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KR20150006915A - A method for manufacturing graphene structure, graphene structure by the same and transparent electrode and light emitting diode comprising the same - Google Patents

A method for manufacturing graphene structure, graphene structure by the same and transparent electrode and light emitting diode comprising the same Download PDF

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KR20150006915A
KR20150006915A KR20130080132A KR20130080132A KR20150006915A KR 20150006915 A KR20150006915 A KR 20150006915A KR 20130080132 A KR20130080132 A KR 20130080132A KR 20130080132 A KR20130080132 A KR 20130080132A KR 20150006915 A KR20150006915 A KR 20150006915A
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김범준
김수영
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포항공과대학교 산학협력단
서울바이오시스 주식회사
주식회사 포스코엘이디
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a graphene structure for improving the thermal stability of doped graphene, a graphene structure manufactured thereby, a transparent electrode and a light emitting diode including the same. The method for manufacturing a graphene structure according to the present invention forms a first graphene layer on a substrate, dopes the first graphene layer with metallic chloride and laminates at least one second graphene layer on the doped first graphene layer. The graphene structure according to the present invention comprises the first graphene layer and at least second graphene layer laminated on the first graphene layer, wherein the first graphene layer is capable of being doped with metallic chloride. The transparent electrode according to the present invention is capable of including the graphene structure. The light emitting diode according to the present invention is capable of including the transparent electrode.

Description

그래핀 구조체 제조방법, 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체 및 이를 포함하는 투명전극 및 발광다이오드{A METHOD FOR MANUFACTURING GRAPHENE STRUCTURE, GRAPHENE STRUCTURE BY THE SAME AND TRANSPARENT ELECTRODE AND LIGHT EMITTING DIODE COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a graphene structure, a graphene structure produced thereby, and a transparent electrode and a light emitting diode including the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 그래핀 구조체 제조방법, 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체 및 이를 포함하는 투명전극 및 발광다이오드에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 도핑된 그래핀의 열적 안정도의 향상을 위한 그래핀 구조체 제조방법, 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체 및 이를 포함하는 투명전극 및 발광다이오드에 대한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a graphene structure, a graphene structure produced thereby, and a transparent electrode and a light emitting diode including the same. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a graphene structure for improving the thermal stability of doped graphene, a graphene structure produced thereby, and a transparent electrode and a light emitting diode including the graphene structure.

그래핀(graphene)은 현재 가장 주목받고 있는 신소재이다. 최근 그래핀은 탄소나노튜브보다 열적, 전기적, 기계적 성질이 좋은 것으로 보고되면서, 다양한 분야에서 응용 연구가 진행되고 있다. 그래핀(graphene)이란 흑연을 의미하는 그라파이트(graphite)와 탄소(carbon)의 이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 -ene을 결합해서 만든 용어로서 육각형의 격자를 가진 탄소의 2차원적인 동소체를 의미한다. 그래핀의 무한한 평면은 원자가띠와 전도띠가 만나는 전자가 없는 에너지 영역을 보인다, Graphene is the most popular new material at present. Recently, graphene has been reported to have better thermal, electrical, and mechanical properties than carbon nanotubes, and application studies are underway in various fields. A graphene is a term made by combining a graphite and a suffix -ene, which means a molecule having a double bond of carbon, which means graphite, and means a two-dimensional allotope of carbon having a hexagonal lattice do. The infinite plane of graphene shows an electron-free energy field where the valence band and the conduction band meet,

그래핀은 전기적 특성이 우수하며, 표면 조건에 따라서 전기적 특성이 크게 변하기 때문에 투명 전극 물질로서 적당하다. 특히, 그래핀의 2차원적인 특성으로 인해, 그래핀의 모든 표면(surface)이 표면 흡착물질에 노출되기 때문에, 전기적 특성을 극대화할 수 있다. 그래핀은 금속의 성질을 지진다. 따라서, 여분의 전자로 인한 주 전하량의 변화 때문에 생기는 존슨 잡음(Johnson noise)이 매우 적다. 뿐만 아니라, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 합성한 그래핀은 표면의 결함(defect)가 매우 적기 때문에, 열 변화에 의해 야기되는 효과가 적다. 그리고, 금속과의 접촉이 오믹 접촉(ohmic contact)의 성질을 가지므로, 접촉저항이 매우 낮아 4침법(4-point-probe)을 활용한 측정이 가능하다. 이러한 성질로 인해, 나노 구조체의 그래핀은 전자 소재에서 주로 쓰이는 투명 전극 물질로의 활용이 가능하다.Graphene has excellent electrical properties and is suitable as a transparent electrode material because electrical characteristics greatly vary depending on the surface conditions. In particular, due to the two-dimensional nature of graphene, all surfaces of graphene are exposed to the surface adsorbent material, thereby maximizing the electrical properties. Graphene has the property of metal. Therefore, the Johnson noise due to the change of the charge amount due to the extra electrons is very small. In addition, since graphene synthesized by chemical vapor deposition has very few defects on the surface, the effect caused by the thermal change is small. In addition, since the contact with the metal has an ohmic contact property, the contact resistance is very low and measurement using a 4-point probe is possible. Because of this property, graphene of nanostructure can be used as transparent electrode material mainly used in electronic materials.

그래핀을 이용한 투명전극은 뛰어난 신축성, 유연성 및 투명도를 가지고, 상대적으로 합성과 패터닝이 간단한다. 그러나, 상기의 특성은 상용 투명 전극인 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용했을 경우의 50%에도 미치지 못한다. 그래핀을 기반으로 전자 소자에 적용했을 때의 문제점들을 살펴보면 아래와 같다. The transparent electrodes using graphene have excellent stretchability, flexibility and transparency, and are relatively easy to synthesize and pattern. However, the above characteristics do not reach 50% of that in the case of ITO (Indium Tin Oxide), which is a commercially available transparent electrode. Problems when applied to electronic devices based on graphene are as follows.

첫째, 현재 상업적으로 투명전극으로 사용되는 ITO와 비교하여, 그래핀의 두께가 얇아서 전기적 성질에 영향을 미친다.First, the thickness of the graphene is thinner than that of ITO, which is currently commercially used as a transparent electrode, which affects the electrical properties.

둘째, ITO에 비해서, 그래핀은 상대적으로 낮은 투과도를 가지고 있어, 투명전극으로서의 발광효율이 떨어진다.Second, as compared with ITO, graphene has a relatively low transmittance, resulting in a decrease in luminous efficiency as a transparent electrode.

셋째, 전자 소자에서의 정공 주입 장벽은 쇼트키 장벽 이론(Schottky barrier)에 따라 반도체의 이온화 에너지에서 그래핀의 일함수를 빼주는 값으로 계산되는데, 여기서 장벽의 크기가 최소화 되기 위해서는 그래핀의 일함수가 커져야 한다. 그러나, 최근 연구에 따르면, 그래핀의 일함수는 4.2 내지 4.5 eV로 알려져 있어 원하는 일함수 영역대에 미치지 못한다. 발광 다이오드(light emitting diode) 및 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)와 같은 전자 소자에 그래핀을 투명 전극으로 사용한 경우 낮은 발광 효율을 보인다. 이를 해결하기 위해, p-type의 그래핀 도핑을 통하여 면 저항을 낮추는 방법이 개발되고 있다. Third, the electron injection barrier is calculated by subtracting the work function of the graphene from the ionization energy of the semiconductor according to the Schottky barrier. In order to minimize the barrier size, . However, according to recent studies, the work function of graphene is known to be 4.2 to 4.5 eV and does not reach the desired work function area. When the graphene is used as a transparent electrode in an electronic device such as a light emitting diode and an organic light emitting diode, low luminous efficiency is shown. To solve this problem, a method of lowering the surface resistance through p-type doping of graphene is being developed.

그래핀을 전자 소자에 적용하기 위해서는 낮은 면 저항과 높은 일함수로의 조절이 필요하며, 염화금(Gold chloride) 도핑방법을 이용해서 표면에 ?은 막을 형성함으로써 상기 조절이 가능하다고 보고되고 있다. 즉, 전이금속 염화물을 도펀트로 이용하여 그래핀 표면을 도핑함으로써 그래핀을 투명전극으로 사용할 수 있다. In order to apply graphene to an electronic device, it is necessary to control the surface resistance and the work function to a low level, and it is reported that the above-mentioned control is possible by forming a silver film on the surface using a gold chloride doping method. That is, graphene can be used as a transparent electrode by doping a graphene surface using a transition metal chloride as a dopant.

그러나, 이러한 금속 염화물을 이용하여 도핑한 그래핀의 경우 전자소자 제조공정이 포함하는 열처리 공정을 거칠 경우 그래핀의 전도성과 투과도가 원래 상태보다 저하되는 것이 관찰되었다.However, in the case of doped graphene using such a metal chloride, the conductivity and transmittance of graphene were lowered than those of the original state when a heat treatment process including an electronic device manufacturing process was performed.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열적 안정성을 가지는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a graphene structure having thermal stability and a graphene structure produced thereby.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 투과도가 유지되는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a graphene structure in which the transmittance is maintained before and after a heat treatment, and a graphene structure produced thereby.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 전도성이 유지되는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a graphene structure that maintains conductivity before and after a heat treatment, and a graphene structure manufactured thereby.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 일함수 및 면저항의 변화가 적은 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a graphene structure having little change in work function and sheet resistance before and after a heat treatment, and a graphene structure produced thereby.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리 전후에 있어서, 염소원자의 기화가 방지되는 그래핀 구조체 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a graphene structure in which vaporization of chlorine atoms is prevented before and after a heat treatment, and a graphene structure produced thereby.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 특징을 가지는 그래핀 구조체를 포함하는 투명전극 및 상기 투명전극을 포함하는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a transparent electrode including a graphene structure having the above-described characteristics and a light emitting diode including the transparent electrode.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광효율이 향상된 그래핀 구조체로 형성된 투명전극을 포함하는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a light emitting diode including a transparent electrode formed of a graphene structure having improved light emitting efficiency.

본 발명은 열처리에 따른 도핑된 그래핀의 성질 저하를 해결하기 위해서 열적, 화학적으로 안정한 그래핀을 도핑한 그래핀 위에 적층하는 그래핀 구조체의 제조방법을 제시한다. 상기 구조를 통하여 열처리에 안정하며 전기적 특성을 유지시킬 수 있다. 상기 제조방법으로 제조된 그래핀 구조층을 전극으로 사용한다면 열처리 공정이 필요한 소자공정에서도 그래핀의 특성을 극대화 시킬 수 있다.The present invention proposes a method for producing a graphene structure by laminating graphene doped with thermally and chemically stable graphene in order to solve the degradation of the properties of doped graphene due to heat treatment. Through this structure, it is stable to heat treatment and can maintain electric characteristics. If the graphene structure layer produced by the above manufacturing method is used as an electrode, the characteristics of graphene can be maximized even in an element process requiring a heat treatment process.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 제조방법은 기판 상에 제1 그래핀층을 형성하고, 제1 그래핀층을 금속 염화물로 도핑하고, 상기 도핑된 제1 그래핀층 상에 적어도 하나의 제2 그래핀층을 적층하는 것을 포함할 수 있다.A method of fabricating a graphene structure according to an embodiment of the present invention includes forming a first graphene layer on a substrate, doping the first graphene layer with a metal chloride, 2 < / RTI > graphene layer.

상기 적어도 하나의 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 적어도 하나 포함할 수 있다.The at least one second graphene layer may include at least one graphene layer doped with a metal chloride.

상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함할 수 있다.The metal chloride may include at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .

상기 기판은 금속산화물계 기판, 실리카계 기판, 또는 플라스틱 기판을 포함할 수 있다.The substrate may include a metal oxide based substrate, a silica based substrate, or a plastic substrate.

상기 기판은 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, 글래스, 석영, HfO2, MgO 및 BeO 중 어느 하나일 수 있다.The substrate may be any one of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , glass, quartz, HfO 2 , MgO, and BeO.

상기 제1 그래핀층을 형성하는 것은, 기판 상에 제1 그래핀층을 전사하는 것을 포함할 수 있다.The forming of the first graphene layer may include transferring the first graphene layer onto the substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 제1 그래핀층, 상기 제1 그래핀층 상에 적층된 적어도 하나의 제2 그래핀층을 포함하되, 상기 제1 그래핀층은 금속 염화물로 도핑될 수 있다.A graphene structure according to an embodiment of the present invention includes a first graphene layer, at least one second graphene layer stacked on the first graphene layer, wherein the first graphene layer is doped with a metal chloride .

상기 적어도 하나의 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 적어도 하나 포함할 수 있다.The at least one second graphene layer may include at least one graphene layer doped with a metal chloride.

상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함할 수 있다.The metal chloride may include at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .

본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극은 상기 그래핀 구조체를 포함할 수 있다.The transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention may include the graphene structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드는 상기 투명전극을 포함할 수 있다.The light emitting diode according to an embodiment of the present invention may include the transparent electrode.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.The method for producing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure produced thereby can have high thermal stability.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 열처리 전후에 있어서, 전도성 및 투과도의 변화가 적을 수 있다.The method for manufacturing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure produced therefrom may have less change in conductivity and transmittance before and after the heat treatment.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 열 처리 전후에 있어서, 일함수 및 면저항의 변화가 적다.The method for producing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure produced therefrom have a small change in work function and sheet resistance before and after the heat treatment.

본 발명에 따른 그래핀 구조체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 그래핀 구조체는 도핑된 금속 염화물의 기화를 방지할 수 있다.The method of manufacturing a graphene structure according to the present invention and the graphene structure produced thereby can prevent vaporization of the doped metal chloride.

본 발명에 따른 그래핀 구조체를 이용한 투명전극을 포함하는 발광 다이오드는 열적 안정성 및 발광효율이 높다.The light emitting diode including the transparent electrode using the graphene structure according to the present invention has high thermal stability and high luminous efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체와 비교하기 위한 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 제조 방법들을 나타내기 위한 개략도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 파장에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들 및 층수에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 투과도 및 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 라만 분광분석(Raman Spectroscopy) 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 금속원자에 대한 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 염소원자의 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 열처리시 발생되는 현상에 대한 모식도이다.
1 is a schematic view showing a method of manufacturing a graphene structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view illustrating methods of manufacturing graphene structures according to a comparative example for comparison with a graphene structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3 is a graph showing changes in transmittance according to wavelengths of graphene structures according to one embodiment of the present invention and comparative examples, and graphs showing changes in sheet resistance according to the number of layers.
FIG. 4 is a graph showing changes in permeability and sheet resistance according to an annealing temperature of graphene structures according to one embodiment of the present invention and comparative examples.
FIG. 5 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph of graphene structures according to one embodiment of the present invention and comparative examples before and after heat treatment.
FIG. 6 is a graph showing Raman spectroscopy results of graphene structures before and after heat treatment according to one embodiment of the present invention and comparative examples. FIG.
FIG. 7 is a graph showing an analysis result of a photoelectron spectroscopy (XPS) for a metal atom included in graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing an analysis result of a chlorine atom photoelectron spectroscopy (XPS) including graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view illustrating a phenomenon occurring during heat treatment of graphene structures according to one embodiment of the present invention and a comparative example.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a graphene structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계, 상기 전사된 제1 그래핀층(12)을 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀층(13)을 형성하는 단계, 상기 제2 그래핀층(13) 상에 또 다른 제1 그래핀층(12)을 적층하여 그래핀 구조체(14)를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층일 수 있다. 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층일 수 있다.Referring to FIG. 1, there is shown a method of fabricating a semiconductor device including the steps of transferring a first graphene layer 12 onto a substrate 11, doping the transferred first graphene layer 12 with a metal chloride to form a second graphene layer 13 , And laminating another first graphene layer (12) on the second graphene layer (13) to form the graphene structure (14). The first graphene layer may be an undoped graphene layer. The second graphene layer may be a graphene layer doped with a metal chloride.

상기 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계에 있어서, 상기 제1 그래핀층(12)은 그래핀으로 형성된다. 그래핀은 서로 sp2 결합을 한 탄소 원자로 이루어지는 평면적인 6각형 격자 구조를 갖는 시트 형상 물질이다. 그래핀은 적층되어 있지 않은 단층 그래핀, 또는 복수층의 단층 그래핀이 적층된 다층 그래핀일 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 그래핀은 상기한 것에 한정되지 않지만, 그래핀 구조체(14)의 광 투과성의 관점 및 층간 박리(delamination)가 생기지 않는다는 점으로부터 단층 그래핀이 적절하다. 상기 기판(11)은 상기 그래핀 구조체(14)의 지지 기판이다. 상기 기판(11)은 금속산화물계 기판, 실리카계 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 기판(11)은 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, 글래스, 석영, HfO2, MgO 및 BeO 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 기판(11)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 그래핀 구조체(14)에 광 투과성이 요구되는 경우에는, 상기 기판(11)은 광 투과성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.In the step of transferring the first graphene layer 12 onto the substrate 11, the first graphene layer 12 is formed of graphene. Graphene is a sheet-like material having a planar hexagonal lattice structure composed of carbon atoms sp 2 bonded to each other. The graphene may be a single-layer graphene that is not laminated, or a multi-layer graphene in which a plurality of single-layer graphenes are laminated. In this embodiment, the graphene is not limited to the above, but a single-layer graphene is suitable in view of the light transmittance of the graphen structure 14 and no delamination. The substrate 11 is a support substrate of the graphene structure 14. The substrate 11 may be a metal oxide based substrate, a silica based substrate, or a plastic substrate. The substrate 11 may be any one or more of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , glass, quartz, HfO 2 , MgO and BeO. The material of the substrate 11 is not particularly limited. When light transmittance is required for the graphene structure 14, the substrate 11 may be made of a material having light transmittance.

상기 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 방법은 다음과 같을 수 있다.A method of transferring the first graphene layer 12 onto the substrate 11 may be as follows.

우선 촉매 기판 상에 그래핀을 성막하여, 그래핀층을 구비한다. 상기 성막은 열 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 플라즈마 CVD법 등을 이용해서 형성될 수 있다. 열 CVD법에서는, 촉매 기판의 표면에 공급된 탄소원 물질(탄소 물자를 포함하는 물질)을 가열하여 그래핀을 형성한다. 플라즈마 CVD법에서, 탄소원 물질을 플라즈마화하여 그래핀을 형성한다. 또한, 상기 CVD법 이외에도, 용액에서 박리한(released) 그래핀이나 물리적으로 박리한 그래핀을 이용하는 것도 가능하다. 그러나, 층 수의 제어(투명성), 결정성(도전성), 균일한 막으로서 성막 가능한 면적 등의 점으로부터 CVD법이 적절함에 주목해야 한다. First, a graphene film is formed on a catalyst substrate, and a graphene layer is provided. The film formation may be performed using a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a plasma CVD method, or the like. In the thermal CVD method, the carbon source material (material containing carbon material) supplied to the surface of the catalyst substrate is heated to form graphene. In the plasma CVD method, the carbon source material is converted into plasma to form graphene. In addition to the CVD method, it is also possible to use released graphene in solution or physically peeled graphene. However, it should be noted that the CVD method is suitable from the viewpoints of control of the number of layers (transparency), crystallinity (conductivity), an area that can be formed as a uniform film, and the like.

촉매 기판의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 니켈, 철, 구리 등이 재료로서 사용될 수 있다. 접착성이 높은 단층 그래핀이 형성되기 때문에 촉매 기판의 재료로서 구리를 이용하는 것이 적절하다. 촉매 기판의 표면에 탄소원인 물질(메탄 등)을 공급하고, 촉매 기판을 그래핀 형성 온도 이상으로 가열함으로써, 촉매 기판의 표면 상에 그래핀을 성막할 수 있다. 구체적으로는, 메탄 및 수소를 포함하는 혼합 가스(촉매 기판의 환원용, 메탄:수소=100cc:5cc) 분위기에서, 촉매 기판을 960℃로 가열하고, 10분간 유지함으로써, 그래핀을 성장시킬 수 있다. The material of the catalyst substrate is not particularly limited, but nickel, iron, copper and the like can be used as the material. Since single-layer graphene with high adhesiveness is formed, it is appropriate to use copper as a material for the catalyst substrate. Graphene can be deposited on the surface of the catalyst substrate by supplying a carbon source material (such as methane) to the surface of the catalyst substrate and heating the catalyst substrate above the graphenization temperature. Specifically, graphene can be grown by heating the catalyst substrate at 960 ° C. for 10 minutes in a mixed gas containing methane and hydrogen (for reducing the catalyst substrate, methane: hydrogen = 100 cc: 5 cc) have.

이어서, 상기 촉매 기판 상에 성장된 그래핀을 기판 상에 전사한다. 상기 기판은 목적에 따라 선택될 수 있으며, 투명성이 요구되는 경우에는 석영 기판일 수 있다. 전사 방법은 특별히 한정되지 않지만, 일 예로 다음과 같이 할 수 잇다. 촉매 기판 상에 성장된 그래핀 상에 4% PMMA(Poly(methyl methacrylate))용액을 스핀 코팅(2000rpm, 40초)에 의해 도포하고, 130℃에서 5분간 베이크한다. 이를 통해, 그래핀 상에 PMMA를 포함하는 수지층이 형성된다. 이이서, 1M 염화철 용액을 이용해서 촉매 기판을 에칭한다. Then, the graphene grown on the catalyst substrate is transferred onto the substrate. The substrate may be selected according to the purpose, and may be a quartz substrate when transparency is required. The transfer method is not particularly limited, but an example is as follows. 4% PMMA (poly (methyl methacrylate)) solution was applied on the graphene grown on the catalyst substrate by spin coating (2000 rpm, 40 seconds) and baked at 130 캜 for 5 minutes. Through this, a resin layer containing PMMA is formed on the graphene. Then, the catalyst substrate is etched using a 1M solution of iron chloride.

수지층을 포함하고 촉매 기판이 제거된 그래핀을 초순수(ultrapure water)로 세정한 후, 그래핀을 기판(석영 기판 등)에 전사하여 자연 건조시킨다. 건조 후, 수소 분위기에서 400℃로 가열(어닐링)하여, PMMA를 분해한다. 상술한 공정을 통하여, 기판(11) 상에 그래핀층(12)가 전사될 수 있다. After the graphene containing the resin layer and having the catalyst substrate removed is washed with ultrapure water, the graphene is transferred to a substrate (quartz substrate or the like) and air-dried. After drying, the PMMA is decomposed by heating (annealing) at 400 DEG C in a hydrogen atmosphere. Through the above-described process, the graphene layer 12 can be transferred onto the substrate 11.

상기 전사된 제1 그래핀층(12)을 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀층(13)을 형성하는 단계에 있어서, 상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2, 및 RhCl3을 포함할 수 있다. 제1 그래핀층(12)을 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀층(13)을 형성하는 방법은 다음과 같을 수 있다. 도펀트가 염화금(AuCl3)인 경우, 염화금을 실온에서 4시간 진공 건조한다. 그것을 용매(탈수 니트로 메탄 등)로 용해해서 10mM의 용액(이하, 도펀트 용액이라 한다)을 얻는다. 도펀트 용액을 스핀 코팅(2000rpm, 40초)에 의해 제1 그래핀층(12) 상에 도포하여, 진공 건조시킨다. 도펀트 용액은 건조되어 상기 제1 그래핀층(12) 상에 층을 형성하고, 상기 층은 제1 그래핀층(12)와 접촉하기 때문에, 계면 근방에 위치하는 도펀트(염화금 등)가 제1 그래핀층(12)의 그래핀에 의해 화학적으로 흡착되어 도핑된다. 상술한 공정에 따라 염화금으로 도핑된 제2 그래핀층(13)이 형성될 수 있다.Wherein the metal chloride is selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 , and AuCl 3 , and the second graphene layer 13 is formed by doping the transferred first graphene layer 12 with a metal chloride. It may include RhCl 3. A method of forming the second graphene layer 13 by doping the first graphene layer 12 with a metal chloride may be as follows. If the dopant is yeomhwageum (AuCl 3), and dried in vacuo for 4 hours at room temperature yeomhwageum. And dissolved in a solvent (dehydrated nitromethane or the like) to obtain a 10 mM solution (hereinafter referred to as a dopant solution). The dopant solution was applied on the first graphene layer 12 by spin coating (2000 rpm, 40 seconds) and vacuum dried. The dopant solution is dried to form a layer on the first graphene layer 12 and the layer is in contact with the first graphene layer 12 so that a dopant (such as chloride) Is chemically adsorbed and doped by the graphene of the first electrode 12. A second graphene layer 13 doped with chlorine may be formed according to the above-described process.

또한, 도펀트 용액에서의 도펀트의 농도는 적절히 선택 가능하지만, 농도가 너무 높으면 도핑된 제2 그래핀층(13)의 광 투과율이 저하하고, 농도가 너무 낮으면 도핑 후에 저항 열화가 발생되기 쉽다.Also, the concentration of the dopant in the dopant solution can be appropriately selected. However, if the concentration is too high, the light transmittance of the doped second graphene layer 13 lowers. If the concentration is too low, resistance deterioration easily occurs after doping.

상기 제2 그래핀층(13) 상에 제1 그래핀층(12)을 적층하여 그래핀 구조체(14)를 형성하는 단계에 있어서, 상기 적층 방법은 상술한 전사 방법을 포함할 수 있다.In the step of forming the graphene structure 14 by laminating the first graphene layer 12 on the second graphene layer 13, the laminating method may include the above-described transfer method.

상술한 각 단계에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14)를 제조할 수 있다. 상기 그래핀 구조체(14)는 금속 염화물로 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층을 적층하는 구조를 가지기 때문에, 열처리가 요구되는 공정 시에 도핑된 그래핀층이 포함하는 금속 염화물이 기화되는 것을 적층된 그래핀층을 이용하여 방지할 수 있다. 따라서, 그래핀 구조체의 일함수 및 면저항을 일정하게 유지할 수 있다.According to each of the above-described steps, the graphene structure 14 according to an embodiment of the present invention can be manufactured. Since the graphene structure 14 has a structure in which a graphene layer that is not doped is laminated on a graphene layer doped with a metal chloride, the metal chloride contained in the doped graphene layer is vaporized during a process requiring heat treatment It can be prevented by using a stacked graphene layer. Therefore, the work function and sheet resistance of the graphene structure can be kept constant.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체와 비교하기 위한 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 제조 방법들을 나타내기 위한 개략도들이다. 도 2(a)는 도핑되지 않는 그래핀층들이 적층된 구조를 가지는 A형 그래핀 구조체(15)의 제조방법을 나타내는 개략도이다. 도 2(b)는 도핑된 그래핀층들이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체(16)의 제조방법을 나타내는 개략도이다. FIG. 2 is a schematic view illustrating methods of manufacturing graphene structures according to a comparative example for comparison with a graphene structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 (a) is a schematic view showing a method for producing an A-type graphene structure 15 having a structure in which undoped graphene layers are laminated. 2 (b) is a schematic view showing a method of manufacturing a B-type graphene structure 16 having a structure in which doped graphene layers are laminated.

A형 그래핀 구조체(15)의 제조방법은 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계, 상기 전사된 제1 그래핀층(12) 상에 또 다른 제1 그래핀층(12)을 적층하는 단계를 포함한다. 상기 제1 그래핀층(12)은 도핑되지 않는 그래핀층일 수 있다. 각 단계의 구체적인 제조방법은 상술한 도 1의 그래핀 구조체의 제조방법과 유사하다.A method of manufacturing an A-type graphene structure 15 includes the steps of transferring a first graphene layer 12 onto a substrate 11, forming another first graphene layer 12 on the transferred first graphene layer 12 ). ≪ / RTI > The first graphene layer 12 may be a non-doped graphene layer. A specific manufacturing method of each step is similar to the above-described method of manufacturing the graphene structure of Fig.

B형 그래핀 구조체(16)의 제조방법은 기판(11) 상에 제1 그래핀층(12)을 전사하는 단계, 상기 전사된 제1 그래핀층(12)를 금속 염화물로 도핑하여 제2 그래핀(13)을 형성하는 단계, 상기 제2 그래핀(13) 상에 또 다른 제2 그래핀(13)을 적층하는 단계를 포함한다. 상기 제1 그래핀층(12)은 도핑되지 않는 그래핀층일 수 있다. 상기 제2 그래핀층(13)은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층일 수 있다. 각 단계의 구체적인 제조방법은 상술한 도 1의 그래핀 구조체의 제조방법과 유사하다.A method for manufacturing a B-type graphene structure 16 includes the steps of transferring a first graphene layer 12 onto a substrate 11, doping the transferred first graphene layer 12 with a metal chloride, (13), and laminating another second graphene (13) on the second graphene (13). The first graphene layer 12 may be a non-doped graphene layer. The second graphene layer 13 may be a graphene layer doped with a metal chloride. A specific manufacturing method of each step is similar to the above-described method of manufacturing the graphene structure of Fig.

도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14)와 비교하여, A형 그래핀 구조체(15)의 경우에는 도핑된 그래핀층인 제2 그래핀층(13)을 포함하지 않는다. B형 그래핀 구조체(16)의 경우에는 도핑되지 않는 그래핀층인 제1 그래핀층(12)을 포함하지 않는다.Referring to FIGS. 2 (a) and 2 (b), in comparison with the graphene structure 14 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, in the case of the A-type graphene structure 15, And does not include the second graphene layer 13 which is a pin layer. But does not include the first graphene layer 12 which is a non-doped graphene layer in the case of the B-type graphene structure 16.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14), 비교 실시예인 A형 그래핀 구조체(15) 및 B형 그래핀 구조체(16)를 대상으로 실험 및 분석을 실시한다. 비교 실시예인 A형 및 B형 그래핀 구조체(15, 16)와 비교하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체(14)는 C형 그래핀 구조체로 나타낼 수 있다.Experiments and analyzes are performed on the graphene structure 14, the A-type graphene structure 15 and the B-type graphene structure 16 according to an embodiment of the present invention. A graphene structure 14 according to an embodiment of the present invention can be represented by a C-type graphene structure for comparison with the A-type and B-type graphene structures 15 and 16 of the comparative example.

도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 파장에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들 및 층수에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 3(a)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 파장에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 층수에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.FIG. 3 is a graph showing changes in transmittance according to wavelengths of graphene structures according to one embodiment of the present invention and comparative examples, and graphs showing changes in sheet resistance according to the number of layers. FIG. 3 (a) is a graph showing changes in transmittance according to wavelengths of graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention. 3 (b) are graphs showing changes in sheet resistance depending on the number of layers of graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 3(a)를 참조하면, 도 3(a)(1)은 비교 실시예인 A형 그래핀 구조체(15)에 대한 그래프이고, 도 3(a)(2)는 비교 실시예인 B형 그래핀 구조체(16)에 대한 그래프이고, 도 3(a)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체(14)에 대한 그래프이다. 이를 통하여, A형, B형 및 C형 그래핀 구조체들 모두 적층되는 층수가 증가함에 따라 투과도가 하락함을 알 수 있다. 3 (a) is a graph for an A-type graphene structure 15 as a comparative example, and Figs. 3 (a) and 2 (2) 3 (a) and 3 (b) are graphs for a C-type graphene structure 14 according to an embodiment of the present invention. As a result, it can be seen that the transmittance decreases as the number of layers of the A, B, and C graphene structures increases.

도 3(a)(1)를 참조하면, 선 1L은 제1 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 2L은 제1 그래핀층이 두 층인 경우를, 선 3L은 제1 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 4L은 제1 그래핀층이 네 층인 경우를, 선 5L은 제1 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이다. A형 그래핀 구조체는 층수가 증가함에 따라, 그래프의 기울기 역시 커짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (a) (1), a line 1L indicates a case where the first graphene layer is one layer, a line 2L indicates a case where the first graphene layer has two layers, and a line 3L indicates a case where the first graphene layer has three layers Line 4L shows the case where the first graphene layer has four layers, and line 5L shows the case where the first graphene layer has five layers, and the first graphene layer is the undoped graphene layer. As the number of layers of the A-type graphene structure increases, the slope of the graph also increases.

도 3(a)(2)를 참조하면, 선 1L은 제2 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 2L은 제2 그래핀층이 두 층인 경우를, 선 3L은 제2 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 4L은 제2 그래핀층이 네 층인 경우를, 선 5L은 제2 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다. B형 그래핀 구조체는 층수가 증가함에 따라, 그래프의 기울기 역시 커짐을 알 수 있다.3 (a) and 2 (b), the line 1L represents the case where one layer of the second graphene layer is provided, the line 2L represents the case where the second graphene layer has two layers, and the line 3L represents the case where the second graphene layer has three layers Line 4L represents the case where the second graphene layer has four layers, line 5L represents the case where the second graphene layer has five layers, and the second graphene layer is the graphene layer doped with the metal chloride. It can be seen that as the number of layers increases, the slope of the graph also increases.

도 3(a)(3)을 참조하면, 선 P.G는 제1 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 Doped는 제2 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 1BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 한 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 2BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 두 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 3BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를 나타내고, 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다. C형 그래핀 구조체는 A형 및 B형 그래핀 구조체와 비교하여, 그래프의 기울기가 원만함을 알 수 있다.3 (a) and 3 (b), line PG shows a case where one layer of the first graphene layer is formed, line Doped shows a case where one layer of the second graphene layer is provided, Line 2BL represents the case where two layers of the first graphene layer are laminated on one layer of the second graphene layer and line 3BL represents the case where the one layer of the first graphene layer is laminated on the one layer of the second graphene layer The first graphene layer is a non-doped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride. It can be seen that the C-type graphene structure is smooth compared to the A- and B-type graphene structures.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체와 비교하여, 넓은 파장영역에서 비교적 균일한 투과도를 보일 수 있다.Accordingly, the graphene structure according to an exemplary embodiment of the present invention can exhibit a relatively uniform transmittance over a wide wavelength range as compared with the graphene structure according to the comparative example.

도 3(b)를 참조하면, 도 3(b)(1)은 비교 실시예인 A형 그래핀 구조체에 대한 그래프이고, 도 3(b)(2)는 비교 실시예인 B형 그래핀 구조체에 대한 그래프이고, 도 3(b)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체에 대한 그래프이다. 이를 통하여, A형, B형 및 C형 그래핀 구조체들 모두 적층되는 층수가 증가함에 따라 면저항이 하락함을 알 수 있다. 그러나, B형 및 C형 그래핀 구조체들은 층수가 증가함에 따라 면저항이 하락함은 동일하지만, A형 그래핀 구조체와 달리 층수가 증가할수록 그래프의 기울기가 원만하게 변화됨을 알 수 있다. 즉, B형 및 C형 그래핀 구조체들은 초기 층수의 변화시에는 면저항이 비교적 급하게 하락하지만, 이후에는 면저항이 원만하게 하락한다. 또한, C형 그래핀 구조체는 층수가 1BL 이상인 경우에는 면저항이 가장 원만하게 하락함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), FIG. 3 (b) (1) is a graph of an A-type graphene structure as a comparative example, 3 (b) and 3 (3) are graphs for a C-type graphene structure according to an embodiment of the present invention. As a result, it can be seen that the sheet resistance decreases as the number of layers in which the A-type, B-type and C-type graphene structures are all stacked increases. However, the B-type and C-type graphene structures have the same sheet resistance as the number of layers is increased. However, unlike the A-type graphene structure, the slope of the graph changes smoothly as the number of layers increases. That is, the B and C graphene structures decrease in sheet resistance relatively rapidly when the number of initial layers is changed, but then the sheet resistance drops smoothly. Also, it can be seen that the sheet resistance decreases most smoothly when the number of layers of the C-type graphene structure is 1BL or more.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 보호층 역할을 하는 도핑되지 않는 그래핀층이 한층 이상 적층되는 경우에는, 층 수의 증가에 따른 면저항 변화가 적음을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the graphene structure according to an embodiment of the present invention has less change in sheet resistance due to an increase in the number of layers when the undoped graphene layer serving as a protective layer is stacked more than one layer.

도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 투과도 및 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 4(a)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 어닐링 온도에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프들이다.FIG. 4 is a graph showing changes in permeability and sheet resistance according to an annealing temperature of graphene structures according to one embodiment of the present invention and comparative examples. FIG. 4 (a) is a graph showing a change in transmittance according to an annealing temperature of graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention. FIG. 4 (b) is a graph showing changes in sheet resistance according to an annealing temperature of graphene structures according to an embodiment of the present invention and a comparative example.

도 4(a)를 참조하면, 도 4(a)(1)은 비교 실시예에 따른 A형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(a)(2)은 비교 실시예에 따른 B형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(a)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체의 그래프이다.4A is a graph of an A-type graphene structure according to a comparative example, and FIGS. 4A and 2B are graphs of a B-type graphene And FIGS. 4 (a) and (3) are graphs of a C-type graphene structure according to an embodiment of the present invention.

도 4(a)(1)을 참조하면, 선 1L은 제1 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 3L은 제1 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 5L은 제1 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않은 그래핀층이다. A형 그래핀 구조체는 층수가 동일한 경우에 어닐링 온도와 상관없이 투과도가 일정함을 알 수 있다. A형 그래핀 구조체는 도핑되지 않는 그래핀층의 적층구조를 가지므로 열적 안정도가 높기 때문이다.Referring to FIG. 4 (a) (1), line 1L represents the case where the first graphene layer is one layer, line 3L represents the case where the first graphene layer has three layers, and line 5L represents the case where the first graphene layer has five layers And the first graphene layer is an undoped graphene layer. It can be seen that the permeability of the A-type graphene structure is constant regardless of the annealing temperature when the number of layers is the same. The A-type graphene structure has a laminated structure of undoped graphene layers, and thus has high thermal stability.

도 4(a)(2)를 참조하면, 선 1L은 제2 그래핀층이 한 층인 경우를, 선 3L은 제2 그래핀층이 세 층인 경우를, 선 5L은 제2 그래핀층이 다섯 층인 경우를 나타내고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다. B형 그래핀 구조체는 층수가 동일한 경우에 어닐링 온도에 따라 투과도가 하락함을 알 수 있다. B형 그래핀 구조체는 그래핀 구조체를 형성하는 모든 그래핀 구조체들이 금속 염화물로 도핑되어 있고, 어닐링 온도가 증가함에 따라 그래핀 구조체 표면의 금속 나노 입자들이 서로 뭉치기 때문이다.Referring to FIG. 4A and FIG. 4B, a line 1L indicates a case where one layer of the second graphene layer is provided, a line 3L indicates a case where the second graphene layer has three layers, and a line 5L indicates a case where the second graphene layer has five layers And the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride. It can be seen that the permeability of the B-type graphene structure decreases with annealing temperature when the number of layers is the same. The B-type graphene structure is because all of the graphene structures forming the graphene structure are doped with metal chloride, and the metal nanoparticles on the graphene structure surface aggregate as the annealing temperature increases.

도 4(a)(3)을 참조하면, 선 Doped는 제2 그래핀층이 한층인 경우를, 선 1BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 한 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 2BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 두 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를, 선 3BL은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 경우를 나타내고, 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층을 나타내고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 나타낸다. C형 그래핀 구조체는 제2 그래핀층을 제1 그래핀층들로 덮는 구조를 가진다. 따라서, 제2 그래핀층이 금속 염화물을 포함하기 때문에 어닐링 온도의 변화에 따라서 투과도가 하락하는 것은 B형 그래핀 구조체와 동일하다. 그러나, 제2 그래핀층을 덮는 제1 그래핀층들은 금속 염화물을 포함하고 있지 않으므로, B형 그래핀 구조체와 비교하여 어닐링 온도 증가에 따른 투과도 하락 정도가 작다.4 (a) and 3 (b), the line Doped shows a case in which the second graphene layer is one layer, the line 1BL shows a case in which one layer of the first graphene layer is laminated on one layer, Line 2BL represents the case where two layers of the first graphene layer are laminated on one layer of the second graphene layer and line 3BL represents the case where three layers of the first graphene layer are laminated on the one layer of the second graphene layer , The first graphene layer represents an undoped graphene layer, and the second graphene layer represents a graphene layer doped with a metal chloride. The C-type graphene structure has a structure in which the second graphene layer is covered with the first graphene layers. Therefore, since the second graphene layer contains a metal chloride, it is the same as the B-type graphene structure that the transmittance decreases with the change of the annealing temperature. However, since the first graphene layers covering the second graphene layer do not contain a metal chloride, the degree of decrease in transmittance is small as the annealing temperature increases as compared with the B-type graphene structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 그래핀 구조체를 형성하는 그래핀층들 중 한 층만이 금속 염화물을 포함하고 있기 때문에, 어닐링 온도 증가에 따른 투과도의 하락 정도가 비교적 작다.Since the graphene structure according to an embodiment of the present invention includes only one of the graphene layers forming the graphene structure, the degree of decrease in the transmittance is relatively small as the annealing temperature increases.

도 4(b)를 참조하면, 도 4(b)(1)은 비교 실시예에 따른 A형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(b)(2)은 비교 실시예에 따른 B형 그래핀 구조체의 그래프이고, 도 4(b)(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 C형 그래핀 구조체의 그래프이다.Referring to FIG. 4 (b), FIG. 4 (b) (1) is a graph of an A-type graphene structure according to a comparative example, 4 (b) and 3 (3) are graphs of a C-type graphene structure according to an embodiment of the present invention.

도 4(b)(1)를 참조하면, 도핑되지 않는 그래핀층인 제1 그래핀층으로 형성된 A형 그래핀 구조체는 어닐링 온도가 면저항에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. Referring to FIG. 4 (b) (1), it can be seen that the A-type graphene structure formed of the first graphene layer, which is an undoped graphene layer, does not affect the sheet resistance.

도 4(b)(2)를 참조하면, 도펀트(AuCl3)가 도핑된 그래핀층인 제2 그래핀층으로 형성된 B형 그래핀 구조체는 어닐링 온도에 따라 면저항이 상승하는 모습을 보이지만, 3층(선 3L) 및 5층(선 5L)으로 그래핀 구조체가 형성된 경우에는 단층으로 형성된 경우(선 1L)와 비교하여 어닐링 온도에 따른 면저항의 증가 정도가 작음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 (b) (2), the B-type graphene structure formed of the second graphene layer, which is a graphene layer doped with a dopant (AuCl 3 ), shows a rise in sheet resistance according to the annealing temperature, (Line 3L) and the fifth layer (line 5L), the increase in sheet resistance according to the annealing temperature is smaller than that in the case where the graphen structure is formed as a single layer (line 1L).

도 4(b)(3)을 참조하면, C형 그래핀 구조체는 어닐링 온도에 따라 면저항이 상승하는 모습을 보이지만, 하나의 제2 그래핀층 상에 세 개의 제1 그래핀층이 적층된 경우(선 3BL)에는 효과적으로 면저항이 유지됨을 알 수 있다. Referring to FIGS. 4 (b) and 3 (c), the C-type graphene structure shows a rise in sheet resistance according to the annealing temperature, but when three first graphene layers are stacked on one second graphene layer 3BL), the sheet resistance is effectively maintained.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래피 구조체는 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층을 적층하여 면저항을 어닐링 온도와 비교적 상관없이 낮은 상태로 유지할 수 있다.That is, the graphene layer according to an exemplary embodiment of the present invention can stack a non-doped graphene layer on the doped graphene layer to keep the sheet resistance low relative to the annealing temperature.

도 5는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다. 도 5(a)는 A형 그래핀 구조체의 제1 그래핀층이 한 층인 경우의 열처리 전(도 5(a)(1))과 열처리 후(도 5(a)(2))의 전계방출형 주사전자현미경 사진(Filed Emission Scanning Electron Microscope)이다. 도 5(b)는 B형 그래핀 구조체의 제2 그래핀층이 한 층인 경우의 열처리 전(도 5(b)(1))과 열처리 후(도 5(b)(2))의 전계방출형 주사전자현미경 사진이다. 도 5(c)는 B형 그래핀 구조체의 제2 그래핀층이 다섯 층인 경우의 열처리 전(도 5(c)(1))과 열처리 후(도 5(c)(2))의 전계방출형 주사전자현미경 사진이다. 도 5(d)는 C형 그래핀 구조체의 한 층의 제2 그래핀층을 덮는 제1 그래핀층이 세 층인 경우의 열처리 전(도 5(d)(1))과 열처리 후(도 5(d)(1))의 전계방출형 주사전자현미경 사진이다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.FIG. 5 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph of graphene structures according to one embodiment of the present invention and comparative examples before and after heat treatment. FIG. 5A is a graph showing the relationship between the field emission type (FIG. 5A) before annealing (FIG. 5A) and annealing after annealing (FIG. (Filed Emission Scanning Electron Microscope). FIG. 5 (b) is a graph showing the relationship between the field emission type (FIG. 5 (b)) of the B-type graphene structure before the heat treatment It is a scanning electron microscope photograph. Fig. 5 (c) is a graph showing the relationship between the electric field emission type of the B-type graphene structure before the heat treatment (Fig. 5 (c) (1)) and the heat treatment after the second graphene layer It is a scanning electron microscope photograph. 5 (d) is a graph showing the relationship between the thickness of the first graphene layer before the heat treatment (FIG. 5 (d) (1)) and the heat treatment after the first graphene layer covering three layers of the second graphene layer ) (1)). ≪ / RTI > The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

도 5(a)를 참조하면, A형 그래핀 구조체의 표면은 열처리와 거의 무관하게 일정함을 알 수 있다. 도 5(b), 도 5(c) 및 도 5(d)를 참조하면, B형 그래핀 구조체 및 C형 그래핀 구조체는 열처리 전후에 표면의 금속 나노입자의 수와 크기가 커지는 것을 확인할 수 있다. 다만. C형 그래핀 구조체는 B형 그래핀 구조체와 비교하여, 증가된 금속 나노입자의 수 및 크기가 상대적으로 적음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 (a), it can be seen that the surface of the A-type graphene structure is constant regardless of the heat treatment. 5 (b), 5 (c) and 5 (d), it can be seen that the number and size of metal nanoparticles on the surface of the B-type graphene structure and the C-type graphene structure increase before and after the heat treatment have. but. The C-type graphene structure has a relatively smaller number and size of increased metal nanoparticles than the B-type graphene structure.

도 6는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예들에 따른 그래핀 구조체들의 열처리 전후의 라만 분광분석(Raman Spectroscopy) 결과를 나타내는 그래프들이다. 도 6(a)는 열처리 전의 그래핀 구조체들의 라만 분광분석 결과이고, 도 6(b)는 열처리 후의 그래핀 구조체들의 라만 분광분석 결과이다. 도 6(c)는 열 처리 전 후에 있어서, 각 그래핀 구조체들의 G 피크의 변이를 나타내는 그래프이다. 그래프들 각각에서 3BL C형은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체를 의미하고, 5L B형은 제2 그래핀층이 다섯 층 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미하고. 1L B형은 제2 그래핀층 한 층이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미한다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.FIG. 6 is a graph showing Raman spectroscopy results of graphene structures before and after heat treatment according to one embodiment of the present invention and comparative examples. FIG. FIG. 6 (a) is a Raman spectroscopic analysis result of the graphene structures before the heat treatment, and FIG. 6 (b) is a Raman spectroscopic analysis result of the graphene structures after the heat treatment. 6 (c) is a graph showing the variation of the G peak of each graphene structure after the heat treatment. In each of the graphs, the 3BL C type means a C-type graphene structure having a structure in which three first graphene layers are laminated on a second graphene layer in one layer, Means a type B graphene structure having a laminated structure. 1L type B refers to a type B graphene structure having a structure in which one layer of a second graphene layer is laminated. The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

그래핀의 라만 스펙트럼에서 가장 눈에 띄는 것은 1580cm-1 부근의 G 피크(peak)와 2700cm-1 부근의 2D 피크이다. G 피크(peak)는 흑연계 물질에서 공통적으로 발견되는 피크로서, graphite의 'g'를 따서 G 모드 또는 G 피크로 부른다. 라만 스펙트럼의 G 피크를 통하여, 그래핀의 외부물질로 인한 도핑 상태를 알 수 있다. So it is the most noticeable in the Raman spectrum of the pin is a 2D peak of G peak (peak) and the vicinity of 2700cm -1 in the vicinity of 1580cm -1. The G peak is commonly found in graphite materials and is called the G mode or G peak after the 'g' of graphite. Through the G peak of Raman spectrum, the doping state due to the external material of graphene can be known.

구체적으로, 그래핀의 전자상태가 외부의 물질로 인해 바뀌는 경우에, G 피크가 낮은 파장으로 옮겨지면 n형 도핑을 의미하고, G 피크가 높은 파장으로 옮겨지면 p형 도핑을 의미한다. Specifically, when the electron state of graphene changes due to an external substance, the G peak means n-type doping if the peak is shifted to a lower wavelength, and p-type doping when the G peak is shifted to a higher wavelength.

도 6(a)를 참조하면, 열처리 전의 그래핀 구조체들의 G 피크들은 모두 1580cm-1 에서 높은 파장인 오른쪽에 위치한다. 이는 p형으로 도핑됨을 의미한다. 도 6(b)를 참조하면, B형 그래핀 구조체의 첫번째층(선 1L B형 참조) 및 다섯번째층(선 5L B형 참조)은 열처리 이후에 다시 1580cm-1에서 G 피크가 발견된다. 이는 열처리 이후에 도핑이전의 상태로 복귀됨을 의미한다.Referring to FIG. 6 (a), the G peaks of the graphene structures before the heat treatment are all located on the right side at a high wavelength of 1580 cm -1 . This means that it is doped to p-type. Referring to FIG. 6 (b), the first layer (see line 1L type B) and the fifth layer (see line 5L type B) of the B type graphene structure are found to have a G peak at 1580 cm -1 after the heat treatment. This means that after the heat treatment, it returns to the state before the doping.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체인 C형 그래핀 구조체의 경우(선 3BL C형 참조)에는 열처리 이후에도 G 피크가 1580cm-1 오른쪽 영역에 여전히 위치함을 알 수 있다. 즉, 도핑된 그래핀을 그래핀으로 덮는 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체의 경우에는, 도핑되지 않는 그래핀층이 도핑된 그래핀층을 보호하는 배리어층(barrier layer)의 역할을 하기 때문에 도핑된 그래핀의 도핑된 상태를 열처리 전후에 유효하게 유지할 수 있다.However, in the case of the C-type graphene structure (see line 3BL C type) according to one embodiment of the present invention, it can be seen that the G peak is still located in the right region at 1580 cm -1 after the heat treatment. That is, in the case of a C-type graphene structure having a structure in which doped graphene is covered with graphene, since a non-doped graphene layer functions as a barrier layer for protecting a doped graphene layer, The doped state of the fin can be effectively maintained before and after the heat treatment.

도 6(c)를 참조하면, 흰색 원은 그래핀 구조체들이 도펀트로 도핑된(Doped) 열처리 이전 상태에서의 G 피크의 변이를 나타내고, 검은색 원은 도펀트로 도핑된 그래핀 구조체들을 열처리(Annealed) 한 이후의 G 피크의 변이를 나타낸다. 그래프의 윗칸에서부터 아래방향으로 차례대로 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3 가 도펀트로 사용된 각각의 경우를 나타낸다. Referring to FIG. 6 (c), the white circle represents the variation of the G peak in the state before the heat treatment, in which the graphen structures are doped with the dopant, and the black circle represents the annealing of the graphene structures doped with the dopant ) ≪ / RTI > In each case, AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3, PdCl 2 and RhCl 3 are used as dopants in order from the top to the bottom of the graph.

1L B형의 경우에는 열처리 전의 G 피크의 변이는 대략 101 cm-1 있었지만, 열처리 후에는 도펀트의 종류와 상관없이 모두 G 피크의 변이가 100 cm-1 임을 알 수 있다. 이는 열처리로 인하여 그래핀층이 도핑 전의 상태로 복귀됨을 의미한다. 5L B형의 경우에는 1L B형 보다 열처리 전후의 G 피크의 변이의 차이가 적음을 알 수 있다. 이는 상부의 도핑된 그래핀층들이 하부의 도핑된 그래핀층들을 보호하는 역할을 하기 때문이다.In the case of the 1L type B, the variation of the G peak before the heat treatment was approximately 10 1 cm -1, but after the heat treatment, the variation of the G peak was 10 0 cm -1 regardless of the kind of the dopant. This means that the graphene layer is returned to the state before doping due to heat treatment. It can be seen that the difference of the G peak before and after the heat treatment is smaller than that of the 1L B type in the case of the 5L B type. This is because the upper doped graphene layers serve to protect the underlying doped graphene layers.

3BL C형의 경우에는, 열처리 전후에 있어서 G 피크의 변이가 도펀트의 종류와 상관없이 일정함을 알 수 있다. 즉, C형 그래핀 구조체의 경우에는 도핑된 그래핀층 상에 적층된 그래핀층들이 도펀트를 보호하는 배리어층(barrier layer)의 역할을 하기 때문에, 열처리와 상관없이 도핑된 그래핀층의 도핑 상태가 유지된다.In the case of 3BL C type, it can be seen that the variation of the G peak before and after the heat treatment is constant irrespective of the kind of the dopant. That is, in the case of the C-type graphene structure, since the graphene layers stacked on the doped graphene layer serve as a barrier layer for protecting the dopant, the doping state of the doped graphene layer is maintained regardless of the heat treatment do.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 열처리 전후에 우수한 열적 안정성을 가진다.Therefore, the graphene structure according to an embodiment of the present invention has excellent thermal stability before and after the heat treatment.

도 7는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 금속원자에 대한 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다. 도 7(a)는 열처리 전의 도핑된 상태에서 내각 준위(core level) Au 4f의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 7(b)는 열처리 이 후의 상태에서 내각 준위(core level) Au 4f의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 7(c)는 그래핀 구조체들의 열처리 이후의 금속입자의 세기와 이온상태의 세기를 비교한 결과이다. 그래프들 각각에서 3BL C형은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체를 의미하고, 5L B형은 제2 그래핀층이 다섯 층 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미하고. 1L B형은 제2 그래핀층 한 층이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미한다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.FIG. 7 is a graph showing an analysis result of a photoelectron spectroscopy (XPS) for a metal atom included in graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention. FIG. 7 (a) shows the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis result of the core level Au 4f in the doped state before the heat treatment. FIG. 7 (b) shows the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis results of the core level Au 4f in the state after the heat treatment. FIG. 7 (c) is a result of comparing the intensities of the metal particles and the ion states after the heat treatment of the graphen structures. In each of the graphs, the 3BL C type means a C-type graphene structure having a structure in which three first graphene layers are laminated on a second graphene layer in one layer, Means a type B graphene structure having a laminated structure. 1L type B refers to a type B graphene structure having a structure in which one layer of a second graphene layer is laminated. The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 점선 a는 이온입자 상태의 내각 준위 Au3+ 4f5/2 에서의 세기(Intensity)를 나타내고, 점선 b는 금속입자 상태의 내각 준위 Au 4f5/2 에서의 세기를 나타내고, 점선 c는 이온입자 상태의 내각 준위 Au3+ 4f7/2에서의 세기를 나타내고, 점선 d는 금속입자 상태의 내각준위 Au 4f7/2에서의 세기를 나타낸다. 7 (a) and 7 (b), the dotted line a represents the intensity at the internal level Au 3+ 4f 5/2 of the ion particle state, and the dotted line b represents the internal state of the metal particle Au 4f 5/2 , the dotted line c represents the intensity at the internal level Au 3+ 4f 7/2 of the ionic particle state, and the dotted line d represents the intensity at the internal level Au 4f 7/2 of the metal particle state .

열처리 이전 상태를 나타내는 도 7(a)에서는 이온상태의 내각 준위인 점선 a 및 점선 b 선상에 그래핀층 각각의 세기가 나타나지만, 열처리 이후 상태를 나타내는 도 7(b)에서는 점선 a 및 점선 b 선상에 그래핀층의 유형과 상관없이 세기가 나타나지 않는다. 점선 a 및 점선 b 선상의 세기는 금속원자가 이온입자 상태에 있을 경우에 나타나므로, 세기가 보이지 않는 것은 금속(Au)원자가 열처리 이전의 이온입자 상태에서 열처리 이후에는 금속입자 상태로 되돌아감을 의미한다. 즉, 열처리 공정으로 인하여, 도핑된 그래핀 표면에 존재하는 이온입자 상태의 금속원자가 금속입자 상태로 변화된다. 7 (a) showing the state before the heat treatment shows the intensities of the graphene layers on the dotted line a and the dotted line b, which are the inner angle levels of the ionic state, but in FIG. 7 (b) Century does not appear regardless of the type of graphene layer. Since the intensity on the dashed line a and the dashed line b appears when the metal atom is in the ion particle state, the absence of the intensity means that the metal (Au) atoms return to the metal particle state after the heat treatment in the ion particle state before the heat treatment. That is, due to the heat treatment process, the metal atoms in the state of ionic particles existing on the surface of the doped graphene are changed into the metal particles state.

도 7(c)를 참조하면, 그래프의 맨 윗칸에서부터 아래로 차례대로 도펀트가 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2, 및 RhCl3인 경우를 나타낸다. 흰색 원은 열처리 이전의 도핑된(Doped) 상태에서의 금속입자의 세기와 이온입자의 세기의 비를 나타내고, 검은색 원은 열처리된(Annealed) 상태에서의 금속입자의 세기와 이온입자의 세기의 비를 나타낸다. 모든 그래핀 구조체 샘플에서 열처리를 하면 금속입자의 세기가 강해지고 이온입자의 세기가 약해짐을 알 수 있다. 즉, 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 열처리 하면, 도펀트인 금속 염화물의 금속이 분리되어 서로 뭉치는 현상이 발생한다. 이에 따라 투과도가 떨어지게 된다.Referring to FIG. 7 (c), the dopant is sequentially deposited from the top to the bottom of the graph in the order of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 , and RhCl 3 . The white circles represent the ratio of the intensity of the metal particles to the intensity of the metal particles in the doped state before the heat treatment and the black circle represents the intensity of the metal particles and the intensity of the ion particles in the annealed state Lt; / RTI > It can be seen that heat treatment in all samples of the graphene structure weakens the intensity of the metal particles and the strength of the ion particles. That is, when the graphene layer doped with the metal chloride is heat-treated, the metals of the metal chloride as the dopant are separated and aggregated together. As a result, the transmittance is lowered.

도 8은 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예예 따른 그래핀 구조체들이 포함하는 염소원자의 광전자분광기(XPS)의 분석 결과를 나타내는 그래프들이다. 도 8(a)는 열처리 전의 그래핀이 도핑된 상태에서 내각 준위(core level) Cl 2p의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 8(b)는 열처리 후의 그래핀 상태에서 내각 준위 Cl 2p의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 분석 결과이다. 도 8(c)는 열처리 전후에 있어서 그래핀층의 내각 준위 Cl 2p의 피크 세기 변화를 나타내는 그래프이다. 그래프들 각각에서 3BL C형은 한 층의 제2 그래핀층 상에 세 층의 제1 그래핀층이 적층된 구조를 가지는 C형 그래핀 구조체를 의미하고, 5L B형은 제2 그래핀층이 다섯 층 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미하고. 1L B형은 제2 그래핀층 한 층이 적층된 구조를 가지는 B형 그래핀 구조체를 의미한다. 상기 제1 그래핀층은 도핑되지 않는 그래핀층이고, 상기 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층이다.FIG. 8 is a graph showing an analysis result of a chlorine atom photoelectron spectroscopy (XPS) including graphene structures according to an embodiment and a comparative example of the present invention. FIG. 8 (a) is a result of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis of a core level Cl 2p in a state where graphene is doped before heat treatment. FIG. 8 (b) shows the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis results of the internal level Cl 2p in the graphene state after the heat treatment. FIG. 8 (c) is a graph showing changes in the peak intensity of the inner-level Cl 2p of the graphene layer before and after the heat treatment. In each of the graphs, the 3BL C type means a C-type graphene structure having a structure in which three first graphene layers are laminated on a second graphene layer in one layer, Means a type B graphene structure having a laminated structure. 1L type B refers to a type B graphene structure having a structure in which one layer of a second graphene layer is laminated. The first graphene layer is an undoped graphene layer, and the second graphene layer is a graphene layer doped with a metal chloride.

도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 점선 a는 내각 준위가 Cl 2p1/2인 경우를, 점선 b는 내각 준위가 Cl 2p3/2인 경우를 나타낸다. 열처리 전(도 8(a))과 열처리 후(도 8(b))에 있어서, 점선 a 및 점선 b는 결합에너지가 -0.7eV 변화되었고, 열처리 후의 피크(peak)들의 평균세기는 3BL C형의 경우에는 1.27배, 5L B형의 경우에는 3.56배, 1L B형의 경우에는 8.15배를 하여야 열처리 전의 피크(peak)들 평균세기 수준에 이른다. 이는 열처리가 그래핀층 표면에 있던 염소원자를 기화시키는 것으로 해석할 수 있으며, 이로 인해, 그래핀 구조체의 전도성이 떨어지는 경향을 보인다.Referring to Figs. 8 (a) and 8 (b), the dotted line a represents the case where the inner-level level is Cl 2p 1/2 , and the dotted line b represents the case where the inner-level level is Cl 2p 3/2 . The bonding energy of the dotted line a and the dotted line b was changed by -0.7 eV before the heat treatment (FIG. 8 (a)) and after the heat treatment (FIG. 8 (b)), and the average intensity of the peaks after the heat treatment was 3BL C type , The peak intensity before the heat treatment reaches the average intensity level by 1.27 times, 3.56 times in the case of the 5L type B, and 8.15 times in the case of the 1L type B. It can be interpreted that the heat treatment vaporizes the chlorine atoms on the surface of the graphene layer, which tends to lower the conductivity of the graphene structure.

따라서, 염소의 기화를 방지하는 역할을 하는 그래핀층을 포함하지 않는 1L B형 그래핀 구조체의 경우는 열처리 전후의 염소의 변화량이 상대적으로 크지만, 3BL C형 그래핀 구조체의 경우에는 염소의 기화를 방지하는 그래핀층을 포함하기 때문에, 열처리 전후의 염소의 변화량이 상대적으로 적다. Therefore, in the case of a 1L type B graphene structure that does not contain a graphene layer that prevents the vaporization of chlorine, the amount of chlorine change before and after the heat treatment is relatively large. In the case of the 3BL type C graphene structure, The amount of change of chlorine before and after the heat treatment is relatively small.

도 8(c)를 참조하면, 막대그래프 1은 도펀트가 AuCl3인 경우를, 막대그래프 2는 도펀트가 IrCl3인 경우를, 막대그래프 3은 도펀트가 MoCl3인 경우를, 막대그래프 4는 도펀트가 OsCl3인 경우를, 막대그래프 5는 도펀트가 PdCl3인 경우를, 막대그래프 6은 도펀트가 RhCl3인 경우의 내각 준위 Cl 2p에서의 피크(peak) 세기변화를 나타내다. 상기 막대그래프를 통해 C형 그래핀 구조체의 경우가 가장 열처리 전후에 있어서 피크의 변화가 적음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 경우에는 열처리 전후에 있어서, 그래핀 구조체의 전도성을 유지할 수 있다.Referring to FIG. 8 (c), the bar graph 1 shows the case where the dopant is AuCl 3 , the bar graph 2 shows the case where the dopant is IrCl 3 , the bar graph 3 shows the case where the dopant is MoCl 3 , It is the case of OsCl 3, 5 is a bar graph shows the peak (peak) intensity variation in the cabinet level Cl 2p when the dopant is in the case of PdCl 3, 6 is a bar graph dopant RhCl 3. It can be seen from the bar graph that the change of the peak is small in the case of the C-type graphene structure before and after the most heat treatment. Therefore, in the case of the graphene structure according to an embodiment of the present invention, the conductivity of the graphene structure can be maintained before and after the heat treatment.

도 9는 본 발명의 일 실시예 및 비교 실시예에 따른 그래핀 구조체들의 열처리시 발생되는 현상에 대한 모식도이다. 도 9(a)는 도핑되지 않는 그래핀층들의 적층구조를 가지는 비교 실시예 A형 그래핀 구조체의 모식도이고, 도 9(b)는 도핑된 그래핀층들의 적층구조를 가지는 비교 실시예 B형 그래핀 구조체의 모식도이고, 도 9(c)는 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층들이 적층되는 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예 C형 그래핀 구조체의 모식도이다. 상기 그래핀 구조체들 각각은 질소가스(N2 Gas) 분위기에서 어닐링되었다.FIG. 9 is a schematic view illustrating a phenomenon occurring during heat treatment of graphene structures according to one embodiment of the present invention and a comparative example. 9 (a) is a schematic view of a comparative embodiment A-type graphene structure having a laminated structure of undoped graphene layers, and Fig. 9 (b) is a comparative example B- 9 (c) is a schematic diagram of an embodiment C-type graphene structure of the present invention having a structure in which undoped graphene layers are laminated on a doped graphene layer. Each of the graphene structures was annealed in a nitrogen gas (N 2 gas) atmosphere.

도 9(a)를 참조하면, A형 그래핀 구조체는 도펀트로 도핑되지 않았기 때문에, 그래핀층들의 열적 안정성으로 인하여 아무런 변화가 없다.Referring to FIG. 9 (a), since the A-type graphene structure is not doped with a dopant, there is no change due to the thermal stability of the graphene layers.

도 9(b)를 참조하면, B형 그래핀 구조체는 도핑된 그래핀들의 적층구조이므로, 최상층의 그래핀층에서 염소원자가 기화되는 현상을 보인다.Referring to FIG. 9 (b), since the B-type graphene structure is a laminated structure of doped graphenes, chlorine atoms are vaporized in the graphene layer of the uppermost layer.

도 9(c)를 참조하면, C형 그래핀 구조체는 도핑된 그래핀층 상에 도핑되지 않는 그래핀층을 적층하는 구조이므로, 상부에 적층된 도핑되지 않는 그래핀층의 열적 안정성으로 인하여 표면의 변화가 발견되지 않는다. 다만, 도핑된 그래핀층이 포함하는 금속원자의 뭉침현상이 발견되었다.Referring to FIG. 9 (c), since the C-type graphene structure has a structure in which a doped graphene layer is laminated on a doped graphene layer, the surface stability of the undoped graphene layer Not found. However, aggregation of metal atoms contained in the doped graphene layer was found.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체의 경우에는 상술한 XPS 분석을 통하여 그래핀층 표면에 존재하는 염소의 변화가 적음을 확인할 수 있다. 따라서, 적층된 도핑되지 않는 그래핀층들이 효과적으로 가스 배리어 역할을 수행함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체를 열처리 공정을 포함하는 소자공정에 도입하는 경우, 그래핀 구조체를 포함하는 소자는 열적 안정성이 높을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 구조체는 투명전극, 반도체 소자의 중간층 등 다양한 분야에 활용이 가능하다.In the case of the graphene structure according to an embodiment of the present invention, it can be confirmed that the change of chlorine existing on the surface of the graphene layer is small by the XPS analysis described above. Thus, it can be seen that the stacked undoped graphene layers act effectively as a gas barrier. Therefore, when a graphene structure according to an embodiment of the present invention is introduced into a device process including a heat treatment process, the device including the graphene structure may have high thermal stability. That is, the graphene structure according to an embodiment of the present invention can be utilized in various fields such as a transparent electrode and an intermediate layer of a semiconductor device.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

11: 기판.
12: 제1 그래핀층.
13: 제2 그래핀층.
14: 그래핀 구조체(C형 그래핀 구조체).
15: A형 그래핀 구조체.
16: B형 그래핀 구조체.
11: substrate.
12: First graphene layer.
13: Second graphene layer.
14: Grain structure (C-type graphen structure).
15: Type A graphene structure.
16: Type B graphene structure.

Claims (11)

기판 상에 제1 그래핀층을 형성하고,
상기 제1 그래핀층을 금속 염화물로 도핑하고,
상기 도핑된 제1 그래핀층 상에 적어도 하나의 제2 그래핀층을 적층하는 것을 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
Forming a first graphene layer on the substrate,
The first graphene layer is doped with a metal chloride,
And laminating at least one second graphene layer on the doped first graphene layer.
청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 적어도 하나 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one second graphene layer comprises at least one graphene layer doped with a metal chloride.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the metal chloride comprises at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 금속산화물계 기판, 실리카계 기판, 또는 플라스틱 기판을 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate comprises a metal oxide based substrate, a silica based substrate, or a plastic substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3, 글래스, 석영, HfO2, MgO 및 BeO 중 어느 하나인 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is any one of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , glass, quartz, HfO 2 , MgO, and BeO.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 그래핀층을 형성하는 것은, 기판 상에 제1 그래핀층을 전사하는 것을 포함하는 그래핀 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein forming the first graphene layer comprises transferring a first graphene layer onto a substrate.
제1 그래핀층;
상기 제1 그래핀층 상에 적층된 적어도 하나의 제2 그래핀층을 포함하되, 상기 제1 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀 구조체.
A first graphene layer;
And at least one second graphene layer stacked on the first graphene layer, wherein the first graphene layer is doped with a metal chloride.
청구항 7에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 그래핀층은 금속 염화물로 도핑된 그래핀층을 적어도 하나 포함하는 그래핀 구조체.
The method of claim 7,
Wherein the at least one second graphene layer comprises at least one graphene layer doped with a metal chloride.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 금속 염화물은 AuCl3, IrCl3, MoCl3, OsCl3, PdCl2 및 RhCl3 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 염화물을 포함하는 그래핀 구조체.
The method according to claim 7 or 8,
Wherein the metal chloride comprises at least one metal chloride selected from the group consisting of AuCl 3 , IrCl 3 , MoCl 3 , OsCl 3 , PdCl 2 and RhCl 3 .
청구항 7 또는 청구항 8에 따른 그래핀 구조체를 포함하는 투명전극.A transparent electrode comprising a graphene structure according to claim 7 or 8. 청구항 10에 따른 투명전극을 포함하는 발광다이오드.A light emitting diode comprising a transparent electrode according to claim 10.
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