KR20160055773A - 기판 성장 그래핀의 제조방법 및 기판 성장 그래핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은,
a. 기판에 금속층 구비 그 이후,
b. 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되,
c. 상기 에칭 가스 공급에서 탄소-포함 가스를 같이 공급하여, 상기 금속층 상에서 그래핀이 성장하며,
d. 상기 c 의 공정에서, 계속적인 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되, 에칭 가스로 인하여, 금속층의 금속이 계속적으로 전부 제거되어, 금속층을 포함하지 않은 상태로 기판상에 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
기판 성장 그래핀으로써,
상기 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,
상기 기판 성장 그래핀의 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 있어서의 결정립경은, 해당 기판 성장 그래핀의 해당 표면에 평행한 다른 어느 하나의 방향에 있어서의 결정립경보다 크고,
상기 기판 성장 그래핀의 상기 제1의 방향에 있어서의 결정립경은, 해당 그래핀의 해당 표면에 수직인 방향에 있어서의 결정립경보다 큰 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 제공한다.
또한, 본 발명은
기판 성장 그래핀으로써,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 따른 결정립계를 가지며,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제2의 방향에 따른 결정립계를 가지며,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 결정립계에 둘러싸인 영역의 내부에 있어서 단결정인 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 제공한다.
또한, 본 발명은
기판 성장 그래핀으로써,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 따른 결정립계를 복수 가지며,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제2의 방향에 따른 결정립계를 복수 가지며,
해당 기판 성장 그래핀은, 상기 결정립계에 둘러싸인 영역의 내부 각각에 있어서 단결정인 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 제공한다.

Description

기판 성장 그래핀의 제조방법 및 기판 성장 그래핀{Manufacturing method of substrate graphene growth and substrate graphene growth}

본 발명은, 기판 성장 그래핀의 제조방법, 기판 성장 그래핀 및 이를 포함하는 전자부품에 관한 것이다.

그래핀은 탄소 원자 한층으로 이뤄진 육각형 구조의 물질로 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전자를 전달하는 특성을 지니고 있다.

또한, 그래핀을 성장시키는 방법은 기상 탄소공급원을 도입하여 활성화 탄소를 형성시킨 이후, 상기 활성화 탄소로 인하여 촉매층에 그래핀 성장이 이루어지는 성장 방법을 주로 사용하고 있다.

종래의 기술에 의해 제조되는 그래핀은, 촉매 금속으로부터 결정이 랜덤으로 성장하기 때문에, 랜덤으로 결정립계가 생긴 불균질한 다결정막이 되어 버린다. 따라서, 그래핀의 성장을 제어함으로써 결정립계가 생긴 개소를 원하는 개소로 한정하고, 가능한 한 큰 단결정의 그래핀을 제조하는 기술이 요구되고 있다.

또한, 촉매 금속을 사용하는 그래핀 성장 방법은 일단 그래핀이 형성되어 버리면, 촉매의 금속은 그래핀과 기판사이에 끼워지게 되기 때문에, 금속의 제거에는, 많은 노력이 필요하며, 완전한 제거도 쉽지가 않다.

또한, 그래핀을 성장시키는 방법이 아닌 그래핀을 전사하는 방법은 그래핀을 전사할 때 결함이 생기기도 쉽다.

따라서, 기판상에 촉매 금속을 남기지 않고, 직접 기판의 표면에 접하는 그래핀을 제조하는 기술이 필요하다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하는 것으로, 기판 성장 그래핀의 제조방법, 기판 성장 그래핀 및 이를 포함하는 전자부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 상기 일면에서 기술한 것을 해결하기 위하여 본 발명은, 기판상에 촉매 금속을 남기지 않고, 직접 기판의 표면에 접하는 그래핀을 제조하는 기술이 필요했다. 또한, 가능한 한 큰 단결정의 그래핀을 제조하는 기술이 필요했다. 그러한 이유로, 본 발명은,

a. 기판에 금속층 구비 그 이후,

b. 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되,

c. 상기 에칭 가스 공급에서 탄소-포함 가스를 같이 공급하여, 상기 금속층 상에서 그래핀이 성장하며,

d. 상기 c 의 공정에서, 계속적인 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되, 에칭 가스로 인하여, 금속층의 금속이 계속적으로 전부 제거되어, 금속층을 포함하지 않은 상태로 기판상에 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 제시한다.

또한, 본 발명은 기판 성장 그래핀의 제조방법을 제시한다.

또한, 본 발명은

기판 성장 그래핀으로써,

상기 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,

상기 기판 성장 그래핀의 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 있어서의 결정립경은, 해당 기판 성장 그래핀의 해당 표면에 평행한 다른 어느 하나의 방향에 있어서의 결정립경보다 크고,

상기 기판 성장 그래핀의 상기 제1의 방향에 있어서의 결정립경은, 해당 그래핀의 해당 표면에 수직인 방향에 있어서의 결정립경보다 큰 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 제시한다.

또한, 본 발명은

기판 성장 그래핀으로써,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 따른 결정립계를 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제2의 방향에 따른 결정립계를 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 결정립계에 둘러싸인 영역의 내부에 있어서 단결정인 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 제시한다.

또한, 본 발명은

기판 성장 그래핀으로써,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 따른 결정립계를 복수 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제2의 방향에 따른 결정립계를 복수 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 결정립계에 둘러싸인 영역의 내부 각각에 있어서 단결정인 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 제시한다.

본 발명은, 그래핀을 기판에 성장 시키는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 기판 성장 그래핀을 제공한다.

또한, 본 발명은, 기판 성장 그래핀의 제조방법, 기판 성장 그래핀 및 이를 포함하는 전자부품을 제공한다.

도 1
도 1 은
(1). 기판 구비,
(2). 기판에 금속층 구비 그 이후,
(3). 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되,
(4). 상기 에칭 가스 공급에서 탄소-포함 가스를 같이 공급하여, 상기 금속층 상에서 그래핀이 성장하며,
(5). 상기 (4) 의 공정에서, 계속적인 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되, 에칭 가스로 인하여, 금속층의 금속이 계속적으로 전부 제거되어, 금속층을 포함하지 않은 상태로 기판상에 그래핀을 성장시키는 단계,
, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (5) 로 이어지는 기판 성장 그래핀의 제조방법의 제 1 실시예의 도면이다.
도 2a
본 발명의 한 실시예에서, 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법으로 구비된 기판 성장 그래핀의 제 1 의 예시를 나타내는 평면도이다.
도 2b
본 발명의 한 실시예에서, 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법으로 구비된 기판 성장 그래핀의 제 1 의 예시를 나타내는 단면도이다.
도 3
본 발명의 한 실시예에서, 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법으로 구비된 기판 성장 그래핀의 제 2 의 예시를 나타내는 평면도이다.
도 4
본 발명의 한 실시예에서, 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법으로 구비되는 하나 이상의 선상 그래핀 및 그 성장 방향을 설명하는 평면도이다.
도 5
본 발명의 한 실시예에서, 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법으로 구비되는 하나 이상의 면상 그래핀 및 그 성장 방향을 설명하는 평면도이다.
도 6a
도 6a 의 설명은 아래에 기술되는 (1) 또는 (2) 로 설명된다.
(1). 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포가 불균일하면, 그래핀의 성장은, 탄소-포함 가스의 농도가 높은 곳으로부터 시작되어, 탄소-포함 가스의 농도가 낮은 곳을 향해 성장하게 된다.
따라서, 탄소-포함 가스의 농도 분포를 적절히 설정함에 따라, 그래핀의 결정이 성장을 개시하는 위치 및 성장할 방향을 제어할 수 있다.
여기서, 탄소-포함 가스는 수소 가스의 농도 분포가 일정하게 유지되어 있는 상태에서, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.
또는, 본 발명의 한 실시예에서, 상기 탄소-포함 가스는 수소의 흐름이 일정하게 유지되어 있는 상태(예를들어, 수(several) sccm)에서, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.
(2). 탄소-포함 가스 공급은 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 함에 따라서, 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법
도 6b
도 6b 의 설명은 아래에 기술되는 (1) 또는 (2) 로 설명된다.
(1). 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳의 금속층상에서 그래핀으로 성장하게 될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 금속층(금속) 제거에 의해서 최초로 핵발생(nucleate)한 그래핀에, 높은 모빌리티를 가진 탄소가 이동하여 들어가게 되므로, 새로운 그래핀의 핵 발생은 억제될 수 있으며, 그래핀의 결정립경이 커질 수 있다.
따라서, 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포가 균일하더라도, 그래핀의 성장은, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳으로부터 시작되어, 에칭 가스의 농도가 높은 곳을 향해 성장하게 된다.
(2). 에칭 가스 공급은 금속층에 있어서 에칭 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 함에 따라서, 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법
도 6c
도 6c 의 설명은 아래에 기술되는 (1) 또는 (2) 로 설명된다.
(1). 본 도면에서 설명하고자 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래와 같이 기술될 수 있다.
a. 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 구비하도록 형성한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.
b. 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.
c. 금속층에 있어서 금속층의 낮은 곳에 탄소-포함 가스의 농도를 높인다.
d. LPCVD 를 수행한다.
e. 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.
f. 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.
g. 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다. 이때 기판의 표면에 직접 접하게 되는 그래핀은 큰 결정을 실현할 수 있다, 로 구성되는 상기 a 내지 g 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.
(2). 탄소-포함 가스 공급은 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 하고,
에칭 가스 공급은 금속층에 있어서 에칭 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 하여,
상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법
도 7
도 7 의 설명은 아래와 같다.
(1). 기판을 준비한다. 그리고, 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간하고, 슬릿 마스크(예를 들어, 금속박 등에 슬릿을 설치한 것)를 배치하여, 슬릿을 경유해 금속을 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.
(2). 그러면, 슬릿의 근방에서 금속층은 높게 형성되고, 슬릿으로부터 멀어지면, 금속층은 낮게 형성된다. 본 실시예에서는, 금속을 위에서 아래로 공급하고 있기 때문에, 금속층의 형상은 좌우 대칭이 된다
도 8
도 8 의 설명은 아래와 같다.
굴곡이 구비된 기판에 금속층(200)이 구비된다. 금속층(200)은, 작고 큰 두개의 사각형 무늬 형상으로 형성될 수 있다. 작고 큰 두개의 사각형 무늬는, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 할 수 있다(예를들어, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역의 중심지점(center point)이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 의미할 수 있다). 금속층(200)의 두께는, 제 1 영역은 제 2 영역보다 얇고, 제 2 영역 내에서는, 좌측 아래의 정점으로부터 다른 3개의 정점을 향해 두꺼워지도록 기울기가 구비된다.
본 도면에 있어서 금속층(200)은, 음영(shade)에 의해 도시되어 있으며, 음영이 진한 장소일수록 금속층(200)은 얇고, 음영이 희미한 장소일수록 금속층(200)은 두껍다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 일반적으로 통용되는 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관계에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서의 전반적으로 기술된 설명을 토대로 내려져야 할 것이다.

기판 성장 그래핀의 제조방법 및 기판 성장 그래핀

종래의 기술에 의해 제조되는 그래핀은, 촉매 금속으로부터 결정이 랜덤으로 성장하기 때문에, 랜덤으로 결정립계가 생긴 불균질한 다결정막이 되어 버린다. 따라서, 그래핀의 성장을 제어함으로써 결정립계가 생긴 개소를 원하는 개소로 한정하고, 가능한 한 큰 단결정의 그래핀을 제조하는 기술이 요구되고 있다.

또한, 촉매 금속을 사용하는 그래핀 성장 방법은 일단 그래핀이 형성되어 버리면, 촉매의 금속은 그래핀과 기판사이에 끼워지게 되기 때문에, 금속의 제거에는, 많은 노력이 필요하며, 완전한 제거도 쉽지가 않다.

또한, 그래핀을 성장시키는 방법이 아닌 그래핀을 전사하는 방법은 그래핀을 전사할 때 결함이 생기기도 쉽다.

따라서, 기판상에 촉매 금속을 남기지 않고, 직접 기판의 표면에 접하는 그래핀을 제조하는 기술이 필요하다.

따라서, 본 발명의 한 실시예에서, 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

(1). 기판상에 금속층 구비(또는 증착) 그 이후,

(2). 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되,

(3). 상기 에칭 가스 공급에서 탄소-포함 가스를 같이 공급하여, 상기 금속층 상에서 그래핀이 성장하며,

(4). 상기 (3)의 공정에서, 계속적인 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되, 에칭 가스로 인하여(또는 에칭 가스를 계속적으로 공급하여), 금속층의 금속이 계속적으로 전부 제거되어, 기판상에 그래핀이 직접 접하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

다시 설명하자면, 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(LPCVD)을 유지한 채로 상기 금속층을 에칭 가스로 제거하는 제거 공정을 구비하여, 금속층을 포함하지 않은 상태로 기판상에 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

여기서, 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하는 것은, 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하기 이전에 저압의 진공도(예를들어 수십 mTorr)를 유지하면서, 온도를 높이는 공정(예를들어, 1000 ℃ 까지)이 포함되거나, 더 기재될 수 있는 것을 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단하여, 생략된 것을 의미하나, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 쉽게 이해할 수 있을 것입니다. 또한, 본 발명의 한 실시예에서, 상기 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하는 것은, 수소의 흐름이 일정하게 유지되어 있는 상태(예를들어, 수(several) sccm)에서 수행되는 것을 의미합니다.

본 발명에서 제시되는 "저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)"은 "LPCVD"로 표기될 수 있다. 본 발명에서 제시되는 LPCVD 공정은 금속층의 에칭공정을 LPCVD 공정에 포함하여 그래핀을 기판상에 직접 성장시키는, 본 발명에서 새로운 기술로 명칭하는 기판 성장 그래핀의 제조방법으로서의 LPCVD 공정을 의미한다.

본 발명에서 제시되는 "탄소-포함 가스"는 수소 가스의 농도 분포가 일정하게 유지되어 있는 상태에서 즉, 수소 가스의 농도 분포가 균일한 상태에서 구비되는, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다. 덧붙여 설명하자면, "탄소-포함 가스"는 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명에서 제시되는 "탄소-포함 가스"는 수소 가스의 농도 분포가 일정하게 유지되어 있는 상태에서 즉, 수소의 흐름이 일정하게 유지되어 있는 상태(예를들어, 수(several) sccm)에서 구비되는, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다. 덧붙여 설명하자면, "탄소-포함 가스"는 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명에서 제시되는 "탄소-포함 가스"는 탄소를 포함하는 화합물 및 수소가스를 같이 포함하는 통합적인 가스로써 기술되는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명에서 제시되는 "탄소-포함 가스"는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스 및 수소가스를 같이 포함하는 통합적인 가스로써 기술되는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 LPCVD를 유지한 상태에서 금속층의 제거로, 상기 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 금속층상에서 그래핀으로 성장하게 될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 금속층(금속) 제거에 의해서 최초로 핵발생(nucleate)한 그래핀에, 높은 모빌리티를 가진 탄소가 이동하여 들어가게 되므로, 새로운 그래핀의 핵 발생은 억제될 수 있으며, 그래핀의 결정립경이 커질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서 금속층 제거 공정에서는, 에칭 가스를 공급하여, 해당 금속층을 제거하도록 구성한다. 본 기판 성장 그래핀의 제조방법에 따라 금속층이 모두 제거될 때까지, 충분한 시간동안 에칭을 하면, 그래핀은, 사이에 금속층을 개재하지 않고, 기판에 접하게 된다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 또한, 아래와 같이 서술된다. LPCVD를 유지한 채로, 금속층을, 염소 등의 에칭 가스에 의해 제거한다. 그러면, 금속층의 표면에, 탄소가 그래핀으로서 성장한다. 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다.

그러므로, 종래의 금속 촉매를 이용한 제조방법과는 달리, 금속을 포함하지 않은 상태로 그래핀을 기판상에 직접 성장시킬 수 있다. 또한, 미리 그래핀의 패턴을 제작하고 나서 전사를 하는 종래의 방법에서는, 마이크로미터 스케일의 작은 패턴을 만들려고 하더라도, 전사 시에 손상이 생기게 된다. 하지만, 본 발명에서 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법에서는, 금속층의 형상을 선택적 식각을 수행하여 자유롭게 조절함으로써 미세한 라인 폭의 그래핀 패턴을 기판상에 형성할 수 있다. 또한, 그래핀을 기판의 넓은 영역에 전사 하고 나서 에칭에 의해 패터닝을 하는 종래의 방법에서는, 이미 구조가 형성된 기판에 적용 시 그래핀이 정확히 구비가 되지 않는 문제가 발생한다. 하지만, 본 발명에서 제시하는 기판 성장 그래핀의 제조방법에서는, 금속층의 형상을 선택적 식각을 수행하여 자유롭게 조절함으로써, 이러한 문제가 발생하지 않는다. 여기서, 선택적 식각이란 식각프로세스를 수행하여 원하는 부위만 남기는 것을 의미한다. 상기 식각프로세스를 수행하는 기술들은 당업자에게는 알려져 있고 따라서 여기서는 더 이상 설명하지 않는다.

본 발명의 한 실시예에서, 금속층을 구비하는 방법은 석택적 식각을 수행하는 방법 이외에도, 레지스트 마스크를 이용하여, 레지스트 마스크가 구비된 위치에 금속층 증착 이후, 레지스트 마스크를 용해함으로써, 레지스트 마스크 및 그 표면에 형성된 금속층을 제거하고, 이에 따라서, 원하는 패턴과 형상을 가진 금속층을 구비하는 방법을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 에칭 가스 및 탄소-포함 가스의 공급 환경을 적절히 설정하고, 그래핀의 성장을 수행하면, 기판에, 적은 수의 단결정의 그래핀을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 에칭 가스 및 탄소-포함 가스의 공급 환경 및 그래핀의 성장 환경을 적절히 설정하고, 그래핀의 성장을 수행하면, 기판에, 적은 수의 단결정의 그래핀을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층의 금속은 니켈이며, 에칭 가스로서 염소를 이용할 수 있다. 그렇지만, 본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 탄소를 그래핀으로 성장시킬 수 있는 임의의 금속과, 해당 금속에 대한 에칭 가스를 이용할 수도 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 상기 임의의 금속은 단결정 금속, 다결정 금속, 중 선택되는 금속을 의미할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 상기 임의의 금속은 원자들이 가지런히 정렬된 금속을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은 원자들이 가지런히 정렬된 금속층을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층의 금속은, 탄소가 그래핀으로 성장가능하고, 에칭 가스에 의해 제거가 가능한 1개의 금속 원소로 이루어진 순금속이나 복수의 금속 원소로 이루어진 합금을 이용할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법은 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행하기 이전에, (1). 구리층(금속층)을 700 내지 800 도 가량으로 가열하고, (2). 수십 sccm의 수소를 공급하여, 그래핀 성장 이전에 수소 플라즈마를 인가함으로써 구리층(금속층) 표면의 산화물을 제거하는 공정을 추가적인 선택으로 포함하여 수행할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은 추가적인 선택으로 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing(CMP) 를 수행하여 상기 금속층의 두께 및 평탄도를 바람직한 수준으로 조절 할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은 금속층의 증착과 선택적 식각을 수행한 금속층을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은 금속층의 증착 및 CMP 를 수행하고, 그 이후, 선택적 식각을 수행한 금속층을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은 선택적 식각된 금속층, CMP 공정을 수행한 금속층, 중 하나 이상 선택되는 금속층을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 기판은 금속층이 구비되어 있는 상태로 LPCVD 챔버내로 위치되어, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 기판을 위치시키는 공정은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber) 위치결정공정, 롤투롤 위치결정공정, 중 선택되는 위치결정공정방법을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 로드-잠금 챔버를 이용함으로써 그래핀 형성 전과 후의 과정에서 기판의 환경을 적절히 조절할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 로드-잠금 챔버를 이용함으로써 그래핀 형성 환경을 적절히 조절할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 그래핀 성장 과정을 적절히 조절함으로써 그래핀의 생성 정도를 조절할 수 있다. 따라서 목적하는 그래핀 시트의 두께를 얻기 위해서는 에칭 가스 및 탄소-포함 가스의 종류 및 공급 압력, 공급 범위, 공급량, 금속층의 종류, 챔버의 크기 외에, LPCVD 공정의 온도 및 유지시간이 중요한 요소로서 작용할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 기판의 상부에 구비되는 금속층을 구비하는 단계는 증착, 전자 빔 증착, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(Atomic Layer Deposition: ALD), 물리적기상증착(Physical Vapor Deposition: PVD), 화학적기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 중 선택되는 방법을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 수소는 그래핀 결정의 크기 및 핵 생성 밀도에 영향을 줄 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 수소는 특별히 기재하지 않더라도 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행하는 동안에, 수소의 흐름이 일정하게 유지되어 있는 상태(예를들어, 수(several) sccm)가 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법에 포함되어 수행되는 것을 의미할 수 있습니다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, LPCVD에 의하여 그래핀을 형성하는 것은 낮은 압력 예를 들어, 수십 mTorr 정도의 진공도를 유지하면서 약 1000℃ 가량의 온도로 가열한 이후, 수백 mTorr 정도의 진공도를 유지하면서, 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 주입(또는 공급)하여, 상기 챔버 내의 기판 상에 형성된 금속층 상에 탄소-포함 가스의 반응에 의하여 그래핀이 형성된다. 따라서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 상기 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 계속적으로 수행하되, 에칭 가스로 인하여(또는 에칭 가스를 계속적으로 공급하여), 금속층이 전부 제거되어, 기판상에 그래핀이 직접 접하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 본 발명의 한 실시예에서, 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, (1). 수소는 기판 성장 그래핀의 제조방법 수행동안 2 sccm 으로 유지하며, (2). 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 주입(또는 공급)하기 전에 유지하는 진공도는 40 mTorr 이하의 진공도를 유지하고, (3). 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 주입(또는 공급)하면서는 500 mTorr 이하의 진공도를 유지하며, (4). 여기서, 탄소-포함 가스는 메탄을 35 sccm 으로 유지하는 것, 을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, LPCVD에 의하여 그래핀을 형성하는 것은 낮은 압력 예를 들어, 수십 mTorr 정도의 진공도를 유지하면서 약 1000 내지 1100 ℃ 가량의 온도로 가열한 이후, 수백 mTorr 정도의 진공도를 유지하면서, 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 주입(또는 공급)하여, 상기 챔버 내의 기판 상에 형성된 금속층 상에 탄소-포함 가스의 반응에 의하여 그래핀이 형성된다. 따라서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 상기 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 계속적으로 수행하되, 에칭 가스로 인하여(또는 에칭 가스를 계속적으로 공급하여), 금속층이 전부 제거되어, 기판상에 그래핀이 직접 접하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 상기 LPCVD 과정은 상기 금속층 영역 전체에서 상기 탄소-포함 가스가 균일하게 분사되어 균일한 그래핀이 형성되도록 하는 것이 중요하며, 더하여, 에칭 가스 또한 균일하게 분사되어 균일하게 금속층이 제거되도록 하는 것이 중요하다. 상기 과정을 수행하면 상기 기판상에 그래핀이 직접 접하는 기판 성장 그래핀을 형성할 수 있다.

그런데, 일정한 농도의 에칭 가스가 금속층 표면에 접하고, 금속이 똑같이 에칭된다고 했을 경우를 생각한다.

이 경우, 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포가 균일하면, 그래핀 성장의 개시점은 랜덤이 된다.

한편, 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포가 불균일하면, 그래핀의 성장은, 탄소-포함 가스의 농도가 높은 곳으로부터 시작되어, 탄소-포함 가스의 농도가 낮은 곳을 향해 성장하게 된다.

따라서, 탄소-포함 가스의 농도 분포를 적절히 설정함에 따라, 그래핀의 결정이 성장을 개시하는 위치 및 성장할 방향을 제어할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 탄소-포함 가스는 수소 가스의 농도 분포가 일정하게 유지되어 있는 상태에서, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 탄소-포함 가스는 수소의 흐름이 일정하게 유지되어 있는 상태(예를들어, 수 sccm)에서, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.

이 외에, 에칭 가스의 농도 분포를 불균일하게 설정할 수 있다면, 에칭 가스의 농도가 높은 곳은 금속의 제거가 빠르게 된다.

따라서, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳의 금속층상에서 그래핀으로 성장하게 될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 금속층(금속) 제거에 의해서 최초로 핵발생(nucleate)한 그래핀에, 높은 모빌리티를 가진 탄소가 이동하여 들어가게 되므로, 새로운 그래핀의 핵 발생은 억제될 수 있으며, 그래핀의 결정립경이 커질 수 있다.

따라서, 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포가 균일하더라도, 그래핀의 성장은, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳으로부터 시작되어, 에칭 가스의 농도가 높은 곳을 향해 성장하게 된다.

이와 같이, 에칭 가스의 농도 분포를 적절히 설정함에 의해서도, 그래핀의 결정이 성장을 개시하는 위치 및 성장할 방향을 제어할 수 있다.

이와 같이 하여, 그래핀의 성장의 개시점과 방향을 제어하면, 그래핀의 결정립계는 성장 개시점 및 그래핀 끼리 연결되는 성장 종료점에만 형성되기 때문에, 결정립계를 소정의 위치에 제어할 수 있고, 또한 그래핀의 성장 개시점을 줄이는 것으로 매우 큰 결정립경을 실현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 한 실시예에서, 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 구비하도록 형성하고, 금속층의 높은 곳의 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성한다면, 기판상에 접하게 되는 그래핀은 큰 결정립경을 실현할 수 있다.

또한, 상기와 같은 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포의 설정과, 에칭 가스의 농도 분포의 설정을, 적당히 조합하고, 그래핀의 결정이 성장을 개시하는 위치 및 성장할 방향을 제어해도 좋다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래와 같이 기술될 수 있다.

(1). 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 구비하도록 형성한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(2). 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(3). 금속층에 있어서 금속층의 낮은 곳에 탄소-포함 가스의 농도를 높인다.

(4). LPCVD 를 수행한다.

(5). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(6). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.

(7). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다. 이때 기판의 표면에 직접 접하게 되는 그래핀은 큰 결정립경을 실현할 수 있다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (7) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거하는 것은 아래와 같이 기술되는 공정을 수행할 수 있다. (1). 레지스트 마스크를 형성한다. 레지스트 마스크를 형성하는 기술들은 당업자에게는 알려져 있고 따라서 여기서는 더 이상 설명하지 않는다, (2). 증착공정을 수행하여 금속층을 형성한다, (3). 그 다음으로, 레지스트 마스크를 용해함으로써, 레지스트 마스크 및 그 표면에 형성된 금속층을 제거하고, 원하는 패턴과 형상을 가진 금속층을 구비한다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (3) 으로 이어지는 공정을 수행할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 실시예는, 금속층의 두께를 불균일하게 형성함에 따라서, 그래핀을 원하는 위치부터 원하는 방향으로 성장시키는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다. 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래의 <A>, <B>, <C>, 중 선택되는 것으로 기술된다.

<A>

(1). 기판을 준비한다.

(2). 그리고, 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간하고, 슬릿 마스크(예를 들어, 금속박 등에 슬릿을 설치한 것)를 배치하여, 슬릿을 경유해 금속을 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(3). 그러면, 슬릿의 근방에서 금속층은 높게 형성되고, 슬릿으로부터 멀어지면, 금속층은 낮게 형성된다. 본 실시예에서는, 금속을 위에서 아래로 공급하고 있기 때문에, 금속층의 형상은 좌우 대칭이 된다(A지점과 B지점).

(4). 금속층의 높은 곳 및 금속층 다른 한쪽의 낮은 곳(B지점)은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층 한쪽의 낮은 곳(A지점)은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(5). 금속층에 있어서 금속층 한쪽의 낮은 곳(A지점)에 탄소-포함 가스의 농도를 높인다.

(6). LPCVD 를 수행한다.

(7). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층 한쪽의 낮은 곳(A지점)이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(8). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.(즉, 본 실시예에서는 좌에서 우로 또는 우에서 좌로 성장한다),

(9). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (9) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<B>

(1). 기판을 준비한다.

(2). 그리고, 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간하고, 슬릿 마스크(예를 들어, 금속박 등에 슬릿을 설치한 것)를 배치하여, 슬릿을 경유해 금속을 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(3). 그러면, 슬릿의 근방에서 금속층은 높게 형성되고, 슬릿으로부터 멀어지면, 금속층은 낮게 형성된다. 본 실시예에서는, 금속을 위에서 아래로 공급하고 있기 때문에, 금속층의 형상은 좌우 대칭이 된다(A지점과 B지점).

(4). 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳(A지점과 B지점)은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(5). 금속층에 있어서 금속층의 낮은 곳(A지점과 B지점)에 탄소-포함 가스의 농도를 높인다.

(6). LPCVD 를 수행한다.

(7). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층의 낮은 곳(A지점과 B지점)이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(8). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.(즉, 본 실시예에서는 좌우로 성장한다),

(9). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다. 본 발명의 한 실시예에서, 그래핀의 결정립계는 성장 방향이 충돌하는 중앙부에 생긴다. 덧붙여, 그래핀의 결정립계는 성장의 개시점에도 생길 수 있다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (9) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<C>

본 실시예는, 상기 실시예 <B>를 2회 반복할 때, 슬릿 마스크의 방향을 90도 회전시킴으로써, 사각형 무늬(또는 바둑판 무늬) 형상의 결정립계를 가진 그래핀을 제조하는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다.

(1). 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 슬릿을 좌우 방향으로 위치하도록, 슬릿 마스크를 설치한다. 덧붙여 설명하자면, 본 발명의 한 실시예에서, 슬릿은 반복해 규칙적으로 배치되어 있다(아래 기술되는 슬릿보다 슬릿의 폭이 좁다).

(2). 그리고, 금속을 공급하여 금속층을 선상으로 형성한다. 그러면, 금속층의 높낮이는, 상하 방향을 따라서 변화하게 된다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(3). 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 그래핀이 상하 방향으로 성장한다.

(4). 금속이 모두 제거되면, 선상 그래핀(들)이 형성되게 된다.

(5). 이 후, 기판의 선상 그래핀(들) 상부에 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 슬릿이 선상 그래핀(들)의 긴 방향과 평행하게 되고, 정확히 선상 그래핀(또는 선상 그래핀 끼리)의 중간에 슬릿이 배치되도록, 슬릿 마스크를 설치한다. 덧붙여 설명하자면, 슬릿은 반복해 규칙적으로 배치되어 있다.

(6). 그리고, 금속을 공급하여 금속층을 형성한다. 그러면, 금속층의 높낮이는, 좌우 방향을 따라서 변화하게 된다. 덧붙여, 선상 그래핀(들) 위에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 적당히 레지스트 마스크 등을 이용하고 제거해도 좋다. 또한, 공급하는 금속의 양이나 슬릿 마스크의 슬릿의 크기, 기판과의 거리를 조정하는 것으로, 선상 그래핀(들)의 일부는 금속층에, 잔류하도록 구성해도 좋다.

(7). 이후, 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 잔류하고 있는 선상 그래핀(들)을 개시 위치로 하고, 면상 그래핀이, 슬릿 마스크의 슬릿의 긴 방향과는 직교하는 방향, 즉, 선상 그래핀(들)의 긴 방향과는 수직인, 좌우 방향으로 성장한다.

(8). 금속이 모두 제거되면, 사각형 무늬(또는 바둑판 무늬) 형상의 결정립계로 구분된 면상 그래핀이 형성된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (8) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

따라서, 본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 그래핀이 상하 방법(제1의 방향)과 좌우 방법(제2의 방향)에 의하여, 일정한 간격으로, 규칙적인 바둑판무늬 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 정방형의 단결정으로 이루어진 그래핀이, 기판을 덮도록 형성할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 그래핀의 기판상에 있어서의 성장의 개시점이나 방향 등을 제어하는 것이 가능하기 때문에, 결정립계를 정방형이나 장방형 등, 각종의 형상으로 할 수 있다. 나아가, 단결정의 그래핀의 면적을, 종래보다 현격히 크게 할 수 있다. 물론, 본 발명의 한 실시예에서, 작은 소량의 다결정이 단결정과 함께 남아 있을 수는 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 실시예는, 금속층의 두께를 불균일하게 형성함에 따라서, 그래핀을 원하는 위치부터 원하는 방향으로 성장시키는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다. 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래의 <A>, <B>, <C>, 중 선택되는 것으로 기술된다.

<A>

(1). 금속층의 형상을 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 아래에서 위로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 형상을 구비한다. 즉, 금속층은 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 구비하도록 형성된다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(2). 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(3). 금속층에 있어서 금속층의 낮은 곳에 탄소-포함 가스의 농도를 높인다.

(4). LPCVD 를 수행한다.

(5). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(6). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.

(7). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 선상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (7) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<B>

(1). 상기 실시예 <A> 의 기술된 설명 이후, 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 오른쪽에서 왼쪽으로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 형상을 구비한다. 즉, 금속층은 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성된다. 덧붙여, 선상 그래핀 위에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 적당히 레지스트 마스크 등을 이용하고 제거해도 좋다. 또한, 공급하는 금속의 양이나 슬릿 마스크의 슬릿의 크기, 기판과의 거리를 조정하는 것으로, 선상 그래핀의 일부는 금속층에, 잔류하도록 구성해도 좋다.

(2). 이후, 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 잔류하고 있는 선상 그래핀을 개시 위치로 하고, 면상 그래핀이, 선상 그래핀의 긴 방향과는 수직인, 오른쪽에서 왼쪽으로 성장한다.

(3). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 면상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 상기 면상 그래핀은 단결정으로 형성된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (3) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<C>

(1). 굴곡이 구비된 기판에 금속층이 구비된다. 금속층은, 작고 큰 두개의 사각형 무늬 형상으로 형성될 수 있다. 작고 큰 두개의 사각형 무늬는, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 할 수 있다(예를들어, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역의 중심지점(center point)이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 의미할 수 있다). 금속층의 두께는, 제 1 영역은 제 2 영역보다 얇고, 제 2 영역 내에서는, 좌측 아래의 정점으로부터 다른 3개의 정점을 향해 두꺼워지도록 기울기가 구비된다.

(2). 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 최초로 제 1 영역, 즉, 작고 큰 두개의 사각형 무늬의 좌측 아래의 정점 부근에 그래핀이 성장한다. 여기서 성장하는 그래핀은, 일반적으로는 다결정이 될 수 있다.

(3). 이대로 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 계속하면, 작고 큰 두개의 사각형 무늬의 좌측 아래의 정점 부근의 굴곡에 의해 다결정 중에서 최소한 하나가 결정핵으로 하여 넣어진다. 이 때문에, 굴곡의 폭은, 충분히 작게 한다. 그러면, 제 2 영역의 굴곡에 접하는 부분에 성장하는 그래핀은, 단결정이 된다.

(4). 본 발명에서는, 이 단결정을 핵으로서, 제 2 영역 내의 다른 3개의 정점을 향하고, 즉, 우측 위 방향으로 넓어지도록 그래핀이 성장한다.

(5). 여기서 성장하는 결정핵은, 굴곡에 의해서 넣어지고 있기 때문에, 최종적으로 얻을 수 있는 작고 큰 두개의 사각형 무늬 형상의 면상 그래핀은, 단결정이 되는 것이다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (5) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<D>

(1). 굴곡이 구비된 기판에 금속층이 구비된다. 금속층은, 바둑판 무늬 형상으로 형성될 수 있다. 바둑판 무늬는, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 할 수 있다(예를들어, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역의 중심지점(center point)이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 의미할 수 있다). 금속층의 두께는, 제 1 영역은 제 2 영역보다 얇고, 제 2 영역 내에서는, 좌측 아래의 정점으로부터 다른 3개의 정점을 향해 두꺼워지도록 기울기가 구비된다.

(2). 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 최초로 제 1 영역, 즉, 바둑판 무늬의 좌측 아래의 정점 부근에 그래핀이 성장한다. 여기서 성장하는 그래핀은, 일반적으로는 다결정이 될 수 있다.

(3). 이대로 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 계속하면, 바둑판 무늬의 좌측 아래의 정점 부근의 굴곡에 의해 다결정 중에서 최소한 하나가 결정핵으로 하여 넣어진다. 이 때문에, 굴곡의 폭은, 충분히 작게 한다. 그러면, 제 2 영역의 굴곡에 접하는 부분에 성장하는 그래핀은, 단결정이 된다.

(4). 본 발명에서는, 이 단결정을 핵으로서, 제 2 영역 내의 다른 3개의 정점을 향하고, 즉, 우측 위 방향으로 넓어지도록 그래핀이 성장한다.

(5). 여기서 성장하는 결정핵은, 굴곡에 의해서 넣어지고 있기 때문에, 최종적으로 얻을 수 있는 바둑판 무늬 형상의 면상 그래핀은, 단결정이 되는 것이다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (5) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 제 1 영역 및 제 2 영역의 형상은, 반드시 정방형에 한정되지 않고, 임의의 형상으로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제 2 영역은, 장방형 등의 평면을 구비하되, 제 1 영역인 좌측 아래의 정점으로부터 다른 3개의 정점을 향해 두꺼워지도록 기울기가 구비되는 형상으로 하면, 큰 면상 그래핀을 형성할 수 있다. 한편, 제 1 영역은, 굴곡을 형성할 수 있는 임의의 형상이면 충분하고, 정방형 외에, 원형 등의 형상을 채용해도 좋다. 본 발명의 한 실시예에서, 금속층은, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 1 영역과, 상기 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 2 영역이, 굴곡과 접하는 형상이며, 상기 제 1 영역은, 상기 금속층의 두께가, 상기 제 2 영역에 비해 얇고, 상기 제 2 영역은, 상기 굴곡으로부터 멀어지면 상기 금속층의 두께가 두꺼워지게, 상기 금속층의 두께에 기울기가 구비되도록 구성할 수 있다. (예를들어, (1). 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역과 제 2 영역의 좌측 아래의 정점(정점부분은 기판의 표면에 평행하게 넓어진다)은 굴곡과 접하고 있고, (2). 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역의 중심지점(center point)은, 기울기가 구비되는 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점(정점부분은 기판의 표면에 평행하게 넓어진다)에 연결된다.)

본 발명의 한 실시예에서, 본 실시예는, 금속층의 두께를 불균일하게 형성함에 따라서, 그래핀을 원하는 위치부터 원하는 방향으로 성장시키는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다. 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래의 <A>, <B>, <C>, 중 선택되는 것으로 기술된다.

<A>

(1). 금속층의 형상을 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 하나 이상 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 아래에서 위로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 것을 반복하는 형상을 구비한다. 즉, 금속층은 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 하나 이상 구비하도록 형성된다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(2). 하나 이상의 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 하나 이상의 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(3). 하나 이상의 금속층에 있어서 하나 이상의 금속층의 낮은 곳에 탄소-포함 가스의 농도를 높인다.

(4). LPCVD 를 수행한다.

(5). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 하나 이상의 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 하나 이상의 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(6). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.

(7). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 선상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다. 따라서, 상기 선상 그래핀은 결정립계가 중간중간에 형성된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (7) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<B>

(1). 상기 실시예 <A> 의 기술된 설명 이후, 하나 이상의 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 오른쪽에서 왼쪽으로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 형상을 구비한다. 즉, 하나 이상의 금속층은 중간중간에 형성되어 있는 결정립계에 맞춰, 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성된다. 덧붙여, 선상 그래핀 위에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 적당히 레지스트 마스크 등을 이용하고 제거해도 좋다. 또한, 공급하는 금속의 양이나 슬릿 마스크의 슬릿의 크기, 기판과의 거리를 조정하는 것으로, 선상 그래핀의 일부는 금속층에, 잔류하도록 구성해도 좋다.

(2). 이후, 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 잔류하고 있는 선상 그래핀을 개시 위치로 하고, 면상 그래핀이, 선상 그래핀의 긴 방향과는 수직인, 오른쪽에서 왼쪽으로 성장한다.

(3). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 면상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (3) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<C>

(1). 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 하나 이상의 선상 그래핀을 형성하고, 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 하나 이상의 면상 그래핀을 형성할 수 있다.

(2). 따라서, 면상 그래핀의 첨단이 옆의 면상 그래핀(또다른 선상 그래핀이 배치되어 있던 부분)에 이를 때까지 성장한다.

(3). 이와 같이 그래핀을 형성하면, 서로 가까운 격자점을 묶는 선분이 결정립계가 되고, 단결정이 격자모양으로 배치된다. 여기서, 바둑판 무늬의 크기를 작게 하면 할수록, 그래핀 결정의 크기는 작아지지만, 기판을 덮기 위한 제조 시간은 짧아진다. 따라서, 바둑판 무늬의 크기나 수는, 용도나 제조 비용에 따라 적절히 선택할 수 있다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (3) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 실시예는, 금속층의 두께를 불균일하게 형성함에 따라서, 그래핀을 원하는 위치부터 원하는 방향으로 성장시키는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다. 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래의 <A>, <B>, <C>, 중 선택되는 것으로 기술된다.

<A>

(1). 금속층의 형상을 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 하나 이상 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 아래에서 위로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 것을 반복하는 형상을 구비한다. 즉, 금속층은 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 하나 이상 구비하도록 형성된다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(2). 하나 이상의 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 하나 이상의 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(3). 하나 이상의 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포를 균일하게 구성한다.

(4). LPCVD 를 수행한다.

(5). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 하나 이상의 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 하나 이상의 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(6). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.

(7). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 선상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다. 따라서, 상기 선상 그래핀은 결정립계가 중간중간에 형성된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (7) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<B>

(1). 상기 실시예 <A> 의 기술된 설명 이후, 하나 이상의 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 오른쪽에서 왼쪽으로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 형상을 구비한다. 즉, 하나 이상의 금속층은 중간중간에 형성되어 있는 결정립계에 맞춰, 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성된다. 덧붙여, 선상 그래핀 위에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 적당히 레지스트 마스크 등을 이용하고 제거해도 좋다. 또한, 공급하는 금속의 양이나 슬릿 마스크의 슬릿의 크기, 기판과의 거리를 조정하는 것으로, 선상 그래핀의 일부는 금속층에, 잔류하도록 구성해도 좋다.

(2). 이후, 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 잔류하고 있는 선상 그래핀을 개시 위치로 하고, 면상 그래핀이, 선상 그래핀의 긴 방향과는 수직인, 오른쪽에서 왼쪽으로 성장한다.

(3). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 면상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (3) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<C>

(1). 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 하나 이상의 선상 그래핀을 형성하고, 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 하나 이상의 면상 그래핀을 형성할 수 있다.

(2). 따라서, 면상 그래핀의 첨단이 옆의 면상 그래핀(또다른 선상 그래핀이 배치되어 있던 부분)에 이를 때까지 성장한다.

(3). 이와 같이 그래핀을 형성하면, 서로 가까운 격자점을 묶는 선분이 결정립계가 되고, 단결정이 격자모양으로 배치된다. 여기서, 바둑판 무늬의 크기를 작게 하면 할수록, 그래핀 결정의 크기는 작아지지만, 기판을 덮기 위한 제조 시간은 짧아진다. 따라서, 바둑판 무늬의 크기나 수는, 용도나 제조 비용에 따라 적절히 선택할 수 있다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (3) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래와 같이 기술될 수 있다.

(1). 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 구비하도록 형성한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(2). 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(3). 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포를 균일하게 구성한다.

(4). LPCVD 를 수행한다.

(5). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(6). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.

(7). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다. 이때 기판의 표면에 직접 접하게 되는 그래핀은 큰 결정립경을 실현할 수 있다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (7) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 실시예는, 금속층의 두께를 불균일하게 형성함에 따라서, 그래핀을 원하는 위치부터 원하는 방향으로 성장시키는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다. 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래의 <A>, <B>, <C>, 중 선택되는 것으로 기술된다.

<A>

(1). 기판을 준비한다.

(2). 그리고, 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간하고, 슬릿 마스크(예를 들어, 금속박 등에 슬릿을 설치한 것)를 배치하여, 슬릿을 경유해 금속을 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(3). 그러면, 슬릿의 근방에서 금속층은 높게 형성되고, 슬릿으로부터 멀어지면, 금속층은 낮게 형성된다. 본 실시예에서는, 금속을 위에서 아래로 공급하고 있기 때문에, 금속층의 형상은 좌우 대칭이 된다(A지점과 B지점).

(4). 금속층의 높은 곳 및 금속층 다른 한쪽의 낮은 곳(B지점)은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층 한쪽의 낮은 곳(A지점)은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(5). 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포를 균일하게 구성한다.

(6). LPCVD 를 수행한다.

(7). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층 한쪽의 낮은 곳(A지점)이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(8). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.(즉, 본 실시예에서는 좌에서 우로 또는 우에서 좌로 성장한다),

(9). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (9) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<B>

(1). 기판을 준비한다.

(2). 그리고, 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간하고, 슬릿 마스크(예를 들어, 금속박 등에 슬릿을 설치한 것)를 배치하여, 슬릿을 경유해 금속을 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급한다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(3). 그러면, 슬릿의 근방에서 금속층은 높게 형성되고, 슬릿으로부터 멀어지면, 금속층은 낮게 형성된다. 본 실시예에서는, 금속을 위에서 아래로 공급하고 있기 때문에, 금속층의 형상은 좌우 대칭이 된다(A지점과 B지점).

(4). 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳(A지점과 B지점)은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(5). 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포를 균일하게 구성한다.

(6). LPCVD 를 수행한다.

(7). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층의 낮은 곳(A지점과 B지점)이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(8). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.(즉, 본 실시예에서는 좌우로 성장한다),

(9). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다. 본 발명의 한 실시예에서, 그래핀의 결정립계는 성장 방향이 충돌하는 중앙부에 생긴다. 덧붙여, 그래핀의 결정립계는 성장의 개시점에도 생길 수 있다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (9) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<C>

본 실시예는, 상기 실시예 <B>를 2회 반복할 때, 슬릿 마스크의 방향을 90도 회전시킴으로써, 사각형 무늬(또는 바둑판 무늬) 형상의 결정립계를 가진 그래핀을 제조하는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다.

(1). 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 슬릿을 좌우 방향으로 위치하도록, 슬릿 마스크를 설치한다. 덧붙여 설명하자면, 본 발명의 한 실시예에서, 슬릿은 반복해 규칙적으로 배치되어 있다(아래 기술되는 슬릿보다 슬릿의 폭이 좁다).

(2). 그리고, 금속을 공급하여 금속층을 선상으로 형성한다. 그러면, 금속층의 높낮이는, 상하 방향을 따라서 변화하게 된다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(3). 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 그래핀이 상하 방향으로 성장한다.

(4). 금속이 모두 제거되면, 선상 그래핀(들)이 형성되게 된다.

(5). 이 후, 기판의 선상 그래핀(들) 상부에 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 슬릿이 선상 그래핀(들)의 긴 방향과 평행하게 되고, 정확히 선상 그래핀(또는 선상 그래핀 끼리)의 중간에 슬릿이 배치되도록, 슬릿 마스크를 설치한다. 덧붙여 설명하자면, 슬릿은 반복해 규칙적으로 배치되어 있다.

(6). 그리고, 금속을 공급하여 금속층을 형성한다. 그러면, 금속층의 높낮이는, 좌우 방향을 따라서 변화하게 된다. 덧붙여, 선상 그래핀(들) 위에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 적당히 레지스트 마스크 등을 이용하고 제거해도 좋다. 또한, 공급하는 금속의 양이나 슬릿 마스크의 슬릿의 크기, 기판과의 거리를 조정하는 것으로, 선상 그래핀(들)의 일부는 금속층에, 잔류하도록 구성해도 좋다.

(7). 이후, 상기 실시예 <B>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 잔류하고 있는 선상 그래핀(들)을 개시 위치로 하고, 면상 그래핀이, 슬릿 마스크의 슬릿의 긴 방향과는 직교하는 방향, 즉, 선상 그래핀(들)의 긴 방향과는 수직인, 좌우 방향으로 성장한다.

(8). 금속이 모두 제거되면, 사각형 무늬(또는 바둑판 무늬) 형상의 결정립계로 구분된 면상 그래핀이 형성된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (8) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

따라서, 본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 그래핀이 상하 방법(제1의 방향)과 좌우 방법(제2의 방향)에 의하여, 일정한 간격으로, 규칙적인 바둑판무늬 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 정방형의 단결정으로 이루어진 그래핀이, 기판을 덮도록 형성할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 그래핀의 기판상에 있어서의 성장의 개시점이나 방향 등을 제어하는 것이 가능하기 때문에, 결정립계를 정방형이나 장방형 등, 각종의 형상으로 할 수 있다. 나아가, 단결정의 그래핀의 면적을, 종래보다 현격히 크게 할 수 있다. 물론, 본 발명의 한 실시예에서, 작은 소량의 다결정이 단결정과 함께 남아 있을 수는 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 실시예는, 금속층의 두께를 불균일하게 형성함에 따라서, 그래핀을 원하는 위치부터 원하는 방향으로 성장시키는 기판 성장 그래핀의 제조방법이다. 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법은 아래의 <A>, <B>, <C>, 중 선택되는 것으로 기술된다.

<A>

(1). 금속층의 형상을 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 아래에서 위로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 형상을 구비한다. 즉, 금속층은 선상으로 3차원적인 높낮이를 상하방향으로 구비하도록 형성된다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

(2). 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성한다.

(3). 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포를 균일하게 구성한다.

(4). LPCVD 를 수행한다.

(5). 그러면, 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳에서 그래핀으로 성장하게 된다. 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 된다.

(6). 이대로 LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하면, 성장한 그래핀이 한층 더 성장한다. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 하므로, 이 때문에, 탄소는, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장한다. 이때, 그래핀의 성장의 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 된다.

(7). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 선상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (7) 로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<B>

(1). 상기 실시예 <A> 의 기술된 설명 이후, 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성한다. 예를들어, 금속층의 두께는, 오른쪽에서 왼쪽으로 향하고, 두께가 점차 증가해 급격하게 원래대로 돌아가는 형상을 구비한다. 즉, 금속층은 3차원적인 높낮이를 좌우방향으로 구비하도록 형성된다. 덧붙여, 선상 그래핀 위에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 적당히 레지스트 마스크 등을 이용하고 제거해도 좋다. 또한, 공급하는 금속의 양이나 슬릿 마스크의 슬릿의 크기, 기판과의 거리를 조정하는 것으로, 선상 그래핀의 일부는 금속층에, 잔류하도록 구성해도 좋다.

(2). 이후, 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 잔류하고 있는 선상 그래핀을 개시 위치로 하고, 면상 그래핀이, 선상 그래핀의 긴 방향과는 수직인, 오른쪽에서 왼쪽으로 성장한다.

(3). 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 면상 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 된다, 상기 면상 그래핀은 단결정으로 형성된다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (3) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<C>

(1). 굴곡이 구비된 기판에 금속층이 구비된다. 금속층은, 작고 큰 두개의 사각형 무늬 형상으로 형성될 수 있다. 작고 큰 두개의 사각형 무늬는, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 할 수 있다(예를들어, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역의 중심지점(center point)이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 의미할 수 있다). 금속층의 두께는, 제 1 영역은 제 2 영역보다 얇고, 제 2 영역 내에서는, 좌측 아래의 정점으로부터 다른 3개의 정점을 향해 두꺼워지도록 기울기가 구비된다.

(2). 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 최초로 제 1 영역, 즉, 작고 큰 두개의 사각형 무늬의 좌측 아래의 정점 부근에 그래핀이 성장한다. 여기서 성장하는 그래핀은, 일반적으로는 다결정이 될 수 있다.

(3). 이대로 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 계속하면, 작고 큰 두개의 사각형 무늬의 좌측 아래의 정점 부근의 굴곡에 의해 다결정 중에서 최소한 하나가 결정핵으로 하여 넣어진다. 이 때문에, 굴곡의 폭은, 충분히 작게 한다. 그러면, 제 2 영역의 굴곡에 접하는 부분에 성장하는 그래핀은, 단결정이 된다.

(4). 본 발명에서는, 이 단결정을 핵으로서, 제 2 영역 내의 다른 3개의 정점을 향하고, 즉, 우측 위 방향으로 넓어지도록 그래핀이 성장한다.

(5). 여기서 성장하는 결정핵은, 굴곡에 의해서 넣어지고 있기 때문에, 최종적으로 얻을 수 있는 작고 큰 두개의 사각형 무늬 형상의 면상 그래핀은, 단결정이 되는 것이다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (5) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

<D>

(1). 굴곡이 구비된 기판에 금속층이 구비된다. 금속층은, 바둑판 무늬 형상으로 형성될 수 있다. 바둑판 무늬는, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 할 수 있다(예를들어, 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역의 중심지점(center point)이, 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점에 연결된 형상을 의미할 수 있다). 금속층의 두께는, 제 1 영역은 제 2 영역보다 얇고, 제 2 영역 내에서는, 좌측 아래의 정점으로부터 다른 3개의 정점을 향해 두꺼워지도록 기울기가 구비된다.

(2). 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한다. 그러면, 최초로 제 1 영역, 즉, 바둑판 무늬의 좌측 아래의 정점 부근에 그래핀이 성장한다. 여기서 성장하는 그래핀은, 일반적으로는 다결정이 될 수 있다.

(3). 이대로 상기 실시예 <A>의 기술된 설명에 근거하여, 기판 성장 그래핀의 제조방법을 계속하면, 바둑판 무늬의 좌측 아래의 정점 부근의 굴곡에 의해 다결정 중에서 최소한 하나가 결정핵으로 하여 넣어진다. 이 때문에, 굴곡의 폭은, 충분히 작게 한다. 그러면, 제 2 영역의 굴곡에 접하는 부분에 성장하는 그래핀은, 단결정이 된다.

(4). 본 발명에서는, 이 단결정을 핵으로서, 제 2 영역 내의 다른 3개의 정점을 향하고, 즉, 우측 위 방향으로 넓어지도록 그래핀이 성장한다.

(5). 여기서 성장하는 결정핵은, 굴곡에 의해서 넣어지고 있기 때문에, 최종적으로 얻을 수 있는 바둑판 무늬 형상의 면상 그래핀은, 단결정이 되는 것이다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (5) 으로 이어지는 공정을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 제 1 영역 및 제 2 영역의 형상은, 반드시 정방형에 한정되지 않고, 임의의 형상으로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제 2 영역은, 장방형 등의 평면을 구비하되, 제 1 영역인 좌측 아래의 정점으로부터 다른 3개의 정점을 향해 두꺼워지도록 기울기가 구비되는 형상으로 하면, 큰 면상 그래핀을 형성할 수 있다. 한편, 제 1 영역은, 굴곡을 형성할 수 있는 임의의 형상이면 충분하고, 정방형 외에, 원형 등의 형상을 채용해도 좋다. 본 발명의 한 실시예에서, 금속층은, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 1 영역과, 상기 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 2 영역이, 굴곡과 접하는 형상이며, 상기 제 1 영역은, 상기 금속층의 두께가, 상기 제 2 영역에 비해 얇고, 상기 제 2 영역은, 상기 굴곡으로부터 멀어지면 상기 금속층의 두께가 두꺼워지게, 상기 금속층의 두께에 기울기가 구비되도록 구성할 수 있다. (예를들어, (1). 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역과 제 2 영역의 좌측 아래의 정점(정점부분은 기판의 표면에 평행하게 넓어진다)은 굴곡과 접하고 있고, (2). 매우 작은 정방형으로 이루어진 제 1 영역의 중심지점(center point)은, 기울기가 구비되는 큰 정방형으로 이루어진 제 2 영역의 좌측 아래의 정점(정점부분은 기판의 표면에 평행하게 넓어진다)에 연결된다.)

본 발명의 한 실시예에서, 탄소-포함 가스의 농도 분포를 설정하는 것은 탄소-포함 가스의 분압을 조절하여 설정할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 에칭 가스의 농도 분포를 설정하는 것은 에칭 가스의 분압을 조절하여 설정할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 에칭 가스의 분압은, 염소를 원하는 농도로 희석하면 조정이 가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 금속층의 형상을 3차원적인 높낮이를 구비하도록 형성하는 공정 또는 금속층의 두께를 불균일하게 형성하는 공정은 아래와 같이 기술될 수 있다.

(1). 금속박 등에 하나 이상의 슬릿을 설치하고, 슬릿 마스크를 형성한다. 그리고, 슬릿 마스크를 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간시켜 배치하고, 금속을 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급하여, 슬릿 마스크를 경유해 기판에 이르도록 한다. 그러면, 슬릿 마스크의 슬릿에 대향하는 개소에서는 금속층이 두꺼워지고, 그곳으로부터 멀어짐에 따라서 금속층이 얇아진다,

(2). 금속박 등에 하나 이상의 슬릿을 설치하고, 슬릿 마스크를 형성한다. 그리고, 슬릿 마스크를 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간시켜 상부에 배치하고, 스퍼터링(sputtering) 방향을 기판 표면에 대해 수평 방향으로 하면, 슬릿의 근방에서는 금속층이 두껍게 형성되고, 슬릿으로부터 멀어지면, 금속층의 두께는 얇아진다,

(3). 슬릿 마스크를 기판으로부터 일정한 거리만큼 이간시켜 상부에 배치하고, 스퍼터링(sputtering) 방향을 기판 표면에 대해 수직 방향으로 하면, 슬릿의 근방에서는 금속층이 두껍게 형성되고, 슬릿으로부터 멀어지면, 금속층의 두께는 얇아진다,

(4). 또한, 복수의 와이어를 기판 표면에 접하게 배치함으로써, 상기의 슬릿 마스크 대신에 이용하게 하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 와이어가 스퍼터링(sputtering)에 대한 장애물이 되기 때문에, 와이어의 근방에서는 금속층이 얇아지고, 와이어로부터 멀어짐에 따라 금속층이 두꺼워진다,

(5). 이 외에, 금속을 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급할 때, 1개 내지 복수의 가동식 셔터를 설치하고, 셔터를 서서히 닫아 가는 것에 따른 방법도 있다. 이 방법에서는, 셔터의 처음에 닫혀진 부분 근방의 금속층은 얇고, 셔터의 마지막에 닫혀진 부분 근방의 금속층은 두꺼워진다, 로 구성되는 상기 (1) 내지 (5) 중 선택되는 방법을 구비할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 필요 이외의 부분에 금속층이 형성되지 않도록 하기 위하여, 레지스트 마스크 등을 이용하여 제거해도 좋다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서 LPCVD 공정 이후에, 상기 형성된 그래핀에 대하여 냉각공정을 수행할 수 있다. 상기 냉각공정은 형성된 그래핀이 균일하게 성장하여 일정하게 배열될 수 있도록 하기 위한 방법으로서, 급격한 냉각은 그래핀의 균열 등을 야기할 수 있으므로, 일정 속도로 서서히 냉각시키는 것이 좋다. 예를 들자면, 자연 냉각 등의 방법을 사용하는 것도 가능하다. 상기 자연 냉각은 열처리에 사용된 열원을 단순히 제거한 것으로서, 이와 같이 열원의 제거만으로도 충분한 냉각 속도를 얻는 것이 가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 에칭 가스 및 탄소-포함 가스와 함께 아르곤(Argon)을 더 공급하는 것을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 에칭 가스 및 탄소-포함 가스와 함께 환원가스를 더 공급하는 것을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 환원가스는 수소, 헬륨, 아르곤, 또는 질소를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 에칭 가스는 염소, 또는 염소를 포함하는 에칭 가스를 의미할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 에칭 가스는 염소, 또는 염소를 포함하는 에칭 가스에 한정되지 않으며, 그래핀을 성장시킬 수 있는 금속층의 에칭 가스라면 이용가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 그래핀의 층수는 수(several) 층 내지 50 층을 구비할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 그래핀 층수를 구비하기 위한 LPCVD 공정과 금속층 제거(에칭)공정 및 냉각 공정은 1 회 이상 수행되는 것을 의미한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 탄소-포함 가스는 메탄을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 탄소-포함 가스는 수소 가스 및 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스로 구성된다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 탄소-포함 가스는 수소 가스의 농도 분포가 일정하게 유지되어 있는 상태에서 즉, 수소 가스의 농도 분포가 균일한 상태에서 구비되는, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 탄소-포함 가스는 수소 가스의 농도 분포가 일정하게 유지되어 있는 상태에서 즉, 수소의 흐름이 일정하게 유지되어 있는 상태(예를들어, 수(several) sccm)에서 구비되는, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 수소(또는 수소 가스)는 그래핀 결정의 크기 및 도메인 모양을 결정짓게 되는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 탄소-포함 가스는 탄소수 약 1 내지 약 10 을 가지는 탄소-포함 화합물을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 탄소-포함 가스는 사이클로펜탄, 사이클로펜타디엔, 헥산, 헥센, 사이클로헥산, 사이클로헥사디엔, 벤젠, 톨루엔, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 펜틴, 펜타디엔, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, LPCVD 장치의 챔버 내에서 에칭 가스 및 탄소-포함 가스는 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스만 존재하거나, 또는 아르곤, 헬륨, 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 탄소-포함 가스는 수소 가스의 농도 분포가 일정하게 유지되어 있는 상태에서, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다. 더하여 아르곤, 헬륨, 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 탄소-포함 가스는 수소의 흐름이 일정하게 유지되어 있는 상태(예를들어, 수(several) sccm)에서, 탄소를 포함하는 화합물 또는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스, 중 선택되는 것만을 의미할 수 있다. 더하여 아르곤, 헬륨, 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 탄소-포함 가스는 탄소를 포함하는 화합물과 더불어 수소를 포함하는 것을 의미할 수 있다. 더하여 아르곤, 헬륨, 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 탄소-포함 가스는 활성화 탄소를 형성시킬 수 있는 가스와 더불어 수소를 포함하는 것을 의미할 수 있다. 더하여 아르곤, 헬륨, 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층의 두께는 약 수십 나노미터 내지 수십 마이크로미터, 중 선택되는 범위의 두께를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은, 금속층의 크기를 자유롭게 조절함으로써 대면적의 그래핀이 구비될 수 있다. 또한 에칭 가스 및 탄소-포함 가스가 기상으로 공급되어(가스상태로 공급되어) 금속층의 형상에 대한 제약이 존재하지 않으므로, 다양한 형태의 그래핀이 구비될 수 있다. 예를들어, 3 차원 입체 형상을 갖는 그래핀도 구비될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 LPCVD 수행 시간과 에칭 수행 시간을 조절하여 그래핀의 두께를 제어할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 LPCVD 수행 시간과 에칭 수행 시간을 동시에 조절하여 그래핀의 두께를 제어할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은, 기판상에 금속층을 구비, 그 이후, 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)을 유지한 채로 상기 금속층을 에칭 가스로 제거하는 제거 공정을 구비하여, 금속층을 포함하지 않은 상태로 기판상에 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 기판은 하나 이상의 Piezo(피에조)물질, 자성입자, 전하를갖는입자, 중 선택되는 것을 구비한 이후, 초박막을 구비한 기판을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, Piezo(피에조)는 역압전효과(converse piezoelectric effect)를 의미한다. 즉 전기장을 가해주면 기계적인 변형이 일어난다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층의 금속은 니켈이며, 에칭 가스는 염소인 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판상에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD 에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

c. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 상기 증착 챔버 및 LPCVD 챔버 내로 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 더하여 본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판상에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 선택적 식각을 수행하기 위한 챔버들 내로 순차적으로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층을 선택적 식각하는 단계; 및

c. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD 에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

d. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 더하여 본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판상에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 CMP 챔버 내로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층에 CMP 공정을 수행하는 단계; 및

c. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD 에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

d. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 더하여 본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판상에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 CMP 챔버 내로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층에 CMP 공정을 수행하는 단계; 및

c. 상기 기판을 선택적 식각을 수행하기 위한 챔버들 내로 순차적으로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층을 선택적 식각하는 단계; 및

d. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD 에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

e. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 더하여 본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은 여러 단계들을 추가 포함할 수 있으나, 기본적으로 금속층을 구비, 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(LPCVD)을 유지한 채로 상기 금속층을 에칭 가스로 제거하는 제거 공정을 구비하여, 금속층을 포함하지 않은 상태로 기판상에 그래핀을 성장시키는 단계를 수행하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 저압 화학기상증착(LPCVD)을 수행하는 것은 그래핀이 성장되는 시점, 즉 저압의 환경(예를들어, 수십 mTorr)과 충분한 가열 온도(예를들어, 1000℃)를 유지한 상태에서, 에칭 가스 및 탄소-포함 가스가 공급되어 그래핀이 성장하게 되는 시점부터를, 저압 화학기상증착(LPCVD)을 수행하는 것이라고 의미한다.

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본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은

a. 기판에 금속층 구비 그 이후,

b. 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되,

c. 상기 에칭 가스 공급에서 탄소-포함 가스를 같이 공급하여, 상기 금속층 상에서 그래핀이 성장하며,

d. 상기 c 의 공정에서, 계속적인 저압 화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)를 수행하되, 에칭 가스로 인하여, 금속층의 금속이 계속적으로 전부 제거되어, 금속층을 포함하지 않은 상태로 기판상에 그래핀을 성장시키는 것; 을

특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 탄소-포함 가스 공급은, 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포를 불균일하게 구성하여, 그래핀의 성장의 개시점과 방향을 제어하여, 그래핀의 큰 결정을 실현하는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 에칭 가스 공급은, 금속층에 있어서 에칭 가스의 농도 분포를 불균일하게 구성하여, 그래핀의 성장의 개시점과 방향을 제어하여, 그래핀의 큰 결정을 실현하는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은 금속층의 두께에 기울기를 구비하고, 에칭 가스 공급은, 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성하여, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 되는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 1 영역과, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 2 영역이, 굴곡과 접하는 형상이고, 상기 제 1 영역은, 상기 금속층의 두께가, 상기 제 2 영역에 비해 얇고, 상기 제 2 영역은, 상기 굴곡으로부터 멀어지면 상기 금속층의 두께가 두꺼워지도록, 상기 금속층의 두께에 기울기가 구비되는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은 금속층의 두께에 기울기를 구비하고, 탄소-포함 가스 공급은, 금속층의 높은 곳은 탄소-포함 가스의 농도가 낮도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 탄소-포함 가스의 농도가 높도록 구성하며, 에칭 가스 공급은, 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성하여, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 되는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 1 영역과, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 2 영역이, 굴곡과 접하는 형상이고, 상기 제 1 영역은, 상기 금속층의 두께가, 상기 제 2 영역에 비해 얇고, 상기 제 2 영역은, 상기 굴곡으로부터 멀어지면 상기 금속층의 두께가 두꺼워지도록, 상기 금속층의 두께에 기울기가 구비되는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 탄소-포함 가스 공급은 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 함에 따라서, 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 에칭 가스 공급은 금속층에 있어서 에칭 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 함에 따라서, 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서,

탄소-포함 가스 공급은 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 하고,

에칭 가스 공급은 금속층에 있어서 에칭 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 하여,

상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은, 아래의 <A>, <B>, <C>, 중 선택되는 것으로 기술된 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

<A>

탄소-포함 가스 공급은 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 함에 따라서, 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법.

<B>

에칭 가스 공급은 금속층에 있어서 에칭 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 함에 따라서, 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법.

<C>

탄소-포함 가스 공급은 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 하고,

에칭 가스 공급은 금속층에 있어서 에칭 가스의 농도 분포 가운데, 기판의 표면에 평행한 방향의 농도 분포를 불균일하게 하여,

상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 그래핀을 성장시키는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층의 금속은 철, 니켈, 코발트 혹은 이들을 포함한 합금이며, 에칭 가스는 염소인 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

c. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 상기 증착 챔버 및 LPCVD 챔버 내로 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한 이후, 기판상에 성장된 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 선택적 식각을 수행하기 위한 챔버들 내로 순차적으로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층을 선택적 식각하는 단계; 및

c. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD 에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

d. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한 이후, 기판상에 성장된 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 CMP 챔버 내로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층에 CMP 공정을 수행하는 단계; 및

c. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD 에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

d. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한 이후, 기판상에 성장된 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

a. 기판을 증착 챔버 내로 로딩(loading)하여 상기 기판에 금속층을 형성하는 단계; 및

b. 상기 기판을 CMP 챔버 내로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층에 CMP 공정을 수행하는 단계; 및

c. 상기 기판을 선택적 식각을 수행하기 위한 챔버들 내로 순차적으로 로딩하여 상기 기판에 형성된 금속층을 선택적 식각하는 단계; 및

d. 상기 기판을 LPCVD 챔버 내로 로딩하고 상기 에칭 가스 및 탄소-포함 가스를 공급하고 LPCVD 에 의하여 기판 성장 그래핀을 형성하는 단계; 를 포함하되,

e. 상기 기판은 로드-잠금 챔버(load-locked chamber)를 이용하여 순차적으로 로딩되는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다. 본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 상기 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행한 이후, 기판상에 성장된 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은, 기판상에 성장된 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 그래핀을 성장시키는 것은 롤투롤 공정에 의하여 수행되는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속의 에칭 가스 공급은 LPCVD를 수행하기 이전에 먼저 수행 될 수 있으며, 따라서, 본 발명은 금속의 에칭이 수행되는 도중에 LPCVD를 수행하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

a. 기판에 금속층을 형성하되, 기판에 형성되는 금속층의 형상은 금속층의 두께에 기울기를 구비하도록 형성하는 단계, 및

b. 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성하는 단계, 및

c. 금속층에 있어서 탄소-포함 가스의 농도 분포를 균일하게 구성하는 단계, 및

d. LPCVD를 수행하는 단계, 및

e. 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 되는 단계, 및

f. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하여, 탄소가, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장하는 단계, 및

g. 그래핀의 성장 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 되는 단계, 및

h. 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 되는 단계; 를

구비하는 것을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

a. 기판에 금속층을 형성하되, 기판에 형성되는 금속층의 형상은 금속층의 두께에 기울기를 구비하도록 형성하는 단계, 및

b. 금속층의 높은 곳은 에칭 가스의 농도를 높여 금속이 빠르게 제거되도록 구성하고, 금속층의 낮은 곳은 에칭 가스의 농도가 낮도록 구성하는 단계, 및

c. 금속층에 있어서 금속층의 낮은 곳에 탄소-포함 가스의 농도를 높이는 단계, 및

d. LPCVD를 수행하는 단계, 및

e. 금속의 빠른 제거로, 상기 빠르게 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 에칭 가스의 농도가 낮은 곳 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 되는 단계, 및

f. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하여, 탄소가, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장하는 단계, 및

g. 그래핀의 성장 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 되는 단계, 및

h. 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 되는 단계; 를

구비하는 것을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

a. 기판에 금속층을 형성하되, 기판에 형성되는 금속층의 형상은 금속층의 두께에 기울기를 구비하도록 형성하는 단계, 및

b. 에칭 가스가 균일하게 분사되어 균일하게 금속층이 제거되도록 구성하는 단계, 및

c. 금속층에 있어서 금속층의 낮은 곳에 탄소-포함 가스의 농도를 높이는 단계, 및

d. LPCVD를 수행하는 단계, 및

e. 금속의 제거로, 상기 제거되는 금속에 성장할 수 없게 된 탄소가 높은 모빌리티를 유지한 채로, 탄소-포함 가스의 농도가 높은 곳 즉, 금속층의 낮은 곳이 그래핀의 성장의 개시 위치가 되는 단계, 및

f. LPCVD를 유지한 채로 에칭을 계속하여, 탄소가, 이미 성장을 끝낸 그래핀과 결정 구조를 이루도록 성장하는 단계, 및

g. 그래핀의 성장 방향은, 금속층의 낮은 곳에서 높은 곳으로 그래핀이 성장하게 되는 단계, 및

h. 최종적으로는 금속층이 모두 제거되고, 그래핀이, 기판의 표면에 직접 접하게 되는 단계; 를

구비하는 것을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법에서, 금속층은, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 1 영역과, 기판의 표면에 평행하게 넓어지는 제 2 영역이, 굴곡과 접하는 형상이고, 상기 제 1 영역은, 상기 금속층의 두께가, 상기 제 2 영역에 비해 얇고, 상기 제 2 영역은, 상기 굴곡으로부터 멀어지면 상기 금속층의 두께가 두꺼워지도록, 상기 금속층의 두께에 기울기가 구비되는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은, 기판의 표면에 직접 접하는 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은,

기판의 표면에 평행한 제1의 방향으로 성장하고, 해당 표면에 직접 접하는 선상 그래핀을, 기판 성장 그래핀의 제조방법에 의해 제조하며,

상기 선상 그래핀으로부터 상기 표면에 평행한 제2의 방향으로 성장하고, 해당 표면에 직접 접하는 면상 그래핀을, 기판 성장 그래핀의 제조방법에 의해 제조하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 기판 성장 그래핀의 제조방법은, 선상 그래핀을 냉각하는 단계, 및 면상 그래핀을 냉각하는 단계를 추가 포함하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 기판 성장 그래핀을 구비하되,

상기 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,

상기 기판 성장 그래핀의 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 있어서의 결정립경은, 해당 기판 성장 그래핀의 해당 표면에 평행한 다른 어느 하나의 방향에 있어서의 결정립경보다 크고,

상기 기판 성장 그래핀의 상기 제1의 방향에 있어서의 결정립경은, 해당 그래핀의 해당 표면에 수직인 방향에 있어서의 결정립경보다 큰 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 기판 성장 그래핀을 구비하되,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 따른 결정립계를 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제2의 방향에 따른 결정립계를 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 결정립계에 둘러싸인 영역의 내부에 있어서 단결정인 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 구비한다. 본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 상기 제1의 방향과, 상기 제2의 방향은, 직교하는 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 기판 성장 그래핀을 구비하되,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 기판의 표면에 직접 접하고,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제1의 방향에 따른 결정립계를 복수 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 표면에 평행한 제2의 방향에 따른 결정립계를 복수 가지며,

해당 기판 성장 그래핀은, 상기 결정립계에 둘러싸인 영역의 내부 각각에 있어서 단결정인 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 구비한다. 본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 상기 제1의 방향과, 상기 제2의 방향은, 직교하고, 상기 제1의 방향에 따른 결정립계의 간격은 일정하며, 상기 제2의 방향에 따른 결정립계의 간격은 일정한 것; 을 특징으로 하는 기판 성장 그래핀을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 기판 성장 그래핀의 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품의 제조방법을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 전자부품의 제조방법은 트랜지스터(Transistor)의 제조방법을 의미할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 한 실시예에서, 전자부품의 제조방법은 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU)의 제조방법을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 전자부품의 제조방법은 메모리(Memory)의 제조방법을 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 기판 성장 그래핀의 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품의 제조방법으로 구비되는 것을 특징으로 하는 전자부품을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명은 기판 성장 그래핀을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 전자부품을 구비한다.

본 발명의 한 실시예에서, 전자부품은 트랜지스터(Transistor)인것; 을 특징으로 하나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 한 실시예에서, 트랜지스터(Transistor)는 그래핀 트랜지스터(Transistor)를 포함하는 것을 의미한다.

본 발명의 한 실시예에서, 전자부품은 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU)인것; 을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에서, 전자부품은 메모리(Memory)인것; 을 특징으로 한다.

여기서, "기술되다" 는 "대상이나 과정의 내용과 특징이 있는 그대로 열거되거나 기재되어 서술되다"를 의미한다.

본 발명은 상위 그룹, 그룹, 그룹의 범위, 그룹의 하위 범위, 그룹의 포함 범위로 기술되었다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 일면에서 상세하게 기술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 일면에서 상세하게 기술되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

본 발명에 특별히 기술된 것보다, 일반적으로 알려진 방법, 일반적으로 알려진 장치, 일반적으로 알려진 재료 및 일반적으로 알려진 기술은 불필요한 실험에 의지하지 않고 넓게 드러나 있는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있다. 여기서 기술된 방법, 장치, 재료, 순서 그리고 특히 기술적으로 동일하게 알려진 기술은 의도되지 않게 본 발명의 실시예에 적용될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 과도한 설명에 의지하지 않고도 본 발명이 실현가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

여기서 채용된 용어 및 표현들은 발명의 상세한 설명의 용어로써 사용되나 의미를 제한하는 것은 아니며, 설명되거나 도시된 특징의 용어나 표현을 제한할 의도는 없다. 다만, 본 발명의 청구된 범위 안에서 다양한 변형들이 가능하다. 그러므로, 본 발명이 몇몇 바람직한 실시예들에 의해 기술되었음에도 불구하고 대표적 실시예 및 선택적 특징들, 여기서 기술된 개념의 수정 및 변화가 종래 기술등에 의해 재분류될 수 있다고 이해되어야 하며, 이러한 수정 및 변화들은 첨부된 청구항에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 안에서 고려될 수 있다.

여기서 제공된 특정 실시예는 본 발명의 유용한 실시예의 예시이고, 본 발명이 장치들, 구성요소들, 방법단계들의 많은 변화들을 사용하여 수행되어질 수 있다는 것은 명백하다.

여기서 제시된 본 발명의 유용한 실시예는 다양한 선택적 구성 및 방법 및 단계들을 포함할 수 있다.

여기서 상위 그룹이 기술될 때, 상기 상위 그룹에 포함 가능한 개별 멤버들 및 상기 상위 그룹에 포함 가능한 하위 그룹 조합은, 상기 상위 그룹의 기술된 범위 안에서 실현가능하다. 따라서, 여기서 상위 그룹이 기술될 때, 그것은 포함 가능한 하위 그룹 조합 및 그룹의 개별 멤버들이 각각 포함되어 기술된 것으로 이해되어야 한다. 또한, 여기서 상위 그룹이 기술될 때, 상기 상위 그룹에 포함 가능한 개별 멤버들 및 상기 상위 그룹에 포함 가능한 하위 그룹 조합은 상기 상위 그룹의 기술된 범위 안에서 포함되어 기술된 것으로 이해되어야 한다.

부가적으로, 다른 설명이 필요하지 않은 경우, 본 발명의 한 실시예에서, 제시된 물질의 변형물은 출원인의 변형물이 여기서 청구된 중요한 조합에 의도되지 않게 포함된 것으로 이해될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 단수로 설명된 것은 복수를 의미할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 제조공정이 제시될 때, 상기 제조공정은 1회 이상 수행되는 제조공정을 의미할 수 있다.

여기서 기술되거나 설명된 구성요소의 물질이나 구성요소의 구체적인 명칭은 본 발명이 속하는 기술분야의 일반적 기술을 가진자가 같은 구성요소의 물질이나 구성요소의 구체적인 명칭을 다르게 부를 수도 있는 점에서 임의의 예시로서 불려질 수 있다. 따라서, 여기서 기술되거나 설명된 구성요소의 물질이나 구성요소의 구체적인 명칭은 기술된 본 발명의 전반적인 내용을 토대로 이해되어져야 한다.

여기서 기술되거나 설명된 그룹의 조합은 달리 언급되지 않더라도 본 발명을 실시하기 위하여 사용되어질 수 있다.

여기서 상위그룹내에 포함 가능한 기술되거나 설명된 그룹의 조합은 달리 언급되지 않더라도 본 발명을 실시하기 위하여 사용되어질 수 있다.

여기서 기술되거나 설명된 그룹의 범위가 상세하게 주어질 때 뿐만 아니라 상기 기술되거나 설명된 그룹의 범위들에 포함 가능한 개별 값들은 상기 기술되거나 설명된 그룹의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

여기서 기술되거나 설명된 그룹의 범위가 상세하게 주어질 때 뿐만 아니라 상기 기술되거나 설명된 그룹의 범위들에 포함 가능한 그룹의 조합들은 상기 기술되거나 설명된 그룹의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

본 발명의 한 실시예에서, 기술되거나 설명된 구성요소의 등가적으로 알려진 구성요소 또는 합성조합 또는 합성물은 달리 언급되지 않더라도 의도되지 않게 본 발명을 실시하기 위하여 사용되어질 수 있다.

여기서 기술된 그룹의 설명의 범위는 여기서 청구된 청구항에는 나타나지 않을 수 있다고 이해되어질 수 있다.

여기서 기술된 그룹은 여기서 청구된 청구항에는 나타나지 않을 수 있다고 이해되어질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명의 내용은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 레벨에서 설명되었다.

본 발명의 한 실시예에서, 그룹, 그룹의 범위, 그룹의 하위 범위, 그룹의 포함 범위로 설명된 본 발명은, 포함 가능한 본 발명의 상위 그룹의 설명의 범위내에서 실현될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명을 실시하기 위한 다양한 방법들이 과도한 실험에 기대지 않고도 본 발명의 실시에 채용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명에서 그룹, 그룹의 범위, 그룹의 하위 범위, 그룹의 포함 범위로 기술된 설명이 충분히 본 발명의 상위 그룹의 실시에 채용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

이상, 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 내용에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

또한 적당하게 도식적으로 설명된 본 발명은 임의의 구성요소 또는 구성요소들, 상세하게 기술되지 않은 제한 또는 제한들이 없는 경우에도 실현될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 발명에서 기술된 재료들 및 방법들과 등가적으로 알려진 임의의 재료들 및 방법들은 의도되지 않게 본 발명의 한 실시예에, 포함되어질 수 있다.

100 : 기판
200 : 금속층
300 : 탄소-포함 가스
310 : 금속의 에칭 가스
500 : 그래핀
1001 : 그래핀 디바이스
1002 : 그래핀
1003 : 기판
1004 : 결정립계
1500 : 그래핀 성장방향
1600 : 에칭가스 투입방향
2000 : 선상 그래핀
2001 : 면상 그래핀
3001 : 슬릿 마스크
3002 : 슬릿
3005 : 스퍼터링(sputtering)에 의해 공급되는 금속 방향

Claims (1)

1. 기판 성장 그래핀의 제조방법을 수행하기 이전에,
   (1). 구리층(금속층)을 700 내지 800 도 가량으로 가열하고,
   (2). 수십 sccm의 수소를 공급하여, 그래핀 성장 이전에 수소 플라즈마를 인가함으로써 구리층(금속층) 표면의 산화물을 제거하는 공정을 추가적인 선택으로 포함하여 수행하는 것; 을
   특징으로 하는 기판 성장 그래핀의 제조방법

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