KR101234181B1 - Sensing method of pressure using Graphene Device and Graphene Device used therein - Google Patents
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Abstract
그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법 및 이에 사용되는 그라핀 소자가 개시된다. 그라핀층이 전사된 가요성 투명기판 상에 전극을 형성한 그라핀 소자에 압력과 전압을 인가하고, 인가시 전류의 비교를 통해 용이하게 압력을 센싱할 수 있다. 또한 상기의 방법에 사용되는 그라핀 소자는 미세한 압력에 반응하는 스트레인 게이지 압력센서나 터치스크린의 투명전극으로 응용이 가능한 효과가 있다.A pressure sensing method using a graphene device and a graphene device used therein are disclosed. Pressure and voltage are applied to the graphene device in which the electrode is formed on the flexible transparent substrate on which the graphene layer is transferred, and the pressure can be easily sensed by comparing the current when the graphene layer is applied. In addition, the graphene device used in the above method can be applied as a strain gauge pressure sensor or a transparent electrode of a touch screen in response to minute pressure.
Description
본 발명은 그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법 및 이에 사용되는 그라핀 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라핀층이 전사된 가요성 투명기판 상에 전극을 형성한 그라핀 소자에 압력과 전압을 인가하고, 인가시 전류의 비교를 통해 압력을 센싱하는 방법 및 이에 사용되는 그라핀 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure sensing method using a graphene device and a graphene device used therein, and more particularly, to apply pressure and voltage to a graphene device in which an electrode is formed on a flexible transparent substrate on which a graphene layer is transferred. In addition, the present invention relates to a method for sensing pressure through comparison of current and graphene elements used therein.
나노기술의 등장과 나노 물질의 사용으로 인하여, 압전체 분야에서도 다양하고 새로운 연구가 한창이다. 일반적으로, 압전형의 나노소자는 전기적 에너지가 외부의 자극으로 다양한 방법으로 생성될 수 있어 자가구동 시스템의 구현을 가능케 하는 이점을 가진다. Due to the emergence of nanotechnology and the use of nanomaterials, various new researches are in full swing in the piezoelectric field. In general, piezoelectric nanodevices have the advantage that electrical energy can be generated in various ways by external stimuli, thereby enabling the implementation of self-driving systems.
꾸준한 연구를 통하여, 국내의 연구진은 가요성이 있는 나노소자를 구현하는데 성공하였다. 이는 산화아연(ZnO) 나노로드를 기반으로 하는 피에조 압전 소자이다[Advanced Materials, DOI 10., 1002/ adma. 803605]. 가요성이 있는 나노소자는 자체충전이 가능한 더치 스크린 플레이어와 같이 새로운 방식의 에너지 수확 기술 등에 폭넓은 응용이 가능하다.Through constant research, domestic researchers have succeeded in implementing flexible nano devices. It is a piezoelectric piezoelectric element based on zinc oxide (ZnO) nanorods [Advanced Materials, DOI 10., 1002 / adma. 803605]. Flexible nanodevices can be used for a wide range of applications, including new-style energy harvesting technologies such as self-charging Dutch screen players.
그러나, 나노소자를 위하여 그동안 사용된 ITO 필름은 세라믹 소재인 특성상 유연성에 한계가 있으며, 인듐의 고갈로 인하여 향후 생산이 불가능한 시점이 도래할 것으로 예상되어 이를 대체할 재료 및 기술을 확립하는 것이 요구된다.However, ITO films used for nano devices have limitations in terms of flexibility due to the characteristics of ceramic materials, and it is expected that a time when production will not be possible due to depletion of indium is expected to establish materials and technologies to replace them. .
한편, 그라핀은 2004년에 발견된 새로운 2차원 탄소물질로써 현재까지 학계에서 활발히 연구되고 있는 분야이다. 최근 그라핀의 전기적 특성에 관하여 다양한 연구 결과들이 발표되었으며, 그동안의 그라핀의 연구 성과는 기초적인 물리적 특성을 발견하는 것에 국한되지 않고, 이를 이용한 새로운 소자의 출현까지 예고하고 있다. On the other hand, graphene is a new two-dimensional carbon material discovered in 2004 and is currently being actively studied in the academic world. Recently, various research results on the electrical properties of graphene have been published, and graphene's research results are not limited to finding basic physical properties, but also foretelling the emergence of new devices using them.
그라핀을 이용하여 새로운 응용 소자를 만들거나 집적 소자를 만들기 위해 그라핀의 전기적 특성의 제어는 필수적 요청사항이며, 대한민국 등록특허 10-1006488호에는 그라핀의 전기적 특성을 제어하는 방법이 개시된다. 이는 산소 플라즈마를 이용하여 그라핀에 구조적 결함을 생성하고, 그라핀의 변형없이 전기적 특성(전도성 내지 비전도성)을 제어하고 있다. 그러나, 상기 특허 이외에 아직까지 그라핀의 전기적 특성 제어와 이를 응용한 그라핀에 대한 연구결과는 미미한 실정이다. Controlling the electrical properties of the graphene to make a new application or integrated device using the graphene is an essential requirement, Korean Patent No. 10-1006488 discloses a method for controlling the electrical properties of the graphene. It generates structural defects in graphene using oxygen plasma, and controls electrical properties (conductive to non-conductive) without deformation of graphene. However, in addition to the above patents, the results of the graphene application and the control of the electrical properties of graphene are still insignificant.
이에 본 발명의 제 1 목적은 그라핀 소자에 압력, 전압을 인가하여 발생하는전류를 측정, 비교함으로써 용이하게 압력을 센싱할 수 있는 그라핀 소자의 압력 센싱 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a pressure sensing method of a graphene device that can easily sense pressure by measuring and comparing a current generated by applying pressure and voltage to the graphene device.
또한 본 발명의 제 2 목적은 가요성 투명 기판 상에 그라핀층을 전사시킴으로써, 압력에 따라 전기적 특성이 변화하는 성질을 이용하여 미세한 압력에 반응하는 센서로 응용이 가능한 그라핀 소자를 제공하는 데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a graphene device that can be applied as a sensor that responds to a minute pressure by using a property that the electrical properties change with pressure by transferring the graphene layer on a flexible transparent substrate. .
상기의 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그라핀층을 가지는 그라핀 소자를 준비하는 단계, 상기 그라핀 소자에 압력을 인가하는 단계, 상기 압력이 인가된 그라핀 소자의 양 전극에 전압을 인가하고, 전류를 측정하는 단계, 상기 전류의 비교를 통해 상기 압력을 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a graphene device having a graphene layer, applying a pressure to the graphene device, and applying a voltage to both electrodes of the graphene device to which the pressure is applied. Applying and measuring a current; and sensing the pressure by comparing the current.
또한 상기의 제 2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가요성 투명기판, 상기 가요성 투명기판 상에 형성된 그라핀층, 상기 그라핀층 상에 형성된 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention for achieving the second object is characterized in that it comprises a flexible transparent substrate, a graphene layer formed on the flexible transparent substrate, the electrode formed on the graphene layer.
본 발명에 의한 그라핀 소자의 압력 센싱 방법은 가요성 투명기판 상에 그라핀을 전사함으로써, 압력을 가하였을 때 쉽게 변형되는 성질을 이용하여 그라핀의 압력을 센싱할 수 있는 효과가 있다.The pressure sensing method of the graphene device according to the present invention has the effect of sensing the pressure of the graphene by using the property that is easily deformed when a pressure is applied by transferring the graphene on the flexible transparent substrate.
또한, 이에 사용되는 그라핀 소자는 미세한 힘에도 저항값이 변하는 전기적 특성을 이용하여 스트레인 게이지의 압력센서나 컴퓨터 모니터, 휴대폰, MP3 등의 터치스크린에 사용되는 투명전극으로 응용이 가능한 효과가 있다. In addition, the graphene device used therein has an effect that can be applied as a transparent electrode used in the touch sensor of the strain gauge pressure sensor, computer monitor, mobile phone, MP3, etc. by using the electrical properties that the resistance value changes even with a small force.
도 1 내지 도 8은 전기적 특성 측정을 위한 소자의 제작 방법을 도시한 공정도들이다.
도 9는 도 1내지 도 8의 방법으로 제조된 그라핀 소자에 압력을 인가하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 압력을 인가하였을 때의 그라핀 소자의 전자빔 현미경(SEM)이미지이다.
도 11은 압력 센싱 방법에 사용된 전극이 형성된 그라핀 소자의 평면도이다.
도 12는 압력을 인가하였을 시 측정한 그라핀 소자의 압력 곡선이다.
도 13은 다수개의 그라핀층을 가진 그라핀 소자의 압력 변화에 따른 전압-전류 특성곡선이다.
도 14는 단층의 그라핀층을 가진 그라핀 소자의 압력 변화에 따른 전압-전류 특성 곡선이다.1 to 8 are process diagrams illustrating a method of fabricating a device for measuring electrical characteristics.
FIG. 9 is a diagram illustrating a method of applying pressure to a graphene device manufactured by the method of FIGS. 1 to 8.
10 is an electron beam microscope (SEM) image of the graphene device when a pressure is applied.
11 is a plan view of a graphene device with an electrode used in the pressure sensing method.
12 is a pressure curve of a graphene device measured when pressure is applied.
13 is a voltage-current characteristic curve according to pressure change of a graphene device having a plurality of graphene layers.
14 is a voltage-current characteristic curve according to pressure change of a graphene device having a single graphene layer.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 8은 전기적 특성 측정을 위한 소자의 제작 방법을 도시한 공정도들이다.1 to 8 are process diagrams illustrating a method of fabricating a device for measuring electrical characteristics.
도 1을 참조하면, 성장용 기판(100) 상에 금속층(120) 및 그라핀층(140)이 순차적으로 형성된다.Referring to FIG. 1, the
상기 성장용 기판(100)은 산화물을 포함함이 바람직하다. 따라서, 실리콘 산화물로 이루어진 단일 기판일 수 있으며, 실리콘 기판 상에 실리콘 산화물이 형성된 특정의 막질과 기판의 조합일 수 있다. 또한, 상기 성장용 기판(100)의 재질은 상기 금속층이 용이하게 형성될 수 있는 물성적/화학적 특성을 가진 것이라면 어느 것이라도 사용가능할 것이다.The
성장용 기판(100) 상에는 금속층(120)이 구비된다. 상기 금속층(120)은 그라핀층(120)의 성장을 위해 구비되는 것으로 일종의 촉매적 기능을 수행한다. 예컨대, 상기 금속층(120)은 전이금속을 포함한다. 이는 상기 그라핀층(140)이 화학적기상증착법을 통해 형성되는 경우, 적용가능한 금속물의 종류이다. 따라서, 상기 금속층(120)은 니켈 또는 구리를 포함할 수 있다.The
상기 금속층(120) 상에는 그라핀층(140)이 구비된다. 상기 그라핀층(140)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 그라핀층(140)은 화학적 기상 증착법을 통해 형성될 수 있다.The
화학적 기상 증착법은 고온에서 탄소를 용이하게 흡착하는 전이금속을 촉매층으로 이용하여 그라핀을 합성하는 방법이다. 즉, 촉매층으로 활용할 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)를 포함하는 금속층(120)이 형성된 기판 상에 혼합가스를 공급하고, 금속층(120)의 표면으로부터 그라핀층(140)을 형성한다. 예컨대, 반응 챔버 내에서 약 800 내지 1000의 고온에서 메탄 및 수소의 혼합가스를 공급하면, 탄소원자는 촉매인 금속층(120) 상에 흡착한다. 반응 챔버의 온도가 800℃ 미만인 경우, 그라핀층(140)의 성장속도가 매우 느린 단점이 있다. 또한, 1000℃를 상회하는 경우, 하부의 금속층(120)의 물성적 변형에 따라 그라핀층(140)의 성장이 용이하지 못한 단점이 있다. 이후 냉각을 통하여 금속층(120)에 흡착된 탄소원자들을 표면에서 결정화시킴으로서 그라핀 결정구조를 형성한다. Chemical vapor deposition is a method of synthesizing graphene using a transition metal that easily adsorbs carbon at a high temperature as a catalyst layer. That is, the mixed gas is supplied onto the substrate on which the
제조예의 일예로서 ICPCVD(Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition)장치를 이용하여 니켈(120)이 증착된 SiO2/Si기판(100) 상에서 그라핀층(140)을 제조할 수 있다. 금속층(120)으로 사용되는 니켈은 스퍼터링법으로 300~500nm 두께로 상온에서 증착한다. 먼저 성장용 기판(100)을 hot-wall chamber 내에 장입하고, 로터리 진공펌프로 진공을 유지시킨 후, 니켈 표면의 산화를 방지하기 위해 수소가 혼합된 아르곤 가스를 흘려주면서 30분 동안 1000℃ 까지 상승시킨다. 상기 온도에서 10분간 유지한 후 1 torr에서 600W의 플라즈마를 발생시킨다. 이후 아르곤/산소 가스와 더불어 메탄 가스를 공급하여 그라핀층(140)을 성장시킨다. For example, the
상기와 같이 화학적 기상 증착법으로 그라핀층(140)을 제작하면 그라핀층(140)의 특성이 우수하고 대량 생산이 가능하다는 이점이 있다.When the
도 2를 참조하면, 상기 도 1에서 도시된 그라핀층(140) 상부에 전사용 희생층(160)을 형성한다. 상기 전사용 희생층(160)은 특정의 광원에 대해 반응성을 가지는 고분자 물질로 구성됨이 바람직하다. 예컨대, 전자빔에 대해 반응성을 가지는 PMMA(polymethylmethacrylate)를 포함할 수 있다. PMMA가 사용되는 경우, 스핀 코팅법을 이용하여 도포된다. Referring to FIG. 2, a transfer
도 3을 참조하면, 전자빔 리소그래피를 통해 전사용 희생층(160)을 패터닝한다. 따라서, 상기 도 2에 도시된 전사용 희생층(160)에 비해 패터닝된 전사용 희생층(160)은 그 폭이 감소된 상태로 나타난다. Referring to FIG. 3, the transfer
계속해서 패터닝된 전사용 희생층(160)을 식각 마스크로 사용하여 산소 플라즈마 식각을 통하여 하부의 그라핀층(140)을 식각한다. 따라서, 전사용 희생층(160)에 상응하는 부분의 그라핀은 하부에 잔류한다. 전자빔 리소그래피 공정은 높은 안정도를 갖는 전자 광학계와 진공중의 레이저 측정에 의하여 빔 편향계의 자기교정이 가능하며, 미세한 패턴 형성이 가능한 이점을 가진다.Subsequently, the
도 4를 참조하면, 상기 도 3에 도시된 전사용 희생층(160)은 제거된다. 상기 전사용 희생층(160)의 제거는 다양한 방법을 통해 수행된다. 예컨대, PMMA가 사용되는 경우, 아세톤이 제거용액으로 사용된다. 전사용 희생층(160)의 제거에 의해 패터닝된 그라핀층의 상부 표면은 노출된다.Referring to FIG. 4, the transfer
도 5를 참조하면, 노출된 그라핀층(140) 상에 가요성 투명기판(180)이 도입된다. 상기 가요성 투명기판(180)은 다양한 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 고분자 물질이 가요성 투명기판(180)으로 사용될 수 있는바, PDMS(polydimethylsiloxane) 등이 일예로 사용될 수 있다. 즉, 투명하고 유연성이 있는 고분자 물질이라면 가요성 투명기판(180)으로 사용될 수 있으므로, PET(polyethylene terephthalate), PVDF(polyvinylidene fluoride) 등의 물질도 가능하다.Referring to FIG. 5, the flexible
PDMS로 가요성 투명기판(180)이 사용되는 경우, 높은 접착력을 가지므로, 이를 그라핀층(140)에 용이하게 접착된다.When the flexible
도 6을 참조하면, 상기 도 5에 도시된 구조물에서 금속층(120)이 제거된다. 금속층(120)의 제거는 식각용액의 도입에 의해 달성된다. 다만, 금속층(120)의 재질에 따라 식각용액은 다양하게 선택될 수 있다. 예컨대, 금속층(120)이 니켈을 포함하는 경우, 염화제이철(FeCl3) 용액이 식각용액으로 사용된다.Referring to FIG. 6, the
도 7을 참조하면, 상기 도 6을 통해 금속층(120)이 제거된 가요성 투명기판(180)상의 그라핀층(140)에 전극(220)을 형성한다.Referring to FIG. 7, the
이는 그라핀층(140)에 전압을 인가하여, 전류를 측정하기 위함이다. 전극은 전류를 유입 또는 유출시킬 수 있는 것이라면 다양한 재료를 사용하여 형성할 수 있으며, 다양한 전극 형성 방법을 사용할 수 있다. This is to measure the current by applying a voltage to the
제조예의 일례로서, 금속인 크롬/금을 전극으로 사용하는 경우, 패턴 마스크를 이용하여 열증착하여 전극을 형성할 수 있다. 이 때 열증착하는 과정에서 마스크 패턴을 이용하여 반경 30, 50, 100 마이크로 미터(μm)의 다양한 크기로 증착이 가능하다. As an example of a manufacturing example, when using chromium / gold which is a metal as an electrode, an electrode can be formed by thermally depositing using a pattern mask. At this time, in the process of thermal evaporation, it is possible to deposit in various sizes of 30, 50, 100 micrometers (μm) using a mask pattern.
도 8을 참조하면, 상기의 공정을 통해 그라핀 소자(300)가 완성된다. 완성된 그라핀 소자(300)는 가요성 투명기판(180), 그라핀층(140), 전극(220)이 순차적으로 형성된 구조를 가진다.Referring to FIG. 8, the
한편, 도 9는 상기의 방법으로 제조된 그라핀 소자(300)에 압력을 인가하는 방법을 도시한 도면이다. 그라핀 소자(300)에 압력을 인가하는 방법에는 다양한 방법이 사용될 수 있다. Meanwhile, FIG. 9 is a diagram illustrating a method of applying pressure to the
도 9를 참조하면, 압력인가수단(240)은 예컨대, 전기적 신호를 전달하는 탐침 중에서도 고강도와 저마멸 특성을 가지는 텅스텐 팁을 이용하여 그라핀 소자(300)의 표면 상에 수직방향으로 누르는 힘을 작용시킨다. 그라핀 소자(300)의 그라핀층(140) 상에 전극(220)을 형성하여 전류가 흘러나갈 수 있도록 제작하였으며, 탐침에 의해 눌려진 그라핀 소자(300)의 특성을 측정할 수 있다. 그라핀층(140) 전극(220) 양단에는 전원 공급기(DC Supply)를 설치하여 -5V ~ 5V의 범위의 전압을 가하며 그라핀 소자(300)의 전류의 흐름을 측정하며, 각 전압을 가할 시의 전류를 비교함으로써 압력을 센싱한다.Referring to FIG. 9, the pressure applying means 240 applies a vertical pressing force on the surface of the
도 10은 전압을 인가하는 하나의 방법으로 메니퓰레이터(manipulator)를 이용하여 탐침으로 그라핀 소자(300)의 표면을 수직방향의 힘이 작용하도록 눌렀을 때의 전자빔 현미경(SEM)이미지이다.FIG. 10 is an electron beam microscope (SEM) image when a surface of the
도 10을 참조하면, 탐침(340)으로 그라핀 소자(300)의 표면을 수직으로 눌렀을 때, 즉 압력을 인가하였을 때 그라핀 소자(300)가 용이하게 변형되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10, when the surface of the
상기와 같이 그라핀 소자(300)는 가요성 투명 기판(180)상에 형성되어 있어, 상기와 같은 탐침으로 누르는 것처럼 국소적인 압력을 인가하였을 때 변형이 쉽게 일어난다. 이에 전압을 인가하여 전압인가시의 전류를 측정함으로써, 전류의 비교를 통하여 압력을 센싱할 수 있다. 따라서 용이하게 압력의 센싱이 가능하다.As described above, the
도 11은 압력 센싱 방법에 사용된 전극(220)이 형성된 그라핀 소자(300)의 평면도를 나타내는 도면이다. FIG. 11 is a diagram illustrating a plan view of the
도 11을 참조하면, 그라핀 소자(300)는 압력인가수단(240)으로 탐침을 사용하는 경우와 같이 국소적인 압력을 인가하는 것에 의한 그라핀 소자(300)의 변형을 고려하여 전극(220)은 원형 형태로 제작한다. 예컨대, 국소적인 압력이 그라핀 소자(300)의 중심부위에 인가되는 경우, 중심부위로부터 전극(220)이 동일한 거리에 배치되도록 하여, 전압측정의 정밀도를 향상시킨다. 즉, 국소적인 압력에 비례하여 전압의 변동량이 선형적으로 발생되도록 그라핀 소자(300)의 중심을 향해 상기 전극(220)은 원형의 모양을 가지도록 형성된다. 이를 통해 국소적인 압력이 인가되는 경우와 인가되지 않는 경우의 전압차의 구별이 용이해진다. 흰색으로 표시된 부분이 전극(220)이며, 점선으로 표시된 부분이 그라핀층(140)이 위치한 부분이다. 그라핀 소자(300)의 크기는 반경 약 100 마이크로 미터이다. 상기 그라핀 소자(300)에 전압, 전류가 인가될 수 있도록 전극(220)을 형성하고 직류전압발생기를 각각 +, - 로 전압인가수단(240)과 전극(220)에 연결하였다. 또한 전류-전압 측정은 전자빔 현미경을 이용하여 접속이 간단한 2단자법으로 하였다. Referring to FIG. 11, the
[[ 측정예Measurement example ]]
한편, 도 12는 메니퓰레이터를 이용하여 압력인가수단(240)으로 압력을 인가하였을 시 측정한 압력 곡선이다. 12 is a pressure curve measured when pressure is applied to the pressure applying means 240 using the manipulator.
도 12를 참조하면, 그라핀 소자(300)는 국소적인 압력이 발생된 부위를 가로질러 약 1 마이크로미터의 변형이 발생한 경우에 인가되는 힘은 약 9-4N 로 측정된다. 이는 미세한 힘의 인가에 의해 그라핀 소자(300)의 변형이 용이하게 발생되고, 이를 통해 미세한 압력에 반응하는 센서로 응용이 가능함을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, the
또한, 도 13은 다수개의 그라핀층(140)을 가진 그라핀 소자(300)가 압력을 받으면서 변형되었을 때 측정한 전압-전류 특성곡선이다. 13 is a voltage-current characteristic curve measured when the
도 13을 참조하면, 압력이 점점 더 인가됨에 따라 두 전극 사이에 흐르는 전류가 감소하는 경향을 보임을 알 수 있으며, 옴의 법칙에 의해 전류와 저항은 반비례의 관계에 있으므로, 이를 통해 그라핀 소자(300)의 저항이 증가함을 알 수 있다. Referring to FIG. 13, it can be seen that the current flowing between the two electrodes tends to decrease as the pressure is applied more and more, and according to Ohm's law, the current and the resistance are inversely related to each other. It can be seen that the resistance of 300 is increased.
도 14는 단층의 그라핀층(140)을 가진 그라핀 소자(300)가 압력을 받으면서 변형되었을 때 측정한 전압-전류 특성 곡선이다.14 is a voltage-current characteristic curve measured when the
도 14을 참조하면, 도 13과 비교하여 다수개의 그라핀층을 가진 그라핀 소자(300)의 경우보다 압력에 대해 견디는 정도가 약하지만 역시 저항이 증가함을 알 수 있다. Referring to FIG. 14, it can be seen that the degree of resistance to pressure is weaker than that of the
상기와 같이, 가요성 투명기판(180)상에 그라핀층(140)을 전사한 그라핀 소자(300)에 압력을 인가함에 따라 저항이 변화하는 특성을 이용하여, 미세한 압력에 반응하는 스트레인 게이지 압력센서나 터치스크린의 투명전극으로 응용이 가능한 효과가 있다.As described above, the strain gauge pressure in response to the minute pressure by using the characteristic that the resistance changes as the pressure is applied to the
100 : 성장용 기판
120 : 금속층
140 : 그라핀층
160 : 전사용 희생층
180 : 가요성 투명기판
200 : 패턴 마스크
220 : 전극
240 : 압력인가수단
300 : 그라핀 소자100: growth substrate
120: metal layer
140: graphene layer
160: sacrificial layer for the transfer
180: flexible transparent substrate
200: pattern mask
220: electrode
240: pressure application means
300 graphene element
Claims (10)
상기 그라핀 소자에 압력을 인가하는 단계;
상기 압력이 인가된 그라핀 소자의 양전극에 전압을 인가하고, 전류를 측정하는 단계; 및
상기 전류의 비교를 통해 상기 압력을 센싱하는 단계를 포함하고,
상기 그라핀층을 가지는 그라핀 소자를 준비하는 단계는,
성장용 기판 상에 금속층 및 그라핀층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 그라핀층 상부에 전사용 희생층을 형성하는 단계;
상기 전사용 희생층을 패터닝하는 단계;
상기 패터닝된 전사용 희생층을 식각 마스크로 사용하여 상기 그라핀층을 식각하는 단계;
상기 전사용 희생층을 제거하는 단계;
상기 그라핀층 상에 가요성 투명기판을 도입하는 단계;
상기 금속층을 제거하는 단계; 및
상기 그라핀층 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법.Preparing a graphene device having a graphene layer;
Applying pressure to the graphene device;
Applying a voltage to the positive electrode of the graphene device to which the pressure is applied, and measuring a current; And
Sensing the pressure by comparing the current;
Preparing a graphene device having the graphene layer,
Sequentially forming a metal layer and a graphene layer on the growth substrate;
Forming a transfer sacrificial layer on the graphene layer;
Patterning the transfer sacrificial layer;
Etching the graphene layer using the patterned transfer sacrificial layer as an etching mask;
Removing the transfer sacrificial layer;
Introducing a flexible transparent substrate onto the graphene layer;
Removing the metal layer; And
Pressure sensing method using a graphene device comprising the step of forming an electrode on the graphene layer.
상기 성장용 기판 상에 금속층 및 그라핀층을 순차적으로 형성하는 단계는,
화학적 기상 증착법을 사용하는 것을 특징으로 하는 그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법.The method of claim 1,
Forming the metal layer and the graphene layer sequentially on the growth substrate,
Pressure sensing method using a graphene device, characterized in that the chemical vapor deposition method used.
상기 전사용 희생층을 패터닝하는 단계는,
전자빔 리소그래피 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법.The method of claim 1,
Patterning the transfer sacrificial layer,
A pressure sensing method using a graphene device, characterized in that the electron beam lithography process.
상기 그라핀층 상에 전극을 형성하는 단계는,
패턴된 마스크를 이용하여 전극을 열 증착하는 것을 특징으로 하는 그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법.The method of claim 1,
Forming an electrode on the graphene layer,
Pressure sensing method using a graphene device characterized in that the electrode is thermally deposited using a patterned mask.
상기 그라핀 소자에 압력을 인가하는 단계는,
탐침을 이용하여 국소적으로 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법.The method of claim 1,
Applying pressure to the graphene device,
Pressure sensing method using a graphene device characterized in that the pressure is applied locally using the probe.
상기 압력은, 그라핀 소자의 표면 상에 수직방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는 그라핀 소자를 이용한 압력 센싱 방법.The method according to claim 6,
The pressure is a pressure sensing method using a graphene device, characterized in that acting in the vertical direction on the surface of the graphene device.
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