Graphene, a single-atomic layer of carbon network, has been highlighted as a novel two dimensional material with their unique properties and potential applications in electronics. Due to two dimensional sp2 network of carbon in graphene, the electron shows a massless behavior which is described by the Dirac equation. This gives graphene its unique zero band gap property. However, it is possible to engender electronic band gap in graphene via fabricating graphene nanostructures such as graphene quantum dot, graphene nanoribbon and graphene nanomesh. Numerous methods to fabricate graphene nanostructures have been reported. Among the various nanostructures of graphene, graphene quantum dot is at an early developmental stage for practical fabrication. In previous research, graphene quantum dots were typically fabricated by mechanical or chemical subdividing methods from exfoliated graphene oxide or reduced graphene oxide. These methods are simple, and quantum dots obtained by this method are soluble to various solvents. However, controlling the size is a critical challenge.
In this thesis, uniform graphene quantum dots are fabricated via self-assembled block copolymer as an etch mask for the underlying graphene film which was grown by chemical vapor deposition method. Electron microscope images verified that the prepared graphene quantum dots diameters are 10 and 20 nm, corresponding to the size of self-assembled silica nanostructure. Also by the analysis of the Raman spectra and observation of photoluminescence spectra of each step-by-step process supports the fabrication of graphene quantum dots. In the measured photoluminescence spectra, the emission peak of the graphene quantum dots on the SiO2 substrate is shown to be at ~ 395 nm. Oxygen plasma was treated to graphene sheet to verify the effect of oxygen contents to photoluminescence property. In addition, the doping effect to graphene quantum dots was carefully discussed in this thesis.
이차원 상에서 탄소원자들이 벌집 구조를 이루고 있는 것을 그래핀이라 명명한다. 그래핀은 그 우수한 특성들 때문에 다양한 소자로의 적용이 기대된다. 하지만 그래핀은 특이한 전자구조로 인해 밴드갭 에너지를 지니지 않는 특성을 갖는다. 이러한 밴드갭 에너지가 없는 그래핀을 일정 크기 이하로 나노패터닝 해줄 경우 밴드갭 에너지를 지니는 그래핀 양자점, 그래핀 나노리본, 그리고 그래핀 나노메쉬를 만들 수 있다. 이러한 그래핀 나노구조물을 만들기 위해 다양한 방법들이 소개되어졌다. 그 중 이 연구에서는 그래핀 양자점에 관해 다룬다. 이전 연구들에서 산화 그래핀을 환원시킨 이후 물리적, 화학적 박리법을 이용하여 그래핀 양자점을 제조하였다. 이러한 방법들은 간단하고 수용액에 잘 녹는 그래핀 양자점을 만들 수 있으나 크기 제어가 매우 어렵다.
이 논문에서는 자기조립 블록공중합체를 이용하여 크기가 매우 균일한 그래핀 양자점을 제조하였다. 전자 현미경을 통하여 그래핀 양자점이 10 nm , 20 nm 크기를 갖음을 확인하였다. 또한 라만과 광루미네센스 분석을 통하여 그래핀 양자점의 제조과정 별 특성을 확인하였다. 광루미네센스 결과를 통하여 얻어진 그래핀 양자점이 395 nm에서 빛을 방출하는 것을 확인하였고 추가 실험을 통하여 산소 함량과 도핑 효과에 따른 광루미네센스 특성을 분석하였다.
