그래핀은 이차원의 탄소 원자들이 벌집구조를 이루는 탄소 원자 한 층의 물질이다. 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성으로 인해 투명전극, 가스 센서, 트랜지스터 등과 같이 다양한 응용이 가능하고 연구가 행해지고 있다. 최근 몇 년 동안, 그래핀의 우수한 특성을 이용해서 마이크로센서나 신축성 있는 전자소자를 위한 전도막과 같은 응용이 시도되었다. 하지만 그래핀을 응용하기 위해서는 그래핀의 크기와 품질의 개선이 필요하며, 이를 위해 그래핀 합성의 효율성, 전사공정, ...
그래핀은 이차원의 탄소 원자들이 벌집구조를 이루는 탄소 원자 한 층의 물질이다. 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성으로 인해 투명전극, 가스 센서, 트랜지스터 등과 같이 다양한 응용이 가능하고 연구가 행해지고 있다. 최근 몇 년 동안, 그래핀의 우수한 특성을 이용해서 마이크로센서나 신축성 있는 전자소자를 위한 전도막과 같은 응용이 시도되었다. 하지만 그래핀을 응용하기 위해서는 그래핀의 크기와 품질의 개선이 필요하며, 이를 위해 그래핀 합성의 효율성, 전사공정, 도핑 방법 등의 발전이 필요하다. 본 논문에서는 구리 기판을 이용하여 여러 조건에서 화학기상증착법으로 그래핀을 합성하였으며 진공로에서 수소(H2)와 메탄(CH4) 가스를 사용하였다. 그래핀 합성 온도, 가스 유량 등을 변화시키며 그래핀을 합성하고, 광학 현미경과 라만 분광분석을 위해 SiO2/Si 기판 위로 그래핀을 전사시키는 공정을 하였다. 또 수소 분위기에서 그래핀의 에칭 특성을 알아보았다. 화학기상증착법으로 합성한 그래핀을 전사공정을 통해 센서 소자를 제작하고 암모니아 가스 감지 실험을 하였다. 구리 기판 위에서 그래핀의 합성온도는 700-800℃사이의 온도에서 합성되기 시작하며 그래핀 도메인은 온도가 높을수록 빨리 성장한다. 그래핀의 합성은 핵생성-핵성장의 메커니즘으로 성장하며, 높은 온도 (~1000℃)에서 합성한 그래핀은 그래핀 도메인 수가 적고 한 도메인의 크기가 큰, 전기 전도도가 좋은 그래핀을 만들 수 있다. 또한 CVD를 이용한 그래핀 합성 시 합성과정 이후 수소분위기에서 열처리 시 그래핀이 에칭됨을 확인할 수 있었다. 고온에서 그래핀의 수소에칭 특성은 그래핀 도메인의 가장자리가 가장 빠르며 도메인 간 경계, 도메인 내부 순서로 에칭이 빨리 일어나게 된다. 이는 그래핀의 각 부분에 따라 탄소-탄소 결합 상태차이에 따른 수소 기체와의 반응성 차이에 의한 것이다. CVD로 합성한 그래핀을 이용해 제작한 Au/Ni 전극패턴위에 전사공정을 통해 가스 센서 소자를 제작하고 암모니아(NH3) 가스 감지를 실험하였다. 가스 센서는 상온에서 암모니아 가스에 민감하게 반응했으며 이는 암모니아 가스가 흐를 때 그래핀에 암모니아 분자가 흡착되어 그래핀의 전기저항을 증가시키기 때문이다. 기존의 금속산화물 암모니아 센서는 고온에서 작동하였지만 그래핀을 이용한 센서의 경우 상온에서도 작동하므로 이는 가스 센서 소자로써 이점이 있다.
그래핀은 이차원의 탄소 원자들이 벌집구조를 이루는 탄소 원자 한 층의 물질이다. 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성으로 인해 투명전극, 가스 센서, 트랜지스터 등과 같이 다양한 응용이 가능하고 연구가 행해지고 있다. 최근 몇 년 동안, 그래핀의 우수한 특성을 이용해서 마이크로센서나 신축성 있는 전자소자를 위한 전도막과 같은 응용이 시도되었다. 하지만 그래핀을 응용하기 위해서는 그래핀의 크기와 품질의 개선이 필요하며, 이를 위해 그래핀 합성의 효율성, 전사공정, 도핑 방법 등의 발전이 필요하다. 본 논문에서는 구리 기판을 이용하여 여러 조건에서 화학기상증착법으로 그래핀을 합성하였으며 진공로에서 수소(H2)와 메탄(CH4) 가스를 사용하였다. 그래핀 합성 온도, 가스 유량 등을 변화시키며 그래핀을 합성하고, 광학 현미경과 라만 분광분석을 위해 SiO2/Si 기판 위로 그래핀을 전사시키는 공정을 하였다. 또 수소 분위기에서 그래핀의 에칭 특성을 알아보았다. 화학기상증착법으로 합성한 그래핀을 전사공정을 통해 센서 소자를 제작하고 암모니아 가스 감지 실험을 하였다. 구리 기판 위에서 그래핀의 합성온도는 700-800℃사이의 온도에서 합성되기 시작하며 그래핀 도메인은 온도가 높을수록 빨리 성장한다. 그래핀의 합성은 핵생성-핵성장의 메커니즘으로 성장하며, 높은 온도 (~1000℃)에서 합성한 그래핀은 그래핀 도메인 수가 적고 한 도메인의 크기가 큰, 전기 전도도가 좋은 그래핀을 만들 수 있다. 또한 CVD를 이용한 그래핀 합성 시 합성과정 이후 수소분위기에서 열처리 시 그래핀이 에칭됨을 확인할 수 있었다. 고온에서 그래핀의 수소에칭 특성은 그래핀 도메인의 가장자리가 가장 빠르며 도메인 간 경계, 도메인 내부 순서로 에칭이 빨리 일어나게 된다. 이는 그래핀의 각 부분에 따라 탄소-탄소 결합 상태차이에 따른 수소 기체와의 반응성 차이에 의한 것이다. CVD로 합성한 그래핀을 이용해 제작한 Au/Ni 전극패턴위에 전사공정을 통해 가스 센서 소자를 제작하고 암모니아(NH3) 가스 감지를 실험하였다. 가스 센서는 상온에서 암모니아 가스에 민감하게 반응했으며 이는 암모니아 가스가 흐를 때 그래핀에 암모니아 분자가 흡착되어 그래핀의 전기저항을 증가시키기 때문이다. 기존의 금속산화물 암모니아 센서는 고온에서 작동하였지만 그래핀을 이용한 센서의 경우 상온에서도 작동하므로 이는 가스 센서 소자로써 이점이 있다.
Graphene is a two-dimensional (2D) monolayer of carbon atoms tightly packed into a honeycomb lattice. Because of its fascinating optical, mechanical and electrical properties, the application to versatile areas such as transparent electrodes, electrochromic devices, gas detectors, transistors, etc. ...
Graphene is a two-dimensional (2D) monolayer of carbon atoms tightly packed into a honeycomb lattice. Because of its fascinating optical, mechanical and electrical properties, the application to versatile areas such as transparent electrodes, electrochromic devices, gas detectors, transistors, etc. have been studied. Over the past few years, there have been many efforts to utilize these outstanding properties of graphene for micro- and macroscopic applications such as micro-sensor applications and transparent conducting films useful for flexible/stretchable electronics. However, the scale and the quality graphene need to be further enhanced for practical applications by developing more efficient synthesis, transfer, and doping methods. In this study, Graphene was synthesized on copper (Cu) substrates at different conditions by the chemical vapor deposition (CVD) method with methane (CH4) and hydrogen gas in vacuum furnace system. We changed the growth temperature with various gas flow rate and composition rate, and the graphene films were transferred to SiO2/Si wafers for further characterization by optical microscopy and Raman spectroscopy. The etching properties of the graphene under hydrogen (H2) atmosphere was analyzed. The ammonia (NH3) gas sensing properties of the transferred graphene was also examined. Graphene began to formed on the Cu foil at the temperature between 700-800℃ and the domains grow faster as the temperature increased. Since the synthesis of graphene follows the nucleation and growth mechanism, synthesis at higher temperature (~1000℃) resulted in better graphenes with higher electrical conductivity and bigger domain size. Concerning the etching properties of the graphene under H2 atmosphere at high temperatures, the edge of the graphene showed the highest etching rate and followed by the boundary and internal area of graphene domain. This was explained by the carbon-carbon bonding strength and carbon-hydrogen reactivity The graphene was transferred on the Au/Ni electrode patterns, and the effect of Ammonia (NH3) gas flowing on the electrical characteristics of the sensor device was monitored at room temperature. The adsorption of NH3 molecules on graphene increased the electric resistance of the device. In comparison with the conventional metal-oxide NH3 gas sensor which is operating at high temperatures, the graphene NH3 gas sensor which is operating at room temperature is very advantageous in sensor application.
Graphene is a two-dimensional (2D) monolayer of carbon atoms tightly packed into a honeycomb lattice. Because of its fascinating optical, mechanical and electrical properties, the application to versatile areas such as transparent electrodes, electrochromic devices, gas detectors, transistors, etc. have been studied. Over the past few years, there have been many efforts to utilize these outstanding properties of graphene for micro- and macroscopic applications such as micro-sensor applications and transparent conducting films useful for flexible/stretchable electronics. However, the scale and the quality graphene need to be further enhanced for practical applications by developing more efficient synthesis, transfer, and doping methods. In this study, Graphene was synthesized on copper (Cu) substrates at different conditions by the chemical vapor deposition (CVD) method with methane (CH4) and hydrogen gas in vacuum furnace system. We changed the growth temperature with various gas flow rate and composition rate, and the graphene films were transferred to SiO2/Si wafers for further characterization by optical microscopy and Raman spectroscopy. The etching properties of the graphene under hydrogen (H2) atmosphere was analyzed. The ammonia (NH3) gas sensing properties of the transferred graphene was also examined. Graphene began to formed on the Cu foil at the temperature between 700-800℃ and the domains grow faster as the temperature increased. Since the synthesis of graphene follows the nucleation and growth mechanism, synthesis at higher temperature (~1000℃) resulted in better graphenes with higher electrical conductivity and bigger domain size. Concerning the etching properties of the graphene under H2 atmosphere at high temperatures, the edge of the graphene showed the highest etching rate and followed by the boundary and internal area of graphene domain. This was explained by the carbon-carbon bonding strength and carbon-hydrogen reactivity The graphene was transferred on the Au/Ni electrode patterns, and the effect of Ammonia (NH3) gas flowing on the electrical characteristics of the sensor device was monitored at room temperature. The adsorption of NH3 molecules on graphene increased the electric resistance of the device. In comparison with the conventional metal-oxide NH3 gas sensor which is operating at high temperatures, the graphene NH3 gas sensor which is operating at room temperature is very advantageous in sensor application.
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