KR20180119966A - Laminate for plasmonic waveguides and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
발명은 플라즈모닉 도파관용 적층체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정 금속 박막과 그래핀층을 포함하여 표면 플라즈몬 폴라리톤 전파용으로 사용되는 적층체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laminate for a plasmonic waveguide and a method of manufacturing the same, and more particularly to a laminate for use in surface plasmon polariton propagation including a single crystal metal thin film and a graphene layer, and a method of manufacturing the same.
표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polariton, SPP)은 금속-유전체 rP면을 따라 전파되는 광자-전자의 하이브리드 파(hybrid electron-photon waves)이다. SPP는 고유 특성으로 인해 나노 크기의 영역에서 광을 제어할 수 있기 때문에 도파관, 센서 및 이미징 등 다양한 분야에서 진보를 가져올 수 있다. SPP를 활용하기 위해 사용되는 금속은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등이 있으며 이 중 광학적, 전기적 특성이 뛰어난 Ag는 SPP를 활용하기 위한 유망한 물질로 기대되고 있다. 그러나 Ag 표면은 공기 중에 노출될 경우 쉽게 부식되며 이는 Ag의 특성을 저하시키기 때문에 플라즈모닉스 분야에서 Ag의 활용이 제한되어 왔다. 따라서 Ag의 부식을 방지하고 그에 따라 Ag 플라즈모닉 장치 개발을 가능하게 하는 방법이 요구되고 있다. Surface plasmon polaritons (SPPs) are hybrid electron-photon waves propagated along metal-dielectric rP planes. Because SPPs can control light in the nanoscale region due to their inherent properties, they can make advances in a variety of areas including waveguides, sensors and imaging. Among the metals used for utilizing SPP are silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel Is expected to be a promising material for utilizing SPP. However, the Ag surface is easily corroded when exposed to air, which deteriorates the properties of Ag, which has limited the use of Ag in plasmonics. Therefore, there is a need for a method for preventing the corrosion of Ag and accordingly developing an Ag plasmonic device.
일반적으로 금속의 표면 부식은 보호층 코팅을 통해 억제되었지만 기존 보호층은 불투명하고 두껍기 때문에 SPP의 생성 및 전파를 방해한다. 플라즈모닉스 분야에 맞는 보호층은 낮은 광학 손실, 높은 화학적 안정성 및 높은 차단 특성을 가져야 한다. 그래핀은 매우 투명하고 화학적으로 안정하며 나노 미터 크기의 두께에도 불구하고 기체와 액체를 거의 투과시키지 않기 때문에 플라스모닉스 분야에 이상적이다. 실제로 그래핀은 플라스모닉스 분야에서 부식 방지층으로 적용된 적이 있으며 이러한 그래핀으로 보호된 금속 구조는 장기간에 걸쳐 플라즈모닉 소자에 향상된 신뢰성을 제공할 수 있었다.In general, surface corrosion of metals is suppressed through protective layer coating, but the existing protective layer is opaque and thick, which interferes with the generation and propagation of SPP. Protective layers suitable for the plasmonics field should have low optical loss, high chemical stability and high blocking properties. Graphene is very transparent, chemically stable, and nearly transparent to gases and liquids despite its nanometer-sized thickness, making it ideal for plasmonics applications. Indeed, graphene has been applied as an anti-corrosion layer in the field of plasmonics, and this graphene-protected metal structure has been able to provide improved reliability for the plasmonic element over time.
그러나 이전의 연구는 그래핀 보호 금속 구조의 센서로서의 응용에만 집중하였을 뿐 다른 플라즈모닉스 분야에서의 연구는 많이 이루어 지지 않았다. 예를 들어, 그래핀으로 보호된 금속 구조를 활용하여 SPP를 전파시키는 방법은 초고속 컴퓨터 칩을 위한 신뢰도 높은 플라즈모닉 도파관을 개발하는데 활용될 수 있다. 따라서 그래핀으로 보호된 금속 구조의 플라즈모닉스에서의 활용은 보다 광범위하게 연구되어야 할 필요가 있다.However, previous studies have focused only on the application of graphene protection metal structures as sensors, but there have been few studies in other plethmonics fields. For example, the use of graphene-protected metal structures to propagate SPPs can be used to develop reliable plasmonic waveguides for ultra-fast computer chips. Therefore, the use of graphene-protected metal structures in plasmonics needs to be studied more extensively.
본 발명의 목적은 단결정 금속 박막과 그래핀을 이용하여 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전파 길이를 유지하면서도 우수한 내식성을 가지는 플라즈모닉 도파관용 적층체와 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a laminate for a plasmonic waveguide having excellent corrosion resistance while maintaining the propagation length of a surface plasmon polariton using a single crystal metal thin film and graphene, and a method for manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 단결정 금속 박막과 그래핀을 포함하는 적층체를 사용함으로써 신뢰성을 확보할 수 있는 플라즈모닉 도파관 또는 이를 포함하는 플라즈모닉 소자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a plasmonic waveguide or a plasmonic device including the same which can ensure reliability by using a laminate including a single crystal metal thin film and graphene.
본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention,
단결정의 금속 박막; 및 상기 단결정의 금속 박막 상에 형성된 그래핀층;을 포함하는 적층체가 제공된다.Metal thin film of single crystal; And a graphene layer formed on the metal thin film of the single crystal.
상기 단결정 금속 박막의 표면 거칠기(root-mean square)는 0.1 내지 1nm일 수 있다.The surface roughness (root-mean square) of the single-crystal metal thin film may be 0.1 to 1 nm.
상기 적층체는 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons, SPPs) 전파용으로 사용될 수 있다.The laminate may be used for propagation of surface plasmon polarites (SPPs).
상기 단결정의 금속 박막은 10 내지 500 nm의 두께일 수 있다. 보다 바람직하게는 50 내지 300 nm의 두께일 수 있다.The metal thin film of the single crystal may be 10 to 500 nm thick. More preferably 50 to 300 nm.
상기 단결정의 금속 박막은 Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, Ta, Ti, V, W, 및 Zn 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The metal thin film of the single crystal may be at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, W, and Zn.
상기 그래핀층은 단일층, 이중층 및 다중층 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The graphene layer may be any one selected from a single layer, a double layer and a multilayer.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,
(a) 단결정의 금속 박막을 제조하는 단계: (b) 그래핀층을 제조하는 단계; 및(a) preparing a metal thin film of a single crystal; (b) preparing a graphene layer; And
(c) 상기 단결정의 금속 박막 상에 그래핀층을 전사시켜 적층체를 제조하는 단계;를 포함하는 적층체의 제조방법이 제공된다.(c) transferring the graphene layer onto the metal thin film of the single crystal to produce a laminate.
단계 (a) 또는 단계 (b)를 먼저 수행하거나, 동시에 수행될 수 있다.Step (a) or step (b) may be performed first, or simultaneously.
상기 적층체는 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons, SPPs) 전파용일 수 있다.The laminate may be used for propagating Surface Plasmon Polaritons (SPPs).
단계 (a)는 열증발법(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD), 펄스 레이저 증착법(pulsed laser depostion; PLD), 전자빔 증발법(electron beam evaporation), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD), 및 분자선 결정성장법(molecular beam epitaxy, MBE) 중에서 선택된 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.The step (a) may be performed by any suitable method such as thermal evaporation, sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), electron beam evaporation, May be performed by any one selected from physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and molecular beam epitaxy (MBE).
단계 (a)는, 판상의 단결정 기판 상에 금속을 열증착함으로써 에피택셜 성장(epitaxial growth)시켜 단결정의 금속 박막을 제조할 수 있다.In step (a), a single crystal metal thin film can be produced by epitaxial growth by thermally depositing a metal on a single-crystal substrate of a plate shape.
상기 판상의 단결정 기판은 마이카(mica) 기판일 수 있다.The plate-like single crystal substrate may be a mica substrate.
단계 (a)에서, 상기 열증착 전에 상기 판상의 단결정 기판에 흡착된 분자를 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.In the step (a), a step of removing molecules adsorbed on the plate-like single crystal substrate before the thermal deposition can be further performed.
상기 흡착된 분자의 제거는 상기 단결정 기판을 100 내지 600℃로 1분 내지 60분간 가열함에 따라 수행될 수 있다.The removal of the adsorbed molecules may be performed by heating the single crystal substrate at 100 to 600 DEG C for 1 minute to 60 minutes.
상기 열증착 중 판상의 단결정 기판은 100 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다.During the thermal deposition, the plate-shaped single crystal substrate can maintain a temperature of 100 to 600 ° C.
상기 열증착 이후 100 내지 600℃로 1 내지 60분 동안 추가 가열할 수 있다.After the thermal deposition, additional heating may be performed at 100 to 600 ° C for 1 to 60 minutes.
단계 (b)에서 상기 그래핀층은 화학기상증착법 또는 기계적박리법에 따라 제조될 수 있다.In step (b), the graphene layer may be produced by chemical vapor deposition or mechanical stripping.
단계 (b)는 화학기상증착법에 따라 수행되고, 금속촉매층 상에 화학기상증착으로 그래핀층을 형성하여 그래핀층/금속촉매층을 제조할 수 있다.Step (b) is performed according to a chemical vapor deposition method, and a graphene layer / metal catalyst layer can be produced by forming a graphene layer on the metal catalyst layer by chemical vapor deposition.
상기 금속촉매층은 Cu, Ni, Fe, Pt, Pd, Ru 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The metal catalyst layer may include at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Pt, Pd, Ru, and Co.
상기 화학기상증착은 수소 기체 및 아르곤 기체 중에서 선택된 1종 이상과, 메탄 기체 및 에탄 기체 중에서 선택된 1종 이상을 이용할 수 있다.The chemical vapor deposition may use at least one selected from a hydrogen gas and an argon gas, and at least one selected from a methane gas and an ethane gas.
상기 화학기상증착은 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), 상압 화학기상증착(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학기상증착(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 줄-히팅(Joul-heating) 화학기상증착 및 마이크로웨이브 화학기상증착으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.The chemical vapor deposition may be performed using low pressure chemical vapor deposition, atmospheric pressure chemical vapor deposition, plasma-enhanced chemical vapor deposition, joule-heating, Chemical vapor deposition, and microwave chemical vapor deposition.
상기 화학기상증착은 500 내지 1500℃에서 수행될 수 있다.The chemical vapor deposition may be performed at 500 to 1500 ° C.
단계 (b) 이후, 그래핀층/금속촉매층의 그래핀층 상에 고분자지지층을 형성하는 단계를 추가로 수행하여 고분자지지층/그래핀층/금속촉매층을 제조할 수 있다.After step (b), a step of forming a polymer support layer on the graphene layer of the graphene layer / metal catalyst layer may be further performed to prepare the polymer support layer / graphene layer / metal catalyst layer.
단계 (c)는, 상기 고분자지지층/그래핀층/금속촉매층에서 금속촉매층을 제거하여 고분자지지층/그래핀층을 제조하고, 고분자지지층/그래핀층을 이용하여 그래핀층을 상기 단결정의 금속 박막상에 전사시키는 것일 수 있다.In step (c), the polymer support layer / graphene layer is prepared by removing the metal catalyst layer from the polymer support layer / graphene layer / metal catalyst layer, and the graphene layer is transferred onto the metal thin film of the single crystal using the polymer support layer / graphene layer Lt; / RTI >
단계 (c) 이후, 상기 고분자지지층을 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.After step (c), the step of removing the polymer supporting layer may be further performed.
단계 (c)의 그래핀 전사를 반복 수행하여 그래핀층의 층수를 조절할 수 있다.The graphene transfer of step (c) can be repeated to adjust the number of graphene layers.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,
상술한 적층체를 포함하는 플라즈모닉 도파관이 제공된다.There is provided a plasmonic waveguide including the above-described laminate.
상기 플라즈모닉 도파관은 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polariton, SPP)의 전파길이가 1 내지 100㎛일 수 있다.The propagation length of the surface plasmon polarizer (SPP) may be 1 to 100 mu m.
상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전파길이는 대기 중 노출 후 유지되는 값일 수 있다.The propagation length of the surface plasmon polariton may be a value held after exposure in the atmosphere.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,
상기 플라즈모닉 도파관을 포함하는 플라즈모닉 소자가 제공된다.A plasmonic device comprising the plasmonic waveguide is provided.
본 발명의 플라즈모닉 도파관용 적층체는 단결정 금속 박막과 그래핀을 이용하여 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전파 길이를 유지하면서도 우수한 내식성을 가지는 효과가 있다.The plasmonic waveguide laminate of the present invention has an effect of having excellent corrosion resistance while maintaining the propagation length of the surface plasmon polarite using a single crystal metal thin film and graphene.
또한, 본 발명의 플라즈모닉 도파관 또는 이를 포함하는 플라즈모닉 소자는 단결정 금속 박막과 그래핀을 포함하는 적층체를 사용함으로써 신뢰성을 확보할 수 있다.Further, the plasmonic waveguide of the present invention or the plasmonic device including the same can ensure reliability by using a laminate including a single crystal metal thin film and graphene.
금속-그래핀 하이브리드 구조를 이용할 때 그래핀 보호층은 자체적으로 광을 흡수하여 플라즈몬 진행에 손실을 발생시킬 수 있고, 이를 보완하기 위해서는 플라즈모닉 특성이 뛰어난 고품질, 즉 광학적/전기적 물성이 뛰어나고 표면 거칠기가 매우 낮은 금속 필름을 사용할 필요가 있다. 단결정 금속 필름은 다결정 필름에 비해 매우 향상된 플라즈모닉 특성을 나타내므로, 단결정 금속 필름과 그래핀 보호층을 결합함으로써 고성능 플라즈모닉 소자를 제조할 수 있다.When the metal-graphene hybrid structure is used, the graphene protective layer absorbs light to cause loss of plasmon progression. In order to compensate for the loss, the plasminic layer has high quality with excellent plasmonic properties, that is, excellent optical / electrical properties, It is necessary to use a very low metal film. Since a single crystal metal film exhibits a greatly improved plasmonic property as compared with a polycrystalline film, a high performance plasmonic device can be manufactured by combining a single crystal metal film and a graphene protection layer.
도 1에 실시예 1에 따른 공정도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu의 단결정 박막의 AFM으로 관찰한 표면 형태이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu 박막의 XRD 분석(2θ 스캔) 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu 박막의 XRD에 따른 2D 스캔 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu 박막의 XRD에 따른 파이(φ) 스캔 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu의 단결정(single crystal, SC) 박막과 다결정(poly crystal, PC)에 대한 유전함수의 실수(ε1)를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu의 단결정(single crystal, SC) 박막과 다결정(poly crystal, PC)에 대한 유전함수의 허수(ε2)를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예 1에 따라 제조된 Ag 필름의 유전함수의 (a) 실수(ε1) 및 (b) 허수(ε2)를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 1 또는 2에 따라 제조된 단일층그래핀/Ag 적층체(SLG Ag)와 이중층그래핀/Ag 적층체(DLG Ag)의 유전 함수의 실수(a) 및 (b) 허수 성분(b)의 O2 플라즈마 처리, 공기 노출에 따른 변화를 나타낸 것이다.
도 10은 Ag 필름의 SPP 전파 길이 측정을 위한 실험 설정 개략도(a), 슬릿 - 그루브 쌍의 실제 형태(b)를 나타낸 것이다.
도 11은 (a) 비교예 1, (b) 실시예 1, (c) 실시예 2, (d) 비교예 4 및 (e) 비교예 5의 SPP 전파 길이를 측정한 결과를 나타낸 것이다. Fig. 1 shows a process according to the first embodiment.
FIG. 2 is a surface morphology observed with AFM of a single crystal thin film of Ag, Al, and Cu prepared according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows XRD analysis (2? Scan) results of Ag, Al, and Cu thin films prepared according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a 2D scan result according to XRD of Ag, Al, and Cu thin films manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows the results of a phi scan according to XRD of Ag, Al, and Cu thin films manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 shows the results of measuring the real number (ε 1 ) of the dielectric function for a single crystal (SC) thin film of Ag, Al, Cu and a poly crystal (PC) manufactured according to an embodiment of the present invention will be.
7 shows the results of measurement of the imaginary number (ε 2 ) of the dielectric function for a single crystal (SC) thin film of Ag, Al, Cu and a poly crystal (PC) manufactured according to an embodiment of the present invention will be.
8 shows (a) the real number (ε 1 ) and (b) imaginary number (ε 2 ) of the dielectric function of the Ag film produced according to Comparative Example 1.
9 is a graph showing the real number (a) and the imaginary component (b) of the dielectric function of the single layer graphene / Ag laminate (SLG Ag) and the double layer graphene / Ag laminate (DLG Ag) produced according to Example 1 or 2, (b) shows changes with O 2 plasma treatment, air exposure.
10 shows an experimental set-up diagram (a) and an actual form (b) of a slit-groove pair for measuring the SPP propagation length of an Ag film.
11 shows the results of measurement of SPP propagation length in (a) Comparative Example 1, (b) Example 1, (c) Example 2, (d) Comparative Example 4 and (e)
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.In the following, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description does not limit the present invention to specific embodiments. In the following description of the present invention, detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be blurred .
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises ",or" having ", and the like, specify that the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 플라즈모닉 도파관용 적층체에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the laminate for a plasmonic waveguide of the present invention will be described.
본 발명의 적층체는 단결정의 금속 박막; 및 상기 단결정의 금속 박막 상에 형성된 그래핀층;을 포함한다.The laminate of the present invention is a single crystal metal thin film; And a graphene layer formed on the metal thin film of the single crystal.
상기 적층체는 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons, SPPs) 전파용으로 사용될 수 있다.The laminate may be used for propagation of surface plasmon polarites (SPPs).
상기 단결정 금속 박막의 표면 거칠기(root-mean square)는 표면 거칠기(root-mean square)는 1nm 이하, 더욱 바람직하게는 0.5nm 이하인 단결정 금속 박막을 제조할 수 있다.The surface roughness (root-mean square) of the single-crystal metal thin film can be a single-crystal metal thin film having a root-mean square of 1 nm or less, more preferably 0.5 nm or less.
상기 단결정의 금속 박막은 10 내지 500nm의 두께인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50 내지 300nm이 두께일 수 있다.The metal thin film of the single crystal is preferably 10 to 500 nm thick, more preferably 50 to 300 nm thick.
상기 단결정의 금속 박막은 Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, Ta, Ti, V, W, Zn 등 일 수 있고, 바람직하게는, Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir 중에서 선택된 어느 하나 또는 이 물질들의 합금을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Ag, Cu, Al, Au 중에서 선택된 어느 하나 또는 이 물질들의 합금을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Ag 일 수 있다.The metal thin film of the single crystal may be at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, W, Zn and the like. Preferably, Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd and Ir may be used or an alloy of these materials may be used. , Al, and Au, or an alloy of these materials, and more preferably Ag.
상기 그래핀층은 단일층, 이중층, 또는 다중층으로 형성할 수 있으나, 더욱 바람직하게는 이중층 그래핀층을 형성할 수 있다. 왜냐하면, 이중층 그래핀층을 금속 박막상에 형성함으로써 적층체를 플라즈모닉 도파관에 적용할 때, SPP 전파길이를 긴 수준으로 유지하면서도 부식 조건에서도 장기간 내구성을 유지하는 데 가장 유리하다.
The graphene layer may be formed as a single layer, a double layer, or a multilayer, but more preferably a double layer graphene layer can be formed. This is most advantageous when the laminate is applied to a plasmonic waveguide by forming a bilayer graphene layer on a metal foil to maintain long-term durability under corrosive conditions while maintaining a long SPP propagation length.
이하, 본 발명의 플라즈모닉 도파관용 적층체의 제조방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for producing a laminated body for a plasmonic waveguide of the present invention will be described.
먼저, 단결정의 금속 박막을 제조한다(단계 a).First, a metal thin film of a single crystal is prepared (step a).
상기 단결정 금속 박막의 제조는 열증발법(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD), 펄스 레이저 증착법(pulsed laser depostion; PLD), 전자빔 증발법(electron beam evaporation), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD) 및 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)와 같은 증착 공정에 따라 수행되거나, 또는 분자선 결정성장법(molecular beam epitaxy, MBE)에 따라 수행될 수 있다.The single crystal metal thin film may be formed by thermal evaporation, sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), electron beam evaporation, , Physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD), or may be performed according to molecular beam epitaxy (MBE).
상기 열증착은 판상의 단결정 기판 상에 금속을 열증착함으로써 에피택셜 성장(epitaxial growth)시켜 단결정의 금속 박막을 제조할 수 있다.The thermal deposition may be performed by epitaxial growth by thermally depositing a metal on a plate-shaped single crystal substrate to produce a single crystal metal thin film.
상기 단결정 기판은 마이카(mica) 기판을 사용하는 것이 바람직하다.The above-mentioned single crystal substrate is preferably a mica substrate.
마이카 기판을 사용함으로써 표면 거칠기(root-mean square)가 1nm 이하, 더욱 바람직하게는 0.5nm 이하인 단결정 금속 박막을 제조할 수 있다. 이와 같이 단결정 금속 박막의 표면이 매우 편평하므로 SPP가 전파될 때 산란을 줄여 전파 길이를 최대화할 수 있다.By using the mica substrate, a single-crystal metal thin film having a root-mean square of 1 nm or less, more preferably 0.5 nm or less can be produced. Since the surface of the single crystal metal thin film is very flat, the propagation length can be maximized by reducing scattering when SPP is propagated.
다른 단결정 기판을 사용할 경우 단결정이 생성되지 않거나, 표면 거칠기가 매우 높아질 수 있다.When another single crystal substrate is used, a single crystal may not be produced or the surface roughness may become very high.
이에 따라 제조된 단결정 금속 박막은 광학적 특성 및 전기적 특성이 매우 우수하다.The single crystal metal thin film thus produced has excellent optical and electrical characteristics.
상기 열증착 전에 상기 판상의 단결정 기판에 흡착된 분자를 제거하는 단계를 추가로 수행하는 것이 바람직하고, 상기 흡착된 분자의 제거는 상기 단결정 기판을 100 내지 600℃로 1분 내지 60분간 가열함에 따라 수행할 수 있다.Preferably, the step of removing the molecules adsorbed on the plate-like monocrystal substrate before the thermal deposition is further performed, and the removal of the adsorbed molecules is performed by heating the monocrystalline substrate at 100 to 600 ° C for 1 to 60 minutes Can be performed.
상기 열증착 중 판상의 단결정 기판은 100 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다.During the thermal deposition, the plate-shaped single crystal substrate can maintain a temperature of 100 to 600 ° C.
상기 열증착 이후 100 내지 600℃로 1분 내지 60분 동안 추가 가열할 수 있다.After the thermal deposition, additional heating may be performed at 100 to 600 ° C for 1 minute to 60 minutes.
상기 단결정의 금속 박막은 Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, Ta, Ti, V, W, Zn 등 일 수 있고, 바람직하게는, Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir 중에서 선택된 어느 하나 또는 이 물질들의 합금을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Ag, Cu, Al, Au 중에서 선택된 어느 하나 또는 이 물질들의 합금을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Ag 일 수 있다.The metal thin film of the single crystal may be at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, W, Zn and the like. Preferably, Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd and Ir may be used or an alloy of these materials may be used. , Al, and Au, or an alloy of these materials, and more preferably Ag.
다음으로, to the next, 그래핀층을Graphene layer 제조한다(단계 b). (Step b).
상기 그래핀층은 화학기상증착법 또는 기계적박리법에 따라 제조될 수 있다.The graphene layer may be produced by a chemical vapor deposition method or a mechanical peeling method.
상기 화학기상증착법은 금속 촉매층 상에 화학기상증착으로 그래핀층을 형성하는 방법으로 수행될 수 있다.The chemical vapor deposition method may be performed by forming a graphene layer by chemical vapor deposition on a metal catalyst layer.
상기 금속 촉매층은 Cu, Ni, Fe, Pt, Pd, Ru, Co 등일 수 있다.The metal catalyst layer may be Cu, Ni, Fe, Pt, Pd, Ru, Co, or the like.
상기 화학기상증착은 수소 기체 및 아르곤 기체 중에서 선택된 1종 이상과, 메탄 기체 및 에탄 기체 중에서 선택된 1종 이상을 이용하여 수행될 수 있다.The chemical vapor deposition may be performed using at least one selected from a hydrogen gas and an argon gas, and at least one selected from a methane gas and an ethane gas.
상기 화학기상증착은 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), 상압 화학기상증착(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학기상증착(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 줄-히팅(Joul-heating) 화학기상증착, 마이크로웨이브 화학기상증착 등의 방법에 따라 수행될 수 있다.The chemical vapor deposition may be performed using low pressure chemical vapor deposition, atmospheric pressure chemical vapor deposition, plasma-enhanced chemical vapor deposition, joule-heating, Chemical vapor deposition, microwave chemical vapor deposition, and the like.
상기 화학기상증착은 500 내지 1500℃에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 700 내지 1300℃, 더욱 바람직하게는 800 내지 1200℃에서 수행될 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않으며 공지된 그래핀 합성 방법을 모두 적용될 수 있다.The chemical vapor deposition can be performed at 500 to 1500 ° C, preferably 700 to 1300 ° C, and more preferably 800 to 1200 ° C. However, the scope of the present invention is not limited thereto, All of the pin synthesis methods can be applied.
이후, 그래핀층/금속촉매층의 그래핀층 상에 고분자지지층을 형성하는 단계를 추가로 수행하여 고분자지지층/그래핀층/금속촉매층을 제조할 수 있다.Thereafter, a step of forming a polymer support layer on the graphene layer of the graphene layer / metal catalyst layer may be further performed to prepare the polymer support layer / graphene layer / metal catalyst layer.
이후, 상기 단결정의 금속 박막 상에 Then, on the metal thin film of the single crystal, 그래핀층을Graphene layer 전사시켜 Transcribe 적층체를The laminate 제조한다(단계 c). (Step c).
상기 고분자지지층/그래핀층/금속촉매층에서 금속촉매층을 제거하여 고분자지지층/그래핀층을 제조하고, 고분자지지층/그래핀층을 이용하여 그래핀층을 상기 단결정의 금속 박막상에 전사시킬 수 있다.The polymer support layer / graphene layer can be prepared by removing the metal catalyst layer from the polymer support layer / graphene layer / metal catalyst layer, and the graphene layer can be transferred onto the metal thin film of the single crystal using the polymer support layer / graphene layer.
상기 고분자 지지체는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함한 아크릴레이트 계열의 고분자 물질과 다양한 상용 고분자 물질과 실리콘 고분자 등을 적용할 수 있다. The polymer scaffold may include an acrylate-based polymer material including polymethylmethacrylate (PMMA), a variety of commercial polymer materials, and a silicone polymer.
전사 공정 후에는 상기 고분자 지지층을 제거할 수 있으며, 상기 고분자 지지층의 제거에 사용하는 용매는 클로로포름, 톨루엔, 아세톤 등의 유기 용매 또는 가능한 무기 용매를 사용할 수 있다.
After the transfer process, the polymer support layer may be removed. As the solvent used for removing the polymer support layer, an organic solvent such as chloroform, toluene, acetone or the like or a possible inorganic solvent may be used.
본 발명은 상기 적층체를 포함하는 플라즈모닉 도파관을 제공한다.The present invention provides a plasmonic waveguide comprising the laminate.
상기 플라즈모닉 도파관은 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polariton, SPP)의 전파길이가 1 내지 100㎛일 수 있으며, 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전파길이는 대기 중 노출 후에도 유지될 수 있다.
The propagation length of the surface plasmon polarizer (SPP) may be 1 to 100 탆, and the propagation length of the surface plasmon polariton may be maintained even after exposure to the atmosphere.
또한, 본 발명은 상기 플라즈모닉 도파관을 포함하는 플라즈모닉 소자를 제공한다.
In addition, the present invention provides a plasmonic device including the plasmonic waveguide.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 들어 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[실시예][Example]
실시예Example 1: One: 단일층Single layer 그래핀Grapina // AgAg 필름 film
도 1에 실시예 1에 따른 공정도를 나타내었다. 이하 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예 1을 설명하도록 한다.Fig. 1 shows a process chart according to the first embodiment. Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
(1) 단결정 Ag 필름의 제조. (1) Preparation of monocrystalline Ag film.
Ag 필름은 열 증착법에 의해 mica 기판 상에 에피택셜하게 성장되었다. Mica 기판을 면도날을 사용하여 쪼개고 열 증착기의 진공 챔버에 넣었다. 챔버에서 공기를 배출시킨 후, 기판을 360℃에서 30분 동안 가열하여 표면에 흡착된 분자들을 제거하였다. 기판 온도는 증착하는 동안 동일하게 유지되었다. 1 x 10-6 Torr의 기압에서 약 1.6 nm/s의 속도로 Ag 필름 (99.99 %)을 200 nm의 두께로 증착한 후, 동일한 온도에서 30 분 동안 추가로 가열하였다.The Ag film was epitaxially grown on the mica substrate by thermal evaporation. The Mica substrate was split using a razor blade and placed in a vacuum chamber of a thermal evaporator. After venting the chamber, the substrate was heated at 360 < 0 > C for 30 minutes to remove adsorbed molecules on the surface. The substrate temperature remained the same during deposition. An Ag film (99.99%) was deposited to a thickness of 200 nm at a pressure of about 1.6 nm / s at a pressure of 1 x 10 -6 Torr and then heated at the same temperature for an additional 30 minutes.
(2) 그래핀층 합성(2) Graphene layer synthesis
그래핀 층은 화학 기상 증착법에 의해 구리 (Cu) 필름 (99.999 %) 위에서 합성되었다. Cu 필름을 질산 용액 (5 % 농도의 수용액)으로 표면을 세척 한 후 반응 챔버에 넣었다. 챔버 내의 공기를 완전히 배기시킨 후 수소를 40 sccm의 흐름으로 공급하였다. 챔버의 온도는 25℃/min의 상승 속도로 1000℃로 상승되었다. 그래핀 층은 H2 40 sccm와 CH4 100 sccm의 가스 유속으로 1 Torr의 챔버 압력에서 15 분 동안 1000℃에서 Cu 필름 상에서 성장되었다. The graphene layer was synthesized on a copper (Cu) film (99.999%) by chemical vapor deposition. The Cu film was washed with a nitric acid solution (aqueous solution of 5% concentration) and placed in a reaction chamber. The air in the chamber was completely evacuated and hydrogen was supplied in a flow of 40 sccm. The temperature of the chamber was raised to 1000 DEG C at an increasing rate of 25 DEG C / min. The graphene layer was grown on a Cu film at 1000 캜 for 15 minutes at a chamber pressure of 1 Torr at a gas flow rate of 40 sccm of H 2 and 100 sccm of CH 4 .
(3) 그래핀층 전사(3) Graphene layer transfer
그래핀 층의 전사는 폴리메틸메타크릴 레이트 (PMMA) 층을 사용하여 수행되었다. 분자량 350000의 PMMA 를 클로로벤젠에 5% 농도로 녹인 후 그래핀 층이 합성된 Cu 필름 위에 3000 rpm 으로 스핀 코팅되었다. 일반적으로 그래핀 층은 Cu 필름의 쪽에 합성되는데 Cu 필름의 뒷면에 합성된 그래핀 층은 100W의 출력에서 600 초 동안 O2 플라즈마 처리에 의해 식각되었다. PMMA / graphene / Cu 적층 샘플을 1 M 농도의 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate, (NH4)2S2O8)) 수용액 상에 부유시켜 바닥의 Cu 층을 제거하였다. 증류수로 세정한 후, 남아있는 PMMA / 그래핀 층을 Ag 필름 위로 옮겼다. Ag 필름의 산화를 방지하기 위해 N2 블로잉과 진공 건조에 의해 필름상의 물을 즉시 제거하였다. 이후, 아세톤으로 PMMA 층을 제거함으로써 단일층 그래핀/Ag 필름을 제조하였다.
Transfer of the graphene layer was carried out using a polymethylmethacrylate (PMMA) layer. PMMA having a molecular weight of 350,000 was dissolved in chlorobenzene at a concentration of 5%, and then the graphene layer was spin-coated on the synthesized Cu film at 3000 rpm. Generally, the graphene layer was synthesized on the side of the Cu film, and the graphene layer synthesized on the back side of the Cu film was etched by O 2 plasma treatment for 600 seconds at an output of 100 W. The PMMA / graphene / Cu laminate sample was suspended on an aqueous solution of 1 M concentration of ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 )) to remove the bottom Cu layer. After rinsing with distilled water, the remaining PMMA / graphene layer was transferred onto the Ag film. Water on the film was immediately removed by N 2 blowing and vacuum drying to prevent oxidation of the Ag film. A single layer graphene / Ag film was then prepared by removing the PMMA layer with acetone.
실시예Example 2: 2: 이중층Double layer 그래핀Grapina // AgAg 필름 film
그래핀층 전사 과정을 2회 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이중층 그래핀/Ag 필름을 제조하였다.
A double layer graphene / Ag film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the graphene layer transfer process was performed twice.
실시예Example 3: 3: 삼중층Triple layer 그래핀Grapina // AgAg 필름 film
그래핀층 전사 과정을 3회 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 삼중층 그래핀/Ag 필름을 제조하였다.
A three layer graphene / Ag film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the graft transfer process was performed three times.
실시예Example 4: 4: 단일층Single layer 그래핀Grapina // AlAl 필름 film
Ag 대신 Al 필름을 250℃에서 약 2.5 nm/s의 속도로 증착하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 단일층 그래핀/Al 필름을 제조하였다.
A single layer graphene / Al film was prepared in the same manner as in Example 1, except that an Al film was formed instead of Ag by vapor deposition at 250 ° C at a rate of about 2.5 nm / s.
실시예Example 5: 5: 이중층Double layer 그래핀Grapina // AlAl 필름 film
그래핀 전사를 2회 실시한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 이중층 그래핀/Al 필름을 제조하였다.
Layer graphene / Al film was prepared in the same manner as in Example 4, except that the graphene transfer was carried out twice.
실시예Example 6: 6: 삼중층Triple layer 그래핀Grapina // AlAl 필름 film
그래핀 전사를 3회 실시한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 삼중층 그래핀/Al 필름을 제조하였다.
A three-layer graphene / Al film was prepared in the same manner as in Example 4 except that the graphene transfer was carried out three times.
실시예Example 7: 7: 단일층Single layer 그래핀Grapina // CuCu 필름 film
Ag 대신 Cu 필름을 550℃에서 약 1.5 nm/s의 속도로 증착하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 단일층 그래핀/Cu 필름을 제조하였다.
A single layer graphene / Cu film was prepared in the same manner as in Example 1, except that a Cu film instead of Ag was deposited at 550 캜 at a rate of about 1.5 nm / s.
실시예Example 8: 8: 이중층Double layer 그래핀Grapina // CuCu 필름 film
그래핀 전사를 2회 실시한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 이중층 그래핀/Cu 필름을 제조하였다.
A double layer graphene / Cu film was prepared in the same manner as in Example 7, except that the graphene transfer was carried out twice.
실시예Example 9: 9: 삼중층Triple layer 그래핀Grapina // CuCu 필름 film
그래핀 전사를 3회 실시한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 삼중층 그래핀/Cu 필름을 제조하였다.
A three-layer graphene / Cu film was prepared in the same manner as in Example 7 except that the graphene transfer was conducted three times.
[비교예][Comparative Example]
비교예Comparative Example 1: 단결정 1: single crystal AgAg 필름 film
그래핀 전사 과정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 단결정 Ag 필름을 제조하였다.
A single crystal Ag film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the graphene transfer process was omitted.
비교예Comparative Example 2: 단결정 2: single crystal AlAl 필름 film
그래핀 전사 과정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 4에서와 동일한 방법으로 단결정 Al 필름을 제조하였다.
A single crystal Al film was prepared in the same manner as in Example 4, except that the graphene transfer process was omitted.
비교예Comparative Example 3: 단결정 3: single crystal CuCu 필름 film
그래핀 전사 과정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 7에서와 동일한 방법으로 단결정 Cu 필름을 제조하였다.
A monocrystalline Cu film was prepared in the same manner as in Example 7, except that the graphene transfer process was omitted.
비교예Comparative Example 4: 4: SiOSiO 22 보호층/ The protective layer / AgAg 필름 film
그래핀층 대신에 스퍼터링 공정을 통해 25nm의 두께를 갖는 SiO2 층을 Ag 필름 위에 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 SiO2 보호층/Ag 필름을 제조하였다. SiO2 층의 증착은 고주파 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 Ag 필름 위에 SiO2 층 (99.99%)을 증착시켰다. 스퍼터링 타겟의 직경은 2인치이고, 증착하는 동안 전력은 100W 였고 챔버의 압력은 Ar을 주입하여 5 mTorr를 유지하였다. 증착된 SiO2 층의 두께는 공정시간에 의해 제어되었고 필름 분석기를 사용하여 측정되었다.
A SiO 2 protective layer / Ag film was prepared in the same manner as in Example 1, except that a SiO 2 layer having a thickness of 25 nm was deposited on the Ag film through a sputtering process instead of the graphene layer. The SiO 2 layer was deposited on the Ag film by high frequency magnetron sputtering using a SiO 2 layer (99.99%). The diameter of the sputtering target was 2 inches, the power during deposition was 100 W, and the pressure in the chamber was maintained at 5 mTorr by injecting Ar. The thickness of the deposited SiO 2 layer was controlled by process time and measured using a film analyzer.
비교예Comparative Example 5: 5: SiOSiO 22 보호층/ The protective layer / AgAg 필름 film
25nm 대신에 250nm 두께를 갖는 SiO2 층을 형성한 것을 제외하고는 비교예 4와 동일한 방법으로 SiO2 보호층/Ag 필름을 제조하였다.
An SiO 2 protective layer / Ag film was prepared in the same manner as in Comparative Example 4, except that an SiO 2 layer having a thickness of 250 nm was formed instead of 25 nm.
[시험예][Test Example]
시험예Test Example 1: One: AFMAFM 에 의한 표면 Surface by 모폴로지Morphology 관찰 observe
Ag 필름의 표면 형태는 원자력 현미경으로 관찰되었다. AFM 이미지는 10 × 10 ㎛2의 스캔 영역에 대해 0.5 Hz의 스캔 속도에서 태핑 모드를 사용하여 얻어졌다. The surface morphology of the Ag film was observed with an atomic force microscope. AFM images were obtained using a tapping mode at a scan rate of 0.5 Hz for a scan area of 10 x 10 탆 2 .
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu의 단결정 박막을 AFM으로 관찰한 표면의 모습이다. 도 2에 따르면, Ag, Cu, Al을 최적화된 온도와 속도 조건에서 증착하면 다음과 같은 매우 플랫(flat)한 박막을 얻을 수 있다. 특히 Ag와 Cu는 111 면의 헥사고날(hexagonal) 형태가 나타나므로 in-plane 방향으로 잘 정렬된 된 박막이 형성됨을 알 수 있고, Al 또한 매우 플랫한 박막으로 나타났다. 거칠기(roughness)를 보면, Ag 박막이 0.43nm, Cu 박막이 0.32nm, Al 박막이 0.54nm로 나타났다. 일반적인 증착 조건으로 상온에서 증착하면 다결정 구조의 금속 박막의 거칠기는 수 내지 수십 nm 이상으로 나타나는 것에 비하면 본 발명에서는 매우 균일한 표면을 갖는 금속 박막을 얻을 수 있음을 알 수 있다.FIG. 2 is a view of a surface of a single crystal thin film of Ag, Al, and Cu manufactured according to an embodiment of the present invention observed with an AFM. According to FIG. 2, a very flat thin film can be obtained by depositing Ag, Cu, and Al at an optimized temperature and speed condition. Especially, since Ag and Cu have hexagonal shape of 111 plane, it can be seen that a well-aligned thin film is formed in the in-plane direction and Al is also a very flat thin film. The roughness was 0.43 nm for the Ag thin film, 0.32 nm for the Cu thin film, and 0.54 nm for the Al thin film. It can be seen that a metal thin film having a very uniform surface can be obtained in the present invention, compared to the case where the metal thin film having a polycrystalline structure appears to have a roughness of several to several tens of nm or more.
본 공정을 이용하여 제조된 단결정 금속 박막의 표면 거칠기(root-mean square)가 1 nm 이하, Ag 박막, Cu 박막의 경우 0.5 nm 이하로 매우 편평하기 때문에 SPP가 전파될 때 산란을 줄일 수 있는 장점을 갖는다. 이와 같은 고품질의 단결정 금속 박막은 그래핀 보호층이 광을 흡수하여 SPP의 전파길이가 감소하는 부작용을 최소화할 수 있기 때문에 고성능 플라즈모닉 소자를 제조하는데 유리할 것으로 판단된다.
Since the single-crystal metal thin film produced by this process has a root-mean square of less than 1 nm, and the Ag thin film and the Cu thin film have a flatness of less than 0.5 nm, the scattering can be reduced when the SPP propagates Respectively. Such a high quality single crystal metal thin film is considered to be advantageous for manufacturing a high performance plasmonic device since the graphene protection layer absorbs light and minimizes the side effect of decreasing the propagation length of SPP.
시험예Test Example 2: 2: XRDXRD 분석 analysis
XRD 분석에 의해 Ag 박막의 결정 구조를 분석하였다.The crystal structure of the Ag thin film was analyzed by XRD analysis.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu 박막의 XRD 분석(2θ 스캔) 결과를 나타낸 것이다. 도 3에 따르면 금속의 단결정(single crystal)이 형성되었음을 확인할 수 있다. Ag, Cu, Al 모두 111 면만 존재하고, 100 면이나 220 면 등 다른 면은 나타나지 않았으므로 단결정이 형성된 것을 알 수 있다. 여기서, *로 표시된 것은 마이카(mica) 기판의 피크이다.FIG. 3 shows XRD analysis (2? Scan) results of Ag, Al, and Cu thin films prepared according to an embodiment of the present invention. According to FIG. 3, it can be seen that a single crystal of metal is formed. Only
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu 박막의 XRD에 따른 2D 스캔 결과를 나타낸 것이다. 도 4에 따르면, 본 발명의 단결정 금속 박막은 매우 작은 점으로 나타났지만, 대조군으로 나타낸 다결정 Ag의 경우에는 여러 면들이 존재하면서 선의 형태로 나타난 것을 볼 수 있다.FIG. 4 shows a 2D scan result according to XRD of Ag, Al, and Cu thin films manufactured according to an embodiment of the present invention. According to FIG. 4, although the single crystal metal thin film of the present invention is shown as a very small point, in the case of the polycrystalline Ag represented as a control group, it can be seen that a plurality of surfaces exist in the form of a line.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu 박막의 XRD에 따른 파이(φ) 스캔 결과를 나타낸 것이다. XRD에서 기판을 360°로 회전시켜서 스캔하면 재료의 대칭성(symmetry)을 확인할 수 있다. 도 5에 따르면, FCC 금속의 111면이 6겹의 대칭(six-fold symmetry)을 가지며, 6개의 샤프한 피크로 111면의 6겹의 대칭(six-fold symmetry)을 확인할 수 있다. 다만, Al 박막은 상대적으로 브로드한 피크를 나타내었으나, 피크 사이에 다른 피크가 없으므로 다른 면이 존재하는 것은 아니다.
FIG. 5 shows the results of a phi scan according to XRD of Ag, Al, and Cu thin films manufactured according to an embodiment of the present invention. In XRD, scanning the substrate by rotating it 360 ° can confirm the symmetry of the material. According to Fig. 5, 111 sides of the FCC metal have a six-fold symmetry, and six sharp symmetry of 111 sides can be confirmed with six sharp peaks. However, although the Al thin film exhibited a relatively broad peak, there is no other peak between the peaks, so that the other side does not exist.
시험예Test Example 3: 3: 플라즈모닉Plasmonics 특성 분석 Character analysis
다각도 - 다파장 엘립소미터를 이용하여 Ag 필름의 유전 함수를 측정하였다. 편광된 빛은 60°, 65° 및 70°의 입사각에서 필름에 의해 반사되었다. 유전 함수는 2층 (진공-Ag) 모델을 사용하여 WVASE32 소프트웨어에 의해 450 ~ 750nm의 파장 범위에서 얻어졌다. 유전 함수는 실수부(ε1)의 음(-)의 값이 커질수록 전도도가 높은 것을 의미하며, 허수부(ε2)의 양(+)의 값이 작을수록 에너지 손실이 낮다는 것을 의미한다.The dielectric function of the Ag film was measured using a multi-wavelength ellipsometer. Polarized light was reflected by the film at incidence angles of 60, 65 and 70 degrees. The dielectric function was obtained in the wavelength range of 450-750 nm by WVASE32 software using a two-layer (vacuum-Ag) model. The higher the negative (-) value of the real part (ε 1 ), the higher the conductivity, and the lower the value of the imaginary part (ε 2 ), the lower the energy loss .
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Ag, Al, Cu의 단결정(single crystal, SC) 박막과 동일한 금속을 이용하여 일반적인 조건으로 상온에서 증착한 다결정(poly crystal, PC)에 대한 유전함수의 실수(ε1)와 허수(ε2)를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이에 따르면, 단결정 박막이 다결정 박막에 비하여 실수부(ε1)의 음(-)의 값이 크고, (ε2)의 양(+)의 값이 작게 나타나 상대적으로 전도성이 높고, 에너지 손실이 낮은 것으로 나타났다.FIGS. 6 and 7 are graphs showing the results obtained by using a single crystal (SC) thin film of Ag, Al and Cu manufactured according to an embodiment of the present invention and a polycrystalline (PC) (Epsilon 1 ) and imaginary number (epsilon 2 ) of the dielectric function. According to this, the single crystal thin film has a larger negative value of the real part (ε 1 ) and a smaller positive value of (ε 2 ) as compared with the polycrystalline thin film, so that the conductivity is relatively high and the energy loss is low Respectively.
도 8은 비교예 1에 따라 제조된 Ag 필름의 유전함수의 (a) 실수(ε1) 및 (b) 허수(ε2)를 나타낸 것이고, Ag 필름의 유전 함수는 초기, O2 플라즈마 처리, 30 일간의 공기 중 노출에 따른 변화를 나타내었다. Ag 필름의 가혹한 조건에서 부식되는 조건을 모사하기 위해 O2 플라즈마를 사용하였고, 그 방법은 Ag 필름을 반응성 이온 식각 장치의 챔버에 넣고 5 W의 출력에서 5초 동안 O2 플라즈마로 처리하였다. 또한, 노화 시험을 위해 Ag 필름을 30 일 동안 공기 중에 노출시켰다. 노화 시험 도중 온도는 약 20℃로 유지하였으며, 공기 중 상대 습도는 50-60 % 범위를 유지하였다. 비교예 1의 Ag 필름의 유전함수는 가시광선 영역에서 분광 타원계측법을 통해 측정하였다. FIG. 8 shows (a) the real number (epsilon 1 ) and (b) imaginary number (epsilon 2 ) of the dielectric function of the Ag film produced according to Comparative Example 1 and the dielectric function of the Ag film was initialized by O 2 plasma treatment, 30 days exposure to air. An O 2 plasma was used to simulate corrosion conditions under harsh conditions of the Ag film, in which the Ag film was placed in a chamber of a reactive ion etcher and treated with an O 2 plasma for 5 seconds at an output of 5 W. Also, Ag film was exposed to air for 30 days for aging test. During the aging test, the temperature was maintained at about 20 ° C and the relative humidity in the air was maintained in the range of 50-60%. The dielectric function of the Ag film of Comparative Example 1 was measured by spectroscopic ellipsometry in the visible light region.
도 8에 따르면, O2 플라즈마 처리되거나, 공기 중에 노출된 두 가지 Ag 필름 모두, 초기 Ag 필름과 비교하여 ε1의 음의 값이 감소하고 ε2의 양의 값이 증가하여 유전 함수의 값이 저하된 것을 확인할 수 있다. 특이한 것은 두 가지 다른 조건 하에서 처리된 Ag 필름은 특히 허수 성분에서 상이한 변화를 나타냈다. O2 플라즈마 처리된 필름의 ε2는 장파장 영역에서 증가하는 반면, 공기 노출된 필름의 ε2는 파장에 대한 의존성을 보이지 않았다. 이러한 이유는 두 가지 다른 부식 과정에 의한 Ag 표면의 열화가 원인인 것으로 생각된다. According to Fig. 8, both of the two Ag films exposed to O 2 plasma or exposed to air have a negative value of ε 1 and a positive value of ε 2 as compared with the initial Ag film, . Unusual is that the Ag film treated under two different conditions exhibited different changes, especially in the imaginary components. The ε 2 of the O 2 plasma treated film increased in the long wavelength region, whereas the ε 2 of the air exposed film showed no dependence on the wavelength. This is thought to be caused by deterioration of the Ag surface due to two different corrosion processes.
도 9는 실시예 1에 따라 제조된 그래핀/Ag 적층체(SLG Ag)의 유전 함수의 실수(a) 및 (b) 허수 성분(b), 실시예 2에 따라 제조된 그래핀/Ag 적층체(DLG Ag)에 대한 유전 함수의 실수(c) 및 허수 성분(d)에 대한 O2 플라즈마 처리, 공기 노출에 따른 변화를 나타낸 것이다. 여기서는 그래핀 보호층이 Ag 필름의 유전 함수에 미치는 효과가 관찰되었다. 여기서, SLG Ag, DLG Ag 모두 비교예 1에 비해 O2 플라즈마 처리되거나, 공기 중에 노출된 조건에서 유전 함수의 변화가 현저하게 감소된 것을 확인할 수 있다. 이는 그래핀 보호층이 하부에 있는 Ag 박막의 부식을 효과적으로 방지할 수 있기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 그래핀 보호층이 있는 실시예 1 또는 2의 적층체는 비교예 1의 Ag 필름에 비해 ε1의 음의 값이 적고 ε2의 양의 값이 크게 나타났다. 이는 그래핀 층이 빛을 흡수하여 광 손실을 일으키기 때문이다.
9 is a graph showing the real number (a) and the imaginary component (b) of the dielectric function of the graphene / Ag laminate (SLG Ag) prepared according to Example 1, the graphene / Ag laminate (C) and imaginary component (d) of the dielectric function for the sintered body (DLG Ag) by O 2 plasma treatment and air exposure. Here, the effect of the graphene protective layer on the dielectric function of the Ag film was observed. Here, both SLG Ag and DLG Ag are O 2 plasma-treated as compared with Comparative Example 1, and it can be confirmed that the change of the dielectric function is remarkably reduced under the condition exposed to air. This is because the graphene protection layer can effectively prevent the corrosion of the Ag thin film at the bottom. In addition, the laminate of Example 1 or 2 having the graphene protective layer had a smaller negative value of ε 1 and a larger positive value of ε 2 than the Ag film of Comparative Example 1. This is because the graphene layer absorbs light and causes light loss.
시험예Test Example 4: 표면 4: Surface 플라즈몬Plasmon 폴라리톤Polaritone (( SPPsSPPs ) 전파 길이 측정) Measurement of radio wave length
도 10은 Ag 필름의 SPP 전파 길이 측정을 위한 실험 설정 개략도(a), 슬릿 - 그루브 쌍의 실제 형태(b)를 나타낸 것이다. SPP 전파 길이를 측정하기 위해 금속 필름 또는 적층체 위에 슬릿과 그루브를 제조했다. FIB 밀링은 30 kV의 가속 전압 및 28 pA 의 이온빔 전류로 구조물을 패터닝하였다. 슬릿과 그루브 모두 폭 200 nm, 길이 30 ㎛이며 그루브의 깊이는 60 nm였다. 슬릿과 그루브 간의 거리는 20, 25, 30, 35, 40, 45 및 50 ㎛의 간격을 갖도록 제어되었다. 패턴된 필름을 inverted 현미경에 장착하고 제논 램프를 사용하여 mica 기판의 후방에서 빛을 조사하였다. 슬릿을 투과한 빛은 SPP로 변환되어 금속필름 또는 적층체 필름 위를 진행한 후 그루브에서 다시 빛으로 변환된다. 이렇게 그루브에서 방출된 빛은 대물 렌즈(100 배율의 대물렌즈, numerical aperture 0.9)를 사용하여 현미경에 의해 수집되었으며 분광기와 이미징 카메라를 사용하여 각 그루브의 스펙트럼을 분석했다. SPP 전파 길이는 각 파장에 대한 슬릿-그루브 간의 거리에 대한 빛의 강도 변화의 함수로부터 계산되었다. 슬릿-그루브의 간격이 증가함에 따라 얻어진 스펙트럼의 강도는 지수 함수적으로 감소한다. 도 10의 (b)에 나타난 것과 같이 서로 다른 간격(20 ~ 50㎛)을 갖는 슬릿-그루브 쌍 패턴을 필름 위에 제조하였다. 슬릿-그루브 쌍으로부터 얻어진 스펙트럼의 세기는 슬릿-그루브 간의 간격에 대한 함수로 나타내어질 수 있다. 550 ~ 700 nm의 파장 범위에서 SPP의 전파 길이는 데이터를 상기 함수에 피팅하여 얻어졌다.10 shows an experimental set-up diagram (a) and an actual form (b) of a slit-groove pair for measuring the SPP propagation length of an Ag film. To measure the SPP propagation length, slits and grooves were fabricated on a metal film or laminate. The FIB milling patterned the structure with an acceleration voltage of 30 kV and an ion beam current of 28 pA. Both the slits and the grooves were 200 nm wide and 30 μm long, and the groove depth was 60 nm. The distance between the slit and the grooves was controlled to have an interval of 20, 25, 30, 35, 40, 45 and 50 탆. The patterned film was mounted on an inverted microscope and light was irradiated from the back of the mica substrate using a xenon lamp. The light transmitted through the slit is converted to SPP, which then travels over the metal film or laminate film and is then converted back to light in the groove. The light emitted from the grooves was then collected by a microscope using an objective lens (100 magnification objective, numerical aperture 0.9) and spectra of each groove were analyzed using a spectrometer and an imaging camera. The SPP propagation length was calculated from a function of light intensity change with respect to the distance between slit and groove for each wavelength. As the slit-groove spacing increases, the intensity of the obtained spectrum decreases exponentially. A slit-groove pair pattern having different intervals (20 to 50 mu m) as shown in Fig. 10 (b) was formed on the film. The intensity of the spectrum obtained from the slit-groove pair can be expressed as a function of the distance between the slit-grooves. The propagation length of the SPP in the wavelength range of 550 to 700 nm was obtained by fitting the data to the above function.
도 11은 (a) 비교예 1, (b) 실시예 1, (c) 실시예 2, (d) 비교예 4 및 (e) 비교예 5의 SPP 전파 길이를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 11에 따르면, (a)는 비교예 1에 따라 제조된 단결정 Ag 필름의 초기 및 열화된 후의 SPP 전파 길이를 보여준다. 우수한 유전 함수와 매우 평평한 표면 형태로 인해 초기 Ag 필름은 수십 마이크로 미터의 매우 긴 SPP 전파 길이를 보였으며, 이는 이전의 어떠한 연구보다 뛰어난 값이다. 그러나 유전 함수의 변화에서 예상할 수 있듯이, O2 플라즈마 또는 공기중 노출에 의한 표면 부식은 SPP 전파 길이를 상당히 감소시켰고, O2 플라즈마와 공기중 노출에 의해 각각 약 78%와 74% 감소한 값을 나타내었다.11 shows the results of measurement of SPP propagation length in (a) Comparative Example 1, (b) Example 1, (c) Example 2, (d) Comparative Example 4 and (e) According to Fig. 11, (a) shows the propagation length of the SPP after initialization and deterioration of the single crystal Ag film produced according to Comparative Example 1. Fig. Due to its excellent dielectric function and very flat surface morphology, the initial Ag film showed a very long SPP propagation length of several tens of micrometers, which is superior to any previous study. However, as can be expected from the change in dielectric function, surface erosion by O 2 plasma or air exposure significantly reduced the SPP propagation length and decreased by about 78% and 74%, respectively, by O 2 plasma and air exposure Respectively.
도 11의 (b)는 실시예 1에 따라 제조된 단일층 그래핀/Ag 필름(SLG Ag)의 부식에 따른 SPP 전파 길이를 나타낸 것이고, (c)는 실시예 2에 따라 제조된 이중층 그래핀/Ag 필름(DLG Ag)의 부식에 따른 SPP 전파 길이를 나타낸 것이다.11 (b) shows the SPP propagation length due to the corrosion of the single layer graphene / Ag film (SLG Ag) produced according to Example 1, and (c) shows the propagation length of double layer graphene / Ag film (DLG Ag).
유전 함수에 의해 예측된 바와 같이, SLG 및 DLG Ag 필름은 노출된 Ag 필름에 비해 더 짧은 전파 길이를 보였다. 또한, 그래핀 보호층의 수가 증가함에 따라, SPP 전파 길이는 감소하였다. 이는 그래핀 층이 광학 손실을 유도하고 SPP가 그래핀 층의 주름 및 불순물과 같은 비균질성에 의해 산란되기 때문이다. 그러나, 그래핀으로 보호된 Ag 필름은 부식 조건에 노출된 후에 보호층 없이 노출된 Ag필름보다 훨씬 더 긴 SPP 전파 길이를 가졌다.As predicted by the dielectric function, SLG and DLG Ag films showed shorter propagation lengths compared to exposed Ag films. Also, as the number of graphene protection layers increased, the SPP propagation length decreased. This is because the graphene layer induces optical loss and SPP is scattered by non-homogeneity such as wrinkles and impurities in the graphene layer. However, the Ag film protected with graphene had a much longer SPP propagation length than the exposed Ag film without the protective layer after exposure to the corrosive conditions.
도 11의 (d)와 (e)는 각각 비교예 4 및 5에 따라 제조된 SiO2/Ag 필름의 부식에 따른 SPP 전파 길이를 나타낸 것이다. 보호층이 없는 Ag 필름과 비교하여, SiO2가 코팅된 필름의 SPP 전파 길이는 심각하게 감소되는 것을 확인하였다. 또한, 두꺼운 SiO2 코팅 필름은 얇은 SiO2 코팅 필름보다 짧은 SPP 전파 길이를 보였다. 다시 말해. SPP 전파 길이는 SiO2 층의 두께가 증가함에 따라 감소하는 성질을 나타내었다. 이는 유전체의 SPP 감쇠 효과에 기인한다. SPP는 유전율이 높은 유전체 재료에서 쉽게 감쇠된다. 두께가 25 nm 인 SiO2 코팅 필름의 경우 SiO2 층이 매우 얇기 때문에 SPP는 SiO2 층 위의 공기의 영향 역시 받게 된다. 공기는 SiO2 보다 유전율이 낮으므로 필름에서 SPP 감쇠가 상대적으로 줄어질 수 있다. 대조적으로, 250 nm 두께의 SiO2 코팅된 필름의 SPP는 SiO2 층의 영향만을 주로 받게 되기 때문에 보다 빠르게 감쇠되어 SPP 전파 길이가 짧아진다. 그러나, 얇은 SiO2 층은 하부의 Ag 필름의 산화를 효과적으로 보호하지 못했다. 25 nm 두께의 SiO2로 코팅된 Ag 필름의 SPP 전파 길이는 공기에 노출된 후에 크게 감소했다 (그림 11d). 이는 스퍼터링으로 제조된 SiO2가 연속적이지 않으며 가스 침투에 취약한 다중 도메인 구조를 가지기 때문인 것으로 판단된다. 이에 반해 두꺼운 SiO2 층은 얇은 층보다 높은 내식성을 보였다. 그러나 수백 나노 미터 두께의 산화물층은 제조된 소자의 크기를 증가시켜 나노소자로서의 장점을 크게 감소시키기 때문에 Ag 플라즈모닉 소자를 보호하기 위한 해결책이 될 수 없다.11 (d) and 11 (e) show SPP propagation lengths due to the corrosion of SiO 2 / Ag films prepared according to Comparative Examples 4 and 5, respectively. It was confirmed that the SPP propagation length of the SiO 2 -coated film was seriously reduced as compared with the Ag film without the protective layer. In addition, the thick SiO 2 coating film showed a shorter length than the SPP spread thin SiO 2 coating film. In other words. SPP propagation length showed a property to decrease as the thickness of the SiO 2 layer increase. This is due to the SPP damping effect of the dielectric. SPP is easily attenuated in dielectric materials with high dielectric constant. If the SiO 2 coating film having a thickness of 25 nm because the SiO 2 layer is very thin SPP will receive also the influence of the above SiO 2 layer air. The air is SiO 2 As the dielectric constant is lower, the SPP attenuation in the film can be relatively reduced. In contrast, SPP of the SiO 2 coating film of 250 nm thickness is more attenuated rapidly because primarily only receive the influence of SiO 2 layer, the shorter the SPP propagation length. However, the thin SiO 2 layer did not effectively protect the oxidation of the underlying Ag film. The SPP propagation length of 25 nm thick SiO 2 -coated Ag film was significantly reduced after exposure to air (Fig. 11d). This is because SiO 2 produced by sputtering is not continuous and has a multi-domain structure vulnerable to gas penetration. On the other hand, the thick SiO 2 layer showed higher corrosion resistance than the thin layer. However, an oxide layer with a thickness of a few hundred nanometers can not be a solution for protecting the Ag plasmonic element because it greatly increases the size of the manufactured device, thereby greatly reducing its advantage as a nanodevice.
아래의 표 1은 실시예 1 내지 9, 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 적층체 또는 단결정 금속 박막의 초기 및 부식에 따른 평균 SPP 전파 길이의 평균값(단위: ㎛)을 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 below shows an average value (unit: 占 퐉) of average propagation length of SPP according to initial and corrosion of the laminate or single crystal metal thin film produced according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5.
SiO2층두께Graphene layer number /
SiO 2 layer thickness
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
Claims (20)
상기 단결정의 금속 박막 상에 형성된 그래핀층;을 포함하는 적층체.Metal thin film of single crystal; And
And a graphene layer formed on the metal thin film of the single crystal.
상기 단결정 금속 박막의 표면 거칠기(root-mean square)는 0.1 내지 1nm인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the single-crystal metal thin film has a root-mean square of 0.1 to 1 nm.
상기 적층체는 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons, SPPs) 전파용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the laminate is used for propagation of surface plasmon polarites (SPPs).
상기 단결정의 금속 박막은 10 내지 500nm의 두께인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the metal thin film of the single crystal has a thickness of 10 to 500 nm.
상기 단결정의 금속 박막은 Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, Ta, Ti, V, W, 및 Zn 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
The metal thin film of the single crystal may be at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Al, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Ir, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Os, Pb, Re, Ru, W, and Zn.
상기 그래핀층은 단일층, 이중층 및 다중층 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적층체.The method according to claim 1,
Wherein the graphene layer is any one selected from a single layer, a double layer and a multilayer.
(b) 그래핀층을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 단결정의 금속 박막 상에 그래핀층을 전사시켜 적층체를 제조하는 단계;를 포함하는 적층체의 제조방법.(a) preparing a thin metal film of a single crystal;
(b) fabricating a graphene layer; And
(c) transferring the graphene layer onto the metal thin film of the single crystal to produce a laminate.
단계 (a)는 열증발법(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD), 펄스 레이저 증착법(pulsed laser depostion; PLD), 전자빔 증발법(electron beam evaporation), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD), 및 분자선 결정성장법(molecular beam epitaxy, MBE) 중에서 선택된 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.8. The method of claim 7,
The step (a) may be performed by any suitable method such as thermal evaporation, sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), electron beam evaporation, Characterized in that the method is carried out by any one selected from physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and molecular beam epitaxy (MBE). .
단계 (a)는, 판상의 단결정 기판 상에 금속을 열증착함으로써 에피택셜 성장(epitaxial growth)시켜 단결정의 금속 박막을 제조하는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step (a) comprises epitaxially growing a metal by thermal vapor deposition on a plate-shaped single crystal substrate to produce a single-crystal metal thin film.
상기 판상의 단결정 기판은 마이카(mica) 기판인 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the plate-like single crystal substrate is a mica substrate.
상기 열증착 중 판상의 단결정 기판은 100 내지 600℃의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the plate-like single crystal substrate maintains a temperature of 100 to 600 占 폚 during the thermal vapor deposition.
단계 (b)에서 상기 그래핀층은 화학기상증착법 또는 기계적박리법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the graphene layer in step (b) is produced by a chemical vapor deposition method or a mechanical peeling method.
단계 (b)는 화학기상증착법에 따라 수행되고, 금속촉매층 상에 화학기상증착으로 그래핀층을 형성하여 그래핀층/금속촉매층을 제조하는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein the step (b) is performed according to a chemical vapor deposition method, and a graphene layer is formed by chemical vapor deposition on the metal catalyst layer to produce a graphene layer / metal catalyst layer.
상기 금속촉매층은 Cu, Ni, Fe, Pt, Pd, Ru 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.14. The method of claim 13,
Wherein the metal catalyst layer comprises at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Pt, Pd, Ru, and Co.
상기 화학기상증착은 수소 기체 및 아르곤 기체 중에서 선택된 1종 이상과, 메탄 기체 및 에탄 기체 중에서 선택된 1종 이상을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.14. The method of claim 13,
Wherein the chemical vapor deposition is performed using at least one selected from a hydrogen gas and an argon gas, and at least one selected from a methane gas and an ethane gas.
단계 (c)의 그래핀 전사를 반복 수행하여 그래핀층의 층수를 조절하는 것을 특징으로 하는 적층체의 제조방법.8. The method of claim 7,
And repeating the graphene transfer of step (c) to adjust the number of layers of the graphene layer.
상기 플라즈모닉 도파관은 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polariton, SPP)의 전파길이가 1 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 도파관.18. The method of claim 17,
Wherein the plasmonic waveguide is a surface plasmon polarizer (SPP) having a propagation length of 1 to 100 μm.
상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전파길이는 대기 중 노출 후 유지되는 값인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 도파관.19. The method of claim 18,
Wherein the propagation length of the surface plasmon polariton is a value held after exposure in air.
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2017
- 2017-04-26 KR KR1020170053757A patent/KR101916316B1/en active IP Right Grant
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