KR20170014489A

KR20170014489A - 그래핀 습식 전사를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20170014489A
Application number: KR1020150107955A
Authority: KR
Inventors: 김철기; 이석; 김재헌; 이택진; 서민아; 최재빈; 전영민; 우덕하; 임채현
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-08
Also published as: KR101860019B1; US9994007B2; US20170028692A1

Abstract

일 실시예에 따른 그래핀 습식 전사 장치는 둘 이상의 수조를 포함하는 수조 본체와, 수조의 상부에 위치되며, 격벽들에 의해 형성된 하나 이상의 분리 공간을 포함하는 격벽 구조물, 및 격벽 구조물의 하부에 위치되며, 그래핀이 전사되는 타겟기판을 수용하는 하나 이상의 기판 수용홈이 형성된 기판 틀을 포함할 수 있다. 여기서, 수조의 각각에는 습식 전사 공정을 위한 용액이 채워지고, 분리 공간의 각각에는 그래핀의 각각이 용액에 부유된 상태로 서로 분리되어 위치될 수 있다.

Description

그래핀 습식 전사를 위한 장치 및 방법{APPARTUS AND METHOD FOR GRAPHENE WET TRANSFER}

본 명세서는 그래핀 소자 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그래핀을 습식 전사하기 위한 기술에 관한 것이다.

일반적으로 그래핀은 흑연을 이루고 있는 탄소 결합층의 한 겹으로부터 얻을 수 있으며, 이러한 한 겹의 그래핀은 실리콘보다 케리어 이동도가 우수하다는 이점을 갖는다. 이러한 한 겹, 즉, 단일층 그래핀은 전이금속(예컨대, Pt, Ni, Cu)을 촉매로 화학기상증착법을 이용하여 합성이 가능하다. 그러나, 이렇게 합성된 그래핀은 촉매로 쓰였던 전이금속 층과 강하게 접합을 이루고 있으며, 이를 소자에 사용하기 위해선 전이금속과 박리를 시켜야만 한다. 박리된 그래핀은 이후 원하는 기판(즉, 타겟기판)으로 옮겨지게 되는데, 이러한 타겟기판은 소자의 사용 목적에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다. 이때 사용되는 박리 공정 및 박리된 그래핀을 옮기는 공정을 모두 통틀어 그래핀 전사 공정이라 한다. 이러한, 그래핀 전사 공정은 그래핀 소자 제작 및 개발에 있어서 가장 기초가 되며 중요한 공정 중 하나이다.

그래핀 전사 공정에 관한 기술은 그래핀이 성장된 전이금속 박막을 어떠한 방식으로 박리하는가에 따라 두 가지 정도로 구분이 된다. 이 중, 대표적으로 사용 되는 기술은 액상의 금속 식각 용액을 사용하여 하부층의 전이금속 박막을 제거하는 방식을 이용하는데, 이를 습식전사 기술이라고 한다. 또 다른 기술은 액상의 금속 식각 용액을 사용하지 않고 기계물리적으로 그래핀을 전이금속 박막으로부터 박리하는 방식을 이용하는데, 이를 건식전사 기술(예컨대, roll-to-roll 방법, stamp 방법)이라고 한다.

그런데, 현재의 습식전사 및 건식전사 기술은 그래핀을 타겟기판의 표면으로 전사하는 과정에서 찢어짐 또는 접힘과 같은 그래핀의 손상이 발생될 확률이 높기 때문에, 제작된 그래핀 소자의 특성이 저하되는 문제를 갖는다. 특히, 건식 전사 기술에서는 고분자 지지체로 그래핀을 옮기는 과정 및 타겟기판으로 그래핀을 전사하는 과정에서 약 0.2 MPa 정도의 압력을 그래핀에 인가함으로써 그래핀이 물리적 손상을 입을 가능성이 높다. 또한, 습식전사 기술에서도 식각 용액 또는 세척 용액에 부유된 그래핀을 건져내는 과정에서 그래핀의 찢어짐 또는 접힘 현상 발생될 가능성이 높다.

공개특허공보 제10-2013-0028582호

이에 본 명세서는, 습식전사 공정 동안에 인위적으로 발생되는 외력으로부터 그래핀을 보호하여 그래핀이 손상 없이 타겟기판에 안정적으로 전사될 수 있도록 하는, 그래핀 습식 전사를 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따른 그래핀 습식 전사 장치는 둘 이상의 수조를 포함하는 수조 본체; 상기 수조의 상부에 위치되며, 격벽들에 의해 형성된 하나 이상의 분리 공간을 포함하는 격벽 구조물; 및 상기 격벽 구조물의 하부에 위치되며, 상기 그래핀이 전사되는 타겟기판을 수용하는 하나 이상의 기판 수용홈이 형성된 기판 틀을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 수조의 각각에는 습식 전사 공정을 위한 용액이 채워지고, 상기 분리 공간의 각각에는 상기 그래핀의 각각이 상기 용액에 부유된 상태로 서로 분리되어 위치될 수 있다.

일 실시예에서, 그래핀 습식 전사 장치는 상기 격벽 구조물이 각 수조의 상부 사이에서 수평방향으로 이동되게 하는 이동 메커니즘을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 그래핀의 하부면은 상기 그래핀이 성장된 촉매 금속과 접합하고, 상기 그래핀의 상부면은 상기 그래핀을 지지하기 위한 그래핀 지지층과 접합할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 분리 공간의 각 수평면은 대응하는 상기 기판 수용홈의 각 수평면과 동일한 수직축을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 분리 공간의 각 수평면의 외곽선은 대응하는 상기 기판 수용홈의 각 수평면의 외곽선과 일치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 분리 공간의 각 수평면의 면적은 대응하는 상기 기판 수용홈의 각 수평면의 면적과 동일하거나 작을 수 있다.

일 실시예에서, 상기 기판 수용홈은 미리 설정된 기울기의 경사를 갖는 바닥면을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 기판 수용홈은 상기 용액을 배수하기 위한 다수의 홀을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 기판 틀은 탈부착이 가능할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 둘 이상의 수조는, 하나 이상의 분리벽에 의해 서로 분리되고, 상기 분리벽의 상부는, 상기 격벽 구조물이 각 수조의 상부 사이에서 이동되는 동안, 상기 용액의 이동을 최소화하기 위한 차폐제로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 둘 이상의 수조 각각은, 상기 용액을 수조 안으로 유입하거나 또는 수조 밖으로 배출하기 위한 하나 이상의 밸브를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 그래핀 습식 전사 장치는 상기 둘 이상의 수조 각각에 연결되어 각 수조에 채워진 용액의 수위를 조절하기 위한 수위조절 파이프를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 그래핀 습식 전사 방법은 식각 용액이 채워진 제1 수조의 상부에 격벽 구조물을 위치시키고, 각 그래핀을 상기 식각 용액에 부유된 상태로 상기 격벽 구조물의 각 분리 공간 내에 서로 분리하여 위치시킴으로써, 상기 각 그래핀의 하부면에 접합된 촉매 금속을 식각하는 단계; 세척 용액이 채워진 제2 수조의 상부로 격벽 구조물을 수평이동시킴으로써, 상기 식각 용액을 세척하는 단계; 및 상기 세척 용액이 채워진 상기 제1 수조의 상부에 하나 이상의 타겟기판이 수용된 기판 틀을 위치시키고, 상기 기판 틀의 상부로 상기 격벽 구조물을 수평이동 시키고, 상기 제1 수조에서 상기 세척 용액을 배출함으로써, 상기 각 그래핀을 대응하는 타겟기판에 전사하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 각 그래핀은, 상기 격벽 구조물이 상기 제1 수조에서 상기 제2 수조로 또는 상기 제2 수조에서 상기 제1 수조로 이동되는 동안, 상기 식각 용액 또는 상기 세척 용액에 부유된 상태로 상기 각 분리 공간 내에 서로 분리되어 위치될 수 있다.

본 명세서에 따르면, 습식전사 공정에서 그래핀을 옮기는 사용자의 수작업을 배제하여 습식전사 공정을 규격화, 체계화시킬 수 있으므로, 공정상의 실수 및 외력에 의한 그래핀의 손상(예컨대, 찢어짐, 접힘, 주름)을 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 그래핀 전사 공정 상의 그래핀의 손상으로 인한 그래핀의 케리어 이동도 저하와 같은 전기적 특성 저하를 막을 수 있고, 그래핀의 전사 수율을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 명세서에 따르면, 다양한 크기 및 모양의 타겟기판에 그래핀이 전사될 수 있기 때문에, 이를 통해 전사된 그래핀은 예컨대, 플렉서블(flexible) 디스플레이, 플렉서블 태양전지, 투명 디스플레이, 그래핀 기반 초고속 트랜지스터 등 다양한 그래핀 기반 능동 소자에 활용될 수 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 그래핀 습식 전사 장치의 사시도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 그래핀 습식 전사 장치의 분리 사시도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 그래핀 습식 전사 장치의 격벽 구조물과 기판 틀을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 장치의 그래핀 습식 전사 방법의 순서도이다.
도 5a 내지 5c는 본 명세서의 일 실시예에 따른 도 3의 단면도를 이용하여 그래핀을 타겟기판에 전사하는 단계를 설명하는 도면이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 실시 예를 상세하게 설명하지만, 청구하고자 하는 범위는 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.

본 명세서에서, 그래핀 습식 전사 장치는 하나 이상의 그래핀을 일괄하여 타겟기판에 습식 전사하기 위한 장치를 의미한다. 이때, 그래핀은 촉매 금속(예컨대, Pt, Ni, Cu)의 일면(예컨대, 촉매금속의 상부면) 상에서 성장되고, 촉매 금속이 배치되지 않은 일면(예컨대, 그래핀의 상부면)에서 그래핀 지지층과 접합될 수 있다.

여기서, 그래핀 지지층은 그래핀의 일면에 접합되어 그래핀을 지지하기 위한 층을 말한다. 일 실시예에서, 그래핀 지지층은 그래핀이 습식 전사 공정에서 사용되는 용액에 부유될 수 있도록 상기 용액에 부유되는 내부식성 소재로 구성될 수 있다. 예를 들면, 그래핀 지지층은 내부식성을 갖는 폴리머 재료(예컨대, 테플론, PET(polyethylene terephthalate), PDMS (polydimethylsiloxane))일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 그래핀 지지층은 그래핀의 형태에 따라 다양한 모양으로 구성될 수 있다. 이때, 그래핀 지지층은 그래핀의 상부면의 일부 표면만(예컨대, 테두리)을 덮고, 나머지 대부분의 영역을 노출시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 그래핀 지지층은 그래핀의 상부면의 테두리를 덮는 링 모양 또는 정사각형 띠 모양일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이처럼, 본 명세서의 그래핀 습식 전사 장치는 종래 기술에 사용되는 PMMA(Polymethylmethacrylate) 지지층을 이용하지 않고 원하는 형태로 미리 제작된 그래핀 지지층을 사용하기 때문에, 실제 소자 제작에 사용될 그래핀이 “polymer residue”에 의한 오염될 가능성을 낮출 수 있다.

도 1 및 2를 참조하면, 그래핀 습식 전사 장치(100)는 수조 본체(110), 격벽 구조물(120) 및 하나 이상의 기판 틀(130)을 포함할 수 있다. 또한, 그래핀 습식 전사 장치(100)는 이동 메커니즘(140) 및 수위조절 파이프(150)를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 촉매 금속의 상부에서 성장된 각 그래핀들(11, 12, ... , 1n)은 그 상부면에 그래핀 지지층(예를 들면, 도시된 것처럼, 정사각형 띠 모양의 그래핀 지지층)과 접합될 수 있다.

본 명세서에서, 수조 본체(110)는 습식 전사 공정에서 사용되는 용액이 채워지는 복수의 수조를 포함하는 상기 그래핀 습식 전사 장치(100)의 본체로서, 이하에서 설명될 격벽 구조물(120) 및 기판 틀(130)을 수용할 수 있다. 여기서, 용액은 그래핀이 성장된 촉매 금속을 식각하기 위한 식각 용액(예컨대, 염화철(FeCl3), 질산철(Fe(No3)3), 염화동(CuCl2), 암모늄퍼설페이트((NH4)2S2O8), 소듐퍼설페이트(Na2S2O8) 용액 및 과수황산타입 용액) 또는 상기 식각 용액을 세척하기 위한 세척 용액(예컨대, 정제수)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 수조 본체(110)는 분리벽에 의해 서로 분리된 둘 이상의 수조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 수조 본체(110)는 하나의 분리벽(113)에 의해 서로 분리된 2 개의 수조, 예컨대, 제1 수조(111) 및 제2 수조(112)를 포함할 수 있다. 이때, 분리벽(113)의 상단은 이하에서 설명될 격벽 구조물(120)이 각 수조 사이에서 이동되는 동안, 각 수조에 채워진 용액의 이동을 최소화하기 위한 차폐제로 구성될 수 있다. 이때, 차폐제는 내부식성 소재(예컨대, 고무)로 구성될 수 있다. 이를 통해, 격벽 구조물(120)의 이동 시 용액의 이동을 최소화하여 각 수조가 안정적인 수위를 유지할 수 있어, 식각 및 세척과정에서 그래핀의 손상을 방지할 수 있다.

일 실시예에서, 각 수조는 상기 용액을 수조 안으로 유입하거나 또는 수조 밖으로 배출하기 위한 하나 이상의 밸브(미도시)를 포함할 수 있다. 이 때, 밸브는 일정한 유속으로 용액을 유입 또는 배출할 수 있도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 각 수조는 수조에 채워진 용액의 수위를 조절하기 위한 수위 조절 파이프(150)에 연결될 수 있다. 이러한 수위 조절 파이프(150)를 통해, 각 수조는 습식 전사 공정 동안에 안정적인 수위를 유지할 수 있다.

본 명세서에서, 격벽 구조물(120)은 격벽들에 의해 형성된 하나 이상의 분리 공간(121, 122 등)을 포함하는 구조물을 말한다. 여기서, 분리 공간(121, 122 등)은 습식 전사 공정 중 용액에 부유된 상태의 각 그래핀(11, 12, ... , 1n)이 서로 분리되어 위치되는 공간을 말한다.

도 3을 참조하면, 습식 전사 공정에서, 식각 용액 및 세척 용액은 각 분리 공간(121, 122 등)의 일정한 높이(h)까지 채워질 수 있고, 이때, 각 그래핀(11, 12, ... , 1n)은 상기 용액에 부유된 상태로 각 분리 공간(121, 122, ... , 12n) 내에 서로 분리되어 위치될 수 있다. 이를 통해, 습식 전사 공정을 진행하는 동안, 각 그래핀(11, 12, ... , 1n)이 서로 분리되어 위치됨으로써, 습식 전사 공정에서의 그래핀(11, 12, ... , 1n) 손상을 방지할 수 있다.

일 실시예에서, 격벽 구조물(120)은 수조의 상부에 위치될 수 있다. 예를 들면, 격벽 구조물(120)은 제1 수조(111) 또는 제2 수조(112)의 상부에 위치될 수 있다. 또한, 격벽 구조물(120)의 각 분리 공간(121, 122, ... , 12n)의 수평면의 형태는 그래핀(11, 12, ... , 1n) 또는 상기 그래핀(11, 12, ... , 1n)이 전사되는 타겟기판의 형태에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 각 분리 공간(121, 122, ... , 12n)의 수평면의 형태는 링 모양 또는 정사각형 모양일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에서, 격벽 구조물(120)은 각 수조 사이에서 수평방향으로 이동될 수 있다. 예를 들면, 격벽 구조물(120)은 식각 용액이 채워진 제1 수조(111)에서 식각 공정을 수행한 뒤, 세척 공정을 수행하기 위하여 세척 용액이 채워진 제2 수조(112)로 수평 이동될 수 있다. 다른 예를 들면, 격벽 구조물(120)은 세척 용액이 채워진 제2 수조(112)에서 세척 공정을 수행한 뒤, 전사 공정을 수행하기 위하여 세척 용액이 채워지며 타겟기판을 수용하는 기판 틀(130)이 구비되는 제1 수조(111)로 수평 이동될 수 있다.

일 실시예에서, 격벽 구조물(120)은 이동 메커니즘(140)을 통해 수평방향으로 이동될 수 있다. 여기서, 이동 메커니즘(140)은 격벽 구조물(120)을 수평이동 시키기 위한 수단으로서, 예를 들면, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 격벽 구조물(120)의 상단에 부착되어 격벽 구조물(120)을 수평이동 시키기 위한 나선 축의 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 이동 메커니즘(140)을 통해 격벽 구조물(120)은 하나의 수조부터 다른 수조로 안정적으로 그리고 일정한 속도로 이동될 수 있다.

도 3을 참조하면, 이러한 방식으로 격벽 구조물(120)이 수평방향으로 이동되는 경우, 각 분리 공간(121, 122, ... , 12n) 내에 서로 분리되어 위치되는 각 그래핀(11, 12, ... , 1n)은 각 분리 공간(121, 122, ... , 12n) 내에서 서로 분리된 채로 다른 수조로 이동될 수 있다. 이를 통해, 그래핀(11, 12, ... , 1n)을 용액으로부터 인위적으로 건지는 과정 없이 그래핀(11, 12, ... , 1n)의 습식 전사 공정을 수행할 수 있으므로 그래핀(11, 12, ... , 1n)을 건지는 과정에서 발생되는 그래핀(11, 12, ... , 1n)의 찢어짐 또는 접힘 현상의 발생을 방지할 수 있다.

본 명세서에서, 기판 틀(130)은 그래핀(11, 12, ... , 1n)이 전사되는 타겟기판을 수용하는 전사용 틀을 말한다. 일 실시예에서, 기판 틀(130)은 격벽 구조물(120)의 하부에 위치될 수 있다. 또한, 기판 틀(130)은 탈부착이 가능할 수 있다.

일 실시예에서, 기판 틀(130)은 타겟기판을 수용하는 하나 이상의 기판 수용홈(131, 132, ... , 13n)을 포함할 수 있다. 이때, 각 기판 수용홈(131, 132, ... , 13n)은 용액에 부유된 상태로 각 분리 공간(121, 122, ... , 12n)내에 분리되어 위치된 각 그래핀(11, 12, ... , 1n)들이 대응하는 타겟기판의 각각에 전사될 수 있도록 구성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 기판 수용홈(131, 132)의 각 수평면은 대응하는 분리 공간(121, 122)의 각 수평면과 동일한 수직축을 가지도록 구성될 수 있다. 또한, 기판 수용홈(131, 132)의 각 수평면의 외곽선은 대응하는 분리 공간(121, 122)의 각 수평면의 외곽선과 실질적으로 일치하도록 구성될 수 있다. 또한, 기판 수용홈(131, 132)의 각 수평면의 면적은 대응하는 분리공간(121, 122)의 각 수평면의 면적과 동일하거나 그보다 크도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 용액에 부유된 상태로 각 분리 공간(121, 122)에 분리되어 위치된 각 그래핀(11, 12)들은 용액이 일정한 속도로 배출됨에 따라 안정적으로 가라앉음으로써, 대응하는 타겟기판에 전사될 수 있다.

일 실시예에서, 기판 수용홈(131, 132, ... , 13n)은 용액을 배출하기 위한 다수의 홀을 포함할 수 있다. 다수의 홀을 통해 용액을 배출함으로써, 용액에 부유된 상태의 그래핀(11, 12, ... , 1n)을 타겟기판에 안정적으로 전사할 수 있다.

일 실시예에서, 기판 수용홈(131, 132, ... , 13n)은 미리 설정된 기울기의 경사를 갖는 바닥면을 가질 수 있다. 이를 통해, 용액이 배출됨에 따라 그래핀(11, 12, ... , 1n)이 타겟기판에 전사될 때의 마찰력을 감소시킴으로써, 큰 손상 없이 그래핀(11, 12, ... , 1n)을 타겟기판에 안정적으로 전사할 수 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해, 2 개의 수조를 갖는 수조 본체(110)를 포함하는 그래핀(11, 12, ... , 1n) 습식 전사 장치(100)를 이용하여 하나 이상의 그래핀(11, 12, ... , 1n)을 일괄하여 습식 전사하는 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 이는 하나의 실시예에 불과하고, 이하의 설명들은 2 개 이상의 수조를 갖는 수조 본체(110)를 포함하는 그래핀(11, 12, ... , 1n) 습식 전사 장치(100)를 이용하여 그래핀(11, 12, ... , 1n)을 습식 전사하는 방법에도 동일하거나 유사한 방식으로 적용될 수 있음은 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 장치의 그래핀 습식 전사 방법의 순서도이다. 도 4에서는 도 1 내지 3에서 설명된 내용과 중복된 부분에 대한 상세한 생략하도록 한다.

도 4를 참조하면, 방법은 촉매 금속을 식각하는 단계(S10), 식각 용액을 세척하는 단계(S20), 및 그래핀을 타겟기판에 전사하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.

단계(S10)에서는, 식각 용액이 채워진 제1 수조의 상부에 격벽 구조물을 위치시키고, 각 그래핀을 식각 용액에 부유된 상태로 격벽 구조물의 각 분리 공간에 서로 분리하여 위치시킴으로써, 촉매 금속을 식각할 수 있다.

이때, 식각 용액은 그래핀이 식각되도록 각 분리 공간의 일정한 높이까지 채워질 수 있다. 또한, 그래핀의 하부면은 촉매 금속과 접합되고, 그래핀의 상부면은 그래핀 지지층과 접합된 상태일 수 있다. 이 경우, 그래핀 지지층에 의해 식각 용액에 부유된 상태의 그래핀의 하부면에 접합된, 촉매 금속은 식각 용액에 의해 식각될 수 있다.

단계(S20)에서는, 세척 용액이 채워진 제2 수조의 상부로 격벽 구조물을 수평이동 시킴으로써, 식각 용액을 세척할 수 있다. 이때, 각 그래핀은 격벽 구조물이 이동되는 동안에 격벽 구조물의 각 분리 공간에 식각 용액 또는 세척 용액에 부유된 상태로 계속하여 서로 분리되어 위치될 수 있다.

이때, 상기 격벽 구조물은 이동 시 각 분리 공간에 위치된 각 그래핀의 손상을 최소화할 수 있도록 미리 설정된 이동 속도로 수평이동될 수 있고, 각 수조의 용액의 수위는 서로 일정하게 조절될 수 있다. 또한, 각 수조를 분리하는 분리벽의 상단은 격벽 구조물이 각 수조 사이에서 이동되는 동안, 각 수조에 채워진 용액의 이동을 최소화하기 위한 차폐제로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 방법은 식각 용액이 완전히 세척될 때까지 단계(S20)를 반복하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 방법은 제2 수조의 상부에 격벽 구조물이 있는 상태에서 제1 수조의 식각 용액을 세척 용액으로 바꿔 채운 뒤, 세척 용액이 채워진 제1 수조의 상부로 격벽 구조물을 다시 수평이동 시킴으로써, 식각 용액을 한번 더 세척할 수 있다. 또한, 이러한 과정을 반복하여 수행할 수 있다.

단계(S30)에서는, 세척 용액이 채워진 제1 수조 (또는 제2 수조)의 상부에 하나 이상의 타겟기판이 수용된 기판 틀을 위치시키고, 기판 틀의 상부로 격벽 구조물을 수평이동 시키고, 상기 제1 수조 (또는 상기 제2 수조)에서 세척 용액을 배출함으로써, 각 그래핀을 대응하는 타겟기판에 전사할 수 있다. 상기 각 타겟 기판은 기판 틀에 포함된 각 기판 수용홈에 수용될 수 있다.

이때, 각 기판 수용홈은 용액에 부유된 상태로 각 분리 공간내에 분리되어 위치된 각 그래핀들이 대응하는 타겟기판의 각각에 전사될 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 용액에 부유된 상태로 각 분리 공간에 분리되어 위치된 각 그래핀들은 용액이 일정한 속도로 배출됨에 따라 안정적으로 가라앉음으로써, 대응하는 타겟기판에 전사될 수 있다. 일 실시예에서, 각 기판 수용홈은 용액을 배출하기 위한 다수의 홀을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판 수용홈은 미리 설정된 기울기의 경사를 갖는 평면으로 구성될 수 있다.

이하에서는 도 4a 내지 4c를 참조하여, 상술한 단계(S30)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 도 4a 내지 4c에서는 설명의 편의를 위해 그래핀과 타겟기판의 두께 및 격벽 구조물과 기판 틀의 간격을 과장하여 도시하였으나, 이로 인하여 본 명세서에 기재된 발명의 권리 범위가 제한되는 것은 아니다.

도 5a를 참조하면, 식각 용액의 세척이 완료된 제1 그래핀(11)과 제2 그래핀(12)은 각각 용액에 부유된 상태로 제1 분리 공간 및 제2 분리 공간 내에 분리되어 위치될 수 있다. 또한, 제1 그래핀(11)이 전사될 제1 타겟기판(21)과 제2 그래핀(12)이 전사될 제2 타겟기판(22)은 각각 제1 기판 수용홈과 제2 기판 수용홈에 수용될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 밸브를 통해 용액이 배출됨에 따라 제1 그래핀(11)과 제2 그래핀(11)은 각각 제1 분리 공간과 제2 분리 공간 내에서 수직 방향으로 가라앉을 수 있다. 이때, 제1 그래핀(11)과 제2 그래핀(12)은 각각 그래핀 지지층에 의해 모양이 유지된 채 안정적으로 각 분리 공간 내에서 가라앉기 때문에, 용액의 배출에 따른 그래핀의 손상은 방지될 수 있다.

도 5c를 참조하면, 밸브를 통해 용액이 완전히 배출됨에 따라 제1 그래핀(11)과 제2 그래핀(12)은 각각 제1 타겟기판(21)과 제2 타겟기판(22)에 전사될 수 있다. 이때, 제1 타겟기판(21)과 제2 타겟기판(22)의 각 기판 수용홈은 용액을 배출하는 다수의 홀을 구비하고 있기 때문에, 제1 그래핀(11)과 제2 그래핀(12)은 각각 제1 타겟기판(21)과 제2 타겟기판(22)에 완전하게 전사될 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 그래핀 습식 전사 장치 110: 수조 본체
120: 결벽 구조물 130: 기판 틀

Claims

둘 이상의 수조를 포함하는 수조 본체;
상기 수조의 상부에 위치되며, 격벽들에 의해 형성된 하나 이상의 분리 공간을 포함하는 격벽 구조물; 및
상기 격벽 구조물의 하부에 위치되며, 그래핀이 전사되는 타겟기판을 수용하는 하나 이상의 기판 수용홈이 형성된 기판 틀을 포함하되,
상기 수조의 각각에는 습식 전사 공정을 위한 용액이 채워지고, 상기 분리 공간의 각각에는 상기 그래핀의 각각이 상기 용액에 부유된 상태로 서로 분리되어 위치되는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 격벽 구조물이 각 수조의 상부 사이에서 수평방향으로 이동되게 하는 이동 메커니즘을 더 포함하는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 그래핀의 하부면은 상기 그래핀이 성장된 촉매 금속과 접합하고, 상기 그래핀의 상부면은 상기 그래핀을 지지하기 위한 그래핀 지지층과 접합하는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분리 공간의 각 수평면은 대응하는 상기 기판 수용홈의 각 수평면과 동일한 수직축을 갖는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 분리 공간의 각 수평면의 외곽선은 대응하는 상기 기판 수용홈의 각 수평면의 외곽선과 일치하는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 분리 공간의 각 수평면의 면적은 대응하는 상기 기판 수용홈의 각 수평면의 면적과 동일하거나 작은, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 기판 수용홈은 미리 설정된 기울기의 경사를 갖는 바닥면을 갖는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 기판 수용홈은 상기 용액을 배수하기 위한 다수의 홀을 포함하는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 기판 틀은 탈부착이 가능한, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 둘 이상의 수조는, 하나 이상의 분리벽에 의해 서로 분리되고,
상기 분리벽의 상부는, 상기 격벽 구조물이 각 수조의 상부 사이에서 이동되는 동안, 상기 용액의 이동을 최소화하기 위한 차폐제로 구성되는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 둘 이상의 수조 각각은, 상기 용액을 수조 안으로 유입하거나 또는 수조 밖으로 배출하기 위한 하나 이상의 밸브를 더 포함하는, 그래핀 습식 전사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 둘 이상의 수조 각각에 연결되어 각 수조에 채워진 용액의 수위를 조절하기 위한 수위조절 파이프를 더 포함하는, 그래핀 습식 전사 장치.
식각 용액이 채워진 제1 수조의 상부에 격벽 구조물을 위치시키고, 각 그래핀을 상기 식각 용액에 부유된 상태로 상기 격벽 구조물의 각 분리 공간 내에 서로 분리하여 위치시킴으로써, 상기 각 그래핀의 하부면에 접합된 촉매 금속을 식각하는 단계;
상기 제1 수조에서 세척 용액이 채워진 제2 수조의 상부로 격벽 구조물을 수평이동시킴으로써, 상기 식각 용액을 세척하는 단계; 및
상기 세척 용액이 채워진 상기 제1 수조의 상부에 하나 이상의 타겟기판이 수용된 기판 틀을 위치시키고, 상기 제2 수조에서 상기 제1 수조의 상기 기판 틀의 상부로 상기 격벽 구조물을 수평이동 시키고, 상기 제1 수조에서 상기 세척 용액을 배출함으로써, 상기 각 그래핀을 대응하는 타겟기판에 전사하는 단계를 포함하되,
상기 각 그래핀은, 상기 격벽 구조물이 상기 제1 수조에서 상기 제2 수조로 또는 상기 제2 수조에서 상기 제1 수조로 이동되는 동안, 상기 식각 용액 또는 상기 세척 용액에 부유된 상태로 상기 각 분리 공간 내에 서로 분리되어 위치되는, 그래핀 습식 전사 방법.