制造石墨烯的方法及通过所述方法制造的石墨烯的制作方法

制造石墨烯的方法及通过所述方法制造的石墨烯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及制造石墨烯的方法及通过所述方法制造的石墨烯。更特别地，公开了一种用于生长具有高品质的石墨烯的制造石墨烯的方法，以及通过所述方法制造的石墨烯。所述方法包括准备热膨胀补偿基底；在所述热膨胀补偿基底上形成金属层以及在所述金属层上形成石墨烯。
【专利说明】制造石墨烯的方法及通过所述方法制造的石墨烯
[0001] 本申请要求在2013年6月12日提交的韩国专利申请10-2013-0067198的权益， 通过参考将其全部并入本文中。

【技术领域】
[0002] 本发明涉及石墨稀，更特别地涉及一种用于生长具有商品质的石墨稀的制造石墨 烯的方法，以及通过所述方法制造的石墨烯。

【背景技术】
[0003] 含有碳原子的物质包括富勒烯，碳纳米管，石墨烯和石墨。其中，石墨烯是结构为 碳原子的二维平面阵列的单原子层。
[0004] 特别地，石墨烯具有相当稳定和优异的电性能、机械性能和化学性能以及优异的 导电性，由此与聚硅氧烷相比更快速地携带电子且使得与铜相比能够施加更高的电流，自 从基于2004年从石墨中分离石墨烯的方法的发现通过实验证明了其，已经对其进行了积 极研究。
[0005] 作为电子电路的基材，这样的石墨烯备受关注，因为其可以大面积制造且具有电 稳定性、机械稳定性、化学稳定性以及优异的导电性。
[0006] 另外，石墨烯的电性能可以根据具有预定厚度的石墨烯的晶体方向而变化。因此， 在用户选择的方向上表达电性能且由此可以容易地设计装置。因此，石墨烯被有效地用于 碳基电子或电磁装置。
[0007] 由此，可在作为催化剂基底的金属层上形成石墨烯。在这方面，石墨烯具有负的热 膨胀系数，而金属具有正的热膨胀系数。因此，热膨胀系数之差可能在石墨烯的制造期间在 石墨烯中造成裙皱的形成。


【发明内容】

[0008] 因此，本发明涉及一种用于生长具有高品质的石墨烯的制造石墨烯的方法以及通 过所述方法制造的石墨烯，其基本上消除了由相关技术的限制与缺点造成的一个或多个问 题。
[0009] 本发明的目的是提供一种制造石墨烯的方法以及通过所述方法制造的石墨烯，从 而补偿可能由金属层与金属层上形成的石墨烯之间的热膨胀之差产生的现象，并由此生长 具有商品质的石墨稀。
[0010] 本发明的其他优点、目的以及特征将部分地阐述于下列说明中，且部分地在对以 下进行检查时对于本领域的普通技术人员来说显而易见，或者可以从本发明的实践得知。 本发明的目的及其它优点可以通过描述在此的说明书和权利要求书以及附图中特别指出 的结构实现并获得。
[0011] 为了实现这些目的和其他优点并且根据本发明的目的，如在本文中体现和广泛描 述的，制造石墨烯的方法包括：准备热膨胀补偿基底；在所述热膨胀补偿基底上形成金属 层以及在所述金属层上形成石墨烯。
[0012] 根据本发明的另一方面，制造石墨烯的方法包括：准备含有热膨胀控制物质的热 膨胀补偿基底；在所述热膨胀补偿基底上形成金属层以及在所述金属层上形成石墨烯，其 中所述热膨胀控制物质具有比所述金属层更低的热膨胀系数或者负热膨胀系数。
[0013] 根据本发明的另一方面，制造石墨烯的方法包括：准备热膨胀补偿基底，其包 含支撑基底和设置在所述支撑基底上的热膨胀控制物质，其中所述热膨胀控制物质具 有-50ppm/K至5ppm/K的热膨胀系数；在所述热膨胀补偿基底上形成金属层以及在所述金 属层上形成石墨烯。
[0014] 应理解，本发明的上述一般描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，且旨在 提供对所要求保护的本发明的进一步说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 附图被包括以提供本发明的进一步理解，并被并入且构成本申请的一部分，附图 示出本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
[0016] 图1是示出制造石墨烯的方法的一个实例的流程图；
[0017] 图2是示出在热膨胀补偿基底上形成金属层的一个实例的剖视图；
[0018] 图3是示出在热膨胀补偿基底上形成金属层的另一实例的剖视图；和
[0019] 图4是示出在金属层上形成石墨烯的一个实例的剖视图。

【具体实施方式】
[0020] 现在将详细描述本发明的【具体实施方式】，在附图中示出其实例。
[0021] 然而，本发明允许各种修改和变化，且其【具体实施方式】描述于附图中并将被详细 说明。本发明不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式，且包括符合与所附权利要求书 限定的本发明的主旨或范围的修改、变化、等价物和替代。
[0022] 应理解，当诸如层、区域或基底的元件被称为在另一元件"上"时，其可以直接在该 元件上，或者也可以在其间存在一个或多个中间元件。
[0023] 此外，应理解，虽然在本文中可使用术语诸如"第一"和"第二"描述元件、组件、区 域、层和/或部位，但是元件、组件、区域、层和/或部位不应该受这些术语的限制。
[0024] 图1是示出制造石墨烯的方法的流程图。在下文中，将参考图1详细描述制造石 墨烯的方法。
[0025] 如图1中所示，首先，准备热膨胀补偿基底（S10)。
[0026] 接下来，如图2中所示，在热膨胀补偿基底10上形成金属层20(S20)。
[0027] 热膨胀补偿基底10可以包含具有低热膨胀系数或负热膨胀系数的物质。
[0028] 例如，热膨胀补偿基底10可以在从基底起几纳米（nm)到几十纳米（nm)的深度范 围内具有5ppm/K以下的低热膨胀系数或负热膨胀系数。
[0029] 此外，热膨胀补偿基底10可以使用在高温下不与金属层20反应而产生化合物的 物质准备。
[0030] 热膨胀补偿基底10可含有热膨胀控制物质11。例如，如图2中所示，热膨胀补偿 基底10可以使用热膨胀控制物质11制造。
[0031] 此外，热膨胀补偿基底10可以通过在支撑基底12上形成热膨胀控制物质11制 造，如图3中所示。
[0032] 因此，热膨胀控制物质11可以直接接触金属层20。
[0033] 支撑基底12可以包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、蓝宝石和石英中的至少一种，但 本发明不限于此。
[0034] 热膨胀控制物质11可包含碳化硅（SiC)、石墨、石墨烯、碳纳米管、金刚石、Μ2Β 3012、 ΑΧ208和A2P2W012中的至少一种，其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或镧系金属，B表示W、Mo 或P，X表示W或Mo,且A表示Zr或Hf。
[0035] 诸如Μ2Β3012, ΑΧ208和A2P2W012的物质具有负热膨胀系数。
[0036] 热膨胀控制物质11的热膨胀系数可以在_50ppm/K至5ppm/K的范围内。
[0037] 此外，当在含热膨胀控制物质11的热膨胀补偿基底10上形成金属层20时，包含 热膨胀补偿基底10和金属层20的组合层可以具有-20ppm/K至10ppm/K的热膨胀系数。
[0038] 金属层20可以由能够形成石墨烯的催化剂金属形成，且催化剂金属可包括金属 如 Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V*Zr。
[0039] 催化剂金属通常具有正热膨胀系数。例如，铜（Cu)具有16. 4ppm/K的热膨胀系数。
[0040] 金属层20可以具有约几埃(A)到约几百纳米的厚度，优选具有几埃丨到几十纳 米的小厚度。
[0041] 接着，如图4中所示，在金属层20上形成石墨烯30。
[0042] 石墨烯30的形成可以使用化学气相淀积法（CVD)来进行。
[0043] 此外，可以使用化学气相淀积法如热-化学气相淀积法（CVD)、电感耦合等离子体 化学气相淀积法（ICP-CVD)、等离子体增强化学气相淀积法（ΡΕ-CVD)和微波CVD法。此外， 可以使用各种方法如快速热退火法（RTA)、原子层淀积法（ALD)和物理气相淀积法（PVD)。
[0044] 化学汽相淀积法是通过在腔室（未示出）中放置具有金属层20的热膨胀补偿基 底10,并在合适的生长条件下对腔室供给碳源，从而生长石墨烯30的方法。
[0045] 碳源的实例包括气体型碳源如甲烷（CH4)和乙炔（C2H 2)，固体型碳源如粉末和聚 合物，以及液体型碳源如气泡酒。
[0046] 此外，可以使用各种碳源如乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丁烷、丁二烯、戊烷、戊 烯、环戊二烯、己烷、环己烷、苯和甲苯。
[0047] 石墨烯30的形成可在约300°C至约1500°C的温度下进行。金属层20和石墨烯30 可在该温度条件下热膨胀或收缩。
[0048] 在石墨烯30的形成完成之后，将在热膨胀补偿基底10上形成的石墨烯30冷却到 室温。
[0049] 如上所述，金属层20具有正热膨胀系数。例如，铜（Cu)具有16. 4ppm/K的热膨胀 系数。
[0050] 另一方面，在金属层20上形成的石墨烯30具有_8ppm/K的热膨胀系数。随着热 量增加，石墨烯30的长度减小（收缩）。
[0051] 因此，当对在300°C至1500°C的温度下在金属层20上形成的石墨烯30进行冷却 时，可能发生由其中金属层20收缩但石墨烯30膨胀的热膨胀之差造成的现象。
[0052] 热膨胀补偿基底10补偿可能由金属层20和石墨烯30之间的热膨胀之差产生的 现象。
[0053] S卩，具有与石墨烯30相似的热膨胀特性的热膨胀控制物质11补偿可能由金属层 20和石墨烯30之间的热膨胀之差产生的现象。
[0054] 在未补偿金属层20和石墨烯30之间的热膨胀之差的情况下形成的石墨烯30中 可能产生许多褶皱。
[0055] 褶皱可能对石墨烯30有负面影响。即，在形成的石墨烯30的冷却期间产生的褶 皱可能抑制石墨烯30的电性能。
[0056] 因此，将具有几埃(A)到几十纳米的相当小厚度的金属层20设置在具有低或负热 膨胀系数的热膨胀补偿基底10上，并在金属层20上形成石墨烯30,由此使得在金属层20 的加热和冷却期间，能够控制金属层20的热膨胀和收缩。
[0057] 控制方向类似于石墨烯30的热膨胀方向，由此防止在石墨烯30中产生褶皱。
[0058] 也就是说，在形成的石墨烯30的冷却期间，金属层20没有大幅收缩，由此使得能 够制造相当平坦并具有低粗糙度和高性能的石墨烯30。
[0059] 因此，通过补偿金属层20和石墨烯30之间的热膨胀之差，石墨烯30的品质可以 大大提商，且特别地，石墨稀30的电性能可以大大提商。
[0060] 对本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明的主旨或范围的情况下在 本发明中进行各种修改和变化。因此，目的是，本发明包括在所附权利要求书及其等价物的 范围内的本发明的修改和变化。
【权利要求】
1. 一种制造石墨烯的方法，包括： 准备热膨胀补偿基底； 在所述热膨胀补偿基底上形成金属层；以及 在所述金属层上形成石墨烯。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述热膨胀补偿基底包含热膨胀控制物质。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述热膨胀控制物质包含碳化硅（SiC)、石墨、石 墨烯、碳纳米管、金刚石、Μ2Β 3012、ΑΧ208和A2P 2W012中的至少一种， 其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或镧系金属，B表示W、Mo或P，X表示W或Mo,且A表 示Zr或Hf〇
4. 根据权利要求2所述的方法，其中所述热膨胀控制物质具有-50ppm/K至5ppm/K的 热膨胀系数。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述热膨胀补偿基底的准备包括在支撑基底上形 成热膨胀控制物质。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述支撑基底包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、蓝宝 石和石英中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述热膨胀补偿基底和所述金属层的组合层具 有-20ppm/K至10ppm/K的热膨胀系数。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述热膨胀补偿基底补偿所述金属层和所述石墨 烯之间的热膨胀之差。
9. 一种制造石墨烯的方法，包括： 准备热膨胀补偿基底，其包含热膨胀控制物质； 在所述热膨胀补偿基底上形成金属层；以及 在所述金属层上形成石墨烯， 其中所述热膨胀控制物质具有比所述金属层更低的热膨胀系数，或具有负热膨胀系 数。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述热膨胀控制物质包含碳化硅（SiC)、石墨、石 墨烯、碳纳米管、金刚石、Μ2Β 3012、ΑΧ208和A2P 2W012中的至少一种， 其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或镧系金属，B表示W、Mo或P，X表示W或Mo,且A表 示Zr或Hf〇
11. 根据权利要求9所述的方法，其中所述热膨胀控制物质具有_50ppm/K至5ppm/K的 热膨胀系数。
12. 根据权利要求9所述的方法，其中所述热膨胀补偿基底和所述金属层的组合层具 有-20ppm/K至10ppm/K的热膨胀系数。
13. 根据权利要求9所述的方法，其中将所述热膨胀控制物质设置在支撑基底上。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述支撑基底包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、蓝 宝石和石英中的至少一种。
15. 根据权利要求9所述的方法，其中所述热膨胀控制物质直接接触所述金属层。
16. -种制造石墨烯的方法，包括： 准备热膨胀补偿基底，其包含支撑基底和设置在所述支撑基底上的热膨胀控制物质， 其中所述热膨胀控制物质具有-50ppm/K至5ppm/K的热膨胀系数； 在所述热膨胀补偿基底上形成金属层；以及 在所述金属层上形成石墨烯。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述热膨胀控制物质包含碳化硅（SiC)、石墨、 石墨烯、碳纳米管、金刚石、Μ2Β 3012、ΑΧ208和A2P 2W012中的至少一种， 其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或镧系金属，B表示W、Mo或P，X表示W或Mo, A表示 Zr 或 Hf。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中所述热膨胀补偿基底和所述金属层的组合层具 有-20ppm/K至10ppm/K的热膨胀系数。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中所述支撑基底包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、蓝 宝石和石英中的至少一种。
20. 石墨烯，其根据权利要求1所述的方法制得。
【文档编号】C01B31/04GK104229776SQ201410129601
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2013年6月12日
【发明者】崔珉硕, 金泰亨, 文振山, 郑明姬 申请人:Lg电子株式会社