KR101878732B1 - 그래핀 기재 및 이를 채용한 투명전극과 트랜지스터 - Google Patents

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Abstract

소수성인 그래핀 및 친수성인 기판 사이에 이들 중간 정도의 극성을 갖는 중간층을 개재시켜 이들의 접착력을 개선할 수 있다. 그래핀과 기판의 접착력이 개선됨으로써 패터닝 등의 공정에서 그래핀의 이탈을 억제하는 것이 가능해진다. 이와 같은 그래핀, 중간층, 기판을 구비하는 그래핀 기재는 트랜지스터나 투명 전극 등에 다양하게 사용될 수 있다.

Description

그래핀 기재 및 이를 채용한 투명전극과 트랜지스터{Graphene substrate, and transparent electrode and transistor comprising the same}
그래핀 기재 및 이를 채용한 투명전극과 트랜지스터가 제공되며, 그래핀과 기판 사이에 소정 극성을 갖는 물질을 삽입함으로써 이들의 접착력을 개선한 그래핀 기재와 이를 채용한 투명전극 및 트랜지스터가 제공된다.
그래핀은 헥사고날 격자 구조의 탄소 원자로 이루어진 2차원 평면 구조의 층상 구조를 갖는다. 이와 같은 그래핀은 화학적으로 매우 안정하며, 전도성 밴드와 밸런스 밴드가 디락 포인트(Dirac point)에서 겹쳐지므로 전기적으로 반금속(semi-metal) 성질을 갖는다.
또한 그래핀에서 전자 수송은 탄도성(ballistic)을 가지므로 전자 유효 질량은 0이 되며, 따라서 매우 이동도가 높은 트랜지스터의 제작이 가능하다. 이외에도 구리의 최대 전류 밀도보다 100배 이상 큰 108A/cm2의 전류를 흘릴 수 있으며, 광학적으로 투명하여 단일층의 경우 약 97.4%의 투명도를 가진다. 따라서, 그래핀의 물리적 및 광학적 성질들을 이용하여 표시소자나 태양전지의 투명전극이나 배선, 그리고 고성능 트랜지스터로 응용이 기대되고 있으며, 이외의 소자 개발에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.
그래핀을 투명전극이나 배선, 트랜지스터 등으로 사용하기 위해서는 금속막 위에 증착하고 이를 임의의 기판으로 전사하는 방법을 사용하고 있다. 이때 기판의 소/친수성 특성에 따라 그래핀 박막의 기판으로의 접합 특성이 달라지는데, 소수성인 그래핀 특성으로 인해 친수성인 산화막 기판에는 접합이 불충분하게 된다.
해결하려는 과제는 그래핀과 기판의 접착력이 개선된 그래핀 기재를 제공하는 것이다.
해결하려는 다른 과제는 상기 그래핀 기재를 채용한 투명 전극을 제공하는 것이다.
해결하려는 또 다른 과제는 상기 그래핀 기재를 채용한 트랜지스터를 제공하는 것이다.
일 태양에 따르면,
기판;
상기 기판 상에 위치하는 제1 중간층; 및
상기 제1 중간층 상에 위치하는 그래핀을 포함하며,
상기 제1 중간층이 상기 기판과 그래핀의 중간 영역의 극성을 갖는 물질인 그래핀 기재를 제공한다.
일구현예에 따르면, 상기 그래핀 상에 제2 중간층이 더 형성될 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 중간층은 약 25 내지 약 95(의 접촉각을 가질 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 중간층은 그래핀 산화물, BN, 폴리머계 물질 등을 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 중간층은 필름의 형태를 가질 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 중간층을 형성하는 필름은 복수개의 플레이크를 포함할 수 있다.
다른 태양에 따르면,
상기 그래핀 기재를 구비하는 투명 전극을 제공한다.
또 다른 태양에 따르면,
상기 그래핀 기재를 구비하는 트랜지스터를 제공한다.
그래핀과 기판 사이에 이들의 중간 영역의 극성을 갖는 중간층 물질을 개재시킴으로써 소수성인 그래핀과 친수성인 기판 사이의 접착력을 개선하여 소자 제조시 그래핀의 탈리 현상을 억제할 수 있게 된다. 따라서 보다 대면적의 투명전극이나 트랜지스터를 제조할 수 있으며, 불량률을 최소화시키는 것이 가능해진다.
도 1 내지 도 6은 각각 일구현예에 따른 그래핀 기재의 단면도를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 각각 일구현예에 따른 그래핀 기재를 구비하는 트랜지스터의 예를 나타낸다.
도 9는 일구현예에 따른 그래핀 기재를 구비하는 염료감응 태양전지의 모식도를 나타낸다.
일태양에 따르면, 그래핀과 기판 사이에 이들 중간 영역의 극성을 갖는 중간층 물질을 개재시킴으로써 상기 그래핀과 기판 사이의 접착력을 개선할 수 있게 된다.
그래핀을 이용하여 투명전극 및 트랜지스터 등의 소자를 제조하는 경우, 그래핀이 소정 기판 상에 전사된 후, 패터닝 공정을 거치게 된다. 이와 같은 과정에서 그래핀과 기판 사이의 접착력이 부족한 경우 그래핀이 기판으로부터 이탈될 가능성이 높아진다. 예를 들어 소자 제조시 그래핀은 기판과 접촉하게 되며, 상기 기판은 플라스틱, 글래스, 산화물 등으로 이루어져 있다. 이러한 물질들로 구성된 기판은 표면 상에 존재하는 O-H 결합으로 인해 물과의 수소결합이 가능하므로 습윤성이 우수한 친수성의 특성을 갖는다. 그러나 그래핀은 sp2 결합을 갖는 탄소원자의 육각형 고리로 이루어진 다환 방향족 탄화수소 화합물(polycyclic aromatic hydrocarbons)로서 비극성이므로 소수성의 특성을 갖는다. 예를 들어 그래핀은 표면 상에서 물과 127.0˚의 접촉각을 가질 수 있다.
따라서 그래핀과 상기 기판과의 접착력은 패터닝 공정 등을 수행할 정도로 충분히 강하지 않으며, 공정중 그래핀이 기판으로부터 탈리되는 현상이 발생할 우려가 있다.
따라서 상기 소수성 그래핀과 친수성 기판 사이에 이들의 중간 영역의 극성을 갖는 중간층을 개재시킴으로써 이들의 접착력을 증가시킬 수 있게 된다.
상기 중간층이 갖는 극성은 소수성 그래핀과 친수성 기판 사이의 중간 영역으로서, 이와 같은 극성 영역은 그래핀과 기판 사이의 전체 극성 영역을 100으로 환산하여 중간 영역인 약 20 내지 약 80% 영역, 또는 약 30% 내지 약 70%의 극성을 가질 수 있다. 즉, 그래핀의 친수성 값을 기준점인 "0"으로 하고 기판의 친수성값을 "100"으로 설정하여 상대적으로 비교할 경우, 상기 그래핀보다는 20% 더 증가된 친수성값에서 상기 기판이 갖는 친수성의 약 80%에 해당하는 영역까지의 극성을 가질 수 있다.
상기 중간층의 친수성 정도는 접촉각으로도 또한 정의할 수 있으며, 예를 들어 약 25 내지 약 95˚의 접촉각을 가질 수 있다. 이와 같은 범위에서 상기 그래핀과 기판의 중간 정도의 극성을 가질 수 있다.
이와 같이 그래핀과 기판의 중간 정도의 극성을 갖는 물질로 중간층을 구성할 수 있으며, 예를 들어 질화 붕소, 그래핀 산화물(graphene oxide), 폴리머계 물질 등을 하나 이상 사용할 수 있다. 상기 질화 붕소는 표면 상에서 물과 67.4˚의 접촉각을 가지며, 상기 그래핀 산화물은 표면 상에서 물과 73˚의 접촉각을 가지므로 상기 그래핀보다는 낮은 친수성 값을 나타낸다.
상기 질화붕소는 필름 형상을 예로 들 수 있으며, 결정구조로서는 예를 들어 육방정 질화붕소(h-BN) 또는 입방정 질화붕소(c-BN)을 사용할 수 있다.
상기 폴리머계 물질로서는 예를 들어 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐 아세테이트(Polyvinyl acetate), 에폭시계 폴리머(Epoxies), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리스티렌(Polystrene) 등을 사용할 수 있다.
상기 중간층은 예를 들어 약 0.6 내지 약 10 nm의 필름 형태로 구성될 수 있으며, 이와 같은 필름은 판상 구조를 갖는 단일층 또는 다중층으로 구성된 형태를 가지거나, 또는 복수개의 플레이크가 고르게 분포되어 구성된 필름 형태를 가질 수 있다.
상기 중간층이 판상구조의 단일층 또는 다중층인 경우는 기판 상에 중간층을 단순히 적층하여 사용할 수 있다. 복수개의 플레이크가 고르게 분포된 구성된 필름 형태를 갖는 중간층의 경우는, 상기 플레이크들, 예를 들어 그래핀 플레이크들을 용매 상에 초음파 처리 등으로 균일하게 분산시킨 후, 이를 기판 상에 스프레이 등의 방법으로 분무하여 얻어진 플레이크 필름을 중간층으로서 사용할 수 있다. 이때 사용 가능한 용매로서는 NMP(N-메틸-2-피롤리돈), 디클로로벤젠(Dichlorobenzen), 클로로포름(Chloroform), DMF(디메틸포름아미드), DMAC(N,N'-디메틸 아세트아미드), DEG(디에틸렌 글리콜) 등을 사용할 수 있다.
상기 중간층이 적층되는 기판으로서는 금속산화물 기판, 실리카계 기판, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속산화물 기판의 예로서는 SiO2, ZrO2, TiO2, 사파이어, HfO2, Al2O3 기판 등을 사용할 수 있고, 상기 실리카계 기판의 예로서는 SiO2, 글래스, 쿼츠 등을 사용할 수 있으며, 상기 플라스틱 기판으로서는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(PES) 등을 사용할 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 중간층은 그래핀과 기판 사이에 위치할 수 있으며, 또한 그래핀 상에 더 존재하는 것도 가능하다. 이와 같이 그래핀 상에 추가적으로 중간층을 더 형성한 경우는, 추가적인 다른 물질, 예를 들어 유전성 물질 등을 더 적층하게 되는 경우 보다 나은 접착력을 가질 수 있다.
상기 기판은 예를 들어 약 1㎛ 내지 약 1cm의 두께 범위를 가질 수 있으며, 그 크기에 있어서는 적용하고자 하는 소자에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다.
상기 중간층 상에 적층되는 "그래핀"은 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 형성된 폴리시클릭 방향족 분자를 의미하며, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 상기 그래핀은 서로 공유결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그래핀은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5원환 및/또는 7원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 상기 그래핀은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하다.
상기 그래핀은 다양한 방법에 의하여 제조할 수 있으며, 화학기상 증착법(CVD)을 사용하여 금속 기판 상에서 성장시켜 제조한 것을 사용하거나, 다양한 방법을 사용하여 얻어진 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 복수개의 플레이크로 구성된 그래핀 필름을 사용하는 것도 가능하다. 즉, 플레이크 형태의 그래핀을 용매에 고르게 분산시킨 후, 이를 원심분리하거나 기판 상에 스프레이 등으로 분무함으로써 필름 형태의 그래핀을 형성한 후, 이를 상기 중간층에 적층할 수 있다. 이때 사용가능한 용매로서는 NMP(N-메틸-2-피롤리돈), 디클로로벤젠(Dichlorobenzen), 클로로포름(Chloroform), DMF(디메틸포름아미드), DMAC(N,N'-디메틸 아세트아미드), DEG(디에틸렌 글리콜) 등을 사용할 수 있다.
상기 그래핀은 그래핀 단일층 또는 다중층 형태를 사용할 수 있으며, 다중층인 경우는 예를 들어 약 2층 내지 약 50층, 또는 약 2층 내지 약 30층, 또는 약 2층 내지 약 20층 범위의 것을 사용할 수 있다.
이와 같은 그래핀은 크기에 있어서 제한이 없으며, 적용하고자 하는 소자에 따라 적절한 크기를 선택하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 소수성인 그래핀과 친수성인 기판 사이에 이들의 중간 정도의 극성을 갖는 중간층을 개재시킴으로써 상기 그래핀과 기판 사이의 접착력을 증가시킬 수 있다. 그 결과 패터닝 공정 등에서 그래핀이 기판으로부터 이탈되는 현상을 억제시킬 수 있게 되어 최종 소자의 품질을 개선할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 그래핀과 기판 사이에 중간층을 개재시켜 얻어진 그래핀 기재는 다양한 용도에 사용할 수 있으며, 예를 들어 표시소자나 태양전지의 투명전극, 또는 FET 트랜지스터에 적용할 수 있다.
도 1에 도시한 그래핀 기재는 중간층(13)이 기판(11)과 그래핀(12) 사이에 개재된 예를 나타낸다. 여기서 상기 중간층(13) 및 그래핀(12)은 단일층 또는 다중층 형태의 필름으로 구성되어 있다.
도 2에 도시한 그래핀 기재는 중간층(13)이 기판(11)과 그래핀(14) 사이에 개재된 다른 예를 나타내며, 여기서는 그래핀(14)이 복수개의 플레이크로 구성된 필름 형태임을 알 수 있다.
도 3에 도시한 그래핀 기재는 중간층(15)이 기판(11)과 그래핀(14) 사이에 개재된 다른 예를 나타내며, 여기서는 그래핀(14) 및 중간층(15)이 복수개의 플레이크로 구성된 필름 형태임을 알 수 있다.
도 4의 그래핀 기재는 층 형태의 제1 중간층(16)이 층 형태의 그래핀(12)과 기판(11)사이에 개재되어 있고, 상기 그래핀(12) 상에 상기 층 형태의 제2 중간층(17)이 더 형성되어 있는 구조를 나타낸다.
도 5는 도 4와 같은 층 배열을 갖는 그래핀 기재에서 상기 그래핀(12)이 층 형태가 아닌 플레이크로 이루어진 필름 형태로 구성된 그래핀 기재를 나타낸다.
도 6은 도 4와 같은 층 배열을 갖는 그래핀 기재에서 그래핀(14) 및 제1 중간층(15)이 플레이크들로 이루어진 필름 형태를 갖는 예를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 FET 트랜지스터의 예를 나타낸다. 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 트랜지스터는 기판(25) 상에 소스 전극(21) 및 드레인 전극(22)이 위치하며, 유전체(24) 상에 게이트전극(23)이 위치한다. 여기서 그래핀(26)은 채널로 사용되며, 상기 그래핀을 유전체와 기판 상에 보다 접착이 잘 되도록 제1 중간층(28) 및 제2 중간층(27)이 그래핀(26)의 전후로 위치하고 있다.
도 8은 트랜지스터의 다른 예를 나타내며, 여기서도 채널로 사용되는 그래핀(26)이 기판과 접착이 잘 되도록 제1 중간층(28) 및 제2 중간층(27)이 사용되고 있다.
상기 중간층을 구비한 그래핀 기재를 구비한 태양전지의 예로서는 도 9에 도시한 바와 같은 염료감응 태양전지가 있으며, 상기 염료감응 태양전지는 반도체 전극(10), 전해질층(13) 및 대향전극(14)을 포함하며, 상기 반도체 전극은 전도성 투명기판(11) 및 광흡수층(12)으로 이루어지며, 전도성 유리기판 상에 나노입자 산화물(12a)의 콜로이드 용액을 코팅하여 고온의 전기로에서 가열한 후 염료(12b)를 흡착시켜 완성된다.
상기 전도성 투명기판(11)으로서 투명 전극을 사용하게 된다. 이와 같은 투명 전극은 상기 중간층이 개재된 투명기판과 그래핀 사이에 개재된 그래핀 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 기판으로서는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 투명한 고분자 물질 또는 글래스 기판 등을 사용할 수 있다. 이는 대향전극(14)에도 그대로 적용된다.
상기 염료 감응 태양전지를 구부림이 가능한 구조, 예를 들어 원통형 구조를 만들기 위해서는 상기 투명 전극 외에도, 대향전극 등이 모두 함께 연질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 태양전지에 사용되는 나노입자 산화물(12a)은 반도체 미립자로서 광 여기하에서 전도대 전자가 캐리어로 되어 애노드 전류를 제공하는 n형 반도체인 것이 바람직하다. 구체적으로 예시하면 TiO2, SnO2, ZnO2, WO3, Nb2O5, Al2O3, MgO, TiSrO3 등을 들 수 있으며, 특히 바람직하게는 아나타제형의 TiO2이다. 아울러 상기 금속 산화물은 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 반도체 미립자는 표면에 흡착된 염료가 보다 많은 빛을 흡수하도록 하기 위하여 표면적을 크게 하는 것이 바람직하며, 이를 위해 반도체 미립자의 입경이 20nm 이하 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 염료(12b)는 태양 전지 혹은 광전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물이 바람직하다. 상기 루테늄 착물로서는 RuL2(SCN)2, RuL2(H2O)2, RuL3, RuL2 등을 사용할 수 있다(식중 L은 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 등을 나타낸다). 그렇지만 이와 같은 염료(12b)로서는 전하 분리기능을 갖고 감응 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 루테늄 착물 이외에도 예를 들어 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카브리블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환 퀴논계 색소 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 두가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 나노입자 산화물(12a) 및 염료(12b)를 포함하는 광흡수층(12)의 두께는 15미크론 이하, 바람직하게는 1 내지 15미크론이 좋다. 왜냐하면 이 광흡수층은 그 구조상의 이유에서 직렬저항이 크고, 직렬저항의 증가는 변환효율의 저하를 초래하는 바, 막 두께를 15미크론 이하로 함으로써 그 기능을 유지하면서 직렬저항을 낮게 유지하여 변환효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
상기 염료감응 태양전지에 사용되는 전해질층(13)은 액체 전해질, 이온성 액체 전해질, 이온성 겔 전해질, 고분자 전해질 및 이들간에 복합체를 예로 들 수 있다. 대표적으로는 전해액으로 이루어지고, 상기 광흡수층(12)을 포함하거나, 또는 전해액이 광흡수층에 침윤되도록 형성된다. 전해액으로서는 예를 들면 요오드의 아세토나이트릴 용액 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.
더불어 상기 염료감응 태양전지는 촉매층을 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 촉매층은 염료감응 태양전지의 산화환원 반응을 촉진하기 위한 것으로서 백금, 탄소, 그래파이트, 카본 나노튜브, 카본블랙, p-형 반도체 및 이들간의 복합체 등을 사용할 수 있으며, 이들은 상기 전해질층과 상대 전극 사이에 위치하게 된다. 이와 같은 촉매층은 미세구조로 표면적을 증가시킨 것이 바람직하며, 예를 들어 백금이면 백금흑 상태로, 카본이면 다공질 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 염화백금산 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은, 카본 미립자의 소결이나 유기폴리머의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 염료 감응 태양전지는 전도성이 우수하고, 가요성인 그래핀 시트 함유 투명 전극을 채용함으로써 보다 우수한 광효율 및 가공성을 갖게 된다.
상기 기판과 그래핀 사이에 중간층이 개재된 그래핀 기재를 투명 전극으로 사용되는 표시소자로서는 전자종이 표시소자, 유기발광 표시소자, 액정 표시소자 등을 예로 들 수 있다. 이들 중 상기 유기발광 표시소자는 형광성 또는 인광성 유기 화합물 박막에 전류를 흘려주면, 전자와 정공이 유기막에서 결합하면서 빛이 발생하는 현상을 이용한 능동 발광형 표시 소자이다. 일반적인 유기 전계 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가지고 있다. 전자와 정공의 주입을 보다 용이하게 하기 위하여 전자 주입층 및 정공 주입층을 더 구비하는 것도 가능하며, 필요에 따라 정공차단층, 버퍼층 등을 더 구비할 수 있다. 상기 애노드는 그 특성상 투명하고 전도성이 우수한 소재가 바람직한 바, 기판과 그래핀 사이에 중간층이 개재된 상기 그래핀 기재를 구비한 투명 전극을 유용하게 사용할 수 있다.
상기 정공수송층의 소재로는 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리트리페닐아민(polytriphenylamine)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자수송층의 소재로는 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리옥사디아졸(polyoxadiazole)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 발광층에 사용되는 발광물질로서는 일반적으로 사용되는 형광 혹은 인광 발광물질을 제한없이 사용할 수 있으나, 1종 이상의 고분자 호스트, 고분자와 저분자의 혼합물 호스트, 저분자 호스트, 및 비발광 고분자 매트릭스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 여기에서 고분자 호스트, 저분자 호스트, 비발광 고분자 매트릭스로는 유기 전계 발광 소자용 발광층 형성시 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 고분자 호스트의 예로는 폴리(비닐카르바졸), 폴리플루오렌, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리티오펜 등이 있고, 저분자 호스트의 예로는 CBP(4,4'-N,N'-디카르바졸-비페닐), 4,4'-비스[9-(3,6-비페닐카바졸릴)]-1-1,1'-비페닐{4,4'-비스[9-(3,6-비페닐카바졸릴)]-1-1,1'-비페닐}, 9,10-비스[(2',7'-t-부틸)-9',9''-스피로비플루오레닐(spirobifluorenyl)안트라센, 테트라플루오렌 등이 있고, 비발광 고분자 매트릭스로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 등이 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 상술한 발광층은 진공증착법, 스퍼터링법, 프린팅법, 코팅법, 잉크젯방법 등에 의해 형성될 수 있다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
Cu 호일(75㎛, Wacopa사 제조)을 챔버 내에 위치시키고 1,000oC에서 H2 4 sccm으로 30분 열처리한 후, CH4 20sccm/H2 4sccm을 30분간 흘려주고, 상기 챔버 내부를 자연 냉각하여 1층(monolayer) 그래핀을 2cm X 2cm의 크기로 형성한다.
이어서, 상기 그래핀 시트가 형성된 기판에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 용해된 클로로벤젠 용액(5중량%)를 1,000rpm의 속도로 60초 동안 코팅한 후, 에천트(CE-100, Transene Co. Inc 제조)에서 1시간 침지하여 상기 Cu 호일을 제거함으로써 PMMA 상에 부착된 상태의 그래핀 시트를 분리한 후, 증류수를 사용하여 여러번 세척한다.
실시예 1
먼저, 평균입경이 10㎛인 질화붕소 분말 0.2g을 NMP 50ml에 혼합하고, 5분간 초음파 처리하여 플레이크 형태로 상기 NMP 내에 질화붕소를 분산시킨다. NMP 내에 잘 분산된 질화붕소 플레이크를 스프레이 방법을 이용하여 분무한 후 건조하여 두께 600 ㎛, 4인치 크기의 실리콘 기판 위에 5~10nm 필름 형태로 형성한다.
이와 별도로 평균 크기가 1 X 1 ㎛인 그래핀 플레이크 0.2g을 NMP 50ml에 혼합하고, 5분간 초음파 처리하여 상기 NMP 내에 그래핀 플레이크를 분산시켜 그래핀 플레이크 용액을 제조한다.
상기 실리콘 기판 상에 형성된 질화붕소 필름 위에 상기 그래핀 플레이크 용액을 스프레이 방법으로 분무한 후 건조하여 그래핀 플레이크 필름을 5nm의 두께로 형성하여, 실리콘 기판 상에 질화붕소 필름 및 그래핀이 순차적으로 적층된 그래핀 기재를 형성한다.
실시예 2
먼저, 평균입경이 10㎛인 질화붕소 분말 0.2g을 NMP 50ml에 혼합하고, 5분간 초음파 처리하여 플레이크 형태로 상기 NMP 내에 질화붕소를 분산시킨다. NMP 내에 잘 분산된 질화붕소 플레이크를 스프레이 방법을 이용하여 분무한 후 건조하여 두께 600 ㎛, 4인치 크기의 실리콘 기판 위에 두께 5nm 필름 형태로 형성한다.
상기 실리콘 기판 상에 형성된 질화붕소 필름 위에 상기 제조예 1에서 얻어진 PMMA상에 부착된 상태의 그래핀 시트를 옮긴 후, 아세톤을 사용하여 PMMA를 제거하여, 실리콘 기판 상에 질화붕소 필름 및 그래핀이 순차적으로 적층된 그래핀 기재를 제조한다.
실시예 3
먼저, 평균 크기가 1 X 1 ㎛인 그래핀 플레이크 0.2g을 NMP 50ml에 혼합하고, 5분간 초음파 처리하여 상기 NMP 내에 그래핀 플레이크를 분산시켜 그래핀 플레이크 용액을 제조한다. NMP 내에 분산된 그래핀 플레이크를 스프레이 방법을 이용하여 두께 600 ㎛, 4인치 크기의 실리콘 기판 위에 5nm 두께의 필름 형태로 형성한다.
상기 그래핀 플레이크 필름 위에 상기 제조예 1에서 얻어진 PMMA상에 부착된 상태의 그래핀 시트를 옮긴 후, 아세톤을 사용하여 PMMA를 제거함으로써 실리콘 기판 상에 그래핀 플레이크 필름 및 그래핀시트가 순차적으로 형성된 그래핀 기재를 형성한다.
11: 기판 12: 그래핀 13: 중간층 14: 플레이크형 그래핀
15: 플레이크형 중간층 16: 제1 중간층 17: 제2 중간층
21: 소스전극 22: 드레인 전극 23: 게이트 전극
24: 유전체 25: 기판 26: 그래핀 27: 제1 중간층
28: 제2 중간층

Claims (13)

  1. 친수성 기판;
    상기 친수성 기판 상에 직접 접하여 위치하는 제1 중간층; 및
    상기 제1 중간층 상에 직접 접하여 위치하는 그래핀을 포함하며,
    상기 제1 중간층이 상기 친수성 기판과 그래핀의 중간 영역의 극성을 갖는 물질인 그래핀 기재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간층의 극성이 상기 그래핀과 친수성 기판 사이의 전체 극성 영역을 100으로 환산하여 20 내지 80% 영역에 존재하는 것인 그래핀 기재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간층이 25 내지 95˚의 접촉각을 갖는 것인 그래핀 기재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간층이 질화붕소, 그래핀 산화물 및 폴리머계 물질 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 그래핀 기재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간층이 0.6 내지 10 nm의 두께를 갖는 것인 그래핀 기재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간층이 단일층 또는 다중층 형태인 것인 그래핀 기재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간층이 플레이크들로 이루어진 필름 형태인 것인 그래핀 기재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 기판이 금속산화물계 기판, 실리카계 기판, 또는 플라스틱 기판인 것인 그래핀 기재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 기판이 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, 글래스, 쿼츠, HfO2, MgO 및 BeO 중 어느 하나 이상인 것인 그래핀 기재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀이 그래핀 단일층을 기준으로 2층 내지 30층의 두께인 것인 그래핀 기재.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 상에 제2 중간층을 더 포함하는 것인 그래핀 기재.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 그래핀 기재를 구비하며,
    상기 그래핀 기재 내에 포함된 친수성 기판이 실리카계 기판 또는 플라스틱 기판인 것인 투명전극.
  13. 기판 상에 구비된 소스전극, 드레인 전극, 게이트 전극 및 채널을 구비하며,
    상기 채널이 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 그래핀 기재를 포함하는 것인 트랜지스터.
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