[논문]광에너지를 활용한 선택적 산화그래핀의 환원

신재수; 최은미

[국내논문] 광에너지를 활용한 선택적 산화그래핀의 환원
Selective Graphene Oxide Reduction Utilizing Photon Energy 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.17 no.4, 2018년, pp.16 - 20

신재수 (대전대학교 신소재공학과) , 최은미 (한국표준과학연구원 소재에너지융합측정센터)

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Graphene is attracting attention due to its outstanding properties as line material for next-generation semiconductor. Graphene pattern technology is essential to apply graphene line. Selective graphene oxide reduction as one of graphene pattern method does not require a substrate thereby a high flexibility device can be applied. Particularly, the method using photon energy has advantages of short process time and environment friendly. In this review, we introduce the photocatalytic method and the photo-thermal energy conversion method using photon energy in the selective reduction process of graphene oxides.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 그래핀기반의 반도체 디바이스 제작을 위한 그래핀 옥사이드 패턴 방법 중 광촉매를 활용하는 광촉매 환원법과 광에너지를 활용하는 광-열 환원법에 대해 논의하고자 한다.

제안 방법

에 의해 직접 레이저 쓰기(direct laser writing)을 통한 산화그래핀 환원공정이 소개 되었다[26]. 소개된 연구는 50 X 대물렌즈를 통해 663 nm 파장의 레이저 빔을 포커싱하여 직접적으로 산화그래핀을 환원하여 패턴 하였다. 이 방식은 별도의 추가 공정 없이 레어저를 조사함으로써 그래핀 패턴이 가능하기 때문에 공정 비용이 저렴하고 간단하다는 장점을 가진다.
Cote et al.은 카메라 플래쉬를 이용하여 광-열 열기 환원 (photo-thermal heating reaction)에 의한 산화그래핀 환원 공정을 소개하였다. 그에 따르면 환원된 산화그래핀 필름은 2 X 10⁸Ω에서 9.

대상 데이터

Akhavan et al.은 2012년 드랍-캐스팅(drop-casting)으로 산화그래핀 현탁액(suspension)을 Au 전극 위에 증착하여 TiO₂-GO 나노시트를 준비 하였다. TiO₂-GO 나노시트는 24h 동안 UV를 조사하였을 때 5.

성능/효과

은 2012년 드랍-캐스팅(drop-casting)으로 산화그래핀 현탁액(suspension)을 Au 전극 위에 증착하여 TiO₂-GO 나노시트를 준비 하였다. TiO₂-GO 나노시트는 24h 동안 UV를 조사하였을 때 5.1 X 10⁹ Ω/sq의 면저항(Rs)을 가짐을 확인 하였다. 그러나, 공정 시간이 너무 길고 높은 면저항을 가지는 것이 한계로 지적된다.

후속연구

특히, 광-열 에너지 변환을 활용한 방법은 카메라 제논 플래쉬와 같은 펄스 시스템을 활용하여 순간적으로 강한 빛 에너지를 조사하는 방식이 가장 효율적으로 산화그래핀을 환원 시키는 것으로 알려져 있으나, 그래핀 필름의 급격한 부피 팽창으로 인한 데미지가 발생될 수 있어 이를 해결하기 위한 추가적인 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	그래핀을 성장시킨 후 직접적으로 그래핀을 커팅하여 패턴하는 방법의 문제점은?	그러나, 별도의 기판과 초점 이온 빔(focus ion beam, FIB)와 같은 고가의 레이저 장비가 필요하고, 전사 과정에서 그래핀의 주름이 발생될 수 있다.
	그래핀을 패턴 하기 위한 방법은 무엇이 있는가?	그러나, 그래핀을 반도체의 배선 물질로 적용 하기 위해서는 그래핀의 전기적 특성을 제어하기 위한 패터닝(pattering) 기술이 요구된다. 그래핀을 패턴 하기 위한 방법은 크게 그래핀을 성장 시킨 후 그래핀을 커팅하는 방법과 그래핀 옥사이드 (graphene oxide, GO)를 부분적을 환원시켜 원하는 배선을 형성하는 방법 두 가지로 나눌 수 있다[6, 7]. 그래핀을 성장시킨 후 직접적으로 그래핀을 커팅하여 패턴하는 방법은 우수한 특성의 그래핀을 성장 시킬 수 있고 정밀 패턴이 가능하다는 장점이 있다[8, 9].
	그래핀이 반도체 디바이스의 배선라인으로 적용될 경우 얻을 수 있는 기대효과는?	특히, 반도체 디바이스의 배선라인으로 적용될 경우 그래핀의 높은 캐리어 이동도(200,000 cm2/vs) 로 인하여 RC지연(RC delay) 저하를 기대 할 수 있으며, 2 X 108 A/cm2 의 높은 허용 전류 밀도(high maximum current density)를 가져 향상된 전자이주현상(electro migration, EM)에 대한 저항 특성 또한 기대할 수 있다[3]. 더하여, 그래핀 트랜지스터가 427GHz의 높은 차단 주파수(cut-off frequency, fT)을 기록하며 excellent radio-frequency characteristics 보여주었다[4].

참고문헌 (28)

Lee, J, H., "A Study of Dynamic Properties of Graphene-Nanoribbon Memory," Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 13, pp. 53-56, 2014.
Di, Bartolomeo, A., "Graphene Schottky diodes: An experimental review of the rectifying graphene/semiconductor heterojunction," Physics Reports, Vol. 606, pp. 1-58, 2016.

상세보기
Murali, R., Yang, Y., Brenner, K., Beck, T., and Meindl, J, D., "Breakdown current density of graphene nanoribbons," Applied Physics Letters, Vol. 94(24), pp. 243114, 2009.

상세보기
Cheng, R., Bai, J., Liao, L., Zhou, H., Chen, Y., Liu, L., and et al., "High-frequency self-aligned graphene transistors with transferred gate stacks," Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 109(29), pp. 11588-92. 2012.

상세보기
Feng, Z., Yu, C., Li, J., Liu, Q., He, Z., Song, X., and et al., "An ultra clean self-aligned process for high maximum oscillation frequency graphene transistors," Carbon, Vol. 75, pp. 249-54, 2014.

상세보기
Yoo, J, H., Park, J, B., Ahn, S., and Grigoropoulos, C, P., "Laser-Induced Direct Graphene Patterning and Simultaneous Transferring Method for Graphene Sensor Platform," Small, Vol. 9(24), pp. 4269-75, 2013.

상세보기
Kumar, P., Subrahmanyam, K., and Rao, C., "Graphene patterning and lithography employing laser/electron-beam reduced graphene oxide and hydrogenated graphene," Materials Express, Vol. 1(3), pp. 252-6, 2011.
Yong, K., Ashraf, A., Kang, P., and Nam, S., "Rapid stencil mask fabrication enabled one-step polymer-free graphene patterning and direct transfer for flexible graphene devices," Scientific reports, Vol. 6, pp. 24890, 2016.

상세보기
Bell, D, C., Lemme, M, C., Stern, L, A., Williams, J, R., and Marcus, C, M., "Precision cutting and patterning of graphene with helium ions," Nanotechnology, Vol. 20(45), pp. 455301, 2009.

상세보기
Cabrero-Vilatela, A., Weatherup, R, S., Braeuninger-Weimer, P., Caneva, S., and Hofmann , S., "Towards a general growth model for graphene CVD on transition metal catalysts," Nanoscale, Vol. 8(4), pp. 2149-58, 2016.

상세보기
Bower, W., Head, W., Droop, G., Zan, R., Pattrick, R., Wincott, P., and et al., "High-resolution imaging of biotite using focal series exit wavefunction restoration and the graphene mechanical exfoliation method," Mineralogical Magazine, Vol. 79(2), pp. 337-44, 2015.

상세보기
Novotny, Z., Netzer, F, P., and Dohnalek, Z., "Cerium Oxide Nanoclusters on Graphene/Ru (0001): Intercalation of Oxygen via Spillover," ACS Nano, Vol. 9(8), pp. 8617-26, 2015.

상세보기
Choi, E., Chae, S, J., Kim, A., Kang, K, W., Oh, M, S., Kwon, S, H., and et al., "Hybrid Electrodes of Carbon Nanotube and Reduced Graphene Oxide for Energy Storage Applications," Journal of nanoscience and nanotechnology, Vol. 15(11), pp. 9104-9, 2015.

상세보기
Choi, E., Kim, J., Chae, S, J., Kim, A., Pyo, S, G., and Yoon, S., "Performance of Graphene-Based Anode Using Chemically Reduced Nanocomposite Formation," Science of Advanced Materials, Vol. 7(12), pp. 2755-9, 2015.

상세보기
Qi, Z, J., Rodriguez-Manzo, J, A., Hong, S, J., Park, Y, W., Stach, E, A., Drndic, M., and et al. editors., "Direct electron beam patterning of sub-5nm monolayer graphene interconnects," SPIE Advanced Lithography, Vol. 8680, pp. 86802F 1-6, 2013.
Tung, V, C., Allen, M, J., Yang, Y., and Kaner, R, B., "High-throughput solution processing of large-scale graphene," Nature Nanotechnology, Vol. 4(1), pp. 25-9, 2009.

상세보기
Zhou, M., Wang, Y., Zhai, Y., Zhai, J., Ren, W., Wang, F., and et al., "Controlled synthesis of large-area and patterned electrochemically reduced graphene oxide films," Chemistry-A European Journal, Vol. 15(25), pp. 6116-20, 2009.

상세보기
Fan, W., Lai, Q., Zhang, Q., and Wang, Y., "Nanocomposites of TiO2 and reduced graphene oxide as efficient photocatalysts for hydrogen evolution," The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 115(21), pp. 10694-701, 2011.

상세보기
Kawahara, T., Konishi, Y., Tada, H., Tohge, N., Nishii, J., and Ito, S., "A Patterned TiO2 (Anatase)/TiO2 (Rutile) Bilayer-Type Photocatalyst: Effect of the Anatase/Rutile Junction on the Photocatalytic Activity," Angewandte Chemie, Vol. 114(15), pp. 2935-7, 2002.

상세보기
Wang, P., Wang, J., Ming, T., Wang, X., Yu, H., Yu, J., and et al., "Dye-sensitization-induced visible-light reduction of graphene oxide for the enhanced TiO2 photocatalytic performance," ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 5(8), pp. 2924-9, 2013.

상세보기
Radich, J, G., Krenselewski, A, L., Zhu, J., and Kamat, P, V., "Is graphene a stable platform for photocatalysis? Mineralization of reduced graphene oxide with UV-irradiated TiO2 nanoparticles," Chemistry of Materials, Vol. 26(15), pp. 4662-8, 2014.

상세보기
Williams, G., Seger, B., and Kamat, PV., "TiO2-graphene nanocomposites. UV-assisted photocatalytic reduction of graphene oxide," ACS Nano, Vol. 2(7), pp. 1487-91, 2008.

상세보기
Karampelas, I, H., Furlani, E, P., and editors., "Analysis of Pulsed-laser Plasmon-enhanced Photothermal Energy Transfer with Applications," The 16th Annual Graduate Student Research Symposium, 2013.
Hosokawa, Y., Yashiro, M., Asahi, T., and Masuhara, H., "Photothermal conversion dynamics in femtosecond and picosecond discrete laser etching of Cuphthalocyanine amorphous film analysed by ultrafast UV-VIS absorption spectroscopy," Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 142(2), pp. 197-207, 2001.

상세보기
Cote, L, J., Cruz-Silva, R., and Huang, J., "Flash reduction and patterning of graphite oxide and its polymer composite," Journal of the American Chemical Society, Vol. 131(31), pp. 11027-32, 2009.

상세보기
Zhou, Y., Bao, Q., Varghese, B., Tang, L, A, L., Tan, C, K., Sow, C, H., and et al., "Microstructuring of graphene oxide nanosheets using direct laser writing," Advanced Materials, Vol. 22(1), pp. 67-71, 2010.

상세보기
Guo, H., Peng, M., Zhu, Z., and Sun, L., "Preparation of reduced graphene oxide by infrared irradiation induced photothermal reduction," Nanoscale, Vol. 5(19), pp. 9040-8, 2013.

상세보기
Al-Hamry, A., Kang, H., Sowade, E., Dzhagan, V., Rodriguez, R., Muller, C., and et al., "Tuning the reduction and conductivity of solution-processed graphene oxide by intense pulsed light," Carbon, Vol. 102, pp. 236-44, 2016.

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