KR101851578B1 - 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법 - Google Patents

대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101851578B1
KR101851578B1 KR1020150054239A KR20150054239A KR101851578B1 KR 101851578 B1 KR101851578 B1 KR 101851578B1 KR 1020150054239 A KR1020150054239 A KR 1020150054239A KR 20150054239 A KR20150054239 A KR 20150054239A KR 101851578 B1 KR101851578 B1 KR 101851578B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
single crystal
graphene
seeds
substrate
crystal
Prior art date
Application number
KR1020150054239A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160123725A (ko
Inventor
황동목
이재현
임재영
장현식
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020150054239A priority Critical patent/KR101851578B1/ko
Publication of KR20160123725A publication Critical patent/KR20160123725A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101851578B1 publication Critical patent/KR101851578B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • 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
    • C01B32/186—Preparation by chemical vapour deposition [CVD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)

Abstract

제 1 금속 기재에서 성장된 단결정 2 차원 물질을 박리하여 씨드를 수득하는 단계; 제 2 기재에 상기 씨드를 전사하는 단계; 및 상기 전사된 씨드를 성장시켜 대면적 단결정 2 차원 물질을 수득하는 단계를 포함하는, 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법{PREPARING METHOD SINGLE-CRYSTAL TWO-DIMENSIONAL MATERLIAL HAVING LARGE-AREA}
본원은, 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법에 관한 것이다.
단원자 층으로 구성된 2 차원 물질들은 다양한 특성을 가지고 있어 차세대 재료로 손꼽힌다. 주로, 스카치 테이프 박리법을 이용하여 2 차원 물질의 특성을 확인하지만, 실질적인 사용을 위해서는 대면적의 합성 방법이 필요하다. 종래에는 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD) 등의 공정을 통해서 2 차원 물질을 합성한다. 하지만, 이러한 합성 방법은, 2 차원 물질들의 합성 과정에서 핵 생성시 결정 방향이 제어되지 않기 때문에, 결정립들이 서로 다른 결정 방향으로 성장하게 되어 성장된 결정들이 만나게 되면 다양한 각도의 결정립계를 형성하게 된다. 그 결과, 다결정의 2 차원 물질이 형성되는데, 상기 다결정의 결정립계로부터 결함이 발생하여 2 차원 물질의 특성 저하가 발생하게 된다.
2 차원 물질의 예로는 그래핀이 있는데, 현재 그래핀 막을 제조하기 위한 방법으로서는 그래파이트의 기계적 박리, 그래핀의 산화-환원 반응에 의한 화학적 박리, 실리콘 카바이드 기판 위에서 직성장(epitaxial growth), 또는 전이금속 촉매 층 위에서의 화학기상증착 등이 있다. 이 중에서도 저비용으로 대면적의 그래핀을 제조함으로써 상업화 가능성을 견인하는 것은 CVD 방법이라 할 수 있으나, 일반적으로 CVD 방법에 의하여 그래핀 막을 제조하는 경우에는 다결정성(polycrystalline) 전이금속 촉매 층 위에서 그래핀을 증착하기 때문에, 그 성장하는 그래핀이 대면적에 걸쳐 단결정(single-crystal)이 되는 것은 어려운 것으로 알려져 있다.
한편, 대한민국 공개특허 제10-2009-0065206호는, 적층 성장법을 이용한 단결정 그라펜 시트 및 그의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.
본원은, 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 일 측면은, 제 1 금속 기재에서 성장된 단결정 2 차원 물질을 박리하여 씨드를 수득하는 단계; 제 2 기재에 상기 씨드를 전사하는 단계; 및 상기 전사된 씨드를 성장시켜 대면적 단결정 2 차원 물질을 수득하는 단계를 포함하는, 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 의하면, 온도 및 기체 양 조절에 의해 핵 생성을 억제하여 단결정 2 차원 물질을 원하는 성장 기재 상에 대면적으로 형성할 수 있으며, 결함 및 결정립계가 없는 고품질의 대면적 단결정 2 차원 물질을 제공할 수 있다.
도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 대면적 단결정 2 차원 물질의 형성 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 구리 호일 상에 전사된 박리된 씨드의 광학 현미경 이미지이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 단결정 2 차원 물질이 성장하여 만났을 때의 전자 현미경 이미지이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 따른 대면적 단결정 2 차원 물질의 전자 현미경 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "그래핀"이라는 용어는 복수개의 탄소 원자들이 서로 공유 결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것을 의미하는 것으로서, 상기 공유 결합으로 연결된 탄소 원자들은 기본 반복 단위로서 6 원환을 형성하나, 5 원환 및/또는 7 원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서, 상기 그래핀이 형성하는 시트는 서로 공유 결합된 탄소 원자들의 단일층으로서 보일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 그래핀이 형성하는 시트는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5 원환 및/또는 7 원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 그래핀이 형성하는 시트가 단일층으로 이루어진 경우, 이들이 서로 적층되어 복수층을 형성할 수 있으며, 상기 그래핀 시트의 측면 말단부는 수소 원자로 포화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본원의 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
본원의 일 측면은, 제 1 금속 기재(100)에서 성장된 단결정 2 차원 물질(200)을 박리하여 씨드(seed)(210)를 수득하는 단계(S10); 제 2 기재(300)에 상기 씨드(210)를 전사하는 단계(S20); 및 상기 전사된 씨드를 성장시켜 대면적 단결정 2 차원 물질을 수득하는 단계(S30)를 포함하는, 대면적 단결정 2 차원 물질(220)의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 금속 기재(100)는 Ge, Cu, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 금속 기재(100)는 상기 단결정 2 차원 물질(200)을 형성할 수 있는 물질로서, 원자 배열이 상기 단결정 2 차원 물질(200)의 원자와 정렬되어 여러 곳에서 씨드가 형성되어 성장하여도 상기 씨드들이 합쳐질 때 결정립이 형성되지 않는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 상기 단결정 2 차원 물질(200)을 성장시키는 촉매로서 작용하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단결정 2 차원 물질(200)은 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD)에 의해 성장된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 화학기상증착법은, 예를 들어, 고온 화학기상증착(rapid thermal chemical vapor deposition; RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(inductively coupled plasma-chemical vapor deposition; ICP-CVD), 저압 화학기상증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD), 상압 화학기상증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 금속 유기화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 또는 플라즈마 화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 씨드(210)는 상기 단결정 2 차원 물질에서 복수 개 박리되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단결정 2 차원 물질(200)은 그래핀, 육방정 질화붕소(hexagonal boron nitride; h-BN), 또는 전이금속 디칼코게나이드(transition metal dichalcogenide; TMD)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전이금속 디칼코게나이드는 화학식 MX2로서 표시되는 것일 수 있으며, 상기 화학식에 있어서, M은 전이금속 물질로서, 예를 들어, Mo, Ti, V, 또는 W 등이 있을 수 있고, X는 칼코겐 물질로서, 예를 들어, S, Se, 또는 Te 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전이금속 디칼코게나이드는, 예를 들어, MoS2, TiS2, VS2, WS2, MoSe2, TiSe2, VSe2, WSe2, MoTe2, TiTe2, VTe2, 또는 WTe2가 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 씨드(210) 및 상기 대면적 단결정 2 차원 물질(220) 또한 상기 단결정 2 차원 물질(200)과 동일한 물질일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 기재(300)는 금속 또는 절연체를 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, Pt, Cu, Ni, Ru, SiO2, Al2O3, SnO2, AlOxNx, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 기재(300)는 상기 제 1 기재와 동일한 물질 또한 사용 가능하나, 원자 배열 등의 문제로 인해 단결정 2 차원 물질의 단결정 합성이 어려운 물질이나 가격 또는 대면적에 유리한 물질이 바람직하며, 상기 씨드(210)를 성장시키는 촉매로서 작용하는 것일 수 있다. 또한, 상기 제 2 기재는 박막 또는 호일의 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 씨드(210)를 전사하기 전에, 상기 제 2 기재 상에 금속 층을 형성하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 층의 형성은 불순물을 최소화하기 위하여 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 금속 층은 Au 또는 Ni 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 씨드(210)를 성장시켜 대면적 단결정 2 차원 물질(220)을 수득하는 단계(S30)는, 복수 개의 상기 씨드(210)를 상기 제 2 기재에 동일한 결정 방향으로 배열하여 상기 씨드를 성장시키는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 씨드(210)는 2 개 이상 동일한 결정 방향으로 배열된 것일 수 있다. 또한, 상기 씨드(210)의 성장은 반응 가스 또는 반응 분말을 공급하여 상기 씨드(210)를 성장시키는 것을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 씨드(210)를 성장시키기 전에, 산(acid) 또는 에칭 처리에 의해 상기 씨드(210)가 전사된 제 2 기재(300)의 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 산(acid)은, 예를 들어, 질산(HNO3), 염산(HCl), 불산(HF), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 산성의 물질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 에칭 처리는 상기 형성된 금속 층을 제거하기 위해 에천트(etchant)를 이용하여 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 에천트는 Au 에천트 또는 Ni 에천트 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 씨드(210)를 성장시키기 전에, 상기 씨드(210)가 전사된 제 2 기재(300)를 약 500℃ 내지 약 2,000℃ 의 범위의 온도에서 열처리하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 약 500℃ 이상이면서 제 2 기재의 녹는점보다 낮은 온도라면 제한 없이 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 열처리 온도는 약 500℃ 내지 약 2,000℃, 약 500℃ 내지 약 1,800℃, 약 500℃ 내지 약 1,600℃, 약 500℃ 내지 약 1,400℃, 약 500℃ 내지 약 1,200℃, 약 500℃ 내지 약 1,000℃, 약 500℃ 내지 약 800℃, 약 500℃ 내지 약 600℃, 약 600℃ 내지 약 2,000℃, 약 700℃ 내지 약 1,500℃, 또는 약 800℃ 내지 약 1,000℃의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리 시 H2 기체 및 불활성 기체를 공급하고, 상기 씨드(210)의 성장 시 반응 가스 또는 반응 분말을 공급하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 H2 기체 및 불활성 기체를 공급하면서 열처리된 상기 씨드(210)가 전사된 제 2 기재(300)에 상기 반응 가스 또는 반응 분말을 공급함으로써 상기 씨드(210)를 성장시켜 대면적 단결정 2 차원 물질(220)을 수득할 수 있다. 상기 씨드(210)의 성장 전, 상기 H2 기체와 불활성 기체를 사용하여 열처리하여 전처리함으로써 핵 생성이 억제될 수 있으며, 이로 인해 결정립계 없이 씨드(210)의 성장이 가능하여 고품질의 대면적 단결정 2 차원 물질(220)을 제조할 수 있다. 또한, 열처리를 통해 단결정 2 차원 물질의 엣지(egde)의 에너지 상태(energy state)를 제어할 수 있다. 상기 불활성 기체는, 예를 들어, Ar, N2, He, Ne, 또는 Xe 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반응 가스 또는 반응 분말은 탄소 소스, 전이금속 소스, 칼코겐 소스 , 붕소 소스, 질소 소스, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 기체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소 소스는, 예를 들어, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 또는 톨루엔 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전이금속 소스 또는 칼코겐 소스는, 예를 들어, Zr, Se, Ta, S, Nb, V, W, Mo, Ti, Te, Ga, 또는 Sn 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반응 가스, H2 기체, 및 불활성 기체를 약 0.01 내지 약 1 : 약 200 내지 약 400 : 약 200 내지 약 400의 범위의 유량으로 공급하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 탄소 소스를 포함하는 반응 가스, H2 기체, 및 불활성 기체의 공급 유량은 약 0.01 내지 약 1 : 약 200 내지 약 400 : 약 200 내지 약 400, 약 0.05 내지 약 1 : 약 250 내지 약 350 : 약 250 내지 약 350, 약 0.1 내지 약 1 : 약 250 내지 약 400 : 약 250 내지 약 400, 약 0.3 내지 약 1 : 약 300 내지 약 400 : 약 300 내지 약 400, 약 0.5 내지 약 1 : 약 350 내지 약 400 : 약 350 내지 약 400, 약 0.01 내지 약 0.5 : 약 200 내지 약 350 : 약 200 내지 약 350, 약 0.01 내지 약 0.1 : 약 200 내지 약 300 : 약 200 내지 약 300, 또는 약 0.01 내지 약 0.05 : 약 200 내지 약 250 : 약 200 내지 약 250의 비율일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기체 공급 시 압력은 약 1 Torr 내지 약 760 Torr의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 압력은 약 1 Torr 내지 약 760 Torr, 약 10 Torr 내지 약 760 Torr, 약 100 Torr 내지 약 760 Torr, 약 150 Torr 내지 약 760 Torr, 약 200 Torr 내지 약 760 Torr, 약 300 Torr 내지 약 760 Torr, 약 400 Torr 내지 약 760 Torr, 약 500 Torr 내지 약 760 Torr, 약 600 Torr 내지 약 760 Torr, 약 700 Torr 내지 약 760 Torr, 약 100 Torr 내지 약 700 Torr, 약 100 Torr 내지 약 600 Torr, 약 100 Torr 내지 약 500 Torr, 약 100 Torr 내지 약 400 Torr, 약 100 Torr 내지 약 300 Torr, 또는 약 100 Torr 내지 약 200 Torr일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 씨드(210)의 성장은 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD)에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 화학기상증착법은, 예를 들어, 고온 화학기상증착(rapid thermal chemical vapor deposition; RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(inductively coupled plasma-chemical vapor deposition; ICP-CVD), 저압 화학기상증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD), 상압 화학기상증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 금속 유기화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 또는 플라즈마 화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리 온도 조절 및 상기 기체 양 조절에 의해 핵 생성을 억제하여 결함 및 결정립계가 없는 대면적 단결정 2 차원 물질(220)을 제조할 수 있다. 상기 결정립계란, 단결정 간의 경계를 의미하는 것이고, 상기 핵 생성 억제는 상기 씨드를 제외한 부분에서의 핵 생성 억제를 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 제 2 기재(300) 상에 형성된 대면적 단결정 2 차원 물질(220)은 상기 제 1 금속 기재(100) 상에 성장된 단결정 2 차원 물질(200)과 동일한 단결정 2 차원 물질일 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본원을 좀더 자세히 설명하지만, 본원은 이에 제한되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
제 1 금속 기재인 게르마늄 (110) 웨이퍼에서 합성된 단결정 그래핀으로부터 단결정 그래핀 씨드를 박리하여 제 2 기재인 구리 호일에 전사하였다. 상기 구리 호일 상에 전사된 그래핀 씨드는 도 2의 광학 현미경(올림푸스, BX51M) 이미지를 통해 확인할 수 있다. 상기 전사 과정 중에 발생한 불순물을 질산 처리를 통해 제거한 뒤, 상기 그래핀의 핵 생성을 방지하기 위해 상기 불순물이 제거된 구리 호일을 Ar 분위기 및 100 torr의 압력 하에서 H2 기체를 공급하면서 1,000℃에서 어닐링하였으며, 그 후 공기 중에서 핫 플레이트에서 200℃로 6 시간 동안 산화 처리하여 상기 구리 호일 상에 전사된 씨드의 성장이 잘 이루어질 수 있는 조건을 조성한 후, 반응 가스로서 CH4 기체를 이용하여 LPCVD에 의해 대면적 단결정 2 차원 물질을 성장시켰다.
본 실시예에 따른 제조 방법에 의해 상기 그래핀의 핵 생성을 억제시키면서 성장되었으며, 이에 의해 결정립계가 형성되지 않음을 도 3 및 도 4의 전지현미경 이미지에 의해 확인할 수 있었다. 구체적으로, 도 3은 구리 기재 상에서 그래핀 씨드들이 성장하여 서로 만났을 때의 전자 현미경(JEOL-Korea, FE-SEM 7601) 이미지로서, 결정립계 없이 서로 합쳐지는 것을 확인할 수 있고, 도 4는 성장 후 대면적 단결정 2 차원 물질의 전자 현미경 이미지로서, 최종적으로 수득한 대면적 단결정 2 차원 물질 또한 결정립계가 없는 것을 확인할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 제 1 금속 기재
200: 단결정 2 차원 물질 210: 씨드(seed)
220: 대면적 단결정 2 차원 물질 300: 제 2 기재

Claims (9)

  1. 단결정성 제 1 금속 기재에서 성장된 단결정 그래핀의 일부분을 박리하여 복수의 단결정 그래핀 씨드를 수득하는 단계;
    다결정성 제 2 기재에 상기 박리된 복수의 단결정 그래핀 씨드를 동일한 결정 방향으로 배열하여 전사하는 단계;
    상기 복수의 단결정 그래핀 씨드가 전사된 다결정성 제 2 기재를 어닐링하여 전처리하는 단계; 및
    상기 전사된 복수의 단결정 그래핀 씨드를 성장시켜 대면적 단결정 그래핀을 수득하는 단계를 포함하는, 대면적 단결정 그래핀의 제조 방법으로서,
    상기 대면적 단결정 그래핀은, 상기 다결정성 제 2 기재에 전사된 복수의 단결정 그래핀 씨드의 성장 시 핵 생성을 억제시킴으로써 결함 및 결정립계가 형성되지 않는 것인,
    대면적 단결정 그래핀의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단결정성 제 1 금속 기재는 Ge, Cu, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것인, 대면적 단결정 그래핀의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다결정성 제 2 기재는 Pt, Cu, Ni, Ru, SiO2, Al2O3, SnO2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인, 대면적 단결정 그래핀의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단결정 그래핀 씨드를 성장시키기 전에, 산 또는 에칭 처리에 의해 상기 복수의 단결정 그래핀 씨드가 전사된 다결정성 제 2 기재의 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 것인, 대면적 단결정 그래핀의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 어닐링은 500℃ 내지 2,000℃의 범위의 온도에서 수행되는 것인, 대면적 단결정 그래핀의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 어닐링 시 H2 기체 및 불활성 기체를 공급하고, 상기 복수의 단결정 그래핀 씨드의 성장 시 반응 가스 또는 반응 분말을 공급하는 것을 포함하는 것인, 대면적 단결정 그래핀의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응 가스, H2 기체, 및 불활성 기체를 0.01 내지 1 : 200 내지 400 : 200 내지 400의 범위의 유량으로 공급하는 것을 포함하는, 대면적 단결정 그래핀의 제조 방법.
KR1020150054239A 2015-04-17 2015-04-17 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법 KR101851578B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150054239A KR101851578B1 (ko) 2015-04-17 2015-04-17 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150054239A KR101851578B1 (ko) 2015-04-17 2015-04-17 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160123725A KR20160123725A (ko) 2016-10-26
KR101851578B1 true KR101851578B1 (ko) 2018-04-24

Family

ID=57251589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150054239A KR101851578B1 (ko) 2015-04-17 2015-04-17 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101851578B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200060934A (ko) * 2018-11-23 2020-06-02 순천대학교 산학협력단 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102013299B1 (ko) * 2017-11-28 2019-08-22 성균관대학교 산학협력단 단결정 금속 박막 및 이의 제조 방법
KR102010420B1 (ko) * 2017-11-28 2019-08-13 성균관대학교 산학협력단 단결정 금속 박막 및 이의 제조 방법
KR102106781B1 (ko) * 2017-11-30 2020-05-06 성균관대학교산학협력단 단결정 금속 박막 및 이의 제조 방법
KR102202847B1 (ko) * 2019-05-20 2021-01-13 연세대학교 산학협력단 성장 기판의 화학적 표면 처리에 의한 그래핀 층의 제조 방법
WO2021080276A1 (ko) * 2019-10-21 2021-04-29 한양대학교 산학협력단 종자정 고상결정 성장에 의한 단결정 금속필름, 이를 이용한 방위각이 조절된 대면적의 단층 또는 다층 그래핀 및 이의 제조방법
KR102371457B1 (ko) * 2019-11-29 2022-03-08 한국과학기술연구원 향상된 가스 배리어 성능을 갖는 이종 2차원 적층체
KR102314020B1 (ko) * 2020-05-06 2021-10-15 아주대학교산학협력단 육방정계 질화붕소/그래핀 2차원 복합 소재 제조방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. Wang, et al., Lateral homoepitaxial growth of graphene, CrystEngComm, Vol. 16, No. 13, pp. 2537-2846 (2014.04.07.)*
J. Lee, et al., Wafer-scale growth of single-crystal monolayer graphene on reusable hydrogen-terminated germanium, Science, Vol. 344, No. 6181, pp. 286-289 (2014)*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200060934A (ko) * 2018-11-23 2020-06-02 순천대학교 산학협력단 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법
KR102200120B1 (ko) 2018-11-23 2021-01-07 순천대학교 산학협력단 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160123725A (ko) 2016-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101851578B1 (ko) 대면적 단결정 2 차원 물질의 제조 방법
US8338825B2 (en) Graphene/(multilayer) boron nitride heteroepitaxy for electronic device applications
JP4818754B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
US9284640B2 (en) Method of producing graphene from liquid metal
US9773668B2 (en) Apparatus for forming a transition metal chalcogenide thin-film
CN105714382A (zh) 大尺寸Cu（100）单晶铜箔的制备方法
JP5446681B2 (ja) ＳｉＣ単結晶製造方法
JP2013067549A (ja) 薄膜の形成方法
US9287116B2 (en) Method of forming multilayer graphene structure
KR101692514B1 (ko) 기재 위에 대면적, 단결정, 단일층의 h-BN 박막을 형성하는 방법 및 그로부터 제조된 h-BN 박막 적층체
JP5418385B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
JP5962332B2 (ja) グラフェンの成長方法
EP3662505B1 (en) Mono- and multilayer silicene prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition
EP3091106B1 (en) Method for manufacturing monocrystalline graphene
WO2009107188A1 (ja) 単結晶ＳｉＣの成長方法
JPS63224225A (ja) 薄膜単結晶ダイヤモンド基板
EP2865646A1 (en) Method of producing graphene from liquid metal
US20230154747A1 (en) A seed layer, a heterostructure comprising the seed layer and a method of forming a layer of material using the seed layer
JP4585137B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
KR20160043797A (ko) 그래핀 적층 구조체의 제조방법 및 이로 제조된 그래핀 적층 구조체
KR20190064015A (ko) 단결정 금속 박막 및 이의 제조 방법
WO2012086240A1 (ja) 単結晶炭化ケイ素液相エピタキシャル成長用シード材及び単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法
KR102010420B1 (ko) 단결정 금속 박막 및 이의 제조 방법
KR102270354B1 (ko) 단결정 이종 2차원 물질의 애피택셜 성장 방법 및 적층 구조체
JP5120758B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法

Legal Events

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

Free format text: TRIAL NUMBER: 2016101001627; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20160318

Effective date: 20180330

S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)
GRNT Written decision to grant