KR101122676B1 - Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer - Google Patents

Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer Download PDF

Info

Publication number
KR101122676B1
KR101122676B1 KR1020090120638A KR20090120638A KR101122676B1 KR 101122676 B1 KR101122676 B1 KR 101122676B1 KR 1020090120638 A KR1020090120638 A KR 1020090120638A KR 20090120638 A KR20090120638 A KR 20090120638A KR 101122676 B1 KR101122676 B1 KR 101122676B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
thin film
substrate
layer
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020090120638A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110064154A (en
Inventor
김기범
김현미
Original Assignee
서울대학교산학협력단
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 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020090120638A priority Critical patent/KR101122676B1/en
Publication of KR20110064154A publication Critical patent/KR20110064154A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101122676B1 publication Critical patent/KR101122676B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B32B9/007—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile comprising carbon, e.g. graphite, composite carbon

Abstract

본 발명은 소자 제작용 기판 상에 직접 그래핀을 형성할 수 있는 그래핀 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 그라파이트화 촉매 박막과 그라파이트화 촉매 박막의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 형성된 비정질 탄소 박막을 포함하여 이루어진 제1 적층 구조물을 기판 상에 형성한다. 그리고 적층 구조물을 열처리하여, 기판 상에 제1 그래핀층, 그라파이트화 촉매 박막 및 제2 그래핀층이 순차적으로 적층된 제2 적층 구조물을 형성한다.The present invention relates to a graphene manufacturing method that can form graphene directly on the device manufacturing substrate. In the graphene manufacturing method according to the present invention, a first laminate structure including a graphite thin film and an amorphous carbon thin film formed on at least one of the upper and lower portions of the graphite thin film is formed on a substrate. The stack structure is heat-treated to form a second stack structure in which the first graphene layer, the graphitization catalyst thin film, and the second graphene layer are sequentially stacked on the substrate.

Description

비정질 탄소 박막을 이용한 그래핀 제조방법{Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer}Graphene manufacturing method using amorphous carbon thin film {Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer}

본 발명은 그래핀 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 탄소 박막을 이용하여 소자 제작용 기판 상에 직접 그래핀을 형성할 수 있는 그래핀 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene manufacturing method, and more particularly to a graphene manufacturing method capable of forming graphene directly on the substrate for device fabrication using an amorphous carbon thin film.

그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 그라파이트(graphite)와 같이 2차원으로 결합되어 구성된 물질이며, 그라파이트와는 달리 단층 또는 2 ~ 3층으로 아주 얇게 형성되어 있다. 이러한 그래핀은 유연하고 전기 전도도가 매우 높으며 투명하기 때문에, 투명하고 휘어지는 전극으로 사용하거나 전자 소자에서 전자 수송층과 같은 전자 전송 물질로 활용하려는 연구가 진행되고 있다. Graphene (graphene) is a material composed of carbon atoms bonded in two dimensions, such as graphite (graphite), unlike graphite is formed very thin in a single layer or two to three layers. Since graphene is flexible, very high in electrical conductivity, and transparent, studies are being conducted to use it as a transparent and curved electrode or to use it as an electron transport material such as an electron transport layer in an electronic device.

그래핀은 특히 태양 전지 또는 광검출기와 같이 빛을 받아 이를 전기로 전환하는 광기전력(photovoltaic) 원리를 이용하는 전자 소자의 전자 수송층 및 투명 전극으로서 크게 주목 받고 있다. 전자 소자의 투명 전극으로는 ITO(Indium Tin Oxide)가 가장 널리 사용되고 있으나, 주재료인 인듐(In)의 가격 상승 및 고갈 가능성으로 인해 제조비용이 높아지고 있으며, 유연성이 없기 때문에 휘어지는 소자 에 적용하기 곤란한 점이 있다. Graphene has attracted much attention as an electron transport layer and a transparent electrode of an electronic device, in particular, using a photovoltaic principle of receiving light and converting it into electricity, such as a solar cell or a photodetector. Indium Tin Oxide (ITO) is the most widely used transparent electrode of electronic devices, but the manufacturing cost is increasing due to the price rise and depletion of indium (In), which is a main material. have.

기존에 그래핀을 얻는 방법에는 미세 기계적(micromechanical) 방법과 SiC 결정 열분해 방법이 있다. 미세 기계적 방법은 그라파이트 시료에 스카치테이프를 붙인 다음 이를 떼어내어, 스카치테이프 표면에 그라파이트로부터 떨어져 나온 시트(sheet) 형태의 그래핀을 얻는 방식이다. 이 경우 떼어져 나온 그래핀 시트는 그 층의 수가 일정하지 않으며, 모양도 종이가 찢긴 형상으로 일정하지가 않다. 더욱이 대면적으로 그래핀 시트를 얻는 것은 지극히 곤란하다는 단점이 있다. 그리고 SiC 결정 열분해 방법은 SiC 단결정을 가열하게 되면 표면의 SiC는 분해되어 Si은 제거되고 남아 있는 탄소(C)에 의하여 그래핀이 생성되는 원리를 이용한다. 이 방법의 경우 출발물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그래핀을 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.Conventional methods of obtaining graphene include a micromechanical method and a SiC crystal pyrolysis method. The micromechanical method is to attach a scotch tape to a graphite sample and then peel it off to obtain graphene in the form of sheets separated from graphite on the scotch tape surface. In this case, the peeled off graphene sheet has a constant number of layers, and its shape is not constant due to the tearing of paper. Moreover, there is a disadvantage in that it is extremely difficult to obtain a graphene sheet in a large area. In the SiC crystal pyrolysis method, when SiC single crystal is heated, SiC on the surface is decomposed to remove Si and graphene is generated by the remaining carbon (C). In this method, SiC single crystals used as starting materials are very expensive, and graphene is very difficult to obtain in large areas.

이에 최근에는 그라파이트화 촉매를 이용하여 그래핀을 형성하는 방법이 연구되고 있다. 이를 도 1에 나타내었다.Recently, a method of forming graphene using a graphitization catalyst has been studied. This is shown in FIG.

그라파이트화 촉매를 이용한 그래핀 형성방법은 우선, 기판(110) 상에 그라파이트화 촉매(120)를 형성한다. 기판(110)은 실리콘(Si) 기판 또는 산화 실리콘(SiO2) 기판이 이용되고, 그라파이트화 촉매(120)는 니켈(Ni) 박막이 이용된다. 다음으로, 그라파이트화 촉매(120) 상에 기상 탄소 공급원을 공급하며 열처리하여 그라파이트화 촉매(120) 상에 그래핀(130)이 형성된다. 이때, 기상 탄소 공급원은 아세틸렌(C2H2) 또는 메탄(CH4) 등이 이용된다. 그리고 그래핀(130)이 형성되어 있 는 기판(110)을 자연 냉각하여 그래핀(130)을 일정한 배열로 성장시킨다.In the graphene forming method using the graphitization catalyst, first, the graphitization catalyst 120 is formed on the substrate 110. The substrate 110 is a silicon (Si) substrate or a silicon oxide (SiO 2 ) substrate, and the graphite catalyst 120 is a nickel (Ni) thin film. Next, graphene 130 is formed on the graphitization catalyst 120 by heat treatment while supplying a gaseous carbon source on the graphitization catalyst 120. At this time, acetylene (C 2 H 2 ) or methane (CH 4 ) and the like are used as the gaseous carbon source. The graphene 130 is naturally cooled to grow the graphene 130 in a constant arrangement in which the graphene 130 is formed.

다음으로, 그래핀(130)이 형성된 기판(110)을 그라파이트화 촉매(120) 식각 용액에 담그어 그래핀 시트(140)를 분리한다. 그라파이트화 촉매(120)로 니켈 박막이 사용되는 경우, 식각 용액은 0.1M의 HCl 수용액이 이용된다. 그리고 분리된 그래핀 시트(140)를 별도의 소자 제작용 기판(미도시) 상에 전사하여, 그래핀이 형성된 기판을 제조할 수 있게 된다.Next, the graphene sheet 140 is separated by immersing the substrate 110 on which the graphene 130 is formed in an etching solution of the graphitization catalyst 120. When the nickel thin film is used as the graphitization catalyst 120, 0.1M HCl aqueous solution is used as an etching solution. The separated graphene sheet 140 may be transferred onto a separate device fabrication substrate (not shown), thereby manufacturing a substrate on which graphene is formed.

그러나 이와 같은 방법으로 그래핀이 형성된 기판을 제조하게 되면, 그래핀을 형성시키는 기판과 소자 제작용 기판이 별도로 분리되어 있으므로, 공정이 복잡해진다. 그리고 그래핀을 기판에서 분리한 후, 소자 제작용 기판의 원하는 위치에 그래핀을 위치시키는 것이 용이치 않고, 그래핀을 옮기는 과정에서 그래핀이 손상될 우려가 있다. 또한, 그래핀을 형성하기 위해서 CVD(chemical vapor deposition)방법을 이용해야 하므로, 공정이 복잡하게 된다.However, when manufacturing a substrate on which graphene is formed in this manner, the substrate for forming graphene and the substrate for device fabrication are separated separately, which makes the process complicated. After the graphene is separated from the substrate, it is not easy to place the graphene at a desired position of the substrate for device fabrication, and the graphene may be damaged during the transfer of the graphene. In addition, since the CVD (chemical vapor deposition) method must be used to form graphene, the process is complicated.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 소자 제작용 기판 상에 직접 그래핀을 형성할 수 있는 그래핀 제조방법을 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a graphene manufacturing method that can form graphene directly on the substrate for device fabrication.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 그라파이트화 촉매 박막과 상기 그라파이트화 촉매 박막의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 형성된 비정질 탄소 박막을 포함하여 이루어진 제1 적층 구조물을 기판 상에 형성하는 단계; 및 상기 제1 적층 구조물을 열처리하여, 상기 기판 상에 제1 그래핀층, 그라파이트화 촉매 박막 및 제2 그래핀층이 순차적으로 적층된 제2 적층 구조물을 형성하는 단계;를 갖는다.In order to solve the above technical problem, the graphene manufacturing method according to the present invention is a substrate comprising a first laminated structure comprising a graphite catalyst thin film and an amorphous carbon thin film formed on at least one of the upper and lower portions of the graphite catalyst thin film Forming on a phase; And heat treating the first stacked structure to form a second stacked structure in which a first graphene layer, a graphitized catalyst thin film, and a second graphene layer are sequentially stacked on the substrate.

상기 제2 적층 구조물을 형성하는 단계 이후, 상기 그라파이트화 촉매 박막 및 제2 그래핀층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.After forming the second stacked structure, the method may further include removing the graphitization catalyst thin film and the second graphene layer.

상기 기판과 제1 적층 구조물 사이에는 SiO2, TiN, Al2O3, TiO2 및 SiN로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 박막이 형성될 수 있다.A thin film made of at least one selected from the group consisting of SiO 2 , TiN, Al 2 O 3 , TiO 2, and SiN may be formed between the substrate and the first stacked structure.

상기 그라파이트화 촉매는 탄소가 용해될 수 있는 금속 물질일 수 있으며, 상기 금속 물질은 Ni, Co, Cu, Ru, Ir 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. The graphitization catalyst may be a metal material in which carbon may be dissolved, and the metal material may be at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Cu, Ru, Ir, and Rh.

상기 제1 적층 구조물을 형성하는 단계와 상기 열처리를 수행하여 제2 적층 구조물을 형성하는 단계 사이에, 상기 제1 적층 구조물 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 적층 구조물을 형성하는 단계 이후에, 상기 절연막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an insulating film on the first stacked structure between the forming of the first stacked structure and the performing of the heat treatment to form the second stacked structure. After the forming of the insulating film, the method may further include removing the insulating film.

상기 열처리는 300 내지 1200℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.The heat treatment may be carried out in a temperature range from 300 to 1200 ℃.

본 발명에 따르면, 소자 제작용 기판 상에 직접 그래핀을 형성할 수 있다. 이에 따라, 그래핀을 별도로 제작하여 그래핀을 분리시킨 후, 소자 제작용 기판에 옮기는 과정이 필요 없게 되어, 공정이 간단해지고, 그래핀을 옮기는 과정에서 발생할 그래핀의 손상의 우려가 없다. 또한, 비정질 탄소 박막과 그라파이트화 촉매 박막을 모두 스퍼터링법(sputtering)이나 증발법(evaporation)과 같은 PVD(physical vapor depositon) 방법을 이용하여 형성할 수 있으므로, 공정이 간단하게 된다.According to the present invention, it is possible to form graphene directly on the substrate for device fabrication. Accordingly, after the graphene is manufactured separately, the graphene is separated, and the process of transferring the graphene is not necessary, thereby simplifying the process, and there is no fear of damaging the graphene in the process of transferring the graphene. In addition, since both the amorphous carbon thin film and the graphite catalyst thin film can be formed by using a physical vapor depositon (PVD) method such as sputtering or evaporation, the process is simplified.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 비정질 탄소 박막을 이용한 그래핀 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the graphene manufacturing method using an amorphous carbon thin film according to the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

도 2는 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에 대한 제1 실시예의 수행과정을 나타내는 도면들이다.2 is a view showing the performance of the first embodiment of the graphene manufacturing method according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에 대한 제1 실시예는 우선, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 기판(210) 상에 블록층(220)을 형성한다. 기판(210)은 반도체 제조 공정에 이용되는 모든 형태의 기판이 사용될 수 있으며, 특히 실리콘(Si) 기판, 글래스(glass) 기판, 쿼쯔(quartz) 기판, 사파이어(sapphire) 기판 등이 사용될 수 있다. 블록층(220)은 SiO2, TiN, Al2O3, TiO2 및 SiN로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 2, the first embodiment of the graphene manufacturing method according to the present invention first forms a block layer 220 on the substrate 210, as shown in FIG. 2 (a). The substrate 210 may be any type of substrate used in a semiconductor manufacturing process, and in particular, a silicon (Si) substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like may be used. The block layer 220 may be formed of one or more selected from the group consisting of SiO 2 , TiN, Al 2 O 3 , TiO 2, and SiN.

다음으로, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 블록층(220) 상에 비정질 탄소(armorphous carbon) 박막(230)을 형성한다. 비정질 탄소 박막(230)은 스퍼터링(sputtering)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2B, an amorphous carbon thin film 230 is formed on the block layer 220. The amorphous carbon thin film 230 may be formed using a sputtering method or the like.

다음으로, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 비정질 탄소 박막(230) 상에 그라파이트화 촉매 박막(240)을 형성한다. 그라파이트화 촉매 박막(240)은 탄소가 용해될 수 있는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 그라파이트화 촉매 박막(240)을 이루는 금속 물질은 탄소가 용해되어 용액(solution)을 형성하나, 탄소와 반응하여 금속 카바이드(carbide)를 형성하지 않는 물질로 이루어질 수 있다. 이를 위해, 그라파이트화 촉매 박막(240)을 이루는 금속 물질은 Ni, Co, Cu, Ru, Ir 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. Next, as illustrated in FIG. 2C, the graphite catalyst thin film 240 is formed on the amorphous carbon thin film 230. The graphitization catalyst thin film 240 may be made of a metal material in which carbon may be dissolved. That is, the metal material constituting the graphite catalyst thin film 240 may be made of a material in which carbon is dissolved to form a solution, but does not react with carbon to form metal carbide. To this end, the metal material constituting the graphite catalyst thin film 240 may be at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Cu, Ru, Ir, and Rh.

다음으로, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 그라파이트화 촉매 박막(240) 상에 절연막(250)을 형성한다. 절연막(250)은 SiO2, SiN 및 SiON으로 형성될 수 있다. 절연막(250)은 후술할 열처리 과정에서 그라파이트화 촉매 박막(240)이 응 집(agglomeration)되는 것을 방지하고, 그라파이트화 촉매 박막(240)의 상부 및 하부의 결합 형태를 유사하게 하여, 그라파이트화 촉매 박막(240)의 상부 뿐만 아니라, 그라파이트화 촉매 박막(240)과 블록층(220) 사이에도 그래핀이 형성되는 것을 용이하게 하기 위한 것이다. 따라서 절연막(250)이 형성되어 있지 않아도 열처리 과정시 그라파이트화 촉매 박막(240)이 응집되지 않고, 그라파이트화 촉매 박막(240)과 블록층(220) 사이에 그래핀이 형성되는 것이 용이하다면, 절연막(250) 형성 과정은 생략할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2 (d), an insulating film 250 is formed on the graphite catalyst thin film 240. The insulating film 250 may be formed of SiO 2 , SiN, and SiON. The insulating film 250 prevents the agglomeration of the graphitization catalyst thin film 240 during the heat treatment to be described later, and similarly combines the upper and lower portions of the graphitization catalyst thin film 240 to form a graphite catalyst. In order to facilitate the formation of graphene between the graphitization catalyst thin film 240 and the block layer 220 as well as the upper portion of the thin film 240. Therefore, even if the insulating film 250 is not formed, if the graphitization catalyst thin film 240 does not aggregate during the heat treatment process, and graphene is easily formed between the graphitization catalyst thin film 240 and the block layer 220, The formation process 250 can be omitted.

다음으로, 도 2(e)에 도시된 바와 같이, 도 2(d)에 도시된 적층 구조물을 열처리한다. 열처리는 300 내지 1200 ℃ 정도의 온도에서 수행할 수 있으며, 열처리 과정은 고온 급속 열처리(rapid thermal annealing, RTA) 장비를 통해 이루어질 수 있다. 그리고 열처리 후, 결과물을 냉각시킨다. 냉각 과정은 자연 냉각을 통해 이루어질 수 있다. 열처리 과정과 냉각 과정을 거치게 되면, 도 2(f)에 도시된 바와 같이, 블록층(220) 상에 제1 그래핀층(233), 그라파이트화 촉매 박막(240), 제2 그래핀층(235) 및 절연막(250)이 순차적으로 적층되어 있는 적층 구조물이 형성된다.Next, as shown in FIG. 2 (e), the laminated structure shown in FIG. 2 (d) is heat treated. Heat treatment may be carried out at a temperature of about 300 to 1200 ℃, the heat treatment process may be performed through a rapid thermal annealing (RTA) equipment. After the heat treatment, the resultant is cooled. The cooling process may be through natural cooling. When the heat treatment process and the cooling process are performed, as shown in FIG. 2F, the first graphene layer 233, the graphitized catalyst thin film 240, and the second graphene layer 235 are disposed on the block layer 220. And a stacked structure in which the insulating film 250 is sequentially stacked.

열처리 과정에서 비정질 탄소 박막(230)의 탄소는 그라파이트화 촉매 박막(240)에 용해된다. 그리고 열처리 과정과 냉각 과정을 통해 그라파이트화 촉매 박막(240)에 용해된 탄소 원자 중 일부는 그라파이트화 촉매 박막(240)과 블록층(220) 사이에 석출(precipitation)되고 재배열되어 제1 그래핀층(233)을 형성하게 된다. 그리고 그라파이트화 촉매 박막(240)에 용해된 나머지 탄소 원자는 그라파이트화 촉매 박막(240)과 절연막(250) 사이에 석출되고 재배열되어 제2 그래핀 층(235)을 형성하게 된다.In the heat treatment process, the carbon of the amorphous carbon thin film 230 is dissolved in the graphite catalyst thin film 240. In addition, some of the carbon atoms dissolved in the graphite catalyst thin film 240 through heat treatment and cooling are precipitated and rearranged between the graphite catalyst thin film 240 and the block layer 220 to form a first graphene layer. 233 is formed. The remaining carbon atoms dissolved in the graphite catalyst thin film 240 are precipitated and rearranged between the graphite catalyst thin film 240 and the insulating film 250 to form the second graphene layer 235.

다음으로, 도 2(g)에 도시된 바와 같이, 절연막(250)을 제거한다. 절연막(250)의 제거는 절연막(250)을 식각할 수 있는 식각 용액을 이용하면 손쉽게 제거할 수 있다. 절연막(250)을 제거하게 되면, 기판(210) 상에 제1 그래핀층(233), 그라파이트화 촉매 박막(240) 및 제2 그래핀층(235)이 순차적으로 적층된 형태의 구조물이 된다. 그라파이트화 촉매 박막(240)이 금속 전극 물질로 이루어진 경우, 전극의 상,하부에 그래핀이 형성되어 있는 형태의 적층 구조물을 얻을 수 있다.Next, as shown in FIG. 2 (g), the insulating film 250 is removed. Removal of the insulating layer 250 can be easily performed by using an etching solution capable of etching the insulating layer 250. When the insulating layer 250 is removed, the first graphene layer 233, the graphitization catalyst thin film 240, and the second graphene layer 235 are sequentially stacked on the substrate 210. When the graphitization catalyst thin film 240 is made of a metal electrode material, it is possible to obtain a stack structure in which graphene is formed on upper and lower portions of the electrode.

다음으로, 도 2(h)에 도시된 바와 같이, 제2 그래핀층(235)과 그라파이트화 촉매 박막(240)을 제거한다. 제2 그래핀층(235)과 그라파이트화 촉매 박막(240)을 제거하면, 기판(210) 상에 그래핀을 형성할 수 있게 된다.Next, as shown in FIG. 2 (h), the second graphene layer 235 and the graphitization catalyst thin film 240 are removed. If the second graphene layer 235 and the graphitization catalyst thin film 240 are removed, the graphene may be formed on the substrate 210.

이와 같은 방법을 통해 그래핀을 제조하면, 스퍼터링과 같은 PVD 방법만을 이용하여 그래핀을 기판 상에 형성하는 것이 가능하므로, 간단한 공정을 통해 대면적의 그래핀을 제조할 수 있게 된다. 또한, 그래핀을 별도로 제작하여 그래핀을 분리시킨 후, 소자 제작용 기판에 옮기는 과정이 필요 없게 되어, 공정이 간단해지고, 그래핀을 옮기는 과정에서 발생할 그래핀의 손상의 우려가 없어지게 된다.When the graphene is manufactured through the above method, it is possible to form graphene on the substrate using only a PVD method such as sputtering, and thus a large area graphene can be manufactured through a simple process. In addition, after the graphene is manufactured separately to separate the graphene, it is not necessary to transfer the process to the substrate for device fabrication, thereby simplifying the process and eliminating the risk of damage to the graphene that occurs in the process of transferring the graphene.

도 3은 도 2의 방법으로 형성한 그래핀의 라만 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 이때, 그라파이트화 촉매 박막(240)은 니켈을 사용하였다. 도 3(a)는 열처리 후, 제2 그래핀층(235)의 라만 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 제2 그래핀층(235)과 그라파이트화 촉매 박막(240)을 제거한 후, 제1 그래핀층(230)의 라만 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 3 is a view showing a Raman spectrum of graphene formed by the method of FIG. At this time, the graphite catalyst thin film 240 used nickel. 3 (a) is a view showing the Raman spectrum of the second graphene layer 235 after heat treatment, Figure 3 (b) after removing the second graphene layer 235 and the graphitization catalyst thin film 240, 1 shows the Raman spectrum of the graphene layer 230.

도 3(a) 및 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, G 피크(1594 cm-1)와 2D 피크(2714 cm-1)의 존재로부터 그라파이트화 촉매 박막(240)의 상부에 제2 그래핀층(235)이 형성되고, 그라파이트화 촉매 박막(240)의 하부에 제1 그래핀층(233)이 형성되었음을 알 수 있다.As shown in FIGS. 3A and 3B, the second graphene layer on top of the graphitized catalyst thin film 240 from the presence of the G peak (1594 cm −1 ) and the 2D peak (2714 cm −1 ). 235 is formed, and it can be seen that the first graphene layer 233 is formed under the graphite catalyst thin film 240.

도 4는 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에 대한 제2 실시예의 수행과정을 나타내는 도면들이다.4 is a view showing the performance of the second embodiment of the graphene manufacturing method according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에 대한 제2 실시예는 우선, 도 4(a)에 도시한 바와 같이 기판(410) 상에 블록층(420)을 형성한다. 기판(410)과 블록층(420)은 제1 실시예의 기판(210)과 블록층(220)에 대응된다.Referring to FIG. 4, the second embodiment of the graphene manufacturing method according to the present invention first forms a block layer 420 on the substrate 410 as shown in FIG. 4 (a). The substrate 410 and the block layer 420 correspond to the substrate 210 and the block layer 220 of the first embodiment.

다음으로, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 블록층(420) 상에 그라파이트화 촉매 박막(440)을 형성한다. 그라파이트화 촉매 박막(440)은 탄소가 용해될 수 있는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 그라파이트화 촉매 박막(440)을 이루는 금속 물질은 탄소가 용해되어 용액(solution)을 형성하나, 탄소와 반응하여 금속 카바이드(carbide)를 형성하지 않는 물질로 이루어질 수 있다. 이를 위해, 그라파이트화 촉매 박막(440)을 이루는 금속 물질은 Ni, Co, Cu, Ru, Ir 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. Next, as illustrated in FIG. 4B, the graphite catalyst thin film 440 is formed on the block layer 420. The graphitization catalyst thin film 440 may be made of a metal material in which carbon may be dissolved. That is, the metal material constituting the graphite catalyst thin film 440 may be formed of a material in which carbon is dissolved to form a solution, but does not react with carbon to form metal carbide. To this end, the metal material constituting the graphite catalyst thin film 440 may be at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Cu, Ru, Ir, and Rh.

다음으로, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 그라파이트화 촉매 박막(440) 상에 비정질 탄소(armorphous carbon) 박막(430)을 형성한다. 비정질 탄소 박막(430)은 스퍼터링(sputtering)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 4C, an amorphous carbon thin film 430 is formed on the graphite catalyst thin film 440. The amorphous carbon thin film 430 may be formed using a sputtering method or the like.

다음으로, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 비정질 탄소 박막(430) 상에 절연막(450)을 형성한다. 절연막(450)은 SiO2, SiN 및 SiON으로 형성될 수 있다. 절연막(450)은 제1 실시예와 마찬가지로 후술할 열처리 과정에서 그라파이트화 촉매 박막(440)이 응집(agglomeration)되는 것을 방지하고, 그라파이트화 촉매 박막(440)의 상부 뿐만 아니라, 그라파이트화 촉매 박막(440)과 블록층(420) 사이에도 그래핀이 형성되는 것을 용이하게 하기 위한 것이다. Next, as shown in FIG. 4D, an insulating film 450 is formed on the amorphous carbon thin film 430. The insulating film 450 may be formed of SiO 2 , SiN, and SiON. The insulating film 450 prevents agglomeration of the graphite catalyst thin film 440 in the heat treatment process to be described later, as in the first embodiment, and prevents agglomeration of the graphite catalyst thin film 440 as well as the top of the graphite catalyst thin film 440. It is to facilitate the formation of graphene between the 440 and the block layer 420.

다음으로, 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 도 4(d)에 도시된 적층 구조물을 열처리한 후, 결과물을 냉각시킨다. 제2 실시예의 열처리 과정과 냉각 과정은 제1 실시예의 열처리 과정과 냉각 과정에 대응된다. 열처리 과정과 냉각 과정을 거치게 되면, 도 4(f)에 도시된 바와 같이, 블록층(420) 상에 제1 그래핀층(433), 그라파이트화 촉매 박막(440), 제2 그래핀층(435) 및 절연막(450)이 순차적으로 적층되어 있는 적층 구조물이 형성된다. 이와 같은 적층 구조물이 형성되는 이유는 제1 실시예에서 설명한 이유와 유사하다.Next, as shown in Figure 4 (e), after heat treatment the laminated structure shown in Figure 4 (d), the resultant is cooled. The heat treatment process and the cooling process of the second embodiment correspond to the heat treatment process and the cooling process of the first embodiment. When the heat treatment process and the cooling process are performed, as illustrated in FIG. 4F, the first graphene layer 433, the graphitization catalyst thin film 440, and the second graphene layer 435 are disposed on the block layer 420. And a stacked structure in which the insulating film 450 is sequentially stacked. The reason why such a laminated structure is formed is similar to the reason described in the first embodiment.

다음으로, 도 4(g)에 도시된 바와 같이, 절연막(450)을 제거한다. 제2 실시예의 절연막(450) 제거 과정은 제1 실시예의 절연막(250) 제거 과정에 대응된다. 절연막(450)을 제거하게 되면, 기판(410) 상에 제1 그래핀층(433), 그라파이트화 촉매 박막(440) 및 제2 그래핀층(435)이 순차적으로 적층된 형태의 구조물이 된다. 그라파이트화 촉매 박막(440)이 금속 전극 물질로 이루어진 경우, 전극의 상,하부에 그래핀이 형성되어 있는 형태의 적층 구조물을 얻을 수 있다.Next, as shown in FIG. 4G, the insulating film 450 is removed. The process of removing the insulating film 450 of the second embodiment corresponds to the process of removing the insulating film 250 of the first embodiment. When the insulating layer 450 is removed, the first graphene layer 433, the graphitization catalyst thin film 440, and the second graphene layer 435 are sequentially stacked on the substrate 410. When the graphitization catalyst thin film 440 is formed of a metal electrode material, a stacked structure in which graphene is formed on upper and lower portions of the electrode may be obtained.

다음으로, 도 4(h)에 도시된 바와 같이, 제2 그래핀층(435)과 그라파이트화 촉매 박막(440)을 제거한다. 제2 그래핀층(435)과 그라파이트화 촉매 박막(440)을 제거하면, 기판(410) 상에 그래핀을 형성할 수 있게 된다.Next, as shown in FIG. 4 (h), the second graphene layer 435 and the graphitization catalyst thin film 440 are removed. If the second graphene layer 435 and the graphitization catalyst thin film 440 are removed, the graphene may be formed on the substrate 410.

제1 실시예 및 제2 실시예에 나타낸 방법을 이용하여 그래핀을 제조하면, 간단한 공정을 통해 대면적의 그래핀을 제조할 수 있게 된다. 또한, 그래핀을 별도로 제작하여 그래핀을 분리시킨 후, 소자 제작용 기판에 옮기는 과정이 필요 없게 되어, 공정이 간단해지고, 그래핀을 옮기는 과정에서 발생할 그래핀의 손상의 우려가 없어지게 된다. If graphene is manufactured using the method shown in the first and second embodiments, it is possible to produce large areas of graphene through a simple process. In addition, after the graphene is manufactured separately to separate the graphene, it is not necessary to transfer the process to the substrate for device fabrication, thereby simplifying the process and eliminating the risk of damage to the graphene that occurs in the process of transferring the graphene.

이상에서 그라파이트화 촉매 박막의 하부에만 비정질 탄소 박막을 형성하는 경우(제1 실시예)와 그라파이트화 촉매 박막의 상부에만 비정질 탄소 박막을 형성하는 경우(제2 실시예)에 대해 도시하고 설명하였으나, 그라파이트화 촉매 박막의 상부 및 하부 모두에 비정질 탄소 박막을 형성하는 경우도 제1 실시예 및 제2 실시예와 마찬가지로 열처리, 냉각 과정을 통해 대면적의 그래핀을 제조할 수 있다.In the above, the case where the amorphous carbon thin film is formed only on the lower portion of the graphite catalyst thin film (first embodiment) and the case where the amorphous carbon thin film is formed only on the upper portion of the graphite catalyst thin film (second embodiment) have been described and described. In the case where the amorphous carbon thin film is formed on both the upper and lower portions of the graphitized catalyst thin film, large-area graphene may be manufactured through heat treatment and cooling processes similarly to the first and second embodiments.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

도 1은 종래의 그라파이트화 촉매를 이용한 그래핀 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a graphene manufacturing method using a conventional graphitization catalyst.

도 2는 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에 대한 제1 실시예의 수행과정을 나타내는 도면들이다.2 is a view showing the performance of the first embodiment of the graphene manufacturing method according to the present invention.

도 3은 도 2의 방법으로 형성한 그래핀의 라만 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 3 is a view showing a Raman spectrum of graphene formed by the method of FIG.

도 4는 본 발명에 따른 그래핀 제조방밥에 대한 제2 실시예의 수행과정을 나타내는 도면들이다.4 is a view showing the performance of the second embodiment of the graphene manufacturing Bangbab according to the present invention.

Claims (8)

그라파이트화 촉매 박막과 상기 그라파이트화 촉매 박막의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 형성된 비정질 탄소 박막을 포함하여 이루어진 제1 적층 구조물을 기판 상에 형성하는 단계; Forming a first stacked structure comprising a graphite catalyst thin film and an amorphous carbon thin film formed on at least one of upper and lower portions of the graphite catalyst thin film on a substrate; 상기 제1 적층 구조물 상에 절연막을 형성하는 단계;및Forming an insulating film on the first stacked structure; and 상기 제1 적층 구조물을 열처리하여, 상기 기판 상에 제1 그래핀층, 그라파이트화 촉매 박막 및 제2 그래핀층이 순차적으로 적층된 제2 적층 구조물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.Heat treating the first stacked structure to form a second stacked structure in which a first graphene layer, a graphitization catalyst thin film, and a second graphene layer are sequentially stacked on the substrate; Manufacturing method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 적층 구조물을 형성하는 단계 이후에,After forming the second laminated structure, 상기 그라파이트화 촉매 박막 및 제2 그래핀층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.The graphene production method further comprises the step of removing the graphitization catalyst thin film and the second graphene layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판과 제1 적층 구조물 사이에는 SiO2, TiN, Al2O3, TiO2 및 SiN로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.Graphene manufacturing method characterized in that between the substrate and the first laminated structure is formed a thin film of at least one selected from the group consisting of SiO 2 , TiN, Al 2 O 3 , TiO 2 and SiN. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 그라파이트화 촉매는 탄소가 용해될 수 있는 금속 물질인 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.The graphitization catalyst is a graphene manufacturing method, characterized in that the carbon material can be dissolved in the metal material. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 금속 물질은 Ni, Co, Cu, Ru, Ir 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.The metal material is graphene manufacturing method characterized in that at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Cu, Ru, Ir and Rh. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 적층 구조물을 형성하는 단계 이후에,After forming the second laminated structure, 상기 절연막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.Graphene manufacturing method further comprises the step of removing the insulating film. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 열처리는 300 내지 1200℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.The heat treatment is a graphene manufacturing method, characterized in that carried out in a temperature range from 300 to 1200 ℃.
KR1020090120638A 2009-12-07 2009-12-07 Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer KR101122676B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090120638A KR101122676B1 (en) 2009-12-07 2009-12-07 Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090120638A KR101122676B1 (en) 2009-12-07 2009-12-07 Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110064154A KR20110064154A (en) 2011-06-15
KR101122676B1 true KR101122676B1 (en) 2012-03-09

Family

ID=44397636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090120638A KR101122676B1 (en) 2009-12-07 2009-12-07 Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101122676B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016076481A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-19 한화테크윈 주식회사 Method for manufacturing graphene
US9382118B2 (en) 2014-11-11 2016-07-05 Hanwha Techwin Co., Ltd. Method of manufacturing graphene

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101257383B1 (en) * 2011-12-15 2013-04-23 주식회사 티씨케이 Jigs for manufacturing silicon carbide structures
KR101448078B1 (en) * 2012-02-02 2014-10-08 세종대학교산학협력단 Preparing method of graphene-layered structure and graphene-layered structure using the same
KR101466482B1 (en) * 2013-04-30 2014-12-02 경희대학교 산학협력단 Etching-free graphene growth method using oxidizable metal
KR101449278B1 (en) * 2013-04-30 2014-10-08 경희대학교 산학협력단 Graphene growth method using semiconductor
KR102497077B1 (en) * 2021-05-13 2023-02-08 한국전자기술연구원 Low temperature growth method of crystalline lamellar graphite

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016076481A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-19 한화테크윈 주식회사 Method for manufacturing graphene
US9382118B2 (en) 2014-11-11 2016-07-05 Hanwha Techwin Co., Ltd. Method of manufacturing graphene

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110064154A (en) 2011-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101122676B1 (en) Method of forming graphene layer using armorphous carbon layer
JP5731502B2 (en) Wide area deposition of graphene and products containing it by heteroepitaxial growth
JP5667188B2 (en) Wide area deposition and doping of graphene and products containing it
CN103224231B (en) Transfer method of graphite film
KR20110064164A (en) Method of forming graphene layer using chemical vapor deposition
JP5714012B2 (en) Heteroepitaxially grown graphene exfoliation and transfer technology and products containing it
KR101197639B1 (en) Graphene structure, method of the same and transparent electrode using the graphene structure
TWI588285B (en) Process for forming carbon film or inorganic material film on substrate
JP5453045B2 (en) Substrate on which graphene layer is grown and electronic / optical integrated circuit device using the same
JP5748766B2 (en) Extensive precipitation of graphene on a substrate and products containing it
US10164135B2 (en) Electronic device including graphene-based layer(s), and/or method or making the same
KR101156355B1 (en) Method of forming graphene layer using si layer solved carbon
CN105358482A (en) Graphene with very high charge carrier mobility and preparation thereof
KR101105249B1 (en) Method of forming graphene pattern utilizing imprint
TWI526559B (en) Process for forming carbon film or inorganic material film on substrate by physical vapor deposition
KR20120095553A (en) Electric device of using graphene, photovoltaic device of using the same and method of manufacturing the photovoltaic device using the same
KR101143694B1 (en) Method of forming graphene layer using metal layer solved carbon
JP2015004085A (en) Method of manufacturing laminate
US20210327707A1 (en) Method of making graphene and graphene devices
TWI762150B (en) Graphene nanoribbon composite structure and method for making the smae
KR20110014847A (en) Method of manufacturing graphene and laminated structure having graphene layer
CN104817073A (en) Method for transferring graphene film to TEM copper net
CN110379859A (en) A kind of thin film transistor (TFT), preparation method and electronic device
Yang et al. Graphene/metallic network hybrid structure for high performance transparent electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150212

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180129

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190201

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200203

Year of fee payment: 9