CVD 방법에 의한 그래핀 제조법

전문가 제언

○ 그래핀은 2차원 벌집모양의 탄소배열을 한 단일원자층 두께의 매우 얇고 거의 투명한 결정으로서 가볍지만 철강의 100배 강도를 가지며, 구리보다 100배의 많은 전류를 흐르게 할 수 있어 각종 센서와 메모리 등 기능성 소자 및 전자디바이스로 응용할 수 있다.

 

○ 그래핀 제조법은 1) 흑연결정으로부터 박리(exfoliation)에 의해 얻는 방법과, 2) 고온에서 탄소원자를 잘 흡착하는 전이금속(Ni, Cu 등) 촉매층 위에 탄소를 증착시켜 그래핀 결정을 합성하는 CVD(Chemical Vapor Depoition, 화학증기증착) 방법이 있다. 이 특허에서는 그래핀을 이용한 기능성 전자 및 광전자적 디바이스를 대형으로 제조하기 위해 CVD 방법에 의한 그래핀 제조법을 발명하였다.

 

○ CVD 방법에 의해 1,070℃에서 대형 단결정 그래핀 도메인을 형성하기 위해서는 핵형성(nucleation) 밀도를 감소시켜야 한다. 탄소원(CH4)을 석영관 반응로에 넣기 전에 Cu 포일을 순수 Ar가스 속에서 단시간 어닐링(annealing)하면 그래핀 도메인의 핵형성을 감소시킬 수 있다. 최적 성장조건에서 단일층 단결정 그래핀 도메인은 5mm 이상, AB적층(AB-stacked)인 2중층 그래핀 도메인은 300μm 이상 크기를 얻을 수 있었다.

 

○ 이 발명의 특징은 산업용 크기의 그래핀 필름(Cu 포일 크기 30인치) 제조공정을 개발할 수 있게 했으며, 대형 단결정 그래핀은 우수한 전기적 특성을 갖고 있어 고수율(yield)과 고재현성을 가진 그래핀 디바이스의 대형 집적회로를 만들 수 있는 길이 열렸다는 점이다.

 

○ Engineering Village에 들어가 Compendex에서 2001~2014년 기간의 ‘graphene growth'를 검색한 결과 국제학술지에 게재된 그래핀 성장관련 논문은 미국이 794건으로 1위이고, 중국 2위(775건), 일본 3위(334건), 한국 4위(297건), 독일 5위(193건)인 것으로 보아 한국은 그래핀 관련연구에서 세계적 수준으로서 이 발명이 국내에 미치는 영향은 크지 않다고 판단된다. 국내에서는 서울대, 성균관대, KAIST, 고려대, 연세대, 삼성전자, 기계연구원 등에서 그래핀 성장연구를 하고 있다.

저자

The Regents of the University of California

자료유형

니즈특허정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

WO20140110170

잡지명

Chemical Vapor Deposition Growth of Graphene

과학기술
표준분류

재료

페이지

~39

분석자

이*희

분석물

• CVD 방법에 의한 그래핀 제조법.pdf [349,523 byte]

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