Graphene is a two-dimensional sheet of sp2-huybridized carbon with interesting properties including exponentially high thermal/electrical conductivity, surface area, and mechanical strength. It is the thinnest known material in the universe and the strongest ever measured. In this paper, we report on the single crystal-line graphene films or large size graphene grains grown using local and sequential heating CVD which is modified conventional CVD. We suggest the local and sequential heating as the hotwire (tungsten wire: 1 Φ ×160 mm) connected motor stage to control wire scan speed (10 um/min < v < 40 mm/min). The mobile hot-wire (having small heat capacity) is used to controlling the temperature gradients as it controls wire moving or scanning speed. It is possible to synthesize the single crystalline graphene or large size of graphene grains. We use tungsten as the heating element which is a substance that can be used at high temperature stably and wire having small heat capacity.
The resulting graphene layer using local heat treatment, exhibit changes of graphene properties de-pending on distance from wire. We demonstrate the ability to grow high quality graphene on local region. Using sequential heat treatment, we enlarged the grain size of graphene domain by up to 300 um as confirmed by Liquid crystal analysis, TEM dark field image, and diffraction pattern mapping (before sequential heat treatment : ~ 200 nm, after : ~ 300 um). We found that a precise control over wire scan speed and substrate temperature is critical to obtaining high-quality graphene films over large area with direction domain.
그래핀은 탄소 원자 한 층의 2차원 물질로 6각형의 벌집 모양의 배열을 가진, 두께 0.35 nm의 물질 말한다. 그래핀은 상온에서 실리콘보다 전자를 100배 빨리 이동시킬 수 있고, 구리보다 단위 면적당 100배 많은 전류를 흘려 보낼 수 있다. 또한 다이아몬드보다 열전도성이 2배 이상 높고, 강철보다 기계적 강도가 200배 이상 강하며 투명성을 가진다. 게다가 탄소가 그물처럼 연결된 육각형 벌집 구조의 공간적 여유로 신축성이 생겨, 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는다.
그래핀 성장법 중 국부적이면서 연속적인 열처리 화학 기상 증착법 (Local and Sequential heating CVD; LSCVD) 은 기존의 일반적인 CVD 에서 생기는 단점들을 보완하여 설계하였다. 일반적인 CVD는 시료 전체에 열을 가하기 때문에 그래핀의 핵 생성 위치가 무작위적으로 형성되어 다결정의 그래핀으로 성장한다. 본 연구에서는 기존의 CVD 방법에서 샘플 전체에 열처리를 가하는 것을 보완하여 국부적이면서 연속적인 열처리가 가능하도록 설계하였다. 국부적인 열처리에 의한 고품질의 그래핀을 국부적인 영역에 성장시켰고, 거리에 따른 품질 변화를 라만 분광을 이용하여 분석하였다. 연속적인 열처리를 그래핀 성장에 적용함으로써 결정립 크기를 증가시켰다. (연속적인 열처리 전 : 200 nm, 열처리 후 : 300 um). 그래핀 위에서 액정 배향과 TEM 분석을 통하여 도메인 사이즈를 분석하였고 와이어 스캐닝 방향에 따라 방향성을 가지는 것을 확인하였다.
