KR102154526B1 - Graphene film and method for manufacturing the same - Google Patents

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    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/22—Electronic properties

Abstract

본 발명은 그래핀에 관한 것으로 특히, 그래핀 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은, 그래핀 필름에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 그래핀 층; 및 상기 기판과 그래핀 층 사이에 위치하고, 다수의 나노 와이어를 포함하는 전하 이송 층을 포함하여 구성될 수 있다.The present invention relates to graphene, and in particular, to a graphene film and a method of manufacturing the same. The present invention as described above, in the graphene film, the substrate; A graphene layer on the substrate; And a charge transfer layer positioned between the substrate and the graphene layer and including a plurality of nanowires.

Description

그래핀 필름 및 그 제조 방법 {Graphene film and method for manufacturing the same}Graphene film and method for manufacturing the same {Graphene film and method for manufacturing the same}

본 발명은 그래핀에 관한 것으로 특히, 그래핀 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to graphene, and in particular, to a graphene film and a method of manufacturing the same.

탄소 원자들로 구성된 물질로는 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀(graphene), 흑연(Graphite) 등이 존재한다. 이 중에서 그래핀은 탄소 원자들이 2 차원 평면상으로 원자 한 층으로 이루어지는 구조이다.Materials composed of carbon atoms include fullerene, carbon nanotubes, graphene, and graphite. Among them, graphene is a structure in which carbon atoms are formed in a single layer on a two-dimensional plane.

특히, 그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 매우 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 매우 큰 전류를 흐르게 할 수 있는데, 이는 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 실험을 통하여 증명되었으며 현재까지 많은 연구가 진행이 되고 있다.In particular, graphene is not only very stable and excellent in electrical, mechanical, and chemical properties, but also as an excellent conductive material, it can move electrons much faster than silicon and allow a much larger current to flow than copper. As the method of separating was discovered, it was proved through experiments, and many studies are being conducted to date.

이러한 그래핀은 대면적으로 형성할 수 있으며, 전기적, 기계적, 화학적인 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라 뛰어난 도전성의 성질을 가지므로, 전자 회로의 기초 소재로 관심을 받고 있다.Such graphene can be formed in a large area, has electrical, mechanical, and chemical stability, as well as excellent conductivity properties, and thus is attracting attention as a basic material for electronic circuits.

또한, 그래핀은 일반적으로 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있으므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있고 이에 따라 쉽게 소자를 디자인할 수 있다. 따라서 그래핀은 탄소계 전기 또는 전자기 소자 등에 효과적으로 이용될 수 있다.In addition, since the electrical properties of graphene can generally change according to the crystal orientation of graphene of a given thickness, a user can express electrical properties in a selected direction, and accordingly, a device can be easily designed. Therefore, graphene can be effectively used in carbon-based electric or electromagnetic devices.

최근에는 이러한 그래핀의 면 저항을 개선하는 것이 중요한 화두 중 하나가 되었다. 통상적으로 이루어지는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD) 방법으로 합성된 그래핀의 경우에는 전하 운반체가 산란될 수 있는 결정 경계가 존재하기 때문에 이를 해결할 수 있는 방법이 필요하다.In recent years, improving the sheet resistance of graphene has become one of the important topics. In the case of graphene synthesized by a conventional chemical vapor deposition (CVD) method, there is a need for a method to solve this problem because there is a crystal boundary through which a charge carrier can be scattered.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 그래핀의 결정 경계를 넘어 전자가 전달되도록 함으로써 그래핀의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 그래핀 필름 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a graphene film and a method of manufacturing the same that can improve the electrical properties of graphene by allowing electrons to be transferred across the crystal boundary of graphene.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 그래핀 필름에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 그래핀 층; 및 상기 기판과 그래핀 층 사이에 위치하고, 다수의 나노 와이어를 포함하는 전하 이송 층을 포함하여 구성될 수 있다.As a first point of view for achieving the above technical problem, the present invention, in the graphene film, the substrate; A graphene layer on the substrate; And a charge transfer layer positioned between the substrate and the graphene layer and including a plurality of nanowires.

여기서, 상기 기판과 전하 이송 층 사이에는 그래핀 층을 더 포함할 수 있다.Here, a graphene layer may be further included between the substrate and the charge transfer layer.

여기서, 상기 전하 이송 층은, 다수의 나노 와이어들의 적어도 일부분이 서로 중첩되어 연결되어 2차원 층상 구조의 나노 와이어 층을 이룰 수 있다.Here, in the charge transport layer, at least a portion of a plurality of nanowires may be overlapped and connected to form a nanowire layer having a two-dimensional layered structure.

이때, 상기 전하 이송 층은, 두 층 이상의 나노 와이어 층을 포함할 수 있다.In this case, the charge transfer layer may include two or more nanowire layers.

여기서, 상기 나노 와이어는, Ni, Pt, Au 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Here, the nanowire may include at least one of Ni, Pt, Au, and Ag.

여기서, 상기 나노 와이어는 상기 그래핀 층의 결정 경계를 전기적으로 서로 연결하기 위한 것일 수 있다.Here, the nanowires may be for electrically connecting crystal boundaries of the graphene layer to each other.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 성장 기판 상에 형성된 그래핀 층을 준비하는 단계; 상기 그래핀 층을 전이 기판에 전사하는 단계; 상기 전이 기판에 전사된 그래핀 층 상에 다수의 나노 와이어를 포함하는 전하 이송 층을 형성하는 단계; 및 상기 전하 이송 층 및 그래핀 층을 최종 기판에 전사하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.As a second point of view for achieving the above technical problem, the present invention comprises: preparing a graphene layer formed on a growth substrate; Transferring the graphene layer to a transfer substrate; Forming a charge transfer layer including a plurality of nanowires on the graphene layer transferred to the transfer substrate; And transferring the charge transfer layer and the graphene layer to a final substrate.

여기서, 상기 최종 기판에 전사하는 단계는, 상기 전하 이송 층이 상기 최종 기판에 접촉하도록 전사할 수 있다.Here, in the step of transferring to the final substrate, the charge transfer layer may be transferred to contact the final substrate.

여기서, 상기 전하 이송 층을 형성하는 단계는, 용매에 나노 와이어가 분산된 분산액을 준비하는 단계; 및 상기 그래핀 층 상에 상기 나노 와이어를 흡착시키는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of forming the charge transport layer may include preparing a dispersion in which nanowires are dispersed in a solvent; And adsorbing the nanowires on the graphene layer.

여기서, 상기 최종 기판에 전사하는 단계는, 그래핀 층이 구비된 최종 기판에 전사할 수 있다.Here, the step of transferring to the final substrate may be transferred to the final substrate provided with the graphene layer.

여기서, 상기 전하 이송 층은, 복수의 나노 와이어 층을 포함할 수 있다.Here, the charge transfer layer may include a plurality of nanowire layers.

이때, 상기 최종 기판에 전사하는 단계는, 그래핀 층 상에 나노 와이어 층이 구비된 상기 최종 기판에 전사할 수 있다.In this case, the step of transferring to the final substrate may be transferred to the final substrate provided with a nanowire layer on the graphene layer.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

나노 와이어를 포함하는 전하 이송 층은 그래핀 층의 전기 전도성을 향상시킬 수 있어, 그래핀 층의 면 저항을 개선할 수 있다.The charge transport layer including nanowires can improve the electrical conductivity of the graphene layer, thereby improving the sheet resistance of the graphene layer.

즉, 전하 이송 층은 나노 와이어가 그래핀 층의 결정 경계를 포함하는 영역에 흡착되어 위치하게 되므로 그래핀 층의 면 저항을 개선할 수 있는 것이다.That is, since the charge transport layer is positioned by being adsorbed on the area including the crystal boundary of the graphene layer, the sheet resistance of the graphene layer can be improved.

한편, 그래핀 층은 전하 이송 층을 덮게 되어 나노 와이어가 노출되지 않도록 함으로써 나노 와이어의 산화 등을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, the graphene layer covers the charge transfer layer so that the nanowires are not exposed, thereby preventing oxidation of the nanowires and improving reliability.

도 1은 본 발명의 그래핀 필름의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 나노 와이어의 일례를 나타내는 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 그래핀 필름의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 그래핀 필름의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 그래핀 필름의 제조 방법을 나타내는 단면도 및 개략도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of the graphene film of the present invention.
2 is a photomicrograph showing an example of a nanowire.
3 is a cross-sectional view showing another example of the graphene film of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing another example of the graphene film of the present invention.
5 to 13 are cross-sectional views and schematic views showing a method of manufacturing a graphene film of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.While the present invention allows various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated and shown in the drawings, and will be described in detail below. However, it is not intended to limit the present invention to the particular form disclosed, but rather the present invention encompasses all modifications, equivalents and substitutions consistent with the spirit of the present invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.When an element such as a layer, region or substrate is referred to as being “on” another component, it will be understood that it may exist directly on another element or there may be intermediate elements between them. .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and/or regions, these elements, components, regions, layers and/or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.

도 1은 본 발명의 그래핀 필름의 일례를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of the graphene film of the present invention.

도 1에서 도시하는 바와 같이, 그래핀 필름은, 기판(50) 상에 그래핀 층(20)이 위치하고, 이 기판(50)과 그래핀 층(20) 사이에는 다수의 나노 와이어(41; 도 9 참고)를 포함하는 전하 이송 층(40)을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, in the graphene film, a graphene layer 20 is positioned on a substrate 50, and a plurality of nanowires 41 are disposed between the substrate 50 and the graphene layer 20; 9) may include a charge transport layer 40 including.

이러한 전하 이송 층(40)은 그래핀 층(20)에 존재할 수 있는 결정 경계를 넘어 전자와 같은 전하가 이송될 수 있도록 할 수 있는 층을 의미하며, 이러한 전하의 이송을 위하여 나노 와이어(41)가 이용될 수 있다.The charge transfer layer 40 refers to a layer capable of transferring charges such as electrons across a crystal boundary that may exist in the graphene layer 20, and the nanowire 41 Can be used.

나노 와이어(나노 끈)는 직경이 나노미터(nm) 단위의 크기를 가지는 와이어 구조체를 말한다. 대체로 10 nm 미만의 지름을 가지는 것에서부터 수백 nm 지름의 나노 와이어를 포함해서 일컬으며, 길이 방향으로는 특별히 크기의 제한이 없다.A nanowire (nano string) refers to a wire structure having a diameter in units of nanometers (nm). It is generally referred to as including nanowires having a diameter of less than 10 nm to several hundred nm in diameter, and there is no particular size limitation in the length direction.

극미세 세계에서는 양자역학 효과의 영향이 지배적이므로, 이러한 와이어 구조체를 양자 와이어라고 부르기도 한다. 금속성(Ni, Pt, Au 등)과 반도체(Si, InP, GaN, ZnO 등), 절연성(SiO2, TiO2 등)의 많은 종류의 나노 와이어가 존재하나, 여기서는 금속성 나노 와이어(41)를 이용할 수 있다.In the microscopic world, the influence of quantum mechanical effects is dominant, so such wire structures are sometimes referred to as quantum wires. There are many types of nanowires of metallic (Ni, Pt, Au, etc.), semiconductors (Si, InP, GaN, ZnO, etc.), and insulating properties (SiO 2 , TiO 2, etc.), but metallic nanowires 41 are used here. I can.

즉, 전하 이송 층(40)에 이용되는 나노 와이어(41)는, Ni, Pt, Au 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그 중에서 은(Ag) 나노 와이어(41)가 이용될 수 있다. 도 2에서는 이러한 은 나노 와이어의 일례를 나타내고 있다.That is, the nanowire 41 used for the charge transfer layer 40 may include at least one of Ni, Pt, Au, and Ag. Among them, silver (Ag) nanowires 41 may be used. Fig. 2 shows an example of such a silver nanowire.

이러한 전하 이송 층(40)에서는 다수의 나노 와이어(41)들의 적어도 일부분이 서로 중첩되어 연결되어 2차원 층상 구조의 나노 와이어 층을 이룰 수 있다.In the charge transfer layer 40, at least a portion of the plurality of nanowires 41 are overlapped and connected to each other to form a nanowire layer having a two-dimensional layered structure.

이와 같은 나노 와이어(41)가 층을 이루는 전하 이송 층(40)은 그래핀 층(20)에 흡착되어 위치한다.The charge transfer layer 40 in which the nanowires 41 form a layer is adsorbed on the graphene layer 20 and is positioned.

따라서, 이러한 전하 이송 층(40)은 그래핀 층(20)의 전기 전도성을 향상시킬 수 있어, 그래핀 층(20)의 면 저항을 개선할 수 있다.Accordingly, the charge transfer layer 40 can improve the electrical conductivity of the graphene layer 20, thereby improving the sheet resistance of the graphene layer 20.

그래핀 층(20)은 촉매 금속 층 상에서 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)과 같은 방법으로 형성되는 경우에, 성장 초기에 다수의 아일랜드와 같은 형상이 형성되고, 이후, 이러한 다수의 아일랜드들이 서로 연결되면서 층상 구조를 가지게 된다.When the graphene layer 20 is formed by a method such as chemical vapor deposition (CVD) on the catalytic metal layer, a shape such as a plurality of islands is formed at the beginning of growth, and thereafter, the plurality of islands are formed. As they are connected to each other, they have a layered structure.

이때, 아일랜드와 아일랜드 사이를 결정 경계라 할 수 있으며, 이러한 결정 경계에서는 전하 이동도가 저하되어 상대적으로 저항이 클 수 있다.In this case, between the islands and the islands may be referred to as a crystal boundary, and charge mobility at the crystal boundary may be lowered and thus resistance may be relatively large.

전하 이송 층(40)은 나노 와이어(41)가 이러한 결정 경계를 포함하는 영역에 흡착되어 위치하게 되므로 그래핀 층(20)의 면 저항을 개선할 수 있는 것이다.The charge transfer layer 40 is positioned by adsorbing the nanowires 41 in the region including the crystal boundary, so that the sheet resistance of the graphene layer 20 can be improved.

여기서, 그래핀 층(20)은 촉매 금속 층 상에 형성된 그래핀 층(20), 즉, 박막 그래핀의 층인 경우를 설명하고 있으나, 그 외에도 산화 그래핀(graphene oxide) 또는 이러한 산화 그래핀이 환원된 그래핀이 이용될 수도 있다.Here, the graphene layer 20 is described as a graphene layer 20 formed on the catalyst metal layer, that is, a layer of thin-film graphene. In addition, graphene oxide or graphene oxide is Reduced graphene may be used.

즉, 이러한 산화 그래핀 또는 환원된 그래핀을 포함하는 그래핀 층(20)과 전하 이송 층(40)이 함께 이용되는 경우에도 면 저항의 개선과 같은 위에서 설명한 효과를 발휘할 수 있다.That is, even when the graphene layer 20 including the graphene oxide or reduced graphene and the charge transfer layer 40 are used together, the above-described effects such as improvement in sheet resistance can be exhibited.

한편, 그래핀 층(20)은 전하 이송 층(40)을 덮게 되어 나노 와이어(41)가 노출되지 않도록 함으로써 나노 와이어(41)의 산화 등을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, the graphene layer 20 covers the charge transport layer 40 so that the nanowires 41 are not exposed, thereby preventing oxidation of the nanowires 41 and improving reliability.

즉, 그래핀은 산화 방지 능력이 있으므로, 전하 이송 층(40)을 덮고 있는 그래핀 층(20)은 금속으로 제작되는 나노 와이어(41)의 산화를 방지할 수 있다.That is, since graphene has the ability to prevent oxidation, the graphene layer 20 covering the charge transfer layer 40 can prevent oxidation of the nanowires 41 made of metal.

여기서, 기판(50)은, 그래핀 층(20)과 함께 그대로 각종 전자 장치(electronic device)에 결합될 수 있는 층이거나 그 전자 장치의 일부를 의미할 수 있다.Here, the substrate 50 may be a layer that can be coupled to various electronic devices together with the graphene layer 20 as it is, or may refer to a part of the electronic device.

이와 같은 기판(50)은 PET(polyethylen terephthalate), TAC(triacetyl cellulose), 및 PC(poly carbonate)와 같은 재료로 이루어질 수 있다.The substrate 50 may be made of a material such as polyethylen terephthalate (PET), triacetyl cellulose (TAC), and polycarbonate (PC).

도 3은 본 발명의 그래핀 필름의 다른 예를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing another example of the graphene film of the present invention.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 도 1의 상태에서 기판(50)과 전하 이송 층(40) 사이에는 그래핀 층(21)을 더 포함할 수 있다. 즉, 기판(50) 상에 별도의 그래핀 층(21)이 더 위치할 수 있다.As shown in FIG. 3, in the state of FIG. 1, a graphene layer 21 may be further included between the substrate 50 and the charge transfer layer 40. That is, a separate graphene layer 21 may be further positioned on the substrate 50.

이때, 전하 이송 층(40)을 이루는 나노 와이어(41)는 두 그래핀 층(20, 21) 사이에 위치하게 되어, 산화 등의 현상에 대하여 더욱 보호될 수 있다.At this time, the nanowires 41 forming the charge transfer layer 40 are positioned between the two graphene layers 20 and 21, so that phenomena such as oxidation may be further protected.

또한, 이러한 전하 이송 층(40)은 두 그래핀 층(20, 21)의 전하 이동도를 향상시킬 수 있으므로, 전체 그래핀 필름의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the charge transfer layer 40 can improve the charge mobility of the two graphene layers 20 and 21, the electrical properties of the entire graphene film can be improved.

도 4는 본 발명의 그래핀 필름의 다른 예를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing another example of the graphene film of the present invention.

도 4에서 도시하는 바와 같이, 전하 이송 층(40, 44)은 복수의 층으로 구성될 수 있다. 즉, 기판(50) 측에 위치하는 그래핀 층(21)에 흡착된 전하 이송 층(40)과, 상측에 위치하는 그래핀 층(20)에 흡착된 전하 이송 층(44)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the charge transfer layers 40 and 44 may be composed of a plurality of layers. That is, a charge transfer layer 40 adsorbed on the graphene layer 21 positioned on the substrate 50 side and a charge transfer layer 44 adsorbed on the graphene layer 20 positioned on the upper side may be included. have.

이때, 두 전하 이송 층(40, 44)은 서로 접촉하여 위치할 수 있다.In this case, the two charge transfer layers 40 and 44 may be positioned in contact with each other.

이와 같은 두 층의 전하 이송 층(40, 44) 및 두 층의 그래핀 층(20, 21)을 포함하는 그래핀 필름은 도 3의 경우에 비하여 전기적 특성이 더욱 향상될 수 있다.The graphene film including the two layers of charge transport layers 40 and 44 and the two layers of graphene layers 20 and 21 may further improve electrical properties compared to the case of FIG. 3.

이하, 도 5 내지 도 13을 참조하여, 위에서 설명한 바와 같은 그래핀 필름의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a graphene film as described above will be described with reference to FIGS. 5 to 13.

먼저, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 성장 기판(10) 상에 그래핀 층(20)을 형성한다. 이러한 그래핀 층(20)을 성장시키기 위한 성장 기판(10)으로는 촉매 금속 층이 이용될 수 있다. 이하, 성장 기판(10)은 촉매 금속 층을 이용하는 경우를 예로 설명한다.First, as shown in FIG. 5, a graphene layer 20 is formed on the growth substrate 10. A catalyst metal layer may be used as the growth substrate 10 for growing the graphene layer 20. Hereinafter, a case where the growth substrate 10 uses a catalyst metal layer will be described as an example.

촉매 금속 층(10)은 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr 등의 금속이 이용될 수 있으며, 이들 중 어느 하나의 단일층 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 합금으로 이용될 수 있다.The catalyst metal layer 10 may be made of metals such as Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr. It may be, and any one of them may be used as a single layer or an alloy of at least two or more of them.

도 6에서는, 촉매 금속 층(10) 상에 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 이용하여 그래핀 층(20)을 형성하는 예를 나타내고 있다.In FIG. 6, an example of forming the graphene layer 20 on the catalytic metal layer 10 using chemical vapor deposition (CVD) is shown.

이러한 화학 기상 증착법은, 챔버(200) 내에 촉매 금속 층(10)을 위치시키고, 탄소 공급원(carbon source)을 투입하며, 적당한 성장 조건을 제공함으로써 그래핀 층(20)을 성장시키는 방법이다.The chemical vapor deposition method is a method of growing the graphene layer 20 by placing the catalytic metal layer 10 in the chamber 200, introducing a carbon source, and providing suitable growth conditions.

탄소 공급원의 예로는 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2) 등의 가스 형태로 공급이 가능하고, 파우더, 폴리머 등의 고체 형태 및 버블링 알콜(bubbling alcohol) 등의 액체 형태로 공급이 가능하다.Examples of carbon sources can be supplied in the form of gases such as methane (CH 4 ) and acetylene (C 2 H 2 ), and in solid forms such as powders and polymers, and in liquid forms such as bubbling alcohols. It is possible.

그 외에도, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등과 같은 다양한 탄소 공급원이 이용될 수 있다.In addition, various carbon sources such as ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene, toluene, and the like may be used.

이하, 촉매 금속 층(10)으로서, 구리(Cu)를 이용하고, 탄소 공급원으로는 메탄(CH4)을 이용한 예를 들어 설명한다.Hereinafter, an example using copper (Cu) as the catalyst metal layer 10 and methane (CH 4 ) as a carbon source will be described.

이러한 촉매 금속 층(10) 상에서 적당한 온도를 유지하면서 수소 분위기 속에서 메탄 가스를 투입하면, 이 수소와 메탄이 반응하여, 촉매 금속 층(10) 상에 그래핀 층(20)이 형성되는 것이다. 이러한 그래핀 층(20)의 형성은 대략 300 내지 1500 ℃의 온도 조건에서 이루어질 수 있다.When methane gas is introduced in a hydrogen atmosphere while maintaining an appropriate temperature on the catalyst metal layer 10, the hydrogen and methane react to form the graphene layer 20 on the catalyst metal layer 10. The graphene layer 20 may be formed under a temperature condition of approximately 300 to 1500°C.

이때, 촉매 금속 층(10)의 하면에 공간이 없다면, 촉매 금속 층(10)의 상면에만 그래핀 층(20)이 형성될 수 있으나, 촉매 금속 층(10)의 하면에 공간이 있다면, 촉매 금속 층(10)의 양면에 그래핀 층(20)이 형성될 수 있다.At this time, if there is no space on the lower surface of the catalyst metal layer 10, the graphene layer 20 may be formed only on the upper surface of the catalyst metal layer 10, but if there is space on the lower surface of the catalyst metal layer 10, the catalyst Graphene layers 20 may be formed on both sides of the metal layer 10.

촉매 금속 층(10)으로서 구리는 탄소에 대한 용해도가 낮으므로, 단일층(mono-layer)의 그래핀을 형성하는데 유리할 수 있다. 이러한 그래핀 층(20)은 촉매 금속 층(10) 상에 직접 형성될 수 있다.As the catalytic metal layer 10, since copper has a low solubility in carbon, it may be advantageous in forming a mono-layer of graphene. The graphene layer 20 may be formed directly on the catalyst metal layer 10.

촉매 금속 층(10)은, 시트(sheet) 형태로 공급될 수 있으나, 도 6에서와 같이, 롤러(100)에 감겨진 채로 연속적으로 공급될 수 있으며, 대략 10 ㎛ 내지 10 mm 두께의 구리 포일 형태의 촉매 금속 층(10)을 이용할 수 있다.The catalyst metal layer 10 may be supplied in the form of a sheet, but as shown in FIG. 6, it may be continuously supplied while being wound around the roller 100, and a copper foil having a thickness of approximately 10 μm to 10 mm Type of catalyst metal layer 10 may be used.

이와 같은 예의 과정에 의하여 형성된 그래핀 층(20)은, 양면에 그래핀 층(20)이 형성된다면 촉매 금속 층(10)의 일면에 형성된 그래핀 층(20)을 제거하는 과정을 거칠 수 있다.The graphene layer 20 formed by this example process may undergo a process of removing the graphene layer 20 formed on one side of the catalyst metal layer 10 if the graphene layer 20 is formed on both sides. .

이러한 과정에 의하여, 도 5과 같이, 촉매 금속 층(10)의 일면에 그래핀 층(20)이 형성된 상태를 이룰 수 있다.Through this process, as shown in FIG. 5, a state in which a graphene layer 20 is formed on one surface of the catalyst metal layer 10 may be achieved.

이후, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 그래핀 층(20) 상에 전이 기판(30)을 위치시킨다. 이러한 전이 기판(30)은 열 전사 필름 및 광 전사 필름과 같은 필름을 이용할 수 있다. 이때, 전이 기판(30)이 그래핀 층(20)에 긴밀하게 접착될 수 있도록 압력을 가할 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 7, the transfer substrate 30 is positioned on the graphene layer 20. The transfer substrate 30 may use a film such as a thermal transfer film and a light transfer film. In this case, pressure may be applied so that the transfer substrate 30 may be closely adhered to the graphene layer 20.

이러한 전이 기판(30)은 그래핀 층(20)에 부착되는 점착층을 포함할 수 있으나, 여기서는 설명을 생략한다.The transfer substrate 30 may include an adhesive layer attached to the graphene layer 20, but a description thereof will be omitted here.

다음에는, 촉매 금속 층(10)을 제거하는 과정이 이루어진다. 이러한 과정은 촉매 금속 층(10)을 식각하여 제거하거나, 기계적인 힘을 가하여 그래핀 층(20)으로부터 분리함으로써 제거할 수 있다.Next, a process of removing the catalyst metal layer 10 is performed. This process may be removed by etching the catalyst metal layer 10 or separating it from the graphene layer 20 by applying a mechanical force.

식각을 통한 촉매 금속 층(10)의 제거는, 도 7의 상태에서 촉매 금속 층(10)만 식각 용액(도시되지 않음)에 잠기도록 함으로써 촉매 금속 층(10)을 제거할 수 있다.Removal of the catalytic metal layer 10 through etching may remove the catalytic metal layer 10 by immersing only the catalytic metal layer 10 in an etching solution (not shown) in the state of FIG. 7.

이러한 과정에 의하여 촉매 금속 층(10)을 제거하면, 도 8에서와 같이, 전이 기판(30)에 그래핀 층(20)이 부착된 상태가 된다.When the catalyst metal layer 10 is removed by this process, the graphene layer 20 is attached to the transfer substrate 30 as shown in FIG. 8.

다음에, 도 9에서 도시하는 바와 같이, 그래핀 층(20) 상에 나노 와이어(41)가 2차원 구조를 이루는 전하 이송 층(40)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 9, a charge transfer layer 40 in which the nanowires 41 form a two-dimensional structure is formed on the graphene layer 20.

이러한 전하 이송 층(40)의 형성은, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 나노 와이어(41)가 분산된 분산 용액(42)을 이용하여 형성할 수 있다.The charge transfer layer 40 may be formed using a dispersion solution 42 in which the nanowires 41 are dispersed, as shown in FIG. 10.

즉, 나노 와이어(41)가 분산된 분산 용액(42)이 담긴 용기(43)에, 위에서 설명한 전이 기판(30)에 부착된 그래핀 층(20)을 접촉시키거나 담금으로써 나노 와이어(41)가 그래핀 층(20) 상에 고르게 흡착되도록 할 수 있다.That is, by contacting or immersing the graphene layer 20 attached to the transfer substrate 30 described above in the container 43 containing the dispersion solution 42 in which the nanowires 41 are dispersed, the nanowires 41 May be evenly adsorbed on the graphene layer 20.

이와 같은 과정을 통하여 그래핀 층(20) 상에 나노 와이어(41)가 균일하게 흡착된 전하 이송 층(40)을 형성할 수 있다.Through this process, a charge transfer layer 40 in which the nanowires 41 are uniformly adsorbed on the graphene layer 20 may be formed.

이후, 최종 소자에 이용될 수 있는 기판(50; 이하, 최종 기판이라 한다)에 이러한 전하 이송 층(40)과 그래핀 층(20)을 전사시키면 도 1과 같은 구조가 이루어질 수 있다.Thereafter, when the charge transfer layer 40 and the graphene layer 20 are transferred to a substrate 50 (hereinafter, referred to as a final substrate) that can be used for a final device, the structure as shown in FIG. 1 may be formed.

또한, 이와 같이, 최종 기판(50)에 전하 이송 층(40)과 그래핀 층(20)을 전사시킴에 있어서, 도 12에서 도시하는 바와 같이, 기판(50)에 다른 그래핀 층(21)이 위치하는 상태로 전사시킬 수 있다.In this way, in transferring the charge transfer layer 40 and the graphene layer 20 to the final substrate 50, as shown in FIG. 12, another graphene layer 21 on the substrate 50 It can be transferred in this position.

이러한 경우에는 두 그래핀 층(20, 21) 사이에 전하 이송 층(40)이 위치하는 도 3과 같은 구조가 이루어질 수 있다.In this case, a structure as shown in FIG. 3 in which the charge transfer layer 40 is positioned between the two graphene layers 20 and 21 may be formed.

한편, 최종 기판(50)에 전하 이송 층(40)과 그래핀 층(20)을 전사시킴에 있어서, 도 13에서 도시하는 바와 같이, 기판(50)에 다른 그래핀 층(21)과 다른 전하 이송 층(44)이 위치하는 상태로 전사시킬 수 있다.On the other hand, in transferring the charge transfer layer 40 and the graphene layer 20 to the final substrate 50, as shown in FIG. 13, a different charge than the other graphene layer 21 on the substrate 50 The transfer layer 44 can be transferred while being positioned.

그러면 두 그래핀 층(20, 21) 사이에 두 층의 전하 이송 층(40, 44)이 위치하는 도 4와 같은 구조가 이루어질 수 있는 것이다.Then, a structure as shown in FIG. 4 in which two charge transfer layers 40 and 44 are positioned between the two graphene layers 20 and 21 can be formed.

한편, 위에서 설명한 바와 같이, 위의 제조 과정에서 설명한 박막 그래핀 이외에도 산화 그래핀 또는 환원된 그래핀을 이용할 수 있다.Meanwhile, as described above, in addition to the thin film graphene described in the above manufacturing process, oxide graphene or reduced graphene may be used.

이러한 경우에는 촉매 금속 층(10) 상에 그래핀 층(20)을 형성하여 전이 기판(30)으로 전이시키는 과정이 생략될 수 있다.In this case, a process of forming the graphene layer 20 on the catalyst metal layer 10 and transferring it to the transfer substrate 30 may be omitted.

즉, 전이 기판(30)과 같은 기판 상에 산화 그래핀 또는 환원된 그래핀을 포함하는 그래핀 층(20)이 위치하는 상태의 공정으로 대체하여 설명할 수 있다.That is, a process in which the graphene layer 20 including graphene oxide or reduced graphene is positioned on the same substrate as the transfer substrate 30 may be described.

그 외의 경우에는 박막 그래핀을 이용하여 설명한 사항이 그대로 적용될 수 있다.In other cases, the details described using thin-film graphene may be applied as it is.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are only presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those of ordinary skill in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention may be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

10: 촉매 금속 층 20, 21: 그래핀 층
30: 전이 기판 40, 44: 전하 이송 층
41: 나노 와이어 42: 분산 용액
43: 용기 50: 최종 기판10: catalyst metal layer 20, 21: graphene layer
30: transfer substrate 40, 44: charge transfer layer
41: nanowire 42: dispersion solution
43: container 50: final substrate

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 성장 기판 상에 형성된 그래핀 층을 준비하는 단계;
상기 그래핀 층을 전이 기판에 전사하는 단계;
상기 전이 기판에 전사된 그래핀 층 상에 다수의 나노 와이어를 포함하는 전하 이송 층을 형성하는 단계; 및
상기 전하 이송 층 및 그래핀 층을 최종 기판에 전사하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름의 제조 방법.Preparing a graphene layer formed on the growth substrate;
Transferring the graphene layer to a transfer substrate;
Forming a charge transfer layer including a plurality of nanowires on the graphene layer transferred to the transfer substrate; And
Method for producing a graphene film, characterized in that comprising the step of transferring the charge transfer layer and the graphene layer to a final substrate. 제7항에 있어서, 상기 최종 기판에 전사하는 단계는, 상기 전하 이송 층이 상기 최종 기판에 접촉하도록 전사하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름의 제조 방법.[8] The method of claim 7, wherein the transferring to the final substrate comprises transferring the charge transfer layer to contact the final substrate. 제7항에 있어서, 상기 전하 이송 층을 형성하는 단계는,
용매에 나노 와이어가 분산된 분산액을 준비하는 단계; 및
상기 그래핀 층 상에 상기 나노 와이어를 흡착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름의 제조 방법.The method of claim 7, wherein forming the charge transport layer,
Preparing a dispersion in which nanowires are dispersed in a solvent; And
Method for producing a graphene film, comprising the step of adsorbing the nanowires on the graphene layer. 제7항에 있어서, 상기 최종 기판에 전사하는 단계는, 그래핀 층이 구비된 최종 기판에 전사하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the transferring to the final substrate comprises transferring the graphene layer to the final substrate provided with the graphene layer. 제7항에 있어서, 상기 전하 이송 층은, 복수의 나노 와이어 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the charge transfer layer includes a plurality of nanowire layers. 제11항에 있어서, 상기 최종 기판에 전사하는 단계는, 그래핀 층 상에 나노 와이어 층이 구비된 상기 최종 기판에 전사하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름의 제조 방법.The method of claim 11, wherein the transferring to the final substrate comprises transferring the nanowire layer on the graphene layer to the final substrate.
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