• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.629-629
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• 2013

Graphene is a carbon based material and it has intriguing features, such as phenomenally strong, thin, flexible, transparent and conductive, those make it attractive for a broad range of applications.Unfortunately, graphene is extremely sensitive to contamination. When we fabricate graphene devices, electrical properties of graphene are altered [1], and the charge carrier mobility drops accordingly by orders of magnitude. This significant impact on electron mobility occurs because any surrounding medium could act as a dominant source of extrinsic scattering, which effectively reduces the mean free path of carriers [2,3]. The dominant contaminant is generated through fabrication stage by polymethyl methacrylate (PMMA) [4], or photo resist (PR). Surface contamination by these residues has long been a critical problem in probing graphene's intrinsic properties. If we clearly solve this problem, we can get highly performed graphene devices. Here, we will report on graphene cleaning process by Induced Coupled Plasma (ICP). We demonstrated how much decomposition of residue impact on improving electrical properties of graphene.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.197-197
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• 2012

Device 제작에 사용된 graphene은 일반적인 lithography 공정에서 resist residue에 의한 오염을 피할 수 없으며 이로 인하여 graphene의 pristine한 성질을 잃어버린다. 본 연구에서는 graphene을 저밀도의 argon inductively coupled plasma (Ar-ICP)를 통해 처리함으로서 graphene based back-gated field effect transistor (G-FET)의 특성변화를 유도한 결과에 대해서 보고한다. Argon capacitively coupled plasma (Ar-CCP)은 에 노출된 graphene은 강한 ion bombardment energy로 인하여 쉽게 planar C-C ${\pi}$ bonding (bonding energy: 2.7 eV)이 breaking되어 graphene의 defect이 발생되었다. 하지만 우리의 경우 저밀도의 Ar-ICP가 적용될 때 graphene의 defect이 제한되며 이와 동시에 contamination 만을 제거할 수 있었다. 소자의 전기적 측정 (Gsd-Vbg)을 통하여 contamination으로 인하여 p-doping된 graphene은 pristine 상태로 회복되었으며 mobility도 회복됨이 확인되었다. Ar-ICP를 이용한 graphene cleaning 방법은 저온공정, 대면적 공정, 고속공정을 모두 만족시키며 thermal annealing, electrical current annealing을 대체하여 graphene 기반 소자를 생산함에 있어 쉽고 빠르게 적용할 수 있는 강점이 있다.

• Applied Microscopy
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• 제50권
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• pp.28.1-28.6
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• 2020

Contamination on two-dimensional (2D) crystal surfaces poses serious limitations on fundamental studies and applications of 2D crystals. Surface residues induce uncontrolled doping and charge carrier scattering in 2D crystals, and trapped residues in mechanically assembled 2D vertical heterostructures often hinder coupling between stacked layers. Developing a process that can reduce the surface residues on 2D crystals is important. In this study, we explored the use of atomic force microscopy (AFM) to remove surface residues from 2D crystals. Using various transmission electron microscopy (TEM) investigations, we confirmed that surface residues on graphene samples can be effectively removed via contact-mode AFM scanning. The mechanical cleaning process dramatically increases the residue-free areas, where high-resolution imaging of graphene layers can be obtained. We believe that our mechanical cleaning process can be utilized to prepare high-quality 2D crystal samples with minimum surface residues.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.642-642
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• 2013

Graphene, two dimensional single layer of carbon atoms, has tremendous attention due to its superior property such as high electron mobility, high thermal conductivity and optical transparency. Especially, chemical vapor deposition (CVD) grown graphene has been used as a promising material for high quality and large-scale graphene film. Unfortunately, although CVD-grown graphene has strong advantages, application of the CVD-grown graphene is limited due to ineffective transfer process that delivers the graphene onto a desired substrate by using polymer support layer such as PMMA(polymethyl methacrylate). The transferred CVD-grown graphene has serious drawback due to remaining polymeric residues generated during transfer process, which induces the poor physical and electrical characteristics by a p-doping effect and impurity scattering. To solve such issue incurred during polymer transfer process of CVD-grown graphene, various approaches including thermal annealing, chemical cleaning, mechanical cleaning have been tried but were not successful in getting rid of polymeric residues. On the other hand, lithographical patterning of graphene is an essential step in any form of microelectronic processing and most of conventional lithographic techniques employ photoresist for the definition of graphene patterns on substrates. But, application of photoresist is undesirable because of the presence of residual polymers that contaminate the graphene surface consistent with the effects generated during transfer process. Therefore, in order to fully utilize the excellent properties of CVD-grown graphene, new approach of transfer and patterning techniques which can avoid polymeric residue problem needs to be developed. In this work, we carried out transfer and patterning process simultaneously with no polymeric residue by using a metal etch mask. The patterned thin gold layer was deposited on CVD-grown graphene instead of photoresists in order to make much cleaner and smoother surface and then transferred onto a desired substrate with PMMA, which does not directly contact with graphene surface. We compare the surface properties and patterning morphology of graphene by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy(AFM) and Raman spectroscopy. Comparison with the effect of residual polymer and metal on performance of graphene FET will be discussed.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.170-170
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• 2013

We present a novel etching technique for 2-dimentional (2-D) hexagonal boron nitride (h-BN) by using capacitively coupled plasma (CCP) of oxygen combined with a post-treatment by de-ionized (DI) water. Oxygen CCP etching process for h-BN has been systematically studied. It is found that a passivation layer was generated to obstruct further etching while it can be easily and radically removed by DI water. An essential cleaning effect also has been observed in the etching process, organic residues are successfully removed and the surface roughness has much decreased. Considering h-BN is the most important 2-D dielectric material and its potential application for graphene to silicon-based electronic devices, such an etching method can be widely used to control the 2-D h-BN thickness and improve the surface quality.

• Membrane and Water Treatment
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• 제13권3호
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• pp.121-128
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• 2022

A tremendous amount of energy resources is being wasted in cleaning wastewater to save the environment across the globe. Several different procedures are commercially available to process wastewater. In this work, membrane filtration technique is used to treat the textile wastewater because of its cost effectiveness and low environmental impacts. Mixed Matrix Membrane (MMM) consist of Polyvinyl Alcohol (PVA) in which Graphene Oxide (GO) was added as a filler material. Five different membranes by varying the quantity of GO were prepared. The prepared membrane has been characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffractometry (XRD), Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) and Water Contact Angle (WCA). The prepared membranes have been utilized to treat textile wastewater. The synthesized membranes are used for the elimination of total dissolve solids (TDS), total suspended solids (TSS), Methylene blue (MB) dye and copper metallic ions from textile wastewater. It is concluded that amount of GO has direct correlation with the quality of wastewater treatment. The maximum removal of TDS, TSS, MB and copper ions are found to be 7.42, 23.73, 50.53 and 64.5% respectively and are achieved by 0.02 wt% PVA-GO membrane.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.424-424
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• 2009

그라핀은 밴드갭이 없어서 세미메탈의 성질을 띠므로 초고속 RF 소자에는 응용이 가능하지만, 현재 사용되는 반도체 칩에 사용하기가 불가능하다. 그러나 그라핀을 매우 좁은 리본 형태로 만들 경우 밴드갭이 생기고 이에 따라 반도체특성을 뛰게 된다. 이러한 특성은 시뮬레이션을 통해서만 이해되다가 2007년 P. Kim이 그라핀 나노리본의 밴드캡이 리본의 폭이 좁아짐에 따라 증가함을 실험적으로 최초로 발표하였다. 하지만 그라핀을 나노리본형태로 식각 방법에 대해서는 정확히 연구되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 $O_2$ plasma ashing 방법을 이용하여 그라핀을 식각하는 방법에 대해 연구하였다. 먼저 Si기판을 initial cleaning 한 후, highly-oriented pyrolytic graphite(HOPG)를 이용하여 기존의 mechanical exfoliation 방식을 통해 그라핀을 형성하였다. Photo-lithography 방법을 통하여 패터닝한 후, 그라핀을 식각하기 위하여 Reactive Ion Etcher (RIE) system을 이용한 $O_2$ plasma ashing을 50 W에서 1 분간 실시하였다. 다시 image reverse photo-lithography 과정과 E-beam evaporator system를 통해서 Al 전극을 형성하여 graphene-FET를 제작하였고, 광학 현미경과 AFM (Atomic force microscope)을 통해 두께를 확인하였다. 본 연구를 통하여 $O_2$ plasma ashing을 이용하여 쉽게 그라 E을 식각할 수 있음을 확인 하였으며, 제작된 소자의 전기적 특성에 대해서 현재 실험중에 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.375.2-375.2
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• 2016

그래핀(Graphene)은 원자 한 층 두께의 얇은 특성에 기인하여 우수한 투과도(~97.3%)를 나타내며, 높은 전자 이동도($200,000cm^2V^{-1}s^{-1}$)로 인하여 전기 전도도가 우수한 2차원 전자소재이다. 또한 유연하고 우수한 기계적 물성을 가지고 있어 실제로 다양한 소자에서 활용되고 있다. 그래핀을 이용하여 다양한 소자로 응용하기 위한 과정 중 하나인 포토리소그래피 공정(Photolithography process)은 원하는 패턴을 만들기 위해 제작하고자 하는 기판 위에 포토레지스트(Photoresist)를 코팅하는 과정을 거치게 된다. 하지만 이러한 과정은 소자 제작에 있어서 포토레지스트 잔여물을 남기게 된다. 그래핀 위에 남은 포토레지스트 잔여물은 그래핀의 우수한 전기적 특성을 저하시켜 소자특성에 불이익을 주게 된다. 본 연구에서는 수소 플라즈마를 이용하여 그래핀 위에 남은 중합체(Polymer) 잔여물을 제거한다. 사용한 그래핀은 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition)을 이용하여 성장시켰으며, PMMA(Poly(methyl methacrylate))를 이용하여 이산화규소(silicon dioxide) 기판에 전사하였다. 그래핀의 손상 없이 중합체 잔여물을 제거하기 위해 플라즈마 처리시간을 15초부터 1분까지 늘려가며 연구를 진행하였으며, 플라즈마 처리 시간에 따른 중합체 잔여물의 제거 정도와 그래핀의 보존 여부를 확인하기 위해 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 원자간력현미경(Atomic force microscopy)을 사용하였다. 본 연구 결과를 통해 간단한 플라즈마 처리로 보다 나은 특성의 그래핀 소자를 얻게 됨으로써, 향상된 특성을 가진 그래핀 소자로 산업적 응용 가능성을 높일 수 있을 것이라 생각된다.

• 한국환경과학회지
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• 제22권10호
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• pp.1263-1271
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• 2013

Graphene oxide (GO)-titania composites have emerged as an attractive heterogeneous photocatalyst that can enhance the photocatalytic activity of $TiO_2$ nanoparticles owing to their potential interaction of electronic and adsorption natures. Accordingly, $TiO_2$-GO mixtures were synthesized in this study using a simple chemical mixing process, and their heterogeneous photocatalytic activities were investigated to determine the degradation of airborne organic pollutants (benzene, ethyl benzene, and o-xylene (BEX)) under different operational conditions. The Fourier transform infrared spectroscopy results demonstrated the presence of GO for the $TiO_2$-GO composites. The average efficiencies of the $TiO_2$-GO mixtures for the decomposition of each component of BEX determined during the 3-h photocatalytic processes were 26%, 92%, and 96%, respectively, whereas the average efficiencies of the unmodified $TiO_2$ powder were 3%, 8%, and 10%, respectively. Furthermore, the degradation efficiency of the unmodified $TiO_2$ powder for all target compounds decreased during the 3-h photocatalytic processes, suggesting a potential deactivation even during such a short time period. Two operational conditions (air flow entering into the air-cleaning devices and the indoor pollution levels) were found to be important factors for the photocatalytic decomposition of BEX molecules. Taken together, these results show that a $TiO_2$-GO mixture can be applied effectively for the purification of airborne organic pollutants when the operating conditions are optimized.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권8호
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• pp.3597-3601
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• 2013

본 연구에서는 고품질의 합성다이아몬드를 얻고자 합성다이아몬드 표면에 잔류하는 그래핀, DLC 등의 흑연계 준안정상을 효과적으로 제거하는 세정공정을 위해 왕수와 황산 외에 $K_2S_2O_8$, $P_2O_5$, $KMnO_4$의 산화제가 들어간 습식세정공정, P II 제안하였다. 이 공정은 기존의 산처리를 이용한 세정공정(P I) 뿐만 아니라 신세정공정(P I+P II)을 함께 사용하여 7GPa-$1500^{\circ}C$-5minutes의 조건 하에서 합성된 200um의 다이아몬드 표면에 잔류하는 흑연과 불순물 등을 제거하기 위해 진행되었다. 이를 육안분석, 광학현미경, 마이크로라만, TGA-DTA를 통하여 확인하였다. 육안분석과 광학현미경 분석 결과 새로운 습식세정공정(P I+P II) 진행 후 합성다이아몬드의 채색이 밝은 노란색으로 개선되었다. 또한 마이크로라만 분석을 통해 $1330cm^{-1}$의 다이아몬드 고유 피크 외에 $1440cm^{-1}$의 흑연계 준안정상인 DLC피크가 사라지는 것을 확인하여 정량적으로 잔류불순물의 양이 줄어든 것을 확인하였다. TGA-DTA 결과, 처리 전(P I only) 흑연계 준안정상이 먼저 분해되어 $770.91^{\circ}C$부터 열분해가 시작되었으나 신세정공정(P I+P II)으로 처리 후 순수한 합성다이아몬드는 $892.18^{\circ}C$부터 시작되어 흑연계 준안정상이 효과적으로 제거된 것을 확인하였다. 이러한 신세정공정은 합성다이아몬드의 잔류불순물제거를 통해 품질향상을 기대할 수 있었다.