화학 기상 증착법을 통한 그래핀 합성에 관한 연구 및 전기 화학적 박리법을 이용한 그래핀 전사 공정에 관한 연구

Abstract

2004년, 가임과 노보셸로프에 의해 최초로 발견되고 보고된 그래핀은 우수한 전하 이동도, 기계적 성질, 투과율 등의 특성으로 인해 차세대 전자 소자 및 광전 소자에 적용될 전도 유망한 물질로 주목받아 왔다. 초기의 그래핀 연구에서 이용되었던 스카치테이프를 이용한 기계적 박리 방식은 많은 시간과 노력이 필요했지만, 화학 기상 증착 (CVD) 방법을 통해 고품질의 대면적 그래핀을 얻을 수 있게 되었다. 하지만, 이렇게 얻은 그래핀은 촉매 금속 기판에서 성장되기 때문에 전사 공정이 불가피하다. 대부분의 전사 공정에서 촉매 금속을 제거하기 위해 식각액을 이용하는데 이 식각액이 강한 산화력을 가져 그래핀이 쉽게 산화되는 문제가 발생한다. 또한 이 식각액으로부터 발생한 금속 또는 금속 산화물 잔여물이 그래핀 표면에 남아 그래핀 본연의 특성을 저하시킨다. 이로 인해 그래핀 본연의 특성에 방해가 되지 않는 전사 공정에 대한 연구가 활발히 진행되었고, 마침내 전기 화학적 박리법을 이용한 촉매 금속 식각이 없는 그래핀 전사 방법이 소개되었다. 이 논문에서는 이 전기화학적 박리법을 이용한 그래핀 전사 공정과 기존에 이용되던 촉매 금속 식각액을 사용한 통상적인 습식 그래핀 전사 공정을 비교 분석하고, 여기에 이용되는 고품질 CVD 그래핀의 성장조건 최적화를 다루었다. 또한, $SiO_2$/Si 와 같은 단단한 기판에 금속 박막을 증착하여 성장한 그래핀에 전기 화학적 박리법을 적용하여 전사하는 공정을 다루며, 이 중 니켈 박막에서 성장된 다층 그래핀을 양극으로 이용한 OLED의 제작 및 소자 특성 평가를 통해 전기 화학적 박리법이 기존 방식과 비교하여 그래핀에 손상을 유발하지 않음을 증명하였다.