KR20130128860A - Apparatus for growing graphene using induction heating - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a producing apparatus for graphene, specifically to a producing apparatus for graphene using induction heating. The present invention comprises the followings: a chamber including an insertion unit and a discharging unit; a heating unit heating a substrate located inside the chamber by generating induction current; and a current supplying unit supplying alternating current to the heating unit. [Reference numerals] (AA,BB) Current

Description

유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치 {Apparatus for growing graphene using induction heating}Apparatus for growing graphene using induction heating

본 발명은 그래핀의 제조 장치에 관한 것으로 특히, 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing graphene, and more particularly, to an apparatus for producing graphene using induction heating.

탄소 원자들로 구성된 물질로는 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀(graphene), 흑연(Graphite) 등이 존재한다. 이 중에서 그래핀은 탄소 원자들이 2 차원 평면상으로 원자 한 층으로 이루어지는 구조이다.As materials composed of carbon atoms, fullerene, carbon nanotube, graphene, graphite and the like exist. Of these, graphene is a structure in which carbon atoms are composed of a layer of atoms in a two-dimensional plane.

특히, 그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 매우 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 매우 큰 전류를 흐르게 할 수 있는데, 이는 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 실험을 통하여 증명되었으며 현재까지 많은 연구가 진행이 되고 있다.In particular, graphene is not only very stable and excellent in electrical, mechanical and chemical properties, but it is also a good conductive material that can move electrons much faster than silicon and can carry much larger currents than copper, It has been proved through experiments that a method of separation has been discovered.

이러한 그래핀은 대면적으로 형성할 수 있으며, 전기적, 기계적, 화학적인 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라 뛰어난 도전성의 성질을 가지므로, 전자 회로의 기초 소재로 관심을 받고 있다.Such graphene can be formed in a large area and has electrical, mechanical and chemical stability as well as excellent conductivity, and thus is attracting attention as a basic material for electronic circuits.

또한, 그래핀은 일반적으로 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있으므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있고 이에 따라 쉽게 소자를 디자인할 수 있다. 따라서 그래핀은 탄소계 전기 또는 전자기 소자 등에 효과적으로 이용될 수 있다.In addition, since graphenes generally have electrical characteristics that vary depending on the crystal orientation of graphene of a given thickness, the user can express the electrical characteristics in the selected direction and thus design the device easily. Therefore, graphene can be effectively used for carbon-based electric or electromagnetic devices.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기판을 균일한 영역에서 효율적으로 가열하여 그래핀의 형성이 가능하도록 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a graphene manufacturing apparatus using induction heating to enable the formation of graphene by efficiently heating the substrate in a uniform region.

또한, 그래핀의 연속적인 형성이 가능하도록 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치을 제공하고자 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a graphene manufacturing apparatus using induction heating to enable continuous formation of graphene.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 유입부 및 배기부를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 기판에 유도 전류를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부; 및 상기 가열부에 교류 전류를 공급하는 전류 공급부를 포함하여 구성된다.As a first aspect for achieving the above technical problem, the present invention, the chamber comprising an inlet and exhaust; A heating unit which generates an induced current to the substrate located in the chamber to heat the substrate; And a current supply unit supplying an alternating current to the heating unit.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 유입부 및 배기부를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 기판에 유도 전류를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부; 상기 기판을 롤 상태로 공급할 수 있는 공급부; 상기 기판을 롤 상태로 수납할 수 있는 수납부; 및 상기 가열부에 교류 전류를 공급하는 전류 공급부를 포함하여 구성된다.As a second aspect for achieving the above technical problem, the present invention, the chamber comprising an inlet and exhaust; A heating unit which generates an induced current to the substrate located in the chamber to heat the substrate; A supply unit capable of supplying the substrate in a roll state; An accommodating part capable of accommodating the substrate in a roll state; And a current supply unit supplying an alternating current to the heating unit.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

고주파 유도 가열에 의한 가열 방식은 유도 전류를 발생시켜 원하는 영역을 안정적으로 균일하게 가열할 수 있다.The heating method by the high frequency induction heating generates an induction current to stably and uniformly heat a desired area.

또한 유도 전류 발생 장치의 설계에 따라 기판의 종류 및 모양, 성장 장치의 설계도 통상의 성장 장치보다 더 큰 자유도를 가질 수 있다.In addition, according to the design of the induction current generating device, the type and shape of the substrate and the design of the growth device may have greater degrees of freedom than the conventional growth device.

따라서, 균일한 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있으므로, 기판의 전체 형성 영역에서 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있다.Therefore, since uniform temperature control can be made efficiently, it is possible to form high quality graphene in the entire formation region of the substrate.

그리고, 그래핀이 형성된 후에는 기판을 이송시켜 새로운 형성 영역에서 그래핀을 형성할 수 있으므로, 기판 전체에 연속적으로 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있게 된다.After the graphene is formed, the substrate may be transferred to form graphene in a new formation region, thereby continuously forming high quality graphene on the entire substrate.

한편, 이와 같은 그래핀의 제조 장치를 이용하면, 기판의 폭과 관계없이 일정한 온도 제어가 가능하므로, 대면적의 그래핀을 효율적으로 형성할 수 있고, 이러한 대면적의 그래핀은 대면적을 가지는 디스플레이 장치 등에 효율적으로 이용될 수 있다.On the other hand, by using such a graphene manufacturing apparatus, it is possible to control a constant temperature irrespective of the width of the substrate, it is possible to efficiently form a large area of graphene, such a large area of graphene has a large area It can be efficiently used for a display device or the like.

또한, 챔버의 형태에 따라, 기판의 공급 및 수납, 그리고 가열을 위한 장치들이 모두 챔버 내에 위치하므로, 경우에 따라, 챔버는 쿼츠와 같은 고가의 물질을 사용할 필요 없고, 금속이나 세라믹 등으로 제작이 가능하다.In addition, depending on the shape of the chamber, since the devices for supplying, storing, and heating the substrate are all located in the chamber, in some cases, the chamber does not need to use an expensive material such as quartz, and is made of metal or ceramic. It is possible.

따라서, 챔버의 크기에도 제약이 없으며, 대면적을 가지는 그래핀의 성장이 용이할 뿐 아니라, 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, there is no restriction in the size of the chamber, it is easy to grow the graphene having a large area, it is possible to greatly improve the mass production.

도 1은 유도 가열 방식을 이용한 그래핀의 제조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 그래핀 제조 장치의 일례를 나타내는 측면 개략도이다.
도 3은 그래핀 제조 장치의 일례를 나타내는 평면 개략도이다.
도 4는 그래핀 제조 장치의 다른 예를 나타내는 측면 개략도이다.1 is a schematic view showing the production of graphene using an induction heating method.
2 is a schematic side view illustrating an example of a graphene manufacturing apparatus.
3 is a plan view schematically illustrating an example of a graphene manufacturing apparatus.
4 is a schematic side view illustrating another example of a graphene manufacturing apparatus.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

도 1에서는 고주파 유도 가열 방식에 의한 그래핀의 제조 방식의 개략도를 나타내고 있다. 이와 같은 방식은, 고주파 유도 가열에 의하여 기판(10) 상의 가열 영역(201)을 가열함으로써 이 기판(10) 상에 그래핀을 성장시킬 수 있다.1, the schematic diagram of the manufacturing method of the graphene by the high frequency induction heating system is shown. In this manner, graphene can be grown on the substrate 10 by heating the heating region 201 on the substrate 10 by high frequency induction heating.

즉, 기판(10)을 둘러싼 전류 공급 도선(210)을 포함하는 가열부(200)를 이용하여 기판(10)의 가열 영역(201)을 가열하고, 탄소를 함유한 가스인 반응 가스(원료 가스)를 공급하여 기판(10) 상에 그래핀을 형성할 수 있다.That is, the heating region 200 including the current supplying conductor 210 surrounding the substrate 10 is heated to heat the heating region 201 of the substrate 10 and is a reaction gas which is a gas containing carbon (raw material gas). ) May be supplied to form graphene on the substrate 10.

이러한 반응 가스(CxHx)는 탄소를 함유하는 화합물이며 탄소 수 6개 이하의 화합물이나, 탄소 수 4개 이하의 화합물, 또는 탄소수 2개 이하의 화합물일 수 있다. 여기서는 탄소와 수소의 화합물(CxHx)을 반응 가스로 이용하는 예를 나타내고 있다.Such a reaction gas (CxHx) is a compound containing carbon and may be a compound having 6 or less carbon atoms, a compound having 4 or less carbon atoms, or a compound having 2 or less carbon atoms. Here, the example which uses the compound (CxHx) of carbon and hydrogen as a reaction gas is shown.

이와 같이, 가열 영역(201)에 전류 공급 도선(210)을 코일 형태로 위치시키고 고주파의 전류를 공급하면 이 전류 공급 도선(210)이 감긴 방향에 대하여 수직 방향으로 자기 플럭스(Magnetic flux)가 발생하여 기판(10)을 가열시킬 수 있는 것이다.As such, when the current supply lead 210 is positioned in the heating region 201 in the form of a coil and a high frequency current is supplied, magnetic flux is generated in a direction perpendicular to the direction in which the current supply lead 210 is wound. The substrate 10 can be heated.

즉, 이러한 고주파 유도 가열에 의한 가열 방식은 유도 전류를 발생시켜 원하는 영역을 안정적으로 균일하게 가열할 수 있다.That is, the heating method by the high frequency induction heating can generate an induction current to stably and uniformly heat a desired area.

이와 같은 고주파 유도 가열에 의한 그래핀의 성장은 안정적이고 균일한 그래핀의 성장이 가능하다. 또한 유도 전류 발생 장치의 설계에 따라 기판의 종류 및 모양, 성장 장치의 설계도 통상의 성장 장치보다 더 큰 자유도를 가질 수 있다.The growth of graphene by the high frequency induction heating is possible to grow the graphene stable and uniform. In addition, according to the design of the induction current generating device, the type and shape of the substrate and the design of the growth device may have greater degrees of freedom than the conventional growth device.

도 2 및 도 3은 이러한 고주파 유도 가열에 의한 그래핀의 성장 장치의 일례를 나타내고 있다. 여기서, 도 2는 성장 장치의 측면 개략도이고, 도 3은 그 평면도를 나타내고 있다.2 and 3 show an example of an apparatus for growing graphene by high frequency induction heating. Here, FIG. 2 is a side schematic view of a growth apparatus, and FIG. 3 has shown the top view.

이러한 성장 장치는, 크게, 챔버(100)와 가열부(200)로 이루어질 수 있다. The growth apparatus may be largely comprised of the chamber 100 and the heating unit 200.

챔버(100)에는 반응 가스의 유입 및 배출을 위한 유입부(110)와 배기부(120)가 포함될 수 있다.The chamber 100 may include an inlet 110 and an exhaust 120 for the inlet and outlet of the reaction gas.

이와 같이, 유입부(110)를 통하여 탄소를 함유한 가스인 반응 가스(원료 가스)를 공급할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 반응 가스는 탄소를 함유하는 화합물이며 탄소 수 6개 이하의 화합물이나, 탄소 수 4개 이하의 화합물, 또는 탄소수 2개 이하의 화합물일 수 있다. In this way, the reaction gas (raw material gas), which is a gas containing carbon, can be supplied through the inlet 110. As described above, such a reaction gas is a compound containing carbon and may be a compound having 6 or less carbon atoms, a compound having 4 or less carbon atoms, or a compound having 2 or less carbon atoms.

반응 가스는 예를 들어 일산화탄소, 이산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로 헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.The reaction gas is for example at least one selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, propylene, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene and toluene Can be used.

이러한 가스 유입부(110)를 통하여 반응 가스 이외에도 분위기 가스도 함께 공급할 수 있다. 분위기 가스는, 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와, 금속 촉매의 표면을 깨끗하게 유지하여 기상 반응을 제어하기 위한 수소 등을 포함하는 비 반응 가스를 포함할 수 있다.In addition to the reaction gas, an atmosphere gas may also be supplied through the gas inlet 110. The atmospheric gas may include an inert gas such as helium, argon, or the like, and a non-reactive gas containing hydrogen or the like for controlling the gas phase reaction by keeping the surface of the metal catalyst clean.

또한, 가스 유입부(110)와 배기부(120)에는 제어 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 가스 유입부(110)로부터 챔버(100)로 공급되는 가스의 유량 등을 제어할 수 있다.In addition, a control valve (not shown) may be installed at the gas inlet 110 and the exhaust 120 to control the flow rate of the gas supplied from the gas inlet 110 to the chamber 100.

이 챔버(100) 내에서 기판(10)을 롤 상태로 공급 및 수납할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 롤 투 롤(roll to roll) 방식으로 연속적인 그래핀의 성장이 가능하도록 할 수 있다. 기판(10)은 그래핀 성장을 위한 촉매 금속일 수 있다.In the chamber 100, the substrate 10 may be supplied and stored in a rolled state. That is, it is possible to enable the continuous growth of graphene in a roll to roll (roll to roll) method. The substrate 10 may be a catalytic metal for graphene growth.

이러한 기판(10)의 연속적인 공급은, 기판(10)이 감긴 상태로 롤 형태로 공급할 수 있는 공급부(400)와, 그래핀이 성장된 기판(10)을 롤 형태로 수납할 수 있는 수납부(500)를 이용하여 이루어질 수 있다.The continuous supply of the substrate 10 includes a supply unit 400 capable of supplying a roll in a state in which the substrate 10 is wound, and an accommodating part capable of accommodating the substrate 10 having graphene grown in a roll form. It can be made using 500.

공급부(400)와 수납부(500)는 기판(10)을 공급하거나 이송시킬 수 있는 롤러 형태일 수 있으며, 이러한 공급부(400)와 수납부(500)는 챔버(100) 내부에서 회전시킴으로써 기판(10)을 이송시킬 수 있다.The supply unit 400 and the accommodating unit 500 may be in the form of a roller capable of supplying or transporting the substrate 10, and the supply unit 400 and the accommodating unit 500 may be rotated in the chamber 100. 10) can be transferred.

이러한 공급부(400)와 수납부(500) 사이에는 전류 공급 도선(210)에 의하여 기판(10) 상에 그래핀을 형성할 수 있는 가열 영역(201; 도 1 참고)이 정의된다. 이러한 가열 영역(201)은 코일 형태의 전류 공급 도선(210)이 감기는 면적을 통하여 정의될 수 있다.A heating region 201 (see FIG. 1) may be defined between the supply part 400 and the accommodating part 500 to form graphene on the substrate 10 by the current supply lead 210. The heating area 201 may be defined through an area around which the coil-type current supply conductor 210 is wound.

이와 같이, 챔버(100)는 연속적인 그래핀의 성장이 가능하도록 세 부분으로 나누어질 수 있다.As such, the chamber 100 may be divided into three parts to enable continuous growth of graphene.

즉, 공급부(400)와 유입부(110)가 위치하는 공급 챔버(101)와, 수납부(500) 및 배기부(120)가 위치하는 수납 챔버(102), 및 이 공급 챔버(101)와 수납 챔버(102)를 연결하며, 전류 공급부(200)가 위치하는 히팅 챔버(103)를 포함하여 이루어질 수 있다.That is, the supply chamber 101 in which the supply unit 400 and the inlet unit 110 are located, the accommodating chamber 102 in which the accommodating unit 500 and the exhaust unit 120 are located, and the supply chamber 101 and The storage chamber 102 may be connected to each other, and may include a heating chamber 103 in which the current supply unit 200 is located.

이때, 전류 공급 도선(210)은 히팅 챔버(103)의 외부에 위치할 수 있으며, 따라서, 기판(10)이 전류 공급 도선(210)에 직접 노출되지 않을 수 있다.In this case, the current supply lead 210 may be located outside the heating chamber 103, so that the substrate 10 may not be directly exposed to the current supply lead 210.

이러한 전류 공급 도선(210)은, 기판(10)이 공급되는 방향에 대하여 수직 방향으로 기판(10)을 감싸는 코일 형태를 가질 수 있다.The current supply lead 210 may have a coil shape surrounding the substrate 10 in a direction perpendicular to the direction in which the substrate 10 is supplied.

즉, 전류 공급 도선(210)은 히팅 챔버(103)의 외부에서 기판(10)이 공급되는 방향에 대하여 수직 방향으로 위치하는 코일로 이루어질 수 있다.That is, the current supply lead 210 may be formed of a coil positioned in a direction perpendicular to the direction in which the substrate 10 is supplied from the outside of the heating chamber 103.

한편, 이와 같은 전류 공급 도선(210)은 전류 공급부(300)로부터 전류를 공급받을 수 있다.On the other hand, such a current supply lead 210 may receive a current from the current supply unit 300.

이와 같이, 전류 공급부(300)로부터 고주파 전류를 공급받으면 기판(10)은 히팅 챔버(103) 내에서 가열될 수 있다. 즉, 고주파 전류를 공급받으면 기판(10) 측에서 이루어지는 유도 전류에 의하여 자기 플럭스(Magnetic flux)가 발생하여 기판(10)이 그래핀을 형성하기에 알맞은 온도로 가열될 수 있는 것이다.As such, when the high frequency current is supplied from the current supply unit 300, the substrate 10 may be heated in the heating chamber 103. That is, when the high frequency current is supplied, magnetic flux is generated by the induced current generated on the substrate 10 side, and thus the substrate 10 may be heated to a temperature suitable for forming graphene.

이러한 히팅 챔버(103) 내에는 온도 센서(310)가 구비될 수 있어, 이 온도 센서(310)에서 감지되는 온도 값에 따라, 전류 공급부(300)에서 필요한 전류를 공급할 수 있도록 할 수 있다.The temperature sensor 310 may be provided in the heating chamber 103, so that the current supply unit 300 may supply the required current according to the temperature value detected by the temperature sensor 310.

또한, 전류 공급부(300)에는 온도 센서(310)에서 감지되는 값에 따라, 전류 공급부(300)를 제어할 수 있는 제어부(320)가 포함될 수 있다.In addition, the current supply unit 300 may include a controller 320 for controlling the current supply unit 300 according to a value detected by the temperature sensor 310.

따라서, 제어부(320)에서 온도를 설정하게 되면, 온도 센서(310)의 감지 값에 따라 전류 공급부(300)를 제어하여, 기판(10)이 히팅 챔버(103) 내에서 최단시간에 설정 온도에 다다를 수 있도록 할 수 있다.Therefore, when the temperature is set by the controller 320, the current supply unit 300 is controlled according to the detected value of the temperature sensor 310, so that the substrate 10 may be at the set temperature in the heating chamber 103 at the shortest time. You can get to it.

또한, 온도가 미세하게 변화하는 경우에도 전류 공급 값을 미세 조절하여 그래핀 성장 시간 동안 온도가 일정하게 제어할 수 있는 것이다.In addition, even when the temperature changes minutely, the temperature can be constantly controlled during the graphene growth time by finely adjusting the current supply value.

이와 같은 그래핀의 형성을 위한 반응 가스는 유입부(110)로부터 유입되어, 이 히팅 챔버(103)를 통과하면서 기판(10) 상에서 반응하여 그래핀이 형성될 수 있으며, 반응하지 않은 잔여 가스 또는 분위기 가스는 히팅 챔버(103)를 지나서 배기부(120)를 통하여 배출될 수 있다.The reaction gas for the formation of such a graphene is introduced from the inlet 110, and reacts on the substrate 10 while passing through the heating chamber 103, the graphene may be formed, the remaining gas or not reacted Atmospheric gas may be discharged through the exhaust unit 120 past the heating chamber 103.

챔버(100)에 구비된 가스 배기구(120)에는 진공펌프(도시되지 않음)가 연결되어, 그래핀의 성장시 필요한 반응 가스와 분위기 가스가 챔버(100) 내에 채워지거나 배출되도록 할 수 있다.A vacuum pump (not shown) may be connected to the gas exhaust port 120 provided in the chamber 100 so that the reactive gas and the atmosphere gas necessary for growing the graphene may be filled or discharged in the chamber 100.

이와 같이, 고주파 유도 가열에 의한 기판(10) 가열 방식은 균일한 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있으므로, 기판(10)의 전체 형성 영역에서 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있다.As described above, the heating method of the substrate 10 by the high frequency induction heating can efficiently control uniform temperature, and thus, high quality graphene can be formed in the entire formation region of the substrate 10.

그리고, 그래핀이 형성된 후에는 기판(10)을 이송시켜 새로운 영역에서 그래핀을 형성할 수 있으므로, 기판(10) 전체에 연속적으로 양질의 그래핀을 형성시킬 수 있게 된다.After the graphene is formed, the substrate 10 may be transported to form graphene in a new area, thereby continuously forming high quality graphene on the entire substrate 10.

한편, 이와 같은 그래핀의 제조 장치를 이용하면, 기판(10)의 폭과 관계없이 일정한 온도 제어가 가능하므로, 대면적의 그래핀을 효율적으로 형성할 수 있고, 이러한 대면적의 그래핀은 대면적을 가지는 디스플레이 장치 등에 효율적으로 이용될 수 있다.On the other hand, by using such a graphene manufacturing apparatus, it is possible to control a constant temperature irrespective of the width of the substrate 10, it is possible to efficiently form a large area of graphene, such a large area of graphene The display device can be efficiently used for a display device having an area.

따라서, 챔버의 크기에도 제약이 없으며, 대면적을 가지는 그래핀의 성장이 용이할 뿐 아니라, 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, there is no restriction in the size of the chamber, it is easy to grow the graphene having a large area, it is possible to greatly improve the mass production.

도 4는 이와 같은 고주파 유도 가열 방식을 이용하는 그래핀 제조 장치의 다른 예를 도시하고 있다.Figure 4 shows another example of a graphene manufacturing apparatus using such a high frequency induction heating method.

즉, 가스 유입부(110) 및 배기부(120)를 포함하는 챔버(100) 내에, 기판(10)을 롤 상태로 공급할 수 있는 공급부(400)와, 그래핀이 형성된 기판(10)을 롤 상태로 수납할 수 있는 수납부(500)를 포함한다.That is, in the chamber 100 including the gas inlet 110 and the exhaust 120, the supply unit 400 capable of supplying the substrate 10 in a roll state and the substrate 10 on which graphene is formed are rolled. It includes a storage unit 500 that can be stored in a state.

공급부(400)와 수납부(500)는 기판(10)을 공급하거나 이송시킬 수 있는 롤러 형태일 수 있으며, 이러한 공급부(400)와 수납부(500)는 챔버(100) 내부에서 회전되어 기판(10)을 이송시킬 수 있다.The supply unit 400 and the accommodating unit 500 may be in the form of a roller capable of supplying or transporting the substrate 10. The supply unit 400 and the accommodating unit 500 may be rotated in the chamber 100 to form a substrate ( 10) can be transferred.

이러한 공급부(400)와 수납부(500) 사이에는 전류 공급 도선을 이용하여 고주파 유도 가열 방식으로 기판(10)을 가열할 수 있는 가열부(200)에 의하여 기판(10) 상에 그래핀을 형성할 수 있는 가열 영역(201; 도 1 참고)이 정의된다. Graphene is formed on the substrate 10 between the supply part 400 and the accommodating part 500 by a heating part 200 capable of heating the substrate 10 by a high frequency induction heating method using a current supply lead. A heating zone 201 (see FIG. 1) is defined.

한편, 공급부(400)와 수납부(500) 사이에는 기판(10)을 효율적으로 이송하기 위한 이송 롤러(410, 510)가 구비될 수 있다.Meanwhile, a transfer roller 410 or 510 may be provided between the supply unit 400 and the accommodation unit 500 to efficiently transfer the substrate 10.

이러한 이송 롤러(410, 510)는 공급부(400)에 감겨진 기판(10)이 가열부(200)를 지나도록 로딩할 경우, 또는 그래핀이 형성된 기판(10)을 수납부(500)에 감기도록 하는 경우에, 기판(10)이 자체 무게에 의하여 쳐지지 않도록 할 수 있다.The transfer rollers 410 and 510 may be loaded when the substrate 10 wound on the supply unit 400 passes through the heating unit 200, or the substrate 10 having graphene is wound around the storage unit 500. In this case, the substrate 10 may not be struck by its own weight.

또한, 기판(10)에 적당한 장력을 가함으로써, 기판(10)이 가열부(200)와 접촉하지 않도록 할 수 있다.In addition, by applying an appropriate tension to the substrate 10, the substrate 10 can be prevented from contacting the heating unit 200.

한편, 이러한 기판(10)의 이송 과정에서 공급부(400) 및 수납부(500)는 자동 제어될 수 있고, 이러한 과정에서 이송 롤러(410, 510)가 함께 작동될 수 있다.On the other hand, the supply unit 400 and the receiving unit 500 in the transfer process of the substrate 10 can be automatically controlled, in this process the transfer rollers (410, 510) can be operated together.

가열부(200) 측에는 온도 센서(310)가 구비될 수 있어, 이 온도 센서(310)에서 감지되는 온도 값에 따라, 전류 공급부(300)에서 필요한 전류를 공급할 수 있도록 할 수 있다.The temperature sensor 310 may be provided on the heating unit 200 side, so that the required current may be supplied from the current supply unit 300 according to the temperature value detected by the temperature sensor 310.

또한, 전류 공급부(300)에는 온도 센서(310)에서 감지되는 값에 따라, 전류 공급부(300)를 제어할 수 있는 제어부(320)가 포함될 수 있다.In addition, the current supply unit 300 may include a controller 320 for controlling the current supply unit 300 according to a value detected by the temperature sensor 310.

따라서, 제어부(320)에서 온도를 설정하게 되면, 온도 센서(310)의 감지 값에 따라 전류 공급부(300)를 제어하여, 기판(10)이 챔버(100) 내에서 최단시간에 설정 온도에 다다를 수 있도록 할 수 있다.Therefore, when the temperature is set by the controller 320, the current supply unit 300 is controlled according to the detected value of the temperature sensor 310, so that the substrate 10 reaches the set temperature in the shortest time in the chamber 100. You can do that.

이와 같은 그래핀 제작 장치는 기판(10)의 공급 및 수납, 그리고 가열을 위한 장치들이 모두 챔버(100) 내에 위치하므로, 챔버(100)는 쿼츠(quartz)와 같은 고가의 물질을 사용할 필요 없고, 금속이나 세라믹 등으로 제작이 가능하다.In the graphene manufacturing apparatus as described above, since the devices for supplying, storing, and heating the substrate 10 are all located in the chamber 100, the chamber 100 does not need to use an expensive material such as quartz, It can be made of metal or ceramic.

따라서, 챔버(100)의 크기에도 제약이 없으며, 대면적을 가지는 그래핀의 성장이 용이할 뿐 아니라, 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, there is no restriction in the size of the chamber 100, it is easy to grow the graphene having a large area, it is possible to greatly improve the mass production.

이외의 설명되지 않은 부분은 위에서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 예와 동일한 사항이 적용될 수 있다.Other parts not described above may be applied to the same items as the examples described with reference to FIGS. 1 to 3.

이와 같은 그래핀의 제조 장치를 이용하여 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 이용하여 기판(10) 상에 그래핀을 형성할 수 있다. 여기서, 도 4의 제조 장치를 예로 그래핀의 형성 과정을 설명한다. 그러나, 이송 롤러(410, 510)를 적용하는 과정 외에는 도 2 내지 도 3에서 도시하는 제조 장치를 이용하는 경우에도 동일한 사항이 적용될 수 있다.By using the graphene manufacturing apparatus as described above, graphene may be formed on the substrate 10 by chemical vapor deposition (CVD). Here, a process of forming graphene will be described using the manufacturing apparatus of FIG. 4 as an example. However, the same applies to the case of using the manufacturing apparatus shown in FIGS. 2 to 3 except for the process of applying the transfer rollers 410 and 510.

먼저, 공급부(400)에 포일 형태의 촉매 금속 기판(10)을 공급하여, 이송 롤러(410, 510)를 거쳐 수납부(500)에 기판(10)의 일부가 감기도록 하여, 기판(10)에 일정한 장력이 유지될 수 있도록 한다.First, the catalyst metal substrate 10 in the form of a foil is supplied to the supply unit 400 so that a portion of the substrate 10 is wound around the accommodating unit 500 via the transfer rollers 410 and 510. Ensure that a constant tension is maintained at the

이때, 기판(10)을 이루는 촉매 금속은 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr 등의 금속이 이용될 수 있다. 또한, 촉매 금속의 기판(10)은 대략 10 ㎛ 내지 10 mm 두께의 포일 형태로 이용할 수 있다.In this case, the catalyst metal constituting the substrate 10 may be Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, or the like. Metal may be used. In addition, the substrate 10 of the catalytic metal may be used in the form of a foil having a thickness of approximately 10 μm to 10 mm.

이와 같이, 기판(10)은 이송 롤러(410, 510)와 긴밀하게 접촉하도록 하여 기판(10)의 장력을 유지시킨다.As such, the substrate 10 is in intimate contact with the transfer rollers 410 and 510 to maintain the tension of the substrate 10.

이후, 진공펌프를 작동하여 챔버(100) 내의 불순물을 제거할 수 있다.Thereafter, the vacuum pump may be operated to remove impurities in the chamber 100.

그런 후에, 유입부(110)를 통하여 분위기 가스를 유입시키고, 전류 공급부(300)를 통하여 가열부(200)에 전류를 공급함으로써 가열 영역(201)의 온도를 상승시킨다. 이때, 온도의 제어는 온도 센서(310)와 제어부(320)를 통하여 자동으로 이루어질 수 있다.Thereafter, the atmosphere gas is introduced through the inlet 110, and the temperature of the heating region 201 is increased by supplying a current to the heating unit 200 through the current supply unit 300. In this case, the temperature control may be automatically performed through the temperature sensor 310 and the controller 320.

이후, 온도 센서(310)에서 감지된 온도가 실제 설정된 온도에 다다르고 안정되면 유입부(110)를 통하여 반응 가스를 공급하여, 기판(10) 상에 그래핀을 성장시킨다.Thereafter, when the temperature sensed by the temperature sensor 310 reaches and stabilizes the actually set temperature, the reaction gas is supplied through the inlet 110 to grow graphene on the substrate 10.

이러한 그래핀의 형성은 대략 300 내지 1500 ℃의 온도 조건에서 이루어질 수 있다. 경우에 따라, 그래핀을 형성하기 전에 소정의 전처리 과정이 이루어질 수도 있다.The formation of such graphene can be carried out at a temperature of approximately 300 to 1500 ° C. In some cases, a predetermined pretreatment process may be performed before forming the graphene.

이와 같이, 기판(10) 상에 그래핀이 형성된 다음에는, 공급부(400), 수납부(500), 및 이송 롤러(410, 510)를 조절하여 기판(10)을 가열 영역(201)의 폭만큼 또는 그보다 큰 폭으로 이송시킨 후에, 다시 반응 가스를 공급하여 기판(10) 상에 연속적으로 그래핀을 형성시킬 수 있다.As such, after graphene is formed on the substrate 10, the width of the heating region 201 is adjusted by adjusting the supply part 400, the accommodating part 500, and the transfer rollers 410 and 510. After being transferred to a width larger than or larger than that, the reaction gas may be supplied again to continuously form graphene on the substrate 10.

이러한 과정에 의하여, 기판(10) 상에 그래핀을 형성시킨 후에는 전류 공급을 차단하여 가열부(200)의 온도를 하강시킨다.By this process, after forming the graphene on the substrate 10, the current supply is cut off to lower the temperature of the heating unit 200.

이후에는 진공펌프를 작동하여 배기부(120)를 통하여 잔여 반응 가스를 제거할 수 있다.Thereafter, the vacuum pump may be operated to remove residual reaction gas through the exhaust unit 120.

그런 후에는, 챔버(100)를 열어서 수납부(500)에 수납된 그래핀이 형성된 기판(10)을 회수하여 이용할 수 있는 것이다.Thereafter, the chamber 100 may be opened to collect and use the substrate 10 having the graphene stored in the accommodating part 500.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 챔버 110: 유입부
120: 배기부 200: 가열부
210: 전류 공급 도선 300: 전류 공급부
310: 온도 센서 320: 제어부
400: 공급부 500: 수납부
410, 510: 이송 롤러100: chamber 110: inlet
120: exhaust portion 200: heating portion
210: current supply lead 300: current supply
310: temperature sensor 320: control unit
400: supply part 500: storage part
410, 510: feed roller

Claims (15)

유입부 및 배기부를 포함하는 챔버;
상기 챔버 내에 위치하는 기판에 유도 전류를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부; 및
상기 가열부에 교류 전류를 공급하는 전류 공급부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.A chamber comprising an inlet and an exhaust;
A heating unit which generates an induced current to the substrate located in the chamber to heat the substrate; And
Graphene manufacturing apparatus using induction heating, characterized in that it comprises a current supply unit for supplying an alternating current to the heating unit. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 내에는,
상기 기판을 롤 상태로 공급할 수 있는 공급부; 및
상기 기판을 롤 상태로 수납할 수 있는 수납부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The method of claim 1, wherein in the chamber,
A supply unit capable of supplying the substrate in a roll state; And
Apparatus for producing graphene using induction heating, characterized in that it further comprises an accommodating portion for accommodating the substrate in a roll state. 제 2항에 있어서, 상기 가열부의 일측에는 상기 기판을 이송시키기 위한 이송 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The graphene manufacturing apparatus using induction heating according to claim 2, further comprising a transfer roller for transferring the substrate to one side of the heating unit. 제 1항에 있어서, 상기 가열부는, 상기 기판을 둘러싸는 전류 공급 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The graphene manufacturing apparatus using induction heating according to claim 1, wherein the heating unit includes a current supplying conductor surrounding the substrate. 제 1항에 있어서,
상기 챔버 내에 위치하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서의 감지 값에 따라 상기 전류 공급부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The method of claim 1,
A temperature sensor located within the chamber; And
And a control unit for controlling the current supply unit according to the detected value of the temperature sensor. 제 1항에 있어서, 상기 챔버는, 금속 또는 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The graphene manufacturing apparatus using induction heating according to claim 1, wherein the chamber is made of a metal or a ceramic material. 유입부 및 배기부를 포함하는 챔버;
상기 챔버 내에 위치하는 기판에 유도 전류를 발생시켜 상기 기판을 가열시키는 가열부;
상기 기판을 롤 상태로 공급할 수 있는 공급부;
상기 기판을 롤 상태로 수납할 수 있는 수납부; 및
상기 가열부에 교류 전류를 공급하는 전류 공급부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.A chamber comprising an inlet and an exhaust;
A heating unit which generates an induced current to the substrate located in the chamber to heat the substrate;
A supply unit capable of supplying the substrate in a roll state;
An accommodating part capable of accommodating the substrate in a roll state; And
Graphene manufacturing apparatus using induction heating, characterized in that it comprises a current supply unit for supplying an alternating current to the heating unit. 제 7항에 있어서, 상기 가열부의 일측에는 상기 기판을 이송시키기 위한 이송 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The apparatus of claim 7, wherein the heating unit further comprises a transfer roller for transferring the substrate. 제 7항에 있어서, 상기 가열부는, 상기 기판을 둘러싸는 전류 공급 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.8. The graphene manufacturing apparatus using induction heating according to claim 7, wherein the heating unit includes a current supplying conductor surrounding the substrate. 제 7항에 있어서, 상기 전류 공급 도선은, 기판이 공급되는 방향에 대하여 수직 방향으로 상기 기판을 감싸는 코일인 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The apparatus of claim 7, wherein the current supply lead is a coil surrounding the substrate in a direction perpendicular to a direction in which the substrate is supplied. 제 7항에 있어서, 상기 챔버 내에 위치하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.8. The graphene manufacturing apparatus using induction heating according to claim 7, further comprising a temperature sensor located in the chamber. 제 11항에 있어서, 상기 온도 센서의 감지 값에 따라 상기 전류 공급부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The apparatus of claim 11, further comprising a controller configured to control the current supply unit according to a sensed value of the temperature sensor. 제 7항에 있어서, 상기 챔버는, 금속 또는 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The graphene manufacturing apparatus using induction heating according to claim 7, wherein the chamber is made of metal or ceramic material. 제 7항에 있어서, 상기 챔버는,
상기 유입부 및 공급부가 위치하는 공급 챔버;
상기 수납부 및 배기부가 위치하는 수납 챔버; 및
상기 공급 챔버와 수납 챔버를 연결하며, 상기 전류 공급부가 위치하는 히팅 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The method of claim 7, wherein the chamber,
A supply chamber in which the inlet and the supply are located;
An accommodating chamber in which the accommodating part and the exhaust part are located; And
An apparatus for manufacturing graphene using induction heating, wherein the supply chamber and the accommodation chamber are connected to each other, and a heating chamber in which the current supply unit is located. 제 14항에 있어서, 상기 전류 공급부는, 상기 히팅 챔버를 감싸는 전류 공급 도선인 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치.The graphene manufacturing apparatus using induction heating according to claim 14, wherein the current supply unit is a current supply lead surrounding the heating chamber.
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