| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2012년 가을 (11/07 ~ 11/09, 라카이샌드파인 리조트) |
| 권호 | 18권 2호 |
| 발표분야 | B. 나노재료(Nanomaterials) |
| 제목 | Controllable and reversible nitrogen doping on graphene by ammonia plasma treatment and vacuum annealing |
| 초록 | 그래핀(Graphene)은 우수한 전기적, 기계적, 광학적 특성들로 인하여 전자소자, 센서, 에너지 저장재료 등 다양한 분야로 응용이 가능하다고 알려진 단 원자층의 탄소나노재료이다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 운반체(Carrier) 농도, 전하 이동도(Mobility), 에너지 갭 등 전기적 특성을 향상시키거나 제어하는 것이 필요하다. 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 접근방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑의 방법으로 질소, 수소, 산소 등 다양한 이종원소를 이용하여 열처리하거나 플라즈마를 방전하여 처리함으로써 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 흡착시켜 도핑된 그래핀을 얻는 방법들이 제시되었다. 이중 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 처리가 가능하고, 처리시간, 공정압력, 인가전압 등 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 손쉽게 제어할 수 있는 장점을 가지고 있다. 한편 그래핀의 도핑 정도 제어와 함께 도핑효과를 제거하여 가역적으로 전기적 특성을 제어하는 것 또한 그래핀의 응용을 고려하면 매우 중요한 연구로 인식되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 및 진공 열처리를 통해 그래핀의 도핑과 회복거동을 고찰하였다. 그래핀은 흑연으로부터 물리적으로 박리하여 산화막 실리콘 기판 위에 제작하였다. 그래핀의 질소 도핑은 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 암모니아(NH3) 플라즈마를 방전해 처리하여 수행하였으며, 플라즈마 파워와 처리시간을 변수로 최적 도핑조건 도출 및 도핑 정도의 제어를 도모하였다. 그래핀의 질소 도핑 정도는 라만 스펙트럼의 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. NH3 플라즈마 처리 후 G밴드 위치가 장파장 방향으로 이동하며(Red-shift), 반치폭은 감소하는 것을 통해 그래핀의 질소도핑을 확인하였다. 한편 질소 도핑된 그래핀의 회복실험은 10-6 Torr의 고진공에서 열처리를 통해 수행하였다. 진공 열처리된 그래핀의 G밴드 위치와 반치폭은 플라즈마 도핑 이전의 초기값과 유사한 값을 갖는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과로부터 진공 열처리를 통해 질소 도핑의 효과가 제거되어 그래핀이 초기상태로 회복되었음을 확인하였다. |
| 저자 | 이병주, 정구환 |
| 소속 | 강원대 |
| 키워드 | 그래핀; 질소도핑; 회복; 플라즈마 |
