KR102210960B1 - 광소결을 이용한 대면적 전도성 탄소 박막 제조방법 - Google Patents

광소결을 이용한 대면적 전도성 탄소 박막 제조방법 Download PDF

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석재영
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Abstract

광소결을 이용한 대면적 전도성 탄소 박막 제조방법에서, 스테이지 상에 폴리머 소스를 위치시키고, 상기 폴리머 소스의 상부에 타겟 기판을 위치시키고, 상기 폴리머 소스를 향하여 광을 제공하여, 상기 타겟 기판의 표면에 전도성 탄소박막을 형성한다. 이 경우, 상기 폴리머 소스에 광이 제공됨에 따라, 상기 폴리머 소스가 열분해되어 탄소가 상기 타겟 기판의 표면으로 전사된다.

Description

광소결을 이용한 대면적 전도성 탄소 박막 제조방법{METHOD FOR FABRICATING CONDUCTIVE CARBON FILM}
본 발명은 전도성 탄소박막 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 면광원을 이용한 광소결로, 기판 상에 대면적으로 전도성 탄소박막 또는 탄소박막 패턴을 형성할 수 있는 광소결을 이용한 대면적 전도성 탄소박막 제조방법에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 우수한 전기 전도성과 화학적 안전성을 가지며, 투명하면서도 연성을 가지는 소재로서, 최근 다양한 기술 분야에의 활용성이 인정받고 있다.
이러한 그래핀의 합성 방법으로는, 대한민국 등록특허 제10-1915202호에서와 같은 화학기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)이 가장 일반적이며, 고온의 챔버에서 아르곤, 수소, 메탄의 혼합 기체를 구리 등과 같은 촉매 금속과 접촉시키는 것을 특징으로 한다.
그러나, 이러한 화학기상 증착법을 이용한 그래핀의 합성에서는, 대면적의 그래핀을 효과적으로 합성하기 어려우며, 특히, 고온의 열처리 공정이 필수적이라는 단점이 있다.
이에, 고체 탄소소스(solid carbon source)를 촉매 금속에 코팅한 후, 고온 열처리 공정을 수행하여, 그래핀을 합성하는 기술도 도입되고는 있으나, 이 방법 역시, 고온의 열처리 공정이 필수적이라는 한계가 있다.
따라서, 고온 열처리 공정을 생략하면서도 대면적의 그래핀을 합성할 수 있어, 보다 효과적인 그래핀 합성이 가능한 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1575879호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 면광원을 이용한 광소결로, 카본화 수율을 향상시키면서, 다양한 종류의 기판 상에 대면적으로 전도성 탄소박막 또는 탄소박막 패턴을 형성할 수 있는 광소결을 이용한 대면적 전도성 탄소박막 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 전도성 탄소 박막 제조방법에서, 스테이지 상에 폴리머 소스를 위치시키고, 상기 폴리머 소스의 상부에 타겟 기판을 위치시키고, 상기 폴리머 소스를 향하여 광을 제공하여, 상기 타겟 기판의 표면에 전도성 탄소박막을 형성한다. 이 경우, 상기 폴리머 소스에 광이 제공됨에 따라, 상기 폴리머 소스가 열분해되어 탄소가 상기 타겟 기판의 표면으로 전사된다.
일 실시예에서, 상기 폴리머 소스(polymer source)는, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리메틸(polymethyl), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile) 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 폴리머 소스를 위치시키는 단계에서, 상기 스테이지의 외곽에는 차단부가 형성되어, 상기 폴리머 소스가 상기 스테이지의 외부로 누설되는 것을 차단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 폴리머 소스에 광이 제공됨에 따라, 상기 폴리머 소스의 일부는 이산화탄소(CO2)와 수증기(H20)로 증발될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스테이지, 상기 폴리머 소스 및 상기 타겟 기판은 진공 분위기 또는 불활성 기체 분위기를 형성하는 챔버의 내부에 위치하며, 상기 폴리머 소스에 광이 제공됨에 따라, 상기 폴리머 소스의 일부는 산소(O2)와 수소(H2)로 증발될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타겟 기판은 투명하며, 상기 광은 상기 타겟 기판의 상부로부터 상기 타겟 기판을 통과하여 상기 폴리머 소스로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스테이지는 투명하며, 상기 광은 상기 스테이지의 하부로부터 상기 스테이지를 통과하여 상기 폴리머 소스로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타겟 기판의 표면에는 마스크 패턴이 형성되며, 상기 타겟 기판의 표면에 형성되는 전도성 탄소박막은, 상기 마스크 패턴에 대응하는 소정 패턴으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광은 대면적 면광원(intense pulsed light, IPL)일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 그래핀 박막의 형성을 위해 수행하던 고온의 열처리 공정을 생략할 수 있으며, 면광원을 이용하여 대면적으로 그래핀 박막을 보다 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 스테이지 상에 위치한 폴리머 소스에 대면적의 면광원을 한 번에 제공하여 타겟 기판 상에 상대적으로 넓은 면적의 탄소 박막, 즉 그래핀 박막을 형성할 수 있어, 종래 화학 기상 증착법 등의 그래핀 박막 형성 공정과 대비하여, 수율을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 탄소가 포함된 폴리머 소스에 면광원을 제공하는 것으로, 폴리머 소스의 탄소를 열분해할 수 있으며, 이렇게 열분해 된 탄소가 상부의 타겟 기판으로 전사되어 그래핀 박막이 형성되는 것으로, 고온 열처리 공정이 생략되어 공정 안전성 및 신뢰성이 향상되며, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 진공 분위기 또는 불활성 기체 분위기에서 수행되는 경우, 폴리머 소스가 이산화탄소나 수증기로의 분해를 억제함으로써, 카본화 수율을 향상시켜, 상기 그래핀 박막 형성의 수율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 차단부를 통해 폴리머 소스가 고상이나 액상인 경우, 스테이지의 외부로 누설되는 것을 차단하여, 보다 안정적인 공정을 수행할 수 있다.
또한, 타겟 기판이 투명 기판인 경우, 광을 타겟 기판의 상부로부터 제공할 수 있어 폴리머 소스의 상층부부터 열분해를 유도하므로, 상기 타겟 기판으로 안정적이며 순차적인 그래핀 박막 형성이 유도될 수 있다.
이와 달리, 타겟 기판이 불투명 기판인 경우, 스테이지를 투명한 스테이지로 형성하고 하부로부터 광을 제공함으로써, 타겟 기판의 종류와 무관하게 그래핀 박막의 형성을 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 3은 도 2의 'A'부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4는 도 1의 전도성 탄소박막 제조방법의 다른 예에서의 도 2의'A'부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 5는 도 1의 전도성 탄소박막 제조방법의 또 다른 예를 도시한 공정도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 6의 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 도 8의 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 공정도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 흐름도이다. 도 2는 도 1의 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 공정도이다. 도 3은 도 2의 'A'부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법(S10)에서는, 우선, 스테이지(10) 상에 폴리머 소스(20)를 위치시킨다(단계 S11).
상기 스테이지(10)는 불투명 스테이지일 수 있으며, 상기 스테이지(10)의 면적은 후술되는 광의 제공면적을 고려하여 형성될 수 있다.
상기 폴리머 소스(polymer source)(20)는 상대적으로 카본의 함유량이 높은 폴리머(high carbon polymer)로서, 예를 들어, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리메틸(polymethyl), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile) 중 어느 하나일 수 있다.
이상과 같이, 상기 스테이지(10) 상에 상기 폴리머 소스(20)를 균일하게 위치시킨 이후, 상기 폴리머 소스(20)의 상부에 투명한 타겟 기판(30)을 위치시킨다(단계 S12).
본 실시예에서는, 상기 타겟 기판(30)이 광을 통과시키는 투명한 기판인 것으로, 이에 따라 상기 타겟 기판(30)은 상기 폴리머 소스(20)의 상부에 위치할 수 있다.
이 경우, 상기 타겟 기판(30)과 상기 폴리머 소스(20) 사이의 간격은, 후술되는 상기 광의 세기, 상기 폴리머 소스(20)에 포함된 탄소의 농도, 상기 스테이지의 면적 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.
다만, 상기 폴리머 소스(20)에 포함된 탄소가 열분해되며 상기 타겟 기판(30) 상에 안정적으로 전사되며, 여타의 물질들은 외부로 빠져나갈 수 있을 정도의 최소한의 간격은 필요하다.
이 후, 상기 타겟 기판(30)의 상부에서, 광을 제공하여 상기 타겟 기판(30)의 표면에 탄소 박막을 형성한다(단계 S13).
상기 광은 예를 들어, IPL(intense pulsed light)과 같은 대면적 면광원인 것으로, 도시하지는 않았으나, 상기 대면적 면광원을 제공하는 별도의 발광부가 상기 타겟 기판(30)의 상부에 위치할 수 있다.
상기 제공되는 면광원의 면적은, 상기 스테이지(10)의 면적을 고려하여, 상기 스테이지(10) 상에 위치하는 상기 폴리머 소스(20)에 광을 균일하게 제공할 수 있을 면적으로 형성된다. 그리하여, 상기 폴리머 소스(20)에는 상기 면광원을 통해 동일한 세기의 광이 균일하게 제공된다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 타겟 기판(30)은 투명 기판인 것으로, 상기 광은 상기 타겟 기판(30)의 상부로부터 제공되더라도, 상기 타겟 기판(30)을 관통하여 상기 폴리머 소스(20)로 제공될 수 있다.
이상과 같이, 상기 폴리머 소스(20)로 광이 제공되면, 상기 폴리머 소스(20)는 상기 광에 의해 열분해되며, 상기 폴리머 소스(20)에 포함된 탄소는 상부로 증발하게 된다.
이 경우, 상기 탄소는 전도성 성질을 가지는 순수 탄소로서, 상기 상부로 증발되는 탄소는 상기 타겟 기판(30)의 표면, 즉 저면으로 축적되며 전사된다. 그리하여, 상기 타겟 기판(30)의 표면으로 전사된 탄소는 박막으로 형성되며, 결국 그래핀(graphene) 박막을 형성하게 된다.
한편, 상기 폴리머 소스(20)에 광이 제공되면, 열분해에 의해 탄소가 생성되는 것 외에, 상기 폴리머 소스(20)의 일부는 이산화탄소(CO2)나 수증기(H20)로 증발된다.
이렇게 증발되는 상기 이산화탄소(CO2)나 수증기(H20)는, 상기 타겟 기판(30)으로 전사되지 않으며, 상기 타겟 기판(30)과 상기 스테이지(10) 사이의 공간에 잔류하거나, 상기 타겟 기판(30)과 상기 스테이지(10)의 외측으로 누설되어 제거된다.
그리하여, 상기 타겟 기판(30) 상에는, 전도성 탄소가 전사되며 박막으로 형성되게 된다.
도 4는 도 1의 전도성 탄소박막 제조방법의 다른 예에서의 도 2의'A'부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4를 참조하면, 상기 전도성 탄소박막 제조방법(S10)은, 소정의 챔버(60)의 내부에서 수행될 수 있다. 이 경우, 도 4에서는 'A'부분이 상기 챔버(60)의 내부에 위치하는 것을 도시하였으나, 도 2의 타겟 기판(30) 및 스테이지(10)가 모두 상기 챔버(60)의 내부에 위치하는 것을 의미한다.
상기 전도성 탄소박막 제조방법이, 상기 챔버(60)의 내부에서 수행되며, 상기 챔버(60)의 내부가, 진공 분위기나 불활성 기체 분위기로 조성된다면, 즉 상기 챔버(60)의 내부가 진공상태이거나 불활성 기체로 채워진 상태라면, 상기 광이 상기 폴리머 소스(20)로 제공됨에 따라, 상기 폴리머 소스(20)가 분해되어 발생하는 이산화탄소(CO2)나 수증기(H20)는, 산소(O2)와 수소(H2)로의 발생이 유도된다.
이에 따라, 상기 폴리머 소스(20)로부터 열분해되어, 상기 타겟 기판(30)으로 적층되는 탄소의 양이 증가하게 되며, 결국 상기 폴리머 소스(20)의 카본화 수율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 1의 전도성 탄소박막 제조방법의 또 다른 예를 도시한 공정도이다.
도 5를 참조하면, 상기 전도성 탄소박막 제조방법(S10)에 있어, 상기 스테이지(10)의 외곽에는 차단부(70)가 형성될 수 있다.
상기 차단부(70)는 상기 스테이지(10)의 최외곽을 따라 형성되며, 소정의 블록 형태로 상기 스테이지(10) 내측에 공간을 형성할 수 있다.
상기 폴리머 소스(20)의 경우, 액상이나 고상일 수 있으며, 상기 스테이지(10)의 외곽이 개방된 경우라면, 상기 폴리머 소스(20)가 상기 스테이지(10)의 외곽으로 누설될 수 있다.
이에, 본 예에서는, 상기 폴리머 소스(20)의 상기와 같은 누설을 방지하기 위해 상기 스테이지(10)의 최외곽을 따라 상기 차단부(70)가 형성된다.
특히, 상기 폴리머 소스(20)를 상기 스테이지(10)의 상면에 균일하게 위치시키기 위해, 상기 스테이지(10)는 회전될 수 있으며, 이와 같이 상기 스테이지(10)가 회전되는 경우, 상기 차단두(70)를 통해 상기 폴리머 소스(20)의 누설을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 흐름도이다. 도 7은 도 6의 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 공정도이다.
본 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법은, 도 1을 참조하여 설명한 상기 전도성 탄소박막 제조방법과, 스테이지가 투명하고 타겟 기판이 불투명하며, 광이 스테이지의 하부로부터 제공되는 것을 제외하고는 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 전도성 탄소박막 제조방법(S20)에서는, 우선, 스테이지(11) 상에 상기 폴리머 소스(20)를 위치시킨다(단계 S21).
이 경우, 상기 스테이지(11)는, 투명 스테이지이며, 이에 따라 후술되는 광은 상기 스테이지(11)를 통과하게 된다.
이 후, 상기 폴리머 소스(20)의 상부에 타겟 기판(31)을 위치시킨다(단계 S22).
이 경우, 상기 타겟 기판(31)은, 불투명한 기판인 것으로, 상기 타겟 기판(31)의 종류가 제한되지 않으며 다양한 종류로, 그래핀 박막의 형성이 필요한 기판이면 충분하다.
이 후, 상기 스테이지(11)의 하부에서, 광을 제공하여 상기 타겟 기판(31)의 표면에 탄소 박막을 형성한다(단계 S23).
본 실시예에서도, 상기 광은 예를 들어, IPL(intense pulsed light)과 같은 대면적 면광원인 것으로, 도시하지는 않았으나, 상기 대면적 면광원을 제공하는 별도의 발광부가 상기 스테이지(11)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 스테이지(11)는 투명한 스테이지인 것으로, 상기 광은 상기 스테이지(11)의 하부로부터 제공되더라도, 상기 스테이지(11)를 관통하여 상기 폴리머 소스(20)로 제공될 수 있다.
이상과 같이, 상기 폴리머 소스(20)로 광이 제공되면, 상기 폴리머 소스(20)는 상기 광에 의해 열분해되며, 상기 폴리머 소스(20)에 포함된 탄소는 상부로 증발하게 된다.
그리하여, 상기 열분해로 생성되는 탄소는 상기 타겟 기판(31)의 표면, 즉 상기 타겟 기판(31)의 저면으로 전사되며, 박막으로 형성되어 결국 그래핀 박막을 형성하게 된다.
이 경우, 상기 폴리머 소스(20)의 열분해로 탄소 외에 생성되는 이산화탄소(CO2)나 수증기(H20)는 상기 타겟 기판(31)과 상기 스테이지(11) 사이의 공간에 잔류하거나, 상기 타겟 기판(31)과 상기 스테이지(11)의 외측으로 누설되어 제거됨은 이미 설명한 바와 같다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 흐름도이다. 도 9는 도 8의 전도성 탄소박막 제조방법을 도시한 공정도이다.
본 실시예에 의한 전도성 탄소박막 제조방법은, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 상기 전도성 탄소박막 제조방법과, 타겟 기판의 표면에 마스크 패턴이 형성되는 것을 제외하고는 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 전도성 탄소박막 제조방법(S30)에서는, 우선, 스테이지(11) 상에 상기 폴리머 소스(20)를 위치시킨다(단계 S31).
이 경우, 상기 스테이지(11)는, 투명 스테이지이며, 이에 따라 후술되는 광은 상기 스테이지(11)를 통과하게 된다.
이 후, 상기 타겟 기판(31)의 표면, 즉 저면에 마스크 패턴(80)을 형성한다(단계 S32).
상기 마스크 패턴(80)은, 상기 광을 차단하는 패턴이면 충분하며, 상기 타겟 기판(31)의 표면에 직접 소정의 패턴을 가지도록 형성될 수 있으며, 이와 달리, 별도의 마스크 패턴을 상기 타겟 기판(31)의 상면에 위치시킬 수도 있다.
이 후, 상기 폴리머 소스(20)의 상부에 상기 마스크 패턴(80)이 형성된 상기 타겟 기판(31)을 위치시킨다(단계 S33).
이 경우, 상기 타겟 기판(31)은, 불투명한 기판인 것으로, 상기 타겟 기판(31)의 종류가 제한되지 않으며 다양한 종류로, 그래핀 박막의 형성이 필요한 기판이면 충분하다.
이 후, 상기 스테이지(11)의 하부에서, 광을 제공하여 상기 타겟 기판(31)의 표면에 소정 패턴을 가지는 탄소 박막을 형성한다(단계 S34).
본 실시예에서도, 상기 광은 예를 들어, IPL(intense pulsed light)과 같은 대면적 면광원인 것으로, 도시하지는 않았으나, 상기 대면적 면광원을 제공하는 별도의 발광부가 상기 스테이지(11)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 스테이지(11)는 투명한 스테이지인 것으로, 상기 광은 상기 스테이지(11)의 하부로부터 제공되더라도, 상기 스테이지(11)를 관통하여 상기 폴리머 소스(20)로 제공될 수 있다.
이상과 같이, 상기 폴리머 소스(20)로 광이 제공되면, 상기 폴리머 소스(20)는 상기 광에 의해 열분해되며, 상기 폴리머 소스(20)에 포함된 탄소는 상부로 증발하게 된다.
그리하여, 상기 열분해로 생성되는 탄소는 상기 타겟 기판(31)의 표면, 즉 상기 타겟 기판(31)의 저면으로 전사되며, 박막으로 형성되어 결국 그래핀 박막을 형성하게 된다.
다만, 상기 타겟 기판(31)의 표면에는 상기 마스크 패턴(80)이 형성된 것으로, 상기 타겟 기판(31)의 저면으로 전사되는 탄소는 상기 마스크 패턴(80)이 형성된 영역 외의 영역으로만 전사되며, 이에 따라 상기 타겟 기판(31)에는 상기 마스크 패턴(80)의 반대되는 패턴의 탄소 박막이 형성된다.
이 경우, 상기 폴리머 소스(20)의 열분해로 탄소 외에 생성되는 이산화탄소(CO2)나 수증기(H20)는 상기 타겟 기판(31)과 상기 스테이지(11) 사이의 공간에 잔류하거나, 상기 타겟 기판(31)과 상기 스테이지(11)의 외측으로 누설되어 제거됨은 이미 설명한 바와 같다.
이를 통해, 상기 타겟 기판(31) 상에 상기 마스크 패턴(80)과 반대되는, 소정의 패턴을 가지는 그래핀 박막을 형성할 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 그래핀 박막의 형성을 위해 수행하던 고온의 열처리 공정을 생략할 수 있으며, 면광원을 이용하여 대면적으로 그래핀 박막을 보다 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 스테이지 상에 위치한 폴리머 소스에 대면적의 면광원을 한 번에 제공하여 타겟 기판 상에 상대적으로 넓은 면적의 탄소 박막, 즉 그래핀 박막을 형성할 수 있어, 종래 화학 기상 증착법 등의 그래핀 박막 형성 공정과 대비하여, 수율을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 탄소가 포함된 폴리머 소스에 면광원을 제공하는 것으로, 폴리머 소스의 탄소를 열분해할 수 있으며, 이렇게 열분해 된 탄소가 상부의 타겟 기판으로 전사되어 그래핀 박막이 형성되는 것으로, 고온 열처리 공정이 생략되어 공정 안전성 및 신뢰성이 향상되며, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 진공 분위기 또는 불활성 기체 분위기에서 수행되는 경우, 폴리머 소스가 이산화탄소나 수증기로의 분해를 억제함으로써, 카본화 수율을 향상시켜, 상기 그래핀 박막 형성의 수율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 차단부를 통해 폴리머 소스가 고상이나 액상인 경우, 스테이지의 외부로 누설되는 것을 차단하여, 보다 안정적인 공정을 수행할 수 있다.
또한, 타겟 기판이 투명 기판인 경우, 광을 타겟 기판의 상부로부터 제공할 수 있어 폴리머 소스의 상층부부터 열분해를 유도하므로, 상기 타겟 기판으로 안정적이며 순차적인 그래핀 박막 형성이 유도될 수 있다.
이와 달리, 타겟 기판이 불투명 기판인 경우, 스테이지를 투명한 스테이지로 형성하고 하부로부터 광을 제공함으로써, 타겟 기판의 종류와 무관하게 그래핀 박막의 형성을 유도할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 11 : 스테이지 20 : 폴리머 소스
30, 31 : 타겟 기판 40, 41 : 면광원
50, 51, 52 : 탄소박막 60 : 챔버
70 : 차단부 80 : 마스크 패턴

Claims (9)

  1. 스테이지 상에 폴리머 소스를 위치시키는 단계;
    상기 폴리머 소스의 상부에 타겟 기판을 위치시키는 단계; 및
    상기 폴리머 소스를 향하여 광을 제공하여, 상기 타겟 기판의 표면에 전도성 탄소박막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 폴리머 소스에 광이 제공됨에 따라, 상기 폴리머 소스가 열분해되어 탄소가 상기 타겟 기판의 표면으로 전사되고, 상기 폴리머 소스의 일부는 이산화탄소(CO2)와 수증기(H20)로 증발되어 상기 타겟 기판과 상기 스테이지 사이의 공간에 잔류하거나 외측으로 누설되어 제거되고,
    상기 광은 대면적 면광원으로 상기 폴리머 소스에 균일한 세기의 광을 제공하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소박막 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 소스(polymer source)는,
    폴리아닐린(polyaniline), 폴리메틸(polymethyl), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 탄소박막 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리머 소스를 위치시키는 단계에서,
    상기 스테이지의 외곽에는 차단부가 형성되어, 상기 폴리머 소스가 상기 스테이지의 외부로 누설되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소박막 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지, 상기 폴리머 소스 및 상기 타겟 기판은 진공 분위기 또는 불활성 기체 분위기를 형성하는 챔버의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소박막 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 기판은 투명하며,
    상기 광은 상기 타겟 기판의 상부로부터 상기 타겟 기판을 통과하여 상기 폴리머 소스로 제공되는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소박막 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지는 투명하며,
    상기 광은 상기 스테이지의 하부로부터 상기 스테이지를 통과하여 상기 폴리머 소스로 제공되는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소박막 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 타겟 기판의 표면에는 마스크 패턴이 형성되며,
    상기 타겟 기판의 표면에 형성되는 전도성 탄소박막은, 상기 마스크 패턴에 대응하는 소정 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소박막 제조방법.
  9. 삭제
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