制造石墨烯的方法及通過(guò)所述方法制造的石墨烯的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及制造石墨烯的方法及通過(guò)所述方法制造的石墨烯。更特別地，公開(kāi)了一種用于生長(zhǎng)具有高品質(zhì)的石墨烯的制造石墨烯的方法，以及通過(guò)所述方法制造的石墨烯。所述方法包括準(zhǔn)備熱膨脹補(bǔ)償基底；在所述熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層以及在所述金屬層上形成石墨烯。
【專(zhuān)利說(shuō)明】制造石墨烯的方法及通過(guò)所述方法制造的石墨烯
[0001] 本申請(qǐng)要求在2013年6月12日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10-2013-0067198的權(quán)益， 通過(guò)參考將其全部并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及石墨稀，更特別地涉及一種用于生長(zhǎng)具有商品質(zhì)的石墨稀的制造石墨 烯的方法，以及通過(guò)所述方法制造的石墨烯。

【背景技術(shù)】
[0003] 含有碳原子的物質(zhì)包括富勒烯，碳納米管，石墨烯和石墨。其中，石墨烯是結(jié)構(gòu)為 碳原子的二維平面陣列的單原子層。
[0004] 特別地，石墨烯具有相當(dāng)穩(wěn)定和優(yōu)異的電性能、機(jī)械性能和化學(xué)性能以及優(yōu)異的 導(dǎo)電性，由此與聚硅氧烷相比更快速地?cái)y帶電子且使得與銅相比能夠施加更高的電流，自 從基于2004年從石墨中分離石墨烯的方法的發(fā)現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了其，已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了積 極研究。
[0005] 作為電子電路的基材，這樣的石墨烯備受關(guān)注，因?yàn)槠淇梢源竺娣e制造且具有電 穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的導(dǎo)電性。
[0006] 另外，石墨烯的電性能可以根據(jù)具有預(yù)定厚度的石墨烯的晶體方向而變化。因此， 在用戶選擇的方向上表達(dá)電性能且由此可以容易地設(shè)計(jì)裝置。因此，石墨烯被有效地用于 碳基電子或電磁裝置。
[0007] 由此，可在作為催化劑基底的金屬層上形成石墨烯。在這方面，石墨烯具有負(fù)的熱 膨脹系數(shù)，而金屬具有正的熱膨脹系數(shù)。因此，熱膨脹系數(shù)之差可能在石墨烯的制造期間在 石墨烯中造成裙皺的形成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，本發(fā)明涉及一種用于生長(zhǎng)具有高品質(zhì)的石墨烯的制造石墨烯的方法以及通 過(guò)所述方法制造的石墨烯，其基本上消除了由相關(guān)技術(shù)的限制與缺點(diǎn)造成的一個(gè)或多個(gè)問(wèn) 題。
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種制造石墨烯的方法以及通過(guò)所述方法制造的石墨烯，從 而補(bǔ)償可能由金屬層與金屬層上形成的石墨烯之間的熱膨脹之差產(chǎn)生的現(xiàn)象，并由此生長(zhǎng) 具有商品質(zhì)的石墨稀。
[0010] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的以及特征將部分地闡述于下列說(shuō)明中，且部分地在對(duì)以 下進(jìn)行檢查時(shí)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐得知。 本發(fā)明的目的及其它優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)描述在此的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)以及附圖中特別指出 的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并獲得。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在本文中體現(xiàn)和廣泛描 述的，制造石墨烯的方法包括：準(zhǔn)備熱膨脹補(bǔ)償基底；在所述熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬 層以及在所述金屬層上形成石墨烯。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造石墨烯的方法包括：準(zhǔn)備含有熱膨脹控制物質(zhì)的熱 膨脹補(bǔ)償基底；在所述熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層以及在所述金屬層上形成石墨烯，其 中所述熱膨脹控制物質(zhì)具有比所述金屬層更低的熱膨脹系數(shù)或者負(fù)熱膨脹系數(shù)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造石墨烯的方法包括：準(zhǔn)備熱膨脹補(bǔ)償基底，其包 含支撐基底和設(shè)置在所述支撐基底上的熱膨脹控制物質(zhì)，其中所述熱膨脹控制物質(zhì)具 有-50ppm/K至5ppm/K的熱膨脹系數(shù)；在所述熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層以及在所述金 屬層上形成石墨烯。
[0014] 應(yīng)理解，本發(fā)明的上述一般描述和以下詳細(xì)描述都是示例性和說(shuō)明性的，且旨在 提供對(duì)所要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 附圖被包括以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并被并入且構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，附圖 示出本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中：
[0016] 圖1是示出制造石墨烯的方法的一個(gè)實(shí)例的流程圖；
[0017] 圖2是示出在熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層的一個(gè)實(shí)例的剖視圖；
[0018] 圖3是示出在熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層的另一實(shí)例的剖視圖；和
[0019] 圖4是示出在金屬層上形成石墨烯的一個(gè)實(shí)例的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在附圖中示出其實(shí)例。
[0021] 然而，本發(fā)明允許各種修改和變化，且其【具體實(shí)施方式】描述于附圖中并將被詳細(xì) 說(shuō)明。本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限于本文所闡述的實(shí)施方式，且包括符合與所附權(quán)利要求書(shū) 限定的本發(fā)明的主旨或范圍的修改、變化、等價(jià)物和替代。
[0022] 應(yīng)理解，當(dāng)諸如層、區(qū)域或基底的元件被稱(chēng)為在另一元件"上"時(shí)，其可以直接在該 元件上，或者也可以在其間存在一個(gè)或多個(gè)中間元件。
[0023] 此外，應(yīng)理解，雖然在本文中可使用術(shù)語(yǔ)諸如"第一"和"第二"描述元件、組件、區(qū) 域、層和/或部位，但是元件、組件、區(qū)域、層和/或部位不應(yīng)該受這些術(shù)語(yǔ)的限制。
[0024] 圖1是示出制造石墨烯的方法的流程圖。在下文中，將參考圖1詳細(xì)描述制造石 墨烯的方法。
[0025] 如圖1中所示，首先，準(zhǔn)備熱膨脹補(bǔ)償基底（S10)。
[0026] 接下來(lái)，如圖2中所示，在熱膨脹補(bǔ)償基底10上形成金屬層20(S20)。
[0027] 熱膨脹補(bǔ)償基底10可以包含具有低熱膨脹系數(shù)或負(fù)熱膨脹系數(shù)的物質(zhì)。
[0028] 例如，熱膨脹補(bǔ)償基底10可以在從基底起幾納米（nm)到幾十納米（nm)的深度范 圍內(nèi)具有5ppm/K以下的低熱膨脹系數(shù)或負(fù)熱膨脹系數(shù)。
[0029] 此外，熱膨脹補(bǔ)償基底10可以使用在高溫下不與金屬層20反應(yīng)而產(chǎn)生化合物的 物質(zhì)準(zhǔn)備。
[0030] 熱膨脹補(bǔ)償基底10可含有熱膨脹控制物質(zhì)11。例如，如圖2中所示，熱膨脹補(bǔ)償 基底10可以使用熱膨脹控制物質(zhì)11制造。
[0031] 此外，熱膨脹補(bǔ)償基底10可以通過(guò)在支撐基底12上形成熱膨脹控制物質(zhì)11制 造，如圖3中所示。
[0032] 因此，熱膨脹控制物質(zhì)11可以直接接觸金屬層20。
[0033] 支撐基底12可以包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、藍(lán)寶石和石英中的至少一種，但 本發(fā)明不限于此。
[0034] 熱膨脹控制物質(zhì)11可包含碳化硅（SiC)、石墨、石墨烯、碳納米管、金剛石、Μ2Β 3012、 ΑΧ208和A2P2W012中的至少一種，其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或鑭系金屬，B表示W(wǎng)、Mo 或P，X表示W(wǎng)或Mo,且A表示Zr或Hf。
[0035] 諸如Μ2Β3012, ΑΧ208和A2P2W012的物質(zhì)具有負(fù)熱膨脹系數(shù)。
[0036] 熱膨脹控制物質(zhì)11的熱膨脹系數(shù)可以在_50ppm/K至5ppm/K的范圍內(nèi)。
[0037] 此外，當(dāng)在含熱膨脹控制物質(zhì)11的熱膨脹補(bǔ)償基底10上形成金屬層20時(shí)，包含 熱膨脹補(bǔ)償基底10和金屬層20的組合層可以具有-20ppm/K至10ppm/K的熱膨脹系數(shù)。
[0038] 金屬層20可以由能夠形成石墨烯的催化劑金屬形成，且催化劑金屬可包括金屬 如 Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V*Zr。
[0039] 催化劑金屬通常具有正熱膨脹系數(shù)。例如，銅（Cu)具有16. 4ppm/K的熱膨脹系數(shù)。
[0040] 金屬層20可以具有約幾埃(A)到約幾百納米的厚度，優(yōu)選具有幾埃丨到幾十納 米的小厚度。
[0041] 接著，如圖4中所示，在金屬層20上形成石墨烯30。
[0042] 石墨烯30的形成可以使用化學(xué)氣相淀積法（CVD)來(lái)進(jìn)行。
[0043] 此外，可以使用化學(xué)氣相淀積法如熱-化學(xué)氣相淀積法（CVD)、電感耦合等離子體 化學(xué)氣相淀積法（ICP-CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法（ΡΕ-CVD)和微波CVD法。此外， 可以使用各種方法如快速熱退火法（RTA)、原子層淀積法（ALD)和物理氣相淀積法（PVD)。
[0044] 化學(xué)汽相淀積法是通過(guò)在腔室（未示出）中放置具有金屬層20的熱膨脹補(bǔ)償基 底10,并在合適的生長(zhǎng)條件下對(duì)腔室供給碳源，從而生長(zhǎng)石墨烯30的方法。
[0045] 碳源的實(shí)例包括氣體型碳源如甲烷（CH4)和乙炔（C2H 2)，固體型碳源如粉末和聚 合物，以及液體型碳源如氣泡酒。
[0046] 此外，可以使用各種碳源如乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丁烷、丁二烯、戊烷、戊 烯、環(huán)戊二烯、己烷、環(huán)己烷、苯和甲苯。
[0047] 石墨烯30的形成可在約300°C至約1500°C的溫度下進(jìn)行。金屬層20和石墨烯30 可在該溫度條件下熱膨脹或收縮。
[0048] 在石墨烯30的形成完成之后，將在熱膨脹補(bǔ)償基底10上形成的石墨烯30冷卻到 室溫。
[0049] 如上所述，金屬層20具有正熱膨脹系數(shù)。例如，銅（Cu)具有16. 4ppm/K的熱膨脹 系數(shù)。
[0050] 另一方面，在金屬層20上形成的石墨烯30具有_8ppm/K的熱膨脹系數(shù)。隨著熱 量增加，石墨烯30的長(zhǎng)度減?。ㄊ湛s）。
[0051] 因此，當(dāng)對(duì)在300°C至1500°C的溫度下在金屬層20上形成的石墨烯30進(jìn)行冷卻 時(shí)，可能發(fā)生由其中金屬層20收縮但石墨烯30膨脹的熱膨脹之差造成的現(xiàn)象。
[0052] 熱膨脹補(bǔ)償基底10補(bǔ)償可能由金屬層20和石墨烯30之間的熱膨脹之差產(chǎn)生的 現(xiàn)象。
[0053] S卩，具有與石墨烯30相似的熱膨脹特性的熱膨脹控制物質(zhì)11補(bǔ)償可能由金屬層 20和石墨烯30之間的熱膨脹之差產(chǎn)生的現(xiàn)象。
[0054] 在未補(bǔ)償金屬層20和石墨烯30之間的熱膨脹之差的情況下形成的石墨烯30中 可能產(chǎn)生許多褶皺。
[0055] 褶皺可能對(duì)石墨烯30有負(fù)面影響。即，在形成的石墨烯30的冷卻期間產(chǎn)生的褶 皺可能抑制石墨烯30的電性能。
[0056] 因此，將具有幾埃(A)到幾十納米的相當(dāng)小厚度的金屬層20設(shè)置在具有低或負(fù)熱 膨脹系數(shù)的熱膨脹補(bǔ)償基底10上，并在金屬層20上形成石墨烯30,由此使得在金屬層20 的加熱和冷卻期間，能夠控制金屬層20的熱膨脹和收縮。
[0057] 控制方向類(lèi)似于石墨烯30的熱膨脹方向，由此防止在石墨烯30中產(chǎn)生褶皺。
[0058] 也就是說(shuō)，在形成的石墨烯30的冷卻期間，金屬層20沒(méi)有大幅收縮，由此使得能 夠制造相當(dāng)平坦并具有低粗糙度和高性能的石墨烯30。
[0059] 因此，通過(guò)補(bǔ)償金屬層20和石墨烯30之間的熱膨脹之差，石墨烯30的品質(zhì)可以 大大提商，且特別地，石墨稀30的電性能可以大大提商。
[0060] 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可以在不脫離本發(fā)明的主旨或范圍的情況下在 本發(fā)明中進(jìn)行各種修改和變化。因此，目的是，本發(fā)明包括在所附權(quán)利要求書(shū)及其等價(jià)物的 范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種制造石墨烯的方法，包括： 準(zhǔn)備熱膨脹補(bǔ)償基底； 在所述熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層；以及 在所述金屬層上形成石墨烯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱膨脹補(bǔ)償基底包含熱膨脹控制物質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述熱膨脹控制物質(zhì)包含碳化硅（SiC)、石墨、石 墨烯、碳納米管、金剛石、Μ2Β 3012、ΑΧ208和A2P 2W012中的至少一種， 其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或鑭系金屬，B表示W(wǎng)、Mo或P，X表示W(wǎng)或Mo,且A表 示Zr或Hf〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述熱膨脹控制物質(zhì)具有-50ppm/K至5ppm/K的 熱膨脹系數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱膨脹補(bǔ)償基底的準(zhǔn)備包括在支撐基底上形 成熱膨脹控制物質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述支撐基底包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、藍(lán)寶 石和石英中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱膨脹補(bǔ)償基底和所述金屬層的組合層具 有-20ppm/K至10ppm/K的熱膨脹系數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱膨脹補(bǔ)償基底補(bǔ)償所述金屬層和所述石墨 烯之間的熱膨脹之差。
9. 一種制造石墨烯的方法，包括： 準(zhǔn)備熱膨脹補(bǔ)償基底，其包含熱膨脹控制物質(zhì)； 在所述熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層；以及 在所述金屬層上形成石墨烯， 其中所述熱膨脹控制物質(zhì)具有比所述金屬層更低的熱膨脹系數(shù)，或具有負(fù)熱膨脹系 數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱膨脹控制物質(zhì)包含碳化硅（SiC)、石墨、石 墨烯、碳納米管、金剛石、Μ2Β 3012、ΑΧ208和A2P 2W012中的至少一種， 其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或鑭系金屬，B表示W(wǎng)、Mo或P，X表示W(wǎng)或Mo,且A表 示Zr或Hf〇
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱膨脹控制物質(zhì)具有_50ppm/K至5ppm/K的 熱膨脹系數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱膨脹補(bǔ)償基底和所述金屬層的組合層具 有-20ppm/K至10ppm/K的熱膨脹系數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中將所述熱膨脹控制物質(zhì)設(shè)置在支撐基底上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述支撐基底包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、藍(lán) 寶石和石英中的至少一種。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱膨脹控制物質(zhì)直接接觸所述金屬層。
16. -種制造石墨烯的方法，包括： 準(zhǔn)備熱膨脹補(bǔ)償基底，其包含支撐基底和設(shè)置在所述支撐基底上的熱膨脹控制物質(zhì)， 其中所述熱膨脹控制物質(zhì)具有-50ppm/K至5ppm/K的熱膨脹系數(shù)； 在所述熱膨脹補(bǔ)償基底上形成金屬層；以及 在所述金屬層上形成石墨烯。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述熱膨脹控制物質(zhì)包含碳化硅（SiC)、石墨、 石墨烯、碳納米管、金剛石、Μ2Β 3012、ΑΧ208和A2P 2W012中的至少一種， 其中Μ表示Al、Sc、In、Y、Zr、Hf或鑭系金屬，B表示W(wǎng)、Mo或P，X表示W(wǎng)或Mo, A表示 Zr 或 Hf。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述熱膨脹補(bǔ)償基底和所述金屬層的組合層具 有-20ppm/K至10ppm/K的熱膨脹系數(shù)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述支撐基底包含硅（Si)、二氧化硅（Si02)、藍(lán) 寶石和石英中的至少一種。
20. 石墨烯，其根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制得。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK104229776SQ201410129601
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月12日
【發(fā)明者】崔珉碩, 金泰亨, 文振山, 鄭明姬 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社