KR102464570B1 - FETStretchable mulity-layer graphene device, method for preparing the same, and Stretchable graphene Field-Effect-Transistor using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연신기판 일 면에 그래핀 적층체가 형성된 다층 그래핀 소자에 있어서, 상기 그래핀 적층체는 티타늄(Ti) 버퍼층, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 형성된 제1 Ti-O-C 브릿지층, 상기 제1 Ti-O-C 브릿지층 일 면에 성장된 그래핀 박막, 및 상기 그래핀 박막 위에 형성된 제2 Ti-O-C 브릿지층을 포함하는 구조가 순차적으로 반복 적층되는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 다층 그래핀 소자에 관한 것이다. The present invention provides a multilayer graphene device in which a graphene laminate is formed on one surface of a stretched substrate, wherein the graphene laminate includes a titanium (Ti) buffer layer, a first Ti-O-C bridge layer formed on one surface of the titanium (Ti) buffer layer, Stretchable multilayer, characterized in that a structure including a graphene thin film grown on one surface of the first Ti-O-C bridge layer, and a second Ti-O-C bridge layer formed on the graphene thin film are sequentially and repeatedly stacked. It relates to graphene devices.
Description
본 발명은 스트레처블 다층 그래핀 소자 및 이를 이용한 스트레처블 그래핀 FET(Field-Effect-Transistor)에 관한 것으로, 티타늄(Ti) 버퍼층과 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성하여 120%이상의 연신에서도 전기적 특성이 우수한 스트레처블 다층 그래핀 소자 및 이를 이용한 스트레처블 그래핀 FET에 관한 것이다. The present invention relates to a stretchable multilayer graphene device and a stretchable graphene FET (Field-Effect-Transistor) using the same, by forming a Ti-O-C bridge layer between a titanium (Ti) buffer layer and a graphene thin film. It relates to a stretchable multilayer graphene device having excellent electrical properties even at elongation of % or more and a stretchable graphene FET using the same.
그래핀은 탄소원자들이 2차원 상에서 SP2 결합을 통하여 육각형 구조로 결합하는 2차원 평면재료를 의미한다. 상기 우수한 구조 안정성과 열/전기 전도성으로 전극 및 소자 분야, 특히 투명 전극 소자의 물질로 주목받고 있다. 하지만 그래핀은 2차원적인 구조의 한계로 인하여 유연성(Flexible)은 우수하나, 인장시 외부의 응력으로 인하여 균열(crack) 또는 파손(fracture)등 기계적 손상이 발생될 수 있다. Graphene refers to a two-dimensional planar material in which carbon atoms are bonded in a hexagonal structure through SP 2 bonds in two dimensions. Due to the excellent structural stability and thermal/electrical conductivity, it is attracting attention as a material for electrodes and devices, especially transparent electrode devices. However, graphene has excellent flexibility due to the limitation of its two-dimensional structure, but mechanical damage such as cracks or fractures may occur due to external stress during tension.
아울러, 기존의 통상적인 그래핀 제조 방법은 대면적 그래핀 박막을 양산하기 위해서 소정의 버퍼층 위에 그래핀 박막을 성장시키고, 상기 성장된 그래핀 박막을 박리하는 전사(Transferring)의 과정을 거치게 되는데, 상기 전사 과정에서도 그래핀 일 면에 주름(Wrinkles), 크랙(Crack) 및 리플(Ripples) 등 기계적 손상이 발생된다. In addition, the conventional conventional manufacturing method of graphene is to grow a graphene thin film on a predetermined buffer layer in order to mass-produce a large-area graphene thin film, and to go through a process of transferring the grown graphene thin film is peeled off. In the transfer process, mechanical damage such as wrinkles, cracks, and ripples occurs on one surface of graphene.
상기 기계적 손상은 그래핀 박막의 면 저항을 감소시켜 전기 소자로서의 성능을 악화될 수 있다는 치명적인 단점이 있다. 이러한 이유로 본 발명의 발명자는 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0101714호를 통해 전사 과정이 없는 그래핀 기반의 TFT의 제조방법을 개시하였으나, 상기의 방법으로도 외부의 응력으로 인한 기계적 손상을 방지하는 방법은 아직까지는 요원하다. 이러한 이유로 외부에서 반복응력이 가해지기 쉬운 스트레처블 전자소재(Stretchable Electronics)에 적용하는데 많은 어려움이 있다. The mechanical damage has a fatal disadvantage that the sheet resistance of the graphene thin film may be deteriorated to deteriorate the performance as an electrical device. For this reason, the inventor of the present invention disclosed a method of manufacturing a graphene-based TFT without a transfer process through Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2020-0101714, but the above method also prevents mechanical damage due to external stress. How to do it is still a long way off. For this reason, there are many difficulties in applying it to stretchable electronics that are easily subjected to cyclic stress from the outside.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 티타늄(Ti) 버퍼층 및 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성하여, 50%이상 연신하여도 전기적 특성이 유지되는 스트레처블 다층 그래핀 소자 및 이를 이용한 스트레처블 그래핀 FET를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention forms a Ti-O-C bridge layer between a titanium (Ti) buffer layer and a graphene thin film, and provides a stretchable multilayer graphene device in which electrical properties are maintained even when stretched by 50% or more, and An object of the present invention is to provide a stretchable graphene FET using the same.
또한, 그래핀/Ti-O-C/TiO2-x로 제공되는 활성층을 형성하여, 120% 인장 시 홀 이동도(Hole mobility)가 1.6x104㎠/V·S을 초과하고, 전자 이동도(Electron mobility)가 0.9x104㎠/V·S을 초과하는 스트레처블 그래핀 FET를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, by forming an active layer made of graphene/Ti-OC/TiO 2-x , the hole mobility at 120% tension exceeds 1.6x10 4 cm2/V·S, and the electron mobility (Electron) It is an object of the present invention to provide a stretchable graphene FET having mobility) exceeding 0.9x10 4 cm2/V·S.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 연신기판 일 면에 그래핀 적층체가 형성된 다층 그래핀 소자에 있어서, 상기 그래핀 적층체는 티타늄(Ti) 버퍼층; 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 형성된 제1 Ti-O-C 브릿지층; 상기 제1 Ti-O-C 브릿지층 일 면에 성장된 그래핀 박막; 및 상기 그래핀 박막 위에 형성된 제2 Ti-O-C 브릿지층;을 포함하는 구조가 순차적으로 반복 적층되는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 다층 그래핀 소자에 관한 것이다. One aspect of the present invention for achieving the above object is a multilayer graphene device in which a graphene laminate is formed on one surface of a stretched substrate, wherein the graphene laminate includes a titanium (Ti) buffer layer; a first Ti-O-C bridge layer formed on one surface of the titanium (Ti) buffer layer; a graphene thin film grown on one surface of the first Ti-O-C bridge layer; and a second Ti-O-C bridge layer formed on the graphene thin film.
상기 일 양태에 있어서, 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자는 하기 관계식 1로 정의되는 면저항(△Rnx)의 값이 10을 초과하지 않을 수 있다. In the one aspect, in the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times, the value of the sheet resistance (ΔR nx ) defined by the following
[관계식 1][Relational Expression 1]
△Rnx= (Rnx-Rn0) / Rn0 △R nx = (R nx -R n0 ) / R n0
(상기 관계식 1에서 Rnx는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 x% 연신하였을 때 측정한 저항이며, Rn0는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 연신하지 않았을 때 측정한 저항을 의미한다. 이 때 상기 x는 소정의 자연수를 의미한다.) (In
상기 일 양태에 있어서, 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 x%로 연신하는 것을 10,000번 반복 수행하였을 때, 상기 면저항 값이 10을 초과하지 않을 수 있다. In the one aspect, when stretching the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times at x% is repeatedly performed 10,000 times, the sheet resistance value may not exceed 10.
상기 일 양태에 있어서, 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면저항이 50Ω/□ 이하일 수 있다. In the one aspect, the sheet resistance of the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times may be 50Ω/□ or less.
상기 일 양태에 있어서, 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자에 500 내지 600㎚의 빛을 투과하였을 때 투과율(Transmittance)이 90% 이상일 수 있다. In one aspect, when the light of 500 to 600 nm is transmitted through the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times, the transmittance may be 90% or more.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양태는 a) 연신기판 위에 티타늄(Ti) 버퍼층을 형성하는 단계; b) 동일한 장치 내에서 in-situ로 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 위에 그래핀 박막을 성장시키는 단계; c) 상기 그래핀 박막 위에 하나 이상의 티타늄(Ti) 버퍼층과 하나 이상의 그래핀 박막을 반복 성장시키는 단계; 및 d) 상기 티타늄(Ti) 버퍼층이 공기중 산소(O2)에 노출되어 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 박막 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention for achieving the above object is a) forming a titanium (Ti) buffer layer on the stretched substrate; b) growing a graphene thin film on the titanium (Ti) buffer layer in-situ in the same device; c) repeatedly growing one or more titanium (Ti) buffer layers and one or more graphene thin films on the graphene thin film; and d) forming a Ti-OC bridge layer between the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film by exposing the titanium (Ti) buffer layer to oxygen (O 2 ) in the air. , to a method for manufacturing a stretchable graphene thin film.
상기 일 양태에 있어, 상기 c) 단계에서 상기 티타늄 버퍼층이 Ti02-x로 완전히 산화될 수 있다. In the above aspect, in step c), the titanium buffer layer may be completely oxidized to TiO 2-x .
상기 일 양태에 있어, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층의 두께는 10㎚ 이하일 수 있다. In the above aspect, the thickness of the titanium (Ti) buffer layer may be 10 nm or less.
상기 일 양태에 있어, 상기 a) 내지 c) 단계들은 400℃ 이하에서 수행될 수 있다. In one aspect, steps a) to c) may be performed at 400° C. or less.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 양태는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 위에 접촉하는 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층의 일부 영역에 위치하여 채널로 사용되는 그래핀 활성층; 상기 활성층의 일측에 접촉하는 제1 전극; 및 상기 활성층의 타측에 접촉하는 제2 전극;을 포함하며, 상기 그래핀 활성층은, 티타늄(Ti) 버퍼층; 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 형성된 Ti-O-C 브릿지층;및 상기 Ti-O-C 브릿지층 일 면에 성장된 그래핀 박막;을 포함하여 그래핀/Ti-O-C/TiO2-x로 제공되는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 FET에 관한 것이다. Another aspect of the present invention for achieving the above object is a gate electrode; a gate insulating layer in contact with the gate electrode; a graphene active layer positioned in a portion of the gate insulating layer and used as a channel; a first electrode in contact with one side of the active layer; and a second electrode in contact with the other side of the active layer, wherein the graphene active layer includes: a titanium (Ti) buffer layer; A Ti-OC bridge layer formed on one surface of the titanium (Ti) buffer layer; and a graphene thin film grown on one surface of the Ti - OC bridge layer. Characterized, it relates to a stretchable graphene FET.
상기 일 양태에 있어서, 상기 게이트전극은 그래핀층으로 제공되며, 상기 게이트 절연층은 신축성이 있는 고분자소재로 제공될 수 있다. In one aspect, the gate electrode may be provided as a graphene layer, and the gate insulating layer may be provided as a stretchable polymer material.
상기 일 양태에 있어서, 상기 채널과 수평한 방향인 수평방향 또는 상기 채널에 수직한 방향인 수직방향 중 어느 하나의 방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 120% 인장 시 홀 이동도(Hole mobility)가 1.6x104㎠/V·S을 초과할 수 있다. In one aspect, when the stretchable graphene FET is stretched by 120% in either a horizontal direction that is a direction horizontal to the channel or a vertical direction that is perpendicular to the channel, hole mobility may exceed 1.6x10 4 cm2/V·S.
상기 일 양태에 있어서, 상기 채널과 수평한 방향인 수평방향 또는 상기 채널에 수직한 방향인 수직방향 중 어느 하나의 방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 120% 인장 시 전자 이동도(Electron mobility)가 0.9x104㎠/V·S을 초과할 수 있다. In one aspect, when the stretchable graphene FET is stretched by 120% in either a horizontal direction that is a direction horizontal to the channel or a vertical direction that is perpendicular to the channel, electron mobility (Electron mobility) may exceed 0.9x10 4 cm2/V·S.
상기 일 양태에 있어서, 상기 채널과 수평한 방향인 수평방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 140% 인장 하는 것을 5,000번 반복 수행하는 동안 홀 이동도(Hole mobility)가 1.5x104㎠/V·S을 초과할 수 있다. In the above aspect, while stretching the stretchable graphene FET by 140% in the horizontal direction, which is the direction parallel to the channel, is repeated 5,000 times, the hole mobility is 1.5x10 4 cm 2 /V· may exceed S.
상기 일 양태에 있어서, 상기 채널과 수평한 방향인 수평방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 140% 인장 하는 것을 5,000번 반복 수행하는 동안 전자 이동도(Electron mobility)가 0.8x104㎠/V·S을 초과할 수 있다. In the above aspect, while stretching the stretchable graphene FET by 140% in the horizontal direction, which is the direction horizontal to the channel, is repeated 5,000 times, the electron mobility is 0.8x10 4 cm 2 /V· may exceed S.
본 발명에 따른 스트레처블 다층 그래핀 소자는 전사 과정 없이 티타늄(Ti) 버퍼층과 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 성장시킴으로써, 50%이상 연신하여도 전기적 특성이 유지되는 스트레처블 다층 그래핀 소자 및 이를 이용한 스트레처블 그래핀 FET를 제공할 수 있다. The stretchable multilayer graphene device according to the present invention is a stretchable multilayer that maintains electrical properties even when stretched by 50% or more by growing a Ti-O-C bridge layer between a titanium (Ti) buffer layer and a graphene thin film without a transfer process. It is possible to provide a graphene device and a stretchable graphene FET using the same.
이를 통해 외부 응력에 대한 저항성을 향상할 수 있으며, 공정 과정에서 그래핀 박막에 기계적 손상이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 외부에서 반복응력이 가해지기 쉬운 스트레처블 전자소재(Stretchable Electronics)에 적용할 수 있다. Through this, resistance to external stress can be improved, and mechanical damage to the graphene thin film can be suppressed during the process. Accordingly, it can be applied to stretchable electronic materials to which cyclic stress is easily applied from the outside.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 Ti-O-C 브릿지층의 2차원 EELS(time-resolved Electron Energy Loss Spectroscopy) 맵핑 분석 결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 Ti-O-C 브릿지층을 밀도 함수 이론(density functional theory; DFT)으로 시뮬레이션 한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 박막을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 상기 스트레처블 그래핀 박막을 in-situ로 제조하기 위한 장비이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 FET를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예로 제조한 스트레처블 그래핀 소자의 면 저항을 비교하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예로 제조한 스트레처블 그래핀 소자를 수평방향으로 90% 연신 하였을 때의 면저항(△Rnx)을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 Ti-O-C 브릿지층을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예로 제조한 스트레처블 그래핀 소자를 수직방향으로 90% 연신 하였을 때의 면저항(△Rnx)을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예로 제조한 스트레처블 그래핀 소자를 소정의 연신율로 연신하는 것을 104cycle 반복하였을 때의 면저항(△Rnx)을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예로 제조한 스트레처블 그래핀 소자의 투과도를 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 FET를 수평 또는 수직방향으로 140% 연신 시 전기적 특성을 설명하기위한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 FET를 수평 또는 수직방향으로 140% 연신하는 것을 5x103cycle 반복하였을 때 전기적 특성을 설명하기위한 그래프이다. 1 is a photograph showing a two-dimensional time-resolved electron energy loss spectroscopy (EELS) mapping analysis result of a Ti-OC bridge layer according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a simulation of a Ti-OC bridge layer according to an embodiment of the present invention by density functional theory (DFT).
3 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a stretchable graphene thin film according to an embodiment of the present invention.
4 is an equipment for manufacturing the stretchable graphene thin film in-situ.
5 is a view for explaining a stretchable graphene FET according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph for comparing the sheet resistance of stretchable graphene devices prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
7 is a graph of measuring the sheet resistance (ΔR nx ) when stretchable graphene devices prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention are stretched by 90% in the horizontal direction.
8 is a view for explaining a Ti-OC bridge layer according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph of measuring the sheet resistance (ΔR nx ) when stretchable graphene devices prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention are stretched by 90% in the vertical direction.
10 is a graph showing the measurement of sheet resistance (ΔR nx ) when 10 4 cycles of stretching the stretchable graphene devices prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention at a predetermined elongation rate are repeated.
11 is a graph measuring transmittance of stretchable graphene devices prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
12 is a graph for explaining the electrical characteristics when the stretchable graphene FET according to an embodiment of the present invention is stretched by 140% in the horizontal or vertical direction.
13 is a graph for explaining electrical characteristics when stretching the stretchable graphene FET according to an embodiment of the present invention by 140% in the horizontal or vertical direction is repeated 5x10 3 cycles.
이하 본 발명에 따른 스트레처블 다층 그래핀 소자 및 이를 이용한 스트레처블 그래핀 FET에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a stretchable multilayer graphene device according to the present invention and a stretchable graphene FET using the same will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and in the following description and accompanying drawings, the subject matter of the present invention Descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure will be omitted.
그래핀은 탄소원자들이 2차원 상에서 SP2 결합을 통하여 육각형 구조로 결합하는 2차원 평면재료를 의미한다. 상기 우수한 구조 안정성과 열/전기 전도성으로 전극 및 소자 분야, 특히 투명 전극 소자의 물질로 주목받고 있다. 하지만 그래핀은 2차원적인 구조의 한계로 인하여 유연성(Flexible)은 우수하나, 인장시 외부의 응력으로 인하여 균열(crack) 또는 파손(fracture)등 기계적 손상이 발생될 수 있다. Graphene refers to a two-dimensional planar material in which carbon atoms are bonded in a hexagonal structure through SP 2 bonds in two dimensions. Due to the excellent structural stability and thermal/electrical conductivity, it is attracting attention as a material for electrodes and devices, especially transparent electrode devices. However, graphene has excellent flexibility due to the limitation of its two-dimensional structure, but mechanical damage such as cracks or fractures may occur due to external stress during tension.
아울러, 기존의 통상적인 그래핀 제조 방법은 대면적 그래핀 박막을 양산하기 위해서 전사(Transferring)의 과정을 거치게 된다. 전사(Transferring)는 소정의 버퍼층 위에 그래핀 박막을 성장시키고, 상기 성장된 그래핀 박막을 박리하는 기술로, 상기 전사 과정에서 그래핀 일 면에 주름(Wrinkles), 크랙(Crack) 및 리플(Ripples) 등 기계적 손상이 발생된다. In addition, the conventional conventional graphene manufacturing method undergoes a process of transferring in order to mass-produce a large-area graphene thin film. Transferring is a technique for growing a graphene thin film on a predetermined buffer layer and exfoliating the grown graphene thin film. In the transfer process, wrinkles, cracks and ripples are formed on one surface of graphene. ) and mechanical damage.
상기 기계적 손상은 그래핀 박막의 면 저항을 감소시켜 전기 소자로서의 성능을 악화될 수 있다는 치명적인 단점이 있다. 이러한 이유로 제조 및 인장 과정에서 기계적 손상을 최소화하여 그래핀 소자의 저항을 최소화하는 기술이 요구된다. The mechanical damage has a fatal disadvantage that the sheet resistance of the graphene thin film may be deteriorated to deteriorate the performance as an electrical device. For this reason, a technique for minimizing the resistance of the graphene device by minimizing the mechanical damage during the manufacturing and tensile process is required.
이에, 본 발명의 일 양태는 그래핀 박막과 티타늄(Ti) 버퍼층 사이에 둘 이상의 Ti-O-C 브릿지층을 제공하여 그래핀 소자의 연신 특성을 향상하고, 상기 그래핀 소자를 연신하였을 때 면저항(△Rnx) 값이 10을 초과하지 않는 스트레처블 다층 그래핀 소자에 관한 것이다. Accordingly, one aspect of the present invention provides two or more Ti-OC bridge layers between the graphene thin film and the titanium (Ti) buffer layer to improve the stretching characteristics of the graphene device, and when the graphene device is stretched, the sheet resistance (Δ R nx ) It relates to a stretchable multilayer graphene device whose value does not exceed 10.
본 발명에서 티타늄(Ti) 버퍼층이란, 상기 그래핀 박막을 성장시키기 위한 금속층을 의미하며, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(atomic layer deposition; ALD), 플라즈마보조 원자층증착(plasma enhanced atomic layer deposition; PE-ALD), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 분자빔 증착(molecular beam epitaxy; MBE), 화학기상증착(chemical vapour deposition; CVD), 펄스레이저증착(pulsed laser deposition; PLD), 열산화법(thermal oxidation) 및 졸겔(Sol-Gel) 방법으로 이루어진 군 안에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의하여 증착될 수 있다. 본 발명에서는 스퍼터링을 이용하여 상기 티타늄(Ti) 버퍼층을 증착하였으며, 더 바람직하게는 대향 타겟식 스퍼터링이 가능한 대향 타겟식 스퍼터링 시스템(Facing target sputtering system, FTS)을 사용할 수 있다. In the present invention, the titanium (Ti) buffer layer means a metal layer for growing the graphene thin film, and sputtering, atomic layer deposition (ALD), plasma-enhanced atomic layer deposition (plasma enhanced atomic layer deposition) ; PE-ALD, e-beam evaporation, molecular beam epitaxy (MBE), chemical vapor deposition (CVD), pulsed laser deposition (PLD), thermal oxidation method It may be deposited by any one method selected from the group consisting of (thermal oxidation) and a sol-gel method. In the present invention, the titanium (Ti) buffer layer is deposited by sputtering, and more preferably, a facing target sputtering system (FTS) capable of facing target type sputtering may be used.
상기 대향 타겟식 스퍼터링 시스템(FTS)이란 서로 대향하는 한 쌍의 타겟(Facing target)을 가지며, 상기 한 쌍의 타겟과 상기 기판을 다른 방향으로 배치시켜 높은 운동에너지를 가지는 이온 또는 플라즈마로 인한 기판의 손상을 방지할 수 있다. The opposing target sputtering system (FTS) has a pair of targets facing each other, and disposing the pair of targets and the substrate in different directions to the substrate due to ions or plasma having high kinetic energy. damage can be prevented.
구체적으로 통상의 스퍼터링 시스템은 타겟과 기판이 일 방향으로 배치되며, 타겟 앞에 자계를 형성시킬 수 있다. 이 때, 상기 스퍼터는 상기 타겟과 기판 사이로 이온 혹은 소정의 불활성 기체로 이루어진 플라즈마를 주입할 수 있으며, 상기 자계를 통해 상기 이온 혹은 플라즈마에 운동에너지를 전달할 수 있다. 이를 통해, 상기 스퍼터는 타겟에 있는 증착물질을 물리적으로 떼어네서 기판에 증착하는 방법으로 작동한다. 하지만, 상기 방법은 상기 자계가 너무 높게 생성될 경우 상기 전자 또는 플라즈마에 과도한 운동에너지가 전달될 수 있다. Specifically, in a conventional sputtering system, a target and a substrate are disposed in one direction, and a magnetic field may be formed in front of the target. In this case, the sputter may inject a plasma made of ions or a predetermined inert gas between the target and the substrate, and transfer kinetic energy to the ions or the plasma through the magnetic field. Through this, the sputter works by physically removing the deposition material from the target and depositing it on the substrate. However, in the method, excessive kinetic energy may be transferred to the electrons or plasma when the magnetic field is generated too high.
반대로 상기 대향 타겟식 스퍼터링 시스템(FTS)은 대향 타겟(Facing target)을 이용하여 스퍼터링이 가능하며, 보다 상세하게는 서로 마주보는 한 쌍의 타겟과 상기 한 쌍의 타겟과 소정거리 이격한 지점에 위치하는 상기 기판에 스퍼터링 할 수 있다. 다시 말해, 상기 대향 타겟식 스퍼터링 시스템(FTS)은 대향하는 한 쌍의 타겟사이의 거리(T-T)이 서로 마주보는 제1 방향와 타겟과 기판(T-S)이 이격된 제2 방향을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 사이는 소정의 각도를 가질 수 있으며, 더 바람직하게 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 90°로 형성될 수 있다. 이를 통해, 전자 또는 플라즈마로 인한 기판의 손상을 방지할 수 있으며, 높은 플라즈마 밀도를 유지하여 고품질의 치밀한 박막을 형성할 수 있다. 아울러, 상기 대향하는 한 쌍의 타겟사이의 거리(T-T) 사이 거리와, 상기 타겟과 기판(T-S) 사이의 거리를 조절하여 박막의 적층상태를 제어할 수 있으며, 이를 통해 전기적 광학적 특성을 제어할 수 있다. Conversely, the opposite target type sputtering system (FTS) is capable of sputtering using a facing target, and in more detail, a pair of targets facing each other and the pair of targets are spaced apart from each other by a predetermined distance. It can be sputtered on the substrate. In other words, the opposing target sputtering system FTS may have a first direction in which a distance T-T between a pair of opposing targets faces each other and a second direction in which the target and the substrate T-S are spaced apart from each other. According to an embodiment, a predetermined angle may be formed between the first direction and the second direction, and more preferably, the first direction and the second direction may be formed at 90°. Through this, damage to the substrate due to electrons or plasma can be prevented, and a high-quality and dense thin film can be formed by maintaining high plasma density. In addition, it is possible to control the stacking state of the thin film by adjusting the distance between the distance (T-T) between the pair of opposing targets and the distance between the target and the substrate (T-S), through which the electrical and optical properties can be controlled. can
본 발명에서 Ti-O-C 브릿지층이란, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층의 일부가 부분적으로 산화되어 Ti-O-C의 연결구조를 갖는 티타늄(Ti) 산화층을 의미한다. In the present invention, the Ti-O-C bridge layer means a titanium (Ti) oxide layer having a Ti-O-C connection structure by partially oxidizing a portion of the titanium (Ti) buffer layer.
본 발명의 실시 예에 따른 Ti-O-C 브릿지층의 2차원 EELS(time-resolved Electron Energy Loss Spectroscopy) 맵핑 분석 결과를 나타낸 사진인 도 1과 본 발명의 실시 예에 따른 Ti-O-C 브릿지층을 밀도 함수 이론(density functional theory; DFT)으로 시뮬레이션 한 도 2를 참조하면, 상기 Ti-O-C 브릿지층은 상기 그래핀 박막과 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 사이의 브릿지 역할을 수행하여 상기 다층 그래핀 소자의 연신을 증가시킬 수 있으며, 연신 시 상기 그래핀 박막의 기계적 손상을 방지하여 상기 다층 그래핀 소자의 저항 증가를 억제하는 역할을 수행할 수 있다. 1, which is a photograph showing a result of two-dimensional time-resolved electron energy loss spectroscopy (EELS) mapping analysis of a Ti-O-C bridge layer according to an embodiment of the present invention, and a Ti-O-C bridge layer according to an embodiment of the present invention as a density function Referring to FIG. 2 simulated by density functional theory (DFT), the Ti-O-C bridge layer serves as a bridge between the graphene thin film and the titanium (Ti) buffer layer to elongate the multilayer graphene device. may increase, and by preventing mechanical damage to the graphene thin film during stretching, it may serve to suppress an increase in resistance of the multilayer graphene device.
본 발명에서의 면저항(△Rnx)이란, 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 연신으로 증가한 저항값을 연신 이전의 저항으로 나눈 값이며, 바람직하게는 하기 관계식 1로 정의될 수 있다. The sheet resistance (ΔR nx ) in the present invention is a value obtained by dividing the resistance value increased by stretching of the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times by the resistance before stretching, preferably according to the following
[관계식 1][Relational Expression 1]
△Rnx= (Rnx-Rn0) / Rn0 △R nx = (R nx -R n0 ) / R n0
(상기 관계식 1에서 Rnx는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 x% 연신하였을 때 측정한 저항이며, Rn0는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 연신하지 않았을 때 측정한 저항을 의미한다. 이 때 상기 x는 소정의 자연수를 의미한다.) (In
실시 예에 따르면, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자는 상기 면저항(△Rnx)이 10을 초과하지 않을 수 있다. 상기 면저항(△Rnx)이 10을 초과하면, 연신으로 인한 저항값이 과도하게 증가할 수 있다. 이는. 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 포함하는 전자장치에서 외부에 힘이 작용하여 상기 전자장치가 연신되는 경우, 필요 전압이 증가한다는 것을 의미한다. 다시 말해, 상기 전자장치를 연신한 상태에서 연신하지 않은 상태와 동일하게 작동하기 위해서 요구되는 전압이 증가되며, 더 많은 전기 에너지가 요구된다. 아울러, 상기 연신상태에서 전자장치를 작동하면, 높은 저항으로 인하여 상기 전자장치의 발열이 심해져 고장 및 전기 에너지 손실에 원인이 된다. According to an embodiment, in the stretchable multilayer graphene device, the sheet resistance (ΔR nx ) may not exceed 10. When the sheet resistance (ΔR nx ) exceeds 10, a resistance value due to stretching may excessively increase. this is. When an external force is applied to the electronic device including the stretchable multilayer graphene device and the electronic device is stretched, it means that a required voltage is increased. In other words, the voltage required to operate the electronic device in the same manner as in the unstretched state in the stretched state increases, and more electrical energy is required. In addition, when the electronic device is operated in the stretched state, heat generation of the electronic device becomes severe due to high resistance, which causes malfunction and loss of electrical energy.
즉, 상기 면저항(△Rnx)의 증가는 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자의 전기적 특성이 감소하는 것을 의미하므로, 연신 상태에서 상기 면저항(△Rnx)이 10을 초과하지 않는 것이 바람직하다. That is, since the increase in the sheet resistance (ΔR nx ) means that the electrical properties of the stretchable multilayer graphene device decrease, the sheet resistance (ΔR nx ) in the stretched state preferably does not exceed 10.
실시 예에 따르면, 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 소정의 %, 예를 들어 x%(x는 임의의 자연수)로 연신하는 것을 104번 반복 수행하였을 때, 면저항 값이 10을 초과하지 않을 수 있다. 104번 반복 수행하였을 때 상기 면저항 값이 10을 초과하면 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 반복 연신하는 경우 전기적 특성이 감소하는 것을 의미한다. 이는 플랙서블 소자에 적용하는 경우, 전기적 특성 감소로 인하여 발열 및 에너지 손실이 발생될 가능성이 높다는 것을 의미한다. 이러한 이유로, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자는 104번의 반복 연신을 수행한 상태에서도 상기 면저항(△Rnx)이 10을 초과하지 않는 것이 바람직하다. According to an embodiment, when stretching the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times at a predetermined %, for example, x% (x is an arbitrary natural number) is repeatedly performed 10 4 times, The sheet resistance value may not exceed 10. When the sheet resistance value exceeds 10 when repeated 10 4 times, it means that the electrical properties are reduced when the stretchable multilayer graphene device is repeatedly stretched. This means that, when applied to a flexible device, heat generation and energy loss are highly likely to occur due to a decrease in electrical characteristics. For this reason, it is preferable that the sheet resistance (ΔR nx ) of the stretchable multilayer graphene device does not exceed 10 even in a state where repeated stretching of 10 4 is performed.
본 발명의 다른 일 양태는 전사 과정 없이 티타늄(Ti) 버퍼층, 제1 Ti-O-C 브릿지층, 그래핀 박막 및 제2 Ti-O-C 브릿지층을 가지는 스트레처블 그래핀 소자에 관한 것이며, 보다 바람직하게는 상기 티타늄(Ti) 버퍼층, 제1 Ti-O-C 브릿지층, 그래핀 박막 및 제2 Ti-O-C 브릿지층을 순차적으로 반복 적층한 스트레처블 다층 그래핀 소자에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a stretchable graphene device having a titanium (Ti) buffer layer, a first Ti-O-C bridge layer, a graphene thin film and a second Ti-O-C bridge layer without a transfer process, more preferably relates to a stretchable multilayer graphene device in which the titanium (Ti) buffer layer, the first Ti-O-C bridge layer, the graphene thin film and the second Ti-O-C bridge layer are sequentially and repeatedly stacked.
앞서 설명한대로 상기 전사 과정에서 주름(Wrinkles), 크랙(Crack) 및 리플(Ripples) 등 기계적 손상이 발생될 수 있으며, 상기 기계적 손상은 그래핀 박막의 면 저항을 감소시켜 전기 소자로서의 성능을 악화시킬 수 있다. 이러한 이유로, 상기 그래핀의 전기적 특성을 유지 혹은 향상하기 위해 전사 과정 없이 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 그래핀 박막을 성장하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 상기 티타늄(Ti) 버퍼층을 성장시킨 장비와 동일한 장비 내에서 in-situ로 성장할 수 있다. As described above, mechanical damage such as wrinkles, cracks, and ripples may occur during the transfer process, and the mechanical damage reduces the sheet resistance of the graphene thin film to deteriorate the performance as an electrical device. can For this reason, it is preferable to grow a graphene thin film on one surface of the titanium (Ti) buffer layer without a transfer process in order to maintain or improve the electrical properties of the graphene, and more preferably, an equipment for growing the titanium (Ti) buffer layer can be grown in-situ within the same equipment as
본 발명의 일 예에 있어, 상기 적층구조가 반복될수록, 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면 저항(Ω/□)이 감소될 수 있다. 구체적으로 상기 적층구조가 반복될수록, 상기 그래핀 박막 사이에 형성된 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 산소를 흡수하고, 상기 흡수된 산소 중 일부가 티타늄(Ti) 버퍼층을 부분적으로 산화시켜 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성될 수 있다. 이 과정에서 상기 그래핀 박막이 자발적으로 P-type 도핑되어 면 저항이 감소될 수 있다. 바람직하게 상기 적층에 따른 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면 저항 감소는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다. In an example of the present invention, as the stacked structure is repeated, the sheet resistance (Ω/□) of the stretchable multilayer graphene device may be reduced. Specifically, as the stacked structure is repeated, oxygen is absorbed in the titanium (Ti) buffer layer formed between the graphene thin films, and some of the absorbed oxygen partially oxidizes the titanium (Ti) buffer layer to thereby partially oxidize the titanium (Ti) buffer layer. and a Ti-O-C bridge layer may be formed between the graphene thin film. In this process, the graphene thin film may be spontaneously doped with P-type to reduce the sheet resistance. Preferably, the reduction in sheet resistance of the stretchable multi-layer graphene device according to the stacking may satisfy the following relational expression (2).
[관계식 2][Relational Expression 2]
Rn/Rn-1×100 < 0.55 , n≥2R n /R n-1 ×100 < 0.55 , n≥2
(상기 관계식 2에서, n은 상기 적층구조가 반복된 횟수이며, Rn은 상기 적층구조가 n번 반복되어 형성된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면 저항(Ω/□)이며, Rn-1은 상기 적층구조가 n-1번 반복되어 형성된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면 저항(Ω/□)이다.)(In
더 바람직하게, 상기 관계식 2는 Rn/R1 ≤ 0.48, n≥2 또는 Rn/R1 ≤ 0.18, n≥3 또는 Rn/R1 ≤ 0.07, n≥4 중 어느 하나 이상을 만족할 수 있다. More preferably,
일반적으로 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자가 통상적인 투명 스트레처블 소자인 산화인듐주석(Indium -Tin-Oxide; ITO)을 대체하기 위해서는, 상기 다층 그래핀 소자의 면 저항이 45Ω/□ 이하가 되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 20Ω/□ 이하가 되는 것이 적절하다. 이를 위해, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자는 하기 관계식 3을 만족하는 범위 내에서 상기 적층 구조를 반복하여 면 저항을 감소시킬 수 있다.In general, in order for the stretchable multilayer graphene device to replace Indium-Tin-Oxide (ITO), which is a conventional transparent stretchable device, the sheet resistance of the multilayer graphene device is 45Ω/□ or less. It is preferable to be, and more preferably, it is appropriate to be 20 Ω/□ or less. To this end, the stretchable multilayer graphene device may reduce the sheet resistance by repeating the stacked structure within a range satisfying the following relation (3).
[관계식 3][Relational Expression 3]
Rn/R1 ≤ 0.18, n≥3R n /R 1 ≤ 0.18, n≥3
(상기 관계식 3에서, Rn은 상기 적층구조가 n번 반복되어 형성된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면 저항(Ω/□)이다.)(In
이를 통해 스트레처블 특성을 유지하면서, 낮은 면 저항을 가지는 다층 그래핀 소자를 제공할 수 있다.Through this, it is possible to provide a multilayer graphene device having a low sheet resistance while maintaining the stretchable properties.
한편, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자의 적층구조가 반복될수록, 상기 다층 그래핀 소자의 투과율이 감소할 수 있다. 구체적으로, 상기 적층구조가 반복될수록, 상기 중첩된 그래핀 박막을 투과하는 광 에너지가 감소하여 투과도가 감소될 수 있다. 이러한 이유로 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자에 500 내지 600㎚의 빛을 투과하였을 때 투과율(Transmittance)이 90% 이상일 수 있으며, 더 바람직하게는 하기 관계식 4를 만족할 수 있다. Meanwhile, as the stacked structure of the stretchable multilayer graphene device is repeated, the transmittance of the multilayer graphene device may decrease. Specifically, as the stacked structure is repeated, light energy passing through the overlapping graphene thin film may decrease, thereby reducing transmittance. For this reason, when the light of 500 to 600 nm is transmitted through the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times, the transmittance may be 90% or more, and more preferably, the following
[관계식 4][Relational Expression 4]
0.9 < Tn×100 < 0.980.9 < T n ×100 < 0.98
(상기 관계식 4에서, Tn은 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자에 500 내지 600㎚의 빛을 투과하였을 때 스트레처블 다층 그래핀 소자의 투과도(%)이다.)(In
이상 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 다층 그래핀 소자의 구성에 대해 설명하였다. 이하, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 구성하는 스트레처블 그래핀 박막의 제조방법에 대해 설명한다. The configuration of the stretchable multilayer graphene device according to an embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, a method for manufacturing a stretchable graphene thin film constituting the stretchable multilayer graphene device will be described.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 박막을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 상기 스트레처블 그래핀 박막을 in-situ로 제조하기 위한 장비이다. 3 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a stretchable graphene thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an equipment for manufacturing the stretchable graphene thin film in-situ.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 박막의 제조방법은 a) 연신기판 위에 티타늄(Ti) 버퍼층을 형성하는 단계, b) 동일한 장치 내에서 in-situ로 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 위에 그래핀 박막을 성장시키는 단계, c) 상기 그래핀 박막 위에 하나 이상의 티타늄(Ti) 버퍼층과 하나 이상의 그래핀 박막을 반복 성장시키는 단계 및 d) 상기 티타늄(Ti) 버퍼층이 공기중 산소(O2)에 노출되어 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 각 구성 성분을 구성하는 물질에 대한 상세한 설명은 스트레처블 다층 그래핀 소자에 기재된 것과 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.Referring to FIG. 3 , the method of manufacturing a stretchable graphene thin film according to an embodiment of the present invention includes a) forming a titanium (Ti) buffer layer on a stretched substrate, b) in-situ in the same device. (Ti) growing a graphene thin film on the buffer layer, c) repeatedly growing one or more titanium (Ti) buffer layers and one or more graphene thin films on the graphene thin film, and d) the titanium (Ti) buffer layer is in the air The method may include forming a Ti-OC bridge layer between the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film by exposure to oxygen (O 2 ). At this time, since the detailed description of the material constituting each component is the same as that described in the stretchable multilayer graphene device, the redundant description will be omitted.
먼저 a) 단계에서는 소정의 연신기판 위에 티타늄(Ti) 버퍼층을 형성할 수 있다. First, in step a), a titanium (Ti) buffer layer may be formed on a predetermined stretched substrate.
본 발명에서 연신기판이란, 소정의 유연소재로 제조된 스트레처블(stretchable) 기판을 의미한다. 이 때, 상기 유연소재는 연신이 가능한 플라스틱 또는 고무 기판으로 제공될 수 있으며, 더 바람직하게는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 에코플렉스(ecoflex), 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate; PUA), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리페닐메틸실록산(polyphenylmethylsiloxane) 및 에폭시 수지(epoxy resine) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 제공될 수 있다. 본 발명에서 상기 연신기판은 폴리디메틸실록산(PDMS)로 제공되는 것으로 예를 들어 설명하나 이에 한정되지 않는다. In the present invention, the stretchable substrate means a stretchable substrate made of a predetermined flexible material. At this time, the flexible material may be provided as a stretchable plastic or rubber substrate, more preferably polydimethylsiloxane (PDMS), polyester (Polyester), polyurethane (polyurethane; PU), hexamethyldi Any one selected from siloxane (hexamethyldisiloxane), ecoflex (ecoflex), polyurethane acrylate (PUA), polyvinyl alcohol (PVA), polyphenylmethylsiloxane (polyphenylmethylsiloxane) and epoxy resine One or more may be provided. In the present invention, the stretched substrate is provided with polydimethylsiloxane (PDMS) as an example, but is not limited thereto.
도 4를 참조하면, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층은 순도 99.99%의 티타늄(Ti) 타겟을 대향 타겟식 스퍼터링 시스템(FTS)을 사용하여 물리적으로 가격하여 증착될 수 있다. 구체적으로 상기 도 4에서 기판을 상부(S)에 고정한 상태로 서로 마주보며 이격된 한 쌍의 대향 타겟(상기 도 4의 한 쌍의 Sputter)을 이용하여 스퍼터링을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 증착과정은 100 내지 150℃에서 수행될 수 있으며, 더 바람직하게는 110 내지 130℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층은 10nm이하의 두께, 더 바람직하게는 5 내지 8㎚ 두께로 증착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 4 , the titanium (Ti) buffer layer may be deposited by physically striking a titanium (Ti) target having a purity of 99.99% using a counter-target sputtering system (FTS). Specifically, sputtering may be performed using a pair of opposing targets (a pair of sputters in FIG. 4 ) spaced apart from each other while the substrate is fixed to the upper portion S in FIG. 4 . At this time, the deposition process may be carried out at 100 to 150 ℃, more preferably, it may be carried out at 110 to 130 ℃. In addition, the titanium (Ti) buffer layer may be deposited to a thickness of 10 nm or less, more preferably 5 to 8 nm, but is not limited thereto.
다시 도 3을 참조하면, b)상기 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 그래핀 박막을 성장시키는 단계를 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 a) 단계와 동일한 장치 내에서 PATCVD 법으로 성장시킬 수 있으며, 더 바람직하게는 서로 마주보며 이격된 한 쌍의 대향 타겟(상기 도 4의 한 쌍의 PAT CVD)을 이용하여 단결정의 그래핀 박막을 성장시킬 수 있다.Referring back to FIG. 3 , b) growing a graphene thin film on one surface of the titanium (Ti) buffer layer may be performed, and more preferably, it may be grown by the PATCVD method in the same apparatus as in step a). And, more preferably, a single crystal graphene thin film may be grown using a pair of opposing targets (a pair of PAT CVD in FIG. 4 ) spaced apart from each other to face each other.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 그래핀 박막은 소정의 반응가스 분위기에서 성장할 수 있다. 상기 반응가스는 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 아세틸렌(C2H2), 에테인(C2H6), 프로판(C3H8), 메탄(CH4) 및 프로판올(C3H8O)등 탄화수소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스로 제공될 수 있다. 또한, 상기 반응가스는 아르곤(Ar)이나 헬륨(He) 등 비활성가스와 함께 공급하며 상기 그래핀 박막을 성장시킬 수 있다. 아울러, 성장과정에서 상기 그래핀 박막이 산화되는 것을 방지하기 위하여 수소가스와 함께 공급할 수 있다. In an example of the present invention, the graphene thin film may be grown in a predetermined reaction gas atmosphere. The reaction gas is methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), acetylene (C 2 H 2 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), methane (CH 4 ) and It may be provided as one or more gases selected from the group consisting of hydrocarbons such as propanol (C 3 H 8 O). In addition, the reaction gas may be supplied together with an inert gas such as argon (Ar) or helium (He) to grow the graphene thin film. In addition, hydrogen gas may be supplied to prevent the graphene thin film from being oxidized during the growth process.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 그래핀 박막을 무산소 분위기에서 성장시킬 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 그래핀 박막을 무산소 분위기에서 성장시킴으로써 결함이 없는 단결정의 그래핀 박막을 얻을 수 있다. In an example of the present invention, the graphene thin film may be grown in an oxygen-free atmosphere, and more preferably, a single crystal graphene thin film without defects may be obtained by growing the graphene thin film in an oxygen-free atmosphere.
이를 통해, 상기 그래핀 박막을 1㎛이하의 두께로 성장시킬 수 있으며, 바람직하게는 0.5㎛이하의 두께로 성장시킬 수 있다. Through this, the graphene thin film can be grown to a thickness of 1 μm or less, and preferably can be grown to a thickness of 0.5 μm or less.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 그래핀 박막은 기판의 온도가 400℃이하, 더 바람직하게는 100 내지 300℃에서 성장할 수 있다. 구체적으로 상기 기판의 온도가 100℃에 다다르지 못하면, 그래핀이 성장에 필요한 열 에너지를 온전히 흡수하기 어려워 성장에 지장이 생길 수 있다. 반면, 상기 기판을 폴리이미드(Polyimide) 내열필름으로 제공될 경우, 400℃까지 기판을 가열해도 무방하나, 이는 Kapton® Polyimide 등 일부 소재를 사용한 경우에 한정되며, 통상적으로는 300℃이하인 것이 적합하다. 통상적으로 기판의 온도가 300℃ 또는 폴리이미드(Polyimide) 내열필름으로 제공되는 기판의 경우, 400℃를 초과하면 면 저항 및 표면 거칠기가 증가할 수 있다. 상술한 이유로 상기 그래핀의 박막은 성장은 기판의 온도가 400℃이하, 더 바람직하게는 100 내지 300℃에서 성장하는 것이 바람직하다.In an example of the present invention, the graphene thin film may be grown at a substrate temperature of 400° C. or less, more preferably 100 to 300° C. Specifically, if the temperature of the substrate does not reach 100° C., it is difficult for graphene to completely absorb thermal energy required for growth, which may cause difficulties in growth. On the other hand, when the substrate is provided as a polyimide heat-resistant film, the substrate may be heated up to 400°C, but this is limited to the case of using some materials such as Kapton® Polyimide, and is usually 300°C or less. . In general, when the temperature of the substrate exceeds 300° C. or, in the case of a substrate provided as a polyimide heat-resistant film, when it exceeds 400° C., sheet resistance and surface roughness may increase. For the above reasons, the graphene thin film is preferably grown at a substrate temperature of 400°C or less, more preferably 100 to 300°C.
상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 성장한 그래핀 위에 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막을 반복 성장시킬 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 및 상기 그래핀 박막을 n회 적층하여 다층으로 성장시킬 수 있다.In step c), the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film may be repeatedly grown on the graphene grown in step b), and more preferably, the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film are repeated n times. It can be stacked and grown into multiple layers.
상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막층을 반복 성장시키는 조건은 상기 a) 단계 및 상기 b) 단계와 동일하므로 생략하도록 한다. Since the conditions for repeatedly growing the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film layer are the same as in steps a) and b), they will be omitted.
마지막으로 상기 d) 단계를 통해, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성할 수 있다. 상기 Ti-O-C 브릿지층은 상술한대로 상기 티타늄(Ti) 버퍼층의 티타늄(Ti)이 공기중 산소(O2)와 접촉하여 상기 티타늄(Ti)이 산화되어 형성된 브릿지층을 의미한다. 이를 통해, 상기 그래핀 박막 및 상기 그래핀 박막을 포함하는 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자가 연신 과정에서 발생되는 기계적 손상을 방지하여 전기적 특성 감소를 최소화 할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면저항(△Rnx)의 값이 10이하일 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 x%로 연신하는 것을 10,000번 반복 수행하여도 상기 면저항(△Rnx) 값이 10이하일 수 있다. Finally, through step d), a Ti-OC bridge layer may be formed between the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film. The Ti-OC bridge layer refers to a bridge layer formed by oxidizing titanium (Ti) in the titanium (Ti) buffer layer by contacting oxygen (O 2 ) in the air as described above. Through this, the graphene thin film and the stretchable multilayer graphene device including the graphene thin film are prevented from mechanical damage generated during the stretching process, thereby minimizing the decrease in electrical properties. For example, the sheet resistance (ΔR nx ) of the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times may be 10 or less, and more preferably, the graphene thin film is stacked n times. The sheet resistance (ΔR nx ) value may be less than or equal to 10 even when stretching the chubby multilayer graphene device at x% is repeated 10,000 times.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 그래핀 박막의 제조방법에 대해 설명하였다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른, 상기 그래핀 박막을 포함하는 스트레처블 그래핀 FET에 대해 설명한다. Above, a method for manufacturing the graphene thin film according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, a stretchable graphene FET including the graphene thin film according to an embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 FET를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining a stretchable graphene FET according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상술한 그래핀 박막을 활성층으로 가지는 스트레처블 그래핀 FET(Field-Effect-Transistor)를 제공할 수 있다. 상기 스트레처블 그래핀 FET는 게이트 전극, 상기 게이트 전극 위에 접촉하는 게이트 절연층, 상기 게이트 절연층의 일부 영역에 위치하여 상술한 그래핀 박막으로 제공되는 활성층 및 상기 활성층의 일측에 접촉하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있으며, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연층, 상기 활성층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 유연소재로 제공될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a stretchable graphene field-effect-transistor (FET) having the above-described graphene thin film as an active layer. The stretchable graphene FET includes a gate electrode, a gate insulating layer in contact with the gate electrode, an active layer provided as the graphene thin film disposed in a portion of the gate insulating layer, and a first contacting one side of the active layer. It may include an electrode and a second electrode, and the gate electrode, the gate insulating layer, the active layer, the first electrode, and the second electrode may be made of a flexible material.
도 5를 참조하면, 상기 스트레처블 그래핀 FET(1000)는 게이트 전극(200) 게이트 절연층(300), 그래핀 활성층(400), 제1 전극(510) 및 제2 전극(530) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the
상기 게이트 전극(200)은 통장적인 도전성 물질, 예를 들어 금속, 다결정 실리콘(Polycrystalline silicon), 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide; TCO) 또는 그래핀 필름등으로 제공될 수 있다. 본 발명에서는 연신기판(100) 위에 직접 성장된 그래핀 박막을 적용하였다. The
상기 연신기판(100)은 소정의 유연소재로 제조된 스트레처블(stretchable)한 기판일 수 있다. 상기 유연소재는 연신이 가능한 플라스틱 또는 고무 기판으로 제공될 수 있으며, 더 바람직하게는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS) 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 에코플렉스(ecoflex), 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate; PUA), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리페닐메틸실록산(polyphenylmethylsiloxane) 및 에폭시 수지(epoxy resine) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 제공될 수 있다. 본 발명에서 상기 연신기판(100)은 폴리디메틸실록산(PDMS)로 제공되는 것으로 예를 들어 설명하나 이에 한정되지 않는다. The
상기 게이트 절연층(300)은 상기 게이트 전극(200) 상면에 위치할 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 게이트 전극(200) 상면에 100 내지 200㎚ 두께로 증착될 수 있다. The
실시 예에 따르면, 상기 게이트 절연층(300)은 신축성이 있는 고분자소재로 제공될 수 있으며, 바람직하게는 폴리이미드(polyimide), 열가소성 탄성 중합체(polyurethane thermoplastic elastomers), 폴리아미드(polyamides), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리올레핀(polyolefin), 합성고무(synthetic rubbers), 폴리우레탄폴리클로로프렌(polychloroprene), 실리콘, 스티렌계 물질(styrenic materials), 열가소성 탄성 중합체(thermoplastic elastomer), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리이소부티렌(polyisobutylene), 올레핀계 물질(olefenic materials) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 제공될 수 있다. 더 바람직하게는 폴리이미드(polyimide)로 제공될 수 있다.According to an embodiment, the
상기 그래핀 활성층(400)은 상기 게이트 절연층(300) 상면에 위치할 수 있으며, 후술할 제1 전극(510)에서 제2 전극(530)으로 전류가 흐르는 경로를 제공하는 채널(Channel)로 사용될 수 있다. The graphene
실시 예에 따르면, 상기 그래핀 활성층(400)은 앞서 설명한 상기 스트레처블 그래핀 박막으로 제공될 수 있으며, 구체적으로 티타늄(Ti) 버퍼층(410), Ti-O-C 브릿지층(430) 및 그래핀 박막(450)으로 제공될 수 있다. 상기 티타늄(Ti) 버퍼층(410), 상기 Ti-O-C 브릿지층(430) 및 상기 그래핀 박막(450)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다. According to an embodiment, the graphene
실시 예에 따르면, 상기 그래핀 활성층(400)은 그래핀/Ti-O-C/Ti 구조로 제공될 수 있으며, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층(410)의 티타늄(Ti)의 일부가 이산화티타늄(TiO2)으로 산화되어 그래핀/Ti-O-C/TiO2-x 구조로 제공될 수 있다. According to an embodiment, the graphene
실시 예에 따르면, 상기 그래핀 활성층(400)은 상기 게이트 절연층(300) 위에 상기 활성층(400)이 형성되는 위치만을 노출시킨 섀도우 마스크(Shadow mask)를 부착한 상태에서 성장될 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 섀도우 마스크(Shadow mask)를 부착한 상태에서 in-situ로 티타늄(Ti) 버퍼층(410) 및 그래핀 박막(450)을 성장시킬 수 있다. 그리고 티타늄(Ti) 버퍼층(410)을 부분적으로 산화시켜 상기 티타늄(Ti) 버퍼층(410)과 상기 그래핀 박막(450) 사이에 Ti-O-C 브릿지층(430)을 형성할 수 있다. According to an embodiment, the graphene
상기 도 5에서는 상기 그래핀 활성층(400)과 상기 게이트 전극(200)의 연결관계를 설명하기 위해 그래핀 활성층(400)의 폭이 상기 게이트 전극(200)의 폭보다 다소 작게 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 경우에 따라서는 상기 게이트 전극(200)의 폭과 유사하거나 더 클 수 있음은 물론이다. In FIG. 5 , in order to explain the connection relationship between the graphene
상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(530)은 상기 그래핀 활성층(400)위에 위치하며, 둘 이상이 전극이 서로 소정 거리 이격한 상태로 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(510)이 그래핀 활성층(400)의 일 단에 접촉될 수 있으며, 상기 제2 전극은 상기 그래핀 활성층(400)의 일 단과 소정거리 이격된 상기 그래핀 활성층(400)의 타단에 접촉할 수 있다.The
실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(530)은 통상적으로 공지된 도전성 물질로 제공될 수 있으며, 바람직하게는 금속, 폴리실리콘, 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(510)과 상기 제2 전극(530)은 서로 같은 종류의 물질로 제공될 수 있으나, 서로 다른 도전성 물질로 제공되어도 무방하다. 이하 본 발명에서는 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(530)을 구성하는 물질로 하나의 전극에는 Au/Ti로, 다른 하나 이상의 전극에는 그래핀/Ti로 제공되는 것을 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않는다. According to an embodiment, the
상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(530)이 전도성 물질층과 티타늄(Ti) 버퍼층을 포함하는 경우, 무산소 분위기에서 티타늄(Ti) 버퍼층이 증착되고 이어서 전도성 물질층이 증착되어지는데, 상기 증착 과정은 동일한 장비 내에서 연속하여 수행될 수 있다. 즉, 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 전도성 물질층이 무산소 분위기에서 in-situ로 증착될 수 있다. When the
실시 예에 따르면 상기 제1 전극(510), 상기 제2 전극(530) 및 상기 게이트 전극(200)은 동일한 성분으로 구성되는 물질층을 가질 수 있다. 아울러, 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(530)은 단일층 또는 다중층일 수 있다. 상기 제1 전극 (510) 및 상기 제2 전극(530)의 형태 및 위치는 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(510)은 상기 그래핀 활성층(400)의 일단에서 그와 인접한 상기 게이트 절연층(300) 영역 위로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(510)및 상기 제2 전극(530)은 상기 그래핀 활성층(400)의 양단(일단 및 타단)이 아닌 다른 두 영역에 접촉하도록 구비될 수 있다. According to an embodiment, the
실시 예에 따르면, 상기 스트레처블 그래핀 FET(1000)은 상기 채널과 수평한 방향인 수평방향 또는 상기 채널에 수직한 방향인 수직방향 중 어느 하나의 방향으로 100% 이상, 더 바람직하게는 120% 인장하여도 홀 이동도(Hole mobility)가 1.6x104㎠/V·S을 초과할 수 있다. 또한, 상기 채널과 수평한 방향인 수평방향 또는 상기 채널에 수직한 방향인 수직방향 중 어느 하나의 방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 100% 이상, 더 바람직하게는 120% 인장하여도 전자 이동도(Electron mobility)가 0.9x104㎠/V·S을 초과할 수 있다. According to an embodiment, the
이는, 상기 스트레처블 그래핀 FET(1000)을 채널의 방향을 기준으로 수직 및 수평 중 어느 방향으로 120% 인장하여도 전기적 특성이 유지된다는 것을 의미한다. This means that electrical properties are maintained even when the
아울러, 상기 스트레처블 그래핀 FET(1000)는 상기 채널과 수평한 방향인 수평방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 140% 인장 하는 것을 5,000번 반복 수행하는 동안 홀 이동도(Hole mobility)가 1.5x104㎠/V·S를 초과하며, 같은 조건에서 전자 이동도(Electron mobility) 또한 0.8x104㎠/V·S을 초과할 수 있다. In addition, the
이는, 상기 스트레처블 그래핀 FET(1000)이 인장과 수축이 자주 반복될 수 있는 플랙서블 소자에서도 전기적 특성의 저하가 없이 사용할 수 있다는 것을 의미한다. This means that the
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 스트레처블 다층 그래핀 소자 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.Hereinafter, a stretchable multilayer graphene device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight %.
가. Ti-O-C 브릿지층을 포함한 스트레처블 다층 그래핀 소자 제조go. Fabrication of stretchable multilayer graphene device including Ti-O-C bridge layer
[실시예 1][Example 1]
무산소 분위기가 유지된 상태에서 티타늄(Ti) 버퍼층과 그래핀 박막을 성장시켜야 하기 때문에, 대향 타겟식 스퍼터링(FTS)과 PATCVD를 동일한 장비 내에서 수행할 수 있도록 장비를 상기 도 4와 같이 구성하였다. 도 4의 장비를 활용하여 저온 무산소 상태에서 기판 위에 소정 거리 이격하여 한 쌍의 티타늄(Ti) 버퍼층을 형성하였다. 구체적으로, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)(160㎛) 기판 위에 대향 타겟식 스퍼터링 시스템(FTS)을 이용하여 상기 티타늄(Ti) 버퍼층을 증착하였다. Since it is necessary to grow a titanium (Ti) buffer layer and a graphene thin film in a state in which an oxygen-free atmosphere is maintained, the equipment was configured as shown in FIG. A pair of titanium (Ti) buffer layers were formed by using the equipment of FIG. 4 to be spaced apart from each other by a predetermined distance on the substrate in an oxygen-free state at a low temperature. Specifically, the titanium (Ti) buffer layer was deposited on a polydimethylsiloxane (PDMS) (160 μm) substrate using a counter-targeted sputtering system (FTS).
바람직하게는 125℃에서 dc power 60W, 1.0mTorr로 직경 2인치 티타늄(Ti) 금속 타겟(순도 99.99%)에 대하여 10분 간 이온을 충돌시켰으며, 이 때의 상기 대향하는 한 쌍의 타겟사이의 거리(T-T)는 20㎝, 상기 타겟과 기판(T-S) 사이의 거리는 19㎝이다. 이를 통해 티타늄(Ti)로 이루어진 한 쌍의 제1 티타늄(Ti) 버퍼층을 10㎚ 두께로 증착하였다. Preferably, ions were collided for 10 minutes against a titanium (Ti) metal target (purity 99.99%) with a diameter of 2 inches at 125° C. with dc power of 60 W and 1.0 mTorr. The distance T-T is 20 cm, and the distance between the target and the substrate T-S is 19 cm. Through this, a pair of first titanium (Ti) buffer layers made of titanium (Ti) were deposited to a thickness of 10 nm.
상기 한 쌍의 제1 티타늄(Ti) 버퍼층의 증착 직후, 동일한 장치 내에서 상기 한 쌍의 제1 티타늄(Ti) 버퍼층위에 0.37㎚ 두께의 한 쌍의 제1 그래핀 박막을 성장시켰으며, PATCVD(Plasma-assisted thermal chemical vapor deposition)방법으로 성장시켰다. 구체적으로, 125℃, 6.0×Torr, Plasma power 120W의 상태에서 Ar, H2, CH4가스를 각각 10sscm, 50sccm 및 200sccm 주입하여 성장시켰다. 이 때의 상기 대향하는 한 쌍의 타겟사이의 거리(T-T)는 12㎝, 상기 타겟과 기판(T-S) 사이의 거리는 15㎝이다. Immediately after deposition of the pair of first titanium (Ti) buffer layers, a pair of first graphene thin films with a thickness of 0.37 nm were grown on the pair of first titanium (Ti) buffer layers in the same apparatus, and PATCVD ( It was grown by plasma-assisted thermal chemical vapor deposition. Specifically, at 125° C., 6.0×Torr, and plasma power of 120W, Ar, H 2 , and CH 4 gases were injected and grown by 10sscm, 50sccm, and 200sccm, respectively. At this time, the distance TT between the pair of opposing targets is 12 cm, and the distance between the target and the substrate TS is 15 cm.
이 후, 상기 한 쌍에 제1 그래핀 박막 일 면에 동일한 방법과 두께로 제2 티타늄(Ti) 버퍼층을 성장시켰으며, 상기 제1 그래핀 박막과 동일한 방법과 두께로 제2 그래핀 박막을 성장시켜 그래핀 박막이 2번 반복 적층되는 한 쌍의 이층 그래핀 소자(Two layers graphene device)를 제조하였다. Thereafter, a second titanium (Ti) buffer layer was grown on one surface of the first graphene thin film in the pair by the same method and thickness, and a second graphene thin film was formed with the same method and thickness as the first graphene thin film. A pair of two-layer graphene devices in which graphene thin films are repeatedly stacked twice by growth were prepared.
마지막으로, 상술한 이층 그래핀 소자(Two layers graphene device)과 동일한 조건으로 상기 한 쌍의 이층 그래핀 소자 사이에 티타늄(Ti) 버퍼층 및 그래핀 박막으로 이루어진 채널을 형성하였으며, 상기 그래핀 소자 및 채널을 공기중에 노출하여 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성하였다. Finally, a channel composed of a titanium (Ti) buffer layer and a graphene thin film was formed between the pair of two-layer graphene devices under the same conditions as the two layers graphene device described above, and the graphene device and A Ti-O-C bridge layer was formed between the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film by exposing the channel to air.
[실시예 2][Example 2]
상기 실시예 1에서 제조된 이층 그래핀 소자(Two layers graphene device)에 상기 제1 내지 제2 티타늄(Ti) 버퍼층과 동일한 방법으로 제3 티타늄(Ti) 버퍼층을 증착하였으며, 상기 제3 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 상기 제1 내지 제2 그래핀 박막과 동일한 방법으로 제3 그래핀 박막을 성장시켜 삼층 그래핀 소자(Three layers graphene device)를 제조하였다. A third titanium (Ti) buffer layer was deposited on the two layers graphene device prepared in Example 1 in the same manner as the first to second titanium (Ti) buffer layers, and the third titanium (Ti) buffer layer was deposited. ) A three layers graphene device was prepared by growing a third graphene thin film on one surface of the buffer layer in the same manner as the first to second graphene thin films.
[실시예 3][Example 3]
상기 실시예 2에서 제조된 삼층 그래핀 소자(Three layers graphene device)에 상기 제1 내지 제3 티타늄(Ti) 버퍼층과 동일한 방법으로 제4 티타늄(Ti) 버퍼층을 증착하였으며, 상기 제4 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 상기 제1 내지 제3 그래핀 박막과 동일한 방법으로 제4 그래핀 박막을 성장시켜 사층 그래핀 소자(Four layers graphene device)를 제조하였다. A fourth titanium (Ti) buffer layer was deposited on the three layers graphene device prepared in Example 2 in the same manner as the first to third titanium (Ti) buffer layers, and the fourth titanium (Ti) buffer layer was deposited. ) A fourth graphene thin film was grown on one surface of the buffer layer in the same manner as the first to third graphene thin films to prepare a four-layer graphene device.
[비교예 1][Comparative Example 1]
상기 실시예 1에 개시된 방법으로 제1 티타늄(Ti) 버퍼층과 제1 그래핀 박막을 성장하여 단층 그래핀 소자(Mono layer graphene device)를 제조하였다. A mono-layer graphene device was prepared by growing a first titanium (Ti) buffer layer and a first graphene thin film by the method disclosed in Example 1.
[분석 및 성능 평가][Analysis and Performance Evaluation]
1) 면 저항 분석:1) Sheet resistance analysis:
상기 실시예 1 내지 3으로 제조된 스트레처블 그래핀 소자에 있어서, 연신하지 않은 상태에서 그래핀 박막의 면 저항을 측정하였다. 상기 면 저항은 Impedance/gain-phase analyzer(HP4194A)를 사용하여 측정하였으며, 바람직하게는 Z-theta 방법에 의해 0.1 내지 10㎒의 범위에서 측정하였다. Z-theta 방법의 신뢰성은 ITO 박막일 면에 전사한 그래핀에 대한 4-점 프로브와 Z-theta 방법의 면 저항의 측정에 의해 확인하였으며, 구체적인 측정값은 도 6 및 표 1에 개시하였다.In the stretchable graphene devices prepared in Examples 1 to 3, the sheet resistance of the graphene thin film was measured in a non-stretched state. The sheet resistance was measured using an impedance/gain-phase analyzer (HP4194A), preferably in the range of 0.1 to 10 MHz by the Z-theta method. The reliability of the Z-theta method was confirmed by measuring the sheet resistance of the Z-theta method and a 4-point probe for graphene transferred to one side of the ITO thin film, and specific measurement values are shown in FIG. 6 and Table 1.
표 1을 참조하면, 150℃에서 성장시킨 단층 그래핀의 면 저항(비교예 1) 84 내지 94Ω/□에 비해 이층 그래핀 소자(실시예 1)는 37 내지 43Ω/□, 삼층 그래핀 소자(실시예 2)는 12 내지 18Ω/□, 그리고 사층 그래핀 소자(실시예 3)는 4 내지 8Ω/□로 측정되었다. 즉, 그래핀 적층 횟수가 증가할수록 도 6과 같이 상기 그래핀 소자들의 면 저항이 감소한 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, compared to the sheet resistance of single-layer graphene grown at 150° C. (Comparative Example 1) of 84 to 94 Ω/□, the double-layer graphene device (Example 1) has 37 to 43 Ω/□, the three-layer graphene device ( Example 2) was measured to be 12 to 18Ω/□, and the four-layer graphene device (Example 3) was measured to be 4 to 8Ω/□. That is, it can be seen that as the number of graphene stacking increases, the sheet resistance of the graphene devices decreases as shown in FIG. 6 .
아울러 상기 면 저항은 2차 다항식의 형태로 감소하였으며, 바람직하게는 Rn-1 = 8·Rn 2 -65.6· Rn + 142.5로 감소하였다.In addition, the sheet resistance was reduced in the form of a second-order polynomial, preferably R n-1 = 8·R n 2 -65.6· decreased to R n + 142.5.
이는 상술한 바와 같이 상기 적층구조가 반복될수록, 상기 그래핀 박막 사이에 형성된 상기 티타늄(Ti) 버퍼층이 산소를 흡수하고, 상기 흡수된 산소로 인하여 도핑되는 그래핀 박막이 증가하여 면 저항이 감소한 것으로 보여진다. As described above, as the stacked structure is repeated, the titanium (Ti) buffer layer formed between the graphene thin films absorbs oxygen, and the graphene thin film doped due to the absorbed oxygen increases, so that the sheet resistance decreases. is shown
2) 면저항(△Rnx) 분석2) Sheet resistance (ΔR nx ) analysis
a. 연신(Stretchable) 특성 분석a. Stretchable Characterization
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1로 제조된 스트레처블 그래핀 소자를 연신하였을 때, 저항값의 변화를 비교하기 위해 그래핀 소자의 면저항(△Rnx)을 분석하였다. When the stretchable graphene device prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was stretched, the sheet resistance (ΔR nx ) of the graphene device was analyzed to compare the change in resistance.
본 발명에서의 면저항(△Rnx)이란, 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 연신으로 증가한 저항값을 연신 이전의 저항으로 나눈 값이며, 바람직하게는 하기 관계식 1로 정의될 수 있다. 각각의 저항값은 상기 면 저항과 동일한 방법으로 측정하였다. The sheet resistance (ΔR nx ) in the present invention is a value obtained by dividing the resistance value increased by stretching of the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times by the resistance before stretching, preferably according to the following
[관계식 1][Relational Expression 1]
△Rnx= (Rnx-Rn0) / Rn0 △R nx = (R nx -R n0 ) / R n0
(상기 관계식 1에서 Rnx는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 x% 연신하였을 때 측정한 저항이며, Rn0는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 연신하지 않았을 때 측정한 저항을 의미한다. 이 때 상기 x는 소정의 자연수를 의미한다.) (In
아울러 상기 연신은 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자의 상기 채널에 수평한 방향, 더 구체적으로 채널 길이 방향으로 연신하였을 때 면 저항을 측정하여 상기 면저항을 산출하였으며(도 7), 상기 채널에 수직한 방향, 더 구체적으로 채널 길이에 수직한 방향으로 연신하였을 때 전기적 특성을 측정하였다(도 8). 이하, 상기 채널에 수평한 방향을 수평방향, 채널에 수직한 방향을 수직방향으로 정의한다. In addition, in the stretching, the sheet resistance was calculated by measuring the sheet resistance when stretching in a direction horizontal to the channel of the stretchable multilayer graphene device, more specifically in the channel length direction (FIG. 7), and perpendicular to the channel Electrical properties were measured when stretching in a direction, more specifically, a direction perpendicular to the channel length (FIG. 8). Hereinafter, a direction horizontal to the channel is defined as a horizontal direction, and a direction perpendicular to the channel is defined as a vertical direction.
다른 관점에서 상기 수평방향은 상기 제1 전극(Source 전극;S) 및 제2 전극(Drain 전극;D)이 마주보는 방향일 수 있으며, 도 5에서 x축 방향일 수 있다. 또한, 상기 수직방향은 상기 수평방향과 수직한 방향 을 의미하며, 채널의 폭 방향을 의미할 수 있다. 상기 수직방향은 도 5의 y축 방향일 수 있다. In another view, the horizontal direction may be a direction in which the first electrode (Source electrode; S) and the second electrode (Drain electrode; D) face each other, and may be an x-axis direction in FIG. 5 . In addition, the vertical direction means a direction perpendicular to the horizontal direction, and may mean a width direction of a channel. The vertical direction may be the y-axis direction of FIG. 5 .
상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 수평방향으로 소정%로 연장하였을 때의 면저항(△Rnx)을 도 7 및 표 2에 개시하였다.The sheet resistance (ΔR nx ) when the stretchable multilayer graphene device is extended by a predetermined% in the horizontal direction is shown in FIG. 7 and Table 2.
상기 표 2 및 도 7을 참조하면, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 연신할수록 상기 면저항(△Rnx)이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 앞서 설명한대로 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 연신할수록 상기 다층 그래핀 소자에 기계적 손상이 발생되어 저항이 증가하였기 때문이다. Referring to Table 2 and FIG. 7 , it can be seen that the sheet resistance (ΔR nx ) increases as the stretchable multilayer graphene device is stretched. This is because, as described above, as the stretchable multilayer graphene device is stretched, mechanical damage is generated in the multilayer graphene device and the resistance increases.
구체적으로 상기 표 2를 참조하면, 상기 그래핀 박막을 2회 적층한 실시예 1은 수평방향으로 10% 인장함에 따라 상기 면저항(△Rnx)이 20% 지점에서부터 0.025, 0.275, 0.475, 1.975, 8.425 및 11.8 로 증가하였으며, 연신율이 80%이상이면 상기 면저항(△Rnx)이 20을 초과하는 것을 알 수 있다. Specifically, referring to Table 2, in Example 1 in which the graphene thin film is laminated twice, the sheet resistance (ΔR nx ) is 0.025, 0.275, 0.475, 1.975, It was increased to 8.425 and 11.8, and when the elongation was 80% or more, it can be seen that the sheet resistance (ΔR nx ) exceeds 20.
상기 그래핀 박막을 3회 적층한 실시예 2은 수평방향으로 10% 인장함에 따라 상기 면저항(△Rnx)이 30% 지점에서부터 0.267, 0.467, 1.466, 7.5, 10.3 및 15.0 로 증가하였으며, 연신율이 90%이상이면 상기 면저항(△Rnx)이 20을 초과하는 것을 알 수 있다. In Example 2, in which the graphene thin film was laminated three times, the sheet resistance (ΔR nx ) increased from the 30% point to 0.267, 0.467, 1.466, 7.5, 10.3 and 15.0 as the tensile strength was 10% in the horizontal direction, and the elongation was If it is 90% or more, it can be seen that the sheet resistance (ΔR nx ) exceeds 20.
마지막으로 상기 그래핀 박막을 4회 적층한 실시예 3은 수평방향으로 10% 인장함에 따라 상기 면저항(△Rnx)이 30% 지점에서부터 0.2, 0.415, 1.35, 6, 8.1, 11.1 및 14.8 로 증가한 것을 알 수 있다. Finally, in Example 3, in which the graphene thin film was laminated 4 times, the sheet resistance (ΔR nx ) increased from 30% to 0.2, 0.415, 1.35, 6, 8.1, 11.1, and 14.8 as the horizontal direction was stretched by 10%. it can be seen that
즉, 상기 실시예 1 내지 2는 70%이상 인장하였을 때 상기 면저항(△Rnx)이 10을 초과하였으며, 상기 실시예 3은 80%이상 인장하였을 때 상기 면저항(△Rnx)이 10을 초과하였다. 이는 상기 그래핀 박막과 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 사이에 Ti-O-C 브릿지층이 형성되었으며, 상기 그래핀 박막이 다수 적층됨에 따라 상기 Ti-O-C 브릿지층 또한 증가하여 기계적 손상을 방지하였기 때문이다. 이로 인해, 상기 그래핀 박막이 적층될수록 전기적 특성이 감소되는 양을 줄일 수 있다. 상기 그래핀 박막과 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 사이에 Ti-O-C 브릿지층이 형성된 그림을 도 8에 개시하였다. That is, in Examples 1 and 2, the sheet resistance (ΔR nx ) exceeded 10 when tensioned by 70% or more, and in Example 3, when tensioned by 80% or more, the sheet resistance (ΔR nx ) exceeded 10 did. This is because a Ti-OC bridge layer is formed between the graphene thin film and the titanium (Ti) buffer layer, and the Ti-OC bridge layer also increases as a plurality of the graphene thin films are stacked to prevent mechanical damage. For this reason, as the graphene thin film is stacked, the amount of decrease in electrical properties can be reduced. 8 shows a diagram in which a Ti-OC bridge layer is formed between the graphene thin film and the titanium (Ti) buffer layer.
반면에 상기 그래핀 박막을 적층하지 않은 비교예 1은 수평방향으로 10% 인장함에 따라 상기 면저항(△Rnx)이 20% 지점에서부터 0.025, 0.275, 0.475, 1.975, 8.425 및 12.5 로 증가하였으며, 연신율이 80%이상이면 상기 면저항(△Rnx)이 20을 초과하는 것을 알 수 있다. 이는, 상기 Ti-O-C 브릿지층이 다층으로 형성된 실시예에 비해 단층으로 형성되어 동일한 조건에서 인장하는 경우 저항이 상대적으로 높게 증가되기 때문이다. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the graphene thin film was not laminated, the sheet resistance (ΔR nx ) increased from 20% to 0.025, 0.275, 0.475, 1.975, 8.425, and 12.5 as the tensile strength was 10% in the horizontal direction, and the elongation was increased. If this is 80% or more, it can be seen that the sheet resistance (ΔR nx ) exceeds 20. This is because, compared to the embodiment in which the Ti-OC bridge layer is formed as a multilayer, when the Ti-OC bridge layer is formed as a single layer and is stretched under the same conditions, the resistance is increased relatively high.
상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 수직방향으로 소정%로 연장하였을 때의 면저항(△Rnx)을 도 9 및 표 3에 개시하였다.The sheet resistance (ΔR nx ) when the stretchable multilayer graphene device is extended by a predetermined% in the vertical direction is shown in FIGS. 9 and 3 .
상기 도 9및 표 3을 참조하면, 수직 방향 또한 상기 수평방향과 마찬가지로 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 연신할수록 상기 면저항(△Rnx)이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 앞서 설명한 수평방향으로 연신하였을 때와 동일한 이유로 증가하는 것으로 판단된다. 9 and Table 3, it can be seen that the sheet resistance (ΔR nx ) increases as the stretchable multilayer graphene device is stretched in the vertical direction and in the horizontal direction as in the horizontal direction. This is determined to increase for the same reason as when stretching in the horizontal direction described above.
다만, 상기 수직방향에서는 면저항의 증가값이 상기 수평방향과 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. However, it can be seen that the increase value of the sheet resistance in the vertical direction is different from that in the horizontal direction.
구체적으로 상기 표 3을 참조하면, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 수평방향으로 60% 인장하였을 때 상기 면저항(△Rnx)이 실시예 1은 8.425, 실시예 2는 7.5, 실시예 3은 8.1 이었으며, 비교예 1은 8.425이나, 동일한 연신율을 수직방향으로 인장하였을 때, 실시예 1은 4.4, 실시예 2는 4.13 실시예 3은 4.126 이었으며, 비교예 1은 5.51로 수평방향으로 인장하였을 때 보다 더 감소한 것을 알 수 있다. Specifically, referring to Table 3, when the stretchable multilayer graphene device is stretched by 60% in the horizontal direction, the sheet resistance (ΔR nx ) is 8.425 in Example 1, 7.5 in Example 2, and 7.5 in Example 3 8.1, Comparative Example 1 was 8.425, but when the same elongation was stretched in the vertical direction, Example 1 was 4.4, Example 2 was 4.13, Example 3 was 4.126, and Comparative Example 1 was 5.51 when stretched in the horizontal direction It can be seen that a further decrease
이는 70%로 인장하였을 때도 유사한 결과가 나오는데, 구체적으로 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 수직방향으로 70% 인장하였을 때 상기 면저항(△Rnx)은 실시예 1은 8.0, 실시예 2는 7.7, 실시예 3은 5.0 이었으며, 비교예 1은 9.3으로 수평방향으로 인장하였을 때 보다 면저항이 감소하였다. 특히, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 수직방향으로 70% 인장하여도 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 모두 면저항이 10 미만인 것을 확인할 수 있다. Similar results are obtained when the stretchable multilayer graphene device is stretched to 70%. Specifically, when the stretchable multilayer graphene device is stretched by 70% in the vertical direction, the sheet resistance (ΔR nx ) is 8.0 in Example 1 and 7.7 in Example 2 , Example 3 was 5.0, Comparative Example 1 was 9.3, and the sheet resistance was decreased compared to when it was stretched in the horizontal direction. In particular, even when the stretchable multilayer graphene device is stretched by 70% in the vertical direction, it can be confirmed that the sheet resistance of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 is less than 10.
상술한 면저항 차이는 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자의 구조적인 차이로 인한 것으로 판단되며, 구체적으로 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 수직 방향으로 인장하는 것이 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 수평 방향으로 인장하는 것 보다 구조적 안정성이 더 높기 때문이다. It is determined that the above-described difference in sheet resistance is due to a structural difference of the stretchable multilayer graphene device, and specifically, stretching the stretchable multilayer graphene device in a vertical direction horizontally stretches the stretchable multilayer graphene device. This is because the structural stability is higher than the tensile in the direction.
b. 반복 하중 시 연신(Stretchable) 특성 분석b. Analysis of stretchable properties under cyclic loading
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1로 제조된 스트레처블 그래핀 소자에 반복 하중을 가했을 때, 상기 스트레처블 그래핀 소자의 면저항(△Rnx)을 분석하였다. When a repeated load was applied to the stretchable graphene devices prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the sheet resistance (ΔR nx ) of the stretchable graphene devices was analyzed.
도 10을 참조하면, 상기 스트레처블 그래핀 소자를 소정의 연신율로 연신하는 것을 104cycle 반복하였을 때의 면저항(△Rnx)을 나타내었다. 상기 도 9의 구체적 측정값은 하기 표 4와 같다. Referring to FIG. 10 , the sheet resistance (ΔR nx ) when stretching the stretchable graphene device at a predetermined elongation rate was repeated for 10 4 cycles was shown. The specific measured values of FIG. 9 are shown in Table 4 below.
상기 표 4 및 도 10을 참조하면, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자에 104cycle 반복 하중을 주면 그래핀 박막의 적층 횟수에 따라 면저항이 상승되는 정도가 다르며, 그 차이는 연신율이 증가함에 따라 커지는 것을 알 수 있다. Referring to Table 4 and FIG. 10, when a repeated load of 10 4 cycles is applied to the stretchable multilayer graphene device, the extent to which the sheet resistance increases according to the number of stacking times of the graphene thin film is different, and the difference is as the elongation increases. It can be seen that increasing
구체적으로, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 30%로 연신하는 것을 104cycle 반복 수행하면, 상기 실시예 1의 면저항(△Rnx)은 2.3, 실시예 2는 1.8 실시예 3은 1.5 이며, 비교예 1은 면저항(△Rnx)이 2.3인 것을 알 수 있다. 즉, 30% 연신하는 것을 반복 수행하였을 때 상기 실시예와 상기 비교예의 면저항(△Rnx)은 최대 0.8 까지 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 아울러, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 40% 연신하는 것을 반복 수행하였을 때 상기 실시예와 상기 비교예의 면저항(△Rnx)은 1.0 내지 2.0 차이가 발생하는 것을 알 수 있다. Specifically, when 10 4 cycles of stretching the stretchable multilayer graphene device to 30% are repeatedly performed, the sheet resistance (ΔR nx ) of Example 1 is 2.3, Example 2 is 1.8, Example 3 is 1.5, and , Comparative Example 1 shows that the sheet resistance (ΔR nx ) is 2.3. That is, it can be seen that the sheet resistance (ΔR nx ) of the Example and the Comparative Example differs by up to 0.8 when the stretching of 30% is repeatedly performed. In addition, it can be seen that when the stretchable multilayer graphene device is repeatedly stretched by 40%, the sheet resistance (ΔR nx ) of the Example and the Comparative Example is 1.0 to 2.0 different.
하지만, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 50%로 연신하는 것을 104cycle 반복 수행하면, 상기 실시예 1의 면저항은 9.0, 실시예 2의 면저항은 8.0 및 실시예 3의 면저항은 6.0 이며, 이는 10의 면저항을 가지는 비교예 1과 비교하였을 때, 최대 4.0의 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 60%로 연신하는 것을 104cycle 반복 수행하면, 상기 실시예 1의 면저항은 15, 실시예 2의 면저항은 13 및 실시예 3의 면저항은 10 이며, 이는 16의 면저항을 가지는 비교예 1과 비교하였을 때, 상기 면저항(△Rnx) 차이가 최대 6.0인 것을 확인할 수 있다.However, when 10 4 cycles of stretching the stretchable multilayer graphene device to 50% are repeatedly performed, the sheet resistance of Example 1 is 9.0, the sheet resistance of Example 2 is 8.0, and the sheet resistance of Example 3 is 6.0, As compared with Comparative Example 1 having a sheet resistance of 10, it can be confirmed that a difference of up to 4.0 occurs. In addition, if 10 4 cycles of stretching the stretchable multilayer graphene device to 60% are repeatedly performed, the sheet resistance of Example 1 is 15, the sheet resistance of Example 2 is 13, and the sheet resistance of Example 3 is 10, It can be seen that, when compared with Comparative Example 1 having a sheet resistance of 16, the difference in the sheet resistance (ΔR nx ) is at most 6.0.
즉, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자에 104cycle로 반복하중을 가하면, 동일한 연신율로 1회 연신하였을 때 보다 면저항이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자를 동일한 연신율로 104cycle로 반복하중을 가했을 때, 상기 연신율이 증가할수록 면저항이 상승되며,더 바람직하게는 상기 연신율이 30 내지 40%일 때 보다 50 내지 60%일 때 면저항의 증가폭이 상승되는 것을 확인할 수 있다. That is, when a repeated load is applied to the stretchable multilayer graphene device at 10 4 cycles, it can be seen that the sheet resistance is significantly increased compared to the case of stretching once at the same elongation rate. In addition, when a repeated load is applied to the stretchable multilayer graphene device in 10 4 cycles at the same elongation rate, the sheet resistance increases as the elongation rate increases, more preferably 50 to 40% than when the elongation rate is 30 to 40% When it is 60%, it can be seen that the increase in sheet resistance is increased.
이는 상기 반복하중이 수행되면서 상기 그래핀 박막 또는 상기 티타늄(Ti) 버퍼층에 기계적 손상이 누적되어 저항이 더 크게 증가하였기 때문이며, 상기 연신율이 50% 이상으로 증가할 수록 누적되는 기계적 손상이 증가하였기 때문이다. This is because the mechanical damage is accumulated in the graphene thin film or the titanium (Ti) buffer layer while the repeated load is performed, and the resistance is further increased, and the cumulative mechanical damage increases as the elongation increases to 50% or more to be.
3) 투과도 분석:3) Permeability Analysis:
UV-vis 분광법을 사용하여 실시예 1 내지 3 및 비교예 1로 제조된 상기 스트레처블 다층 그래핀 소자에 550㎚ 파장을 투과시켜 투과도를 측정하였으며, 그 결과를 도 11 및 표 5에 개시하였다. The transmittance was measured by transmitting a wavelength of 550 nm to the stretchable multilayer graphene device prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 using UV-vis spectroscopy, and the results are shown in FIGS. 11 and 5. .
표 5를 참조하면, 550㎚ 파장대에서 상기 그래핀 소자들은 90% 이상의 투과도을 가질 수 있다. 구체적으로 상기 그래핀 박막을 이층 적층한 실시예 1은 95.2±1%, 상기 그래핀 박막을 이층 적층한 실시예 2는 93.0±1%, 그리고 상기 그래핀 박막을 이층 적층한 실시예 3은 90.8±1%의 투과도을 확인할 수 있다. 한편 상기 그래핀 박막이 단일층으로 형성된 비교예 1은 93.0±1% 인 것을 확인할 수 있다. 즉, 그래핀 적층 횟수가 증가할수록 도 4와 같이 상기 그래핀 소자들의 면 저항이 감소하였으나 상기 실시예 1 내지 3 모두 90% 이상의 투과도을 가질 수 있다는 것을 확인하였다.Referring to Table 5, the graphene devices may have transmittance of 90% or more in the 550 nm wavelength band. Specifically, Example 1 in which the graphene thin film is laminated in two layers is 95.2±1%, Example 2 in which the graphene thin film is laminated in two layers is 93.0±1%, and Example 3 in which the graphene thin film is laminated in two layers is 90.8 A transmittance of ±1% can be confirmed. On the other hand, it can be seen that Comparative Example 1 in which the graphene thin film was formed as a single layer was 93.0±1%. That is, as the number of graphene stacking increases, the sheet resistance of the graphene devices decreased as shown in FIG. 4 , but it was confirmed that all of Examples 1 to 3 may have transmittance of 90% or more.
나. Ti-O-C 브릿지층을 포함한 스트레처블 그래핀 FET 제조me. Fabrication of stretchable graphene FET including Ti-O-C bridge layer
[실시예 4][Example 4]
기판 - 게이트 전극층 - 게이트 절연층 - 활성층 - Source/Drain 전극을 각각 하기 표 6과 같은 재질로 제작하여 본 발명의 실시 예에 따른 스트레처블 그래핀 FET를 제조한다. The substrate - the gate electrode layer - the gate insulating layer - the active layer - the source/drain electrodes are each made of the materials shown in Table 6 below to manufacture a stretchable graphene FET according to an embodiment of the present invention.
이 때, 상기 PDMS는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)을 의미하며, 상기 PI는 폴리이미드(Polyimide)를 의미한다. 또한, 상기 Graphene/TiO2-x는 상기 실시예 1로 제조한 그래핀 박막 및 티타늄(Ti) 버퍼층을 의미한다. In this case, the PDMS means polydimethylsiloxane, and the PI means polyimide. In addition, the Graphene/TiO 2-x refers to the graphene thin film and the titanium (Ti) buffer layer prepared in Example 1.
상기 PDMS 기판 위에 상기 티타늄(Ti) 버퍼층(10㎚ 두께)과 상기 그래핀 박막(단층, 0.4㎚ 두께)을 무산소 분위기에서 in-situ로 직접 형성하여 게이트 전극을 형성한다. 이 후, 상기 게이트 전극 위에 100㎚ 두께로 PI 절연층을 형성한다. 이어서 절연층 위에 litho-graphy 공정을 통해 가로와 세로가 각각 1,500 ㎛ 와 20 ㎛ 로 직사각형의 활성층을 형성한다. 그래핀 활성층 위에 제1 전극 (source) 과 제2 전극 (Drain) 사이의 거리는 변화시켜 이를 Channel length 로 결정하고 세로는 100 ㎛ 가 되도록 litho-grapheny 공정을 통해서 한정되었으며 각 전극은 Graphene/TiO2-x 로 PATCVD 로 그래핀 성장과 같은 온도에서 수행하였다. Ti 버퍼층과 그래핀 성장의 조건은 비교예 1에서 설명한 조건과 같게 성장하였다.A gate electrode is formed by directly forming the titanium (Ti) buffer layer (10 nm thick) and the graphene thin film (single layer, 0.4 nm thick) in-situ on the PDMS substrate in an oxygen-free atmosphere. After that, a PI insulating layer with a thickness of 100 nm is formed on the gate electrode. Then, on the insulating layer, a rectangular active layer having a width and length of 1,500 μm and 20 μm, respectively, is formed through a litho-graphy process. On the graphene active layer, the distance between the first electrode (source) and the second electrode (Drain) was changed to determine the channel length, and the length was limited to 100 μm through a litho-grapheny process. Each electrode was Graphene/TiO 2 - x was carried out at the same temperature as graphene growth by PATCVD. The conditions of the Ti buffer layer and graphene growth were the same as those described in Comparative Example 1.
[분석 및 성능 평가][Analysis and Performance Evaluation]
1) 연신(Stretchable)특성 분석:1) Stretchable Characteristics Analysis:
상기 스트레처블 그래핀 FET의 연신특성을 분석하기 위해 상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판의 양 끝을 고정하고 상기 활성층(채널)의 수평 및 수직한 방향으로 0에서 140%까지 연신하였을 때 홀 이동도(Hole mobility) 및 전자 이동도(Electron mobility)를 측정하였다. 이때의 결과값을 도 12 및 표 7에 정리한다. Hole mobility ( Hole mobility) and electron mobility (Electron mobility) were measured. The result values at this time are summarized in FIG. 12 and Table 7.
(x104㎠/V·S)Hall mobility
(x10 4 cm2/V S)
(x104㎠/V·S)electron mobility
(x10 4 cm2/V S)
상기 도 12 및 표 7을 참조하면, 상기 스트레처블 그래핀 FET가 140%로 연신됨에 따라 상기 홀 이동도(Hole mobility) 및 전자 이동도(Electron mobility)가 모두 감소하는 것을 알 수 있다. 구체적으로 상기 홀 이동도(Hole mobility)는 연신이 되지 않은 0%를 기준으로 수평방향은 2.13(20%), 2.13(30%), 2.09(60%), 1.99(90%), 1.83(120%) 및 1.71x104㎠/V·S(140%)으로 감소하였으며, 수직방향은 2.13(20%), 2.15(30%), 2.04(60%), 1.95(90%), 1.88(120%) 및 1.73x104㎠/V·S(140%)로 감소하였다. 12 and Table 7, it can be seen that both the hole mobility and the electron mobility decrease as the stretchable graphene FET is stretched to 140%. Specifically, the hole mobility is 2.13 (20%), 2.13 (30%), 2.09 (60%), 1.99 (90%), 1.83 (120) in the horizontal direction based on 0% without stretching. %) and 1.71x10 4 cm2/V S (140%) in the vertical direction, 2.13 (20%), 2.15 (30%), 2.04 (60%), 1.95 (90%), 1.88 (120%) ) and 1.73x10 4 cm2/V·S (140%).
상기 전자 이동도(Electron mobility) 또한 연신이 되지 않은 0%를 기준으로 수평방향은 1.186(20%), 1.18(30%), 1.15(60%), 1.09(90%), 0.978(120%) 및 0.945x104㎠/V·S(140%)로 감소하였으며, 수직방향은 1.186(20%), 1.15(30%), 1.14(60%), 1.11(90%), 0.988(120%) 및 0.961x104㎠/V·S(140%)로 감소하였다. The electron mobility is also 1.186 (20%), 1.18 (30%), 1.15 (60%), 1.09 (90%), 0.978 (120%) in the horizontal direction based on 0% without stretching. and 0.945x10 4 cm2/V S (140%), and the vertical direction was 1.186 (20%), 1.15 (30%), 1.14 (60%), 1.11 (90%), 0.988 (120%) and It decreased to 0.961x10 4 cm2/V·S (140%).
다시 말해, 상기 홀 이동도(Hole mobility) 및 상기 전자 이동도(Electron mobility)는 상기 스트레처블 그래핀 FET가 연신됨에 따라 감소되지만 그 감소폭이 0.42x104㎠/V·S 및 0.241x104㎠/V·S 이하이며, 상기 스트레처블 그래핀 FET를 140%로 연장되어도 각각 1.70x104㎠/V·S 및 0.94x104㎠/V·S이상을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 특히 60% 이상의 고연신 조건에서도 상기 홀 이동도(Hole mobility)가 2.04x104㎠ 내지 2.09x104㎠/V·S로 감소 비율이 1.8 내지 4.5%이며, 상기 전자 이동도(Electron mobility)는 1.15x104 내지 1.14x104㎠/V·S로 감소 비율이 3 내지 4%인 것을 알 수 있다. In other words, the hole mobility and the electron mobility are decreased as the stretchable graphene FET is stretched, but the decrease is 0.42x10 4 cm2/V·S and 0.241x10 4 cm2 /V·S or less, and it can be seen that even when the stretchable graphene FET is extended to 140%, 1.70x10 4 cm2/V·S and 0.94x10 4 cm2/V·S or more are maintained, respectively. In particular, even under a high elongation condition of 60% or more, the hole mobility is 2.04x10 4 cm2 to 2.09x10 4 cm2/V·S, and the reduction ratio is 1.8 to 4.5%, and the electron mobility is 1.15 It can be seen that the reduction ratio is 3 to 4% from x10 4 to 1.14x10 4 cm 2 /V·S.
상기 홀 이동도(Hole mobility) 및 상기 전자 이동도(Electron mobility)가 60%이상의 연신에서도 각각 2.0x104㎠/V·S 및 1.1x104㎠/V·S이상을 유지하고, 더 나아가 140% 이상의 연신 조건에서도 1.70x104㎠/V·S 및 0.94x104㎠/V·S이상을 유지할 수 있는 이유는 앞서 설명하였듯이 상기 그래핀 박막과 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 사이에 Ti-O-C 브릿지층이 형성되어 기계적 손상을 방지하였기 때문이며, 이러한 이유로 60% 이상으로 연신하여도 전기적 특성이 유지되는 것을 확인할 수 있다. The hole mobility and the electron mobility maintained at least 2.0x10 4 cm2/V·S and 1.1x10 4 cm2/V·S, respectively, even at an elongation of 60% or more, and further 140% The reason why 1.70x10 4 cm2/V·S and 0.94x10 4 cm2/V·S or more can be maintained even under the above stretching conditions is a Ti-OC bridge layer between the graphene thin film and the titanium (Ti) buffer layer as described above. This is because it is formed to prevent mechanical damage, and for this reason, it can be confirmed that the electrical properties are maintained even when stretched to 60% or more.
3) 반복 하중 시 연신특성 분석:3) Analysis of elongation properties under repeated loading:
상기 스트레처블 그래핀 FET에 반복 하중을 작용하였을 때, 전기적 특성을 분석하기 위해 상기 수평방향으로 140% 연신하는 것을 5x103cycle 반복한 결과를 도 13 및 표 8에 개시하였다. 13 and Table 8 show the results of repeating 5x10 3 cycles of stretching 140% in the horizontal direction in order to analyze the electrical characteristics when a repeated load is applied to the stretchable graphene FET.
(x104㎠/V·S)Hall mobility
(x10 4 cm2/V S)
(x104㎠/V·S)electron mobility
(x10 4 cm2/V S)
상기 도 13 및 표 8을 참조하면, 상기 홀 이동도(Hole mobility) 및 상기 전자 이동도(Electron mobility)는 반복 하중이 증가할 수록 값이 감소하였음을 알 수 있다. 구체적으로 상기 홀 이동도(Hole mobility)는 1.88x104㎠/V·S 에서 1.7x104㎠/V·S로 감소하였으며, 상기 전자 이동도(Electron mobility)는 0.978x104㎠/V·S 에서 0.928x104㎠/V·S로 감소하였다. 13 and Table 8, it can be seen that the values of the hole mobility and the electron mobility decreased as the cyclic load increased. Specifically, the hole mobility decreased from 1.88x10 4 cm2/V·S to 1.7x10 4 cm2/V·S, and the electron mobility was 0.978x10 4 cm2/V·S at 0.978
구체적으로 상기 홀 이동도(Hole mobility)의 감소 비율을 살펴보면 초기 120%로 한번 연신한 결과를 기준으로 1.83(1x104), 1.81(2x104), 1.78(3x104), 1.73(4x104) 및 1.7x104㎠/V·S(5x104)로 감소한 것을 알 수 있다. Specifically, looking at the reduction ratio of the hole mobility, 1.83 (1x10 4 ), 1.81 (2x10 4 ), 1.78 (3x10 4 ), 1.73 (4x10 4 ) and 1.73 (4x10 4 ) and It can be seen that it is reduced to 1.7x10 4 cm2/V·S (5x10 4 ).
상기 전자 이동도(Electron mobility) 또한 120%로 한번 연신한 결과를 기준으로 0.967(1x104), 0.961(2x104), 0.951(3x104), 0.937(4x104) 및 0.928x104㎠/V·S(5x104)로 감소한 것을 알 수 있다. The electron mobility is also 0.967 (1x10 4 ), 0.961 (2x10 4 ), 0.951 (3x10 4 ), 0.937 (4x10 4 ) and 0.928x10 4 ㎠/V based on the result of stretching once to 120% It can be seen that it is reduced to S(5x10 4 ).
즉 상기 스트레처블 그래핀 FET는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 채널에 평행한 방향으로 140% 연신하는 것을 5x103cycle 반복 수행하여도 상기 홀 이동도(Hole mobility)가 1.7x104㎠/V·S이상, 상기 전자 이동도(Electron mobility)가 0.9x104㎠/V·S 이상인 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 스트레처블 그래핀 FET가 반복적인 연신 상태에서도 전기적 특성을 안정적으로 유지할 수 있으며, 플랙서블 소자로 활용될 수 있음을 의미한다. That is, in the stretchable graphene FET, the hole mobility is 1.7x10 4 cm2 even after repeating 5x10 3 cycles of stretching the first electrode and the second electrode in a direction parallel to the channel by 140%. It can be confirmed that /V·S or more, the electron mobility is 0.9x10 4 cm2/V·S or more. This means that the stretchable graphene FET can stably maintain its electrical properties even in a repeatedly stretched state and can be used as a flexible device.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 제조예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 제조예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through the specific items and limited preparation examples as described above, these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above preparation examples, and the present invention belongs to Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .
Claims (15)
상기 그래핀 적층체는
티타늄(Ti) 버퍼층;
상기 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 형성된 제1 Ti-O-C 브릿지층;
상기 제1 Ti-O-C 브릿지층 일 면에 성장된 그래핀 박막; 및
상기 그래핀 박막 위에 형성된 제2 Ti-O-C 브릿지층;을 포함하는 구조가 순차적으로 반복 적층되는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 다층 그래핀 소자.In a stretchable multilayer graphene device in which a graphene laminate is formed on one surface of a stretched substrate,
The graphene laminate is
a titanium (Ti) buffer layer;
a first Ti-OC bridge layer formed on one surface of the titanium (Ti) buffer layer;
a graphene thin film grown on one surface of the first Ti-OC bridge layer; and
A structure comprising a second Ti-OC bridge layer formed on the graphene thin film is sequentially and repeatedly stacked, a stretchable multilayer graphene device.
상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자는 하기 관계식 1로 정의되는 면저항(△Rnx)의 값이 10을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 다층 그래핀 소자.
[관계식 1]
△Rnx= (Rnx-Rn0) / Rn0
(상기 관계식 1에서 Rnx는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 x% 연신하였을 때 측정한 저항이며, Rn0는 상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 연신하지 않았을 때 측정한 저항을 의미한다. 이 때 상기 x는 소정의 자연수를 의미한다. 이 때 상기 x는 60이하의 자연수를 의미하며, 상기 n회는 1 내지 4회를 의미한다.) ) The method of claim 1,
The stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times has a sheet resistance (ΔR nx ) defined by the following Relation 1, characterized in that the value does not exceed 10, the stretchable multilayer graphene device.
[Relational Expression 1]
△R nx = (R nx -R n0 ) / R n0
(In Relation 1, R nx is the resistance measured when the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times is stretched by x%, and R n0 is the stretchable graphene thin film stacked n times. It means the resistance measured when the multilayer graphene device is not stretched. In this case, x means a predetermined natural number. In this case, x means a natural number of 60 or less, and the n times are 1 to 4 times. it means.) )
상기 그래핀 박막이 n회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자를 50%로 연신하는 것을 10,000번 반복 수행하였을 때, 상기 면저항 값이 10을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 다층 그래핀 소자.3. The method of claim 2,
Stretchable multilayer graphene, characterized in that the sheet resistance value does not exceed 10 when stretching the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked n times by 50% is repeatedly performed 10,000 times device.
상기 그래핀 박막이 1 내지 4회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자의 면저항이 50Ω/□ 이하인 것을 특징으로 하는, 스트레처블 다층 그래핀 소자.The method of claim 1,
The stretchable multilayer graphene device, characterized in that the sheet resistance of the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked 1 to 4 times is 50Ω/□ or less.
상기 그래핀 박막이 1 내지 4회 적층된 스트레처블 다층 그래핀 소자에 500 내지 600㎚의 빛을 투과하였을 때 투과율(Transmittance)이 90% 이상인 것을 특징으로 하는, 스트레처블 다층 그래핀 소자.The method of claim 1,
The stretchable multilayer graphene device, characterized in that the transmittance (Transmittance) is 90% or more when the light of 500 to 600 nm is transmitted to the stretchable multilayer graphene device in which the graphene thin film is stacked 1 to 4 times.
b) 동일한 장치 내에서 in-situ로 상기 티타늄(Ti) 버퍼층 위에 그래핀 박막을 성장시키는 단계;
c) 상기 그래핀 박막 위에 하나 이상의 티타늄(Ti) 버퍼층과 하나 이상의 그래핀 박막을 반복 성장시키는 단계; 및
d) 상기 티타늄(Ti) 버퍼층이 공기중 산소(O2)에 노출되어 상기 티타늄(Ti) 버퍼층과 상기 그래핀 박막 사이에 Ti-O-C 브릿지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 박막 제조방법.a) forming a titanium (Ti) buffer layer on the stretched substrate;
b) growing a graphene thin film on the titanium (Ti) buffer layer in-situ in the same device;
c) repeatedly growing one or more titanium (Ti) buffer layers and one or more graphene thin films on the graphene thin film; and
d) forming a Ti-OC bridge layer between the titanium (Ti) buffer layer and the graphene thin film by exposing the titanium (Ti) buffer layer to oxygen (O 2 ) in the air; Stretchable graphene thin film manufacturing method.
상기 티타늄(Ti) 버퍼층의 두께는 10 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 박막 제조방법.7. The method of claim 6,
The thickness of the titanium (Ti) buffer layer, characterized in that less than 10 nm, stretchable graphene thin film manufacturing method.
상기 a) 내지 c) 단계들은 400℃ 이하에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 박막 제조방법.7. The method of claim 6,
Steps a) to c) are characterized in that performed at 400 ℃ or less, stretchable graphene thin film manufacturing method.
상기 게이트 전극 위에 접촉하는 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층의 일부 영역에 위치하여 채널로 사용되는 그래핀 활성층;
상기 활성층의 일측에 접촉하는 제1 전극; 및
상기 활성층의 타측에 접촉하는 제2 전극;을 포함하며,
상기 그래핀 활성층은,
티타늄(Ti) 버퍼층;
상기 티타늄(Ti) 버퍼층 일 면에 형성된 Ti-O-C 브릿지층;및
상기 Ti-O-C 브릿지층 일 면에 성장된 그래핀 박막;을 포함하는, 스트레처블 그래핀 FET.gate electrode;
a gate insulating layer in contact with the gate electrode;
a graphene active layer positioned in a portion of the gate insulating layer and used as a channel;
a first electrode in contact with one side of the active layer; and
a second electrode in contact with the other side of the active layer; and
The graphene active layer,
a titanium (Ti) buffer layer;
A Ti-OC bridge layer formed on one surface of the titanium (Ti) buffer layer; And
A stretchable graphene FET comprising a; graphene thin film grown on one surface of the Ti-OC bridge layer.
상기 게이트전극은 그래핀층으로 제공되며,
상기 게이트 절연층은 신축성이 있는 고분자소재로 제공되는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 FET. 11. The method of claim 10,
The gate electrode is provided as a graphene layer,
The gate insulating layer is a stretchable graphene FET, characterized in that provided with a stretchable polymer material.
상기 채널과 수평한 방향인 수평방향 또는 상기 채널에 수직한 방향인 수직방향 중 어느 하나의 방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 120% 인장 시 홀 이동도(Hole mobility)가 1.6x104㎠/V·S을 초과하는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 FET.11. The method of claim 10,
When the stretchable graphene FET is stretched by 120% in either a horizontal direction that is a direction horizontal to the channel or a vertical direction that is perpendicular to the channel, the hole mobility is 1.6x10 4 cm 2 / A stretchable graphene FET characterized in that it exceeds V·S.
상기 채널과 수평한 방향인 수평방향 또는 상기 채널에 수직한 방향인 수직방향 중 어느 하나의 방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 120% 인장 시 전자 이동도(Electron mobility)가 0.9x104㎠/V·S을 초과하는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 FET.11. The method of claim 10,
When the stretchable graphene FET is stretched by 120% in either a horizontal direction that is a direction horizontal to the channel or a vertical direction that is perpendicular to the channel, electron mobility is 0.9x10 4 cm 2 / A stretchable graphene FET characterized in that it exceeds V·S.
상기 채널과 수평한 방향인 수평방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 140% 인장 하는 것을 5,000 번 반복 수행하는 동안 홀 이동도(Hole mobility)가 1.5x104㎠/V·S을 초과하는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 FET.11. The method of claim 10,
It is characterized in that the hole mobility exceeds 1.5x10 4 cm2/V S while repeating 5,000 repetitions of stretching the stretchable graphene FET by 140% in the horizontal direction, which is the direction parallel to the channel. , a stretchable graphene FET.
상기 채널과 수평한 방향인 수평방향으로 상기 스트레처블 그래핀 FET를 140% 인장 하는 것을 5,000번 반복 수행하는 동안 전자 이동도(Electron mobility)가 0.8x104㎠/V·S을 초과하는 것을 특징으로 하는, 스트레처블 그래핀 FET.
11. The method of claim 10,
Electron mobility exceeds 0.8x10 4 cm2/V S while repeating 5,000 repetitions of stretching 140% of the stretchable graphene FET in the horizontal direction, which is the direction parallel to the channel , a stretchable graphene FET.
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