KR102071033B1 - A method for manufacturing graphene structure, graphene structure by the same and transparent electrode and light emitting diode comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도핑된 그래핀의 열적 안정도의 향상을 위한 그래핀 구조체 제조방법, 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체 및 이를 포함하는 투명전극 및 발광다이오드에 대한 것이다. 본 발명에 따른 그래핀 구조체 제조방법은 기판 상에 제1 그래핀층을 형성하고, 제1 그래핀층을 금속 염화물로 도핑하고, 상기 도핑된 제1 그래핀층 상에 적어도 하나의 제2 그래핀층을 적층하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 그래핀 구조체는 제1 그래핀층, 상기 제1 그래핀층 상에 적층된 적어도 하나의 제2 그래핀층을 포함하되, 상기 제1 그래핀층은 금속 염화물로 도핑될 수 있다. 본 발명에 따른 투명전극은 상기 그래핀 구조체를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 발광다이오드는 상기 투명전극을 포함할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a graphene structure for improving the thermal stability of the doped graphene, a graphene structure prepared by the same, and a transparent electrode and a light emitting diode including the same. In the graphene structure manufacturing method according to the present invention, a first graphene layer is formed on a substrate, the first graphene layer is doped with a metal chloride, and at least one second graphene layer is laminated on the doped first graphene layer. It may include doing. The graphene structure according to the present invention may include a first graphene layer and at least one second graphene layer stacked on the first graphene layer, wherein the first graphene layer may be doped with a metal chloride. The transparent electrode according to the present invention may include the graphene structure. The light emitting diode according to the present invention may include the transparent electrode.

Description

그래핀 구조체 제조방법, 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체 및 이를 포함하는 투명전극 및 발광다이오드{A METHOD FOR MANUFACTURING GRAPHENE STRUCTURE, GRAPHENE STRUCTURE BY THE SAME AND TRANSPARENT ELECTRODE AND LIGHT EMITTING DIODE COMPRISING THE SAME}A method for manufacturing a graphene structure, a graphene structure manufactured by the same, and a transparent electrode and a light emitting diode including the same.

본 발명은 그래핀 구조체 제조방법, 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체 및 이를 포함하는 투명전극 및 발광다이오드에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 도핑된 그래핀의 열적 안정도의 향상을 위한 그래핀 구조체 제조방법, 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체 및 이를 포함하는 투명전극 및 발광다이오드에 대한 것이다.The present invention relates to a graphene structure manufacturing method, a graphene structure produced by the same, and a transparent electrode and a light emitting diode including the same. More specifically, the present invention relates to a graphene structure manufacturing method for improving the thermal stability of the doped graphene, a graphene structure prepared by the same and a transparent electrode and a light emitting diode comprising the same.

그래핀(graphene)은 현재 가장 주목받고 있는 신소재이다. 최근 그래핀은 탄소나노튜브보다 열적, 전기적, 기계적 성질이 좋은 것으로 보고되면서, 다양한 분야에서 응용 연구가 진행되고 있다. 그래핀(graphene)이란 흑연을 의미하는 그라파이트(graphite)와 탄소(carbon)의 이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 -ene을 결합해서 만든 용어로서 육각형의 격자를 가진 탄소의 2차원적인 동소체를 의미한다. 그래핀의 무한한 평면은 원자가띠와 전도띠가 만나는 전자가 없는 에너지 영역을 보인다, Graphene is the new material that is currently attracting the most attention. Recently, graphene is reported to have better thermal, electrical, and mechanical properties than carbon nanotubes, and application research is being conducted in various fields. Graphene is a term made by combining the suffix -ene, which means a molecule having a double bond of graphite, which means graphite, and a two-dimensional allotrope of carbon, which has hexagonal lattice. do. The infinite plane of graphene shows an energy-free region of electrons where the valence and conduction bands meet,

그래핀은 전기적 특성이 우수하며, 표면 조건에 따라서 전기적 특성이 크게 변하기 때문에 투명 전극 물질로서 적당하다. 특히, 그래핀의 2차원적인 특성으로 인해, 그래핀의 모든 표면(surface)이 표면 흡착물질에 노출되기 때문에, 전기적 특성을 극대화할 수 있다. 그래핀은 금속의 성질을 지진다. 따라서, 여분의 전자로 인한 주 전하량의 변화 때문에 생기는 존슨 잡음(Johnson noise)이 매우 적다. 뿐만 아니라, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 합성한 그래핀은 표면의 결함(defect)가 매우 적기 때문에, 열 변화에 의해 야기되는 효과가 적다. 그리고, 금속과의 접촉이 오믹 접촉(ohmic contact)의 성질을 가지므로, 접촉저항이 매우 낮아 4침법(4-point-probe)을 활용한 측정이 가능하다. 이러한 성질로 인해, 나노 구조체의 그래핀은 전자 소재에서 주로 쓰이는 투명 전극 물질로의 활용이 가능하다.Graphene is suitable as a transparent electrode material because it has excellent electrical properties and greatly changes its electrical properties depending on surface conditions. In particular, due to the two-dimensional characteristics of graphene, since all surfaces of graphene are exposed to surface adsorbents, electrical characteristics may be maximized. Graphene is a metal. Thus, there is very little Johnson noise due to the change in the main charge amount due to the extra electrons. In addition, graphene synthesized by Chemical Vapor Deposition has very few defects on the surface, so the effect caused by thermal change is less. In addition, since the contact with the metal has the property of ohmic contact, the contact resistance is very low, and measurement using the 4-point-probe is possible. Due to these properties, graphene of nanostructures can be utilized as a transparent electrode material, which is mainly used in electronic materials.

그래핀을 이용한 투명전극은 뛰어난 신축성, 유연성 및 투명도를 가지고, 상대적으로 합성과 패터닝이 간단한다. 그러나, 상기의 특성은 상용 투명 전극인 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용했을 경우의 50%에도 미치지 못한다. 그래핀을 기반으로 전자 소자에 적용했을 때의 문제점들을 살펴보면 아래와 같다. Graphene transparent electrodes have excellent elasticity, flexibility and transparency, and are relatively simple to synthesize and pattern. However, the above characteristics are less than 50% of using ITO (Indium Tin Oxide), which is a commercial transparent electrode. Problems when applied to electronic devices based on graphene are as follows.

첫째, 현재 상업적으로 투명전극으로 사용되는 ITO와 비교하여, 그래핀의 두께가 얇아서 전기적 성질에 영향을 미친다.First, compared with ITO, which is currently used as a transparent electrode, graphene has a thin thickness, which affects electrical properties.

둘째, ITO에 비해서, 그래핀은 상대적으로 낮은 투과도를 가지고 있어, 투명전극으로서의 발광효율이 떨어진다.Second, compared with ITO, graphene has a relatively low transmittance, so that luminous efficiency as a transparent electrode is inferior.

셋째, 전자 소자에서의 정공 주입 장벽은 쇼트키 장벽 이론(Schottky barrier)에 따라 반도체의 이온화 에너지에서 그래핀의 일함수를 빼주는 값으로 계산되는데, 여기서 장벽의 크기가 최소화 되기 위해서는 그래핀의 일함수가 커져야 한다. 그러나, 최근 연구에 따르면, 그래핀의 일함수는 4.2 내지 4.5 eV로 알려져 있어 원하는 일함수 영역대에 미치지 못한다. 발광 다이오드(light emitting diode) 및 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)와 같은 전자 소자에 그래핀을 투명 전극으로 사용한 경우 낮은 발광 효율을 보인다. 이를 해결하기 위해, p-type의 그래핀 도핑을 통하여 면 저항을 낮추는 방법이 개발되고 있다. Third, the hole injection barrier in the electronic device is calculated by subtracting the graphene work function from the ionization energy of the semiconductor according to the Schottky barrier theory, where the work function of graphene is minimized to minimize the size of the barrier. Should be large. However, according to a recent study, the work function of graphene is known to be 4.2 to 4.5 eV, which falls short of the desired work function region. When graphene is used as a transparent electrode in an electronic device such as a light emitting diode and an organic light emitting diode, the light emitting efficiency is low. To solve this problem, a method of lowering sheet resistance through graphene doping of p-type has been developed.

그래핀을 전자 소자에 적용하기 위해서는 낮은 면 저항과 높은 일함수로의 조절이 필요하며, 염화금(Gold chloride) 도핑방법을 이용해서 표면에 ?은 막을 형성함으로써 상기 조절이 가능하다고 보고되고 있다. 즉, 전이금속 염화물을 도펀트로 이용하여 그래핀 표면을 도핑함으로써 그래핀을 투명전극으로 사용할 수 있다. In order to apply graphene to electronic devices, low surface resistance and high work function need to be controlled, and it is reported that the above adjustment is possible by forming a thin film on the surface by using gold chloride doping method. That is, graphene may be used as a transparent electrode by doping the graphene surface using a transition metal chloride as a dopant.

그러나, 이러한 금속 염화물을 이용하여 도핑한 그래핀의 경우 전자소자 제조공정이 포함하는 열처리 공정을 거칠 경우 그래핀의 전도성과 투과도가 원래 상태보다 저하되는 것이 관찰되었다.However, in the case of graphene doped with such a metal chloride, it was observed that the conductivity and permeability of graphene are lowered than the original state when the heat treatment process included in the electronic device manufacturing process is performed.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열적 안정성을 가지는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a graphene structure manufacturing method having a thermal stability and the graphene structure produced by it.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 투과도가 유지되는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a graphene structure manufacturing method and a graphene structure prepared by the before and after heat treatment, the transmittance is maintained.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 전도성이 유지되는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a graphene structure manufacturing method and a graphene structure prepared by the conductivity is maintained before and after heat treatment.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 일함수 및 면저항의 변화가 적은 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a graphene structure manufacturing method and a graphene structure produced by the change in the work function and the sheet resistance less before and after heat treatment.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 염소원자의 기화가 방지되는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a graphene structure manufacturing method and a graphene structure prepared by the before and after heat treatment, the vaporization of chlorine atoms is prevented.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 특징을 가지는 그래핀 구조체를 포함하는 투명전극 및 상기 투명전극을 포함하는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a transparent electrode including a graphene structure having the above characteristics and a light emitting diode comprising the transparent electrode.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광효율이 향상된 그래핀 구조체로 형성된 투명전극을 포함하는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode comprising a transparent electrode formed of a graphene structure with improved luminous efficiency.

본 발명은 열처리에 따른 도핑된 그래핀의 성질 저하를 해결하기 위해서 열적, 화학적으로 안정한 그래핀을 도핑한 그래핀 위에 적층하는 그래핀 구조체의 제조방법을 제시한다. 상기 구조를 통하여 열처리에 안정하며 전기적 특성을 유지시킬 수 있다. 상기 제조방법으로 제조된 그래핀 구조층을 전극으로 사용한다면 열처리 공정이 필요한 소자공정에서도 그래핀의 특성을 극대화 시킬 수 있다.The present invention provides a method for producing a graphene structure laminated on the graphene doped with thermally and chemically stable graphene to solve the degradation of the doped graphene due to heat treatment. Through the structure, it is stable to heat treatment and maintains electrical characteristics. If the graphene structure layer prepared by the above manufacturing method is used as an electrode, the characteristics of the graphene may be maximized even in an element process requiring heat treatment.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 제조방법은 기판 상에 제1 그래핀층을 형성하고, 제1 그래핀층을 금속 염화물로 도핑하고, 상기 도핑된 제1 그래핀층 상에 적어도 하나의 제2 그래핀층을 적층하는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a graphene structure may include forming a first graphene layer on a substrate, doping the first graphene layer with a metal chloride, and forming at least one agent on the doped first graphene layer. It may include laminating two graphene layers.

상기 적어도 하나의 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 적어도 하나 포함할 수 있다.The at least one second graphene layer may include at least one graphene layer doped with a metal chloride.

상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함할 수 있다.The metal chloride may include at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .

상기 기판은 금속산화물계 기판, 실리카계 기판, 또는 플라스틱 기판을 포함할 수 있다.The substrate may include a metal oxide substrate, a silica substrate, or a plastic substrate.

상기 기판은 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, 글래스, 석영, HfO2, MgO 및 BeO 중 어느 하나일 수 있다.The substrate may be any one of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , glass, quartz, HfO 2 , MgO, and BeO.

상기 제1 그래핀층을 형성하는 것은, 기판 상에 제1 그래핀층을 전사하는 것을 포함할 수 있다.Forming the first graphene layer may include transferring the first graphene layer onto a substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 제1 그래핀층, 상기 제1 그래핀층 상에 적층된 적어도 하나의 제2 그래핀층을 포함하되, 상기 제1 그래핀층은 금속 염화물로 도핑될 수 있다.Graphene structure according to an embodiment of the present invention includes a first graphene layer, at least one second graphene layer stacked on the first graphene layer, the first graphene layer may be doped with a metal chloride. .

상기 적어도 하나의 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 적어도 하나 포함할 수 있다.The at least one second graphene layer may include at least one graphene layer doped with a metal chloride.

상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함할 수 있다.The metal chloride may include at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .

본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극은 상기 그래핀 구조체를 포함할 수 있다.The transparent electrode according to an embodiment of the present invention may include the graphene structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드는 상기 투명전극을 포함할 수 있다.The light emitting diode according to the embodiment of the present invention may include the transparent electrode.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.The method for producing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure produced by it may have a high thermal stability.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 열처리 전후에 있어서, 전도성 및 투과도의 변화가 적을 수 있다.The method for producing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure prepared by the same may have a small change in conductivity and transmittance before and after heat treatment.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 열 처리 전후에 있어서, 일함수 및 면저항의 변화가 적다.The method for producing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure produced by the same have little change in work function and sheet resistance before and after heat treatment.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 도핑된 금속 염화물의 기화를 방지할 수 있다.The method for producing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure prepared thereby can prevent vaporization of the doped metal chloride.

본 발명에 따른 그래핀 구조체를 이용한 투명전극을 포함하는 발광 다이오드는 열적 안정성 및 발광효율이 높다.The light emitting diode including the transparent electrode using the graphene structure according to the present invention has high thermal stability and luminous efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체와 비교하기 위한 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 제조 방법들을 나타내기 위한 개략도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 파장에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들 및 층수에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 투과도 및 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 라만 분광분석(Raman Spectroscopy) 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 금속원자에 대한 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 염소원자의 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 열처리시 발생되는 현상에 대한 모식도이다.
1 is a schematic view showing a method of manufacturing a graphene structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the manufacturing method of the graphene structures according to the comparative example for comparing with the graphene structure according to an embodiment of the present invention.
3 are graphs showing changes in transmittance according to wavelengths of graphene structures and graphs showing changes in sheet resistance according to the number of layers according to one embodiment and comparative embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating changes in transmittance and sheet resistance according to annealing temperatures of graphene structures according to an exemplary embodiment and comparative examples. FIG.
5 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph before and after heat treatment of graphene structures according to an embodiment of the present invention and comparative embodiments.
FIG. 6 is a graph showing Raman Spectroscopy results before and after heat treatment of graphene structures according to an embodiment of the present invention and comparative examples. FIG.
FIG. 7 is a graph illustrating an analysis result of an photoelectron spectrometer (XPS) for metal atoms included in graphene structures according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
FIG. 8 is a graph illustrating an analysis result of a chlorine atom photoelectron spectrometer (XPS) included in graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
9 is a schematic diagram of a phenomenon occurring during the heat treatment of the graphene structures according to an embodiment of the present invention and a comparative embodiment.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto, but may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a graphene structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계, 상기 전사된 제1 그래핀층(12)을 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀층(13)을 형성하는 단계, 상기 제2 그래핀층(13) 상에 또 다른 제1 그래핀층(12)을 적층하여 그래핀 구조체(14)를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층일 수 있다. 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층일 수 있다.Referring to FIG. 1, the first graphene layer 12 is transferred onto the substrate 11, and the second graphene layer 13 is formed by doping the transferred first graphene layer 12 with metal chloride. Step, stacking another first graphene layer 12 on the second graphene layer 13 to form a graphene structure (14). The first graphene layer may be an undoped graphene layer. The second graphene layer may be a graphene layer doped with a metal chloride.

상기 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계에 있어서, 상기 제1 그래핀층(12)은 그래핀으로 형성된다. 그래핀은 서로 sp2 결합을 한 탄소 원자로 이루어지는 평면적인 6각형 격자 구조를 갖는 시트 형상 물질이다. 그래핀은 적층되어 있지 않은 단층 그래핀, 또는 복수층의 단층 그래핀이 적층된 다층 그래핀일 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 그래핀은 상기한 것에 한정되지 않지만, 그래핀 구조체(14)의 광 투과성의 관점 및 층간 박리(delamination)가 생기지 않는다는 점으로부터 단층 그래핀이 적절하다. 상기 기판(11)은 상기 그래핀 구조체(14)의 지지 기판이다. 상기 기판(11)은 금속산화물계 기판, 실리카계 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 기판(11)은 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, 글래스, 석영, HfO2, MgO 및 BeO 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 기판(11)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 그래핀 구조체(14)에 광 투과성이 요구되는 경우에는, 상기 기판(11)은 광 투과성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.In the transferring of the first graphene layer 12 onto the substrate 11, the first graphene layer 12 is formed of graphene. Graphene is a sheet-like material having a planar hexagonal lattice structure composed of carbon atoms bonded to each other with sp 2 . The graphene may be single layer graphene that is not stacked, or multilayer graphene in which a plurality of layers of single layer graphene are stacked. In the present embodiment, the graphene is not limited to the above, but single-layer graphene is suitable from the viewpoint of light transmittance of the graphene structure 14 and the fact that no delamination occurs. The substrate 11 is a support substrate of the graphene structure 14. The substrate 11 may be a metal oxide substrate, a silica substrate, or a plastic substrate. The substrate 11 may be any one or more of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , glass, quartz, HfO 2 , MgO, and BeO. The material of the substrate 11 is not particularly limited. When light transmittance is required for the graphene structure 14, the substrate 11 may be made of a material having light transmittance.

상기 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 방법은 다음과 같을 수 있다.A method of transferring the first graphene layer 12 on the substrate 11 may be as follows.

우선 촉매 기판 상에 그래핀을 성막하여, 그래핀층을 구비한다. 상기 성막은 열 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 플라즈마 CVD법 등을 이용해서 형성될 수 있다. 열 CVD법에서는, 촉매 기판의 표면에 공급된 탄소원 물질(탄소 물자를 포함하는 물질)을 가열하여 그래핀을 형성한다. 플라즈마 CVD법에서, 탄소원 물질을 플라즈마화하여 그래핀을 형성한다. 또한, 상기 CVD법 이외에도, 용액에서 박리한(released) 그래핀이나 물리적으로 박리한 그래핀을 이용하는 것도 가능하다. 그러나, 층 수의 제어(투명성), 결정성(도전성), 균일한 막으로서 성막 가능한 면적 등의 점으로부터 CVD법이 적절함에 주목해야 한다. First, graphene is deposited on a catalyst substrate to provide a graphene layer. The film formation may be formed by thermal CVD (Chemical Vapor Deposition), plasma CVD, or the like. In the thermal CVD method, graphene is formed by heating a carbon source material (a material containing a carbon material) supplied to the surface of a catalyst substrate. In the plasma CVD method, graphene is formed by plasmalizing a carbon source material. In addition to the CVD method, it is also possible to use graphene released from the solution or graphene physically released. However, it should be noted that the CVD method is appropriate in view of control of the number of layers (transparency), crystallinity (conductivity), and the area which can be formed as a uniform film.

촉매 기판의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 니켈, 철, 구리 등이 재료로서 사용될 수 있다. 접착성이 높은 단층 그래핀이 형성되기 때문에 촉매 기판의 재료로서 구리를 이용하는 것이 적절하다. 촉매 기판의 표면에 탄소원인 물질(메탄 등)을 공급하고, 촉매 기판을 그래핀 형성 온도 이상으로 가열함으로써, 촉매 기판의 표면 상에 그래핀을 성막할 수 있다. 구체적으로는, 메탄 및 수소를 포함하는 혼합 가스(촉매 기판의 환원용, 메탄:수소=100cc:5cc) 분위기에서, 촉매 기판을 960℃로 가열하고, 10분간 유지함으로써, 그래핀을 성장시킬 수 있다. Although the material of a catalyst substrate is not specifically limited, Nickel, iron, copper, etc. can be used as a material. Since single-layer graphene with high adhesion is formed, it is appropriate to use copper as a material of the catalyst substrate. Graphene can be formed on the surface of the catalyst substrate by supplying a substance (methane, etc.), which is a carbon source, to the surface of the catalyst substrate and heating the catalyst substrate above the graphene formation temperature. Specifically, graphene can be grown by heating the catalyst substrate at 960 ° C. for 10 minutes in an atmosphere of a mixed gas containing methane and hydrogen (methane: hydrogen = 100cc: 5cc for reducing the catalyst substrate). have.

이어서, 상기 촉매 기판 상에 성장된 그래핀을 기판 상에 전사한다. 상기 기판은 목적에 따라 선택될 수 있으며, 투명성이 요구되는 경우에는 석영 기판일 수 있다. 전사 방법은 특별히 한정되지 않지만, 일 예로 다음과 같이 할 수 잇다. 촉매 기판 상에 성장된 그래핀 상에 4% PMMA(Poly(methyl methacrylate))용액을 스핀 코팅(2000rpm, 40초)에 의해 도포하고, 130℃에서 5분간 베이크한다. 이를 통해, 그래핀 상에 PMMA를 포함하는 수지층이 형성된다. 이이서, 1M 염화철 용액을 이용해서 촉매 기판을 에칭한다. Subsequently, graphene grown on the catalyst substrate is transferred onto the substrate. The substrate may be selected according to the purpose, and may be a quartz substrate when transparency is required. The transfer method is not particularly limited, but may be as follows, for example. A 4% PMMA (Poly (methyl methacrylate)) solution was applied on the graphene grown on the catalyst substrate by spin coating (2000 rpm, 40 seconds) and baked at 130 ° C. for 5 minutes. Through this, a resin layer containing PMMA is formed on the graphene. Next, the catalyst substrate is etched using a 1 M iron chloride solution.

수지층을 포함하고 촉매 기판이 제거된 그래핀을 초순수(ultrapure water)로 세정한 후, 그래핀을 기판(석영 기판 등)에 전사하여 자연 건조시킨다. 건조 후, 수소 분위기에서 400℃로 가열(어닐링)하여, PMMA를 분해한다. 상술한 공정을 통하여, 기판(11) 상에 그래핀층(12)가 전사될 수 있다. After the graphene including the resin layer and the catalyst substrate is removed, the graphene is washed with ultrapure water, and then the graphene is transferred to a substrate (such as a quartz substrate) to naturally dry. After drying, the mixture is heated (annealed) to 400 ° C in a hydrogen atmosphere to decompose PMMA. Through the above-described process, the graphene layer 12 may be transferred onto the substrate 11.

상기 전사된 제1 그래핀층(12)을 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀층(13)을 형성하는 단계에 있어서, 상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2, 및 RhCl3을 포함할 수 있다. 제1 그래핀층(12)을 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀층(13)을 형성하는 방법은 다음과 같을 수 있다. 도펀트가 염화금(AuCl3)인 경우, 염화금을 실온에서 4시간 진공 건조한다. 그것을 용매(탈수 니트로 메탄 등)로 용해해서 10mM의 용액(이하, 도펀트 용액이라 한다)을 얻는다. 도펀트 용액을 스핀 코팅(2000rpm, 40초)에 의해 제1 그래핀층(12) 상에 도포하여, 진공 건조시킨다. 도펀트 용액은 건조되어 상기 제1 그래핀층(12) 상에 층을 형성하고, 상기 층은 제1 그래핀층(12)와 접촉하기 때문에, 계면 근방에 위치하는 도펀트(염화금 등)가 제1 그래핀층(12)의 그래핀에 의해 화학적으로 흡착되어 도핑된다. 상술한 공정에 따라 염화금으로 도핑된 제2 그래핀층(13)이 형성될 수 있다.In the step of forming the second graphene layer 13 by doping the transferred first graphene layer 12 with a metal chloride, the metal chloride is AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 , and RhCl 3 may be included. A method of forming the second graphene layer 13 by doping the first graphene layer 12 with metal chloride may be as follows. If the dopant is gold chloride (AuCl 3 ), the gold chloride is vacuum dried at room temperature for 4 hours. It is dissolved in a solvent (dehydrated nitromethane, etc.) to obtain a 10 mM solution (hereinafter, referred to as a dopant solution). The dopant solution is applied on the first graphene layer 12 by spin coating (2000 rpm, 40 seconds) and dried in vacuo. Since the dopant solution is dried to form a layer on the first graphene layer 12, and the layer contacts the first graphene layer 12, the dopant (gold chloride, etc.) located near the interface has a first graphene layer. It is chemically adsorbed and doped by the graphene of (12). According to the above process, the second graphene layer 13 doped with gold chloride may be formed.

또한, 도펀트 용액에서의 도펀트의 농도는 적절히 선택 가능하지만, 농도가 너무 높으면 도핑된 제2 그래핀층(13)의 광 투과율이 저하하고, 농도가 너무 낮으면 도핑 후에 저항 열화가 발생되기 쉽다.In addition, the concentration of the dopant in the dopant solution can be appropriately selected, but if the concentration is too high, the light transmittance of the doped second graphene layer 13 is lowered, and if the concentration is too low, resistance deterioration is likely to occur after doping.

상기 제2 그래핀층(13) 상에 제1 그래핀층(12)을 적층하여 그래핀 구조체(14)를 형성하는 단계에 있어서, 상기 적층 방법은 상술한 전사 방법을 포함할 수 있다.In the step of forming the graphene structure 14 by stacking the first graphene layer 12 on the second graphene layer 13, the lamination method may include the transfer method described above.

상술한 각 단계에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14)를 제조할 수 있다. 상기 그래핀 구조체(14)는 금속 염화물로 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층을 적층하는 구조를 가지기 때문에, 열처리가 요구되는 공정 시에 도핑된 그래핀층이 포함하는 금속 염화물이 기화되는 것을 적층된 그래핀층을 이용하여 방지할 수 있다. 따라서, 그래핀 구조체의 일함수 및 면저항을 일정하게 유지할 수 있다.According to each step described above, it is possible to manufacture the graphene structure 14 according to an embodiment of the present invention. Since the graphene structure 14 has a structure in which an undoped graphene layer is laminated on the graphene layer doped with metal chloride, the metal chloride including the doped graphene layer is vaporized in a process requiring heat treatment. The laminated graphene layer can be prevented. Therefore, the work function and sheet resistance of the graphene structure can be kept constant.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체와 비교하기 위한 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 제조 방법들을 나타내기 위한 개략도들이다. 도 2(a)는 도핑되지 않는 그래핀층들이 적층된 구조를 가지는 A형 그래핀 구조체(15)의 제조방법을 나타내는 개략도이다. 도 2(b)는 도핑된 그래핀층들이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체(16)의 제조방법을 나타내는 개략도이다. Figure 2 is a schematic diagram showing the manufacturing method of the graphene structures according to the comparative example for comparing with the graphene structure according to an embodiment of the present invention. 2A is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing the A-type graphene structure 15 having a structure in which undoped graphene layers are stacked. Figure 2 (b) is a schematic diagram showing a method for manufacturing a B-type graphene structure 16 having a structure in which the doped graphene layers are stacked.

A형 그래핀 구조체(15)의 제조방법은 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계, 상기 전사된 제1 그래핀층(12) 상에 또 다른 제1 그래핀층(12)을 적층하는 단계를 포함한다. 상기 제1 그래핀층(12)은 도핑되지 않는 그래핀층일 수 있다. 각 단계의 구체적인 제조방법은 상술한 도 1의 그래핀 구조체의 제조방법과 유사하다.Method of manufacturing the A-type graphene structure 15 is the step of transferring the first graphene layer 12 on the substrate 11, another first graphene layer 12 on the transferred first graphene layer 12 Laminating). The first graphene layer 12 may be a graphene layer that is not doped. The specific manufacturing method of each step is similar to the manufacturing method of the graphene structure of FIG.

B형 그래핀 구조체(16)의 제조방법은 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계, 상기 전사된 제1 그래핀층(12)를 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀(13)을 형성하는 단계, 상기 제2 그래핀(13) 상에 또 다른 제2 그래핀(13)을 적층하는 단계를 포함한다. 상기 제1 그래핀층(12)은 도핑되지 않는 그래핀층일 수 있다. 상기 제2 그래핀층(13)은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층일 수 있다. 각 단계의 구체적인 제조방법은 상술한 도 1의 그래핀 구조체의 제조방법과 유사하다.In the manufacturing method of the B-type graphene structure 16, the step of transferring the first graphene layer 12 on the substrate 11, the second graphene by doping the transferred first graphene layer 12 with a metal chloride Forming (13), and laminating another second graphene 13 on the second graphene (13). The first graphene layer 12 may be a graphene layer that is not doped. The second graphene layer 13 may be a graphene layer doped with a metal chloride. The specific manufacturing method of each step is similar to the manufacturing method of the graphene structure of FIG.

도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14)와 비교하여, A형 그래핀 구조체(15)의 경우에는 도핑된 그래핀층인 제2 그래핀층(13)을 포함하지 않는다. B형 그래핀 구조체(16)의 경우에는 도핑되지 않는 그래핀층인 제1 그래핀층(12)을 포함하지 않는다.2 (a) and 2 (b), compared to the graphene structure 14 according to an embodiment of the present invention of Figure 1, in the case of the A-type graphene structure 15 doped graphene The pinned layer does not include the second graphene layer 13. In the case of the B-type graphene structure 16, the first graphene layer 12, which is an undoped graphene layer, is not included.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14), 비교 실시예인 A형 그래핀 구조체(15) 및 B형 그래핀 구조체(16)를 대상으로 실험 및 분석을 실시한다. 비교 실시예인 A형 및 B형 그래핀 구조체(15, 16)와 비교하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14)는 C형 그래핀 구조체로 나타낼 수 있다.Experiment and analysis of the graphene structure 14, the A-type graphene structure 15 and the B-type graphene structure 16 which is a comparative example according to the embodiment of the present invention described above. In order to compare the A and B type graphene structures 15 and 16 which are comparative embodiments, the graphene structure 14 according to an embodiment of the present invention may be represented as a C type graphene structure.

도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 파장에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들 및 층수에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 3(a)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 파장에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 층수에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.3 are graphs showing changes in transmittance according to wavelengths of graphene structures and graphs showing changes in sheet resistance according to the number of layers according to one embodiment and comparative embodiments of the present invention. 3 (a) is a graph showing a change in transmittance according to the wavelength of the graphene structures according to an embodiment and a comparative embodiment of the present invention. 3 (b) are graphs showing a change in sheet resistance according to the number of layers of graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 3(a)를 참조하면, 도 3(a)(1)은 비교 실시예인 A형 그래핀 구조체(15)에 대한 그래프이고, 도 3(a)(2)는 비교 실시예인 B형 그래핀 구조체(16)에 대한 그래프이고, 도 3(a)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체(14)에 대한 그래프이다. 이를 통하여, A형, B형 및 C형 그래핀 구조체들 모두 적층되는 층수가 증가함에 따라 투과도가 하락함을 알 수 있다. Referring to FIG. 3 (a), FIG. 3 (a) (1) is a graph of a type A graphene structure 15 as a comparative example, and FIG. 3 (a) (2) is a type B graphene as a comparative example. 3A is a graph of the structure 16, and FIGS. 3A and 3 are graphs of the C-type graphene structure 14 according to an embodiment of the present invention. Through this, it can be seen that the transmittance decreases as the number of layers in which all of the A-type, B-type, and C-type graphene structures are stacked.

도 3(a)(1)를 참조하면, 선 1L은 제1 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 2L은 제1 그래핀층이 두 층인 경우를, 선 3L은 제1 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 4L은 제1 그래핀층이 네 층인 경우를, 선 5L은 제1 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이다. A형 그래핀 구조체는 층수가 증가함에 따라, 그래프의 기울기 역시 커짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (a) (1), the line 1L shows a case where the first graphene layer is one layer, the line 2L shows a case where the first graphene layer is two layers, and the line 3L shows a case where the first graphene layer is three layers. , Line 4L represents a case where the first graphene layer is four layers, line 5L represents a case where the first graphene layer is five layers, and the first graphene layer is an undoped graphene layer. As the graphene structure of A type increases as the number of layers increases, the slope of the graph also increases.

도 3(a)(2)를 참조하면, 선 1L은 제2 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 2L은 제2 그래핀층이 두 층인 경우를, 선 3L은 제2 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 4L은 제2 그래핀층이 네 층인 경우를, 선 5L은 제2 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다. B형 그래핀 구조체는 층수가 증가함에 따라, 그래프의 기울기 역시 커짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (a) (2), the line 1L shows a case where the second graphene layer is one layer, the line 2L shows a case where the second graphene layer is two layers, and the line 3L shows a case where the second graphene layer is three layers. , Line 4L represents a case where the second graphene layer is four layers, line 5L represents a case where the second graphene layer is five layers, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride. As the B-type graphene structure increases in number of layers, the slope of the graph also increases.

도 3(a)(3)을 참조하면, 선 P.G는 제1 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 Doped는 제2 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 1BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 한 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 2BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 두 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 3BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를 나타내고, 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다. C형 그래핀 구조체는 A형 및 B형 그래핀 구조체와 비교하여, 그래프의 기울기가 원만함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (a) (3), the line PG is a case where the first graphene layer is one layer, the line Doped is a case where the second graphene layer is one layer, and the line 1BL is on one layer of the second graphene layer. In the case where one layer of the first graphene layer is stacked, the line 2BL is the case where two layers of the first graphene layer are stacked on the one layer of the second graphene layer, and the line 3BL is on the second layer of graphene layer. The first graphene layer of three layers is stacked, the first graphene layer is an undoped graphene layer, the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride. The C graphene structure is compared with the A and B graphene structures, it can be seen that the slope of the graph is smooth.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체와 비교하여, 넓은 파장영역에서 비교적 균일한 투과도를 보일 수 있다.Therefore, the graphene structure according to the embodiment of the present invention may exhibit a relatively uniform transmittance in a wide wavelength region as compared with the graphene structure according to the comparative example.

도 3(b)를 참조하면, 도 3(b)(1)은 비교 실시예인 A형 그래핀 구조체에 대한 그래프이고, 도 3(b)(2)는 비교 실시예인 B형 그래핀 구조체에 대한 그래프이고, 도 3(b)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체에 대한 그래프이다. 이를 통하여, A형, B형 및 C형 그래핀 구조체들 모두 적층되는 층수가 증가함에 따라 면저항이 하락함을 알 수 있다. 그러나, B형 및 C형 그래핀 구조체들은 층수가 증가함에 따라 면저항이 하락함은 동일하지만, A형 그래핀 구조체와 달리 층수가 증가할수록 그래프의 기울기가 원만하게 변화됨을 알 수 있다. 즉, B형 및 C형 그래핀 구조체들은 초기 층수의 변화시에는 면저항이 비교적 급하게 하락하지만, 이후에는 면저항이 원만하게 하락한다. 또한, C형 그래핀 구조체는 층수가 1BL 이상인 경우에는 면저항이 가장 원만하게 하락함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), FIG. 3 (b) (1) is a graph of a graphene structure of Comparative Example A, and FIG. 3 (b) (2) is of a graphene structure B of Comparative Example. 3 (b) and (3) are graphs of the C-type graphene structure according to the embodiment of the present invention. Through this, it can be seen that the sheet resistance decreases as the number of layers in which all of the A-type, B-type, and C-type graphene structures are stacked. However, the B-type and C-type graphene structures have the same sheet resistance as the number of layers increases, but unlike the A-type graphene structure, the slope of the graph changes smoothly as the number of layers increases. That is, the B-type and C-type graphene structures have a relatively rapid decrease in sheet resistance when the initial layer number is changed, but then smoothly decreases in sheet resistance. In addition, it can be seen that the C-type graphene structure has the smoothest sheet resistance when the number of layers is 1BL or more.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 보호층 역할을 하는 도핑되지 않는 그래핀층이 한층 이상 적층되는 경우에는, 층 수의 증가에 따른 면저항 변화가 적음을 알 수 있다.Therefore, in the graphene structure according to the exemplary embodiment of the present invention, when more than one undoped graphene layer serving as a protective layer is stacked, it can be seen that the sheet resistance change according to the increase in the number of layers is small.

도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 투과도 및 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 4(a)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.FIG. 4 is a graph illustrating changes in transmittance and sheet resistance according to annealing temperatures of graphene structures according to an exemplary embodiment and comparative examples. FIG. Figure 4 (a) is a graph showing a change in transmittance according to the annealing temperature of the graphene structures according to an embodiment and a comparative embodiment of the present invention. 4 (b) are graphs showing changes in sheet resistance according to annealing temperatures of graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 4(a)를 참조하면, 도 4(a)(1)은 비교 실시예에 따른 A형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(a)(2)은 비교 실시예에 따른 B형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(a)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체의 그래프이다.4 (a), FIG. 4 (a) (1) is a graph of a type A graphene structure according to a comparative example, and FIG. 4 (a) (2) is a type B graphene according to a comparative example. Figure 4 (a) (3) is a graph of the structure of the graphene graphene structure according to an embodiment of the present invention.

도 4(a)(1)을 참조하면, 선 1L은 제1 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 3L은 제1 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 5L은 제1 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않은 그래핀층이다. A형 그래핀 구조체는 층수가 동일한 경우에 어닐링 온도와 상관없이 투과도가 일정함을 알 수 있다. A형 그래핀 구조체는 도핑되지 않는 그래핀층의 적층구조를 가지므로 열적 안정도가 높기 때문이다.Referring to FIG. 4 (a) (1), the line 1L shows a case where the first graphene layer is one layer, the line 3L shows a case where the first graphene layer is three layers, and the line 5L shows a case where the first graphene layer is five layers. The first graphene layer is an undoped graphene layer. It can be seen that the A-type graphene structure has a constant transmittance regardless of the annealing temperature when the number of layers is the same. This is because the A-type graphene structure has a lamination structure of an undoped graphene layer and thus has high thermal stability.

도 4(a)(2)를 참조하면, 선 1L은 제2 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 3L은 제2 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 5L은 제2 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다. B형 그래핀 구조체는 층수가 동일한 경우에 어닐링 온도에 따라 투과도가 하락함을 알 수 있다. B형 그래핀 구조체는 그래핀 구조체를 형성하는 모든 그래핀 구조체들이 금속 염화물로 도핑되어 있고, 어닐링 온도가 증가함에 따라 그래핀 구조체 표면의 금속 나노 입자들이 서로 뭉치기 때문이다.Referring to FIG. 4 (a) (2), the line 1L shows a case where the second graphene layer is one layer, the line 3L shows a case where the second graphene layer is three layers, and the line 5L shows a case where the second graphene layer is five layers. The second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride. It can be seen that the type B graphene structure has a decrease in transmittance according to the annealing temperature when the number of layers is the same. The type B graphene structure is because all of the graphene structures forming the graphene structure are doped with metal chloride, and as the annealing temperature increases, the metal nanoparticles on the surface of the graphene structure aggregate together.

도 4(a)(3)을 참조하면, 선 Doped는 제2 그래핀층이 한층인 경우를, 선 1BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 한 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 2BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 두 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 3BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를 나타내고, 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층을 나타내고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 나타낸다. C형 그래핀 구조체는 제2 그래핀층을 제1 그래핀층들로 덮는 구조를 가진다. 따라서, 제2 그래핀층이 금속 염화물을 포함하기 때문에 어닐링 온도의 변화에 따라서 투과도가 하락하는 것은 B형 그래핀 구조체와 동일하다. 그러나, 제2 그래핀층을 덮는 제1 그래핀층들은 금속 염화물을 포함하고 있지 않으므로, B형 그래핀 구조체와 비교하여 어닐링 온도 증가에 따른 투과도 하락 정도가 작다.Referring to FIG. 4 (a) (3), the line doped is a case where the second graphene layer is one layer, and the line 1BL is a case where one layer of the first graphene layer is laminated on one layer of the second graphene layer. Line 2BL indicates a case where two first graphene layers are stacked on a second layer of graphene, and line 3BL indicates a case where three first graphene layers are stacked on a second layer of graphene. The first graphene layer represents a graphene layer that is not doped, and the second graphene layer represents a graphene layer doped with metal chloride. The C-type graphene structure has a structure covering the second graphene layer with the first graphene layers. Therefore, since the second graphene layer contains a metal chloride, the drop in transmittance according to the change in the annealing temperature is the same as that of the B-type graphene structure. However, since the first graphene layers covering the second graphene layer do not include metal chlorides, the degree of permeability decrease with increasing annealing temperature is smaller than that of the B-type graphene structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 그래핀 구조체를 형성하는 그래핀층들 중 한 층만이 금속 염화물을 포함하고 있기 때문에, 어닐링 온도 증가에 따른 투과도의 하락 정도가 비교적 작다.In the graphene structure according to the exemplary embodiment of the present invention, since only one layer of the graphene layers forming the graphene structure includes a metal chloride, the degree of decrease in transmittance with increasing annealing temperature is relatively small.

도 4(b)를 참조하면, 도 4(b)(1)은 비교 실시예에 따른 A형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(b)(2)은 비교 실시예에 따른 B형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(b)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체의 그래프이다.4 (b), FIG. 4 (b) (1) is a graph of the A-type graphene structure according to the comparative example, and FIG. 4 (b) (2) is the B-type graphene according to the comparative example. Figure 4 (b) (3) is a graph of the structure of the graphene graphene structure according to an embodiment of the present invention.

도 4(b)(1)를 참조하면, 도핑되지 않는 그래핀층인 제1 그래핀층으로 형성된 A형 그래핀 구조체는 어닐링 온도가 면저항에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. Referring to Figure 4 (b) (1), it can be seen that the annealing temperature does not affect the sheet resistance of the A-type graphene structure formed of the first graphene layer which is an undoped graphene layer.

도 4(b)(2)를 참조하면, 도펀트(AuCl3)가 도핑된 그래핀층인 제2 그래핀층으로 형성된 B형 그래핀 구조체는 어닐링 온도에 따라 면저항이 상승하는 모습을 보이지만, 3층(선 3L) 및 5층(선 5L)으로 그래핀 구조체가 형성된 경우에는 단층으로 형성된 경우(선 1L)와 비교하여 어닐링 온도에 따른 면저항의 증가 정도가 작음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 (b) (2), the B-type graphene structure formed of the second graphene layer, which is a graphene layer doped with a dopant (AuCl 3 ), exhibits an increase in sheet resistance according to the annealing temperature. When the graphene structure is formed of lines 3L) and 5 layers (line 5L), it can be seen that the increase in sheet resistance according to the annealing temperature is small compared with the case of forming a single layer (line 1L).

도 4(b)(3)을 참조하면, C형 그래핀 구조체는 어닐링 온도에 따라 면저항이 상승하는 모습을 보이지만, 하나의 제2 그래핀층 상에 세 개의 제1 그래핀층이 적층된 경우(선 3BL)에는 효과적으로 면저항이 유지됨을 알 수 있다. Referring to Figure 4 (b) (3), the C-type graphene structure shows a surface resistance is increased according to the annealing temperature, but when three first graphene layers are stacked on one second graphene layer (line) It can be seen that 3BL) effectively maintains sheet resistance.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래피 구조체는 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층을 적층하여 면저항을 어닐링 온도와 비교적 상관없이 낮은 상태로 유지할 수 있다.That is, the graphitic structure according to the embodiment of the present invention may maintain the sheet resistance at a low state regardless of the annealing temperature by stacking an undoped graphene layer on the doped graphene layer.

도 5는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다. 도 5(a)는 A형 그래핀 구조체의 제1 그래핀층이 한 층인 경우의 열처리 전(도 5(a)(1))과 열처리 후(도 5(a)(2))의 전계방출형 주사전자현미경 사진(Filed Emission Scanning Electron Microscope)이다. 도 5(b)는 B형 그래핀 구조체의 제2 그래핀층이 한 층인 경우의 열처리 전(도 5(b)(1))과 열처리 후(도 5(b)(2))의 전계방출형 주사전자현미경 사진이다. 도 5(c)는 B형 그래핀 구조체의 제2 그래핀층이 다섯 층인 경우의 열처리 전(도 5(c)(1))과 열처리 후(도 5(c)(2))의 전계방출형 주사전자현미경 사진이다. 도 5(d)는 C형 그래핀 구조체의 한 층의 제2 그래핀층을 덮는 제1 그래핀층이 세 층인 경우의 열처리 전(도 5(d)(1))과 열처리 후(도 5(d)(1))의 전계방출형 주사전자현미경 사진이다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.5 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph before and after heat treatment of graphene structures according to an embodiment of the present invention and comparative embodiments. Figure 5 (a) is a field emission type before heat treatment (Fig. 5 (a) (1)) and after heat treatment (Fig. 5 (a) (2) when the first graphene layer of the A-type graphene structure is one layer Scanning electron microscope (Filed Emission Scanning Electron Microscope). Figure 5 (b) is the field emission type before heat treatment (Fig. 5 (b) (1)) and after heat treatment (Fig. 5 (b) (2)) when the second graphene layer of the B-type graphene structure is one layer Scanning electron micrograph. Figure 5 (c) is a field emission type before the heat treatment (Fig. 5 (c) (1)) and after the heat treatment (Fig. 5 (c) (2) when the second graphene layer of the B-type graphene structure is five layers Scanning electron micrograph. Figure 5 (d) is before the heat treatment (Fig. 5 (d) (1)) and after the heat treatment when the first graphene layer covering the second graphene layer of one layer of the C-type graphene structure (three layers) (Fig. 5 (d) Field emission scanning electron micrograph of (1)). The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

도 5(a)를 참조하면, A형 그래핀 구조체의 표면은 열처리와 거의 무관하게 일정함을 알 수 있다. 도 5(b), 도 5(c) 및 도 5(d)를 참조하면, B형 그래핀 구조체 및 C형 그래핀 구조체는 열처리 전후에 표면의 금속 나노입자의 수와 크기가 커지는 것을 확인할 수 있다. 다만. C형 그래핀 구조체는 B형 그래핀 구조체와 비교하여, 증가된 금속 나노입자의 수 및 크기가 상대적으로 적음을 알 수 있다.Referring to Figure 5 (a), it can be seen that the surface of the A-type graphene structure is constant regardless of the heat treatment. 5 (b), 5 (c) and 5 (d), it can be seen that the type B graphene structure and the type C graphene structure increase in number and size of metal nanoparticles on the surface before and after heat treatment. have. but. It can be seen that the C-type graphene structure has a relatively small number and size of increased metal nanoparticles compared to the B-type graphene structure.

도 6는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 라만 분광분석(Raman Spectroscopy) 결과를 나타내는 그래프들이다. 도 6(a)는 열처리 전의 그래핀 구조체들의 라만 분광분석 결과이고, 도 6(b)는 열처리 후의 그래핀 구조체들의 라만 분광분석 결과이다. 도 6(c)는 열 처리 전 후에 있어서, 각 그래핀 구조체들의 G 피크의 변이를 나타내는 그래프이다. 그래프들 각각에서 3BL C형은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체를 의미하고, 5L B형은 제2 그래핀층이 다섯 층 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미하고. 1L B형은 제2 그래핀층 한 층이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미한다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.FIG. 6 is a graph showing Raman Spectroscopy results before and after heat treatment of graphene structures according to an embodiment of the present invention and comparative examples. FIG. 6 (a) shows Raman spectroscopy results of graphene structures before heat treatment, and FIG. 6 (b) shows Raman spectroscopy results of graphene structures after heat treatment. 6 (c) is a graph showing variation of G peaks of respective graphene structures before and after heat treatment. In each of the graphs, 3BL C type means a C type graphene structure having a structure in which three first graphene layers are stacked on a second layer of graphene, and 5L B shows five layers of a second graphene layer. Mean B-type graphene structure having a stacked structure. 1L type B means a type B graphene structure having a structure in which one layer of the second graphene layer is stacked. The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

그래핀의 라만 스펙트럼에서 가장 눈에 띄는 것은 1580cm-1 부근의 G 피크(peak)와 2700cm-1 부근의 2D 피크이다. G 피크(peak)는 흑연계 물질에서 공통적으로 발견되는 피크로서, graphite의 'g'를 따서 G 모드 또는 G 피크로 부른다. 라만 스펙트럼의 G 피크를 통하여, 그래핀의 외부물질로 인한 도핑 상태를 알 수 있다. So it is the most noticeable in the Raman spectrum of the pin it is a 2D peak of G peak (peak) and the vicinity of 2700cm -1 in the vicinity of 1580cm -1. The G peak is a peak commonly found in graphite-based materials and is called G mode or G peak after 'g' of graphite. The G peak of the Raman spectrum shows the doping state due to the foreign matter of graphene.

구체적으로, 그래핀의 전자상태가 외부의 물질로 인해 바뀌는 경우에, G 피크가 낮은 파장으로 옮겨지면 n형 도핑을 의미하고, G 피크가 높은 파장으로 옮겨지면 p형 도핑을 의미한다. Specifically, when the electronic state of the graphene is changed due to an external material, it means n-type doping when the G peak is shifted to a low wavelength, and p-type doping when the G peak is shifted to a high wavelength.

도 6(a)를 참조하면, 열처리 전의 그래핀 구조체들의 G 피크들은 모두 1580cm-1 에서 높은 파장인 오른쪽에 위치한다. 이는 p형으로 도핑됨을 의미한다. 도 6(b)를 참조하면, B형 그래핀 구조체의 첫번째층(선 1L B형 참조) 및 다섯번째층(선 5L B형 참조)은 열처리 이후에 다시 1580cm-1에서 G 피크가 발견된다. 이는 열처리 이후에 도핑이전의 상태로 복귀됨을 의미한다.Referring to FIG. 6 (a), the G peaks of the graphene structures before the heat treatment are all located on the right, which is a high wavelength at 1580 cm −1 . This means that it is doped with p-type. Referring to FIG. 6 (b), the first layer (see line 1L type B) and the fifth layer (see line 5L type B) of the type B graphene structure are found again at 1580 cm −1 after heat treatment. This means that after the heat treatment, it is returned to the state before the doping.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체인 C형 그래핀 구조체의 경우(선 3BL C형 참조)에는 열처리 이후에도 G 피크가 1580cm-1 오른쪽 영역에 여전히 위치함을 알 수 있다. 즉, 도핑된 그래핀을 그래핀으로 덮는 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체의 경우에는, 도핑되지 않는 그래핀층이 도핑된 그래핀층을 보호하는 배리어층(barrier layer)의 역할을 하기 때문에 도핑된 그래핀의 도핑된 상태를 열처리 전후에 유효하게 유지할 수 있다.However, in the case of the graphene structure C-type graphene structure according to an embodiment of the present invention (see line 3BL C-type) it can be seen that the G peak is still located in the 1580cm -1 right region even after the heat treatment. That is, in the case of the C-type graphene structure having a structure covering the doped graphene with graphene, the doped graphene layer because the undoped graphene layer serves as a barrier layer to protect the doped graphene layer The doped state of the pin can be effectively maintained before and after the heat treatment.

도 6(c)를 참조하면, 흰색 원은 그래핀 구조체들이 도펀트로 도핑된(Doped) 열처리 이전 상태에서의 G 피크의 변이를 나타내고, 검은색 원은 도펀트로 도핑된 그래핀 구조체들을 열처리(Annealed) 한 이후의 G 피크의 변이를 나타낸다. 그래프의 윗칸에서부터 아래방향으로 차례대로 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3 가 도펀트로 사용된 각각의 경우를 나타낸다. Referring to FIG. 6 (c), the white circle represents the variation of the G peak in the state before the heat treatment in which the graphene structures are doped with the dopant, and the black circle is the heat treatment of the graphene structures doped with the dopant. The variation of the G peak after 1 h is shown. AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3, PdCl 2 and RhCl 3 are used as dopants in order from top to bottom of the graph.

1L B형의 경우에는 열처리 전의 G 피크의 변이는 대략 101 cm-1 있었지만, 열처리 후에는 도펀트의 종류와 상관없이 모두 G 피크의 변이가 100 cm-1 임을 알 수 있다. 이는 열처리로 인하여 그래핀층이 도핑 전의 상태로 복귀됨을 의미한다. 5L B형의 경우에는 1L B형 보다 열처리 전후의 G 피크의 변이의 차이가 적음을 알 수 있다. 이는 상부의 도핑된 그래핀층들이 하부의 도핑된 그래핀층들을 보호하는 역할을 하기 때문이다.In the case of the 1L type B, the variation of the G peak before the heat treatment was approximately 10 1 cm −1, but the variation of the G peak was 10 0 cm −1 regardless of the type of dopant after the heat treatment. This means that the graphene layer is returned to the state before the doping due to the heat treatment. In the case of the 5L B type, the difference in the variation of the G peak before and after the heat treatment is smaller than that of the 1L B type. This is because the upper doped graphene layers serve to protect the lower doped graphene layers.

3BL C형의 경우에는, 열처리 전후에 있어서 G 피크의 변이가 도펀트의 종류와 상관없이 일정함을 알 수 있다. 즉, C형 그래핀 구조체의 경우에는 도핑된 그래핀층 상에 적층된 그래핀층들이 도펀트를 보호하는 배리어층(barrier layer)의 역할을 하기 때문에, 열처리와 상관없이 도핑된 그래핀층의 도핑 상태가 유지된다.In the case of 3BL type C, it can be seen that the variation of the G peak before and after the heat treatment is constant regardless of the type of dopant. That is, in the case of the C-type graphene structure, since the graphene layers stacked on the doped graphene layer serve as a barrier layer to protect the dopant, the doped state of the doped graphene layer is maintained regardless of the heat treatment. do.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 열처리 전후에 우수한 열적 안정성을 가진다.Therefore, the graphene structure according to the embodiment of the present invention has excellent thermal stability before and after heat treatment.

도 7는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 금속원자에 대한 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다. 도 7(a)는 열처리 전의 도핑된 상태에서 내각 준위(core level) Au 4f의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 7(b)는 열처리 이 후의 상태에서 내각 준위(core level) Au 4f의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 7(c)는 그래핀 구조체들의 열처리 이후의 금속입자의 세기와 이온상태의 세기를 비교한 결과이다. 그래프들 각각에서 3BL C형은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체를 의미하고, 5L B형은 제2 그래핀층이 다섯 층 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미하고. 1L B형은 제2 그래핀층 한 층이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미한다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.FIG. 7 is a graph illustrating an analysis result of an photoelectron spectrometer (XPS) of metal atoms included in graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention. FIG. 7 (a) shows an analysis result of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) of core level Au 4f in a doped state before heat treatment. FIG. 7 (b) shows the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the core level Au 4f in the state after heat treatment. Figure 7 (c) is a result of comparing the intensity of the metal particles and the ionic state after the heat treatment of the graphene structures. In each of the graphs, 3BL C type means a C type graphene structure having a structure in which three first graphene layers are stacked on a second layer of graphene, and 5L B shows five layers of a second graphene layer. Mean B-type graphene structure having a stacked structure. 1L type B means a type B graphene structure having a structure in which one layer of the second graphene layer is stacked. The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 점선 a는 이온입자 상태의 내각 준위 Au3+ 4f5/2 에서의 세기(Intensity)를 나타내고, 점선 b는 금속입자 상태의 내각 준위 Au 4f5/2 에서의 세기를 나타내고, 점선 c는 이온입자 상태의 내각 준위 Au3+ 4f7/2에서의 세기를 나타내고, 점선 d는 금속입자 상태의 내각준위 Au 4f7/2에서의 세기를 나타낸다. 7 (a) and 7 (b), the dotted line a represents the intensity at the cabinet level Au 3+ 4f 5/2 in the ion particle state, and the dotted line b represents the cabinet level Au in the metal particle state. The intensity at 4f 5/2 is shown, the dotted line c represents the strength at the cabinet level Au 3+ 4f 7/2 in the ion particle state, and the dotted line d is the strength at the cabinet level Au 4f 7/2 in the metal particle state. Indicates.

열처리 이전 상태를 나타내는 도 7(a)에서는 이온상태의 내각 준위인 점선 a 및 점선 b 선상에 그래핀층 각각의 세기가 나타나지만, 열처리 이후 상태를 나타내는 도 7(b)에서는 점선 a 및 점선 b 선상에 그래핀층의 유형과 상관없이 세기가 나타나지 않는다. 점선 a 및 점선 b 선상의 세기는 금속원자가 이온입자 상태에 있을 경우에 나타나므로, 세기가 보이지 않는 것은 금속(Au)원자가 열처리 이전의 이온입자 상태에서 열처리 이후에는 금속입자 상태로 되돌아감을 의미한다. 즉, 열처리 공정으로 인하여, 도핑된 그래핀 표면에 존재하는 이온입자 상태의 금속원자가 금속입자 상태로 변화된다. In FIG. 7 (a) showing the state before the heat treatment, the intensity of each graphene layer appears on the dotted line a and the dotted line b, which are the inner states of the ionic state. Regardless of the type of graphene layer, the intensity does not appear. Since the intensities on the dotted line a and the dotted line b appear when the metal atoms are in the ion particle state, the invisible intensity means that the metal (Au) atoms return to the metal particle state after the heat treatment in the ion particle state before the heat treatment. That is, due to the heat treatment process, the metal atoms in the ion particle state existing on the doped graphene surface are changed to the metal particle state.

도 7(c)를 참조하면, 그래프의 맨 윗칸에서부터 아래로 차례대로 도펀트가 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2, 및 RhCl3인 경우를 나타낸다. 흰색 원은 열처리 이전의 도핑된(Doped) 상태에서의 금속입자의 세기와 이온입자의 세기의 비를 나타내고, 검은색 원은 열처리된(Annealed) 상태에서의 금속입자의 세기와 이온입자의 세기의 비를 나타낸다. 모든 그래핀 구조체 샘플에서 열처리를 하면 금속입자의 세기가 강해지고 이온입자의 세기가 약해짐을 알 수 있다. 즉, 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 열처리 하면, 도펀트인 금속 염화물의 금속이 분리되어 서로 뭉치는 현상이 발생한다. 이에 따라 투과도가 떨어지게 된다.Referring to FIG. 7 (c), the dopant is AuCl 3 , in order from the top of the graph to the bottom of the graph. The case of IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 , and RhCl 3 is shown. The white circle represents the ratio of the strength of the metal particles to the strength of the ion particles in the doped state before the heat treatment, and the black circles represent the strength of the metal particles and the strength of the ion particles in the annealed state. Indicates a ratio. It can be seen that the heat treatment of all the graphene structure samples increases the strength of the metal particles and decreases the strength of the ion particles. That is, when the graphene layer doped with the metal chloride is heat treated, the metals of the metal chlorides as dopants are separated and aggregated together. As a result, the transmittance is reduced.

도 8은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 염소원자의 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다. 도 8(a)는 열처리 전의 그래핀이 도핑된 상태에서 내각 준위(core level) Cl 2p의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 8(b)는 열처리 후의 그래핀 상태에서 내각 준위 Cl 2p의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 8(c)는 열처리 전후에 있어서 그래핀층의 내각 준위 Cl 2p의 피크 세기 변화를 나타내는 그래프이다. 그래프들 각각에서 3BL C형은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체를 의미하고, 5L B형은 제2 그래핀층이 다섯 층 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미하고. 1L B형은 제2 그래핀층 한 층이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미한다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.FIG. 8 is a graph illustrating an analysis result of a chlorine atom photoelectron spectrometer (XPS) included in graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention. FIG. 8 (a) shows an analysis result of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) of core level Cl 2p in the graphene-doped state before heat treatment. FIG. 8 (b) shows the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the cabinet level Cl 2p in the graphene state after heat treatment. FIG. 8 (c) is a graph showing changes in peak intensity of the internal level Cl 2p of the graphene layer before and after heat treatment. In each of the graphs, 3BL C type means a C type graphene structure having a structure in which three first graphene layers are stacked on a second layer of graphene, and 5L B shows five layers of a second graphene layer. Mean B-type graphene structure having a stacked structure. 1L type B means a type B graphene structure having a structure in which one layer of the second graphene layer is stacked. The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 점선 a는 내각 준위가 Cl 2p1/2인 경우를, 점선 b는 내각 준위가 Cl 2p3/2인 경우를 나타낸다. 열처리 전(도 8(a))과 열처리 후(도 8(b))에 있어서, 점선 a 및 점선 b는 결합에너지가 -0.7eV 변화되었고, 열처리 후의 피크(peak)들의 평균세기는 3BL C형의 경우에는 1.27배, 5L B형의 경우에는 3.56배, 1L B형의 경우에는 8.15배를 하여야 열처리 전의 피크(peak)들 평균세기 수준에 이른다. 이는 열처리가 그래핀층 표면에 있던 염소원자를 기화시키는 것으로 해석할 수 있으며, 이로 인해, 그래핀 구조체의 전도성이 떨어지는 경향을 보인다.Referring to FIGS. 8A and 8B, a dotted line a indicates a case where the cabinet level is Cl 2p 1/2 and a dotted line b indicates a case where the cabinet level is Cl 2p 3/2 . Before the heat treatment (Fig. 8 (a)) and after the heat treatment (Fig. 8 (b)), the dotted line a and the dotted line b has a change in binding energy of -0.7eV, the average intensity of the peaks after the heat treatment is 3BL C type In this case, 1.27 times, 5L type B, 3.56 times, and 1L type B should be 8.15 times to reach the average intensity level before the heat treatment. This can be interpreted that the heat treatment vaporizes the chlorine atom on the surface of the graphene layer, and thus, the conductivity of the graphene structure tends to be lowered.

따라서, 염소의 기화를 방지하는 역할을 하는 그래핀층을 포함하지 않는 1L B형 그래핀 구조체의 경우는 열처리 전후의 염소의 변화량이 상대적으로 크지만, 3BL C형 그래핀 구조체의 경우에는 염소의 기화를 방지하는 그래핀층을 포함하기 때문에, 열처리 전후의 염소의 변화량이 상대적으로 적다. Therefore, in the case of 1L B-type graphene structure that does not include a graphene layer that serves to prevent chlorine vaporization, the amount of chlorine change before and after heat treatment is relatively large, but in the case of 3BL C-type graphene structure, chlorine vaporization Since it contains a graphene layer to prevent the, the amount of change of chlorine before and after heat treatment is relatively small.

도 8(c)를 참조하면, 막대그래프 1은 도펀트가 AuCl3인 경우를, 막대그래프 2는 도펀트가 IrCl3인 경우를, 막대그래프 3은 도펀트가 MoCl3인 경우를, 막대그래프 4는 도펀트가 OsCl3인 경우를, 막대그래프 5는 도펀트가 PdCl3인 경우를, 막대그래프 6은 도펀트가 RhCl3인 경우의 내각 준위 Cl 2p에서의 피크(peak) 세기변화를 나타내다. 상기 막대그래프를 통해 C형 그래핀 구조체의 경우가 가장 열처리 전후에 있어서 피크의 변화가 적음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 경우에는 열처리 전후에 있어서, 그래핀 구조체의 전도성을 유지할 수 있다.Referring to FIG. 8C, bar graph 1 shows a case where the dopant is AuCl 3 , bar graph 2 shows the case where the dopant is IrCl 3 , bar graph 3 shows the case where the dopant is MoCl 3 , and bar graph 4 shows the dopant. In the case of OsCl 3 , the bar graph 5 represents the case where the dopant is PdCl 3 , and the bar graph 6 represents the change of the peak intensity at the internal level Cl 2p when the dopant is RhCl 3 . It can be seen from the bar graph that the change in the peak of the C-type graphene structure is the most before and after the heat treatment. Therefore, in the case of the graphene structure according to an embodiment of the present invention, the conductivity of the graphene structure can be maintained before and after the heat treatment.

도 9는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 열처리시 발생되는 현상에 대한 모식도이다. 도 9(a)는 도핑되지 않는 그래핀층들의 적층구조를 가지는 비교 실시예 A형 그래핀 구조체의 모식도이고, 도 9(b)는 도핑된 그래핀층들의 적층구조를 가지는 비교 실시예 B형 그래핀 구조체의 모식도이고, 도 9(c)는 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층들이 적층되는 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예 C형 그래핀 구조체의 모식도이다. 상기 그래핀 구조체들 각각은 질소가스(N2 Gas) 분위기에서 어닐링되었다.9 is a schematic diagram of a phenomenon occurring during the heat treatment of the graphene structures according to an embodiment and a comparative embodiment of the present invention. Figure 9 (a) is a schematic diagram of a comparative example A-type graphene structure having a laminated structure of undoped graphene layers, Figure 9 (b) is a comparative example B type graphene having a laminated structure of the doped graphene layers 9 (c) is a schematic diagram of an example C-type graphene structure of the present invention having a structure in which undoped graphene layers are stacked on a doped graphene layer. Each of the graphene structures was annealed in an atmosphere of nitrogen gas (N 2 Gas).

도 9(a)를 참조하면, A형 그래핀 구조체는 도펀트로 도핑되지 않았기 때문에, 그래핀층들의 열적 안정성으로 인하여 아무런 변화가 없다.Referring to FIG. 9A, since the A-type graphene structure is not doped with a dopant, there is no change due to the thermal stability of the graphene layers.

도 9(b)를 참조하면, B형 그래핀 구조체는 도핑된 그래핀들의 적층구조이므로, 최상층의 그래핀층에서 염소원자가 기화되는 현상을 보인다.Referring to FIG. 9B, since the B-type graphene structure is a stacked structure of doped graphenes, chlorine atoms are vaporized in the graphene layer on the top layer.

도 9(c)를 참조하면, C형 그래핀 구조체는 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층을 적층하는 구조이므로, 상부에 적층된 도핑되지 않는 그래핀층의 열적 안정성으로 인하여 표면의 변화가 발견되지 않는다. 다만, 도핑된 그래핀층이 포함하는 금속원자의 뭉침현상이 발견되었다.Referring to FIG. 9 (c), since the C-type graphene structure is a structure in which an undoped graphene layer is stacked on the doped graphene layer, the surface change is due to the thermal stability of the undoped graphene layer stacked thereon. Not found However, agglomeration of metal atoms included in the doped graphene layer was found.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 경우에는 상술한 XPS 분석을 통하여 그래핀층 표면에 존재하는 염소의 변화가 적음을 확인할 수 있다. 따라서, 적층된 도핑되지 않는 그래핀층들이 효과적으로 가스 배리어 역할을 수행함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체를 열처리 공정을 포함하는 소자공정에 도입하는 경우, 그래핀 구조체를 포함하는 소자는 열적 안정성이 높을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 투명전극, 반도체 소자의 중간층 등 다양한 분야에 활용이 가능하다.In the case of the graphene structure according to an embodiment of the present invention, it can be confirmed that the change of chlorine present on the surface of the graphene layer is small through the above-described XPS analysis. Therefore, it can be seen that the stacked undoped graphene layers effectively serve as a gas barrier. Therefore, when the graphene structure according to an embodiment of the present invention is introduced into a device process including a heat treatment process, the device including the graphene structure may have high thermal stability. That is, the graphene structure according to the embodiment of the present invention may be utilized in various fields such as a transparent electrode and an intermediate layer of a semiconductor device.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

11: 기판.
12: 제1 그래핀층.
13: 제2 그래핀층.
14: 그래핀 구조체(C형 그래핀 구조체).
15: A형 그래핀 구조체.
16: B형 그래핀 구조체.
11: substrate.
12: first graphene layer.
13: second graphene layer.
14: graphene structure (type C graphene structure).
15: Type A graphene structure.
16: Type B graphene structure.

Claims (11)

다층의 그래핀층을 포함하는 그래핀 구조체의 제조 방법으로,
기판 상에 제1 그래핀층을 형성하고,
상기 제1 그래핀층을 금속 염화물로 도핑하고,
상기 도핑된 제1 그래핀층 상에 상기 그래핀 구조체의 마지막층인 제2 그래핀층을 적층하는 것을 포함하되,
상기 제2 그래핀층은 금속 염화물 도핑없이 상기 제1 그래핀층 상에 잔류하는 그래핀 구조체의 제조방법.
In the manufacturing method of the graphene structure comprising a multilayer graphene layer,
Forming a first graphene layer on the substrate,
Doping the first graphene layer with a metal chloride,
Including laminating a second graphene layer, which is the last layer of the graphene structure, on the doped first graphene layer,
The second graphene layer is a method for producing a graphene structure remaining on the first graphene layer without metal chloride doping.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 그래핀층 이외의 다른 다층의 그래핀층은 모두 금속 염화물로 도핑된 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The graphene layer of the other multilayers other than the second graphene layer is a method for producing a graphene structure all doped with a metal chloride.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The metal chloride is a method of producing a graphene structure comprising at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 금속산화물계 기판, 실리카계 기판, 또는 플라스틱 기판을 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The substrate is a method of manufacturing a graphene structure comprising a metal oxide substrate, a silica substrate, or a plastic substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, 글래스, 석영, HfO2, MgO 및 BeO 중 어느 하나인 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The substrate is a method for producing a graphene structure of any one of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , glass, quartz, HfO 2 , MgO and BeO.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 그래핀층을 형성하는 것은, 상기 기판 상에 제1 그래핀층을 전사하는 것을 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Forming the first graphene layer, the method of manufacturing a graphene structure comprising transferring the first graphene layer on the substrate.
제1 그래핀층;
상기 제1 그래핀층 상에 적층된 제2 그래핀층을 포함하되, 상기 제1 그래핀층은 금속 염화물로 도핑되고,
상기 제2 그래핀층은 금속 염화물 도핑없이 상기 제1 그래핀층 상에 잔류하는 그래핀 구조체.
First graphene layer;
A second graphene layer stacked on the first graphene layer, wherein the first graphene layer is doped with a metal chloride,
And the second graphene layer remains on the first graphene layer without metal chloride doping.
청구항 7에 있어서,
금속 염화물로 도핑된 복수의 그래핀층들을 포함하되, 상기 제2 그래핀층은 상기 복수의 그래핀층들 상에 위치하는 그래핀 구조체.
The method according to claim 7,
A graphene structure comprising a plurality of graphene layers doped with a metal chloride, wherein the second graphene layer is located on the plurality of graphene layers.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함하는 그래핀 구조체.
The method according to claim 7 or 8,
The metal chloride is a graphene structure comprising at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .
청구항 7 또는 청구항 8에 따른 그래핀 구조체를 포함하는 투명전극.Transparent electrode comprising a graphene structure according to claim 7 or 8. 청구항 10에 따른 투명전극을 포함하는 발광다이오드.A light emitting diode comprising the transparent electrode according to claim 10.
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