KR20130089041A - 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법 - Google Patents

성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130089041A
KR20130089041A KR1020120010384A KR20120010384A KR20130089041A KR 20130089041 A KR20130089041 A KR 20130089041A KR 1020120010384 A KR1020120010384 A KR 1020120010384A KR 20120010384 A KR20120010384 A KR 20120010384A KR 20130089041 A KR20130089041 A KR 20130089041A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
layer
heat source
controlled
catalyst layer
Prior art date
Application number
KR1020120010384A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101308120B1 (ko
Inventor
김기범
조성용
김기주
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020120010384A priority Critical patent/KR101308120B1/ko
Publication of KR20130089041A publication Critical patent/KR20130089041A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101308120B1 publication Critical patent/KR101308120B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/023—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor the sheet or ribbon being in a horizontal position
    • C03B33/027—Scoring tool holders; Driving mechanisms therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/10—Glass-cutting tools, e.g. scoring tools
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Abstract

성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀의 제조 방법은, 기판 상에 그래파이트화 촉매층을 형성하는 단계; 그래파이트화 촉매층 상에 기상 탄소 공급원을 공급하는 단계; 열원 발생 장치로부터 빛을 집속시켜서 열원을 형성하는 단계; 그래파이트화 촉매층의 일부를 열원에 노출시켜서 그래핀 시드층을 형성시키는 단계; 및 그래핀 시드층으로부터 일 방향으로 그래핀층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법{Method for manufacturing graphene with controlling a direction of growth}
본 발명은 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 일 방향 성장에 의해 단결정의 그래핀을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부 및 서울대학교 산학협력단의 연구중심대학육성사업의 일환으로　수행한 연구로부터 도출된 것이다.
[과제관리번호: R31-2008-000-10075-0, 과제명: 지속가능성을 위한 하이브리드 재료]
그래핀(graphene)은 탄소(C) 원자 한 층 또는 복수의 층으로 이루어진 벌집 구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소 원자는 sp2 혼성궤도에 의해 화학 결합을 하는 경우, 이차원의 탄소 육각망면을 형성한다. 탄소는 최외각 전자가 4개로, 결합을 할 때 4개의 전자가 혼성되어 결합에 참여한다.
탄소의 결합에는, sp3 결합을 하는 방법과 sp2 결합을 하는 방법이 있으며, sp3 결합만으로 이루어진 것이 정사각형의 다이아몬드이고 sp2 결합만으로 이루어진 물질이 흑연(graphite) 또는 흑연의 한 층인 그래핀이다. 예를 들면, 원래 s 궤도(orbital)와 p궤도에만 존재해야 할 전자들이, s와 p 궤도를 합친 sp2 및 sp3 의 혼성 오비탈을 갖게 된다. 상기 sp2 혼성 오비탈은 s궤도에 전자 하나와 p궤도에 전자 두 개를 가지므로, sp2 혼성 오비탈은 총 전자 3개를 가지게 되고, 이때 각 전자의 에너지 준위는 동일하다. 각기 s와 p 오비탈을 갖는 것보다 이와 같이 혼성 오비탈을 갖는 것이 안정하기 때문에 혼성 오비탈 상태에 있게 된다.
이와 같은 sp2 결합에 의하여 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 집합체가 그래핀이며, 단일층의 두께는 탄소 원자 하나의 크기에 불과하여 약 0.3nm이다. 그래핀은 그 특성이 금속성으로, 층방향으로 전도성을 가지며 열전도성이 우수하고, 전하 캐리어(carrier)의 이동도(mobility)가 커서 고속 전자 소자를 구현할 수 있다. 그래핀 시트(sheet)의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000 cm2/Vs의 값을 가지는 것으로 알려져 있다. 그래핀은 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가지고 있으며, 두께가 얇아, 평판 표시 소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 및 나노 크기의 전자소자로의 응용성이 크다. 그래핀을 이용하면 종래의 반도체 공정 기술을 이용하여 소자를 제조하기 용이하며, 특히 대면적 집적화가 용이한 이점이 있다.
그래핀 시트를 형성하는 방법은 여러 가지가 공지되어 있다. 흑연 결정으로부터의 기계적 박리법 또는 실리콘 카바이드(SiC) 결정 열분해 방법에 의하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 기계적 박리법의 일종인 스카치 테이프방법(Scotch tape method)은, 미세 기계적 박리 방법으로 흑연 시료에 스카치 테이프를 붙인 다음, 스카치 테이프를 떼어내어 스카치 테이프 표면에서 흑연으로부터 떨어져 나온 그래핀 시트를 얻는 방식이다. 실리콘 탄화물(SiC) 결정 열분해 방법은, SiC 단결정을 가열하면 표면의 SiC가 분해되어 실리콘(Si)이 제거되며, 남아있는 탄소에 의해 그래핀 시트가 형성되는 원리를 이용한다.
이외에, 증착 공정을 이용하여 그래핀을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 사파이어 기판 상에 분자 빔 에피텍시(molecular beam epitaxy, MBE) 또는 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)를 이용하여 그래핀 에피텍시(epitaxy)를 성장시키며, 그래핀과 사파이어 기판 사이의 결정학적 적합성(crystallographic compatibility) 때문에 에피텍시의 성장이 용이하게 달성될 수 있다. 그 밖에도, 고정렬 열분해 흑연 (highly ordered pyrolytic graphite, HOPG)의 박편화, 산화 흑연 박편의 화학적 환원, 열 박편화 (thermal exfoliation), 정전기적 증착 (electrostatic deposition), 흑연의 액상 박편화 (liquid phase exfoliation of graphite), 아크 방전 (arc-discharging) 및 용매열 합성법 (solvothermal method) 등이 사용될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전기적 특성이 향상된 그래핀의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법이 제공된다. 상기 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법은, 기판 상에 그래파이트화 촉매층을 형성하는 단계; 상기 그래파이트화 촉매층 상에 기상 탄소 공급원을 공급하는 단계; 열원 발생 장치로부터 빛을 집속시켜서 열원을 형성하는 단계; 상기 그래파이트화 촉매층의 일부를 상기 열원에 노출시켜서 그래핀 시드층을 형성시키는 단계; 및 상기 그래핀 시드층으로부터 일 방향으로 그래핀층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 기상 탄소 공급원은 상기 열원에 의해 분해되어, 상기 그래파이트화 촉매층 상에 그래핀을 형성하며 화학 기상 증착될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 그래핀층은, 상기 그래핀 시드층에 연속하여 상기 일 방향으로 육각형의 구조들이 성장됨으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 그래핀층은 전체가 하나의 결정립으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 열원은, 라인 형태의 빔으로 발생될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 열원 발생 장치는, 램프 및 상기 램프를 둘러싸는 곡선형의 반사부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 열원 발생 장치는, 상기 반사부에서 반사된 빔을 집속하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 반사부는 타원의 단면을 가지며, 상기 램프가 상기 타원의 상부 초점에 위치하며, 상기 타원의 하부 초점에 상기 그래파이트화 촉매층이 위치할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 그래파이트화 촉매층을 형성하는 단계 이후에, 상기 그래파이트화 촉매층 상에 형성된 산화물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 그래파이트화 촉매층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(Pt) 및 로듐(Rh)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법에 따르면,　그래핀층이 내부에 결정립계를 포함하지 않는 단결정의 형태로 형성될 수 있다. 따라서 감소된 전기적 저항을 가지며, 캐리어 이동성이 향상된 그래핀층을 형성할 수 있게 된다. 이에 의해, 그래핀층이 적용되는 전자 소자의 신뢰성 및 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀의 제조 방법에 따라 제조된 그래핀층 및 성장 방향을 제어하지 않고 형성한 그래핀층을 보여주는 평면도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 제조를 위한 열원 발생 장치들의 개략도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 그래핀 제조 장치에서의 온도 분포를 도시하는 그래프들이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 성장 방향이 제어된 그래핀을 제조하기 위한 예시적인 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀의 제조 방법에 따라 제조된 그래핀층 및 성장 방향을 제어하지 않고 형성한 그래핀층을 보여주는 평면도들이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 그래핀층(10, 20)은 탄소 원자(C) 한 층으로 이루어진 벌집 구조의 2차원 박막으로, 탄소 원자(C)는 sp2 혼성궤도에 의해 화학 결합하여 이차원의 탄소 육각망면을 형성한다.
도 1a의 본 발명에 따른 그래핀층(10)은 탄소들에 의해 형성된 육각형 구조가 일 방향으로 연속적으로 배열될 수 있다. 도 1b의 그래핀층(20)은 하나 이상의 결정립(crystal grain)(10a, 10b, 10c)을 포함할 수 있다. 결정립은 결정 방향이 동일한 개개의 결정을 지칭하는 용어이며, 본 명세서에서는 동일한 방향으로 배열된 육각형 구조의 탄소들로 이루어진 영역을 지칭하는 용어로 사용된다.
도 1a의 그래핀층(10)은 육각형 구조의 탄소들이 일 방향으로 배열되어 하나의 결정립으로 이루어지므로, 단결정(single crystal) 그래핀층(10)으로 볼 수 있다. 도 1b의 그래핀층(20)은 세 개의 결정립들(10a, 10b, 10c)을 포함하며, 결정립들(10a, 10b, 10c)의 사이에는 결정립계(grain boundary)(GB)가 형성된다. 결정립들(10a, 10b, 10c)은 서로 다른 방향들을 향해 배열된 육각형 구조의 탄소들을 각각 포함한다. 결정립계(GB)에서 각 결정립들(10a, 10b, 10c)을 이루는 육각형 구조의 탄소들은 연속적으로 결합되지 못하므로 결합(defect)이 발생할 수 있다.
그래핀층(20)이 복수의 결정립들(10a, 10b, 10c)을 포함하는 경우, 그래핀층(20) 전체의 전기적 저항이 증가할 수 있다. 이는 결정립계(GB)가 캐리어(carrier)의 이동성에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 따라서, 그래핀층이 적용되는 전자 소자의 성능 및 신뢰성의 확보를 위해서 결정립들의 크기가 큰 그래핀층을 형성할 것이 요구된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 제조를 위한 열원 발생 장치들의 개략도들이다.
도 2a를 참조하면, 그래핀 제조 장치(100a)는 기판 이송부(110), 기판(120) 및 열원 발생 장치(130)를 포함할 수 있다.
열원 발생 장치(130)는 램프(132) 및 반사부(134)를 포함할 수 있다. 램프(132)는 그래핀층의 형성을 위한 열원을 발생시킨다. 램프(132)는 일 방향으로 연장된 원기둥의 형상일 수 있다. 램프(132)는 예를 들어, 할로겐 램프일 수 있다. 반사부(134)는 램프(132)의 주위를 둘러싸는 타원형의 형상을 가질 수 있다. 반사부(134)는 램프(132)로부터 방출된 빛을 반사시켜 한 점에 집속되게 할 수 있다. 램프(132)가 반사부(134)의 단면을 이루는 타원의 상부의 초점에 위치하는 경우, 하부의 초점에 광이 집속될 수 있다. 반사부(134)는 램프(132)와 같이 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 따라서, 열원 발생 장치(130)에 의해 발생되는 빛은 라인 형태의 빔일 수 있다.
기판(120)은 기판 이송부(110) 상에 위치하며, 반사부(134)의 단면을 이루는 타원의 하부 초점의 높이 상에 위치할 수 있다. 기판(120)은 기판 이송부(110)에 의해 적어도 일 방향으로 이동될 수 있다. 기판 이송부(110)는 소정 속도로 움직일 수 있도록 제공될 수 있다.
그래핀 제조 장치(100a)에서, 기판(120)이 기판 이송부(110)에 의해 이동하며, 일 방향으로 열원 발생 장치(130)로부터의 열이 가해지게 된다. 이에 의해 일 방향으로 그래핀층의 성장이 제어될 수 있다. 그래핀층의 제조 방법에 대해서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 하기에 상세히 설명한다.
도 2b를 참조하면, 그래핀 제조 장치(100b)는 기판 이송부(110), 기판(120) 및 열원 발생 장치(130)를 포함할 수 있다. 도 2b에서 도 2a와 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타내며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
열원 발생 장치(130)는 램프(132), 반사부(134) 및 집속 렌즈(136)를 포함할 수 있다. 반사부(134)는 램프(132)의 주위를 둘러싸는 곡선의 형상을 가질 수 있다. 반사부(134)는 램프(132)로부터 방출된 광을 반사시켜 기판(120)을 향해 반사되도록 할 수 있다. 집속 렌즈(136)는 반사부(134)로부터 반사된 빛을 한 점으로 집속할 수 있다. 집속 렌즈(136)는 예를 들어, 볼록 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 열원 발생 장치들(130)은 기판(120) 상에 국부적으로 열원이 가해지도록 구성될 수 있다. 또한, 이동 가능한 기판 이송부(110)를 포함하므로, 기판(120)이 일 방향으로 열원에 노출될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 그래핀 제조 장치에서의 온도 분포를 도시하는 그래프들이다. 도 3a 및 도 3b의 그래프들은 온도의 상대적인 분포를 도시하기 위한 것이므로, 온도 수치 자체는 그래핀 제조 시의 공정 조건에 맞추어 변화시킬 수 있음이 이해될 것이다.
도 3a를 참조하면, 도 2a의 기판(120) 상에서의 온도 분포를 램프(132)를 중심으로 도시한다. 램프(132)의 아래에서 가장 높은 온도를 나타내며, 램프(132)로부터 수평 방향으로 멀어지면서 온도가 낮아진다.
도 3b를 참조하면, 도 2a의 램프(132)로부터의 수직 거리에 따른 온도 분포를 도시한다. 램프(132)에서 멀어질수록 온도가 감소되다가 반사부(134)의 하부 초점에 해당하는 점(F)에서 급격하게 증가되는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 2a의 그래핀 제조 장치(100a)를 이용하여 그래핀을 제조하는 경우, 그래핀이 증착될 기판(120)이 반사부(134)의 하부 초점에 해당하는 점(F)에 배치되도록 하여 집속된 열원을 가할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 성장 방향이 제어된 그래핀을 제조하기 위한 예시적인 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4를 도 9와 함께 참조하면, 기판(200) 상에 금속층(210)을 형성하는 단계(S300)가 수행될 수 있다. 기판(200)은 주위 압력 및 분위기(ambient) 조절을 위해 챔버(미도시) 내에 배치될 수 있다.
기판(200)은 반도체 제조 공정에 일반적으로 사용되는 모든 형태의 기판이 사용될 수 있다. 기판(200)은 예를 들어, 실리콘(Si) 기판, 유리(glass) 기판, 석영(quartz) 기판 또는 사파이어(sapphire) 기판 일 수 있다. 또는 산화물을 포함하는 기판일 수 있다.
금속층(210)은 일종의 그래파이트 촉매층에 해당하며, 그래파이트(graphite)화를 위한 촉매로서 작용할 수 있다. 금속층(210)은 예를 들어, 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 철(Fe), 백금(Pt), 구리(Cu), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 금속층(210)은 스퍼터링(sputtering) 또는 전자빔 증발기(electro beam evaporator)와 같은 물리 기상 증착법(phisical vapor deposition, PVD)을 사용하여 증착할 수 있다. 또는, 예를 들어, 금속층(210)이 구리(Cu)로 형성되는 경우, 금속층(210)은 냉간 압연(cold rolling) 공정에 의해 형성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 금속층(210)은 그래파이트 촉매 물질을 포함하는 비금속 물질로 대체될 수 있다.
도 5를 도 9와 함께 참조하면, 금속층(210) 상에 기상 탄소 공급원(G)을 금속층(210) 공급하는 단계(S310)가 수행될 수 있다. 기판(200) 및 금속층(210)의 적층물이 위치하는 챔버 내에 기상 탄소 공급원(G)이 플로우될 수 있다.
기상 탄소 공급원(G)은 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔 중 어느 하나일 수 있다. 기상 탄소 공급원(G)은 예를 들어, 아르곤(Ar)과 같은 불활성의 캐리어 가스 및 수소(H2) 가스와 함께 공급될 수 있다.
선택적으로, 기상 탄소 공급원(G)의 공급 전에, 금속층(210) 상에 형성된 금속 산화물을 제거하는 공정이 추가될 수 있다. 상기 제거 공정은 수소 분위기에서의 열처리 공정을 통해 수행될 수 있다.
도 6을 도 9와 함께 참조하면, 광원으로부터 빛을 집속시켜서 열원(230)을 형성하는 단계(S320)가 수행될 수 있다. 열원(230)의 발생을 위해, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상술한 열원 발생 장치들(130)이 사용될 수 있다.
열원(230)에 의해 포커싱되는 빛은 라인빔의 형태일 수 있다. 상기 라인빔은, 예를 들어 x 방향으로 수 밀리미터 이하의 빔 크기를 가지고, 도면에 도시되지 않은, x 방향과 y 방향에 수직한 방향으로 수십 밀리미터 내지 수십 센티미터의 길이를 가질 수 있다.
도 7을 도 9와 함께 참조하면, 금속층(210)의 일부를 열원(230)에 노출시켜서 그래핀 시드층(220a)을 형성하는 단계(S330)가 수행될 수 있다. 금속층(210) 상에 공급된 도 5의 기상 탄소 공급원(G)이 열에 의해 분해되어 그래핀 시드층(220a)을 형성한다. 이는 화학 기상 증착법과 동일한 원리로 수행될 수 있다.
열원(230)에 의해 금속층(210) 상에 국부적으로 열이 가해질 수 있으며, 금속층(210) 상의 기상 탄소 공급원(G)이, 예를 들어 300 ℃ 내지 1200 ℃의 온도로 가열될 수 있다. 특히, 기상 탄소 공급원(G)은 약 1050 ℃의 온도로 가열될 수 있다. 저온에서는 기상 탄소 공급원(G)이 분해되지 않을 수 있으며, 고온에서는 기판(200)이 손상될 수 있기 때문에 적정 온도로 가열되어야 한다.
그래핀 시드층(220a)은 x 방향으로 소정 길이(L)를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 소정 길이(L)는 도 6의 상기 라인빔의 크기에 의해 결정될 수 있다.
도 8을 도 9와 함께 참조하면, 그래핀 시드층(220a)으로부터 일 방향으로 그래핀층(220b)을 형성하는 단계(S340)가 수행될 수 있다. 도면에 도시된 화살표와 같이, 기판(200)이 일 방향, 예컨대 x 방향으로 이동함에 따라, 그래핀층(220b)이 일 방향으로 성장될 수 있다. 기판(200)은 예를 들어, 분당 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛를 이동하도록 셋팅될 수 있다. 또는, 기판(200) 대신 열원(230)이 이동될 수도 있다.
그래핀층(220b)의 형성 속도는 기판(200)의 이동 속도로 제어할 수 있다. 그래핀층(220b)은 일 방향으로 성장되도록 제어되기 때문에 도 1b와 같이 복수의 결정립을 포함하지 않고 도 1a와 같은 단결정 그래핀층(220b)을 형성할 수 있다. 단결정으로 그래핀층(220b)을 성장시키기 위해, 열원(230)의 온도 및 기판(200)의 이동 속도가 적절하게 제어될 수 있다.
선택적으로, 응용 소자에 따라, 그래핀층(220b)의 형성 후 기판(200) 및/또는 금속층(210)이 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(200)은 식각 용액을 이용하여 제거될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10, 20: 그래핀층 100a, 100b: 그래핀 제조 장치
110: 기판 이송부 120, 200: 기판
130: 열원 발생 장치 132: 램프
134: 반사부 136: 집속 렌즈
200: 기판 210: 금속층
220a: 그래핀 시드층 220b: 그래핀층

Claims (10)

  1. 기판 상에 그래파이트화 촉매층을 형성하는 단계;
    상기 그래파이트화 촉매층 상에 기상 탄소 공급원을 공급하는 단계;
    열원 발생 장치로부터 빛을 집속시켜서 열원을 형성하는 단계;
    상기 그래파이트화 촉매층의 일부를 상기 열원에 노출시켜서 그래핀 시드층을 형성시키는 단계; 및
    상기 그래핀 시드층으로부터 일 방향으로 그래핀층을 형성하는 단계를 포함하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기상 탄소 공급원은 상기 열원에 의해 분해되어, 상기 그래파이트화 촉매층 상에 그래핀을 형성하며 화학 기상 증착되는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은, 상기 그래핀 시드층에 연속하여 상기 일 방향으로 육각형의 구조들이 성장됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 전체가 하나의 결정립으로 형성되는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 열원은, 라인 형태의 빔으로 발생되는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 열원 발생 장치는, 램프 및 상기 램프를 둘러싸는 곡선형의 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 열원 발생 장치는, 상기 반사부에서 반사된 빔을 집속하는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 반사부는 타원의 단면을 가지며, 상기 램프가 상기 타원의 상부 초점에 위치하며, 상기 타원의 하부 초점에 상기 그래파이트화 촉매층이 위치하는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 그래파이트화 촉매층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 그래파이트화 촉매층 상에 형성된 산화물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 그래파이트화 촉매층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(Pt) 및 로듐(Rh)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 금속 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법.
KR1020120010384A 2012-02-01 2012-02-01 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법 KR101308120B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120010384A KR101308120B1 (ko) 2012-02-01 2012-02-01 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120010384A KR101308120B1 (ko) 2012-02-01 2012-02-01 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130089041A true KR20130089041A (ko) 2013-08-09
KR101308120B1 KR101308120B1 (ko) 2013-09-12

Family

ID=49215122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120010384A KR101308120B1 (ko) 2012-02-01 2012-02-01 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101308120B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101340037B1 (ko) * 2012-05-25 2013-12-10 한국과학기술원 그래핀의 제조 장치 및 이를 이용한 그래핀의 제조 방법
KR20150142619A (ko) 2014-06-10 2015-12-22 한양대학교 산학협력단 그래핀 구조체 및 그 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101625482B1 (ko) 2014-06-20 2016-05-31 한국과학기술연구원 그라핀 시드를 이용한 탄소 시트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소 시트

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009234815A (ja) 2008-03-26 2009-10-15 Fujitsu Ltd グラフェンシート系材料の処理方法及び装置
FR2943660B1 (fr) * 2009-03-25 2011-04-29 Commissariat Energie Atomique Procede d'elaboration de graphene
KR101332796B1 (ko) * 2011-05-03 2013-11-25 한국과학기술원 그래핀의 제조 방법 및 그래핀의 제조 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101340037B1 (ko) * 2012-05-25 2013-12-10 한국과학기술원 그래핀의 제조 장치 및 이를 이용한 그래핀의 제조 방법
KR20150142619A (ko) 2014-06-10 2015-12-22 한양대학교 산학협력단 그래핀 구조체 및 그 제조 방법
US10354935B2 (en) 2014-06-10 2019-07-16 Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) Graphene structure and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101308120B1 (ko) 2013-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11407637B2 (en) Direct graphene growing method
KR101878730B1 (ko) 3차원 그래핀 구조체, 그의 제조방법 및 전사방법
JP5705315B2 (ja) グラフェンの低温製造方法、及びこれを利用したグラフェンの直接転写方法
JP5569769B2 (ja) グラフェンフィルム製造方法
KR100923304B1 (ko) 그라펜 시트 및 그의 제조방법
Choubak et al. No graphene etching in purified hydrogen
US9023221B2 (en) Method of forming multi-layer graphene
US8709881B2 (en) Direct chemical vapor deposition of graphene on dielectric surfaces
US20130266729A1 (en) Method for making strip shaped graphene layer
JP2009091174A (ja) グラフェンシートの製造方法
KR101105249B1 (ko) 임프린트 기법을 이용한 그래핀 패턴 형성방법
JP2009184906A (ja) カーボンナノチューブ構造体及びその製造方法
JP2013067549A (ja) 薄膜の形成方法
JP2011178617A (ja) グラフェン膜の形成方法
KR20110064164A (ko) 화학 기상 증착법을 이용한 그래핀 제조방법
KR101308120B1 (ko) 성장 방향이 제어된 그래핀의 제조 방법
CN103359721A (zh) 石墨烯纳米窄带的制备方法
CN102910614A (zh) 一种异质外延生长石墨烯的方法
CN108117070B (zh) 人造石墨的制备方法
KR20160043797A (ko) 그래핀 적층 구조체의 제조방법 및 이로 제조된 그래핀 적층 구조체
Kumar et al. An overview on the importance of chemical vapour deposition technique for graphene synthesis
NL2020111B1 (en) Full wafer transfer-free graphene
JP2012020903A (ja) グラフェン及びグラファイト薄膜の作製方法、並びにグラフェン及びグラファイト薄膜基板の作製方法
JP2013237575A (ja) グラフェン膜の形成方法
KR20180033159A (ko) 3차원 그래핀 구조체, 그의 제조방법 및 전사방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170824

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180820

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190917

Year of fee payment: 7