플라즈마 처리에 따른 그래핀의 물성 변화 연구 - 이상혁 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
그래핀(Graphene)은 2차원 평면 구조의 탄소 동소체이며, 철보다 높은 강도, 뛰어난 전기적 특성, 우수한 열 전도도 및 유연성 등 다양한 특성을 가지는 물질이다. 이와 같은 우수한 물성을 바탕으로 투명전극, 초고속 트랜지스터, 센서 등 다양한 분야에서 응용될 가능성이 크기 때문에, 대면적 합성과 다양한 응용 기술 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 단일층 그래핀 합성과, 합성한 그래핀을 바탕으로 그래핀 전계효과 트랜지스터를 제작하여 향후 다양한 분야로의 응용에 기반이 될 그래핀의 물성을 연구하였다. 구리 금속막과 Low Pressure Chemical Vapor Deposition(LPCVD)를 이용하여 합성을 진행했고, 단일 층 그래핀을 합성하기 위한 조건을 설정과 이를 최적화하기 위한 연구를 진행하였다. 추가적으로 플라즈마 처리에 따라 변화하는 그래핀의 물성을 확인하였다. Plasma cleaner 장비를 기반으로 산소(O_2) 플라즈마와 아르곤(Ar) 플라즈마 처리를 진행한 뒤, 변화하는 그래핀의 물성을 확인하였다. 원자 힘 현미경(Atomic Force Microscopy)을 사용하여 표면 특성 및 단차 변화를, 라만 분광기(Raman spectroscopy)을 사용하여 광학적 특성 및 격자구조의 변화를, 전류-전압 특성을 이용하여 전기적 특성 변화 및 doping 여부를 파악하였다. 산소 플라즈마 처리 하에서 그래핀은 1초 단위의 짧은 시간에도 상당한 결함이 형성된 것을 확인했고, 아르곤 플라즈마 처리 하에서는 산소 플라즈마에 비해 상대적으로 결함 생성 속도가 느린 것을 확인하였다. 또한 산소, 아르곤 플라즈마 처리는 그래핀에 P-type doping을 유발하는 것을 알 수 있었다. 그래핀의 합성과 플라즈마 처리에 따른 그래핀의 물성 변화에 대한 본 연구는 단일층 그래핀 합성조건 연구에 기반이 될 수 있고, 결함 생성에 따라 변화하는 그래핀의 물성 이해를 통해 향후 다양한 산업에 응용될 수 있다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :에너지시스템학과,2023. 2
Keywords: 그래핀; 트랜지스터; 플라즈마