KR102150702B1 - 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법 - Google Patents

그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 촉매 금속층의 양면에 제1 그래핀과 제2 그래핀을 합성하여 그래핀 구조체를 형성하는 그래핀 합성 유닛과, 상기 제1 그래핀 상에 캐리어 필름을 부착하는 부착 유닛과, 상기 부착 유닛에 인접하게 배치되며, 상기 제2 그래핀의 상면에 검사 용액을 분사하여, 상기 제2 그래핀의 결함을 검사하는 검사 유닛, 및 상기 검사 유닛을 통과한 상기 그래핀 구조체를 에칭하는 에칭 유닛을 포함한다.

Description

그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법{Apparatus and method for manufacturing graphene}
본 발명은 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법에 관한 것이다.
현재 탄소에 기반을 둔 재료로서, 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 다이아몬드(diamond), 그라파이트(graphite),　그래핀(graphene) 등이 다양한 분야에서 연구되고 있다.
이 중, 탄소나노튜브가 1990년대 이후부터 각광을 받아 오고 있으나 최근에는 판상 구조의　그래핀(graphene)이 많은 주목을 받고 있다.　그래핀은 탄소원자들이 2차원적으로 배열된 수 nm 두께의 박막 물질로서, 그 내부에서 전하가 제로 유효 질량 입자(zero effective mass particle)로 작용하기 때문에 매우 높은 전기전도도를 가지며, 또한 높은 열전도도, 탄성 등을 가진다.
따라서,　그래핀이 연구된 이후로　그래핀에 대한 많은 특성 연구가 진행되고 있으며 다양한 분야에서 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이와 같은,　그래핀은 높은 전기 전도도 및 탄성 특성으로 인해 투명하고 플렉서블(flexible)한 소자에 적용하기에 적합하다.
그래핀을 합성한 후에는 그래핀의 품질을 검사하는 공정이 수행된다. 합성된 그래핀을 검사하는 방법으로는, 그래핀의 국부영역을 라만분광 분석이 있다. 그러나, 라만분광 분석 방식은 검사시간이 길어, 대면적의 그래핀에 적용하면 공정 효율이 매우 낮다. 다른 방법으로는 한국 공개 특허 제10-2017-0117931호와 같이, 제조 공정의 마지막 단계에서 그래핀의 면저항을 측정하는 방식이 있다. 그러나, 그래핀이 불량으로 판정되면 전체 제조 공정이 무의미한 공정이 되므로, 재료 손실 및 공정 비용 손실에 위험이 높다.
한국 공개 특허 제10-2017-0117931호(2017.10.24 공개)
본 발명의 실시예들은 공정 효율성이 향상되고, 고품질의 그래핀을 제조할 수 있는 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 촉매 금속층의 양면에 제1 그래핀과 제2 그래핀을 합성하여 그래핀 구조체를 형성하는 그래핀 합성 유닛과, 상기 제1 그래핀 상에 캐리어 필름을 부착하는 부착 유닛과, 상기 부착 유닛에 인접하게 배치되며, 상기 제2 그래핀의 상면에 검사 용액을 분사하여, 상기 제2 그래핀의 결함을 검사하는 검사 유닛, 및 상기 검사 유닛을 통과한 상기 그래핀 구조체를 에칭하는 에칭 유닛을 포함하는 그래핀 제조 장치를 제공한다.
또한, 상기 검사 유닛은 상기 제2 그래핀의 위에 상기 검사 용액을 분사하는 분사 노즐과, 상기 분사 노즐에 인접하게 배치되어, 상기 검사 용액을 건조시키는 히터와, 상기 검사 용액이 건조된 상기 제2 그래핀의 이미지를 획득하는 촬상부, 및 상기 촬상부에서 획득한 이미지를 기초로 상기 제2 그래핀의 결함 여부를 판단하는 컨트롤러를 구비할 수 있다.
또한, 상기 검사 유닛은 상기 컨트롤러에서 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나는 것으로 확인되면, 상기 그래핀 구조체에 마커를 형성하는 마킹부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 에칭 유닛은 상기 검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 속하는 것으로 확인되면, 상기 촉매 금속층 및 제2 그래핀을 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 촉매 금속층의 양면에 제1 그래핀과 제2 그래핀을 합성하여 그래핀 구조체를 형성하는 단계와, 상기 제1 그래핀 상에 캐리어 필름을 부착하는 단계와, 검사 유닛에서, 상기 제2 그래핀의 상면에 검사 용액을 분사하고 상기 검사 용액을 건조시키는 단계와, 상기 검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 이미지를 획득하고, 상기 제2 그래핀의 결함여부를 판단하는 단계와, 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 해당하면, 에칭 유닛에서 촉매 금속층을 에칭하는 단계를 포함하는 그래핀 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나면, 상기 그래핀 구조체를 수리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법은 그래핀을 합성한 후 바로 그래핀의 결함을 검사하므로, 초기에 양질의 그래핀을 선별할 수 있다. 합성된 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 해당하지 않으면, 에칭 및 전사 등의 후공정을 진행되지 않으며, 고품질의 그래핀만 선별되어 후공정이 진행되므로, 전체 제조 공정 효율이 향상되고, 그래핀 제조를 위한 비용을 최소화 할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법은 촉매 금속층의 양면에 형성된 그래핀 중에서 하나를 그래핀의 검사에 이용하고, 다른 하나를 대상체에 전사에 사용하여, 고품질의 그래핀을 사용할 수 있다. 그래핀의 합성 공정에서 양면에 그래핀을 합성하되, 일면은 그래핀의 결함을 검사하고, 타면은 그래핀을 전사하여 이용할 수 있으므로, 그래핀의 불필요한 소모를 최소화 하고, 고품질의 그래핀을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법은 검사 용액을 이용하여 그래핀의 경계를 명확하게 가시화하여, 그래핀의 검사를 정확하고 신속하게 진행할 수 있다. 검사 용액을 그래핀에 도포 및 건조시켜서, 검사 용액이 그래핀의 경계를 명확하게 표시할 수 있다. 따라서, 그래핀이 촬상된 이미지에서 그래핀의 패턴, 크기, 결함 등을 명확하게 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 제조 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 일부를 확대하여 도시하는 도면이다.
도 3a는 도 1의 A 위치에서의 그래핀 구조체의 단면을 도시하는 도면이다.
도 3b는 도 1의 B 위치에서의 그래핀 구조체의 단면을 도시하는 도면이다.
도 3c는 도 1의 C 위치에서의 그래핀 구조체의 단면을 도시하는 도면이다.
도 4는 검사 유닛에서 획득된 그래핀 이미지를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 제조 장치(100)를 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1의 일부를 확대하여 도시하는 도면이며, 도 3a는 도 1의 A 위치에서의 그래핀 구조체의 단면을 도시하는 도면이고, 도 3b는 도 1의 B 위치에서의 그래핀 구조체의 단면을 도시하는 도면이며, 도 3c는 도 1의 C 위치에서의 그래핀 구조체의 단면을 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 그래핀 제조 장치(100)는 합성 유닛(110), 캐리어 필름 공급 유닛(120), 부착 유닛(130), 검사 유닛(140), 에칭 유닛(150), 및 회수 유닛(160)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 그래핀 제조 장치(100)는 복수개의 롤(101)을 구비하며, 롤투롤 방식으로 그래핀을 합성, 라미네이션, 검사, 에칭, 전사를 수행할 수 있다.
합성 유닛(110)은 촉매 금속층(10)의 양면에 제1 그래핀(20)과 제2 그래핀(30)이 합성된 그래핀 구조체를 형성할 수 있다. 합성 유닛(110)은 촉매 금속층(10)을 형성하는 반응기와, 촉매 금속층(10)의 양면에 그래핀을 합성하는 반응기를 포함할 수 있다.
합성 유닛(110)은 열 화학 기상 증착 및 유도 결합 화학 기상 증착법(ICP-CVD, Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition)을 위한 반응기를 포함할 수 있으며, 내부에 탄소를 포함하는 가스(CH4, C2H2, C2H4, CO 등) 등이 주입된 후, 내부에 설치된 가열부를 작동시켜 내부의 온도를 약 300℃∼2000℃ 정도로 함으로써, 내부의 공간을 지나는 촉매 금속층(10)에 탄소가 흡수되도록 한다.
도 3a를 참조하면, 합성 유닛(110)을 통과하면, 촉매 금속층(10)의 일면에는 제1 그래핀(20)이 합성되고, 타면에는 제2 그래핀(30)이 합성된다. 양면에 합성된 그래핀 중에서 하나는 대상체에 전사되고, 다른 하나는 검사 유닛(140)에서 그래핀의 결함여부를 검사하기 위해서 사용된다.
캐리어 필름 공급 유닛(120)은 그래핀 구조체에 부착되는 캐리어 필름(40)을 공갑할 수 있다. 캐리어 필름 공급 유닛(120)은 캐리어 필름이 권취된 캐리어 공급롤(121)과, 캐리어 필름의 커버필름을 회수하는 커버필름 회수롤(122)과, 커버필름을 커버필름 회수롤(122)로 안내하는 커버필름 가이드 롤러(123)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 캐리어는 필름 테이프의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 캐리어의 형상에는 특별한 제한이 없으며,　그래핀에 부착될 수 있다면 그 소재, 형상 등에 제한이 없다. 예를 들어 캐리어는 액상의 물질이 사용될 수 있는데, 그 경우 액상의 물질이　그래핀에 도포된 후에 굳어 고체 필름의 형상을 가지게 된다.
부착 유닛(130)은 그래핀 구조체의 일면에 캐리어 필름(40)을 부착할 수 있다. 부착 유닛(130)은 제1 압착 롤러(131)와 제2 압착 롤러(132)를 구비할 수 있다. 제1 압착 롤러(131)와 제2 압착 롤러(132)는 각각 한 쌍의 롤러가 서로 마주보도록 배치되고, 그래핀 구조체에 캐리어 필름(40)을 부착할 수 있다.
부착 유닛(130)은 제1 그래핀(20)에 캐리어 필름(40)을 부착할 수 있으며, 제2 그래핀(30)은 외부로 노출될 수 있다. 즉, 도 3b와 같이 캐리어 필름(40), 제1 그래핀(20), 촉매 금속층(10), 제2 그래핀(30)의 순서로 적층될 수 있다.
검사 유닛(140)은 부착 유닛(130)에 인접하게 배치되며, 제2 그래핀(30)의 상면에 검사 용액을 분사하여, 제2 그래핀(30)의 결함을 검사할 수 있다. 검사 유닛(140)은 제1 압착 롤러(131)와 제2 압착 롤러(132) 사이에 배치되어, 캐리어 필름(40)이 제1 그래핀(20)에 부착되는 공정과 동시에 진행될 수 있다.
검사 유닛(140)은 분사 노즐(141), 히터(142), 촬상부(143), 마킹부(144) 및 컨트롤러(145)를 구비할 수 있다.
분사 노즐(141)은 제2 그래핀(30)의 위에 검사 용액(50)을 분사할 수 있다. 검사 용액(50)은 제2 그래핀(30)에 도포되어, 그래핀의 형상 및 크기를 쉽게 확인할 수 있다.
검사 용액(50)은 특정 용액에 한정되지 않으며, 그래핀을 가시화 할 수 있는 용액으로 설정될 수 있다. 일 예로, 검사 용액(50)은 과산화 수소(H2O2)일 수 있다.
분사 노즐(141)은 그래핀 구조체의 폭에 대응하는 길이를 가지고, 그래핀 구조체의 폭 방향으로 연장될 수 있다. 분사 노즐(141)은 이동하는 그래핀 구조체에 검사 용액(50)을 분사하여, 이동하는 제2 그래핀(30)에 검사 용액(50)을 분사할 수 있다. 다른 실시예로, 분사 노즐(141)은 그래핀 구조체 위에 이동하도록 설치될 수 있다. 분사 노즐(141)은 그래핀 구조체의 폭방향을 따라 선형 왕복 운동하여 제2 그래핀(30)의 표면에 검사 용액(50)을 분사할 수 있다.
히터(142)는 분사 노즐(141)에 인접하게 배치되어, 검사 용액(50)을 건조할 수 있다. 제2 그래핀(30) 상에 도포된 검사 용액(50)을 건조시켜서, 검사 용액(50)이 제2 그래핀(30)을 따라 고정될 수 있다.
촬상부(143)는 검사 용액(50)이 건조된 제2 그래핀(30)의 이미지를 획득 할 수 있다. 촬상부(143)는 광학계를 구비하며, 제2 그래핀(30)의 상면 이미지를 촬상할 수 있다.
도 4는 검사 유닛(140)에서 획득된 그래핀 이미지를 도시하는 도면이다.
(a)와 같이, 제2 그래핀(30)의 상부에 결함 영역(DA)이 있더라도, 그래핀의 이미지에서 결함 영역(DA)을 정확하고 신속하게 감지하는 것에 한계가 있다.
(b)와 같이, 제2 그래핀(30)의 상부에 검사 용액(50)이 도포 및 건조되면, 검사 용액(50)에 의해서 제2 그래핀(30)이 가시화 된다. 촬상부(143)에서 제2 그래핀(30)을 촬상화면, 제2 그래핀(30)의 패턴, 형상 또는 크기가 쉽게 인식될 수 있다. 즉, 검사 용액(50)이 제2 그래핀(30)의 경계를 명확하게 설정하여, 촬상부(143)에서 촬상된 이미지에서 제2 그래핀(30)의 결함을 쉽게 센싱할 수 있다.
마킹부(144)는 제2 그래핀(30)의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나는 것으로 확인되면, 그래핀 구조체에 마커를 형성할 수 있다. 마킹부(144)는 그래핀에 결함이 있다면, 그래핀 구조물에 레이저로 마커를 형성할 수 있다.
컨트롤러(145)는 검사 유닛(140)의 제어 신호를 생성하고, 분사 노즐(141), 히터(142), 촬상부(143) 및 마킹부(144)의 구동을 제어할 수 있다.
컨트롤러(145)는 촬상부(143)에서 획득한 이미지를 기초로, 제2 그래핀(30)의 결함 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(145)는 촬상된 이미지를 비교하여, 제2 그래핀(30)의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나는지 판단할 수 있다.
합성 유닛(110)에서는 촉매 금속층(10)의 양면에, 동시에 제1 그래핀(20)과 제2 그래핀(30)을 합성하므로, 제1 그래핀(20)과 제2 그래핀(30)의 품질은 실질적으로 동일한다. 따라서, 제1 그래핀(20)과 제2 그래핀(30) 중 어느 하나의 그래핀을 검사하여, 합성된 그래핀의 결함을 판단할 수 있다. 또한, 다른 하나의 그래핀은 대상체에 전사될 수 있다.
일 예로, 컨트롤러(145)는 양품의 그래핀의 형상, 크기 또는 패턴 등에 관한 데이터를 저장하고 있으며, 촬상부(143)에서 획득한 이미지를 저장된 데이터와 비교하여, 제2 그래핀(30)의 결함 여부를 실시간으로 검사할 수 있다.
다른 실시예로, 컨트롤러(145)는 연속적으로 촬상부(143)로부터 그래핀 이미지를 전달받고, 이전의 이미지 데이터와, 현재의 이미지 데이터를 비교하여, 제2 그래핀(30)의 결함 여부를 검사할 수 있다.
컨트롤러(145)는 제2 그래핀(30)의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나면, 마킹부(144)를 구동시켜서, 그래핀 구조체에 마커를 표시할 수 있다. 사용자는 마커가 표신된 그래핀 구조체는 결함이 있는 것으로 인식할 수 있다.
컨트롤러(145)는 제2 그래핀(30)의 품질이 기 설정된 범위에 해당하면, 마킹부(144)를 구동시키지 않으며, 그래핀 구조체가 에칭 유닛(150)으로 이동될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 검사 유닛(140)을 통과한 그래핀 구조체에는 검사 용액(50)이 도포 및 건조된다. 제2 그래핀(30)의 상면에는 검사 용액(50)이 도포된 상태로, 검사 유닛(140)을 통과한다. 이때, 그래핀 구조체에 결함이 있다면 마커가 표시될 수 있다.
에칭 유닛(150)은 검사 유닛(140)을 통과한 그래핀 구조체를 에칭할 수 있다. 에칭 유닛(150)에는 에칭액이 공급되어 에칭 공정이 진행되는데, 적용되는 에칭액으로는 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화제2철(FeCl3) 용액, 질산제2철(Fe(No3)3) 용액, APS(Ammornium persulfate), SPS(Sodium persulfate) 등이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 에칭 유닛(150)은 에칭액을 이용하는 습식 에칭 공정을 이용하는 구성을 가지고 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 따른 에칭 유닛에서 촉매 금속층을 제거하는 에칭 공정은 공지의 건식 에칭 공정이 될 수 있고, 스퍼터링 방법을 이용한 공정이 적용될 수도 있다.
에칭 유닛(150)은 검사 유닛(140)에서 제2 그래핀(30)의 품질이 기 설정된 범위에 속하는 것으로 확인되면, 촉매 금속층(10) 및 제2 그래핀(30)을 제거할 수 있다. 도 3c를 참조하면, 에칭 유닛(150)을 통과한 그래핀 구조체에는 촉매 금속층(10)과 제2 그래핀(30)이 제거될 수 있다. 에칭 공정에 의해서 촉매 금속층(10)은 제거되므로, 촉매 금속층(10)에 부착된 제2 그래핀(30)도 함께 제거될 수 있다. 이로써, 양품의 그래핀 구조체는 캐리어 필름(40)에 제1 그래핀(20)이 적층된 상태가 된다.
회수 유닛(160)은 에칭 유닛(150)을 통과한 그래핀 구조체를 회수할 수 있다. 제1 회수롤에는 결함 없는 그래핀 구조체가 회수될 수 있다.
다른 실시예로, 결함이 없는 것으로 판정된 그래핀 구조체는 에칭 유닛(150)에서 전사 유닛(미도시)로 이동될 수 있다. 이로써, 제1 그래핀(20)은 대상체(미도시)에 바로 전사될 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 제조 장치는 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식뿐 만 아니라, 시트-투-롤(sheet-to-roll) 또는 시트-투-시트(sheet-to- sheet) 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 그래핀 제조 장치는 합성 유닛이 부착 장치나 검사 장치와 별도로 설치되며, 합성 유닛에서 시트 형상의 그래핀 구조체를 형성한 뒤에, 부착 장치에서 캐리어 필름에 그래핀 구조체를 라미네이팅하고, 동시에 그래핀 구조체의 결함을 검사할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 그래핀 제조 방법은, 촉매 금속층의 양면에 제1 그래핀과 제2 그래핀을 합성하여 그래핀 구조체를 형성하는 단계(S10), 제1 그래핀 상에 캐리어 필름을 부착하는 단계(S20), 검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 상면에 검사 용액을 분사하고 상기 검사 용액을 건조시키는 단계(S30)와, 검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 이미지를 획득하고, 상기 제2 그래핀의 결함여부를 판단하는 단계(S40)와, 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나면, 상기 그래핀 구조체를 수리하는 단계(S45)와, 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 해당하면, 에칭 유닛에서 촉매 금속층을 에칭하는 단계(S50)와, 상기 에칭 유닛을 통과한 그래핀 구조체를 대상체에 전사하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
촉매 금속층의 양면에 제1 그래핀과 제2 그래핀을 합성하여 그래핀 구조체를 형성하는 단계(S10)에서는, 전술한 바와 같이 촉매 금속층(10)에 제1 그래핀(20)과 제2 그래핀(30)을 합성할 수 있다.
제1 그래핀 상에 캐리어 필름을 부착하는 단계(S20)에서는, 부착 유닛(130)을 통과하면서 캐리어 필름(40)이 제1 그래핀(20)에 부착될 수 있다.
검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 상면에 검사 용액을 분사하고 상기 검사 용액을 건조시키는 단계(S30)에서는, 분사 노즐(141)에서 검사 용액(50)이 제2 그래핀(30)의 상면으로 배출되며, 히터(142)에서 검사 용액(50)을 건조시킬 수 있다. 이로써, 제2 그래핀(30)은 검사 용액(50)에 의해서 가시화 될 수 있다.
검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 이미지를 획득하고, 상기 제2 그래핀의 결함여부를 판단하는 단계(S40)에서는, 촬상부(143)에서 검사 용액(50)으로 가시화된 제2 그래핀(30)을 촬상할 수 있다. 또한, 컨트롤러(145)에서는 촬상된 이미지와 기존에 저장된 레퍼런스 데이터를 비교하여, 제2 그래핀(30)에 결함이 있는지를 판단할 수 있다. 즉, 촬상부(143)에서 획득한 이미지에서, 제2 그래핀(30)의 품질이 기 설정된 범위에 해당하는지를 판단할 수 있다.
또한, 제2 그래핀(30)의 결함이 기 설정된 범위를 벗어나면, 컨트롤러(145)는 마킹부(144)를 구동시켜서, 그래핀 구조체에 마커를 표시할 수 있다. 마커는 그래핀 구조체에 결함이 있다는 정보를 표시한다. 리더기(미도시)가 마커를 인식하면 그래핀 구조체는 수리를 위해서 이동하고, 상기 리더기가 마커를 인식하지 않으면 그래핀 구조체는 회수 유닛(160)으로 이동하거나 전사 유닛(미도시)로 이동될 수 있다.
상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나면, 상기 그래핀 구조체를 수리하는 단계(S45)가 진행된다. 상기 단계에서는, 그래핀 구조체가 회수될 수 있다. 또한, 결함이 있는 것으로 판정된 그래핀 구조체는 수리되어 회복될 수 있으며, 회복된 그래핀 구조체는 다시 검사 유닛(140)에서 검사될 수 있다.
제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 해당하면, 에칭 유닛에서 촉매 금속층을 에칭하는 단계(S50)가 진행된다. 상기 단계에서는 에칭 유닛(150)에서 에칭 공정이 수행된다. 그래핀 구조체에서 촉매 금속층은 에칭 유닛(150)에서 제거된다. 동시에, 촉매 금속층(10)에 부착된 제2 그래핀(30)도 함께 제거 될 수 있다. 이로써, 캐리어 필름(40) 상에 제1 그래핀(20)이 적층된 상태를 유지한다.
상기 에칭 유닛을 통과한 그래핀 구조체를 대상체에 전사하는 단계(S60)에서는, 제1 그래핀(20)이 대상체(미도시)에 전사될 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법은 그래핀을 합성한 후 바로 그래핀의 결함을 검사하므로, 초기에 양질의 그래핀을 선별할 수 있다. 합성된 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 해당하지 않으면, 에칭 및 전사 등의 후공정을 진행되지 않으므로, 전체 제조 공정 효율이 향상되고, 그래핀 제조를 위한 비용을 최소화 할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법은 촉매 금속층의 양면에 형성된 그래핀 중에서 하나를 그래핀의 검사에 이용하고, 다른 하나를 대상체에 전사에 사용하여, 고품질의 그래핀을 사용할 수 있다. 그래핀의 합성 공정에서 양면에 그래핀을 합성하되, 일면은 그래핀의 결함을 검사하고, 타면은 그래핀을 전사하여 이용할 수 있으므로, 그래핀의 불필요한 소모를 최소화 하고, 고품질의 그래핀을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 제조 장치 및 그래핀 제조 방법은 검사 용액을 이용하여 그래핀의 경계를 명확하게 가시화하여, 그래핀의 검사를 정확하고 신속하게 진행할 수 있다. 검사 용액을 그래핀에 도포 및 건조시켜서, 검사 용액이 그래핀의 경계를 명확하게 표시할 수 있다. 따라서, 그래핀이 촬상된 이미지에서 그래핀의 패턴, 크기, 결함 등을 명확하게 확인할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 그래핀 제조 장치
110: 합성 유닛
120: 캐리어 필름 공급 유닛
130: 부착 유닛
140: 검사 유닛
150: 에칭 유닛
160: 회수 유닛

Claims (6)

  1. 촉매 금속층의 양면에 제1 그래핀과 제2 그래핀을 합성하여 그래핀 구조체를 형성하는 그래핀 합성 유닛;
    상기 제1 그래핀 상에 캐리어 필름을 부착하는 부착 유닛;
    상기 부착 유닛에 인접하게 배치되며, 상기 제2 그래핀의 상면에 검사 용액을 분사하여, 상기 제2 그래핀의 결함을 검사하는 검사 유닛; 및
    상기 검사 유닛을 통과한 상기 그래핀 구조체를 에칭하는 에칭 유닛;을 포함하고,
    상기 에칭 유닛은
    상기 검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 속하는 것으로 확인되면, 상기 촉매 금속층 및 제2 그래핀을 제거하며,
    상기 제2 그래핀으로 상기 그래핀 합성 유닛에서 합성된 상기 그래핀 구조체의 결함 여부가 검사되며, 상기 제1 그래핀은 상기 제2 그래핀이 제거되면 대상체에 전사되는, 그래핀 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 검사 유닛은
    상기 제2 그래핀의 위에 상기 검사 용액을 분사하는 분사 노즐;
    상기 분사 노즐에 인접하게 배치되어, 상기 검사 용액을 건조시키는 히터;
    상기 검사 용액이 건조된 상기 제2 그래핀의 이미지를 획득하는 촬상부; 및
    상기 촬상부에서 획득한 이미지를 기초로 상기 제2 그래핀의 결함 여부를 판단하는 컨트롤러;를 구비하는, 그래핀 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 검사 유닛은
    상기 컨트롤러에서 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나는 것으로 확인되면, 상기 그래핀 구조체에 마커를 형성하는 마킹부;를 더 구비하는, 그래핀 제조 장치.
  4. 삭제
  5. 촉매 금속층의 양면에 제1 그래핀과 제2 그래핀을 합성하여 그래핀 구조체를 형성하는 단계;
    상기 제1 그래핀 상에 캐리어 필름을 부착하는 단계;
    검사 유닛에서, 상기 제2 그래핀의 상면에 검사 용액을 분사하고 상기 검사 용액을 건조시키는 단계;
    상기 검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 이미지를 획득하고, 상기 제2 그래핀의 결함여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 해당하면, 에칭 유닛에서 촉매 금속층을 에칭하는 단계;를 포함하고,
    상기 에칭 유닛은
    상기 검사 유닛에서 상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위에 속하는 것으로 확인되면, 상기 촉매 금속층 및 제2 그래핀을 제거하며,
    상기 제2 그래핀으로 상기 그래핀 합성 유닛에서 합성된 상기 그래핀 구조체의 결함 여부가 검사되며, 상기 제1 그래핀은 상기 제2 그래핀이 제거되면 대상체에 전사되는, 그래핀 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 그래핀의 품질이 기 설정된 범위를 벗어나면, 상기 그래핀 구조체를 수리하는 단계;를 더 포함하는, 그래핀 제조 방법.
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