KR20160090141A - 대면적 그래핀의 결함 검사 방법 - Google Patents

대면적 그래핀의 결함 검사 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160090141A
KR20160090141A KR1020150010059A KR20150010059A KR20160090141A KR 20160090141 A KR20160090141 A KR 20160090141A KR 1020150010059 A KR1020150010059 A KR 1020150010059A KR 20150010059 A KR20150010059 A KR 20150010059A KR 20160090141 A KR20160090141 A KR 20160090141A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
defects
heat treatment
metal substrate
comparative example
Prior art date
Application number
KR1020150010059A
Other languages
English (en)
Inventor
이성주
센 라이
장성규
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020150010059A priority Critical patent/KR20160090141A/ko
Publication of KR20160090141A publication Critical patent/KR20160090141A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8803—Visual inspection

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

광학 현미경을 이용하여 금속기판 상에 성장된 대면적 그래핀의 결함을 검사하는 방법이 개시된다. 광학 현미경을 이용하여 금속기판 상에 성장된 대면적 그래핀의 결함을 검사하는 방법은 상기 대면적 그래핀이 성장된 금속기판을 습기가 제거된 건조한 분위기 및 산소 분위기에서 열처리하는 산소분위기 건식열처리 단계를 포함하고, 상기 산소분위기 건식열처리 단계 동안 산소가 상기 그래핀의 결함을 통과하여 상기 결함에 대응하는 상기 금속기판의 부분을 산화시킴으로써 상기 대면적 그래핀의 결함을 검사할 수 있다.

Description

대면적 그래핀의 결함 검사 방법{METHOD FOR DETECTING DEFECTS OF LARGE-AREA GRAPHENE}
본 발명은 그래핀의 결함 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대면적의 그래핀의 결함을 광학 현미경을 통하여 용이하게 검사할 수 있도록 그래핀을 시각화하여 그래핀의 결함을 검사할 수 있는 방법에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 구조의 물질이다. 그래핀은 투명도 및 전도성이 우수하여 초고속 반도체, 투명전극, 고효율 태양전지와 같은 다양한 전자소자에 유용하게 사용될 수 있다. 대부분의 그래핀 소자는 화학기상증착(CVD)으로 금속기판 위에 성장시킨 그래핀을 이용한다. 이러한 화학기상증착 공정에서 생기는 구조적 결함이 그래핀의 성능을 저하시키기 때문에 그래핀의 결함을 검사할 필요가 있다. 주사터널링현미경(STM)과 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 원자 규모에서 그래핀의 결함 밀도와 결함의 정도를 관찰할 수 있으나 이러한 방법은 넓은 영역을 검사하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
최근 결함이 없는 그래핀에 덮인 금속 기판은 산화되지 않고, 그래핀의 경계나 결함으로 산소가 통과하여 그 부분만 산화되는 성질을 이용하여 대면적 그래핀의 결함 및 결정경계를 광학 현미경을 이용하여 관찰하는 방법이 발표되었다. 그러나 이러한 방법은 구리 호일 상에 화학기상증착법(CVD)으로 성장된 그래핀의 결함을 시각화하기 위하여 습한 환경에 노출시키거나 과망간산염등의 화학물질을 사용하기 때문에 구리 호일의 결함이 산화되어 광학 현미경 상에서 그래핀의 결함과 구리 포일의 결함을 서로 구분할 수 없거나 시각화 공정에서 그래핀 자체가 손상될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 건식열처리 공정을 통하여 그래핀 자체에 손상을 발생시키지 않으면서 그래핀의 결함(defect)을 시각화하여 광학 현미경을 이용하여 용이하게 대면적의 그래핀의 결함을 검사할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀층의 결함 검사 방법은 광학 현미경을 이용하여 금속기판 상에 성장된 대면적 그래핀의 결함을 검사하는 방법에 있어서, 상기 대면적 그래핀이 성장된 금속기판을 습기가 제거된 건조한 분위기 및 산소 분위기에서 열처리하는 산소분위기 건식열처리 단계를 포함하고, 상기 산소분위기 건식열처리 단계 동안 산소가 상기 그래핀의 결함을 통과하여 상기 결함에 대응하는 상기 금속기판의 부분을 산화시킬 수 있다.
일 예로 그래핀은 하나의 층으로 형성된 그래핀층일 수 있고, 그래핀층은 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합(통상 sp2 결합)으로 연결되어 일 평면 상으로 배열되어 있는 폴리시클릭 방향족 시트가 하나 또는 복수개 적층된 것일 수 있고, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 또한, 그래핀층의 결함(defect)은 라인(line) 형상을 가지는 라인결함(line defect) 또는 원형상을 가지는 점결함(point defect)일 수 있다.
하나의 실시예로 상기 그래핀은 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 통하여 상기 금속기판 상에 성장될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 그래핀의 면적은 1㎠ 이상일 수 있다.
하나의 실시예로 상기 건조한 분위기는 습도가 5% 이하일 수 있다.
하나의 실시예로 상기 산소 분위기는 산소의 농도가 10% 이상일 수 있다.
하나의 실시예로 상기 건식열처리는, 100 내지 300℃에서 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 건식열처리는, 190 내지 210℃에서 90 내지 100분 동안 수행될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 금속기판은, 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지거나 이들을 포함하는 합금, 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 그래핀층의 결함을 광학 현미경을 통하여 용이하게 검사할 수 있도록 그래핀층의 결함을 시각화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 습기 또는 화학물질을 사용하지 않고 그래핀층의 결함을 시각화할 수 있기 때문에 습기 또는 화학물질에 의한 그래핀층의 오염이나 부작용을 배제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 그래핀층의 오염이나 부작용을 배제함으로서 그래핀층의 결함만을 시각화할 수 있어 그래핀층의 결함만을 정확히 검사할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 건식열처리(mild dry annealing)를 수행하기 때문에 습식열처리에 비하여 대면적의 그래핀층 결함을 광학현미경을 통하여 검사할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀층의 결함 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 광학 현미경 사진이다.
도 2b는 비교예 1을 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리의 온도 및 시간을 달리하여 그래핀층을 시각화한 광학 현미경 사진이다.
도 3은 비교예 1 및 실시예 1의 SEM 사진이다.
도 4a는 비교예 1 및 실시예 1의 산화구리(CuO) 공초점 라만 맵핑(confocal raman mapping) 사진이다.
도 4b는 비교예 1 및 실시예 1의 라만 스펙트럼 그래프이다.
도 5a는 비교예 1 및 실시예 1의 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진이다.
도 5b는 도 5a의 사진 (e)의 중앙부분에 표시된 흰색 라인을 따라 그래핀층의 높이를 측정한 그래프이다.
도 6a는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 탄소와 관련된 결합을 광전자분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)을 통하여 측정한 그래프이다.
도 6b는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율을 측정한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대면적 그래핀의 결함 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 대면적 그래핀의 결함 검사 방법은 광학 현미경을 이용하여 금속기판 상에 성장된 대면적 그래핀의 결함을 검사하는 방법에 있어서, 상기 대면적 그래핀이 성장된 금속기판을 습기가 제거된 건조한 분위기 및 산소 분위기에서 열처리하는 산소분위기 건식열처리 단계(S100)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 산소분위기 건식열처리 단계 동안 산소가 상기 그래핀의 결함을 통과하여 상기 결함에 대응하는 상기 금속기판의 부분을 산화시킬 수 있고 금속기판의 산화된 부분이 그래핀의 결함을 통하여 시각적으로 확인될 수 있다. 즉, 산소가 그래핀의 결함을 통과하여 금속기판의 특정 부분을 산화시킴으로써 그래핀의 결함이 시각화될 수 있다.
상기 금속기판은 예를 들면 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지거나 이들을 포함하는 합금, 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다.
그래핀은 화학기상증착법을 통하여 금속기판 상에 성장될 수 있다. 일 예로 금속기판에 성장된 그래핀은 폭 및 너비 중 하나 이상이 약 1㎝ 이상의 길이를 가질 수 있고, 그래핀의 면적은 약 1㎠ 이상일 수 있다.
그래핀 결함의 시각화를 위하여 산소분위기 건식열처리(MDA, mild dry annealing)는 습기가 제거된 건조한 분위기 및 산소 분위기에서 수행될 수 있다. 이러한 조건에서 열처리를 수행하는 것은 그래핀 자체의 손상을 방지하면서 그래핀의 결함을 시각화하기 위함이다.
또한, 그래핀이 성장된 금속기판의 건식열처리는 그래핀 결함의 시각화를 위해 산소가 일정비율 포함되어 있는 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 이는 상기 그래핀 결함의 시각화는 그래핀의 결함을 통과한 산소가 상기 그래핀 결함이 존재하는 영역에 위치한 금속기판의 특정 영역을 산화시킴으로써 이루어지기 때문이다. 상기 건식열처리는 예를 들어 건조한 공기가 공급되는 챔버나 습도를 제어할 수 있는 클린룸 내에 배치된 핫플레이트를 이용하여 그래핀이 성장된 금속기판을 가열함으로써 수행될 수 있다.
일 예로 건조한 분위기는 습도가 약 5% 이하인 것이 바람직하다. 이는 습도가 약 5% 이상인 경우에는 기존 화학기상증착 공정과 유사한 손상이 그래핀에 발생할 수 있기 때문이다.
일 예로 산소 분위기는 산소의 농도가 약 10% 이상인 것이 바람직하다. 이는 산소의 농도가 약 10% 미만인 경우에는 그래핀 결함을 시각적으로 확인할 수 있을 정도로 금속기판을 산화시킬 수 없기 때문이다.
상기 건식열처리는 예를 들면 일정 온도 범위를 유지한 상태에서 수행될 수 있다. 일 예로 상기 건식열처리는 약 100 내지 300℃에서 약 10분 내지 10시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 이는 상기 건식열처리가 약 10분 미만으로 수행되는 경우에는 그래핀 결함의 시각화가 충분하지 않을 수 있고, 상기 건식열처리가 약 10시간을 초과하여 수행되는 경우에는 그래핀 자체의 결함이 시각화되지 않고 금속기판의 결함이 시각화되거나 그래핀 자체가 산화됨으로써 그래핀 자체에 결함이 생성될 수 있기 때문이다.
특히, 상기 건식열처리는 약 190 내지 210℃에서 약 90 내지 110분 동안 수행되는 것이 더욱 바람직하다. 이는 이러한 조건에서 건식열처리가 수행되는 경우에는 결함의 정도가 크거나 작은 결함을 모두 시각화할 수 있기 때문이다.
그래핀의 결함이 시각화된 후에는 그래핀의 결함을 광학 현미경을 통하여 검사할 수 있다.
<비교예 및 실시예>
비교예 1
크기가 2cm × 10cm 이며 두께가 125㎛인 구리 호일을 묽은 불산과 탈이온수로 세척한 후, 상기 구리 호일을 화학기상증착(CVD) 챔버 내에 위치시키고, 유도 가열(inductive heating) 열원을 사용하여 30분 동안 1000℃까지 점진적으로 승온시키면서 열처리하였다. 그래핀층 성장을 위한 열처리 공정이 수행되는 동안 상기 화학기상증착(CVD) 챔버에 수소(H2) 가스를 압력 40mTorr 및 유속 5sccm 조건으로 공급하였다.
다음으로 메탄(CH4) 가스를 압력 40mTorr 조건에서 유속 205sccm 조건으로 상기 화학기상증착(CVD) 챔버에 일정하게 공급하면서 1000℃에서 40분 동안 열처리하였다.
마지막으로 메탄(CH4) 가스 공급을 중단하고 열원을 제거하여, 상기 화학기상증착(CVD) 챔버 내부를 상온이 될 때까지 자연 냉각시킴으로써 구리 호일 상에 그래핀층을 성장시켰고, 이 추가적인 처리를 수행하지 않은 상기 그래핀층 및 구리 호일을 비교예 1로 사용하였다.
비교예 2
습한 환경에서 열처리하는 것이 그래핀층에 미치는 영향을 확인하기 위해 비교예 1과 동일한 방법으로 또 다른 샘플을 제조하였고, 이러한 샘플을 탈이온수에 담근 후 핫플레이트를 사용하여 200℃에서 100분 동안 열처리함으로써 비교예 2를 제조하였다.
실시예 1
건조한 환경에서 열처리하는 것이 그래핀층에 미치는 영향을 확인하기 위해 비교예 1과 동일한 방법으로 또 다른 샘플을 제조하였고, 이러한 샘플을 핫플레이트를 사용하여 습기가 제거된 건조한 분위기 및 산소 분위기에서 200℃에서 100분 동안 열처리함으로써 실시예 1을 제조하였다.
<실험예>
도 2a는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 광학 현미경 사진이다. 도 2a에서 (a)는 비교예 1의 광학 현미경 사진이고, (b)는 실시예 1의 광학 현미경 사진이며, (c)는 비교예 2의 광학 현미경 사진이다.
도 2a의 (a)를 참조하면, 비교예 1의 경우 구리의 결정경계를 제외하고는 아무런 결함을 관찰할 수 없음을 확인할 수 있다.
도 2a의 (b)를 참조하면, 실시예 1의 경우 붉은 원으로 표시된 큰 점은 다중 공공 결함 등으로 구성된 결함의 정도가 큰 결함이고, 푸른 원으로 표시된 작은 점은 단일 공공 결함이나 스톤 웨일즈 결함 등으로 구성된 결함의 정도가 작은 결함이 존재하고 있음을 확인할 수 있다.
도 2a의 (c)를 참조하면, 비교예 2의 경우 결함의 정도가 큰 결함의 밀도가 실시예 1에 비하여 크게 증가한 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여 습한 환경에서 열처리된 그래핀층은 건식열처리된 그래핀층에 비하여 결함 밀도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리를 수행한 경우에는 습한 환경에서 열처리하는 것에 비하여 그래핀층 자체에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 2b는 비교예 1을 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리의 온도 및 시간을 달리하여 그래핀층을 시각화한 광학 현미경 사진이다. 도 2b에서 (a)는 비교예 1을 약 150℃에서 약 150분 동안 건식열처리한 그래핀층의 광학 현미경 사진이고, (b)는 비교예 1을 약 200℃에서 약 100분 동안 건식열처리한 그래핀층의 광학 현미경 사진이며, (c)는 비교예 1을 약 250℃에서 약 50분 동안 건식열처리한 그래핀층의 광학 현미경 사진이다.
도 2b를 참조하면, 약 150℃에서 약 150분 동안 건식열처리한 도 2a의 (a)의 그래핀층은 작은 점결함만이 시각화되어 있을 뿐 라인 도 2b의 (b)에 나타난 바와 같이 그래핀 층의 라인 결함은 시각화가 거의 일어나지 않음을 확인할 수 있다.
이에 반하여 약 250℃에서 약 50분 동안 건식열처리한 도 2a의 (c)의 그래핀층은 일부 라인결함이 시각화되어 있지만, 그래핀층 하부에 위치한 구리 포일이 과도하게 산화됨으로써 투명한 그래핀층의 점결함과 산화된 구리 포일의 표면이 중첩되어 시각화됨으로써 그래핀층의 점결함을 정확히 확인하기 어려운 것을 확인할 수 있다. 이를 종합하면 건식열처리는 약 200℃에서 약 100분 동안 수행되는 것이 바람직하며 이는 그래핀층 자체의 라인결함과 점결함을 모두 확인할 수 있기 때문이다.
도 3은 비교예 1 및 실시예 1의 SEM 사진이다. 도 3에서 (a)는 비교예 1의 SEM 사진이고, (b)는 실시예 1의 스케일바의 배율을 1㎛로 설정한 광학 현미경 사진이며, (c)는 실시예 1의 스케일바의 배율을 10㎛로 설정한 광학 현미경 사진이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리를 수행하기 전에는 그래핀층의 결함을 관찰할 수 없다. 그러나 도 3의 (b) 및 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리를 수행한 경우에는 그래핀층의 결함이 흰 선들과 점들로 명확히 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 도 3의 (c)는 그래핀층의 결함 크기와 결함 밀도가 도 2의 (b)의 광학 현미경 사진과 일치한다.
또한, 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이 결함(defect)가 존재하는 영역과 결함이 존재하지 않는 영역에 대하여 EDS(energy dispersive spectrometer) 분석을 수행하였고 그 결과는 아래 [표 1]과 같다.
Weight% Cu O
Without defect 100 0
At defect 95.58 4.42
[표 1]을 참조하면, 구리(Cu) 및 산소(O)의 성분비를 통해 그래핀층의 결함이 존재하지 않는 영역에서는 산화가 일어나지 않고 결함이 존재하는 영역에서는산화가 일어났다는 것을 확인할 수 있다.
도 4a는 비교예 1 및 실시예 1의 산화구리(CuO) 공초점 라만 맵핑(confocal raman mapping) 사진이다. 도 4a에서 (a)는 비교예 1의 공초점 라만 맵핑(confocal raman mapping) 사진이고, (b)는 실시예 1의 공초점 라만 맵핑(confocal raman mapping) 사진이다.
도 4a의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리가 수행되지 않은 비교예 1의 경우 그래핀층의 결함이 쉽게 발견되지 않음을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리가 수행된 도 4a의 (b)를 참조하면 그래핀층의 결함이 결함이 없는 영역에 비하여 매우 밝게 표시되어 있음을 확인할 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리를 수행하는 경우 그래핀층의 결함이 명확하게 표시될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 5a는 비교예 1 및 실시예 1의 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진이다. 도 5a에서 (d)는 비교예 1의 AFM 사진이고, (e)는 실시예 1의 AFM 사진이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리가 수행되지 않은 비교예 1의 경우 그래핀층의 결함이 쉽게 발견되지 않음을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리가 수행된 도 5a의 (e)를 참조하면 그래핀층의 결함이 명확하게 표시될 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 4a의 사진 (b)와 도 5a의 사진 (e)를 참조하면, 그래핀층의 결함 밀도와 결정의 크기가 서로 일치함으로 확인할 수 있다.
도 5b는 도 5a의 사진 (e)의 중앙부분에 표시된 흰색 라인을 따라 그래핀층의 높이를 측정한 그래프이다.
도 5b를 참조하면, 라인 결함이 존재하는 영역인 400 내지 800㎚ 범위에서 그래핀층의 최고 높이가 약 140㎚임을 확인할 수 있고, 이는 결함이 존재하지 않은 영역에서 라인 결함이 존재하는 영역으로 갈수록 라인 결함이 존재하는 영역의 그래핀층의 경계 부분이 돌출되는 것을 의미한다. 이는 그래핀층의 결함을 통하여 그래핀층 아래에 위치한 기판, 예를 들면 구리 호일이 산화되기 때문이다. 따라서, 이러한 그래핀층의 돌출에 의하여 그래핀층이 광학적으로 관찰될 수 있게 시각화될 수 있다.
도 6a는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 탄소와 관련된 결합을 광전자분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)을 통하여 측정한 그래프이다. [표 2]는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 탄소와 관련된 결합의 퍼센트(%)를 나타낸 표이며 [표 2]는 아래와 같다.
Composition(atomic percentage)
비교예 1(Pristine) 실시예 1(MDA) 비교예 2(Dipping+MDA)
C=C (sp2) 74.35 76.05 72.63
C-C (sp3) 15.65 16.44 17.42
C-O (sp3) 6.8 4.48 5.69
C=O (sp3) 3.2 3.03 4.26
도 6a 및 [표 2]를 참조하면, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 C=C결합이 증가되었으나 비교예 2는 실시예 1에 비하여 C=C결합이 감소되었음을 확인할 수 있다. C=C결합이 감소되는 것은 그래핀층에 손상이 발생하였다는 것을 의미하므로 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리를 수행하는 경우 그래핀층의 손상이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
도 6b는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율을 측정한 그래프이다. 도 6b에서 Ref. 11은 종래 기술인 자외선을 이용하여 그래핀층을 시각화한 경우(UV-related treatment)에 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율의 변화를 측정한 그래프이고, 도 6b에서 Ref. 12는 종래 기술인 습식 공정을 이용하여 그래핀층을 시각화한 경우(Solution-related treatment)에 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율의 변화를 측정한 그래프이며, This work는 비교예 1, 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리(Mild dry annealing)를 통하여 그래핀층을 시각화한 경우(실시예 1)와 습식 공정을 이용하여 그래핀층을 각각 시각화한 경우(비교예 2)에 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율의 변화를 각각 측정한 그래프이다. [표 3]는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율의 퍼센트(%)를 나타낸 표이며 [표 3]은 아래와 같다.
Composition(atomic percentage)
비교예 1(Pristine) 실시예 1(MDA) 비교예 2(Dipping+MDA)
sp3/sp2 0.345 0.315 0.377
도 6b 및 [표 3]을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리의 경우에는 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율이 감소한 것을 확인할 수 있지만, 다른 경우에는 sp2결합에 대한 sp3결합의 비율이 상승한 것을 확인할 수 있다. sp2결합에 대한 sp3결합의 비율이 상승하는 것은 sp2 결합으로 이루어진 그래핀층 자체에 손상이 발생하였다는 것을 의미하며 이를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 건식열처리의 경우에는 그래핀층의 손상이 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 또한, sp2결합에 대한 sp3결합의 비율이 감소하였기에 그래핀층의 결합 구조가 오히려 기존에 비하여 개선되었다고 판단된다. 따라서 본 발명은 그래핀층의 결함 검사를 위한 결함 시각화 과정에서 그래핀층의 품질이 전체적으로 개선되는 것이 종래 기술들과는 차별화되는 점이라고 할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 광학 현미경을 이용하여 금속기판 상에 성장된 대면적 그래핀의 결함을 검사하는 방법에 있어서,
    상기 대면적 그래핀이 성장된 금속기판을 습기가 제거된 건조한 분위기 및 산소 분위기에서 열처리하는 산소분위기 건식열처리 단계를 포함하고,
    상기 산소분위기 건식열처리 단계 동안 산소가 상기 그래핀의 결함을 통과하여 상기 결함에 대응하는 상기 금속기판의 부분을 산화시키는, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀은 화학기상증착법을 통하여 상기 금속기판 상에 성장된, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀의 면적은 1㎠ 이상인, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조한 분위기는 습도가 5% 이하인, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산소 분위기는 산소의 농도가 10% 이상인, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 건식열처리는,
    100 내지 300℃에서 10분 내지 10시간 동안 수행되는, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 건식열처리는,
    190 내지 210℃에서 90 내지 100분 동안 수행되는, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속기판은,
    구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지거나 이들을 포함하는 합금, 산화물 또는 질화물로 이루어진, 대면적 그래핀의 결함 검사 방법.
KR1020150010059A 2015-01-21 2015-01-21 대면적 그래핀의 결함 검사 방법 KR20160090141A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150010059A KR20160090141A (ko) 2015-01-21 2015-01-21 대면적 그래핀의 결함 검사 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150010059A KR20160090141A (ko) 2015-01-21 2015-01-21 대면적 그래핀의 결함 검사 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160090141A true KR20160090141A (ko) 2016-07-29

Family

ID=56617643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150010059A KR20160090141A (ko) 2015-01-21 2015-01-21 대면적 그래핀의 결함 검사 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160090141A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190125667A (ko) * 2018-04-30 2019-11-07 전자부품연구원 금속 기재 위 다층 그래핀의 ald 공정을 적용한 광학적 검사 방법 및 검사 기기
WO2021256886A1 (ko) * 2020-06-18 2021-12-23 한국화학연구원 전도성 기재 및 이를 이용한 분석대상물의 분석방법
US11714071B2 (en) 2019-12-24 2023-08-01 Versarien Plc Method and system for inspecting growth quality of graphene

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190125667A (ko) * 2018-04-30 2019-11-07 전자부품연구원 금속 기재 위 다층 그래핀의 ald 공정을 적용한 광학적 검사 방법 및 검사 기기
US11714071B2 (en) 2019-12-24 2023-08-01 Versarien Plc Method and system for inspecting growth quality of graphene
WO2021256886A1 (ko) * 2020-06-18 2021-12-23 한국화학연구원 전도성 기재 및 이를 이용한 분석대상물의 분석방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5908464B2 (ja) 機能化されたグラフェン
JP5224554B2 (ja) グラフェン／ＳｉＣ複合材料の製造方法及びそれにより得られるグラフェン／ＳｉＣ複合材料
JP5076020B2 (ja) ＳｉＣエピタキシャルウェハ
US9236250B2 (en) Formation of a graphene layer on a large substrate
KR20160090141A (ko) 대면적 그래핀의 결함 검사 방법
DE112016004677T5 (de) Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung
DE112015002906B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung
Mu et al. Controllable and fast synthesis of bilayer graphene by chemical vapor deposition on copper foil using a cold wall reactor
JP2006269896A (ja) シリコンウェーハ及びシリコンウェーハの製造方法
Zhang et al. Role of hydrogen and oxygen in the study of substrate surface impurities and defects in the chemical vapor deposition of graphene
JP2013180930A (ja) ＳｉＣ表面へのグラフェンの低温形成方法
Colangelo et al. Local anodic oxidation on hydrogen-intercalated graphene layers: oxide composition analysis and role of the silicon carbide substrate
CN108364860B (zh) 一种石墨烯催化基底腐蚀液及基底腐蚀方法
Fernandes et al. Room-temperature emitters in wafer-scale few-layer hBN by atmospheric pressure CVD
Chien et al. On the nature of defects created on graphene by scanning probe lithography under ambient conditions
JP2016190767A (ja) カーボンナノチューブ集合体およびその製造方法
Xin et al. Defect-suppressed submillimeter-scale WS 2 single crystals with high photoluminescence quantum yields by alternate-growth-etching CVD
Kwon et al. Control of oxidation behavior in high vacuum transmission electron microscopy
JP7274556B2 (ja) 炭化タンタルコーティング炭素材料及びその製造方法
Ahmed et al. Surface morphology for annealed and etched MgO (100)
CN110945632A (zh) 三维结构体的制造方法、垂直晶体管的制造方法、垂直晶体管用晶元以及垂直晶体管用基板
Mishra et al. Going beyond copper: Wafer-scale synthesis of graphene on sapphire
JP2013114961A (ja) 酸化物超電導線材の欠陥修復方法および修復装置
Soler et al. Hot-wire chemical vapor deposition of few-layer graphene on copper substrates
Dybowski et al. Impact of the Method of Separating Graphene from the Growth Substrate on the Quality of the 2D Material Obtained

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2015101006056; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20151015

Effective date: 20160906