[보고서]대면적 균일 그래핀의 비파괴적 고속 품질 평가 기술 및 장비 개발

박진성

보고서 정보

주관연구기관

한화에어로스페이스

연구책임자

박진성

참여연구자

김형근 , 김기범 , 송영재

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2020-10

주관부처

과학기술정보통신부
Ministry of Science and ICT

등록번호

TRKO202100016221

DB 구축일자

2021-11-13

키워드

대면적 그래핀.장비 개발.비파괴 검사.고속 검사.산업 친화.Large area graphene.Instrument construction.Non-destructive inspection.Fast inspection.Industry friendly.

표 대면적 그래핀 합성장비 공정 모식도
표 그래핀 합성 승온/냉각 profile 보정
표 급속 냉각 제어부
표 Process & cooling gas 배기라인 분리 개념도
표 그래핀 열처리 조건에 따른 EBSD 결과
표 EBSD 분석을 통한 구리 결정립 크기 분석
표 전처리 온도 및 승온 속도에 따른 구리 결정립 크기 분석. 합성 전(위), 후(아래)
표 전처리/열처리 조건에 따른 압연구리 foil 표면 조도 분석
표 FET 소자 제작을 통한 전하 이동도 평가 결과
표 실험 방법 및 공정 개념도
표 구리 결정립 방위에 따른 그래핀 품질 연구
표 구리 foil 종류 및 열처리 조건에 따른 EBSD 분석
표 촉매 금속별 재결정화 전처리 전·후 XRD 분석
표 열처리 조건별 표면조도 분석: 1.5 x 1.5mm 크기
표 열처리 조건별 표면조도 분석: 500 x 500μm 크기
표 구리 foil 종류 및 열처리 조건별 TEM 분석
표 SRC 구리 foil 위 합성된 그래핀의 단면 TEM 분석 결과
표 압연 및 전해구리 foil의 합성 전-후 표면 및 단면 SEM 사진
표 구리 foil 종류 및 합성 시스템에 따른 합성 전/후 표면 조도 분석
표 표면 조도 분석: 합성 전
표 표면 조도 분석: 합성 후: 500℃ 전처리 후 그래핀 합성
표 RT-CVD 시스템을 이용한 수소 전처리 기반 합성 최적화 연구
표 전처리/열처리 조건에 따른 그래핀의 면저항 분석
표 RT-CVD 기반 구리 foil 종에 따른 면저항 특성 분석
표 구리 foil 종류에 따른 합성 전-후 RMS 분석 결과
표 결정립 크기/방향 제어를 위한 RT-CVD 최적화
표 Portable 가시화 실험 장치 설계
표 광학계 구성을 통한 in-situ 결함 가시화 시뮬레이션 조건
표 1차년도 제안 가시화 기법을 통한한 그래핀 품질 평가 실험
표 대면적 가시화 실험을 위한 장치설계(상) 및 장비 개조(하)
표 전처리 유·무가 그래핀 품질에 미치는 영향: 가시화 결과
표 N.M. 구리 foil의 재결정온도 변화에 따른 가시화 결과
표 SRC 구리 foil의 재결정온도 변화에 따른 가시화 결과
표 전처리 레이져 시스템 및 공정 조건
표 전처리 된 동박 위 그래핀 합성 연구
표 전처리 된 동박위 그래핀 품질 평가
표 합성 온도에 따른 그래핀 핵 생성 관찰-가시화 기법 연계
표 합성 시간에 따른 그래핀 도메인 관찰-가시화 기법 연계
표 합성 시간에 따른 라만 분광기 평가 결과
표 그래핀 공정 조건별 품질평가
표 다양한 동박에 대한 전처리 조건별 표준 시편 제작 모습
표 유동해석을 통한 압력 및 속도장 예측 및 장비 제작
표 시뮬레이션을 통한 유동 및 열분포 예측 및 장비 최적화
표 그패핀 표면의 다양한 결함 형태 (출처: 이한보람 교수(인천대))
표 ALD 공정을 통한 가시화 방안 도출 및 장비 제작
표 인젝터 설계 및 유동장 모델 구성 예
표 인젝터 분사 노즐부 단면에서 속도 분포
표 인젝터와 기판 거리에 따른 유입부 중심단면에서 속도 분포 (O2: O2 퍼지, O2P: O2 플라즈마)
표 합성 후 냉각 중 그래핀 가시화 공정조건 확보 결과
표 수직 방향 위치별 합성 후 냉각 중 그래핀 가시화 결과
표 실시간 광학모듈 기반 시간 변화에 따른 가시화 결과
표 그래핀 도메인 크기별 가시화 형태 분석
표 Al2O3-ALD 증착 두께에 따른 가시화 개시 온도조건 확보 (1)
표 Al2O3-ALD 증착 두께에 따른 가시화 개시 온도조건 확보 (2)
표 Al2O3-ALD 증착 두께에 따른 가시화 개시 온도조건 확보 (3)
표 Al2O3(20nm) 두께 고정 후 선형 온도 증가(~330℃)에 따른 가시화 실험
표 표준시편 기반 3종 가시화 조건 확보 및 협력 연구 진행
표 라만 분광기를 통한 진공증착 공정시 그래핀 손상도 평가
표 Al2O3-ALD 증착 두께에 따른 라만 분광기 분석
표 ITO/Al2O3/Graphene 복합 구조층 제작 및 결함 평가
표 RT-CVD 및 Sputter 연계 그래핀 복합 전극 형성기술
표 OPV 소자 제작 및 특성 평가
표 그래핀 기반 유연 EC 소자 제작 및 특성 평가
표 ALD 연구를 위한 동박별 그래핀 핵 생성 속도 비교 분석
표 Purge 가스 유량별 균일도 분석 (6인치 웨이퍼 기준)
표 그래핀/Cu foil 위 ZnO-ALD 공정 후 표면 구조 분석
표 그래핀/Cu foil 위 ZnO-ALD 공정 후 면저항 결과
표 그래핀 합성 공정: 수소 처리 유무
표 suseptor 3중 분할 방식의 열원 설계를 통한 온도 균일도 확보
표 면저항 분포도(공정별)
표 냉각중 가시화가 가능한 RTP system
표 1차년도 개발 가시화 장비 열-유동해석 및 조립도
표 온도에 따른 그래핀 가시화 이미지
표 합성 후 냉각중 가시화를 통한 그래핀 산화 가시화 예
표 합성 후 광학현미경 관찰을 위한 시편영역 및 표시방법
표 300sec. 합성 후 가시화된 그래핀 결함의 위치별 형상
표 600sec. 합성 후 가시화된 그래핀 결함의 위치별 형상
표 전처리 장비 개발 추진 현황
표 CH4 공급시간(합성) 시간별 가시화 조건 확립(SRC)
표 CH4 공급시간(합성) 시간별 가시화 조건 확립(N.M RA-foil)
표 구리 산화 전처리 가시화 챔버 및 광학 현미경
표 다층 그래핀 결함 가시화를 위한 공정 개념도
표 다양한 산화법에 기반한 그래핀 위 젖음성 평가(O2P, O3, H2O & cycles)
표 200도 5분 가시화 후 ALD 증착 cycle수에 따른 광학 현미경 기반 다층 그래핀 가시화 결과 (a) 40 (unheated), (b) 40, (c) 60, (d) 80, (e) 100, (f) 120
표 100 cycle 고정 후 200도 가시화 온도에서 시간별 가시화 이미지 관찰 (a) 0, (b) 2.5, (c) 5, (d) 7.5, (e) 10, (f) 12.5 min
표 가시화 step별 SEM 및 RAMAN spectra 분석
표 TEM 분석을 통한 단/다층 그래핀 AS-ALD 유효성 검증
표 AS-ALD 공정 후 구리 호일 위 그래핀의 Step 별 XPS 분석 결과
표 다양한 합성 조건에 따른 다층 그래핀 결함 가시화 광학현미경 사진
표 전처리 장비 개발 추진 현황
표 해석 기법 연계 유량 제어 및 균일도 확보를 위한 공정 연구
표 ALD chamber내 잔류물 코팅 형태
표 ALD 장비 내외부 형상
표 ALD model의 유한요소망
표 Velocity(x) contour in ALD chamber (Case 1)
표 Vorticity(y) contour in ALD chamber
표 Velocity(x) contour in modified ALD chamber
표 Vorticity(y) contour in modified ALD chamber
표 대면적 ALD 기반 전처리 공정 평가
표 가시화를 위한 서셉터 열원 위치
표 그래핀 전처리 장비 구성을 위한 Universal 챔버 형상
표 전처리 장비의 챔버 전체 형상
표 해석을 위해 단순화한 전처리 장비의 챔버 형상
표 Universal 챔버 재질 및 취부 방식
표 각 챔버 형상의 유한요소모델
표 Universal 챔버의 열전달 경계 조건
표 Universal 챔버의 접촉 및 경계 조건
표 Universal 챔버의 하중조건
표 챔버 형상별 온도분포
표 챔버 형상별 응력 해석 결과
표 챔버 형상에 따른 서셉터의 변형량
표 suseptor 3중 분할 방식의 열원 설계를 통한 온도 균일도 확보
표 그래핀 표준 시편 제작 및 특성 평가
표 표준시편 제작 및 서울대/성균관대학교 가시화 모델(환경 조건) 검증
표 시간에 따른 그래핀 가시화 이미지 추출
표 다층 site 및 단층 그래핀 결함 동시 검출을 위한 공정 개념도
표 가시화 공정 전(왼), 후(오) 비교
표 Universal 전처리 장비 내 표면 H2 plasma (30sccm, 5W) 처리 시간에 따른 그래핀 가시화 결과
표 Universal 전처리 장비 내 표면 H2 plasma 유량, 파워, 처리 시간에 따른 그래핀 가시화 결과
표 Universal 전처리 장비 내 O3 사이클에 따른 그래핀 가시화 결과
표 그래핀 위 무기막 복합화를 통한 다양한 형태의 그래핀 결함 검출 방법 모색
표 8인치 wafer 위 그래핀 표준 시편 제작
표 8인치 wafer 그래핀 합성 공정조건
표 재결정화 온도에 따른 구리 결정립 성장 및 단면 사진
표 재결정화 온도에 따른 구리 결정립 성장 및 단면 사진
표 재결정화 온도에 따른 구리 결정립 성장 및 단면 사진
표 그래핀 품질 평가 자동화 검사기를 활용한 wafer 위 그래핀 품질 평가
표 SEM 사진을 통한 구리 산화법을 이용한 그래핀 품질 평가 결과 검증
표 ALD/Graphene/PEN based TFE structures
표 SEM 표면 분석
표 그래핀 필름 위에서 ALD 코팅 후 결함 가시화 형태 분석
표 그래핀 필름 위에서 ALD 코팅 후 결함 가시화 형태 분석
표 그래핀 필름 위에서 ALD 코팅 후 두께별 WVTR, Tr, Haze 분석 결과
표 면저항 측정 장비(좌), 표준 시편 PET 필름 전사 후 사진
표 동박 종류별 가시화 전후 그래핀 품질 평가 측정 결과
표 라만 분광기 평가 결과
표 XPS 분석을 통하 C/O 평가 결과
표 대면적 그래핀 특성평가를 위한 전사공정 모식도
표 캐리어 필름을 이용한 전사공정 개요
표 전사공정 진행에 대한 사진 이미지
표 서로 다른 캐리어필름의 대면적 그래핀 전사 특성 비교
표 서로 다른 캐리어필름으로 전사한 그래핀의 면저항 균일도 평가 결과
표 SiN/Si 다중층 위로 전사된 대면적 그래핀의 면저항 균일도 평가결과
표 다양한 그래핀 물성 측정을 위한 기본 소자의 구조와 이를 통한 다양한 그래핀 분석의 구현에 대한 모식도
표 대면적 그래핀 측정을 위한 wafer scale 소자 제작 개발
표 기본 소자의 제작 과정
표 기본 소자를 통한 그래핀의 전기적 특성 고찰
표 그래핀을 일부 영역만 기른 후에 기본 소자로 전사 후 TEM 분석한 결과
표 전면적으로 기른 그래핀을 기본 소자로 전사 후 TEM 분석한 결과
표 그래핀을 기본 소자로 전사한 후에 optical microscopy를 이용한 그래핀 분석
표 기본 소자에서의 SiN의 두께와 그래핀의 layer 개수에 따른 Raman signal
표 기본 소자에 전사된 그래핀의 SEM 이미지
표 전기적 특성을 위한 3 가지 종류의 그래핀 샘플: undoped, In-situ doping, Ex-situ doping
표 서로 다른 도메인 크기를 가지는 그래핀 합성을 위한 합성 조건
표 그래핀을 partical coverage로 합성 후 구리 호일을 산화시켜 관찰한 광학 이미지
표 메탄 flow rate 에 따른 도메인 밀도 및 크기
표 17 um의 도메인 크기를 가지는 그래핀을 온도와 시간의 함수로 가시화 시킨 광학 현미경 사진
표 다양한 도메인 사이즈를 가지는 그래핀에 210 ℃, 60분 가시화 기술을 적용한 결과
표 240 ℃, 15분 동안 가시화 기술을 적용한 이미지(왼쪽)와 이를 토대로 그래핀의 도메인을 추정 검은 dash line으로 표현한 이미지(오른쪽)
표 partial coverage 그래핀과 full coverage 그래핀의 TEM dark field image
표 52 um 크기의 도메인을 가지는 그래핀의 도핑 전후로의 전기적 특성
표 그래핀의 도메인 크기에 따른 면저항의 변화
표 그래핀 도메인 크기에 따른 캐리어 밀도와 이동도의 변화
표 그래핀 미세구조와 전기적 특성 연계를 위한 이론
표 합성된 그래핀의 도메인 크기에 따른 면저항과 fitting 결과
표 Fitting 결과를 통한 이론의 각 성분의 값
표 면저항에 차지하는 도메인 내부성분(검은색)과 결정립계 성분(빨간색)
표 그래핀의 도메인 크기와 면저항의 상관관계
표 그래핀 합성 크기 및 그래핀 합성 조건
표 그래핀의 위치별 면저항 그래프
표 그래핀 합성 조건별 면저항의 히스토그램 및 평균 면저항과 표준편차
표 캐리어 이동도 그래프 및 히스토그램
표 캐리어 이동도 그래프 및 히스토그램
표 NM 100 샘플의 끝단 부분 가시화 이미지
표 가시화 전처리 공정 전후 전기적 특성 평가를 위한 process flow와 합성조건
표 동박 별 가시화 전후 면저항 그래프
표 가시화 전처리 공정 전후 동박 별 캐리어 이동도
표 가시화 공정 전처리 전후 동박 별 캐리어 밀도
표 IKG 동박 그래핀 가시화 전후 면저항
표 IKG 동박 그래핀 가시화 전후 면저항
표 220℃ oxygen 분위기에서 열처리 시간에 따른 그래핀 SEM 이미지
표 220℃ oxygen 분위기에서 열처리 시간에 따른 그래핀 전기적 특성의 변화
표 180℃ hot plate 에서 시간에 따른 그래핀 가시화 경향
표 200℃ hot plate 에서 시간에 따른 그래핀 가시화 경향
표 200℃ hot plate 에서 시간에 따른 그래핀 가시화 경향 [2세부 표준시편]
표 그래핀 표준 시편의 온도 시간별 optic image
표 Fox 도출 과정
표 가시화 온도와 시간에 따른 Fox와 JMAK를 통해 살펴본 Cu2O growth direction 모식도
표 ln(k) vs 1/T 그래프
표 가시화 공정 후 결정립에서의 cross-sectional TEM image
표 Cu2O를 확대한 cross-sectional TEM image
$Cu2O에서의 diffraction pattern과 EDS 분석결과$ 표 Cu2O에서의 diffraction pattern과 EDS 분석결과
표 가시화 온도 /시간 별 그래핀의 전기적 특성
표 가시화 공정 온도 시간별 면저항과 이를 통하여 만든 contour map
표 가시화가 진행된 그래핀 결정립에서의 Cross-sectional TEM image
표 그래핀 결정립 부분으로 추정되는 곳에서의 Cross-sectional TEM image and HAADF analysis
표 그래핀 위에서 Cu2O가 생성되는 메커니즘
표 Fox에 따른 그래핀의 면저항, 캐리어밀도, 캐리어 이동도
표 Fox에 따른 그래핀의 모빌리티 변화 모식도
표 가시화 공정 후 그래핀을 percolation mode로의 적용
표 percoaltion model 적용과정
표 다양한 iteration과 initial nuclei에 따른 percolation probability 변화양상
표 percolation probability의 mobility에의 fitting

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