KR101686017B1 - Graphene nano ribbon and method for fabricating the same - Google Patents
Graphene nano ribbon and method for fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101686017B1 KR101686017B1 KR1020150013644A KR20150013644A KR101686017B1 KR 101686017 B1 KR101686017 B1 KR 101686017B1 KR 1020150013644 A KR1020150013644 A KR 1020150013644A KR 20150013644 A KR20150013644 A KR 20150013644A KR 101686017 B1 KR101686017 B1 KR 101686017B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- graphene
- substrate
- present
- nanoribbons
- graphene nanoribbons
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C01B31/0446—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2204/00—Structure or properties of graphene
- C01B2204/06—Graphene nanoribbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/17—Nanostrips, nanoribbons or nanobelts, i.e. solid nanofibres with two significantly differing dimensions between 1-100 nanometer
Abstract
본 발명은 기판 상에 단결정 그래핀을 위치시키는 단계; 상기 그래핀을 나선형 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝시 형성된 그래핀 나노리본을 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 그래핀 나노리본의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 초장력, 초경량, 고강도의 우수한 기계적 특성을 가지는, 수백 km 길이의 긴 케이블 형태로 대량생산이 가능하여, 항공우주, 조선, 건설, 제조 등 과도한 하중을 견뎌야 하는 분야에 적용되는 케이블로서 사용될 수 있다.The present invention provides a method for fabricating a semiconductor device, comprising: positioning a single crystal graphene on a substrate; Spiral patterning the graphene; And separating the graphene nanoribbons formed at the time of patterning from the substrate. According to the present invention, it is possible to mass produce a long cable having a length of several hundred km, which has excellent mechanical properties such as super tension, light weight, and high strength, and is applicable to a field where an excessive load such as aerospace, shipbuilding, Can be used as a cable.
Description
본 발명은 그래핀 나노리본 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 수백 km 길이로 대량 생산이 가능한 그래핀 나노리본 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene nanoribbon and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a graphene nanoribbon capable of being mass-produced in a length of several hundred km and a method of manufacturing the same.
우주 엘리베이터는 1960년대 우주에 접근하는 방법의 하나로 처음으로 제안되었다. 우주 엘리베이터 기술은 우주 산업 분야에 있어 기존 고비용의 스페이스 셔틀, 인공위성의 발사에 대비, 비용의 절감에 대하여 획기적인 대안으로 각광 받고 있다. 이 기술이 상용화되기 위해서는 첫째, 우주 엘리베이터용 케이블 개발, 둘째, 초고속 엘리베이터 개발, 셋째, 시설 안정성 확보가 우선시되어야 한다. 이후 수많은 연구자들에 의하여 개념적 접근을 이루었으나, 케이블에 대한 적절한 대안이 없어 계속적인 연구가 진행될 수 없었던 실정이었다. Space elevators were first proposed as a way of approaching the universe in the 1960s. Space elevator technology is emerging as a breakthrough alternative to costly space shuttles and satellites launch in space industry. In order to commercialize this technology, first, it is necessary to develop cable for space elevator, second, to develop super-high-speed elevator, and third, to secure facility stability. Although the conceptual approach has been made by a number of researchers since then, there has been no proper alternative to cable and continuous research has not been possible.
한편, 기존의 탄소나노튜브와 같은 탄소동소체는 초장력, 초경량, 고강도 특성을 보이지만, 긴 길이의 형태로 제작할 수 없다는 단점을 가지고 있었다.
On the other hand, conventional carbon isotopes such as carbon nanotubes show super tension, light weight, and high strength, but they can not be manufactured in a long shape.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 초장력, 초경량, 고강도의 성질을 가지면서 수백 km 길이의 긴 케이블 형태로 제조가 가능한 그래핀 나노리본 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.DISCLOSURE Technical Problem In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a graphene nanorib ribbon having a super tension, light weight, high strength and a long cable length of several hundred km, and a manufacturing method thereof.
상기와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 기판 상에 단결정 그래핀을 위치시키는 단계;According to an aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a semiconductor device, comprising: positioning a single crystal graphene on a substrate;
상기 그래핀을 나선형 패터닝하는 단계; 및Spiral patterning the graphene; And
상기 패터닝시 형성된 그래핀 나노리본을 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 그래핀 나노리본의 제조방법을 제공한다. And separating the graphene nanoribbons formed at the time of patterning from the substrate.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분리된 그래핀 나노리본을 로핑(ropping)하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, it may further comprise a step of roping the separated graphene nanoribbons.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분리된 그래핀 나노리본에 수소 단종 기술을 실시하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the separation of the graphene nanoribbons may further include the step of performing a hydrogen discontinuity technique.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 나선형 패터닝은 레티클을 이용하여 노광하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the helical patterning may be to expose using a reticle.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 나선형 패터닝은 단결정 그래핀 상 레티클을 준비하는 단계; 및 상기 레티클을 단결정 그래핀의 중심 방향으로 이동하고 기판을 회전시키면서 노광하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the helical patterning comprises: preparing a single crystal graphene-based reticle; And moving the reticle toward the center of the monocrystalline graphene and exposing the substrate while rotating the substrate.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 레티클은 점 모양인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the reticle may be point-shaped.
또한, 본 발명은 기판 상에 나선형 패턴을 형성하는 단계;The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a spiral pattern on a substrate;
상기 기판 상의 나선형 패턴 상에 선택적으로 그래핀 나노리본을 형성하는 단계; 및 Selectively forming a graphene nanoribbons on a spiral pattern on the substrate; And
상기 형성된 그래핀 나노리본을 제2 기판으로 찍어서 분리하는 단계;를 포함하는 그래핀 나노리본의 제조방법을 제공한다.And separating and separating the formed graphene nanoribbons with a second substrate to obtain a graphene nanoribbons.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제조방법은 동일한 기판을 사용하여 2회 이상 반복적으로 실시하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the manufacturing method may be repeatedly performed two or more times using the same substrate.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 그래핀 나노리본의 폭은 10nm 내지 10㎛인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the width of the graphene nanoribbons may be 10 nm to 10 μm.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 그래핀 나노리본의 길이는 360 내지 650km 일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the length of the graphene nanoribbons may be 360 to 650 km.
또한, 본 발명은 폭 10nm 내지 10㎛ 및 길이 360 내지 650km 의 그래핀 나노리본을 제공한다.The present invention also provides graphene nanoribbons having a width of 10 nm to 10 탆 and a length of 360 to 650 km.
본 발명의 그래핀 나노리본의 제조방법에 따르면, 초장력, 초경량, 고강도의 우수한 기계적 특성을 가지는, 수백 km 길이의 긴 케이블 형태로 대량생산이 가능하여, 항공우주, 조선, 건설, 제조 등 과도한 하중을 견뎌야 하는 분야에 적용되는 케이블로서 사용될 수 있다.According to the method for producing a graphene nanoribbon of the present invention, it is possible to mass-produce a long cable having a length of several hundred km, which has excellent mechanical properties such as super tension, light weight and high strength, It can be used as a cable for applications where the load must withstand.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노리본의 제조방법 중 a) 대면적 단결정 그래핀이 웨이퍼 상 형성된 모습, b) 대면적 단결정 그래핀 상에 나선형 패터닝 공정을 진행한 모습 및 c) 웨이퍼 상의 그래핀 나노리본을 분리한 모습을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노리본의 제조방법 중 d) 나선형 패터닝 공정에 따라 생성된 그래핀 나노리본 및 e,f) 분리된 그래핀 나노리본을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노리본의 제조방법 중 1) 기판 상 단결정 그래핀이 형성된 모습, 2) 단결정 그래핀 상 레티클을 중심 방향으로 이동하고 기판은 회전하면서 노광하는 모습, 3) 점 모양의 레티클 및 4) 제조된 나선 형상의 그래핀 나노 리본을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노리본의 제조방법 중 1) 기판 상 형성된 패턴, 2) 패턴된 기판 상 선택적으로 형성된 그래핀 나노리본, 3) 제2 기판으로 분리하는 모습, 4) 제2 기판 상 그래핀 나노리본이 옮겨진 모습 및 5) 제조된 나선 형상의 그래핀 나노 리본을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노리본의 제조방법 중 수소 단종 기술의 개념을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노리본의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노리본의 마스크 형상을 나타낸다.
도 8 및 9는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 후 광학현미경 사진 및 그래핀 나노리본의 광학현미경 이미지를 나타낸다. FIG. 1 illustrates a method of manufacturing a graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention, in which a) a large-area single crystal graphene is formed on a wafer, b) a spiral patterning process is performed on a large- ) Shows the separation of the graphene nanoribbons on the wafer.
FIG. 2 shows a method of manufacturing a graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention; d) a graphene nanoribbons produced by a spiral patterning process; and e, f) a separated graphene nanoribbons.
FIG. 3 is a view showing a method of manufacturing a graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention, in which 1) a single crystal graphene is formed on a substrate, 2) a single crystal graphene is moved in a center direction, , 3) dot-shaped reticles, and 4) spiral-shaped graphene nanoribbons produced.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of manufacturing a graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention, which includes 1) a pattern formed on a substrate, 2) a graphene nano ribbon selectively formed on the patterned substrate, 3) 4) a state in which the graphene nanoribbons are transferred on the second substrate, and 5) a spiral-shaped graphene nanoribbons produced.
FIG. 5 illustrates a concept of a hydrogen discontinuity technique in a method of manufacturing a graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention.
7 shows a mask shape of a graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8 and 9 show optical microscope images and patterned optical microscope images of the graphene nanoribbon, respectively, according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail in order to facilitate the present invention by those skilled in the art.
본 발명은 기판 상에 단결정 그래핀을 위치시키는 단계; 상기 그래핀을 나선형 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝시 형성된 그래핀 나노리본을 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 그래핀 나노리본의 제조방법을 제공한다.
The present invention provides a method for fabricating a semiconductor device, comprising: positioning a single crystal graphene on a substrate; Spiral patterning the graphene; And separating the graphene nanoribbons formed at the time of patterning from the substrate.
이하, 본 발명에 따른 제조방법을 구체적으로 서술한다.
Hereinafter, the production method according to the present invention will be described in detail.
먼저, 기판 상에 단결정 그래핀을 위치시킨다.
First, a single crystal graphene is placed on a substrate.
본 발명에서 기판은 레티클의 패턴이 전사되는 기판이다.In the present invention, a substrate is a substrate onto which a pattern of a reticle is transferred.
본 발명에서 기판은 단결정 기판 또는 비단결정성 기판일 수 있다. 상기 기판은 특별히 한정되는 것은 아니나, 실리콘계 기판, 금속 산화물계 기판, 유리 기판 또는 세라믹 기판일 수 있고, 웨이퍼일 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화아연(ZnO), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화니켈(NiO), 산화하프늄(HfO2), 산화제이코발트(CoO), 산화제이구리(CuO), 산화제이철(FeO), 산화마그네슘(MgO), 알파-산화알루미늄(a-Al2O3), 산화알루미늄(Al2O3), 스트론듐티타네이트(SrTiO3), 란타늄알루미네이트(LaAlO3), 이산화티탄(TiO2), 이산화탄탈륨(TaO2), 이산화니오븀(NbO2), 질화붕소(BN), Cu, Ni, Ru 등의 금속 및 Ge, SiC 등 반도체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
In the present invention, the substrate may be a monocrystalline substrate or a non-fixed crystal substrate. The substrate is not particularly limited, but may be a silicon substrate, a metal oxide substrate, a glass substrate, or a ceramic substrate, and may be a wafer. Specifically, the substrate is silicon (Si), silicon dioxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), zinc (ZnO), zirconium dioxide oxide (ZrO 2), nickel (NiO), hafnium oxide (HfO 2 ), sanhwajeyi cobalt (CoO), sanhwajeyi copper (CuO), ferric oxide (FeO), magnesium oxide (MgO), alpha-aluminum (a-Al 2 O 3) , aluminum oxide (Al 2 O 3), strontium Rhodium titanate (SrTiO 3), lanthanum aluminate (LaAlO 3), titanium dioxide (TiO 2), dioxide, tantalum (TaO 2), dioxide, niobium (NbO 2), such as boron nitride (BN), Cu, Ni, Ru Metal, and semiconductors such as Ge, SiC, and the like, but is not limited thereto.
본 발명에 사용되는 단결정 그래핀은 대면적 단결정 그래핀으로, 상기 단결정 그래핀은 구조용 소재의 신뢰성을 증가시킨다. 본 발명에서 단결정 그래핀은 공지된 방법으로 제조되는 것일 수 있고, 예를 들어 사파이어 또는 산화마그네슘과 같은 단결정 기판 위에 열증발법, 전자빔 증발법 또는 스퍼터링법에 의하여 단결정 전이금속 촉매층을 형성하고, 그 촉매층 위에 CVD 방법으로 그래핀을 증착시킴으로써 단결정 그래핀을 제조하는 방법으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The single crystal graphene used in the present invention is a large area single crystal graphene, and the single crystal graphene increases the reliability of the structural material. In the present invention, the single crystal graphene may be produced by a known method. For example, a monocrystalline transition metal catalyst layer may be formed on a single crystal substrate such as sapphire or magnesium oxide by a thermal evaporation method, an electron beam evaporation method or a sputtering method, But the present invention is not limited thereto. For example, the single crystal graphene may be manufactured by depositing graphene on the catalyst layer by a CVD method.
상기 대면적 단결정 그래핀의 면적은 지름 20 내지 45cm일 수 있다. 상기 면적 범위는 현재 반도체 공정에서 상용화하고 있는 실리콘 웨이퍼의 면적(크기)으로, 대면적일수록 끊어짐 없이 긴 리본 형태의 케이블 제작이 가능하다.
The area of the large area single crystal graphene may be 20 to 45 cm in diameter. The area range is the area (size) of a silicon wafer currently commercialized in a semiconductor process, and it is possible to manufacture a long ribbon-shaped cable without breaking the larger area.
그 다음, 상기 그래핀을 나선형 패터닝한다. 본 발명에서 나선형 패터닝은 이중나선형 패터닝이라고도 한다.
Then, the graphenes are helically patterned. In the present invention, helical patterning is also referred to as double helical patterning.
본 발명에 따른 나선형 패터닝은 그래핀 나노리본 형성시 제거되는 부분을 최소화시켜 그래핀 손실률을 최소화시킬 수 있다. 구체적으로, 투입되는 대면적 단결정 그래핀 대비 제조되는 그래핀 나노리본의 그래핀 손실률은 5 내지 50%이다. 예를 들어, 지름 30cm 웨이퍼 위에 그래핀을 형성하고 나노리본 폭 100nm 및 스페이스 100nm 형성 시 형성된 나노리본은 약 360km 길이(그래핀 손실률 약 50%)일 수 있고, 폭 100nm 및 스페이스 10nm 제작 시 형성된 나노리본은 약 650km 길이(그래핀 손실률 약 10%)일 수 있으며, 폭 100nm 및 스페이스 5nm 일 경우는 그래핀 손실율 5%일 수 있다. 본 발명에서 스페이스란 나노리본과 나노리본 사이의 거리를 말하며, 공정 중에 제거되는 부분이다. 즉 스페이스의 길이가 짧아질수록 그래핀 손실율은 감소하는 것이고, 공정 마진을 고려하여 10nm 이상이 바람직하다.
The spiral patterning according to the present invention minimizes the loss of graphene nanoribbons and minimizes the loss of graphene. Specifically, the graphene loss ratio of the graphene nanoribbons produced relative to the large-area single crystal grains to be added is 5 to 50%. For example, a nanoribbon formed when a graphene is formed on a wafer having a diameter of 30 cm and a nano ribbon having a width of 100 nm and a space of 100 nm may have a length of about 360 km (a graphene loss rate of about 50%), The ribbon may be about 650 km long (graphene loss rate of about 10%), and may have a graphene loss rate of 5% for a width of 100 nm and a space of 5 nm. In the present invention, the term " space " refers to the distance between the nanoribbons and the nanoribbons, and is a part removed during the process. That is, as the length of the space is shortened, the graphene loss rate is reduced, and it is preferable to be 10 nm or more in consideration of the process margin.
본 발명에서 나선형 패터닝은 레티클을 이용하여 노광하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나선형 패터닝은 단결정 그래핀(1) 상 레티클(2)을 제작하는 단계; 및 상기 레티클을 단결정 그래핀의 중심 방향으로 이동하고 기판을 회전시키면서 노광하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 이를 도 3에 나타내었다.In the present invention, the helical patterning may be performed using a reticle. Specifically, the helical patterning includes the steps of fabricating the
단결정 그래핀 상에 미리 제작된 레티클을 설치하고, 레티클을 단결정 그래핀의 중심 방향으로 이동하면서 기판을 회전시키는 동시에, 반복적 노광을 실시하면, 나선형의 그래핀 나노리본이 얻어진다. 상기 기판은 1회전만으로도 나선형의 패터닝이 가능하고, 수백 km 단위의 그래핀 나노리본을 제조할 수 있다.
A spiral graphene nanorib ribbon is obtained by providing a pre-fabricated reticle on a single crystal graphene, rotating the substrate while moving the reticle toward the center of the single crystal graphene, and repeating exposure. The substrate can be spirally patterned by only one rotation, and graphene nanoribbons of hundreds of kilometers can be manufactured.
상기 노광은 한 장의 큰 레티클을 이용하여 한 번 노광하는 것일 수 있고, 작은 레티클을 이용하여 여러 번 위치를 달리하여 여러번 노광하는 것일 수도 있다. 특히 하나의 레티클을 이용하여 한번에 노광을 하는 공정은 공정 시간을 혁신적으로 감소시킨다. 노광을 여러 차례 반복하는 경우에는 단위 면적을 기준으로 360° 회전시킬 수 있을 만큼 반복한다.
The exposure may be one exposure using a single large reticle, or multiple exposure with multiple reticles at different positions. Particularly, the process of exposing at one time using one reticle revolutionizes the process time. When the exposure is repeated several times, it is repeated so that it can be rotated by 360 ° based on the unit area.
상기 레티클은 특별히 한정되지 않으나, 점 모양 또는 선 모양일 수 있고, 바람직하게 점 모양일 수 있다.
The reticle is not particularly limited, but may be a point shape or a line shape, and preferably a point shape.
기존의 방법인 전자빔(e-beam) 또는 레이저를 이용한 커팅 방식의 경우 수백 km 단위의 나선형 마스크를 제작할 수 없었다. 그러나 본 발명은 레티클을 이용한 반복적 노광으로 수백 km 단위의 나선형 나노리본을 제작할 수 있다. 형성되는 나노리본의 폭이 종래 마이크로 단위(㎛)이었던 것에 반하여, 본 발명은 나노 단위(nm)이므로, 동일 면적에서 얻을 수 있는 나노 리본의 길이가 증가된다.
In the case of the conventional cutting method using an electron beam (e-beam) or a laser, a helical mask of several hundred km units could not be manufactured. However, the present invention makes it possible to manufacture spiral nano ribbons of several hundreds of kilometers with repetitive exposure using a reticle. The width of the formed nanoribbons is conventionally micrometers (탆), whereas the present invention is nanometer units (nm), so that the length of the nanoribbons obtained at the same area is increased.
그리고 나서, 상기 형성된 그래핀 나노리본을 기판으로부터 분리한다. 분리된 그래핀 나노리본은 도 1 및 도 2와 같이 이중 나선형이다.
Then, the formed graphene nanoribbons are separated from the substrate. The separated graphene nanoribbons are double spiral as shown in Figs. 1 and 2.
본 발명에 의한 그래핀 나노리본의 폭은 10nm 내지 10㎛이고, 구체적으로 10nm 내지 1㎛일 수 있다. 폭이 10nm 미만이면 반도체 공정에서 이용하는 패터닝의 물리적 한계에 도달하게 되고, 10㎛ 초과이면 카본나노튜브에서 기대하는 나노리본의 고유한 1차원 특성을 기대할 수 없게 된다.
The width of the graphene nanoribbon according to the present invention may be 10 nm to 10 탆, specifically 10 nm to 1 탆. If the width is less than 10 nm, the physical limit of the patterning used in the semiconductor process is reached. If the width is more than 10 탆, a unique one-dimensional characteristic of the nano ribbon expected from the carbon nanotube can not be expected.
또한, 본 발명에 의한 그래핀 나노리본의 길이는 360 내지 650km이고, 구체적으로 450 내지 650km일 수 있다. 나노리본의 길이는 사용되는 그래핀 웨이퍼의 크기 및 나노리본 폭과 스페이스 간격에 따라 공정 마진을 고려하여 되도록 긴 형태를 선호하기 때문에 길면 길수록 더 많은 장점을 가진다.
In addition, the length of the graphene nanoribbon according to the present invention is 360 to 650 km, specifically 450 to 650 km. The longer the length of the nanoribbons, the longer the length of the nanoribbons is, since they are preferably long in consideration of the process margin depending on the size of the graphene wafer used and the width of the nanorib ribbons and spacing.
그 다음, 상기 분리된 그래핀 나노리본을 로핑(ropping)하는 단계를 더 거칠 수 있다. 본 발명에서 로핑(ropping)이란 와이어 로프(wire rope)라고도 하며, 수 개의 금속 와이어를 꼬아서 1줄의 스트랜드(strand;새끼줄)를 만들고, 다시 수개의 스트랜드를 꼬아서 나선형으로 만든 줄 또는 그러한 제작방법을 말한다. 로핑(ropping)을 통하여 나노리본의 길이 방향의 기계적 강도를 비약적으로 증가시킬 수 있다.
Then, the step of roping the separated graphene nanoribbons can be further roughened. In the present invention, roping is also referred to as wire rope, in which a plurality of metal wires are twisted to form a single strand, a plurality of strands are twisted to form a spiral, How to say. The mechanical strength in the longitudinal direction of the nanoribbons can be dramatically increased through roping.
또한, 상기 분리된 그래핀 나노리본에 수소 단종 기술을 실시하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 본 발명에서 수소 단종 기술이란 그래핀 나노리본의 에지에 수소를 결합시켜서 그래핀 나노리본을 화학적/물리적으로 안정화시키는 기술을 말한다(도 5 참조). 수소 단종 기술을 통하여 제조된 그래핀 나노리본의 에지 표면의 거칠기를 최소화하고, 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다.
Further, the method may further include a step of performing a hydrogen discontinuity technique on the separated graphene nanoribbons. In the present invention, the hydrogen termination technique refers to a technique of chemical / physical stabilization of graphene nanoribbons by bonding hydrogen to the edge of the graphene nanoribbon (see FIG. 5). It is possible to minimize the roughness of the edge surface of the graphene nanoribbons manufactured through the hydrogen discontinuity technique and improve the chemical stability.
본 발명의 제조방법은 동일한 기판을 사용하여 2회 이상 반복적으로 실시하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 제조방법은 기판에서 그래핀 나노리본을 분리한 후에, 동일한 기판을 재사용함으로써 동일한 기판에서 다시 그래핀을 형성하는 반복적인 공정일 수 있다.
The manufacturing method of the present invention may be repeatedly performed twice or more using the same substrate. That is, the manufacturing method of the present invention can be a repetitive process of separating graphene nanoribbons from a substrate and then reusing the same substrate to form graphenes again on the same substrate.
상기 제조방법은 동일한 기판을 사용하여 2회 이상 반복적으로 실시하는 것일 수 있다.
The above manufacturing method may be repeatedly performed twice or more using the same substrate.
또한, 본 발명은 기판 상에 나선형 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 상의 나선형 패턴 상에 선택적으로 그래핀 나노리본을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 그래핀 나노리본을 제2 기판으로 찍어서 분리하는 단계;를 포함하는 그래핀 나노리본의 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a spiral pattern on a substrate; Selectively forming a graphene nanoribbons on a spiral pattern on the substrate; And separating and separating the formed graphene nanoribbons with a second substrate to obtain a graphene nanoribbon.
상기 제조방법은 리소그래피 공정 없이 그래핀 나노리본을 형성할 수 있는 방법으로, 스탬프(stamp) 기법이라고도 하며, 그래핀 나노리본의 대량생산에 유리한 방법이다.
The above manufacturing method is a method capable of forming graphene nanoribbons without a lithography process, which is also referred to as a stamp technique, and is an advantageous method for mass production of graphene nanoribbons.
상기 제조방법은 기판 상에 나선형 패턴을 먼저 형성한다. 기판 상에 나선형 패턴을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 레티클을 이용하여 노광 공정 후 에칭 공정을 이용하여 도 4의 패턴과 같이 제작하는 것일 수 있다.
The fabrication method first forms a spiral pattern on the substrate. The method of forming the spiral pattern on the substrate is not particularly limited, but it may be performed by using an etch process after the exposure process using a reticle, as shown in FIG. 4.
도 4의 1)은 기판(10) 상에 패턴(20)이 형성된 단면도이고, 기판을 위에서 내려다보면 나선형의 패턴이 형성되어 있는 것이다.
4 is a cross-sectional view in which a
그 다음, 상기 기판 상의 나선형 패턴 상에 선택적으로 그래핀 나노리본(30)을 형성한다. 구체적으로, 화학기상증착법을 이용하여 고온과 플라즈마 상태에서 메탄가스를 주입하여 그래핀 나노리본이 형성되도록 한다. 기판이 이미 패턴화되어 있기 때문에 그래핀이 패턴 상에만 선택적으로 형성된다.
next, A graphene nanoribbons (30) are selectively formed on the spiral pattern on the substrate. Specifically, methane gas is injected at a high temperature and a plasma state using a chemical vapor deposition method to form a graphene nanoribbons. Since the substrate is already patterned, graphene is selectively formed only on the pattern.
그리고, 상기 형성된 그래핀 나노리본을 제2 기판(11)으로 찍어서 분리한다. 나선형 패턴 상에 형성된 그래핀 나노리본을 다른 기판(제2 기판)을 이용하여 스탬프(stamp)를 찍듯이 찍으면 다른 기판으로 그래핀 나노리본이 옮겨지는 것이다. 이렇게 제2 기판으로 이동한 그래핀 나노리본은 위에서 보면 나선형의 형태를 가진다.
Then, the formed graphene nanoribbons are separated and separated by the second substrate 11. When graphene nanoribbons formed on a spiral pattern are stamped using another substrate (second substrate), graphene nanoribbons are transferred to another substrate. The graphene nanoribbon thus moved to the second substrate has a spiral shape as viewed from above.
상기 제조방법은 동일한 기판을 사용하여 2회 이상 반복적으로 실시하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 제조방법은 기판에서 그래핀 나노리본을 분리한 후에, 동일한 기판을 재사용함으로써 동일한 기판에서 다시 그래핀을 형성하는 반복적인 공정일 수 있다.
The above manufacturing method may be repeatedly performed twice or more using the same substrate. That is, the manufacturing method of the present invention can be a repetitive process of separating graphene nanoribbons from a substrate and then reusing the same substrate to form graphenes again on the same substrate.
상기 제조방법에 의하여 제조된 그래핀 나노리본의 폭 및 길이는 상술한 바와 동일하다.
The width and length of the graphene nanoribbles produced by the above production method are the same as those described above.
본 발명에 따라 제조된 그래핀 나노리본은 강도가 약 1TP 이상의 고강도일 수 있다. 기존 기술은 그래핀의 전기적 특성을 활용한 반면, 본 발명은 그래핀 나노리본의 우수한 기계적 특성을 활용할 수 있게 한 것이다. 이에 따라 본 발명은 항공 우주 분야에 사용되는 케이블로 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 과도한 하중을 견뎌야 하여 초장력, 초경량, 고강도의 우수한 기계적 특성을 요구하는 모든 분야에 적용될 수 있다.
The graphene nanoribbles produced according to the present invention may have a high strength of about 1 TP or more in strength. While the prior art utilizes the electrical properties of graphene, the present invention makes use of the excellent mechanical properties of the graphene nanoribbons. Accordingly, the present invention can be applied not only to cables used in the aerospace field, but also to all fields requiring excellent mechanical characteristics such as super tension, light weight, and high strength by enduring an excessive load.
이하의 실시를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예 1][Example 1]
도 6에 도시한 것과 같은 순서로 그래핀 나노리본을 제조하였다. The graphene nanoribbons were prepared in the same manner as shown in Fig.
먼저, 금속 혹은 기판에 형성된 그래핀을 패터닝 공정을 위해서 산화물(oxide) 표면 위에 트랜스퍼(transfer)한 후(도 6-1), 식각 공정을 위하여 포토레지스트(photoresist)(이하 PR이라고 함)을 도포한 후(도 6-2), 소프트 베이킹(soft baking)하였다(도 6-3). 준비된 마스크를 이용하여 PR을 선택적으로 노광시킨 후 (도 6-4), 현상(development) 공정을 통하여 PR을 나선형 모양으로 형성시켰다(도 6-5). 세척(Cleaning) (도 6-6) 및 하드 베이킹(hard baking) 공정(도 6-7) 후 산소기반의 플라즈마 공정을 통하여 PR 밑에 위치한 그래핀을 제외한 노출된 그래핀을 모두 제거한 후 (도 6-8), 그래핀 밑에 위치한 산화물(oxide)을 식각공정으로 모두 제거하여 그래핀 나노리본을 PR과 함께 제작하였다. First, a metal or a graphene formed on a substrate is transferred onto an oxide surface for patterning (FIG. 6-1), and a photoresist (hereinafter referred to as PR) is applied for etching (Fig. 6-2) and then soft baked (Fig. 6-3). PR was selectively exposed using the prepared mask (Fig. 6-4), and PR was formed in a spiral shape through a development process (Fig. 6-5). After the cleaning (FIG. 6-6) and the hard baking (FIG. 6-7), the exposed graphene except for the graphene located under the PR was removed through an oxygen-based plasma process (FIG. 6 -8), the oxide located under the graphene was removed by the etching process, and the graphene nanoribbons were produced together with the PR.
그 결과 형성된 마스크 형상을 도 7에 나타내었다. 또한, 패터닝 후 광학현미경 사진을 도 8에 나타내었으며, 그래핀 나노리본의 광학현미경 이미지를 도 9에 나타내었다.
The resulting mask shape is shown in Fig. FIG. 8 shows an optical microscope photograph after patterning, and FIG. 9 shows an optical microscope image of the graphene nanoribbon.
1 단결정 그래핀
2 레티클
10 기판
20 나선형 패턴
30 그래핀 나노리본
11 제2 기판1 single crystal graphene
2 Reticle
10 substrate
20 spiral pattern
30 graphene nano ribbon
11 Second substrate
Claims (12)
상기 그래핀을 나선형 패터닝하는 단계; 및
상기 패터닝시 형성된 그래핀 나노리본을 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하고,
상기 나선형 패터닝하는 단계는 상기 단결정 그래핀 상에 점 모양의 레티클을 준비하는 단계; 및 상기 레티클을 상기 단결정 그래핀의 중심 방향으로 이동시키고, 상기 기판을 회전시키면서 노광하는 단계를 포함하며,
형성된 단결정 그래핀 나노리본의 폭은 10nm 내지 1nm인 구조용 그래핀 나노리본의 제조방법.Positioning a single crystal graphene on a substrate;
Spiral patterning the graphene; And
And separating the formed graphene nanoribbons from the substrate during the patterning,
Wherein the spiral patterning step comprises: preparing a point-like reticle on the single crystal graphene; And moving the reticle toward the center of the single crystal graphene and exposing the substrate while rotating the substrate,
Wherein the formed single-crystal graphene nanoribbons have a width of 10 nm to 1 nm.
상기 분리된 그래핀 나노리본을 로핑(ropping)하는 단계를 더 포함하는 구조용 그래핀 나노리본의 제조방법. The method according to claim 1,
Further comprising the step of roping the separated graphene nanoribbons.
상기 분리된 그래핀 나노리본에 수소 단종 기술을 실시하는 단계를 더 포함하는 구조용 그래핀 나노리본의 제조방법. The method according to claim 1,
The method of claim 1, further comprising the step of applying hydrogen discontinuity technology to the separated graphene nanoribbons.
상기 기판 상의 나선형 패턴 상에 선택적으로 단결정 그래핀 나노리본을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 그래핀 나노리본을 제2 기판으로 찍어서 분리하는 단계;를 포함하는 구조용 그래핀 나노리본의 제조방법으로서,
형성된 단결정 그래핀 나노리본의 폭은 10nm 내지 1nm인 것을 특징으로 하는 구조용 그래핀 나노리본의 제조방법. Forming a spiral pattern on the substrate;
Selectively forming a monocrystalline graphene nanoribbons on a spiral pattern on the substrate; And
And forming and separating the formed graphene nanoribbons on a second substrate, the method comprising the steps of:
Wherein the width of the formed single-crystal graphene nanoribbons is 10 nm to 1 nm.
상기 제조방법은 동일한 기판을 사용하여 2회 이상 반복적으로 실시하는 것인 구조용 그래핀 나노리본의 제조방법.8. The method of claim 1 or 7,
Wherein the manufacturing method is repeatedly performed twice or more using the same substrate.
상기 그래핀 나노리본의 길이는 360 내지 650km인 구조용 그래핀 나노리본의 제조방법.8. The method of claim 1 or 7,
Wherein the graphene nanoribbons have a length of 360 to 650 km.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150013644A KR101686017B1 (en) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | Graphene nano ribbon and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150013644A KR101686017B1 (en) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | Graphene nano ribbon and method for fabricating the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160092797A KR20160092797A (en) | 2016-08-05 |
| KR101686017B1 true KR101686017B1 (en) | 2016-12-13 |
Family
ID=56711227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150013644A KR101686017B1 (en) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | Graphene nano ribbon and method for fabricating the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101686017B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101979077B1 (en) * | 2017-02-24 | 2019-05-16 | 신라대학교 산학협력단 | Separation method of graphene oxide and graphene oxide nanoribbon |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140023974A1 (en) * | 2012-07-18 | 2014-01-23 | Lockheed Martin Corporation | Spiral design graphene nanoribbon |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007523822A (en) | 2004-01-15 | 2007-08-23 | ナノコンプ テクノロジーズ インコーポレイテッド | Systems and methods for the synthesis of elongated length nanostructures |
| KR101423037B1 (en) * | 2009-07-14 | 2014-08-13 | 그래핀스퀘어 주식회사 | Preparing method of graphene sheet, graphene laminate, preparing method of transformation-affordable graphene sheet, transformation-affordable graphene sheet and device using the same |
-
2015
- 2015-01-28 KR KR1020150013644A patent/KR101686017B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140023974A1 (en) * | 2012-07-18 | 2014-01-23 | Lockheed Martin Corporation | Spiral design graphene nanoribbon |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| X. Zhang et al. ACS Nano. 2013, Vol. 7, pp. 198-202 (2012.11.29.)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160092797A (en) | 2016-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200118818A1 (en) | Stretchable crystalline semiconductor nanowire and preparation method thereof | |
| JP5727181B2 (en) | Fabrication of microelectronic devices with silicon and germanium nanowires integrated on the same substrate | |
| US20170229583A1 (en) | Electronic device, stacked structure, and manufacturing method of the same | |
| KR20130140141A (en) | Graphene nanoribbons and carbon nanotubes fabricated from sic fins or nanowire templates | |
| KR101129930B1 (en) | Semiconductor device and method for forming the same | |
| US11737374B2 (en) | Fabrication of a device | |
| US20130330523A1 (en) | Graphene nanoribbons and methods of fabrication thereof | |
| JP4546428B2 (en) | Method for producing a matrix of carbon nanotubes | |
| JP2009155111A (en) | Controlled and selective formation of catalyst nanoparticles | |
| Wang et al. | Fabrication techniques of graphene nanostructures | |
| US20110311722A1 (en) | Method of and system for forming nanostructures and nanotubes | |
| US20160133478A1 (en) | Methods for etching substrate and semiconductor devices | |
| US20150144884A1 (en) | Graphene film, electronic device, and method for manufacturing electronic device | |
| WO2006082747A1 (en) | Superconducting thin film material, superconducting wire rod and methods for manufacturing such superconducting thin film material and superconducting wire rod | |
| US20150376778A1 (en) | Graphene growth on sidewalls of patterned substrate | |
| KR101686017B1 (en) | Graphene nano ribbon and method for fabricating the same | |
| WO2015192691A1 (en) | Semiconductor structure and method for forming same | |
| KR101926539B1 (en) | Nanowire grid structure and method of manufacturing a nanowire | |
| TW201735128A (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
| TWI344167B (en) | Electron-emitting device and fabricating method thereof | |
| WO2020103372A1 (en) | Method for preparing hetero-integrated graphene having si-based substrate | |
| CN111755338A (en) | Atomic-level smooth electric connection sheet on surface of integrated device and preparation method thereof | |
| TW202102356A (en) | Device comprising physical properties controlled by microstructure and method of manufacturing the same | |
| WO2014164878A1 (en) | Forming graphene devices using self-limited reactions | |
| US10679849B2 (en) | Electric field assisted placement of nanomaterials through dielectric engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |