KR20140030977A - 촉매 금속 지지 장치, 그래핀 다매 합성 장치 및 그래핀 다매 합성 방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래핀 다매 합성을 위한 촉매 금속 지지 장치, 이를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치 및 그래핀 다매 합성 방법에 관련된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 촉매 금속 지지 장치는, 베이스부와, 상기 베이스부에 결합되며, 복수의 상기 촉매 금속 필름이 끼워져 배치될 수 있도록 일 방향으로 연장되게 형성되는 적어도 하나의 지지바와, 상기 촉매 금속 필름들이 서로 접촉되는 것을 제한하도록, 상기 촉매 금속 필름 사이의 상기 지지바에 결합되는 스페이서를 구비한다.

Description

촉매 금속 지지 장치, 그래핀 다매 합성 장치 및 그래핀 다매 합성 방법. {Apparatus for supporting catalyst metal films, apparatus for synthesizing muliple graphene films and method for synthesizing muliple graphene films}

본 발명은 그래핀 합성을 위한 장치 및 방법에 관련된 것으로, 촉매 금속 지지 장치, 이를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치, 및 그래핀 다매 합성 방법에 관련된 것이다.

최근 전기 전도성이 뛰어나고 화학적 안정성이 우수하며, 투명성 및 연성을 가지는 신소재로서 그래핀(Graphene)이 각광받고 있다. 이러한 그래핀을 합성하기 위한 방법으로는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Depostion:CVD)이 사용되기도 한다. 그래핀 합성을 위한 화학 기상 증착법은 고온의 챔버에서 아르곤, 수소, 메탄의 혼합 기체를 촉매 금속과 접촉시키는 방법을 사용한다. 촉매 금속으로는 구리를 포함한 전이 금속이 사용될 수 있다. 이러한 화학 기상 증착법에 따르면 그래핀이 촉매 금속의 표면에서 합성되며, 이후 촉매 금속을 제거해 줌으로써 그래핀 만을 취할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 화학 기상 증착 공정으로 여러 장의 그래핀을 안정적으로 합성할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치는, 화학 기상 증착용 챔버 내에서 촉매 금속 필름을 지지하는 것으로서, 베이스부와, 상기 베이스부에 결합되며 복수의 상기 촉매 금속 필름이 끼워져 배치될 수 있도록 일 방향으로 연장되게 형성되는 적어도 하나의 지지바와, 상기 촉매 금속 필름들이 서로 접촉되는 것을 제한하도록 상기 촉매 금속 필름 사이의 상기 지지바에 결합되는 스페이서를 구비한다.

또한 상기 지지바는 상기 베이스부를 중심으로 양 방향으로 배치될 수 있다.

또한 상기 베이스부는 화학 기상 증착 챔버 내의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서를 구비할 수 있다.

또한 상기 스페이서는 상기 지지 바의 길이 방향으로 상기 지지 바에 나사 결합될 수 있다.

또한 스페이서는 내측에 공간이 형성되며, 상기 촉매 금속 필름의 가장자리에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치는, 베이스부와,

상기 베이스부에 결합되며 일 방향으로 연장되게 형성되는 적어도 하나의 지지바와, 상기 촉매 금속 필름의 적어도 일측과 결합되고 상기 지지바에 결합되며 서로 평행적으로 배열되는 복수의 프레임을 구비할 수 있다.

또한 상기 프레임은 내측에 관통 공간을 구비하며, 상기 촉매 금속 필름은 상기 프레임의 관통 공간에 배치될 수 있다.

또한 상기 촉매 금속 지지 장치는 일측이 상기 프레임에 힌지 결합되며, 타측이 상기 촉매 금속 필름에 결합되는 힌지 부재를 더 구비할 수 있다.

또한 상기 힌지 부재는 상기 촉매 금속 필름을 펴주는 방향으로 중력을 받는 것일 수 있다.

또한 상기 촉매 금속 지지 장치는 상기 프레임을 수용할 수 있는 복수의 슬롯을 가지는 거치대를 더 구비할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치는, 복수의 슬롯을 구비하는 거치대와, 상기 촉매 금속 필름의 적어도 일측과 결합되며 상기 거치대의 슬롯에 삽입되는 복수의 프레임을 구비할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일 실시예의 그래핀 다매 합성 장치는, 원료 가스의 유입부 및 유출부를 구비하는 화학 기상 증착 챔버와, 상기 화학 기상 증착 챔버에 내에 배치되는 상기 촉매 금속 지지 장치와, 상기 화학 기상 증착 챔버의 내부를 가열할 수 있는 가열원을 구비할 수 있다.

또한 상기 그래핀 다매 합성 장치는, 적어도 일부가 상기 화학 기상 증착 챔버의 내측과 외측을 출입 가능하게 배치되는 이동 지지부를 더 구비하며, 상기 촉매 금속 지지 장치는 상기 이동 지지부의 상기 적어도 일부에 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 그래핀 다매 합성 방법은, 화학 기상 증착 챔버 내에 복수의 촉매 금속 필름을 평행적으로 배치하는 단계와, 상기 복수의 촉매 금속 필름이 서로 접촉되는 것이 제한되도록 상기 복수의 촉매 금속 필름 사이에 스페이서를 배치하는 단계와, 상기 화학 기상 증착 챔버의 내부를 가열하는 단계와, 상기 화학 기상 증착 챔버 내에 원료 가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 화학 기상 증착 챔버 내에 복수의 촉매 금속 필름을 평행적으로 배치하는 단계는, 일 방향으로 연장된 지지바에 복수의 촉매 금속 필름을 평행되게 끼우고 상기 지지바를 상기 화학 기상 증착 챔버 내에 배치하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 촉매 금속 필름 사이에 스페이서를 배치하는 단계는 상기 복수의 촉매 금속 필름 사이의 상기 지지 바에 상기 스페이서를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 스페이서는 상기 지지 바의 길이 방향으로 상기 지지 바와 나사 결합하는 것일 수 있다.

또한 상기 스페이서는 내측에 관통 공간이 형성되며, 상기 촉매 금속 필름의 가장 자리에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 그래핀 다매 합성 방법은, 프레임에 촉매 금속 필름을 설치하는 단계와, 상기 촉매 금속 필름이 설치된 복수의 프레임을 화학 기상 증착 챔버 내에 서로 이격되게 평행적으로 배치하는 단계와, 상기 화학 기상 증착 챔버 내에 원료 가스를 주입하는 단계와, 상기 챔버의 내부를 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 촉매 금속 필름이 설치된 복수의 프레임을 화학 기상 증착 챔버 내에 평행적으로 배치하는 단계는, 상기 프레임을 개별적으로 수용할 수 있는 복수의 슬롯을 구비하는 거치대를 마련하고, 상기 거치대의 슬롯에 상기 프레임을 삽입한 다음, 상기 거치대를 상기 화학 기상 증착 챔버의 내부에 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치, 그래핀 다매 합성 장치 및 그래핀 다매 합성 방법에 따르면, 화학 기상 증착법으로 여러 장의 그래핀을 동시 다발적으로, 또한 안정적으로 합성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 촉매 금속 지지 장치의 일부를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 촉매 금속 지지 장치를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 3의 그래핀 다매 합성 장치에 의해서 그래핀의 합성이 원활하게 이루어졌는지를 검사하기 위하여 실시한 라만 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6d, 도 7a 내지 도 7d는 도 3의 그래핀 다매 합성 장치를 이용하여 합성된 그래핀의 면저항을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치의 개략적인 사시도이다.
도 9는 도 8의 촉매 금속 지지 장치를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치의 일부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 8의 촉매 금속 지지 장치의 일부 구성요소의 일 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치의 개략적인 사시도이다.
도 12는 도 11의 촉매 금속 지지 장치를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 12의 그래핀 다매 합성 장치에 의해서 그래핀의 합성이 원활하게 이루어졌는지를 검사하기 위하여 실시한 라만 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 15a 및 도 15b, 도 16a 및 도 16b는 도 12의 그래핀 다매 합성 장치에 의해서 합성된 그래핀의 면저항을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 17는 도 11의 촉매 금속 지지 장치의 일부 구성요소의 일 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치의 개략적인 사시도이다.
도 19는 도 18의 촉매 금속 지지 장치를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20은 도 19의 그래핀 다매 합성 장치의 작동 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 다른 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 일부 실시예들에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치의 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1의 촉매 금속 지지 장치의 일부를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치(1)는 촉매 금속 필름(200)을 CVD 챔버 내에서 안정적으로 지지하기 위한 것으로서, 베이스부(100), 복수의 지지바(130), 복수의 스페이서(300)를 구비한다. 한편, 본 실시예에서 이용되는 촉매 금속 필름(200)은 화학 기상 증착법으로 그래핀을 합성함에 있어서 촉매의 역할을 하며, 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 규소(Si), 티타늄(Ti) 또는 루비듐(Ru) 등 적어도 일부를 포함한 소재로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 촉매 금속 필름(200)으로서 구리 박판을 이용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

베이스부(100)는 지지바(130)를 지지하기 위한 것으로, CVD 챔버 내에 고정적으로 설치된다. 베이스부(100)는 챔버 결합부(110), 지지바 설치부(120)를 구비한다.

챔버 결합부(110)는 촉매 금속 지지 장치(1)가 CVD 챔버 내에서 안정적으로 위치될 수 있도록 CVD 챔버와 결합된다. 챔버 결합부(110)와 CVD 챔버 사이의 결합은 나사 결합, 끼움 결합 등 다양한 형태의 기계적 결합으로 이루어질 수 있다. 또한, 촉매 금속 지지 장치(1)가 챔버의 외부와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록, CVD 챔버에는 전기적 신호를 송수신하기 위한 인터페이스가 마련되고, 챔버 결합부(110)는 그 인터페이스에 전기적으로도 결합될 수 있다.

지지바 설치부(120)는 복수의 지지바(130)가 결합되는 부분으로, 챔버 결합부(110)에 결합되며, 챔버 결합부(110)로부터 일 방향으로 돌출되게 배치된다. 지지바 설치부(120)에는 복수의 온도 센서(140)가 장착될 수 있다. 온도 센서(140)에서 측정된 데이터는 CVD 챔버에 마련된 전기적 인터페이스를 통하여 CVD 챔버의 외부로 전송될 수 있다.

지지바(130)는 베이스부(100)의 지지바 설치부(120)에 결합되며, 지지바 설치부(120)를 중심으로 양측 방향으로 돌출되게 배치된다. 각 지지바(130)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다. 복수의 지지바(130)는 촉매 금속 필름(200)이 지지바(130)에 끼워질 수 있도록, 촉매 금속 필름(200)에 형성된 구멍(201,202)에 대응되게 배치된다. 한편, 촉매 금속 필름(200)의 구멍 중에서 양측에 위치한 구멍(202)이 가운데 위치한 구멍(201)보다 크게 형성될 수 있는데, 이는 촉매 금속 필름(200)이 CVD 챔버 내에서 열팽창에 하더라도 굴곡이 형성되지 않도록 하기 위함이다.

스페이서(300)는 촉매 금속 필름(200)과 촉매 금속 필름(200) 사이 및 촉매 금속 필름(200)과 베이스부(100)의 지지바 설치부(120) 사이에 배치되며, 촉매 금속 필름(200)이 서로 접촉하거나 촉매 금속 필름(200)이 베이스부(100)와 접촉하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 스페이서(300)는 지지바(130)에 나사 결합될 수 있도록 그 내측 구멍에 나사가 형성될 수 있다. 스페이서(300)는 촉매 금속 필름(200)과 교번되게 지지바(130)에 끼워짐으로써 촉매 금속 필름(200)들 사이에 배치될 수 있다.

다음으로 본 실시예의 촉매 금속 지지 장치(1)를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치(10)에 대해서 설명한다.

도 3은 도 1의 촉매 금속 지지 장치(1)를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 그래핀 다매 합성 장치(10)는 CVD 챔버(400)와, 도 1의 촉매 금속 지지 장치(1)와, 서셉터(600) 및 가열원(500)을 구비한다.

CVD 챔버(400)는 내부에 공간을 구비하며, 가스 주입부(410) 및 가스 유출부(420)를 구비한다. CVD 챔버(400)의 가스 주입부(410)로는 그래핀 합성을 위한 원료 가스(G), 예컨대 아르곤, 수소 및 메탄의 혼합 가스가 주입된다. 가스 주입부(410)는 촉매 금속 지지 장치(1)에 설치된 촉매 금속 필름(200)들 사이 사이로 원료 가스(G)가 통과할 수 있도록, 촉매 금속 지지 장치(1)의 측면, 상측 또는 하측에 배치될 수 있다. 가스 유출부(420)는 CVD 챔버(400)로 주입된 원료 가스(G)가 촉매 금속 필름(200)과 접촉한 이후에 CVD 챔버(400)에서 빠져나갈 수 있도록, 촉매 금속 지지 장치(1)를 중심으로 가스 주입부(410)의 반대편에 위치될 수 있다.

촉매 금속 지지 장치(1)는 CVD 챔버(400)의 내부에 배치되며, 그 베이스부(100)가 CVD 챔버(400)와 결합되어 위치가 고정된다. 따라서 촉매 금속 지지 장치(1)는 원료 가스(G)의 주입 시에도 안정적으로 그 위치를 유지할 수 있다. 촉매 금속 지지 장치(1)의 구성은 앞서 설명한 바와 같다.

서셉터(600)는 촉매 금속 지지 장치(1)를 사이에 두고 양측으로 배치되며, 가열원(500)에서 발생한 열을 촉매 금속 지지 장치로 전달한다. 서셉터(600)는 면상으로 형성되어 가열원(500)에서 발생한 열이 공간적으로 균일하게 전파되도록 할 수 있다. 즉, 서셉터(600) 사이의 공간은 전체적으로 균일하게 가열되며, 그 사이에 배치되는 촉매 금속 필름(200)들 역시 골고루 균일하게 가열될 수 있다.

가열원(500)은 CVD 챔버(400)의 내부를 가열하기 위한 것으로, 전기 에너지를 이용하여 복사열을 방출함으로써 CVD 챔버(400)의 내부를 가열하는 것일 수 있다. 가열원(500)은 촉매 금속 필름(200)의 표면에서 그래핀이 합성될 수 있도록, CVD 챔버(400)를 섭씨 1000도 이상으로 가열할 수 있다. 가열원(500)에서 발생한 열은 서셉터(600)를 거쳐 촉매 금속 지지 장치(1)로 전달되므로, CVD 챔버(400) 내의 특정 부분이 집중적으로 가열되는 것을 방지하며 CVD 챔버(400) 내부가 전체적으로 균일하게 가열되도록 할 수 있다.

다음으로 본 발명의 다른 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법에 대해서, 상술한 그래핀 다매 합성 장치를 이용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법을 개략적으로 설명한 흐름도이다.

도 4를 참조하면 본 실시예의 그래핀 다매 합성 방법은, 복수의 촉매 금속 필름(200)을 평행적으로 배치하는 단계(S10)와, 복수의 촉매 금속 필름(200) 사이에 스페이서(300)를 배치하는 단계(S20)와, CVD 챔버(400)의 내부를 가열하는 단계(S30)와, CVD 챔버(400) 내에 원료 가스(G)를 주입하는 단계(S40)를 포함한다.

복수의 촉매 금속 필름(200)을 평행적으로 배치하는 단계(S10)는, 상술한 촉매 금속 지지 장치(1)의 지지바(130)에 복수의 촉매 금속 필름(200)을 설치하는 단계이다. 복수의 촉매 금속 필름(200)을 CVD 챔버(400)의 내부에 배치하는 과정은 CVD 챔버(400) 내부에 촉매 금속 지지 장치(1)를 안치한 다음 이에 촉매 금속 필름(200)을 설치하는 방법으로 수행될 수도 있고, CVD 챔버(400)의 외부에서 촉매 금속 필름(200)을 촉매 금속 지지 장치(1)에 설치한 다음 촉매 금속 필름(200)이 설치된 촉매 금속 지지 장치(1)를 CVD 챔버(400)로 삽입하는 방법으로 수행될 수도 있다.

복수의 촉매 금속 필름(200) 사이에 스페이서(300)를 배치하는 단계(S20)는, 복수의 촉매 금속 필름(200) 사이 사이에 스페이서(300)를 배치하는 단계로서, 복수의 촉매 금속 필름(200)을 평행적으로 배치하는 단계(S10)와 함께 수행된다. 즉, 본 단계는 복수의 촉매 금속 필름(200)을 촉매 금속 지지 장치에 설치하면서 각 촉매 금속 필름(200)들 사이에 스페이서(300)를 설치하는 형태로 수행될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 스페이서(300)를 배치하는 단계(S20)가 복수의 촉매 금속 필름(200)을 평행적으로 배치하는 단계(S10)와 동시에 수행되는 것으로 설명하였으나 이와는 달리 스페이서(300)를 배치하는 단계(S20)는, 복수의 촉매 금속 필름(200)을 촉매 금속 지지 장치(1)에 설치한 이후에 수행될 수도 있다. 예컨대, 스페이서(300)가 C자형으로 형성되어 지지바(130)에 측접근 결합이 가능한 형태라면, 복수의 촉매 금속 필름(200)을 촉매 금속 지지 장치(1)에 평행적으로 설치한 다음, 스페이서(300)를 촉매 금속 필름(200) 사이의 지지바(130)에 측접근 결합시키는 방식으로 스페이서(300)를 촉매 금속 필름(200)들 사이에 위치시킬 수도 있는 것이다.

CVD 챔버(400)의 내부를 가열하는 단계(S30)는, CVD 챔버(400) 내부에 촉매 금속 필름(200)이 설치된 촉매 금속 지지 장치(1)를 배치한 상태에서 가열원(500)을 작동시켜 CVD 챔버(400)의 내부를 그래핀 합성 온도까지 상승시키는 단계이다.

CVD 챔버 내에 원료가스를 주입하는 단계(S40)는 고온 환경이 조성된 CVD 챔버(400) 내에 그래핀 합성을 위한 원료 가스(G)를 주입하는 단계이다. 주입된 원료 가스(G)는 촉매 금속 지지 장치(1)에 설치된 촉매 금속 필름(200)들 사이의 공간으로 유동되며, 촉매 금속 필름(200)의 표면과 접촉되면서 화학 반응을 일으키게 된다. 이에 따라 촉매 금속 필름(200)의 표면에는 박막 형태의 그래핀이 합성된다. 그래핀 합성 반응 이후의 가스는 가스 유출부(420)를 통하여 CVD 챔버(400)의 외부로 유출된다. CVD 챔버 내에 원료 가스를 주입하는 단계(S40)는 상황에 따라서 CVD 챔버(400)의 내부를 가열하는 단계(S30) 이후, 또는 동시에 수행될 수도 있다.

이상의 단계를 거침으로써 촉매 금속 지지 장치(1)에 설치된 각 촉매 금속 필름(200)의 양 표면에 박막 형태의 그래핀이 합성될 수 있다. 즉, 여러 장의 그래핀이 한 번의 화학 기상 증착 공정을 통하여 동시에 합성될 수 있는 것이다.

본 출원인은 상술한 방법에 따른 그래핀 합성 방법의 효과를 실제로 확인하기 위하여, 라만 분석 및 합성된 그래핀의 면저항을 측정하는 시험을 수행하였다. 본 출원인에 의한 시험에서는 상기의 촉매 금속 지지 장치(1)의 베이스부(100)의 지지바 설치부(120)를 중심으로 양측으로 두 장씩, 총 네 장의 촉매 금속 필름(200)을 배치하고 CVD 공정을 수행하는 것으로 하였다.

도 5a 및 도 5b는 각각 라만 분석을 결과를 도시한 것으로, 5a는 베이스부(100)를 중심으로 좌측에 배치된 두 장의 촉매 금속 필름(200)의 라만 분석 결과이며, 도 5b는 베이스부(100)를 중심으로 우측에 배치된 두 장의 촉매 금속 필름(200)의 라만 분석 결과이다. 도 5a 및 도 5b의 라만 분석 결과에 따르면, 총 네 장의 촉매 금속 필름(200)의 양면에 단일층 두께의 그래핀이 성공적으로 형성되었음을 알 수 있다.

도 6a 내지 도 6d, 도 7a 내지 도 7d는 각각 합성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이다. 더욱 구체적으로, 도 6a 및 도 6b는 각각 베이스부(100)를 중심으로 좌측 가장자리에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면 및 타면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이고, 도 6c 및 도 6d는 각각 베이스부(100)에 인접한 좌측에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면 및 타면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이다. 또한, 도 7a 및 도 7b는 각각 베이스부(100)를 중심으로 우측 가장자리에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면 및 타면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이고, 도 7c 및 도 7d는 각각 베이스부(100)에 인접한 우측에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면 및 타면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이다.

도 6a 내지 도 6d, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 총 네 장의 촉매 금속 필름(200)의 양면에서 합성된 그래핀은 우수한 면저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 이는 본 실시예의 촉매 금속 지지 장치(1)에 의해서 촉매 금속 필름(200)들 간의 간격이 안정적으로 유지되기 때문으로 파악된다. 즉, 원료 가스(G)의 유동 및 촉매 금속 필름(200)의 열 팽창에도 불구하고 촉매 금속 필름(200)은 서로 접촉되지 않기 때문에 촉매 금속 필름(200)의 표면에 그래핀이 균일하게 형성될 수 있는 것이다.

다만, 도 6a 내지 도 6d를 참조하면 베이스부(100) 좌측의 촉매 금속 필름(200)에서 합성된 그래핀은 면저항 값에 편차가 다소 있는 것으로 나타났는데, 베이스부(100) 우측의 촉매 금속 필름(200)에서 합성된 그래핀의 경우는 편차가 없는 것으로 확인되었으므로, 베이스부(100) 좌측의 촉매 금속 필름(200)에서 합성된 그래핀은 면저항 값의 편차는 촉매 금속 필름(200)의 취급에 따른 구김 등에 의한 면저항의 편차에 불과한 것으로 파악된다.

다음으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치의 개략적인 분리 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예의 촉매 금속 지지 장치(2)도 베이스부(100), 복수의 지지바(130), 복수의 스페이서(301,302)를 구비한다. 본 실시예의 베이스부(101), 지지바(130), 스페이서(301,302)는 도 1의 촉매 금속 지지 장치(1)의 베이스부(100), 지지바(130) 및 스페이서(300)와 기능 및 역할이 유사하므로 중복적인 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.

베이스부(101)는 챔버 결합부(111)와, 지지바 설치부(121)를 구비한다. 챔버 결합부(111)는 CVD 챔버에 결합되는 부분이며, 복수의 온도 센서(141)가 배치될 수 있다. 지지바 설치부(121)는 챔버 결합부(111)에 결합되며 상하로 분리된 형태를 가진다. 지지바 설치부(121)가 상하로 분리된 형태를 가지므로 지지바 설치부(121)에 인접한 양측의 촉매 금속 필름(200) 사이의 공간으로 원료 가스가 더욱 용이하게 유동될 수 있다.

복수의 지지바(130)는 지지바 설치부(121)의 양측으로 돌출되게 배치되며, 그 단부측에만 나사산(132)이 형성될 수 있다.

스페이서(301,302)는 프레임 스페이서(301)와 너트 스페이서(302)를 구비한다.

프레임 스페이서(301)는 가운데에 관통공(3011)이 형성되어 있으며, 촉매 금속 필름(200)의 가장 자리에 대응되는 형상으로 형성되어 있다. 프레임 스페이서(301)는 지지바(130)에 끼워져 결합되며 촉매 금속 필름(200)의 사이, 및 촉매 금속 필름(200)과 베이스부(101)의 지지바 설치부(121) 사이에 배치된다. 따라서 서로 이웃하는 촉매 금속 필름(200)은 프레임 스페이서(301)의 관통공(3011)을 통하여 서로 대면하게 된다.

너트 스페이서(302)는 프레임 스페이서(301)와 촉매 금속 필름(200)의 사이 및 프레임 스페이서(301)와 베이스부(101)의 지지바 설치부(121) 사이에 배치되며, 지지바(130)에 끼워져 결합된다. 이와 같이 프레임 스페이서(301)의 사이에 너트 스페이서(302)가 배치되므로 이웃하는 프레임 스페이서(301)들은 서로 이격된다.

이와 같이 촉매 금속 필름(200)의 가장 자리에 대응되는 형상의 프레임 스페이서(301)가 촉매 금속 필름(200) 사이에 배치되므로 촉매 금속 필름이 움직이면서 상호 접촉되는 것이 더욱 효과적으로 차단될 수 있다.

본 실시예의 촉매 금속 지지 장치(2)도 그래핀 다매 합성 장치에 채용될 수 있다. 도 9는 상술한 금속 지지 장치(2)를 구비하는 그래핀 다매 합성 장치에 있어서, CVD 챔버와 가열원을 제외한 일부 구성만을 개략적으로 도시한 도면이다. CVD 챔버와 가열원은 도 3의 그래핀 다매 합성 장치(10)의 그것과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.

도 9를 참조하면, 이격된 프레임 스페이서(301) 사이의 공간은 이후 화학 기상 증착 공정에서 원료 가스(G)가 유동할 수 있는 공간이 된다. 프레임 스페이서(301) 사이의 공간은 촉매 금속 필름(200)과 맞닿아 있으므로 원료 가스(G)는 원활하게 촉매 금속 필름(200)의 표면과 접촉할 수 있게 된다. 따라서 본 실시예의 그래핀 다매 합성 장치에 의하더라도 각 촉매 금속 필름(200)의 양 표면에 그래핀이 원활하게 합성될 수 있다.

한편, 프레임 스페이서(301)는 다양한 형태로 변형이 가능하다. 도 10은 프레임 스페이서의 변형된 형태의 일례를 개략적으로 도시한 것으로, 도 10에 도시된 바와 같이 프레임 스페이서(303)는 지지바(130)에 끼워지는 형태가 아니라 지지바(130)의 상측에 놓여지는 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 관통공(3031)의 상측이 지지바(130)에 놓여지고, 프레임 스페이서(303)의 하측이 지지바(130)에 놓여지는 형태일 수도 있다. 이때 프레임 스페이서(303)의 지지바(130)에 대응되는 부분에는 홈이 형성되어 지지바(130)가 끼워지는 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우 프레임 스페이서(303)는 지지바(130)에 대해서 요동하지 않고 안정적으로 위치가 유지될 수 있다.

다음으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치에 대해서 설명한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치(3)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 11을 참조하면 본 실시예의 촉매 금속 지지 장치(3)는, 베이스부(101) 및 프레임(305)을 구비한다.

베이스부(101)는 도 8의 촉매 금속 지지 장치(2)의 베이스부(101)와 실질적으로 유사하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예의 베이스부(101)의 경우, 온도 센서(142)가 촉매 금속 필름(200)의 중심 부분으로 돌출되게 배치된다. 이와 같이 온도 센서가 배치되면, 촉매 금속 필름(200) 중심 부분의 온도를 더욱 효과적으로 측정할 수 있다.

프레임(305)은 내측에 관통 공간을 구비한다. 프레임(305)의 전면 및 후면에는 복수의 돌출부(3052)가 형성되며, 돌출부(3052)에는 지지바(130)가 끼워질 수 있도록 결합공이 형성되어 있다. 즉, 돌출부(3052)를 지지바에 끼워줌으로써 프레임(305)은 지지바(130)에 결합되며, 돌출부(3052)에 의해서 서로 인접한 프레임(305)들의 돌출부(3052) 이외의 부분은 서로 이격된다.

프레임(305) 가운데의 관통 공간에는 촉매 금속 필름(200)이 배치된다. 이때, 촉매 금속 필름(200)이 프레임(305)에 대해서 안정적으로 지지될 수 있도록 촉매 금속 필름(200)은 고정 부재(3054)에 의해서 프레임(305)에 결합된다. 고정 부재로는 고온의 CVD 챔버 환경 내에서도 안정적으로 촉매 금속 필름(200)과 프레임(305)을 상호 결합시킬 수 있는 것이면 어떠한 것이든지 가능하다. 예컨대 고정 부재(3054)로는 구리 와이어가 사용될 수 있으며, 촉매 금속 필름(200)의 구멍(201)에 끼워지면서 촉매 금속 필름(200)을 프레임(305)에 결합시키는 것일 수 있다.

촉매 금속 필름(200)이 설치된 복수의 프레임(305)이 준비되면, 이를 지지바(130)에 차례로 끼워준다. 그리고 지지바(130)의 단부측에 너트(3056)를 결합시켜 줌으로써 프레임(305)이 지지바(130)에서 이탈되지 않도록 해줄 수 있다.

본 실시예의 촉매 금속 지지 장치(3)도 그래핀 다매 합성 장치에 채용될 수 있다. 도 12는 도 11의 촉매 금속 지지 장치(3)를 구비한 그래핀 다매 합성 장치에 있어서, CVD 챔버와 가열원을 제외한 일부 구성만을 개략적으로 도시한 것이다. CVD 챔버와 가열원은 도 3의 그것과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 12를 참조하면, 각 프레임(305)들은 돌출부(3052)에 의해서 그 내측 부분이 서로 이격된다. 또한 각 프레임(305) 내측의 관통 공간에는 촉매 금속 필름(200)이 배치되므로 각 촉매 금속 필름(200)들도 서로 이격된다. 각 촉매 금속 필름(200)들 사이의 공간으로는 원료 가스(G)가 유동될 수 있다. 따라서 원료 가스(G)는 각 촉매 금속 필름(200)의 양면과 원활하게 접촉될 수 있다. 따라서 본 실시예의 그래핀 다매 합성 장치를 이용하여 화학 기상 증착법을 수행하는 경우에 각 촉매 금속 필름(200)의 양면에서 그래핀이 효과적으로 합성될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법을 개략적으로 도시한 흐름도로, 상술한 그래핀 다매 합성 장치가 사용될 수 있다. 도 13를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법은, 촉매 금속 필름(200)을 프레임(305)에 설치하는 단계(S11), 복수의 프레임(305)을 CVD 챔버 내에 평행적으로 배치하는 단계(S21), CVD 챔버의 내부를 가열하는 단계(S30), CVD 챔버 내에 원료 가스를 주입하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.

촉매 금속 필름(200)을 프레임에 설치하는 단계(S11)는 프레임(305)의 관통 공간에 촉매 금속 필름(200)을 배치하고 고정 부재(3054)로 촉매 금속 필름(200)과 프레임(305)을 상호 고정시키는 단계이다. 복수의 프레임(305)에 대해서 본 작업을 반복함으로써 복수의 프레임(305)의 각각에 촉매 금속 필름(200)이 결합되도록 한다.

복수의 프레임(305)을 CVD 챔버 내에 평행적으로 배치하는 단계(S21)는, 촉매 금속 필름(200)이 결합된 복수의 프레임(305)을 베이스부(101)의 지지바(130)에 결합시키고 촉매 금속 지지 장치를 CVD 챔버 내에 배치하는 단계이다. 이때 베이스부(101)의 지지바(130)에 결합된 복수의 프레임(305)은 상호 평행적으로 배치되며, 돌출부(3052) 이외의 부분이 상호 이격된다.

CVD 챔버의 내부를 가열하는 단계(S30) 및 CVD 챔버 내에 원료 가스를 주입하는 단계(S40)는 CVD 챔버의 내부에 배치된 촉매 금속 지지 장치를 가열하고 이에 원료 가스를 분사하여 촉매 금속 지지 장치에 결합된 촉매 금속 필름(200)의 표면에 그래핀이 합성되도록 하는 단계이다. 각 프레임 사이에는 이격 공간이 형성되어 있으므로 그 사이로 원료 가스가 유동되면서 촉매 금속 필름(200)에 접촉되어 그래핀이 원활하게 합성될 수 있다.

본 출원인은 상술한 방법에 따른 그래핀 다매 합성 방법의 효과를 실제로 확인하기 위하여, 라만 분석 및 합성된 그래핀의 면저항을 측정하는 시험을 수행하였다. 본 출원인에 의한 시험에서는 상기의 촉매 금속 지지 장치(3)의 베이스부(101)의 지지바 설치부(121)를 중심으로 양측으로 두 장씩, 총 네 장의 촉매 금속 필름(200)을 배치하고 CVD 공정을 수행하는 것으로 하였다.

도 14a 및 도 14b는 각각 라만 분석을 결과를 도시한 것으로, 14a는 베이스부(101)를 중심으로 좌측에 배치된 두 장의 촉매 금속 필름(200)의 라만 분석 결과이며, 도 4b는 베이스부(101)를 중심으로 우측에 배치된 두 장의 촉매 금속 필름(200)의 라만 분석 결과이다. 도 14a 및 도 14b의 라만 분석 결과에 따르면, 총 네 장의 촉매 금속 필름(200)의 양면에 단일층 두께의 그래핀이 성공적으로 형성되었음을 알 수 있다.

도 15a 및 도 15b, 도 16a 및 도 16b는 합성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이다. 더욱 구체적으로, 도 15a는 베이스부(101)를 중심으로 좌측 가장자리에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이고, 도 15b는 베이스부(101)에 인접한 좌측에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이다. 또한, 도 16a는 베이스부(101)를 중심으로 우측 가장자리에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이고, 도 16b는 베이스부(101)에 인접한 우측에 배치된 촉매 금속 필름(200)의 일면에 형성된 그래핀의 면저항 값을 도시한 것이다. 한편, 각 촉매 금속 필름(200)의 양면에 형성된 그래핀의 특성은 매우 유사한 값을 가지므로 각 촉매 금속 필름(200)의 일면의 그래핀에 대해서만 측정 결과를 기술하였다.

또한, 촉매 금속 필름(200)의 표면에서 합성된 그래핀의 면저항 값에 대한 평균, 표준편차, 최소, 최대값도 구하였으며 이는 아래의 표 1에서 확인할 수 있다.

	좌측 외곽	좌측 내측	우측 내측	우측 외곽
면저항 평균(Ohm/sq.)	297	382	343	376
표준편차 (%)	9.4	16.5	5.3	14.2
최소값 (Ohm/sq.)	115	313	308	311
최대값 (Ohm/sq.)	368	566	380	612

면저항 측정 결과, 4장 모두 평균 300~380 Ohm/sq.(STDEV 5~15%) 수준으로 그래핀이 비교적 균일한 품질을 가지는 것으로 확인되었다.

즉, 본 실시예의 그래핀 다매 합성 방법에 따르면, 여러 장의 그래핀이 효과적으로 합성될 수 있음을 알 수 있다. 이는 프레임(305)이 촉매 금속 필름(200)을 서로 이격되게 안정적으로 지지하고 있어서 촉매 금속 필름(200)이 변형되거나 서로 달라붙는 현상이 효과적으로 방지되기 때문으로 파악된다.

한편, 상술한 촉매 금속 지지 장치(3)의 프레임(305)은 다른 형태로 구성될 수도 있다. 도 17은 촉매 금속 지지 장치(3)의 프레임의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 17에 도시된 프레임(307)은, 프레임(307)과 촉매 금속 필름(200)을 결합시키기 위하여 복수의 힌지 부재(3072,3076)를 구비한다.

힌지 부재(3072,3076)는 프레임(307)의 상측과 하측에 배치되며, 그 각각은 일측이 프레임(307)에 힌지로 결합되며 타측(3074)은 촉매 금속 필름(200)에 형성되어 있는 구멍(201)에 끼워진다.

프레임(307)의 상측에 위치한 한 쌍의 힌지 부재(3072)는 프레임(307)과 힌지 결합되는 힌지부(3073)가 촉매 금속 필름(200)의 구멍(201)의 위치보다 외측에 위치된다. 따라서 프레임(307) 상측의 힌지 부재(3072)는 자중에 의해서 촉매 금속 필름(200)의 구멍(201)에 끼워진 단부(3074)가 벌어지는 방향, 즉 도 17에서 화살표로 표시된 방향으로 힘을 받게 된다.

또한 프레임(307)의 하측에 위치한 한 쌍의 힌지 부재(3076)는 프레임(307)과 힌지 결합되는 힌지부(3077)가 촉매 금속 필름(200)의 구멍(201)의 위치보다 내측에 위치된다. 따라서 프레임(307) 하측의 힌지 부재(3076)는 자중에 의해서 촉매 금속 필름(200)의 구멍(201)에 끼워진 단부(3078)가 벌어지는 방향, 즉 도 17에서 화살표로 표시된 방향으로 힘을 받게 된다.

이와 같이 힌지 부재(3072,3076)가 외측으로 벌어지는 방향, 즉 촉매 금속 필름(200)을 펴주는 방향으로 중력을 받게 되므로, 촉매 금속 필름(200)이 고온의 CVD 챔버 내에서 열 팽창될 때 이를 효과적으로 펴주게 된다. 따라서 촉매 금속 필름(200)이 열 팽창되면서 굴곡이 형성되거나 구겨지는 현상이 효과적으로 억제될 수 있다. 그러므로 화학 기상 증착 공정에서 촉매 금속 필름(200)의 평탄성이 효과적으로 유지되고, 그 표면에서 합성되는 그래핀 역시 균일하게 형성될 수 있다.

한편, 상기의 프레임(307)은 좌우측의 힌지 부재(3072,3076)가 모두 프레임(307)에 힌지 결합되는 것으로 설명하였으나, 좌측 또는 우측 중 하나는 프레임에 고정되고 다른 하나만 프레임(307)에 힌지 결합되는 것일 수도 있다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치에 대해서 설명하도록 한다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매 금속 지지 장치(4)의 개략적인 사시도이다. 도 18을 참조하면, 본 실시예의 촉매 금속 지지 장치(4)는 프레임(309)과, 거치대(700)를 구비한다.

프레임(309)은 촉매 금속 필름(200)을 지지하기 위한 것으로, 거치부(3092), 측지지부(3094)를 구비한다. 거치부(3092)는 촉매 금속 필름(200)의 상측에 배치되며, 촉매 금속 필름(200)의 너비 방향으로 돌출되게 연장된다. 측지지부(3094)는 거치부(3092)에서 하측으로 연장되며, 촉매 금속 필름(200)의 양측에 결합되어 촉매 금속 필름(200)을 안정적으로 고정시키는 역할을 한다. 측지지부(3094)에는 돌출부(3095)가 형성되며 이 돌출부가 촉매 금속 필름(200)을 붙잡아 주는 형태로 촉매 금속 필름(200)과 결합될 수 있다.

거치대(700)는 복수의 프레임(309)을 수용할 수 있도록 복수의 슬롯(710)을 구비한다. 하나의 슬롯(710)에는 하나의 프레임(309)이 삽입될 수도 있으나, 하나의 슬롯(710)에 여러 개의 프레임(309)이 삽입될 수도 있다. 본 실시예에서 프레임(309)은 거치대(700)의 상측으로 접근하여 거치대(700)의 슬롯(710)에 삽입되며, 거치대(700)의 상측에는 프레임(309)의 거치부(3092)가 끼워질 수 있도록 결합홈(722)가 마련될 수 있다. 결합홈(722)은 거치대(700)의 상측에 배치되는 돌기부(720)의 사이에서 형성되는 것일 수 있다. 프레임(309)의 거치부(3092)가 결합되는 결합홈(722)은 프레임(309)이 서로 이격될 수 있도록 간격이 설정된다. 따라서 프레임(309)에 배치된 촉매 금속 필름(200)들도 상호 이격되며 그 사이로 원료 가스의 유동 공간이 형성되어, CVD 공정에서 원료 가스와 촉매 금속 필름(200)이 효과적으로 접촉될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 프레임(309)은 거치대(700)에 상측 방향으로부터 삽입되는 것으로 설명하였으나, 프레임(309)은 거치대(700)에 측면으로부터 접근되어 삽입되는 것일 수도 있다.

또한, 프레임(309)은 촉매 금속 필름(200)을 안정적으로 지지할 수 있고 거치대(700)의 슬롯(710)에 삽입 및 안착될 수 있는 형태이면 도 18과 다른 형태, 예컨대 도 11 또는 도 17의 형태로 이루어질 수도 있다.

상술한 촉매 금속 지지 장치(4)도 그래핀 다매 합성 장치에 채용될 수 있다. 도 19 및 도 21은 이러한 그래핀 다매 합성 장치(20)의 일 예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 19 및 도 21을 참조하면, 본 실시예의 그래핀 다매 합성 장치(20)는 CVD 챔버(400), 이동 지지부(800), 촉매 금속 지지 장치(4), 가열원(미도시) 및 서셉터(미도시)를 구비한다. 가열원 및 서셉터는 앞서 실시예의 그것과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.

CVD 챔버(400)는 본체(401)와 도어(402)를 구비한다. 도어(402)는 CVD 챔버(400)를 개방 및 폐쇄할 수 있도록 본체(401)에 대하여 이동 가능하게 배치된다.

이동 지지부(800)는 일측이 CVD 챔버(400)의 내부에 결합되며, 그 일부가 도어(402) 개방 시에 CVD 챔버(400)의 내부 및 외부를 출입할 수 있도록 이동 가능하게 배치된다. 본 실시예에서 이동 지지부(800)는 CVD 챔버(400)와 결합되는 결합부(810)와, 결합부(810)에 대해서 슬라이딩 이동 가능하게 배치되는 가동부(820), 상기 가동부(820)에 결합되어 CVD 챔버(400)를 출입할 수 있는 출입부(830)를 구비하는 형태로 이루어져 있다.

촉매 금속 지지 장치(4)는 도 18의 촉매 금속 지지 장치이며, 이동 지지부(800)의 출입부(830)에 배치된다. 따라서 촉매 금속 지지 장치(4)는 이동 지지부(800)의 출입부(830)와 함께 CVD 챔버(400)의 내외부를 드나들 수 있다. 이때, 촉매 금속 지지 장치(4)의 거치대(700)는 이동 지지부(800)의 출입부(830)에 결합되어 있고, 촉매 금속 필름(200)이 고정된 프레임(309)만이 거치대(700)에서 착탈될 수 있다.

도 21은 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법을 개략적으로 도시한 것으로, 상술한 그래핀 다매 합성 장치(20)에 의해서 수행될 수 있다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀 다매 합성 방법은 프레임(309)을 수용할 수 있는 복수의 슬롯(710)을 구비하는 거치대(700)를 마련하는 단(S210)계, 거치대(700)의 슬롯(710)에 프레임(309)을 삽입하는 단계(S220), 거치대(700)를 CVD 챔버(400)의 내부에 배치하는 단계(S230)를 포함한다.

프레임을 수용할 수 있는 복수의 슬롯(710)을 구비하는 거치대(700)를 마련하는 단계(S210)는, 촉매 금속 필름(200)을 지지하는 프레임(309)을 수용할 수 있는 거치대(700)를 준비하는 단계로, 도 18에 도시된 촉매 금속 지지 장치(4)가 이용될 수 있다.

거치대(700)의 슬롯(710)에 프레임(309)을 삽입하는 단계(S220)는, 촉매 금속 필름(200)이 장착된 프레임(309)을 거치대(700)의 슬롯(710)에 삽입시키는 단계이다. 거치대(700)에 삽입되는 프레임(309)은 서로 이격되므로 프레임(309)에 장착된 촉매 금속 필름(200)도 상호 이격된다. 본 단계는 도 20에 도시된 바와 같이, 거치대(700)가 CVD 챔버(400)의 외부에 위치된 상태에서 거치대(700)의 슬롯(710)에 프레임(309)을 삽입함으로써 수행될 수 있다.

거치대(700)를 CVD 챔버(400)의 내부에 배치하는 단계(S230)는, 촉매 금속 필름(200)이 장착된 촉매 금속 지지 장치(4)를 CVD 챔버(400)의 내부로 배치시키는 단계이다. 본 단계는 촉매 금속 지지 장치(4)를 도 19에 도시된 바와 같이 CVD 챔버의 내부에 밀어 넣어주고 도어(402)을 닫아주면 된다. 이때, 촉매 금속 지지 장치(4)는 이동 지지부(800)에 의해서 지지되므로 슬라이딩 이동에 의해서 용이하게 CVD 챔버(400)로 삽입될 수 있다.

이와 같이 촉매 금속 지지 장치(4)가 CVD 챔버(400)에 삽입된 상태에서 화학 기상 증착 공정을 수행하면 원료 가스가 촉매 금속 필름(200)들 사이를 유동할 수 있으므로, 그래핀이 촉매 금속 필름(200)의 양면에서 효과적으로 합성될 수 있다.

본 실시예에 그래핀 다매 합성 방법에 따르면 여러 장의 그래핀이 효과적으로 합성될 수 있음은 물론, 여러 장의 촉매 금속 필름(200)을 CVD 챔버(400)로 출입시키는 것이 매우 용이하여 촉매 금속 필름(200)을 교체하는 작업이 매우 손쉽게 수행될 수 있다.

한편, 상기에서는 그래핀 다매 합성 장치(20)의 이동 지지부(800)에 안착되는 촉매 금속 지지 장치가 도 18의 촉매 금속 지지 장치(4)인 것으로 예를 들어 설명하였으나, 그래핀 다매 합성 장치(20)의 이동 지지부(800)에 안착되는 촉매 금속 지지 장치는 도 1, 도 8, 도 11의 촉매 금속 지지 장치(1,2,3)이어도 무방하다. 이 경우 촉매 금속 지지 장치(1,2,3)의 베이스부(100,101)는 이동 지지부(800)의 출입부(830)에 결합될 것이다.

이상에서 본 발명의 일부 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다.

1,2,3,4 ... 촉매 금속 지지 장치 10,20 ... 그래핀 다매 합성 장치
100,101 ... 베이스부 130 ... 지지바
200 ... 촉매 금속 필름 300 ... 스페이서
400 ... CVD 챔버 500 ... 가열원
600 ... 서셉터 G ... 원료 가스

Claims (19)

1. 화학 기상 증착용 챔버 내에서 촉매 금속 필름을 지지하는 지지 장치로서,
   베이스부와,
   상기 베이스부에 결합되며, 복수의 상기 촉매 금속 필름이 끼워져 배치될 수 있도록 일 방향으로 연장되게 형성되는 적어도 하나의 지지바와,
   상기 촉매 금속 필름들이 서로 접촉되는 것을 제한하도록, 상기 촉매 금속 필름 사이의 상기 지지바에 결합되는 스페이서를 구비하는 촉매 금속 지지 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지바는,
   상기 베이스부를 중심으로 양 방향으로 배치되는 촉매 금속 지지 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 베이스부는,
   화학 기상 증착 챔버 내의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서를 구비하는 촉매 금속 지지 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 스페이서는,
   상기 지지 바의 길이 방향으로 상기 지지 바에 나사 결합되는 촉매 금속 지지 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 스페이서는,
   내측에 공간이 형성되며, 상기 촉매 금속 필름의 가장자리에 대응되는 형상으로 형성되는 촉매 금속 지지 장치.
6. 화학 기상 증착용 챔버 내에서 촉매 금속 필름을 지지하는 지지 장치로서,
   베이스부와,
   상기 베이스부에 결합되며, 일 방향으로 연장되게 형성되는 적어도 하나의 지지바와,
   상기 촉매 금속 필름의 적어도 일측과 결합되며, 상기 지지바에 결합되며, 서로 평행적으로 배열되는 복수의 프레임을 구비하는 촉매 금속 지지 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 프레임은,
   내측에 관통 공간을 구비하며,
   상기 촉매 금속 필름은 상기 프레임의 관통 공간에 배치되는 촉매 금속 지지 장치.
8. 제7항에 있어서,
   일측이 상기 프레임에 힌지 결합되며, 타측이 상기 촉매 금속 필름을 결합되는 힌지 부재를 더 구비하는 촉매 금속 지지 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 힌지 부재는,
   상기 촉매 금속 필름을 펴주는 방향으로 중력을 받는 촉매 금속 지지 장치.
10. 제6항에 있어서,
    상기 프레임을 수용할 수 있는 복수의 슬롯을 가지는 거치대를 더 구비하는 촉매 금속 지지 장치.
11. 화학 기상 증착용 챔버 내에서 촉매 금속 필름을 지지하는 지지 장치로서,
    복수의 슬롯을 구비하는 거치대와,
    상기 촉매 금속 필름의 적어도 일측과 결합되며, 상기 거치대의 슬롯에 삽입되는 복수의 프레임을 구비하는 촉매 금속 지지 장치.
12. 원료 가스의 유입부 및 유출부를 구비하는 화학 기상 증착 챔버와,
    상기 화학 기상 증착 챔버에 내에 배치되는 상기 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 촉매 금속 지지 장치와,
    상기 화학 기상 증착 챔버의 내부를 가열할 수 있는 가열원을 구비하는 그래핀 다매 합성 장치.
13. 제12항에 있어서,
    적어도 일부가 상기 화학 기상 증착 챔버의 내측과 외측을 출입 가능하게 배치되는 이동 지지부를 더 구비하며,
    상기 촉매 금속 지지 장치는 상기 이동 지지부의 상기 적어도 일부에 배치되는 그래핀 다매 합성 장치.
14. 화학 기상 증착 챔버 내에 복수의 촉매 금속 필름을 평행적으로 배치하는 단계;
    상기 복수의 촉매 금속 필름이 서로 접촉되는 것이 제한되도록, 상기 복수의 촉매 금속 필름 사이에 스페이서를 배치하는 단계;
    상기 화학 기상 증착 챔버의 내부를 가열하는 단계;
    상기 화학 기상 증착 챔버 내에 원료 가스를 주입하는 단계;를 포함하는 그래핀 다매 합성방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 화학 기상 증착 챔버 내에 복수의 촉매 금속 필름을 평행적으로 배치하는 단계는,
    일 방향으로 연장된 지지바에 복수의 촉매 금속 필름을 평행되게 끼우고, 상기 지지바를 상기 화학 기상 증착 챔버 내에 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 촉매 금속 필름 사이에 스페이서를 배치하는 단계는,
    상기 복수의 촉매 금속 필름 사이의 상기 지지 바에 상기 스페이서를 결합시키는 단계를 포함하는 그래핀 다매 합성방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 지지 바의 길이 방향으로 상기 지지 바와 나사 결합하는 그래핀 다매 합성방법.
17. 제14항에 있어서,
    상기 스페이서는,
    내측에 관통 공간이 형성되며, 상기 촉매 금속 필름의 가장 자리에 대응되는 형상으로 형성되는 그래핀 다매 합성방법.
18. 프레임에 촉매 금속 필름을 설치하는 단계;
    상기 촉매 금속 필름이 설치된 복수의 프레임을 화학 기상 증착 챔버 내에 서로 이격되게 평행적으로 배치하는 단계;
    상기 화학 기상 증착 챔버 내에 원료 가스를 주입하는 단계;
    상기 챔버의 내부를 가열하는 단계;를 포함하는 그래핀 다매 합성 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 촉매 금속 필름이 설치된 복수의 프레임을 화학 기상 증착 챔버 내에 평행적으로 배치하는 단계는,
    상기 프레임을 개별적으로 수용할 수 있는 복수의 슬롯을 구비하는 거치대를 마련하고, 상기 거치대의 슬롯에 상기 프레임을 삽입한 다음, 상기 거치대를 상기 화학 기상 증착 챔버의 내부에 삽입하는 단계를 포함하는 그래핀 다매 합성 방법.
    
    

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