorobenzene)(CB) 및 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP)일 수 있다.
도 4의 (a) 및 (b)는 자외선 처리 공정을 도입한 경우, 즉, Si/SiO2 기판에서 SiO2층을 자외선으로 처리한 경우의 결과(전사 그래핀)를 보여준다. 도 4의 (a)는 클로로폼(chloroform)(CF)을 사용한 경우이고, 도 4의 (b)는 톨루엔(toluene)(TL)을 사용한 경우이다.
도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 자외선 처리 공정을 도입한 경우(즉, Si/SiO2 기판에서 SiO2층을 자외선으로 처리한 경우), 그렇지 않은 경우(도 3의 b, c)와 비교하여, 그래핀의 모폴로지(morphology)가 많이 향상된 것을 확인할 수 있다. 클로로폼(chloroform)(CF) 및 톨루엔(toluene)(TL)의 경우, 자외선 처리를 하지 않았을 때(도 3의 b, c), 그래핀의 막질이 좋지 않았지만, 자외선 처리를 한 경우(도 4의 a, b), 그래핀의 막질이 크게 향상되었다. 특히, 톨루엔(toluene)(TL)의 경우, 자외선 처리를 했을 때(도 4의 b), 높은 끓는점(B.P.)을 갖는 용매를 사용한 경우처럼(도 3의 e, g), 그래핀의 막질이 매우 우수한 것을 알 수 있다. 이는 자외선 처리에 의해 그래핀의 전사 특성이 크게 향상될 수 있음을 의미한다. 따라서 기판을 자외선으로 처리하는 경우에는, 끓는점(B.P.)이 150℃보다 낮고 표면장력이 32 dyne/cm 보다 낮은 용매를 사용하더라도 우수한 막질의 전사 그래핀을 얻을 수 있다.
도 5는 보호층 형성시 사용하는 폴리스티렌의 함유량(농도)을 변화시키면서, 상기 함유량에 따른 전사 그래핀의 막질 변화를 보여주는 광학 현미경 사진이다. 용매로는 톨루엔(toluene)(TL)을 사용하였고, 폴리스티렌의 함유량은 1wt%, 3wt%, 5wt% 및 10wt%로 변화시켰다.
도 5를 참조하면, 폴리스티렌의 함유량이 낮아질수록 그래핀의 모폴로지(morphology)가 개선되는 것을 알 수 있다. 이는 폴리스티렌과 용매의 혼합물에서 폴리스티렌의 함유량이 낮을수록, 상기 혼합물의 유동성이 높아지므로, 상기 혼합물의 코팅 특성이 개선되기 때문이라고 사료된다. 도 5에서와 같이, 톨루엔(toluene)(TL)을 사용하고 자외선 처리를 하지 않을 경우, 폴리스티렌의 함유량은 5wt% 미만인 것이 바람직할 수 있다. 단, 폴리스티렌의 함유량이 너무 낮으면, 혼합물로부터 형성된 보호층의 강도가 낮아, 전사 공정에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 고려했을 때, 폴리스티렌의 함유량은 1wt% 이상인 것이 바람직할 수 있다. 하지만, 용매 종류가 달라지거나 다른 조건이 변하는 경우, 폴리스티렌의 적정 함유량의 범위는 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예에서 폴리스티렌이 적정 함유량은 1∼7wt%, 예컨대, 2∼5wt% 정도일 수 있다.
도 6은 보호층 형성시 폴리스티렌과 용매의 혼합물(용액)을 스핀 코팅하는 속도를 변화시키면서, 상기 스핀 코팅 속도에 따른 전사 그래핀의 막질 변화를 보여주는 광학 현미경 사진이다. 이때, 용매로는 클로로폼(chloroform)(CF)을 사용하였고, 폴리스티렌의 함유량은 5wt% 이었다. 스핀 코팅 속도가 2000 rpm인 경우(a)와 5000 rpm인 경우(b)의 결과를 관찰하였다. 한편, 앞서 설명한 도 3의 결과는 스핀 코팅 속도가 1000 rpm인 경우이다.
도 6의 (a) 및 (b) 그리고 도 3의 (b)(1000 rpm)를 비교하면, 스핀 코팅 속도가 높을수록 전사된 그래핀의 모폴로지(morphology) 개선에 도움이 된다는 것을 알 수 있다.
도 7은 도 3의 (a)∼(g)의 결과를 수치화한 그래프이다. 각 조건에서 전사된 그래핀의 이미지로부터 RGB(red/green/blue) 정보를 읽어 그래핀이 있는 영역(흑)과 그래핀이 없는 영역(백)을 흑백 처리하여(도 7의 하단 이미지 참조), "Fill Factor"를 계산하였다. 여기서, "Fill Factor"는 전체 영역(흑 + 백 영역)에서 흑 영역이 차지하는 비율, 즉, "흑 영역/전체 영역"으로 정의된다. 도 7은 각 용매를 이용해서 전사한 그래핀에서 계산한 "Fill Factor"를 Z축으로 하고, 표면장력과 끓는점을 각각 X축 및 Y축으로 하여 3차원적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, XY 평면에 흰색 점선으로 표시한 바와 같이, 표면장력이 약 32 dyne/cm 이상이고 끓는점이 약 150℃ 이상인 경우, 그래핀의 "Fill Factor"가 높게 나타났다. 이는 위 조건들을 만족하는 용매를 사용할 때, 그래핀의 전사 특성이 우수하다는 것을 의미한다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이, 자외선 처리 공정을 도입하거나, 폴리스티렌의 함유량을 조절하거나, 스핀 코팅 속도를 조절하면, 표면장력이 32 dyne/cm 보다 작고 끓는점이 150℃ 보다 낮은 용매를 사용하더라도 우수한 전사 특성을 얻을 수 있다.
도 8은 자외선 처리에 의해 그래핀 전사 특성이 어떻게 변화되는지를 수치적으로 보여주는 그래프이다. 도 8은 기본적으로 도 7의 결과(자외선 미처리)를 2차원적으로 도시한 결과를 포함하고, 추가적으로 세 가지 용매(CF, TL, DCB)를 사용하는 경우에 자외선 처리를 수행한 결과를 포함한다. 클로로폼(chloroform)(CF) 및 톨루엔(toluene)(TL)을 사용하는 경우, 자외선 처리를 수행한 결과는 도 4의 (a) 및 (b)에 대응된다. 이때, 용매와 폴리스티렌이 혼합물에서 폴리스티렌의 함유량은 5wt% 이었다.
도 8을 참조하면, 자외선 처리에 의해 "Fill Factor"가 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 자외선 처리에 의해 그래핀의 전사 특성이 크게 개선된다는 것을 의미한다.
도 9는 보호층 형성시 사용하는 폴리스티렌의 함유량(농도)이 전사 그래핀의 막질에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다. 용매는 클로로폼(chloroform)(CF)을 사용하였고, 폴리스티렌의 함유량은 1wt%, 3wt%, 5wt% 및 10wt%로 변화시켰다.
도 9를 참조하면, 폴리스티렌의 함유량이 낮아질수록 "Fill Factor"는 증가하는 경향을 나타냈다. 특히, 폴리스티렌의 함유량이 5wt% 보다 작은 경우(즉, 1wt% 및 3wt%), "Fill Factor"는 1 이었다. "Fill Factor"가 1 이라는 것은 그래핀의 전사가 완벽하게 이루어졌음을 의미한다. 폴리스티렌의 함유량이 낮아질수록 그래핀의 모폴로지(morphology)가 개선될 수 있다.
도 9의 결과에서와 같이, 클로로폼(chloroform)(CF)을 사용하는 경우, 폴리스티렌의 함유량이 5wt% 보다 작은 것이 바람직할 수 있다. 하지만, 용매 종류가 바뀌거나, 자외선 처리를 수행하는 등 조건이 달라지면, 폴리스티렌의 적정 함유량의 범위는 달라질 수 있다. 이런 점들을 고려했을 때, 본 발명의 실시예에서 폴리스티렌의 함유량은 1∼7wt% 정도의 범위에서 결정될 수 있다.
도 10은 보호층 형성시 스핀 코팅 속도가 전사 그래핀의 막질에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다. 스핀 코팅 속도가 1000 rpm, 2000 rpm, 3000 rpm 및 5000 rpm인 경우가 포함되어 있다. 용매로는 톨루엔(toluene)(TL)을 사용하였고, 폴리스티렌의 함유량은 5wt% 이었다.
도 10을 참조하면, 스핀 코팅 속도가 증가할수록 "Fill Factor"는 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 스핀 코팅 속도가 증가할수록, 전사 그래핀의 모폴로지(morphology) 개선에 도움이 된다는 것을 의미한다.
도 10의 결과에서와 같이, 톨루엔(toluene)(TL)을 사용하는 경우, 스핀 코팅 속도는 약 1500 rpm 이상인 것이 바람직할 수 있다. 하지만, 용매 종류가 바뀌거나, 자외선 처리를 수행하는 등 조건이 달라지면, 스핀 코팅의 적정 속도의 범위는 달라질 수 있다. 예컨대, 자외선 처리를 수행하는 경우, 스핀 코팅 속도가 1500 rpm 이하이더라도, 높은 "Fill Factor"를 얻을 수 있다. 이런 점들을 고려했을 때, 본 발명의 실시예에서 스핀 코팅 속도는 약 1000 rpm 이상에서 선택될 수 있다. 예컨대, 스핀 코팅 속도는 1000∼5000 rpm 정도일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에서는 보호층(P1)의 베이스 물질로 폴리스티렌을 사용할 수 있는데, 이는 기존의 그래핀 전사 방법에서 사용하는 고가의 전자빔 레지스트(E-beam resist) 물질인 PMMA(polymethylmethacrylate)보다 훨씬 저렴할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 그래핀의 전사 비용을 크게 낮출 수 있다. 또한, 폴리스티렌과 용매의 혼합물을 코팅하는 방법은 대면적 그래핀 전사에 유리할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 대면적의 그래핀을 저비용으로 전사하는데 유리할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 실시예에 따르면, 전사 특성에 영향을 주는 다양한 인자(factor)들을 이해할 수 있고, 이를 바탕으로, 기판 종류에 맞는 다양한 전사 조건들(용매 종류, 폴리스티렌 농도, 스핀 코팅 속도 등)을 조절/최적화할 수 있으므로, 우수한 그래핀 전사 특성을 용이하게 확보할 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 전사 방법을 보여주는 사시도이다.
도 11a를 참조하면, 제2 기판(SUB2) 상에 소정의 유기물층(R1)을 형성한 후, 유기물층(R1)에 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착할 수 있다. 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체는 도 1a 내지 도 1c의 방법과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 제2 기판(SUB2)의 유기물층(R1) 상에 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착하는 공정은 도 1d 및 도 1e의 공정과 동일하거나 유사할 수 있다. 필요한 경우, 유기물층(R1)의 표면을 자외선(UV)으로 처리한 후에, 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착할 수도 있다.
유기물층(R1)에 그래핀층(GP1)/보호층(P1) 구조체를 부착한 결과물이 도 11b에 도시되어 있다. 도 11b에서 그래핀층(GP1)은 유기물층(R1)과 보호층(P1) 사이에 구비되어 있다.
다음, 보호층(P1)을 제거할 수 있다. 보호층(P1)을 제거하는 공정은 도 1f의 공정과 동일하거나 유사할 수 있다. 도 11b에서 보호층(P1)을 제거한 결과물은 도 11c에 도시되어 있다.
도 11a 내지 도 11c를 참조하여 설명한 실시예에서는 보호층(P1) 제거시 표 1에 제시한 것과 같은 다양한 용매를 사용할 수 있기 때문에, 유기물층(R1)을 손상시키지 않는 용매를 선택하여 이를 이용해서 보호층(P1)을 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 유기물층(R1)과 그래핀층(GP1)이 함께 적층된 혼성 구조(hybrid structure)를 용이하게 형성할 수 있다. 기존의 그래핀 전사 방법으로는 그래핀과 유기물을 포함한 다양한 재료의 혼성 구조(hybrid structure)를 형성하기 어려운 문제가 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따르면, 유기물층(R1)과 그래핀층(GP1)이 혼성된 구조를 용이하게 형성할 수 있고, 이는 다양한 구조의 소자를 제조하는데 유리하게 작용할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에서는 보호층(P1)의 베이스 물질로 폴리스티렌(polystyrene)을 사용하는 경우에 대해서 설명하였지만, 폴리스티렌 이외에 다른 폴리머를 사용할 수도 있다. 예컨대, PE(polyethylene), PVC(polyvinylchloride), PC(polycarbonate), PVDF(polyvinylidenefluoride), PAN(polyacrylonitrile) 등을 보호층(P1)의 베이스 물질로 적용할 수 있다. 이러한 폴리머들을 보호층(P1) 물질로 사용하는 경우에도, 폴리스티렌을 사용하는 경우와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 그리고 경우에 따라서는, 보호층(P1)의 베이스 물질로 PMMA를 사용할 수도 있다. 또한, 전술한 실시예에서는 용매로 디클로로메탄(dichloromethane)(DCM), 클로로폼(chloroform)(CF), 톨루엔(toluene)(TL), 아니솔(anisole)(AS), 클로로벤젠(chlorobenzene)(CB), 디클로로벤젠(dichlorobenzene)(DCB), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)(NMP)을 사용하는 경우에 대해 주로 설명하였지만, 용매의 종류도 달라질 수 있다.
위와 같은 방법으로 전사한 그래핀은 다양한 소자에 여러 가지 목적으로 적용될 수 있다. 예컨대, 제2 기판(SUB2, SUB2')에 전사된 그래핀층(GP1)은 각종 소자의 전극(투명전극)으로 사용되거나, 활성층 또는 채널층으로 사용될 수 있다. 제2 기판(SUB2, SUB2')에 전사된 그래핀층(GP1)을 소정 모양으로 패터닝한 후, 제2 기판(SUB2, SUB2') 상에 상기 패터닝된 그래핀층(GP1)을 포함하는 다양한 소자를 제조할 수 있다. 전사된 그래핀층(GP1)으로부터 소자를 제조하는 방법은 그래핀층(GP1)을 패터닝하는 단계 및 패터닝된 그래핀층(GP1)을 포함하는 소정의 소자를 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 기판(SUB2, SUB2') 상에서 그래핀층(GP1)을 이용하는 다양한 소자를 구성하는 방법은 당업자가 잘 알 수 있는 것이므로, 이에 대한 자세한 설명은 배제한다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 전사 방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 실시예에 따라 전사된 그래핀은 다양한 소자에 다양한 목적으로 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
GP1 : 그래핀층 P1 : 보호층
R1 : 유기물층 SUB1 : 제1 기판
SUB2 : 제2 기판 UV : 자외선
50 : 식각 용액 100 : 용기

Claims (20)

  1. 제1 기판 상에 그래핀을 형성하는 단계;
    상기 그래핀 상에 폴리스티렌(polystyrene)과 용매의 혼합물로 보호층을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판을 제거하는 단계;
    상기 보호층에 구비된 상기 그래핀을 제2 기판에 부착하는 단계; 및
    상기 보호층을 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 보호층의 형성에 사용되는 상기 용매는 150℃ 이상의 끓는점(boiling point)을 갖고, 또한, 상기 용매는 32 dyne/cm 이상의 표면장력(surface tension)을 가지며, 상기 폴리스티렌과 상기 용매의 혼합물에서 상기 폴리스티렌의 함유량은 1∼7wt% 인 그래핀 전사 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매는 디클로로메탄(dichloromethane), 클로로폼(chloroform), 톨루엔(toluene), 아니솔(anisole), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene) 및 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone) 중 적어도 하나를 포함하는 그래핀 전사 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 그래핀을 상기 제2 기판에 부착하는 단계 전,
    상기 그래핀이 부착될 상기 제2 기판의 표면을 자외선(UV)으로 처리하는 단계를 더 포함하는 그래핀 전사 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀이 부착되는 상기 제2 기판의 표면은 친수성(hydrophilic property)을 갖는 그래핀 전사 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 보호층을 형성하는 단계는,
    상기 그래핀 상에 상기 폴리스티렌과 용매의 혼합물을 스핀 코팅(spin coating)으로 도포하는 단계를 포함하는 그래핀 전사 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스핀 코팅은 1000 rpm 이상의 속도로 수행하는 그래핀 전사 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층의 제거는 32 dyne/cm 이상의 표면장력을 갖는 식각 용액을 사용하여 수행하는 그래핀 전사 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 식각 용액은 상기 혼합물의 용매와 동일한 계열의 물질을 포함하는 그래핀 전사 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 기판은 Si/SiO2 기판인 그래핀 전사 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 및 금속 기판 중 하나를 포함하는 그래핀 전사 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 유기물층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 그래핀은 상기 유기물층에 부착하는 그래핀 전사 방법.
  15. 청구항 1, 4, 6 내지 14 중 어느 하나에 기재된 방법을 이용해서 제1 기판으로부터 제2 기판으로 그래핀을 전사하는 단계; 및
    상기 제2 기판 상에 상기 그래핀을 포함하는 소자를 구성하는 단계;를 포함하는 그래핀 적용 소자의 제조방법.
  16. 제1 기판 상에 그래핀을 형성하는 단계;
    상기 그래핀 상에 폴리머와 용매의 혼합물로 보호층을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판을 제거하는 단계;
    제2 기판의 표면을 자외선으로 처리한 후, 상기 보호층에 구비된 상기 그래핀을 상기 제2 기판의 표면에 부착하는 단계; 및
    상기 보호층을 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 보호층의 형성에 사용되는 상기 용매는 150℃ 이상의 끓는점(boiling point)을 갖고, 또한, 상기 용매는 32 dyne/cm 이상의 표면장력(surface tension)을 가지며, 상기 폴리머와 상기 용매의 혼합물에서 상기 폴리머의 함유량은 1∼7wt% 이고,
    상기 자외선으로 처리된 상기 제2 기판의 표면은 친수성을 갖고, 상기 친수성을 갖는 상기 제2 기판의 표면에 상기 그래핀이 부착되는 그래핀 전사 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 보호층은 32 dyne/cm 이상의 표면장력을 갖는 식각 용액을 사용해서 제거하는 그래핀 전사 방법.
  20. 청구항 16 및 19 중 어느 하나에 기재된 방법을 이용해서 제1 기판으로부터 제2 기판으로 그래핀을 전사하는 단계; 및
    상기 제2 기판 상에 상기 그래핀을 포함하는 소자를 구성하는 단계;를 포함하는 그래핀 적용 소자의 제조방법.
KR1020120056230A 2012-05-25 2012-05-25 그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법 KR101969853B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120056230A KR101969853B1 (ko) 2012-05-25 2012-05-25 그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120056230A KR101969853B1 (ko) 2012-05-25 2012-05-25 그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130132105A KR20130132105A (ko) 2013-12-04
KR101969853B1 true KR101969853B1 (ko) 2019-04-17

Family

ID=49981092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120056230A KR101969853B1 (ko) 2012-05-25 2012-05-25 그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101969853B1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102232756B1 (ko) * 2014-05-19 2021-03-26 삼성전자주식회사 그래핀-반도체 멀티 접합을 갖는 전자소자 및 그 제조방법
KR101723568B1 (ko) * 2015-05-26 2017-04-07 서울대학교산학협력단 전자 소자 및 그 제조 방법
KR101723438B1 (ko) * 2015-06-16 2017-04-06 한국원자력연구원 방사선 검출기 및 그 제조 방법
KR101687526B1 (ko) 2015-07-07 2016-12-19 한국원자력연구원 방사선 검출기 및 이의 제조 방법
KR102096340B1 (ko) * 2016-05-18 2020-04-03 전남대학교산학협력단 열적안정성 및 수분저항성이 향상된 형광체 플레이트, 그 형광체 플레이트 제조방법 및 이를 포함하는 led 소자
KR102095372B1 (ko) * 2017-10-23 2020-03-31 성균관대학교산학협력단 실리콘 고분자 중합체 및 이를 포함하는 그래핀 전사용 고분자
KR102117954B1 (ko) * 2018-02-22 2020-06-02 성균관대학교산학협력단 그래핀 전사용 고분자 및 이를 이용한 그래핀의 전사 방법
CN110862083A (zh) * 2018-08-27 2020-03-06 上海交通大学 磁场辅助紫外光氧化实现石墨烯薄膜图案化方法及其装置
KR102307210B1 (ko) 2020-03-03 2021-10-01 성균관대학교산학협력단 그래핀의 전사 방법 및 이를 이용한 유연 투명전극

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011046415A2 (ko) * 2009-10-16 2011-04-21 성균관대학교산학협력단 그래핀의 롤투롤 전사 방법, 그에 의한 그래핀 롤, 및 그래핀의 롤투롤 전사 장치
KR101652787B1 (ko) * 2009-11-12 2016-09-01 삼성전자주식회사 대면적 그라핀의 제조방법 및 전사방법
WO2011087301A2 (ko) * 2010-01-15 2011-07-21 성균관대학교산학협력단 기체 및 수분 차단용 그래핀 보호막, 이의 형성 방법 및 그의 용도
KR101300799B1 (ko) * 2010-06-18 2013-08-29 그래핀스퀘어 주식회사 그래핀 층을 포함하는 광학 필름, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130132105A (ko) 2013-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101969853B1 (ko) 그래핀 전사 방법 및 이를 이용한 소자의 제조방법
Duan et al. Solution‐processed centimeter‐scale highly aligned organic crystalline arrays for high‐performance organic field‐effect transistors
Duan et al. Scalable fabrication of highly crystalline organic semiconductor thin film by channel‐restricted screen printing toward the low‐cost fabrication of high‐performance transistor arrays
Li et al. Additive‐Free Organic Solar Cells with Power Conversion Efficiency over 10%
US9029252B2 (en) Nanostructure, optical device including the same, and methods of manufacturing the nanostructure and the optical device
JP5973557B2 (ja) ブロック共重合体を用いて基板の表面にパターンを作製する方法
US20120021250A1 (en) Method of preparing carbon thin film, electronics comprising carbon thin film, and electrochemical device comprising carbon thin film
KR20080067817A (ko) 망상 탄소나노튜브 박막층을 포함하는 탄소나노튜브 투명전극 및 그의 제조방법
Zhang et al. Scalable fabrication of metallic nanofiber network via templated electrodeposition for flexible electronics
JP6252017B2 (ja) 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層および有機薄膜トランジスタ
JP2008523571A (ja) 光−電子装置を製造する方法
JP2015029020A (ja) 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層および有機薄膜トランジスタ
Bulgarevich et al. Operational Stability Enhancement of Polymeric Organic Field‐Effect Transistors by Amorphous Perfluoropolymers Chemically Anchored to Gate Dielectric Surfaces
TWI464182B (zh) 薄膜電晶體用閘極絕緣膜形成組成物
Kim et al. Stretchable Mesh‐Patterned Organic Semiconducting Thin Films on Creased Elastomeric Substrates
JP2012000599A (ja) バリアフィルム及びその製造方法、有機電子デバイス及びその製造方法
Zhang et al. Organic Single‐Crystalline Microwire Arrays toward High‐Performance Flexible Near‐Infrared Phototransistors
CN114361338A (zh) 一种增强n型半导体稳定性的方法
KR102284072B1 (ko) 대면적 단일 도메인으로 배열된 유기분자의 수직원기둥 또는 라멜라 구조체의 제조방법
KR101856563B1 (ko) 액정성 유기박막 트랜지스터 및 그 제조방법
WO2018135493A1 (ja) 保護層形成用組成物、積層体およびキット
KR101720626B1 (ko) 폴리이미드 및 폴리비닐알콜을 포함하는 이중층 유기 절연체 및 이를 이용한 박막 트랜지스터
KR101744231B1 (ko) 그래핀-유기 반도체 수직형 트랜지스터 및 이의 제조 방법
JP6578645B2 (ja) 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ
JP6733157B2 (ja) 有機半導体層形成用溶液、有機半導体層、および有機薄膜トランジスタ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant