Graphene has successfully shown its superior properties beyond existing physical limitations. The development of chemical vapor deposition (CVD) on catalyst metals enabled the synthesis of large-area and high-quality graphene. To preserve the ideal properties in graphene and ensure the reliability in applications, the defects should be minimized. However, during the synthesis, integration, and operation of graphene devices, numerous defects are inevitably formed; therefore, evaluation and healing of the defects are required. In this dissertation, I have focused on the evaluation and healing of graphene defects. Based on the oxidation of catalyst metal, graphene defects were visualized on as-grown substrates. The penetration and lateral diffusion characteristics were investigated for a diffusion barrier application. However, the oxidation method cannot be used on a transferred substrate, and induces significant damage on graphene. Therefore, the non-destructive defect visualization method was further developed based on the electrochemical reduction of metal. Because of the local charge concentration, the defects were selectively decorated with metal, and furthermore it was demonstrated on various substrates such as polymers, ceramics, and metals. Moreover, the graphene defects were quantitative evaluated by the electromagnetic induction. The induced voltage on graphene represents the degree of defect, which was verified by experiments and theoretical calculations. It is significant that the induced voltage is decoupled from the conductivity change of graphene. The electrodeposition of metal also enabled the healing of graphene defects. The electrical and mechanical properties of defective graphene were effectively healed by controlling the electrodeposition. Furthermore, the external damages of strain and surface scratch were induced on graphene, and the electrical property was recovered after the healing process. The roughness prediction model was proposed for the healed graphene, and limitations of the electrodeposition process was discussed.
그래핀은 기존 재료의 한계를 뛰어넘는 우수한 물리적인 특성들을 보여주었다. 화학기상증착법의 개발로 인하여 대면적 고품질 그래핀의 합성이 가능하게 되었으나, 그래핀의 이상적인 특성을 유지하고 신뢰성을 보장하기 위하여는 결함을 최소화 하여야 한다. 그러나 그래핀 소자의 합성, 전사, 동작 시 수많은 결함이 불가피하게 생성되게 되며 따라서 이들 결함을 효과적으로 평가하고 치유 할 수 있는 기술이 요구된다. 본 학위논문에서는 그래핀 결함의 평가 및 치유에 대해 연구하였다. 촉매 금속을 산화하는 방법을 이용하여 그래핀 결함을 가시화 하였으며, 그래핀 확산 방지 층에서 분자들의 침투 및 확산 특성을 연구하였다. 그러나 산화 방법은 전사된 기판 위에서는 사용될 수 없으며 그래핀에 손상을 입힌다는 단점이 있다. 따라서 금속의 전기화학적인 환원반응을 이용하여 비 파괴적인 방법으로 결함을 가시화하는 방법 또한 개발하였다. 선택적이고 국부적인 전하 집중으로 인하여 결함이 금속으로 둘러싸였으며 이는 고분자, 세라믹, 금속 등의 다양한 기판 위에서 적용 가능하다. 그래핀 결함의 정량적 평가를 위하여 전자기 유도를 적용 하였다. 그래핀에 유도된 전압은 결함의 정도를 나타내며, 이는 실험과 이론적인 계산을 통하여 검증되었다. 또한 유도된 전압은 그래핀 전기전도도 변화에 독립적인 특성을 보임을 확인 하였다. 최종적으로 금속의 전기 도금을 이용하여 그래핀의 결함을 치유 할 수 있었다. 전기도금 조건을 제어함으로써 결함이 있는 그래핀의 전기적, 기계적 특성을 향상시킬 수 있었다. 또한 인장, 스크래치 등과 같이 외력에 의해 손상된 그래핀도 결함 치유를 통해 전기적 특성이 회복 될 수 있음을 확인 하였다. 결함 치유된 그래핀의 표면 조도 예측 모델을 제안하였으며, 전기도금법의 한계 또한 논의 하였다.