KR20140030723A

KR20140030723A - 그래핀 기판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20140030723A
Application number: KR1020120097230A
Authority: KR
Inventors: 김나영; 류재철; 조승민
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-12

Abstract

본 발명은 전하 이동도를 향상시키고 일정한 면저항값을 갖는 그래핀 기판 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 그래핀 기판은, 판 형태의 그래핀층; 상기 그래핀층 위에 적층되며, 복수개의 관통공들이 형성되고 금속으로 형성된 금속층; 및 상기 금속층 위에 적층되며 귀금속으로 형성된 귀금속층을 구비한다.

Description

그래핀 기판 및 그 제조 방법{Graphene substrate and method for manufacturing the same}

본 발명은 고분자 화합물에 관한 것으로서, 특히 그래핀을 구비하는 그래핀 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

탄소원자들이 2차원 상에서 벌집모양의 배열을 이루며 원자 한 층의 두께를 가지고 있는 그래핀(graphene)은 구조적, 화학적으로 매우 안정한 물질이다. 발열량, 전자 이동도 및 유연성 등이 기존 소재보다 우수한 성능을 지니는 그래핀은 기존 기술의 한계를 극복할 수 있는 신소재로서 가장 각광받고 있다. 현재, 플렉시블 디스플레이나 터치 패널과 같은 디스플레이 장치에는 투명 전극인 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되고 있다. 이러한 ITO를 대체할 만한 소재로써 그래핀에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

그래핀이 ITO를 대체할 만한 경쟁력을 갖기 위해서는 면저항 값이 개선되어야 하며, 보다 용이한 방법으로 양질의 그래핀을 수득할 수 있어야 한다. 현재 합성 가능한 대면적 그래핀의 경우, 면저항값이 요구 수준에 미치지 못할 뿐만 아니라 위치에 따라 면저항값의 편차가 크므로 이를 개선하기 위한 다양한 방법이 개발되고 있다.

그래핀 필름의 제조 방법이 공개특허공보 2011-0093666호에 개시되어 있다. 상기 공개특허는 선형 패턴을 포함하는 금속층을 형성하고 상기 금속층 위에 선형 패턴의 그래핀을 형성하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법에 따라 그래핀 필름을 제조할 경우에 그래핀의 면저항값이 일부 개선되기는 하지만 요구 수준에 도달할 수는 없다.

본 발명은 전하 이동도를 향상시키고 일정한 면저항값을 갖는 그래핀 기판 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

판 형태의 그래핀층; 상기 그래핀층 위에 적층되며, 복수개의 관통공들이 형성되고 금속으로 형성된 금속층; 및 상기 금속층 위에 적층되며 귀금속으로 형성된 귀금속층을 구비하는 그래핀 기판을 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 또한,

복수개의 홈들이 형성되며 금속으로 형성된 금속층; 및 상기 금속층 위에 적층된 그래핀층을 구비하는 그래핀 기판을 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 또한,

복수개의 홈들이 형성되며 귀금속으로 형성된 귀금속층; 및 상기 귀금속층 위에 적층된 그래핀층을 구비하는 그래핀 기판을 제공한다.

상기 귀금속은 금, 백금을 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 또한,

(a) 금속층의 일 면에 그래핀층을 합성하는 단계; (b) 상기 금속층을 패터닝하여 상기 금속층에 복수개의 관통공들을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 금속층 위에 귀금속으로 구성된 귀금속층을 형성하는 단계를 포함하는 그래핀 기판의 제조 방법을 제공한다.

상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 금속층 위에 포토레지스트층을 형성하는 단계; (b-2) 상기 포토레지스트층 위에 특정 패턴을 갖는 마스크를 배치하는 단계; (b-3) 상기 마스크 위에 빛을 조사하는 단계; (b-4) 상기 포토레지스트층을 현상하는 단계; (b-5) 상기 금속층을 에칭하여 상기 복수개의 관통공들을 형성하는 단계; 및 (b-6) 상기 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 귀금속층은 전해도금법을 이용하여 형성할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 또한,

(a) 일 면에 복수개의 홈들이 형성되며, 금속으로 구성된 금속층을 구비하는 단계; 및 (b) 상기 복수개의 홈들을 덮도록 상기 금속층 위에 그래핀층을 형성하는 단계를 포함하는 그래핀 기판의 제조 방법을 제공한다.

상기 (b) 단계는, (b-1) 촉매 금속층의 일 면에 그래핀층을 형성하는 단계; (b-2) 상기 그래핀층 위에 접착력을 가진 부재를 접착하는 단계; (b-3) 상기 촉매 금속층으로부터 상기 부재와 그래핀층을 분리하는 단계; (b-4) 상기 그래핀층을 상기 금속층 위에 전사하는 단계; 및 (b-5) 상기 부재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 또한,

(a) 일 면에 복수개의 홈들이 형성되며, 귀금속으로 구성된 귀금속층을 구비하는 단계; 및 (b) 상기 복수개의 홈들을 덮도록 상기 귀금속층 위에 그래핀층을 형성하는 단계를 포함하는 그래핀 기판의 제조 방법을 제공한다.

상기 (b) 단계는, (b-1) 촉매 금속층의 일 면에 그래핀층을 형성하는 단계; (b-2) 상기 그래핀층 위에 접착력을 가진 부재를 접착하는 단계; (b-3) 상기 촉매 금속층으로부터 상기 부재와 그래핀층을 분리하는 단계; (b-4) 상기 그래핀층을 상기 귀금속층 위에 전사하는 단계; 및 (b-5) 상기 부재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 부재는 열박리 테이프로 구성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 그래핀 기판에 구비된 금속층이나 귀금속층이 메시 형태로 제조된다. 즉, 상기 금속층이나 귀금속층에 복수개의 관통공이나 홈들이 형성된다.

상술한 바와 같이, 금속층이나 귀금속층을 메시 형태로 형성함으로써, 그래핀 기판의 전하 이동도가 크게 향상된다. 즉, 메시 형태의 금속층이나 귀금속층은 그래핀층의 결점(defect)을 보완하고 캐리어(carrier) 밀도를 증가시켜 전자 이동도를 향상시킨다. 또한, 금속층이나 귀금속층을 메시 형태로 형성함으로써, 그래핀 기판의 면저항이 균일하게 된다.

그래핀 기판의 전하 이동도가 향상됨에 따라 그래핀 기판의 면저항값이 감소된다. 또한 그래핀 기판의 면저항값이 편차없이 균일하게 되어 대면적 그래핀 기판의 수득이 가능하다. 뿐만 아니라 그래핀 기판의 제조 공정이 간단하여 일반적인 제조 장비를 사용하여 공정을 진행하기에 유리하므로 보다 경제적이고 용이하게 양산 인프라를 구축할 수가 있다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀 기판의 단면도 및 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀 기판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 그래핀 기판의 단면도이다.
도 4a∼도 4g는 도 1에 도시된 그래핀 기판의 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 5a∼도 5e는 도 2에 도시된 그래핀 기판의 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 단면도들이다.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그래핀 기판(101)의 단면도 및 평면도이다. 도 1a와 도1b를 참조하면, 그래핀 기판(101)은 그래핀층(111), 금속층(121) 및 귀금속층(131)을 구비한다.

그래핀층(111)은 그래핀으로 구성되며, 판 형태를 갖는다.

금속층(121)은 그래핀층(111)에 적층되어 있다. 금속층(121)은 금속으로 구성된다. 금속층(121)에는 복수개의 관통공들(125)이 형성되어 있다. 즉, 금속층(121)은 메시(mesh) 형태를 갖는다. 복수개의 관통공들(125)은 금속층(121)을 관통한다. 복수개의 관통공들(125)은 다양한 형태, 예컨대, 원형, 삼각형, 사각형, 6각형 등으로 형성될 수 있다. 복수개의 관통공들(125)은 서로 인접하여 형성될 수도 있고, 일정한 간격을 두고 형성될 수도 있다. 복수개의 관통공들(125)은 모두가 동일한 크기로 형성될 수도 있고, 일부 또는 전체가 서로 다른 크기로 형성될 수도 있다. 복수개의 관통공들(125)의 크기는 수[um]로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 복수개의 관통공들(121) 각각의 1변의 길이 또는 지름은 수[um]로 형성될 수 있다.

금속층(121)에 형성된 복수개의 관통공들(125)은 그래핀층(111)에 의해 막혀진다. 즉, 그래핀층(111)은 금속층(121)에 형성된 복수개의 관통공들(125)을 모두 덮는다.

금속층(121)은 금속, 예컨대, 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나에 의해 형성될 수 있으며, 이들 중에서 가격이 저렴하고 도전성이 양호한 구리로 구비되는 것이 바람직하다.

귀금속층(131)은 금속층(121) 위에 형성된다. 귀금속층(131)은 전도성이 좋은 귀금속, 예컨대 금(Au), 백금(Pt) 등으로 구성될 수 있다. 귀금속층(131)은 금속층(121) 위에 전해도금법으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 금속층(121)이 메시 형태를 가지므로, 그래핀 기판(101)의 전하 이동도가 향상되고, 그래핀 기판(101)은 균일한 면저항값을 갖게 된다. 즉, 메시 형태의 금속층(121)은 그래핀층(111)의 결점(defect)을 보완하고 캐리어(carrier) 밀도를 증가시켜 전자 이동도를 향상시키고, 균일한 면저항값을 가질 수 있다. 따라서, 그래핀 기판(101)의 면저항이 감소되고, 대면적을 갖는 그래핀 기판(101)의 수득이 가능하다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀 기판(201)의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 그래핀 기판(201)은 금속층(221)과 그래핀층(211)을 구비한다.

금속층(221)에는 복수개의 홈들(225)이 형성되어 있다. 복수개의 홈들(225)은 메시 형태를 갖는다. 복수개의 홈들(225)은 금속층(221)을 관통하지 않는다. 복수개의 홈들(225)은 다양한 형태, 예컨대, 원형, 삼각형, 사각형, 6각형 등으로 형성될 수 있다. 복수개의 홈들(225)은 서로 인접하여 형성될 수도 있고, 일정한 간격을 두고 형성될 수도 있다. 복수개의 홈들(225)은 모두가 동일한 크기로 형성될 수도 있고, 일부 또는 전체가 서로 다른 크기로 형성될 수도 있다. 복수개의 홈들(225)의 크기는 수[um]로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 복수개의 홈들(225) 각각의 1변의 길이 또는 지름은 수[um]로 형성될 수 있다.

금속층(221)은 금속, 예컨대, 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나에 의해 형성될 수 있으며, 이들 중에서 가격이 저렴하고 도전성이 양호한 구리로 구비되는 것이 바람직하다.

그래핀층(211)은 판 형태로 구성되어 금속층(221) 위에 전사되며, 그래핀으로 구성된다. 그래핀층(211)은 금속층(221)에 형성된 복수개의 홈들(225)을 덮는다. 따라서, 금속층(221)에 형성된 복수개의 홈들(225)은 모두 그래핀층(211)에 의해 막혀진다.

상술한 바와 같이, 금속층(221)이 메시 형태를 가지므로, 그래핀 기판(201)의 전하 이동도가 향상되고, 그래핀 기판(201)은 균일한 면저항값을 갖게 된다. 즉, 메시 형태의 금속층(221)은 그래핀층(211)의 결점을 보완하고 캐리어 밀도를 증가시켜 전자 이동도를 향상시키고, 균일한 면저항값을 가질 수 있다. 따라서, 그래핀 기판(201)의 면저항이 감소되고, 대면적을 갖는 그래핀 기판(201)의 수득이 가능하다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 그래핀 기판(301)의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 그래핀 기판(301)은 귀금속층(331)과 그래핀층(311)을 구비한다.

귀금속층(331)에는 복수개의 홈들(335)이 형성되어 있다. 복수개의 홈들(335)은 메시 형태를 갖는다. 복수개의 홈들(335)은 귀금속층(331)을 관통하지 않는다. 복수개의 홈들(335)은 다양한 형태, 예컨대, 원형, 삼각형, 사각형, 6각형 등으로 형성될 수 있다. 복수개의 홈들(335)은 서로 인접하여 형성될 수도 있고, 일정한 간격을 두고 형성될 수도 있다. 복수개의 홈들(335)은 모두가 동일한 크기로 형성될 수도 있고, 일부 또는 전체가 서로 다른 크기로 형성될 수도 있다. 복수개의 홈들(335)의 크기는 수[um]로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 복수개의 홈들(335) 각각의 1변의 길이 또는 지름은 수[um]로 형성될 수 있다.

귀금속층(331)은 귀금속, 예컨대, 금(Au), 백금(Pt) 중 하나로 형성될 수 있다.

그래핀층(311)은 판 형태로 구성되어 귀금속층(331) 위에 전사되며, 그래핀으로 구성된다. 그래핀층(311)은 귀금속층(331)에 형성된 복수개의 홈들(335)을 덮는다. 따라서, 귀금속층(331)에 형성된 복수개의 홈들(335)은 모두 그래핀층(311)에 의해 막혀진다.

상술한 바와 같이, 귀금속층(331)이 메시 형태를 가지므로, 그래핀 기판(301)의 전하 이동도가 향상되고, 그래핀 기판(301)은 균일한 면저항값을 갖게 된다. 즉, 메시 형태의 귀금속층(331)은 그래핀층(311)의 결점을 보완하고 캐리어 밀도를 증가시켜 전자 이동도를 향상시키고, 균일한 면저항값을 가질 수 있다. 따라서, 그래핀 기판(301)의 면저항이 감소되고, 대면적을 갖는 그래핀 기판(301)의 수득이 가능하다.

도 4a∼도 4g는 도 1에 도시된 그래핀 기판(101)의 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 단면도들이다. 도 1에 도시된 그래핀 기판(101)의 제조 방법은 제1 내지 제3 단계를 포함한다. 도 4a∼도 4g를 참조하여 도 1에 도시된 그래핀 기판(101)의 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다.

제1 단계로써, 도 4a에 도시된 바와 같이, 금속층(121)의 일 면에 그래핀층(111)을 형성한다. 그래핀층(111)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)이나 열화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)으로 형성될 수 있다. 특히 화학기상증착법은 저온에서 진행이 가능하고 대량 생산이 가능하여 그래핀층(111)을 형성하기에 바람직한 공정이라 할 수 있다.

금속층(121)의 표면에 그래핀층을 형성하기 위해서는, 금속층(121)을 화학 기상 증착용 챔버 또는 열화학 기상 증착용 챔버(chamber) 내에 장착한다. 이어서 상기 챔버 내에 탄화수소(CH4) 가스를 일정 농도로 충진한 후, 상기 탄화수소에서 탄소(C) 원자와 수소(H) 원자를 분리시키기 위해 상기 챔버 내에 열에너지를 공급한다. 그러면, 상기 열에너지에 의해 탄소 원자와 수소 원자가 분리되고, 상기 분리된 탄소 원자가 금속층(121)의 표면에 증착되어 그래핀층(111)이 형성된다.

금속층(121)이 상기 챔버 내에 장착된 상태에서 상기 챔버 내에 열에너지를 주입하기 전에 상기 챔버에 수소(H2) 가스를 먼저 주입하여 금속층(121)의 표면을 표면 처리하는 공정을 더 진행할 수 있다. 금속층(121)을 표면처리 함으로써, 그래핀층(111)이 금속층(121)의 표면에 보다 더 견고하게 형성될 수 있다.

본 실시 예에서는 탄소 공급원으로 탄화수소 기체가 투입되는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타티엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.

금속층(121)의 표면에 그래핀층(111)을 형성하기 전에 금속층(121)의 표면에 대하여 전처리를 먼저 수행할 수 있다. 상기 전처리 공정은 금속층(121)의 표면에 존재하는 이물질을 제거하기 위한 공정으로, 예컨대 수소(H2) 기체를 사용할 수 있다. 상기 수소 기체의 공급으로 금속층(121)의 표면을 깨끗이 유지할 수 있다. 다른 실시예로써, 용액을 이용하여 금속층(121)의 표면을 전처리할 수 있다. 예컨대, 산 용액이나 알칼리 용액을 사용하여 금속층(121)의 표면을 세정할 수 있다.

상기와 같은 방법으로, 금속층(121)의 양 면에 그래핀층(111)들을 형성할 수도 있다. 금속층(121)의 양 면에 그래핀층(111)들이 형성된 경우에는 제2 단계를 실시하기 전에 한 면에 형성된 그래핀층을 제거할 필요가 있다.

상술한 바와 같이, 금속층(121)은 촉매 금속의 역할을 수행하므로, 일반적인 촉매 금속으로 대체할 수 있다.

제2 단계로써, 도 4b∼도 4g에 도시된 바와 같이, 금속층(121)을 패터닝(patterning)하여 금속층(121)에 복수개의 관통공들(125)을 형성한다. 금속층(121)에 복수개의 관통공들(125)을 형성하기 위해서는 다음과 같이 여섯 공정들을 진행할 수 있다.

첫 번째 공정으로써, 도 4b에 도시된 바와 같이, 그래핀층(111)이 합성된 금속층(121) 위에 포토레지스트(photoresist)층(141)을 형성한다.

두 번째 공정으로써, 도 4c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(141) 위에 특정 패턴을 갖는 마스크(mask)(151)를 배치한다. 마스크(151)는 포토레지스트층(141)과 접촉되지 않도록 일정한 거리를 두고 배치된다.

세 번째 공정으로써, 도 4d에 도시된 바와 같이, 마스크(151) 위에 빛(161)을 조사한다. 즉, 포토레지스트층(141)을 빛 예컨대 자외선(ultraviolet)에 노출시키는 노광 공정을 진행한다. 그러면, 마스크(151)에 형성된 패턴(151a)에 따라 포토레지스트층(141)의 일부에는 빛(161)이 조사되고, 다른 부분에는 빛(161)이 조사되지 않는다. 포토레지스트층(141) 중에서 빛(161)이 조사된 부분은 경화되고, 빛(161)이 조사되지 않은 부분은 경화되지 않은 상태, 예컨대 액체 상태로 유지된다.

네 번째 공정으로써, 도 4e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(141)을 현상한다. 즉, 금속층(121) 위에 포토레지스트층(141)이 형성된 소재를 현상액에 담그면, 포토레지스트층(141) 중에서 경화된 부분은 그대로 남아있고, 경화되지 않은 부분은 제거된다. 즉, 포토레지스트층은 특정한 패턴(141a)을 갖게 된다.

다섯 번째 공정으로써, 도 4f에 도시된 바와 같이, 금속층(121)을 에칭하여 복수개의 관통공들(125)을 형성한다. 즉, 금속층(121) 위에 포토레지스트 패턴(141a)이 형성된 소재를 에칭액에 담그면 금속층(121) 중에서 포토레지스트층(141)이 적층된 부분은 에칭되지 않고 그대로 남아있고, 포토레지스트층(141)이 형성되지 않은 부분은 에칭되어 제거된다. 따라서, 금속층(121)에는 복수개의 관통공들(125)이 형성된다.

여섯 번째 공정으로써, 도 4g에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(141)을 제거한다. 따라서, 금속층(121)에 복수개의 관통공들(125)이 형성된다.

제3 단계로써, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 금속층(121) 위에 귀금속으로 구성된 귀금속층(131)을 형성한다. 귀금속층(131)은 전해도금법을 이용하여 형성할 수 있다. 따라서, 그래핀 기판(101)이 완성된다.

도 5a∼도 5e는 도 2에 도시된 그래핀 기판(201)의 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 단면도들이다. 도 2에 도시된 그래핀 기판(201)의 제조 방법은 제1 및 제2 단계를 포함한다. 도 5a∼도 5e를 참조하여 도 2에 도시된 그래핀 기판(201)의 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다.

제1 단계로써, 도 5a에 도시된 바와 같이, 일 면에 복수개의 홈들(225)이 형성되며, 금속으로 구성된 금속층(221)을 구비한다. 금속층(221)에 형성된 복수개의 홈들(225)은 메시 형태로 형성될 수 있다. 금속층(221)에 복수개의 홈들(225)을 형성하기 위해서는 다음과 같이 여섯 공정들을 진행할 수 있다.

첫 번째 공정으로써, 판 형태의 금속층(도시 안됨) 위에 포토레지스트층(도시 안됨)을 형성한다.

두 번째 공정으로써, 상기 포토레지스트층 위에 특정 패턴을 갖는 마스크(도시 안됨)를 배치한다. 상기 마스크는 상기 포토레지스트층과 접촉되지 않도록 일정한 거리를 두고 배치된다.

세 번째 공정으로써, 상기 마스크 위에 빛(도시 안됨)을 조사한다. 즉, 상기 포토레지스트층을 상기 빛, 예컨대 자외선(ultraviolet)에 노출시키는 노광 공정을 진행한다. 그러면, 상기 마스크에 형성된 패턴에 따라 상기 포토레지스트층의 일부에는 상기 빛이 조사되고, 다른 부분에는 상기 빛이 조사되지 않는다. 상기 포토레지스트층 중에서 상기 빛이 조사된 부분은 경화되고, 상기 빛이 조사되지 않은 부분은 경화되지 않은 상태로 유지된다.

네 번째 공정으로써, 상기 포토레지스트층을 현상한다. 상기 금속층 위에 포토레지스트층이 형성된 소재를 현상액에 담그면, 상기 포토레지스트층 중에서 상기 경화된 부분은 그대로 남아있고, 상기 경화되지 않은 부분은 제거된다.

다섯 번째 공정으로써, 상기 금속층을 에칭하여 복수개의 홈들(125)을 형성한다. 즉, 상기 금속층 위에 포토레지스트층이 형성된 소재를 에칭액에 담그면 상기 금속층 중에서 상기 포토레지스트층이 적층된 부분은 에칭되지 않고 그대로 남아있고, 상기 포토레지스트층이 형성되지 않은 부분은 에칭되어 제거된다.

여섯 번째 공정으로써, 상기 포토레지스트층을 제거한다. 따라서, 도 5의 (a)와 같이 금속층(221)에 복수개의 홈들(225)이 형성된다.

제2 단계로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 홈들(225)을 덮도록 금속층(221) 위에 그래핀층(211)을 형성한다. 금속층(221) 위에 그래핀층(211)을 형성하기 위해서는 다음과 같이 다섯 공정들을 진행할 수 있다.

첫 번째 공정으로써, 도 5b에 도시된 바와 같이, 촉매 금속층(261)의 일 면에 그래핀층(211)을 형성한다. 그래핀층(211)은 화학기상증착법(CVD)이나 열화학기상증착법(TCVD)으로 형성될 수 있다. 특히 화학기상증착법은 저온에서 진행이 가능하고 대량 생산이 가능하여 그래핀층을 형성하기에 바람직한 공정이라 할 수 있다. 촉매 금속층(261)의 일 면에 그래핀층(211)을 형성하는 방법에 대해서는 도 4의 제1 단계에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 중복 설명을 생략하기로 한다. 이러한 방법으로, 촉매 금속층(261)의 양 면에 그래핀층(211)들을 형성할 수도 있다.

두 번째 공정으로써, 도 5c에 도시된 바와 같이, 그래핀층(211) 위에 접착력을 가진 부재(271)를 접착한다. 접착력을 가진 부재(271)로써, 열박리 테이프, PET(Poly Ethylene Terephthalate), UV(Ultraviolet) 테이프, 포토 레지스트, 수용성 폴리우레탄 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 아크릴 수지, 수용성 천연 고분자 수지, 수계 접착제, 알코올 박리 테이프, 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, 가시광 경화형 접착제, 적외선 경화형 접착제, 전자빔 경화형 접착제, PBI(Polybenizimidazole) 접착제, 폴리 이미드 접착제, 실리콘 접착제, 이미드 접착제, BMI(Bismaleimide) 접착제, 변성 에폭시 수지 중에서 선택된 하나가 이용될 수 있다.

접착력을 가진 부재(271)는 롤 코팅(roll coating) 방식이나 콘베이어 벨트(conveyer belt)와 같은 시스템을 통해서 그래핀층(211)에 접착될 수 있다. 혹은, 롤러(roller)를 사용하는 릴(Reel) 공법에 의하여 수행될 수 있다. 촉매 금속층(261)과 그래핀층(211) 및 접착력을 가진 부재(271)가 구비된 소재는 전체 두께가 얇기 때문에 상기 롤러에 감길 수 있다. 상기 롤러에 감긴 소재를 타측에 구비된 롤러를 사용하여 풀면서 공정을 진행할 수 있다. 즉, 상기 롤러들을 이용하여 그래핀층(211)과 접착력을 가진 부재를 상호 가압함으로써 그래핀층(211)에 접착력을 가진 부재(271)를 접착할 수 있다. 이와 같이 릴 공법을 사용하여 자동화함으로써, 그래핀 기판(도 2의 201)의 생산력을 증대시킬 수 있다.

접착력을 가진 부재(271)는 그래핀층(211)을 표면처리한 후에 접착될 수 있다. 즉, 그래핀층(211)의 표면을 거칠게 형성하는 표면처리를 함으로써, 그래핀층(211)과 접착력을 가진 부재(271) 사이의 접착력이 강화된다. 이와 같이, 접착력을 가진 부재(271)가 그래핀층(211)에 접착되어 있기 때문에 그래핀층(211)을 촉매 금속층(261)으로부터 분리할 때 작업자가 핸들링(handling)하는 것이 매우 원활하게 이루어질 수 있다.

세 번째 공정으로써, 도 5d에 도시된 바와 같이, 촉매 금속층{도 5의 (c)의 261}으로부터 접착력을 가진 부재(271)와 그래핀층(211)을 분리한다.

네 번째 공정으로써, 도 5e에 도시된 바와 같이, 그래핀층(211)을 금속층(221) 위에 전사한다. 그래핀층(211)을 금속층(221) 위에 전사하기 위하여, 롤 코팅 방식이나 콘베이어 벨트와 같은 시스템을 이용할 수 있다. 혹은, 롤러를 사용하는 릴 공법에 의하여 수행될 수 있다. 그래핀층(211)과 접착력을 가진 부재(271)가 구비된 소재는 전체 두께가 얇기 때문에 상기 롤러에 감길 수 있다. 상기 롤러에 감긴 소재를 타측에 구비된 롤러를 사용하여 풀면서 네 번째 공정을 진행할 수 있다. 즉, 상기 롤러들을 이용하여 접착력을 가진 부재(271)와 금속층(221)을 상호 가압함으로써 그래핀층(211)을 금속층(221)에 접착할 수 있다. 이와 같이 릴 공법을 사용하여 자동화함으로써, 그래핀 기판(도 2의 201)의 생산력을 증대시킬 수 있다.

다섯 번째 공정으로써, 접착력을 가진 부재(도 5e의 271)를 그래핀층(211)으로부터 분리한다. 따라서, 도 2에 도시된 그래핀 기판(201)이 제조될 수 있다.

도 5a의 금속층(221) 대신에 금이나 백금과 같은 귀금속으로 구성된 귀금속층(도 3의 331)을 이용하면 도 3과 같은 그래핀 기판(301)을 제조할 수 있다. 이 때, 도 3에 도시된 그래핀 기판(301)의 제조 방법은 도 5a∼도 5e에 도시된 방법과 동일하게 진행할 수 있다.

본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

판 형태의 그래핀층;
상기 그래핀층 위에 적층되며, 복수개의 관통공들이 형성되고 금속으로 형성된 금속층; 및
상기 금속층 위에 적층되며 귀금속으로 형성된 귀금속층을 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판.
복수개의 홈들이 형성되며 금속으로 형성된 금속층; 및
상기 금속층 위에 적층된 그래핀층을 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판.
복수개의 홈들이 형성되며 귀금속으로 형성된 귀금속층; 및
상기 귀금속층 위에 적층된 그래핀층을 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 귀금속은 금, 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판.
(a) 금속층의 일 면에 그래핀층을 합성하는 단계;
(b) 상기 금속층을 패터닝하여 상기 금속층에 복수개의 관통공들을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 금속층 위에 귀금속으로 구성된 귀금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 (b) 단계는
(b-1) 상기 금속층 위에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
(b-2) 상기 포토레지스트층 위에 특정 패턴을 갖는 마스크를 배치하는 단계;
(b-3) 상기 마스크 위에 빛을 조사하는 단계;
(b-4) 상기 포토레지스트층을 현상하는 단계;
(b-5) 상기 금속층을 에칭하여 상기 복수개의 관통공들을 형성하는 단계; 및
(b-6) 상기 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 귀금속층은 전해도금법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.
(a) 일 면에 복수개의 홈들이 형성되며, 금속으로 구성된 금속층을 구비하는 단계; 및
(b) 상기 복수개의 홈들을 덮도록 상기 금속층 위에 그래핀층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 (b) 단계는
(b-1) 촉매 금속층의 일 면에 그래핀층을 형성하는 단계;
(b-2) 상기 그래핀층 위에 접착력을 가진 부재를 접착하는 단계;
(b-3) 상기 촉매 금속층으로부터 상기 부재와 그래핀층을 분리하는 단계;
(b-4) 상기 그래핀층을 상기 금속층 위에 전사하는 단계; 및
(b-5) 상기 부재를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.
(a) 일 면에 복수개의 홈들이 형성되며, 귀금속으로 구성된 귀금속층을 구비하는 단계; 및
(b) 상기 복수개의 홈들을 덮도록 상기 귀금속층 위에 그래핀층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 (b) 단계는
(b-1) 촉매 금속층의 일 면에 그래핀층을 형성하는 단계;
(b-2) 상기 그래핀층 위에 접착력을 가진 부재를 접착하는 단계;
(b-3) 상기 촉매 금속층으로부터 상기 부재와 그래핀층을 분리하는 단계;
(b-4) 상기 그래핀층을 상기 귀금속층 위에 전사하는 단계; 및
(b-5) 상기 부재를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.
제9항 또는 제11항에 있어서,
상기 부재는 열박리 테이프인 것을 특징으로 하는 그래핀 기판의 제조 방법.