γ-알루미나 촉매 기반 그래핀 성장의 산소 의존성

Abstract

본 연구에서는 gamma alumina (γ-Al2O3) 촉매에서 chemical vapor deposition (CVD)을 이용한 그래핀 합성 시, air leakage에 의한 산소 유입이 그래핀 성장과 합성된 그래핀의 전기적 성질에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 산소 농도는 CVD 장치의 inlet으로부터의 거리에 비례해서 감소하므로, CVD 튜브 내에 촉매 기판 위치를 변경함으로써 서로 다른 산소 노출 환경을 조성하였다. 산소 노출 환경에 따라서 성장한 그래핀의 coverage는 61.7% 에서 93.2% 까지 증가하였고 sp2 함량은 51.01% 에서 72.09% 까지 증가하였다. 또한 산소 노출에 의해 발생한 그래핀의 산소 작용화 결함에 따른 sheet resistance (RS), contact resistance (RC) 그리고 electrical homogeneity (EH)의 측정을 통해 산소에 의존적인 그래핀의 전기적 특성이 조사되었다. 그래핀의 산소 함량이 9.75% 에서 14.82% 의 범위 에서, 측정된 RS의 값은 0.82 kΩ/□ 에서 6.64 kΩ/□ 까지 변화하였고, RC의 값은 0.50 kΩmm 에서 4.43 kΩmm 까지 변화하였다. EH의 값은 23.00% 에서 97.89% 까지 변화하였다. 이러한 결과를 통해 그래핀의 산소결함에 의한 fermi level (EF)의 변화가 그래핀과 금속 전극 사이의 potential barrier를 증가시킴으로써 그래핀의 산소 함량과 전기적 특성이 exponential relation를 가지고 있음을 보여주었다.