炭素薄膜の製造方法、炭素薄膜を含んだ電子素子及び炭素薄膜を含んだ電気化学素子
【課題】炭素薄膜の製造方法、炭素薄膜を含んだ電子素子及び炭素薄膜を含んだ電気化学素子を提供する。
【解決手段】基板上にコーティング工程を利用し、高分子膜を形成する段階と、高分子膜上に保護膜を形成する段階と、基板を熱処理し、基板上に炭素薄膜を形成する段階と、を含む炭素薄膜の製造方法である。
【解決手段】基板上にコーティング工程を利用し、高分子膜を形成する段階と、高分子膜上に保護膜を形成する段階と、基板を熱処理し、基板上に炭素薄膜を形成する段階と、を含む炭素薄膜の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素薄膜の製造方法、炭素薄膜を含んだ電子素子及び炭素薄膜を含んだ電気化学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素系材料は、一般的に、ダイアモンド、グラファイト、グラフェン、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及び非晶質炭素に分類される。このうち、ダイアモンドは、炭素原子間がｓｐ３結合で連結されているために、電気伝導性を全く帯びないが、グラファイトは、ｓｐ２のみによってなっているので、伝導性に優れる。一方、非晶質炭素は、ｓｐ３結合とｓｐ２結合とをいずれも有するので、グラファイトよりは低い電気伝導性を有することができる。グラファイトの場合、金属と類似したレベルの伝導性によって、半導体産業では、グラファイトを使用するには限界がある。これを解決する物質として、最近脚光を浴びているグラフェンは、電気伝導度、電子移動度の側面で高い値を有するために、半導体産業でも応用性が広く、多くの研究がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
伝導性を有する炭素系材料の製造方法として、ナノファイバを利用する方法、スコッチテープを利用して黒鉛塊からグラフェンを分離する方法などを挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国公開特許第２００９−００５９８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の伝導性を有する炭素系材料の製造方法では、生産コストが非常に掛かるほか、安定的に生産・供給できる技術が確立されていないという問題があり、ましてや大面積の二次元炭素薄膜を製造することはできていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、経済的であって安定しており、大面積の二次元炭素薄膜を製造する方法を提供するものである。
【０００７】
本発明はまた、前記炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電子素子及び電気化学素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、基板上にコーティング工程を利用して、高分子膜（ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍ）を形成する段階と、前記高分子膜上に保護膜を形成する段階と、前記基板を熱処理し、前記基板上に炭素薄膜を形成する段階と、を含む炭素薄膜の製造方法が提供される。
【０００９】
前記基板は、シリコン、シリコン酸化物、金属ホイル、金属酸化物（例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）など）、高配向性熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ：ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ）、六方晶窒化ホウ素（Ｈ−ＢＮ：ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、高分子基板、またはそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。また、前記基板以外に、結晶構造を有するいかなる基板でも可能である。例えば、Ｎｉホイル、Ｃｕホイル、Ｐｄホイル、ＭｇＯ、ＺｎＳ、ｃ−ｐｌａｎｅサファイア、ｈ−ＢＮなどの基板を使用することができる。
【００１０】
前記高分子膜の高分子は、炭素及び水素を含み、６００℃以下の熱分解温度（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を有し、非共役性主鎖（ｎｏｎ−ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｍａｉｎ ｂａｃｋｂｏｎｅ）を有する絶縁性高分子を含むことができる。
【００１１】
例えば、前記高分子膜の高分子は、下記化学式１で表示される反復単位（ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）、下記化学式２で表示される反復単位、及び下記化学式３で表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる：
【００１２】
【化１】
【００１３】
【化２】
【００１４】
【化３】
【００１５】
前記化学式１ないし３で、Ｙ１は、ＮまたはＣ（Ｒ１１）であり、Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ１２）またはＣ（Ｒ１３）（Ｒ１４）であり、Ｙ３及びＹ４は互いに独立して、ＮまたはＣ（Ｒ１５）であり、Ｒ１ないしＲ１５は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択され、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基からなる群から選択され、Ａ１は、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、または置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基であり、前記＊は、隣接する反復単位との結合サイトである。
【００１６】
前記高分子膜の形成段階は、前記基板上に、前記高分子及び溶媒を含んだ第１混合物、または前記高分子の前駆体及び溶媒を含んだ第２混合物をコーティング工程を利用して提供する段階を含むことができる。
【００１７】
前記保護膜は、８００℃以上の融点を有する物質を含むことができる。例えば、前記保護膜は、金属、金属酸化物、セラミック、半導体酸化物及び半導体窒化物からなる群から選択された一つ以上の物質を含むことができる。
【００１８】
前記炭素薄膜の製造方法において、前記熱処理は、前記高分子膜に含まれた高分子が炭化（ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ）される条件下で行われる。
【００１９】
前記熱処理を不活性雰囲気または真空雰囲気下で、前記高分子膜に含まれた高分子の熱分解温度以上２，５００℃以下の温度範囲、かつ３０秒ないし５日の時間範囲で行われる。
【００２０】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記熱処理遂行前に、前記保護膜及び高分子膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階、及び前記熱処理遂行後、前記炭素薄膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階のうち一つ以上をさらに含むことができる。
【００２１】
前記炭素薄膜は、グラファイト・シート、グラフェン・シート、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及び非晶質炭素シートからなる群から選択されたものである。
【００２２】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記高分子膜の形成段階前、前記基板上に触媒膜を形成する段階をさらに含むことができる。ここで、前記触媒膜は、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ウラン（Ｕ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。
【００２３】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記保護膜形成段階前に、前記高分子膜をプリベークし、前記高分子膜を安定化させる段階をさらに含むことができる。
【００２４】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記炭素薄膜の形成段階後、前記保護膜及び／または触媒膜を除去する段階をさらに含むことができる。
【００２５】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記炭素薄膜の形成段階から収得した炭素薄膜を他の基板に転写する段階をさらに含むことができる。
【００２６】
本発明においてまた、前記炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電子素子が提供される。前記炭素薄膜は、各種電子素子の電極及び／または配線、活性層（例えば、半導体素子の活性層（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ））として使われうる。
【００２７】
本発明においてまた、前記炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電気化学素子が提供される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の炭素薄膜の製造方法を利用すれば、安定していて経済的であり、大面積の二次元炭素薄膜を容易に製造することができる。また、優秀な伝導度を有する炭素薄膜を収得でき、これを、伝導性が要求される各種電極または配線などに応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の炭素薄膜の製造方法の一実施形態（具現例）を説明した図面である。
【図２】本発明の炭素薄膜製造方法の他の実施形態（具現例）を説明した図面である。
【図３】本発明の炭素薄膜を含んだ有機発光素子の一実施形態（具現例）を概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の炭素薄膜を含んだ有機太陽電池素子の一実施形態（具現例）を概略的に示した断面図である。
【図５】本発明の炭素薄膜を含んだ有機薄膜トランジスタの一実施形態（具現例）を概略的に示した断面図である。
【図６】実施例２、４及び５の炭素薄膜のラマンスペクトルである。
【図７】比較例１ないし３から収得したフィルムのラマンスペクトルである。
【図８】比較例４ないし６から収得したフィルムのラマンスペクトルである。
【図９】実施例６及び７の炭素薄膜のラマンスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態（実施例）について詳細に説明すれば、次の通りである。
【００３１】
図１は、前記カーボン薄膜の製造方法の一実施形態（具現例）を順に図示した断面図である。図１を参照して、前記カーボン薄膜の製造方法の一実施形態（具現例）について説明すれば、下記の通りである。
【００３２】
まず、基板１１を準備する。前記基板１１は、その上部に形成される高分子膜１３と実質的に反応せず、高温下に露出されても、変形、劣化などが起こらない物質を含むことができる。
【００３３】
前記基板１１としては、一般的な半導体工程で使われる基板が使われうる。例えば、前記基板１１は、シリコン、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）、シリコン窒化物（例えば、ＳｉＮ）、窒化半導体（例えば、ＧａＮ）、金属ホイル（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ）（例えば、銅ホイル、アルミニウムホイル、ニッケルホイル、パラジウムホイル、ステンレススチールなど）、金属酸化物、高配向性熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ：ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ）、六方晶窒化ホウ素（Ｈ−ＢＮ：ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、高分子基板（ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。前記金属ホイルは、アルミニウムホイルのように、融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）が高く、炭素薄膜を形成触媒として作用しない物質からなるか、あるいは銅及びニッケルホイルのように、炭素薄膜形成触媒としても作用することができる物質からなりうる。前記金属酸化物の例としては、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、マグネシウム酸化物、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを挙げることができ、前記高分子基板の例としては、ケプトンホイル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアクリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｔｅ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、三酢酸セルロース（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）などを挙げることができるが、それらに限定されるものではない。
【００３４】
前記基板１１として、高分子膜１３の炭化促進のために、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄなどと共に、炭素薄膜形成触媒としても作用することができる物質からなる金属ホイルを使用する場合、前記基板上に触媒膜を形成する段階を省略できる。
【００３５】
一方、ＨＯＰＧ、六方晶窒化ホウ素、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ及び硫化亜鉛を、基板１１の材料として選択する場合にも、前記基板１１上部に、触媒膜３２（図２）を形成せずとも、炭素薄膜が形成されうる。
【００３６】
一方、基板１１は、互いに異なる１以上の物質の混合物からなる単一層でもあり、互いに異なる２以上の物質からなる個別層が積層された多層構造でもありうる。例えば、前記基板１１は、シリコン層及びシリコン酸化物層からなる２層構造を有することができる。
【００３７】
その後、前記基板１１上に、高分子膜１３を形成する段階１Ａを遂行する。前記段階１Ａは、コーティング工程を利用して遂行する。
【００３８】
前記高分子膜１３の高分子は、炭素及び水素を含み、６００℃以下の熱分解温度（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を有し、非共役性主鎖（ｎｏｎ−ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｍａｉｎ ｃｈａｉｎ）を有する絶縁性高分子を含むことができる。
【００３９】
さらに具体的には、前記高分子膜１３の高分子は、下記化学式１で表示される反復単位（ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）、下記化学式２で表示される反復単位、及び下記化学式３で表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる。
【００４０】
【化４】
【００４１】
【化５】
【００４２】
【化６】
【００４３】
前記化学式１で、Ｙ１は、ＮまたはＣ（Ｒ１１）であり、前記化学式２で、Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ１２）またはＣ（Ｒ１３）（Ｒ１４）であり、前記化学式３で、Ｙ３及びＹ４は互いに独立して、ＮまたはＣ（Ｒ１５）であり、前記化学式３で、Ａ１は、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、または置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基でありうる。
【００４４】
一方、前記化学式１ないし３で、Ｒ１ないしＲ１５は、後述する「炭素薄膜」形成のための熱処理時に、容易に脱着されうる基でありうる。
【００４５】
このようなＲ１ないしＲ１５は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択され、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基からなる群から選択されうる。
【００４６】
好ましくは、例えば、前記Ｒ１ないしＲ１５は、互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、Ｃ１−Ｃ１０アルキル基、Ｃ１−Ｃ１０アルコキシ基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択されうる。ここで、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子及びＣ１−Ｃ１０アルキル基からなる群から選択されうる。
【００４７】
より好ましくは、例えば、前記Ｒ１ないしＲ１５は、互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基及び−ＮＨ２からなる群から選択されうるが、それらに限定されるものではない。
【００４８】
前記化学式３で、Ａ１が、置換されたＣ６−Ｃ３０アリール基または置換されたＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である場合、前記置換されたＣ６−Ｃ３０アリール基または置換されたＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基の置換基は、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ１−Ｃ３０アルコキシ基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基、Ｃ６−Ｃ３０アリールアルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリールオキシ基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、Ｃ５−Ｃ２０シクロアルキル基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、Ｃ１−Ｃ３０アルキルエステル基、Ｃ６−Ｃ３０アリールエステル基、及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基からなる群から選択されうるが、それらに限定されるものではない。好ましくは、例えば、前記置換基は、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、Ｃ１−Ｃ１０アルキル基及びＣ１−Ｃ１０アルコキシ基からなる群から選択されうるが、それらに限定されるものではない。
【００４９】
一方、前記化学式１ないし３で、「＊」は、隣接する反復単位との結合サイトを示したものである。
【００５０】
好ましくは、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１で表示される反復単位からなるが、前記化学式１で、Ｙ１は、Ｎでありうる。
【００５１】
または、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１で表示される反復単位からなるが、前記化学式１で、Ｙ１は、Ｎであり、Ｒ１ないしＲ３は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基及び−ＮＨ２からなる群から選択されうる。
【００５２】
好ましい他の例としては、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式２で表示される反復単位からなるが、前記化学式２で、Ｙ２は、Ｏでありうる。
【００５３】
または、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式２で表示される反復単位からなるが、前記化学式２で、Ｙ２は、Ｏであり、Ｒ７は水素原子、Ｃ１−Ｃ１０アルキル基及びＣ１−Ｃ１０アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基など）からなる群から選択され、前記Ｒ４ないしＲ６は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基及び−ＮＨ２からなる群から選択されうる。
【００５４】
また、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式３で表示される反復単位からなるが、前記化学式３で、Ａ１は、置換または非置換のフェニル基、置換または非置換のペンタレニル基、置換または非置換のインデニル基、置換または非置換のナフチル基、置換または非置換のアズレニル基、置換または非置換のヘプタレニル基、置換または非置換のインダセニル基、置換または非置換のアセナフチル基、置換または非置換のフルオレニル基、置換または非置換のフェナレニル基、置換または非置換のフェナントレニル基、置換または非置換のアントラセニル基、置換または非置換のフルオランテニル基、置換または非置換のトリフェニレニル基、置換または非置換のピレニレニル基（ｐｙｒｅｎｙｌｅｎｙｌ）、置換または非置換のクリセニル基（ｃｈｒｙｓｅｎｙｌ）、置換または非置換のナフタセニル基、置換または非置換のピセニル基、置換または非置換のペリレニル基（ｐｅｒｙｌｅｎｙｌ）、置換または非置換のペンタフェニル基（ｐｅｎｔａｐｈｅｎｙｌ）、置換または非置換のヘキサセニル基、置換または非置換のピロリル基、置換または非置換のピラゾリル基、置換または非置換のイミダゾリル基（ｉｍｉｄａｚｏｌｙｌ）、置換または非置換のイミダゾリニル基、置換または非置換のイミダゾピリジニル基、置換または非置換のイミダゾピリミジニル基、置換または非置換のピリジニル基、置換または非置換のピラジニル基（ｐｙｒａｚｉｎｙｌ）、置換または非置換のピリミジニル基、置換または非置換のインドリル基（ｉｎｄｏｌｙｌ）、置換または非置換のプリニル基、置換または非置換のキノリニル基、置換または非置換のフタラジニル、置換または非置換のインドリジニル基、置換または非置換のナフチリジニル基、置換または非置換のキナゾリニル、置換または非置換のシノリニル基、置換または非置換のインダゾリル、置換または非置換のカルバゾリル基、置換または非置換のフェナジニル基、置換または非置換のフェナントリジニル基、置換または非置換のピラニル基、置換または非置換のクロメニル基、置換または非置換のベンゾフラニル基、置換または非置換のチオフェニル基、置換または非置換のベンゾチオフェニル基、置換または非置換のイソチアゾリル基、置換または非置換のベンゾイミダゾリル基、及び置換または非置換のイソキサゾリル基からなる群から選択されうる。
【００５５】
好ましくは、例えば、前記Ａ１は、置換または非置換のフェニル基、置換または非置換のナフチル基、または置換または非置換のピリジニル基であるが、それらに限定されるものではない。
【００５６】
【化７】
【００５７】
【化８】
【００５８】
【化９】
【００５９】
【化１０】
【００６０】
【化１１】
【００６１】
【化１２】
【００６２】
【化１３】
【００６３】
【化１４】
【００６４】
【化１５】
【００６５】
より好ましくは、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１１ａで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１２ａで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１２ｂで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ａで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｂで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｃで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｄで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｅで表示される反復単位からなる高分子または前記化学式１３ｆで表示される反復単位からなる高分子であるが、それらに限定されるものではない。
【００６６】
前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前述のように、化学式１ないし３のうち一つで表示される反復単位からなるか、または化学式１の反復単位、化学式２の反復単位及び化学式３の反復単位のうち一つ以上を含む共重合体でもありうる。
【００６７】
例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、化学式１の反復単位、化学式２の反復単位及び化学式３の反復単位のうち一つ以上以外に、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブテン−１（ＰＢ−１）、ポリ４−メチル−１−ペンテン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ４−ビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリ（２−ビニルナフタレン）、ポリ（１−ビニルナフタレン）、ポリ２−ビニルピリジン、ポリ４−ビニルピリジン、ポリイソブチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン及びポリアクリル酸からなる群から選択された物質の反復単位をさらに含んだ共重合体でありうる。または、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１で表示される反復単位及び前記化学式２で表示される反復単位のうち一つ以上を有するイコサン酸との共重合体であるなどの多様な変形が可能である。
【００６８】
特に好ましくは、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレートまたはポリビニルアルコールであるが、それらに限定されるものではない。
【００６９】
前記高分子膜１３に含まれた高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１，０００ないし１０，０００，０００、好ましくは、１０，０００ないし１，０００，０００でありうる。前記高分子膜１３に含まれた高分子の重量平均分子量が、前述のような範囲を満足する場合、後述する第１混合物がコーティング段階に適したフロー性及び／または粘度を有することができ、伝導度に優れる炭素薄膜を収得することができる。
【００７０】
前記段階１Ａは、前記基板１１上に、前記高分子及び溶媒を含んだ第１混合物、または前記高分子の前駆体及び溶媒を含んだ第２混合物を、コーティング工程を利用して提供する段階を含む。ここで、第２混合物を利用する場合、後述するソフトベーキング段階、熱処理段階で重合反応が進み、前述のような高分子を形成することができる。
【００７１】
前記第１混合物及び第２混合物は、架橋剤、酸触媒、金属フィラ、セラミック・フィラ及びナノ粒子からなる群から選択された１種以上の添加剤をさらに含むことができる。
【００７２】
前記コーティング工程は、例えば、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズル・プリンティング法、ディップ・コーティング法、電気泳動蒸着法、テープ・キャスティング法、スクリーン・プリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビア・プリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、または多層薄膜自己組立法（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）であるが、それらに限定されるものではない。好ましくは、例えば、前記コーティング工程は、スピンコーティング法を利用することができる。
【００７３】
一方、前記第１混合物及び／または第２混合物の濃度を制御することによって、前記高分子膜１３の単位体積当たり含まれる高分子の含有量が制御されうるので、前記高分子膜１３の厚みを制御することができ、これにより、図１で、炭素薄膜１７の厚みも、制御することができる。従って、前記炭素薄膜の製造方法によれば、容易に炭素薄膜の厚みを制御することができる。
【００７４】
前記第１混合物及び／または第２混合物を前記基板１１に提供した後、選択的に、前記第１混合物及び／または第２混合物に含まれた溶媒を除去するための、ソフトベーキングを行うことができる。
【００７５】
前記ソフトベーキングの温度範囲及び時間範囲は、選択された高分子、選択された溶媒、第１混合物及び／または第２混合物の濃度などによって調節されうる。
【００７６】
前記高分子膜１３の厚みは、前記第１混合物及び前記第２混合物の濃度を調節することによって調節され、２ｎｍないし５０μｍの範囲を有することができる。前記高分子膜１３が前述のような範囲を満足する場合、グラフェン単一層以上の厚みを有する炭素薄膜を形成することができ、均一な膜質の高分子膜１３を形成することができる。
【００７７】
例えば、前記高分子膜１３の厚みは、２ｎｍないし５０μｍ（好ましくは、例えば、２ｎｍないし１，０００ｎｍの範囲）であるが、前記範囲を満足する場合、製造された炭素薄膜１７は、グラフェン単層厚である０．３４ｎｍないし５０ｎｍ厚を有することができ、可視光領域の波長の光の透過度に優れ、各種ディスプレイなどの透明電極として使われうる。または、例えば、前記高分子膜１３の厚みを約５０μｍ以上に調整すれば、それから製造された炭素薄膜１７は、一般配線電極としても活用することができる。
【００７８】
次に、前記高分子膜１３の上部に、保護膜１５を形成する段階１Ｂを遂行する。
【００７９】
前記保護膜１５は、高分子膜１３に含まれた高分子が、熱処理段階によって劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）及び／または焼成されて損失されることを防止する役割を行う。従って、前記保護膜１５の形成によって、複数個の六員炭素環が互いに融合されているグラフェン構造ドメインを多数含み、伝導度の向上された炭素薄膜を得ることができる。
【００８０】
前記保護膜１５は、８００℃以上の融点を有する物質を含むことができる。例えば、前記保護膜１５は、金属、金属酸化物、セラミック、半導体酸化物及び半導体窒化物からなる群から選択された一つ以上の物質を含むことができる。例えば、前記保護膜１５は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びそれらのうち２以上の組み合わせからなる群から選択された一つ以上の物質を含むことができる。
【００８１】
前記保護膜１５の厚みは、２ｎｍないし２，０００ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍないし６００ｎｍでありうる。前記保護膜１５の厚みが前記範囲を満足する場合、均一な層を形成することができる。
【００８２】
前記保護膜１５は、通常の金属膜及び／または金属酸化物膜の形成方法（例えば、蒸着法など）を利用して形成されうる。
【００８３】
この後、熱処理段階の段階１Ｃを遂行し、高分子膜１３を炭化させ、炭素薄膜１７を形成する。前記熱処理段階は、前記高分子膜１３に含まれた高分子が炭化される条件下で行われる。
【００８４】
このために、前記熱処理は、不活性雰囲気（例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気及び／または酸素雰囲気など）または真空雰囲気で遂行されうる。また、選択的に、炭化反応を促進させたり、または炭素薄膜１７内の欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）を誘導して炭素薄膜１７の仕事関数を改質するために、熱処理の遂行中、水素、メタン、ＣＦ４ガスなどを、不純物ガスとして注入されうる。
【００８５】
また、前記熱処理を、前記高分子膜１３に含まれた高分子の熱分解温度（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）以上２，５００℃以下の温度範囲（好ましくは、例えば、６００℃から１，５００℃）で３０秒ないし５日（好ましくは、例えば、１分ないし２０時間）の時間範囲で行われる。このような熱処理遂行の雰囲気、温度及び熱処理時間は、前記高分子膜１３に含まれた高分子の構造、含有量などによって選択されうる。
【００８６】
前記熱処理（すなわち、図１で、「段階１Ｃ」）を介して、高分子膜１３の高分子が炭化されつつ炭素薄膜１７が形成されるが、このとき、高分子が互いに継続的に結合しつつ、グラフェン・ライク構造を含んだドメインを形成することができる。
【００８７】
前記熱処理段階１Ｃの温度を、保護膜１５に含まれた物質の融点以上の温度に調節することによって、炭素薄膜１７の形成と同時に、保護膜１５を除去することもできる。
【００８８】
または、前記熱処理段階１Ｃの熱処理条件が、保護膜１５の除去に不十分である場合、図１には図示されていないが、形成された炭素薄膜１７の上部には、保護膜１５の一部以上が残留しうる。従って、前記炭素薄膜の製造方法は、形成された炭素薄膜１７に残留した保護膜１５を除去する段階をさらに含むことができる。炭素薄膜１７の上部に残留した保護膜１５は、公知の金属膜及び／または金属酸化物膜の除去方法を利用して除去されうるが、例えば、金属用または金属酸化物用エッチェントで炭素薄膜１７の表面を洗浄し、炭素薄膜１７の上部に残留しうる保護膜１５を除去することができる。例えば、前記保護膜１５がＮｉからなるものであるならば、ＦｅＣｌ３（主に、蒸留水１Ｍ溶液）またはＭａｒｂｌｅ ｒｅａｇｅｎｔ（主に、５０ｍｌのＨＣｌ：５０ｍｌの蒸留水：１０ｇのＣｕＳＯ４）を利用して、前記保護膜１５を除去することができる。
【００８９】
従って、前記炭素薄膜の製造方法は、コーティング工程及び熱処理工程に基づくので、前記炭素薄膜の製造方法によれば、経済的であって安定して大面積の二次元炭素薄膜１７を得ることができる。
【００９０】
また、前記第１混合物及び／または前記第２混合物の濃度を制御することによって、炭素薄膜１７の厚みを簡便に制御することができるので、容易に多様なサイズの炭素薄膜１７を得ることができる。
【００９１】
一方、前記段階１Ｃの遂行前、保護膜１５及び高分子膜１３をパターニングしたり、前記段階１Ｃの遂行後、炭素薄膜１７を基板１１から分離する前に、炭素薄膜１７をパターニングすることにより、炭素薄膜１７に対するパターニング工程を容易に実施することができる。このようにパターニングされた炭素薄膜１７上に、各種素子構造体を直ちに形成することができるので、前記炭素薄膜１７は、多様なパターンを有した電極または配線などに容易に活用されうる。
【００９２】
前記パターニング方法としては、フォトリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、ナノインプリント・リソグラフィ、モールドアシスト・リソグラフィ、ステップ・アンド・フラッシュ・インプリント・リソグラフィ、ディップペン・リソグラフィ、マイクロコンタクト・プリンティング及びインクジェット・プリンティングからなる群から選択された一つ以上を使用することができる。または、段階１Ｃ（すなわち、前記熱処理）遂行後には、感光剤とマスクとを利用するパターニング及び／または酸素プラズマを利用したパターニングが使われうる。
【００９３】
前記炭素薄膜１７は、グラファイト・シート、グラフェン・シート（あるいはフィルム）、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）または非晶質炭素フィルムでありうる。前記グラフェン・シートは、０．３４ｎｍ厚を有するグラフェン単一層、２層ないし１０層のグラフェン単一層が積層された構造を有する数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）、または前記数層グラフェンよりは多数層グラフェン単一層が積層された構造を有するグラフェン多重層でありうる。例えば、前記炭素薄膜１７は、グラフェン・シートでありうる。好適な一実施形態（具現例）によれば、前記炭素薄膜１７は、数層グラフェンであるが、それに限定されるものではない。前記炭素薄膜１７は、可視光線領域の光に対して、５０％以上の透過度を有することができる。一方、前記炭素薄膜１７は、優秀な伝導度を有することができる。例えば、１０Ｓ／ｃｍ以上の伝導度を有することができる。
【００９４】
図２は、前記炭素薄膜の製造方法の他の実施形態（具現例）である。図２は、基板３１の上部に、触媒膜３２を形成した後、触媒膜３２の上部に、高分子膜３３を形成したという点を除いては、前記図１によって説明される炭素薄膜の製造方法と同一である。図２によれば、基板３１上に、触媒膜３２を形成した後、前記触媒膜３２の上部に、高分子膜３３を形成（段階３Ａ）し、前記高分子膜３３上に、保護膜３５を形成（段階３Ｂ）した後、これを熱処理して、炭素薄膜３７を形成（段階３Ｃ）する。図２で、基板３１、高分子膜３３、保護膜３５、炭素薄膜３７、段階３Ａ、段階３Ｂ及び段階３Ｃは、それぞれ図１の基板１１、高分子膜１３、保護膜１５、炭素薄膜１７、段階１Ａ、段階１Ｂ及び段階１Ｃについての説明を参照する。
【００９５】
前記触媒膜３２は、炭素薄膜３７の形成時、グラフェン構造形成のための触媒として作用し、炭素薄膜３７のグラフェン・ライク構造ドメインを増加させる役割を行うことができる。
【００９６】
前記触媒膜３２は、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ウラン、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。
【００９７】
前記触媒膜３２の厚みは、１０ｎｍないし１，０００ｎｍ（好ましくは、例えば、２００ｎｍないし６００ｎｍ）でありうる。触媒膜３２の厚さが前記範囲を満たす場合、優れた電気的特性（例えば、伝導度など）を有する炭素薄膜を製造することができる。
【００９８】
前記触媒膜３２は、炭素薄膜３７の形成のための熱処理段階で、炭素薄膜３７の形成後に残留することがあるが、炭素薄膜３７を分離させるために、前記触媒膜３２を除去する段階をさらに含むことができる。
【００９９】
一方、前記炭素薄膜の製造方法は、前記保護膜１５、３５形成前に、前記高分子膜１３、３３をプリベークし、前記高分子膜１３、３３を安定化させる段階をさらに含むことができる。前記プリベークによって、前記高分子膜１３、３３における高分子の一部以上は、「安定化された高分子」に変換されうる。
【０１００】
前記プリベークは、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子における分子内添加反応（ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）、及び前記高分子における分子内二重結合形成反応（ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｏｕｂｌｅ ｂｏｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）のうち一つ以上の反応が起こる条件下で遂行されうる。
【０１０１】
このようなプリベークの条件は、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子の構造、高分子の配向状態、高分子の含有量などによって異なるが、２００℃ないし３５０℃の温度範囲（好ましくは、例えば、２５０℃ないし３００℃）及び１分ないし２４時間（好ましくは、例えば、１分ないし１５時間）でありうる。
【０１０２】
前記プリベークの結果、高分子膜１３、３３に含まれた安定化された高分子は、複数の飽和または不飽和の六員環を含むが、前記複数の飽和または不飽和の六員環は、互いに縮合（融合）された構造を有することができる。
【０１０３】
好ましくは、例えば、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式１で表示される反復単位からなる高分子である場合、安定化された高分子は、下記化学式１ａで表示される反復単位、及び下記化学式１ｂで表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる：
【０１０４】
【化１６】
【０１０５】
【化１７】
【０１０６】
前記化学式１ａ及び１ｂで、Ｙ１、Ｒ１ないしＲ３及び＊についての詳細な説明は、前記化学式１についての説明を参照する。
【０１０７】
または、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式２で表示される反復単位からなる高分子である場合、安定化された高分子は、下記化学式２ａで表示される反復単位、下記化学式２ｂで表示される反復単位、及び下記化学式２ｃで表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる：
【０１０８】
【化１８】
【０１０９】
【化１９】
【０１１０】
【化２０】
【０１１１】
前記化学式２ａないし２ｃで、Ｙ２、Ｒ４ないしＲ７及び＊についての詳細な説明は、前記化学式２についての説明を参照する。
【０１１２】
前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式３で表示される反復単位からなる高分子である場合、前記化学式３で、Ａ１で表示された環に含まれた二重結合が、化学式２の−Ｃ＝Ｙ２−結合と類似した方式で安定化された高分子形成に寄与することができるが、それに限定されるものではない。
【０１１３】
例えば、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、下記化学式４で表示されるポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）である場合、前述のようなプリベーク遂行の結果、前記ポリアクリロニトリルのシアノ基のＮは、隣接するシアノ基のＣと単一結合を形成する分子内添加反応が起き、下記化学式４ａで表示される第１安定化されたポリアクリロニトリルが形成され、前記第１安定化されたポリアクリロニトリルでは、脱水素化反応に基づいた分子内二重結合形成反応が起き、下記化学式４ｂで表示される第２安定化されたポリアクリロニトリルが形成されうる。
【０１１４】
【化２１】
【０１１５】
【化２２】
【０１１６】
【化２３】
【０１１７】
従って、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式４で表示されるポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）である場合、プリベークの結果として形成された安定化された高分子は、前記化学式４ｂで表示される第２安定化された高分子のみ含むか、または前記化学式４ａで表示される第１安定化された高分子と、前記化学式４ｂで表示される第２安定化された高分子とをいずれも含むことができる。これは、プリベーク段階の条件によって調整されうる。
【０１１８】
このように、前記プリベーク段階によって、高分子膜１３、３３の高分子において一部以上は、耐熱性を有するはしご構造の安定化された高分子に変換できるが、前記安定化された高分子を、炭素薄膜１７、３７形成のための熱処理段階（段階１Ｃ（図１）、段階３Ｃ（図２））で露出しても、高分子の分解が最小化されうる。従って、複数個の六員炭素環が互いに縮合（融合）されているグラフェン構造ドメインを多数含んで、伝導度が向上された炭素薄膜を得ることができる。
【０１１９】
例えば、前記炭素薄膜１７、３７形成のための熱処理時、２個の第２安定化されたポリアクリロニトリル（化学式４ｂ）は、まず互いに結合し、下記化学式４ｃのような構造を形成することができる。
【０１２０】
【化２４】
【０１２１】
前述のような結合が続きつつ炭化がなされれば、下記化学式４ｄのような構造の第１層が複数層含まれた炭素薄膜１７、３７を収得することができる。
【０１２２】
【化２５】
【０１２３】
前記炭素薄膜１７、３７で、複数層の第１層は、前記第１層が延びる第１方向に対して垂直である第２方向に沿って積層されるが、それに限定されるものではない。
【０１２４】
前述のように、前記炭素薄膜の製造方法で使用された触媒膜３２及び／または保護膜１５、３５は、前記炭素薄膜１７、３７の形成後に残留することがあり、このとき、エッチェントを利用して除去することができる。前記炭素薄膜１７、３７は、炭素薄膜１７、３７が形成された基板１１、３１上で直接利用されうる（例えば、基板１１、３１上に形成された炭素薄膜１７、３７を直接に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）パターニングし、基板１１、３１上に炭素薄膜電極パターンを形成する）。または、前記炭素薄膜１７、３７を、炭素薄膜１７、３７が形成された基板１１、３１から分離させた後、所定の他の基板（例えば、プラスチック基板）に転写させ、例えば、フレキシブルな素子具現（実現）に利用することも可能である。前記転写工程は、基板１１、３１上に形成された炭素薄膜１７、３７を、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、熱転写テープ（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｌｅａｓｅ ｔａｐｅ）のような接着層と接触させ、炭素薄膜１７、３７を基板１１、３１と分離させた後、接着層に接着された炭素薄膜１７、３７を所定の他の基板と接触させることによって行うことができる。所定の他の基板に転写された炭素薄膜１７、３７は、ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）やガス（例えば、Ｏ２）プラズマ工程を介して、所定のパターンにパターニングされうる。
【０１２５】
前記炭素薄膜は、伝導性が要求される各種層に使われうる。例えば、各種電子素子及び電気化学素子の電極、配線、チャンネル層などに応用されうる。前記電子素子は、例えば、無機発光素子（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、有機発光素子（ＯＬＥＤ：ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、無機太陽電池（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、有機太陽電池素子（ＯＰＶ：ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｉｏｄｅ）、または無機薄膜トランジスタ（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、メモリ、電気化学／バイオセンサ、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）素子、レクティファイア、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子または有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ：ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、前記電気化学素子としては、例えば、リチウムバッテリまたは燃料電池であるが、それらに限定されるものではない。
【０１２６】
前記有機発光素子の一実施形態（具現例）の概略的な構造は、図３を参照する。図３の有機発光素子１００は、第１電極１１０、正孔注入層１２０、正孔輸送層１３０、発光層１４０、電子輸送層１５０、電子注入層１６０及び第２電極１７０を含む。前記有機発光素子１００の第１電極１１０及び第２電極１７０間に電圧を印加すれば、第１電極１１０から注入された正孔は、正孔注入層１２０及び正孔輸送層１３０を経由して、発光層１４０に移動し、第２電極１７０から注入された電子は、電子注入層１６０及び電子輸送層１５０を経由して、発光層１４０に移動する。前記正孔及び電子のようなキャリアは、発光層１４０で再結合して励起子（ｅｘｉｔｏｎ）を生成するが、この励起子が励起状態から基底状態に変わりつつ光が生成される。
【０１２７】
前記第１電極１１０は、前述のような炭素薄膜でありうる。
【０１２８】
正孔注入層１２０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成されうる。このとき、真空蒸着法を選択する場合、蒸着条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、例えば、１００ないし５００℃の蒸着温度範囲、１０−１０ないし１０−３ｔｏｒｒの真空度範囲、０．０１ないし１００Å／ｓｅｃの蒸着速度範囲内で選択されうる。一方、スピンコーティング法を選択する場合、コーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性によって異なるが、２，０００ｒｐｍないし５，０００ｒｐｍのコーティング速度範囲、８０℃ないし２００℃の熱処理温度（コーティング後の溶媒除去のための熱処理温度）範囲内で選択されうる。
【０１２９】
前記正孔注入層１２０の材料としては、公知の正孔注入材料を使用することができるが、例えば、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ；下記化学式参照のこと）、４，４’，４”−トリス｛Ｎ，Ｎジフェニルアミノ｝トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ；下記化学式参照のこと）、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（２−ナフチル）−ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（２Ｔ−ＮＡＴＡ；下記化学式参照のこと）、ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／カンファースルホン酸（Ｐａｎｉ／ＣＳＡ）、またはポリアニリン／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）などを使用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１３０】
【化２６】
【０１３１】
前記正孔注入層１２０の厚みは、約１０Åないし１０，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし１，０００Åでありうる。前記正孔注入層１２０の厚みが前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔注入特性を得ることができる。
【０１３２】
前記正孔輸送層１３０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成されうる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１３３】
正孔輸送層１３０の材料は、公知の正孔輸送材料を利用して形成することができるが、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ−フェニルカルバゾール、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）などの芳香族縮合環を有するアミン誘導体；４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）のようなトリフェニルアミン系物質のような公知の正孔輸送物質を使用することができる。このうち、例えば、ＴＣＴＡの場合、正孔輸送の役割以外にも、発光層１４０から励起子が拡散することを防止する役割も行うことができる。
【０１３４】
前記正孔輸送層１３０の厚みは、５０Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし６００Åでありうる。前記正孔輸送層１３０の厚みが前述のような範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔輸送特性を得ることができる。
【０１３５】
前記発光層１４０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成されうる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１３６】
前記発光層１４０は、単一発光材料からなり、ホスト及びドーパントを含むこともできる。
【０１３７】
前記ホストの例としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＡＤＮ）、ＴＣＴＡ、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢＩ）、３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、Ｅ３（下記化学式参照のこと）、ＢｅＢｑ２（下記化学式参照のこと）などを使用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１３８】
【化２７】
【０１３９】
一方、公知の赤色ドーパントとして、ＰｔＯＥＰ（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｐｉｑ）３（下記化学式参照のこと）、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）（下記化学式参照のこと）などを利用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１４０】
【化２８】
【０１４１】
また、公知の緑色ドーパントとして、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（ｐｐｙ＝フェニルピリジン）（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｍｐｙｐ）３（下記化学式参照のこと）、１０−（２−ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７−８−ｉ，ｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ；下記化学式参照のこと）などを利用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１４２】
【化２９】
【０１４３】
一方、公知の青色ドーパントとして、Ｆ２Ｉｒｐｉｃ（下記化学式参照のこと）、（Ｆ２ｐｐｙ）２Ｉｒ（ｔｍｄ）（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｄｆｐｐｚ）３（下記化学式参照のこと）、ｔｅｒ−フルオレン、４，４’−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（ＴＢＰ）などを利用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１４４】
【化３０】
【０１４５】
前記発光層１４０の厚みは、１００Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし６００Åでありうる。前記発光層の厚みが前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な発光特性を得ることができる。
【０１４６】
正孔阻止層（図示せず）は、発光層１４０（例えば、発光層１４０がリン光化合物を含む場合）の三重項励起子または正孔がカソードなどで広がる現象を防止する役割を行うものであり、発光層１４０の上部にさらに形成でき、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成することができる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１４７】
前記正孔阻止層の材料は、公知の正孔阻止材料のうちから任意に選択されうる。例えば、オキサジアゾール誘導体やトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体などを使用することができる。
【０１４８】
前記正孔阻止層の厚みは、約５０Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし３００Åでありうる。前記正孔阻止層の厚みが、前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔阻止特性を得ることができる。
【０１４９】
前記電子輸送層１５０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって、発光層１４０または正孔阻止層の上部に形成されうる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１５０】
前記電子輸送層１５０の物質（材料）として、公知の電子輸送材料を使用することができるが、例えば、Ａｌｑ３、１，２，４−トリアゾール誘導体（ＴＡＺ；下記化学式参照のこと）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ；下記化学式参照のこと）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）−ベリリウム（ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（ｐ−フェニルフェノラート）−アルミニウム（ＢＡｌｑ；下記化学式参照のこと）のような公知の材料を使用することもできる：
【０１５１】
【化３１】
【０１５２】
前記電子輸送層１５０の厚みは、約１００Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、２００Åなし５００Åでありうる。前記電子輸送層１５０の厚みが前述のような範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な電子輸送特性を得ることができる。
【０１５３】
前記電子輸送層１５０の上部には、電子注入層１６０が形成されうる。前記電子注入層１６０の形成材料としては、公知の電子注入材料であるＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＢａＦ２などが使われ、前記電子注入層１６０の蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層１２０の形成とほぼ同じ条件範囲から選択される。
【０１５４】
前記電子注入層１６０の厚みは、約１Åないし１００Å、好ましくは、例えば、５Åないし５０Åでありうる。前記電子注入層１６０の厚みが前述のような範囲を満足する場合、実質的な駆動電圧の上昇なしに、満足すべきほどの電子注入特性を得ることができる。
【０１５５】
前記第２電極１７０は、カソード（電子注入電極）であり、相対的に小さい仕事関数を有する金属や合金や電気伝導性化合物及びそれらの組み合わせを使用することができる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などを挙げることができる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などを使用することもできる。
【０１５６】
例えば、前記薄膜炭素を含んだ有機発光素子は、第１電極（前述のような炭素薄膜）／正孔注入層（ポリエチレンジヒドロキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、厚み５０ｎｍ＝５００Å）／正孔輸送層（ＮＰＢ、厚み２０ｎｍ＝２００Å）／発光層（ＢｅＢｑ２：Ｃ５４５Ｔ、厚み３０ｎｍ＝３００Å）／電子輸送層（ＢｅＢｑ２、厚み２０ｎｍ＝２００Å）／電子注入層（ＬｉＦ、厚み１ｎｍ＝１０Å）／第２電極（Ａｌ、１５０ｎｍ＝１，５００Å）の構造を有することができるが、それに限定されるものではない。
【０１５７】
前記有機発光素子は、前述のような炭素薄膜の製造方法を利用し、第１電極を形成するが、優秀な電気的特性の第１電極を含むことができ、製造コストを節減することができる。
【０１５８】
図４は、前記炭素薄膜を含んだ有機太陽電池素子の一実施形態（具現例）を概略的に図示したものである。
【０１５９】
図４の有機太陽電池素子２００は、第１電極２１０、正孔コレクト（ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ）バッファ層２２０、ヘテロ接合層２３０、電子受容層２４０及び第２電極２５０を含むことができる。有機太陽電池素子２００に照射された光は、ヘテロ接合層２３０で正孔と電子とに分離され、電子は、電子受容層２４０を経て第２電極２５０に移動し、正孔は、正孔コレクトバッファ層２２０を経て第１電極２１０に移動しうる。
【０１６０】
前記第１電極２１０は、前述のような炭素薄膜でありうる。
【０１６１】
前記正孔コレクトバッファ層２２０は、正孔を受容する材料からなりうるが、例えば、前述のような有機発光素子１００の正孔注入層１２０及び正孔輸送層１３０の材料を利用することができる。
【０１６２】
前記ヘテロ接合層２３０は、照射された光から正孔と電子とを分離させる物質を含むことができる。例えば、前記ヘテロ接合層２３０は、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料とを含むことができる。例えば、前記ヘテロ接合層２３０は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＭＢ）を含むことができるが、それらに限定されるものではない。
【０１６３】
前記電子受容層２４０は、電子を受容する材料からなりうるが、例えば、前述のような有機発光素子１００の電子注入層１６０の材料を利用することができる。
【０１６４】
前記第２電極２５０は、カソード（電子注入電極）であり、相対的に小さい仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物及びそれらの組み合わせを使用することができる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などを挙げることができる。
【０１６５】
例えば、前記炭素薄膜を含んだ有機太陽電池素子は、第１電極（前述のような炭素薄膜）／バッファ層（ＰＥＤＯＴ、厚み３５ｎｍ＝３５０Å）／ヘテロ接合層（Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ、厚さ２１０ｎｍ＝２，１００Å）／電子受容層（ＢａＦ２、厚さ１ｎｍ＝１０Å）／第２電極（Ａｌ、厚さ１００ｎｍ＝１，０００Å）の構造を有することができるが、それに限定されるものではない。
【０１６６】
図５は、前記炭素薄膜を含んだ有機薄膜トランジスタの一実施形態（具現例）を概略的に図示したものである。
【０１６７】
図５の有機薄膜トランジスタ３００は、基板３１１、ゲート電極３１２、絶縁層３１３、有機半導体層３１５、及びソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂを含む。前記ゲート電極３１２、有機半導体層３１５、及びソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂのうち一つ以上が、前述のような炭素薄膜でありうる。
【０１６８】
前記基板３１１は、一般的な電子素子で使われる基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性などを考慮し、ガラス基板または透明プラスチック基板を使用することができる。
【０１６９】
前記基板３１１上には、所定パターンのゲート電極３１２が形成されている。前記ゲート電極３１２は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｍｏ、またはＡｌ：Ｎｄ、Ｍｏ：Ｗ合金のような金属または金属の合金からなりうるが、それらに限定されるものではない。または、前記ゲート電極３１２は、前述のような炭素薄膜からなりうる。
【０１７０】
前記ゲート電極３１２の上部には、前記ゲート電極３１２を覆うように、絶縁層３１３が備わっている。前記絶縁層３１３は、金属酸化物または金属窒化物のような無機物からなったり、絶縁性有機高分子のような有機物からなりうるなど、多様な物質によって具備可能である。
【０１７１】
絶縁層３１３の上部には、有機半導体層３１５が形成されている。前記有機半導体層３１５は、前述のような炭素薄膜でありうる。または、前記有機半導体層３１５は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン（ｐｅｒｙｌｅｎｅ）及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ｐｅｒｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉｉｍｉｄｅ）及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ｐｅｒｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフローレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−ヘテロ環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、金属含有あるいは無含有のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリット酸二無水物及びその誘導体、ピロメリット酸ジイミド及びそれらの誘導体などを含むことができるが、それらに限定されるものではない。
【０１７２】
前記有機半導体層３１５上には、ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂがそれぞれ形成されている。前記ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂは、図５から分かるように、一定部分ゲート電極３１２と重畳するように備わりうるが、必ずしもそれに限定されるものではない。前記ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂは、前記炭素薄膜からなりうる。または、前記ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂは、有機半導体層をなす物質との仕事関数を考慮し、５．０ｅＶ以上の貴金属（ｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌ）、例えば、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、及びそれらのうち２以上の組み合わせを使用することができる。
【０１７３】
例えば、前記有機薄膜トランジスタは、基板／ゲート電極／絶縁層／有機半導体層（前述のような炭素薄膜）／ソース電極並びにドレイン電極（Ａｕ、１０ｎｍ以上）の構造を有することができる。または、前記有機薄膜トランジスタは、基板／ゲート電極／絶縁層／有機半導体層（ペンタセン）／ソース電極並びにドレイン電極（前述のような炭素薄膜）の構造を有することができる。
【０１７４】
以上、前記電子素子について、図３ないし図５を参照しつつ説明したが、それらに限定されるものではない。例えば、前記図３の有機発光素子で、第１電極１１０の材料によって、第２電極１７０が前記炭素薄膜でありうる。また、図５は、ボトムゲート型有機薄膜トランジスタを図示したものであるが、トップゲート型有機薄膜トランジスタのような多様な構造の有機薄膜トランジスタへの変形も可能であることは言うまでもない。本発明による炭素薄膜は、前記素子以外にも、メモリ、電気化学／バイオセンサ、ＲＦ素子、レクティファイア及びＣＭＯＳ素子のような電子素子を始めとして、リチウムバッテリ、燃料電池のような電気化学素子に、電極及び活性材料として適用されうる。また、応用素子は、それらに限定されるものではない。
【０１７５】
本発明は、図面に図示された実施形態（実施例）を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態（実施例）が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【実施例】
【０１７６】
実施例１
基板として厚さ３００ｎｍのシリコン酸化物膜が形成されたシリコン基板（２．０ｃｍ×２．０ｃｍ）を準備した後、３０分間ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）／オゾン処理し、シリコン酸化物膜表面を親水性処理した。
【０１７７】
前記シリコン酸化物膜の上部に、（ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ＤＡＥ ＪＵＮＧ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）溶媒にポリスチレン（重量平均分子量（Ｍｗ）は、１３０，０００、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製）が含まれた溶液（２ｗｔ％）をスピンコーティングした後、溶媒を除去するために、１００℃で３分間ベーキングし、１０ｎｍ厚のポリスチレン膜を形成した。
【０１７８】
前記ポリスチレン膜上に、ニッケル（Ｎｉ）を蒸着し、５０ｎｍ厚のＮｉ保護膜を形成した後、前記基板を石英管に入れてファーネス内に装着した。アルゴン（Ａｒ）ガス（５０ｓｃｃｍ）及び水素ガス（１０ｓｃｃｍ）を、前記石英管に一定に投入しつつ、ハロゲンランプ熱源を使用し、前記基板を１，０００℃で１分間熱処理した。
【０１７９】
前記熱処理終了後、前記基板が位置した石英管をファーネスから分離して自然冷却し、炭素薄膜を前記基板から分離し、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、９５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８０】
実施例２
ポリスチレンの代わりに、ポリアクリロニトリル（重量平均分子量（Ｍｗ）は、１５０，０００、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を使用したという点を除いては、前記実施例１と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１００Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８１】
実施例３
ポリスチレンの代わりに、ポリメチルメタクリレート（数平均分子量（Ｍｎ）は、１３０，０００）を使用したという点を除いては、前記実施例１と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１０５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８２】
実施例４
Ｎｉ保護膜の厚みを５０ｎｍから２５ｎｍに変更したという点を除いては、前記実施例２と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、２５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８３】
実施例５
Ｎｉ保護膜の厚みを５０ｎｍから１０ｎｍに変更したという点を除いては、前記実施例２と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１０Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８４】
比較例１ないし３
Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例１ないし３と同じ方法によって実験を行った。
【０１８５】
比較例４
シリコン酸化物膜上に、４００ｎｍ厚のＮｉ層を形成した後、ポリスチレン膜を形成し、前記ポリスチレン膜上に、Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例１と同じ方法によって実験を行った。
【０１８６】
比較例５
シリコン酸化物膜上に、４００ｎｍ厚のＮｉ層を形成した後、ポリアクリロニトリル膜を形成し、前記ポリアクリロニトリル膜上に、Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例２と同じ方法によって実験を行った。
【０１８７】
比較例６
シリコン酸化物膜上に、４００ｎｍ厚のＮｉ層を形成した後、ポリメチルメタクリレート膜を形成し、前記ポリメチルメタクリレート膜上に、Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例３と同じ方法によって実験を行った。
【０１８８】
実施例６
基板として、厚さ３００ｎｍのシリコン酸化物膜が形成されたシリコン基板（２．０ｃｍ×２．０ｃｍ）を準備した後、３０分間ＵＶ／オゾン処理し、シリコン酸化物膜の表面を親水性処理した。
【０１８９】
前記シリコン酸化物膜の上部に、ＤＭＦ中にポリアセチロニトリル高分子（重量平均分子量（Ｍｗ）は、１５，０００である）が含まれている溶液（２ｗｔ％）をスピンコーティングした後、溶媒であるＤＭＦを除去するために、１６０℃で３分間ベーキングし、２５ｎｍ厚のポリアセチロニトリル膜を形成した。
【０１９０】
前記ポリアセチロニトリル膜を、大気雰囲気下で、２５０℃で１０時間プリベークし、前記ポリアセチロニトリル膜に含まれたポリアセチロニトリル中の一部以上を、安定化されたポリアセチロニトリルに変換させた。
【０１９１】
この後、前記ポリアセチロニトリル膜上に、ニッケル（Ｎｉ）を蒸着し、３００ｎｍ厚のＮｉ保護膜を形成した後、前記基板を石英管に入れてファーネス内に装着した。アルゴン（Ａｒ）ガス（５０ｓｃｃｍ）及び水素ガス（１０ｓｃｃｍ）を、前記石英管に一定に投入しつつ、ハロゲンランプ熱源を使用し、前記基板を６００℃で３時間熱処理した。
【０１９２】
熱処理終了後、前記基板が位置した石英管をファーネスから分離して自然冷却し、炭素薄膜を前記基板から分離し、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１００Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９３】
実施例７
熱処理を１，０００℃で１５分間行ったという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍｘ２．０ｃｍであり、厚みは、約５ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１１０Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９４】
実施例８
３００ｎｍ厚のＮｉ保護膜の代わりに、３００ｎｍ厚の銅（Ｃｕ）保護膜を形成したという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、約１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１０Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９５】
実施例９
熱処理を１，５００℃で１０時間行ったという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、約２０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、２００Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９６】
実施例１０
ポリアクリロニトリル膜の代わりに、ポリメチルメタクリレート膜（使用したポリメチルメタクリレートの重量平均分子量（Ｍｗ）は、１５，０００である）を形成したという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、約１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、９５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９７】
評価例１
実施例２、４及び５の炭素薄膜に対して、ＢＲＵＫＥＲ社のモデル名ＳＥＮＴＥＲＲＡ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｒａｍａｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ機器を利用してラマンスペクトルを測定し、その結果を図６に示した。ラマンスペクトルは、常温で５０倍対物レンズを利用し、５３２ｎｍのレーザ波長を利用して測定した。これと同一の方法を利用して測定した比較例１ないし３のラマンスペクトルは、図７に、比較例４ないし５のラマンスペクトルは、図８に示した。図６ないし８によれば、実施例２、４及び５の炭素薄膜は、グラフェンの特性を示すピークを有するが、比較例１ないし６から収得したフィルムは、グラフェンの特性を示すピークを有さないということを確認することができる。
【０１９８】
評価例２
前記実施例６及び実施例７の炭素薄膜に対して、ＢＲＵＫＥＲ社のモデル名ＳＥＮＴＥＲＲＡ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｒａｍａｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅの機器を利用してラマンスペクトルを測定し、その結果を図９に示した。ラマンスペクトルは、常温で５０倍対物レンズを利用し、５３２ｎｍのレーザ波長を利用して測定した。
【０１９９】
図９から、実施例６の炭素薄膜のラマンスペクトルは、１，３６２ｃｍ−１と１，５９７ｃｍ−１とのラマンシフト値を示しており、高強度の広域幅から見て、非晶質の炭素薄膜であることが分かる。特定理論によって限定されるものではないが、それらは、実施例６の熱処理温度条件のためでありうる。一方、実施例７の炭素薄膜のラマンスペクトルから、実施例７の炭素薄膜は、グラフィンであることが分かる。このとき、実施例７の炭素薄膜のラマンスペクトルにおいて、１，３４６ｃｍ−１のピークは、残余シアノ基（−ＣＮ）から由来したものであるか、炭素薄膜の欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）構造によるものである。
【符号の説明】
【０２００】
１１、３１、３１１ 基板、
１３、３３ 高分子膜、
１５、３５ 保護膜、
１７、３７ 炭素薄膜、
３２ 触媒膜、
１００ 有機発光素子、
１１０、２１０ 第１電極、
１２０ 正孔注入層、
１３０ 正孔輸送層、
１４０ 発光層、
１５０ 電子輸送層、
１６０ 電子注入層、
１７０ 第２電極、
２００ 太陽電子素子、
２２０ 正孔コレクトバッファ層、
２３０ ヘテロ接合層、
２４０ 電子受容層、
２５０ 第２電極、
３００ 薄膜トランジスタ、
３１２ ゲート電極、
３１３ 絶縁層、
３１４ａ ソース電極、
３１４ｂ ドレイン電極、
３１５ 有機半導体層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素薄膜の製造方法、炭素薄膜を含んだ電子素子及び炭素薄膜を含んだ電気化学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素系材料は、一般的に、ダイアモンド、グラファイト、グラフェン、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及び非晶質炭素に分類される。このうち、ダイアモンドは、炭素原子間がｓｐ３結合で連結されているために、電気伝導性を全く帯びないが、グラファイトは、ｓｐ２のみによってなっているので、伝導性に優れる。一方、非晶質炭素は、ｓｐ３結合とｓｐ２結合とをいずれも有するので、グラファイトよりは低い電気伝導性を有することができる。グラファイトの場合、金属と類似したレベルの伝導性によって、半導体産業では、グラファイトを使用するには限界がある。これを解決する物質として、最近脚光を浴びているグラフェンは、電気伝導度、電子移動度の側面で高い値を有するために、半導体産業でも応用性が広く、多くの研究がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
伝導性を有する炭素系材料の製造方法として、ナノファイバを利用する方法、スコッチテープを利用して黒鉛塊からグラフェンを分離する方法などを挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国公開特許第２００９−００５９８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の伝導性を有する炭素系材料の製造方法では、生産コストが非常に掛かるほか、安定的に生産・供給できる技術が確立されていないという問題があり、ましてや大面積の二次元炭素薄膜を製造することはできていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、経済的であって安定しており、大面積の二次元炭素薄膜を製造する方法を提供するものである。
【０００７】
本発明はまた、前記炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電子素子及び電気化学素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、基板上にコーティング工程を利用して、高分子膜（ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍ）を形成する段階と、前記高分子膜上に保護膜を形成する段階と、前記基板を熱処理し、前記基板上に炭素薄膜を形成する段階と、を含む炭素薄膜の製造方法が提供される。
【０００９】
前記基板は、シリコン、シリコン酸化物、金属ホイル、金属酸化物（例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）など）、高配向性熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ：ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ）、六方晶窒化ホウ素（Ｈ−ＢＮ：ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、高分子基板、またはそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。また、前記基板以外に、結晶構造を有するいかなる基板でも可能である。例えば、Ｎｉホイル、Ｃｕホイル、Ｐｄホイル、ＭｇＯ、ＺｎＳ、ｃ−ｐｌａｎｅサファイア、ｈ−ＢＮなどの基板を使用することができる。
【００１０】
前記高分子膜の高分子は、炭素及び水素を含み、６００℃以下の熱分解温度（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を有し、非共役性主鎖（ｎｏｎ−ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｍａｉｎ ｂａｃｋｂｏｎｅ）を有する絶縁性高分子を含むことができる。
【００１１】
例えば、前記高分子膜の高分子は、下記化学式１で表示される反復単位（ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）、下記化学式２で表示される反復単位、及び下記化学式３で表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる：
【００１２】
【化１】
【００１３】
【化２】
【００１４】
【化３】
【００１５】
前記化学式１ないし３で、Ｙ１は、ＮまたはＣ（Ｒ１１）であり、Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ１２）またはＣ（Ｒ１３）（Ｒ１４）であり、Ｙ３及びＹ４は互いに独立して、ＮまたはＣ（Ｒ１５）であり、Ｒ１ないしＲ１５は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択され、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基からなる群から選択され、Ａ１は、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、または置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基であり、前記＊は、隣接する反復単位との結合サイトである。
【００１６】
前記高分子膜の形成段階は、前記基板上に、前記高分子及び溶媒を含んだ第１混合物、または前記高分子の前駆体及び溶媒を含んだ第２混合物をコーティング工程を利用して提供する段階を含むことができる。
【００１７】
前記保護膜は、８００℃以上の融点を有する物質を含むことができる。例えば、前記保護膜は、金属、金属酸化物、セラミック、半導体酸化物及び半導体窒化物からなる群から選択された一つ以上の物質を含むことができる。
【００１８】
前記炭素薄膜の製造方法において、前記熱処理は、前記高分子膜に含まれた高分子が炭化（ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ）される条件下で行われる。
【００１９】
前記熱処理を不活性雰囲気または真空雰囲気下で、前記高分子膜に含まれた高分子の熱分解温度以上２，５００℃以下の温度範囲、かつ３０秒ないし５日の時間範囲で行われる。
【００２０】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記熱処理遂行前に、前記保護膜及び高分子膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階、及び前記熱処理遂行後、前記炭素薄膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階のうち一つ以上をさらに含むことができる。
【００２１】
前記炭素薄膜は、グラファイト・シート、グラフェン・シート、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及び非晶質炭素シートからなる群から選択されたものである。
【００２２】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記高分子膜の形成段階前、前記基板上に触媒膜を形成する段階をさらに含むことができる。ここで、前記触媒膜は、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ウラン（Ｕ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。
【００２３】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記保護膜形成段階前に、前記高分子膜をプリベークし、前記高分子膜を安定化させる段階をさらに含むことができる。
【００２４】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記炭素薄膜の形成段階後、前記保護膜及び／または触媒膜を除去する段階をさらに含むことができる。
【００２５】
前記炭素薄膜の製造方法は、前記炭素薄膜の形成段階から収得した炭素薄膜を他の基板に転写する段階をさらに含むことができる。
【００２６】
本発明においてまた、前記炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電子素子が提供される。前記炭素薄膜は、各種電子素子の電極及び／または配線、活性層（例えば、半導体素子の活性層（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ））として使われうる。
【００２７】
本発明においてまた、前記炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電気化学素子が提供される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の炭素薄膜の製造方法を利用すれば、安定していて経済的であり、大面積の二次元炭素薄膜を容易に製造することができる。また、優秀な伝導度を有する炭素薄膜を収得でき、これを、伝導性が要求される各種電極または配線などに応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の炭素薄膜の製造方法の一実施形態（具現例）を説明した図面である。
【図２】本発明の炭素薄膜製造方法の他の実施形態（具現例）を説明した図面である。
【図３】本発明の炭素薄膜を含んだ有機発光素子の一実施形態（具現例）を概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の炭素薄膜を含んだ有機太陽電池素子の一実施形態（具現例）を概略的に示した断面図である。
【図５】本発明の炭素薄膜を含んだ有機薄膜トランジスタの一実施形態（具現例）を概略的に示した断面図である。
【図６】実施例２、４及び５の炭素薄膜のラマンスペクトルである。
【図７】比較例１ないし３から収得したフィルムのラマンスペクトルである。
【図８】比較例４ないし６から収得したフィルムのラマンスペクトルである。
【図９】実施例６及び７の炭素薄膜のラマンスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態（実施例）について詳細に説明すれば、次の通りである。
【００３１】
図１は、前記カーボン薄膜の製造方法の一実施形態（具現例）を順に図示した断面図である。図１を参照して、前記カーボン薄膜の製造方法の一実施形態（具現例）について説明すれば、下記の通りである。
【００３２】
まず、基板１１を準備する。前記基板１１は、その上部に形成される高分子膜１３と実質的に反応せず、高温下に露出されても、変形、劣化などが起こらない物質を含むことができる。
【００３３】
前記基板１１としては、一般的な半導体工程で使われる基板が使われうる。例えば、前記基板１１は、シリコン、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）、シリコン窒化物（例えば、ＳｉＮ）、窒化半導体（例えば、ＧａＮ）、金属ホイル（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ）（例えば、銅ホイル、アルミニウムホイル、ニッケルホイル、パラジウムホイル、ステンレススチールなど）、金属酸化物、高配向性熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ：ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ）、六方晶窒化ホウ素（Ｈ−ＢＮ：ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、高分子基板（ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。前記金属ホイルは、アルミニウムホイルのように、融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）が高く、炭素薄膜を形成触媒として作用しない物質からなるか、あるいは銅及びニッケルホイルのように、炭素薄膜形成触媒としても作用することができる物質からなりうる。前記金属酸化物の例としては、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、マグネシウム酸化物、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを挙げることができ、前記高分子基板の例としては、ケプトンホイル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアクリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｔｅ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、三酢酸セルロース（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）などを挙げることができるが、それらに限定されるものではない。
【００３４】
前記基板１１として、高分子膜１３の炭化促進のために、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄなどと共に、炭素薄膜形成触媒としても作用することができる物質からなる金属ホイルを使用する場合、前記基板上に触媒膜を形成する段階を省略できる。
【００３５】
一方、ＨＯＰＧ、六方晶窒化ホウ素、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ及び硫化亜鉛を、基板１１の材料として選択する場合にも、前記基板１１上部に、触媒膜３２（図２）を形成せずとも、炭素薄膜が形成されうる。
【００３６】
一方、基板１１は、互いに異なる１以上の物質の混合物からなる単一層でもあり、互いに異なる２以上の物質からなる個別層が積層された多層構造でもありうる。例えば、前記基板１１は、シリコン層及びシリコン酸化物層からなる２層構造を有することができる。
【００３７】
その後、前記基板１１上に、高分子膜１３を形成する段階１Ａを遂行する。前記段階１Ａは、コーティング工程を利用して遂行する。
【００３８】
前記高分子膜１３の高分子は、炭素及び水素を含み、６００℃以下の熱分解温度（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を有し、非共役性主鎖（ｎｏｎ−ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｍａｉｎ ｃｈａｉｎ）を有する絶縁性高分子を含むことができる。
【００３９】
さらに具体的には、前記高分子膜１３の高分子は、下記化学式１で表示される反復単位（ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）、下記化学式２で表示される反復単位、及び下記化学式３で表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる。
【００４０】
【化４】
【００４１】
【化５】
【００４２】
【化６】
【００４３】
前記化学式１で、Ｙ１は、ＮまたはＣ（Ｒ１１）であり、前記化学式２で、Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ１２）またはＣ（Ｒ１３）（Ｒ１４）であり、前記化学式３で、Ｙ３及びＹ４は互いに独立して、ＮまたはＣ（Ｒ１５）であり、前記化学式３で、Ａ１は、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、または置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基でありうる。
【００４４】
一方、前記化学式１ないし３で、Ｒ１ないしＲ１５は、後述する「炭素薄膜」形成のための熱処理時に、容易に脱着されうる基でありうる。
【００４５】
このようなＲ１ないしＲ１５は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択され、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基からなる群から選択されうる。
【００４６】
好ましくは、例えば、前記Ｒ１ないしＲ１５は、互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、Ｃ１−Ｃ１０アルキル基、Ｃ１−Ｃ１０アルコキシ基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択されうる。ここで、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子及びＣ１−Ｃ１０アルキル基からなる群から選択されうる。
【００４７】
より好ましくは、例えば、前記Ｒ１ないしＲ１５は、互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基及び−ＮＨ２からなる群から選択されうるが、それらに限定されるものではない。
【００４８】
前記化学式３で、Ａ１が、置換されたＣ６−Ｃ３０アリール基または置換されたＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である場合、前記置換されたＣ６−Ｃ３０アリール基または置換されたＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基の置換基は、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ１−Ｃ３０アルコキシ基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基、Ｃ６−Ｃ３０アリールアルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリールオキシ基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、Ｃ５−Ｃ２０シクロアルキル基、Ｃ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、Ｃ１−Ｃ３０アルキルエステル基、Ｃ６−Ｃ３０アリールエステル基、及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基からなる群から選択されうるが、それらに限定されるものではない。好ましくは、例えば、前記置換基は、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、Ｃ１−Ｃ１０アルキル基及びＣ１−Ｃ１０アルコキシ基からなる群から選択されうるが、それらに限定されるものではない。
【００４９】
一方、前記化学式１ないし３で、「＊」は、隣接する反復単位との結合サイトを示したものである。
【００５０】
好ましくは、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１で表示される反復単位からなるが、前記化学式１で、Ｙ１は、Ｎでありうる。
【００５１】
または、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１で表示される反復単位からなるが、前記化学式１で、Ｙ１は、Ｎであり、Ｒ１ないしＲ３は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基及び−ＮＨ２からなる群から選択されうる。
【００５２】
好ましい他の例としては、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式２で表示される反復単位からなるが、前記化学式２で、Ｙ２は、Ｏでありうる。
【００５３】
または、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式２で表示される反復単位からなるが、前記化学式２で、Ｙ２は、Ｏであり、Ｒ７は水素原子、Ｃ１−Ｃ１０アルキル基及びＣ１−Ｃ１０アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基など）からなる群から選択され、前記Ｒ４ないしＲ６は互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基及び−ＮＨ２からなる群から選択されうる。
【００５４】
また、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式３で表示される反復単位からなるが、前記化学式３で、Ａ１は、置換または非置換のフェニル基、置換または非置換のペンタレニル基、置換または非置換のインデニル基、置換または非置換のナフチル基、置換または非置換のアズレニル基、置換または非置換のヘプタレニル基、置換または非置換のインダセニル基、置換または非置換のアセナフチル基、置換または非置換のフルオレニル基、置換または非置換のフェナレニル基、置換または非置換のフェナントレニル基、置換または非置換のアントラセニル基、置換または非置換のフルオランテニル基、置換または非置換のトリフェニレニル基、置換または非置換のピレニレニル基（ｐｙｒｅｎｙｌｅｎｙｌ）、置換または非置換のクリセニル基（ｃｈｒｙｓｅｎｙｌ）、置換または非置換のナフタセニル基、置換または非置換のピセニル基、置換または非置換のペリレニル基（ｐｅｒｙｌｅｎｙｌ）、置換または非置換のペンタフェニル基（ｐｅｎｔａｐｈｅｎｙｌ）、置換または非置換のヘキサセニル基、置換または非置換のピロリル基、置換または非置換のピラゾリル基、置換または非置換のイミダゾリル基（ｉｍｉｄａｚｏｌｙｌ）、置換または非置換のイミダゾリニル基、置換または非置換のイミダゾピリジニル基、置換または非置換のイミダゾピリミジニル基、置換または非置換のピリジニル基、置換または非置換のピラジニル基（ｐｙｒａｚｉｎｙｌ）、置換または非置換のピリミジニル基、置換または非置換のインドリル基（ｉｎｄｏｌｙｌ）、置換または非置換のプリニル基、置換または非置換のキノリニル基、置換または非置換のフタラジニル、置換または非置換のインドリジニル基、置換または非置換のナフチリジニル基、置換または非置換のキナゾリニル、置換または非置換のシノリニル基、置換または非置換のインダゾリル、置換または非置換のカルバゾリル基、置換または非置換のフェナジニル基、置換または非置換のフェナントリジニル基、置換または非置換のピラニル基、置換または非置換のクロメニル基、置換または非置換のベンゾフラニル基、置換または非置換のチオフェニル基、置換または非置換のベンゾチオフェニル基、置換または非置換のイソチアゾリル基、置換または非置換のベンゾイミダゾリル基、及び置換または非置換のイソキサゾリル基からなる群から選択されうる。
【００５５】
好ましくは、例えば、前記Ａ１は、置換または非置換のフェニル基、置換または非置換のナフチル基、または置換または非置換のピリジニル基であるが、それらに限定されるものではない。
【００５６】
【化７】
【００５７】
【化８】
【００５８】
【化９】
【００５９】
【化１０】
【００６０】
【化１１】
【００６１】
【化１２】
【００６２】
【化１３】
【００６３】
【化１４】
【００６４】
【化１５】
【００６５】
より好ましくは、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１１ａで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１２ａで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１２ｂで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ａで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｂで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｃで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｄで表示される反復単位からなる高分子、前記化学式１３ｅで表示される反復単位からなる高分子または前記化学式１３ｆで表示される反復単位からなる高分子であるが、それらに限定されるものではない。
【００６６】
前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前述のように、化学式１ないし３のうち一つで表示される反復単位からなるか、または化学式１の反復単位、化学式２の反復単位及び化学式３の反復単位のうち一つ以上を含む共重合体でもありうる。
【００６７】
例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、化学式１の反復単位、化学式２の反復単位及び化学式３の反復単位のうち一つ以上以外に、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブテン−１（ＰＢ−１）、ポリ４−メチル−１−ペンテン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ４−ビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリ（２−ビニルナフタレン）、ポリ（１−ビニルナフタレン）、ポリ２−ビニルピリジン、ポリ４−ビニルピリジン、ポリイソブチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン及びポリアクリル酸からなる群から選択された物質の反復単位をさらに含んだ共重合体でありうる。または、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、前記化学式１で表示される反復単位及び前記化学式２で表示される反復単位のうち一つ以上を有するイコサン酸との共重合体であるなどの多様な変形が可能である。
【００６８】
特に好ましくは、例えば、前記高分子膜１３に含まれた高分子は、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレートまたはポリビニルアルコールであるが、それらに限定されるものではない。
【００６９】
前記高分子膜１３に含まれた高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１，０００ないし１０，０００，０００、好ましくは、１０，０００ないし１，０００，０００でありうる。前記高分子膜１３に含まれた高分子の重量平均分子量が、前述のような範囲を満足する場合、後述する第１混合物がコーティング段階に適したフロー性及び／または粘度を有することができ、伝導度に優れる炭素薄膜を収得することができる。
【００７０】
前記段階１Ａは、前記基板１１上に、前記高分子及び溶媒を含んだ第１混合物、または前記高分子の前駆体及び溶媒を含んだ第２混合物を、コーティング工程を利用して提供する段階を含む。ここで、第２混合物を利用する場合、後述するソフトベーキング段階、熱処理段階で重合反応が進み、前述のような高分子を形成することができる。
【００７１】
前記第１混合物及び第２混合物は、架橋剤、酸触媒、金属フィラ、セラミック・フィラ及びナノ粒子からなる群から選択された１種以上の添加剤をさらに含むことができる。
【００７２】
前記コーティング工程は、例えば、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズル・プリンティング法、ディップ・コーティング法、電気泳動蒸着法、テープ・キャスティング法、スクリーン・プリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビア・プリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、または多層薄膜自己組立法（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）であるが、それらに限定されるものではない。好ましくは、例えば、前記コーティング工程は、スピンコーティング法を利用することができる。
【００７３】
一方、前記第１混合物及び／または第２混合物の濃度を制御することによって、前記高分子膜１３の単位体積当たり含まれる高分子の含有量が制御されうるので、前記高分子膜１３の厚みを制御することができ、これにより、図１で、炭素薄膜１７の厚みも、制御することができる。従って、前記炭素薄膜の製造方法によれば、容易に炭素薄膜の厚みを制御することができる。
【００７４】
前記第１混合物及び／または第２混合物を前記基板１１に提供した後、選択的に、前記第１混合物及び／または第２混合物に含まれた溶媒を除去するための、ソフトベーキングを行うことができる。
【００７５】
前記ソフトベーキングの温度範囲及び時間範囲は、選択された高分子、選択された溶媒、第１混合物及び／または第２混合物の濃度などによって調節されうる。
【００７６】
前記高分子膜１３の厚みは、前記第１混合物及び前記第２混合物の濃度を調節することによって調節され、２ｎｍないし５０μｍの範囲を有することができる。前記高分子膜１３が前述のような範囲を満足する場合、グラフェン単一層以上の厚みを有する炭素薄膜を形成することができ、均一な膜質の高分子膜１３を形成することができる。
【００７７】
例えば、前記高分子膜１３の厚みは、２ｎｍないし５０μｍ（好ましくは、例えば、２ｎｍないし１，０００ｎｍの範囲）であるが、前記範囲を満足する場合、製造された炭素薄膜１７は、グラフェン単層厚である０．３４ｎｍないし５０ｎｍ厚を有することができ、可視光領域の波長の光の透過度に優れ、各種ディスプレイなどの透明電極として使われうる。または、例えば、前記高分子膜１３の厚みを約５０μｍ以上に調整すれば、それから製造された炭素薄膜１７は、一般配線電極としても活用することができる。
【００７８】
次に、前記高分子膜１３の上部に、保護膜１５を形成する段階１Ｂを遂行する。
【００７９】
前記保護膜１５は、高分子膜１３に含まれた高分子が、熱処理段階によって劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）及び／または焼成されて損失されることを防止する役割を行う。従って、前記保護膜１５の形成によって、複数個の六員炭素環が互いに融合されているグラフェン構造ドメインを多数含み、伝導度の向上された炭素薄膜を得ることができる。
【００８０】
前記保護膜１５は、８００℃以上の融点を有する物質を含むことができる。例えば、前記保護膜１５は、金属、金属酸化物、セラミック、半導体酸化物及び半導体窒化物からなる群から選択された一つ以上の物質を含むことができる。例えば、前記保護膜１５は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びそれらのうち２以上の組み合わせからなる群から選択された一つ以上の物質を含むことができる。
【００８１】
前記保護膜１５の厚みは、２ｎｍないし２，０００ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍないし６００ｎｍでありうる。前記保護膜１５の厚みが前記範囲を満足する場合、均一な層を形成することができる。
【００８２】
前記保護膜１５は、通常の金属膜及び／または金属酸化物膜の形成方法（例えば、蒸着法など）を利用して形成されうる。
【００８３】
この後、熱処理段階の段階１Ｃを遂行し、高分子膜１３を炭化させ、炭素薄膜１７を形成する。前記熱処理段階は、前記高分子膜１３に含まれた高分子が炭化される条件下で行われる。
【００８４】
このために、前記熱処理は、不活性雰囲気（例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気及び／または酸素雰囲気など）または真空雰囲気で遂行されうる。また、選択的に、炭化反応を促進させたり、または炭素薄膜１７内の欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）を誘導して炭素薄膜１７の仕事関数を改質するために、熱処理の遂行中、水素、メタン、ＣＦ４ガスなどを、不純物ガスとして注入されうる。
【００８５】
また、前記熱処理を、前記高分子膜１３に含まれた高分子の熱分解温度（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）以上２，５００℃以下の温度範囲（好ましくは、例えば、６００℃から１，５００℃）で３０秒ないし５日（好ましくは、例えば、１分ないし２０時間）の時間範囲で行われる。このような熱処理遂行の雰囲気、温度及び熱処理時間は、前記高分子膜１３に含まれた高分子の構造、含有量などによって選択されうる。
【００８６】
前記熱処理（すなわち、図１で、「段階１Ｃ」）を介して、高分子膜１３の高分子が炭化されつつ炭素薄膜１７が形成されるが、このとき、高分子が互いに継続的に結合しつつ、グラフェン・ライク構造を含んだドメインを形成することができる。
【００８７】
前記熱処理段階１Ｃの温度を、保護膜１５に含まれた物質の融点以上の温度に調節することによって、炭素薄膜１７の形成と同時に、保護膜１５を除去することもできる。
【００８８】
または、前記熱処理段階１Ｃの熱処理条件が、保護膜１５の除去に不十分である場合、図１には図示されていないが、形成された炭素薄膜１７の上部には、保護膜１５の一部以上が残留しうる。従って、前記炭素薄膜の製造方法は、形成された炭素薄膜１７に残留した保護膜１５を除去する段階をさらに含むことができる。炭素薄膜１７の上部に残留した保護膜１５は、公知の金属膜及び／または金属酸化物膜の除去方法を利用して除去されうるが、例えば、金属用または金属酸化物用エッチェントで炭素薄膜１７の表面を洗浄し、炭素薄膜１７の上部に残留しうる保護膜１５を除去することができる。例えば、前記保護膜１５がＮｉからなるものであるならば、ＦｅＣｌ３（主に、蒸留水１Ｍ溶液）またはＭａｒｂｌｅ ｒｅａｇｅｎｔ（主に、５０ｍｌのＨＣｌ：５０ｍｌの蒸留水：１０ｇのＣｕＳＯ４）を利用して、前記保護膜１５を除去することができる。
【００８９】
従って、前記炭素薄膜の製造方法は、コーティング工程及び熱処理工程に基づくので、前記炭素薄膜の製造方法によれば、経済的であって安定して大面積の二次元炭素薄膜１７を得ることができる。
【００９０】
また、前記第１混合物及び／または前記第２混合物の濃度を制御することによって、炭素薄膜１７の厚みを簡便に制御することができるので、容易に多様なサイズの炭素薄膜１７を得ることができる。
【００９１】
一方、前記段階１Ｃの遂行前、保護膜１５及び高分子膜１３をパターニングしたり、前記段階１Ｃの遂行後、炭素薄膜１７を基板１１から分離する前に、炭素薄膜１７をパターニングすることにより、炭素薄膜１７に対するパターニング工程を容易に実施することができる。このようにパターニングされた炭素薄膜１７上に、各種素子構造体を直ちに形成することができるので、前記炭素薄膜１７は、多様なパターンを有した電極または配線などに容易に活用されうる。
【００９２】
前記パターニング方法としては、フォトリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、ナノインプリント・リソグラフィ、モールドアシスト・リソグラフィ、ステップ・アンド・フラッシュ・インプリント・リソグラフィ、ディップペン・リソグラフィ、マイクロコンタクト・プリンティング及びインクジェット・プリンティングからなる群から選択された一つ以上を使用することができる。または、段階１Ｃ（すなわち、前記熱処理）遂行後には、感光剤とマスクとを利用するパターニング及び／または酸素プラズマを利用したパターニングが使われうる。
【００９３】
前記炭素薄膜１７は、グラファイト・シート、グラフェン・シート（あるいはフィルム）、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）または非晶質炭素フィルムでありうる。前記グラフェン・シートは、０．３４ｎｍ厚を有するグラフェン単一層、２層ないし１０層のグラフェン単一層が積層された構造を有する数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）、または前記数層グラフェンよりは多数層グラフェン単一層が積層された構造を有するグラフェン多重層でありうる。例えば、前記炭素薄膜１７は、グラフェン・シートでありうる。好適な一実施形態（具現例）によれば、前記炭素薄膜１７は、数層グラフェンであるが、それに限定されるものではない。前記炭素薄膜１７は、可視光線領域の光に対して、５０％以上の透過度を有することができる。一方、前記炭素薄膜１７は、優秀な伝導度を有することができる。例えば、１０Ｓ／ｃｍ以上の伝導度を有することができる。
【００９４】
図２は、前記炭素薄膜の製造方法の他の実施形態（具現例）である。図２は、基板３１の上部に、触媒膜３２を形成した後、触媒膜３２の上部に、高分子膜３３を形成したという点を除いては、前記図１によって説明される炭素薄膜の製造方法と同一である。図２によれば、基板３１上に、触媒膜３２を形成した後、前記触媒膜３２の上部に、高分子膜３３を形成（段階３Ａ）し、前記高分子膜３３上に、保護膜３５を形成（段階３Ｂ）した後、これを熱処理して、炭素薄膜３７を形成（段階３Ｃ）する。図２で、基板３１、高分子膜３３、保護膜３５、炭素薄膜３７、段階３Ａ、段階３Ｂ及び段階３Ｃは、それぞれ図１の基板１１、高分子膜１３、保護膜１５、炭素薄膜１７、段階１Ａ、段階１Ｂ及び段階１Ｃについての説明を参照する。
【００９５】
前記触媒膜３２は、炭素薄膜３７の形成時、グラフェン構造形成のための触媒として作用し、炭素薄膜３７のグラフェン・ライク構造ドメインを増加させる役割を行うことができる。
【００９６】
前記触媒膜３２は、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ウラン、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことができる。
【００９７】
前記触媒膜３２の厚みは、１０ｎｍないし１，０００ｎｍ（好ましくは、例えば、２００ｎｍないし６００ｎｍ）でありうる。触媒膜３２の厚さが前記範囲を満たす場合、優れた電気的特性（例えば、伝導度など）を有する炭素薄膜を製造することができる。
【００９８】
前記触媒膜３２は、炭素薄膜３７の形成のための熱処理段階で、炭素薄膜３７の形成後に残留することがあるが、炭素薄膜３７を分離させるために、前記触媒膜３２を除去する段階をさらに含むことができる。
【００９９】
一方、前記炭素薄膜の製造方法は、前記保護膜１５、３５形成前に、前記高分子膜１３、３３をプリベークし、前記高分子膜１３、３３を安定化させる段階をさらに含むことができる。前記プリベークによって、前記高分子膜１３、３３における高分子の一部以上は、「安定化された高分子」に変換されうる。
【０１００】
前記プリベークは、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子における分子内添加反応（ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）、及び前記高分子における分子内二重結合形成反応（ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｏｕｂｌｅ ｂｏｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）のうち一つ以上の反応が起こる条件下で遂行されうる。
【０１０１】
このようなプリベークの条件は、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子の構造、高分子の配向状態、高分子の含有量などによって異なるが、２００℃ないし３５０℃の温度範囲（好ましくは、例えば、２５０℃ないし３００℃）及び１分ないし２４時間（好ましくは、例えば、１分ないし１５時間）でありうる。
【０１０２】
前記プリベークの結果、高分子膜１３、３３に含まれた安定化された高分子は、複数の飽和または不飽和の六員環を含むが、前記複数の飽和または不飽和の六員環は、互いに縮合（融合）された構造を有することができる。
【０１０３】
好ましくは、例えば、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式１で表示される反復単位からなる高分子である場合、安定化された高分子は、下記化学式１ａで表示される反復単位、及び下記化学式１ｂで表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる：
【０１０４】
【化１６】
【０１０５】
【化１７】
【０１０６】
前記化学式１ａ及び１ｂで、Ｙ１、Ｒ１ないしＲ３及び＊についての詳細な説明は、前記化学式１についての説明を参照する。
【０１０７】
または、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式２で表示される反復単位からなる高分子である場合、安定化された高分子は、下記化学式２ａで表示される反復単位、下記化学式２ｂで表示される反復単位、及び下記化学式２ｃで表示される反復単位のうち一つ以上を含むことができる：
【０１０８】
【化１８】
【０１０９】
【化１９】
【０１１０】
【化２０】
【０１１１】
前記化学式２ａないし２ｃで、Ｙ２、Ｒ４ないしＲ７及び＊についての詳細な説明は、前記化学式２についての説明を参照する。
【０１１２】
前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式３で表示される反復単位からなる高分子である場合、前記化学式３で、Ａ１で表示された環に含まれた二重結合が、化学式２の−Ｃ＝Ｙ２−結合と類似した方式で安定化された高分子形成に寄与することができるが、それに限定されるものではない。
【０１１３】
例えば、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、下記化学式４で表示されるポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）である場合、前述のようなプリベーク遂行の結果、前記ポリアクリロニトリルのシアノ基のＮは、隣接するシアノ基のＣと単一結合を形成する分子内添加反応が起き、下記化学式４ａで表示される第１安定化されたポリアクリロニトリルが形成され、前記第１安定化されたポリアクリロニトリルでは、脱水素化反応に基づいた分子内二重結合形成反応が起き、下記化学式４ｂで表示される第２安定化されたポリアクリロニトリルが形成されうる。
【０１１４】
【化２１】
【０１１５】
【化２２】
【０１１６】
【化２３】
【０１１７】
従って、前記高分子膜１３、３３に含まれた高分子が、前記化学式４で表示されるポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）である場合、プリベークの結果として形成された安定化された高分子は、前記化学式４ｂで表示される第２安定化された高分子のみ含むか、または前記化学式４ａで表示される第１安定化された高分子と、前記化学式４ｂで表示される第２安定化された高分子とをいずれも含むことができる。これは、プリベーク段階の条件によって調整されうる。
【０１１８】
このように、前記プリベーク段階によって、高分子膜１３、３３の高分子において一部以上は、耐熱性を有するはしご構造の安定化された高分子に変換できるが、前記安定化された高分子を、炭素薄膜１７、３７形成のための熱処理段階（段階１Ｃ（図１）、段階３Ｃ（図２））で露出しても、高分子の分解が最小化されうる。従って、複数個の六員炭素環が互いに縮合（融合）されているグラフェン構造ドメインを多数含んで、伝導度が向上された炭素薄膜を得ることができる。
【０１１９】
例えば、前記炭素薄膜１７、３７形成のための熱処理時、２個の第２安定化されたポリアクリロニトリル（化学式４ｂ）は、まず互いに結合し、下記化学式４ｃのような構造を形成することができる。
【０１２０】
【化２４】
【０１２１】
前述のような結合が続きつつ炭化がなされれば、下記化学式４ｄのような構造の第１層が複数層含まれた炭素薄膜１７、３７を収得することができる。
【０１２２】
【化２５】
【０１２３】
前記炭素薄膜１７、３７で、複数層の第１層は、前記第１層が延びる第１方向に対して垂直である第２方向に沿って積層されるが、それに限定されるものではない。
【０１２４】
前述のように、前記炭素薄膜の製造方法で使用された触媒膜３２及び／または保護膜１５、３５は、前記炭素薄膜１７、３７の形成後に残留することがあり、このとき、エッチェントを利用して除去することができる。前記炭素薄膜１７、３７は、炭素薄膜１７、３７が形成された基板１１、３１上で直接利用されうる（例えば、基板１１、３１上に形成された炭素薄膜１７、３７を直接に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）パターニングし、基板１１、３１上に炭素薄膜電極パターンを形成する）。または、前記炭素薄膜１７、３７を、炭素薄膜１７、３７が形成された基板１１、３１から分離させた後、所定の他の基板（例えば、プラスチック基板）に転写させ、例えば、フレキシブルな素子具現（実現）に利用することも可能である。前記転写工程は、基板１１、３１上に形成された炭素薄膜１７、３７を、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、熱転写テープ（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｌｅａｓｅ ｔａｐｅ）のような接着層と接触させ、炭素薄膜１７、３７を基板１１、３１と分離させた後、接着層に接着された炭素薄膜１７、３７を所定の他の基板と接触させることによって行うことができる。所定の他の基板に転写された炭素薄膜１７、３７は、ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）やガス（例えば、Ｏ２）プラズマ工程を介して、所定のパターンにパターニングされうる。
【０１２５】
前記炭素薄膜は、伝導性が要求される各種層に使われうる。例えば、各種電子素子及び電気化学素子の電極、配線、チャンネル層などに応用されうる。前記電子素子は、例えば、無機発光素子（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、有機発光素子（ＯＬＥＤ：ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、無機太陽電池（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、有機太陽電池素子（ＯＰＶ：ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｉｏｄｅ）、または無機薄膜トランジスタ（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、メモリ、電気化学／バイオセンサ、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）素子、レクティファイア、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子または有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ：ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、前記電気化学素子としては、例えば、リチウムバッテリまたは燃料電池であるが、それらに限定されるものではない。
【０１２６】
前記有機発光素子の一実施形態（具現例）の概略的な構造は、図３を参照する。図３の有機発光素子１００は、第１電極１１０、正孔注入層１２０、正孔輸送層１３０、発光層１４０、電子輸送層１５０、電子注入層１６０及び第２電極１７０を含む。前記有機発光素子１００の第１電極１１０及び第２電極１７０間に電圧を印加すれば、第１電極１１０から注入された正孔は、正孔注入層１２０及び正孔輸送層１３０を経由して、発光層１４０に移動し、第２電極１７０から注入された電子は、電子注入層１６０及び電子輸送層１５０を経由して、発光層１４０に移動する。前記正孔及び電子のようなキャリアは、発光層１４０で再結合して励起子（ｅｘｉｔｏｎ）を生成するが、この励起子が励起状態から基底状態に変わりつつ光が生成される。
【０１２７】
前記第１電極１１０は、前述のような炭素薄膜でありうる。
【０１２８】
正孔注入層１２０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成されうる。このとき、真空蒸着法を選択する場合、蒸着条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、例えば、１００ないし５００℃の蒸着温度範囲、１０−１０ないし１０−３ｔｏｒｒの真空度範囲、０．０１ないし１００Å／ｓｅｃの蒸着速度範囲内で選択されうる。一方、スピンコーティング法を選択する場合、コーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性によって異なるが、２，０００ｒｐｍないし５，０００ｒｐｍのコーティング速度範囲、８０℃ないし２００℃の熱処理温度（コーティング後の溶媒除去のための熱処理温度）範囲内で選択されうる。
【０１２９】
前記正孔注入層１２０の材料としては、公知の正孔注入材料を使用することができるが、例えば、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ；下記化学式参照のこと）、４，４’，４”−トリス｛Ｎ，Ｎジフェニルアミノ｝トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ；下記化学式参照のこと）、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（２−ナフチル）−ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（２Ｔ−ＮＡＴＡ；下記化学式参照のこと）、ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／カンファースルホン酸（Ｐａｎｉ／ＣＳＡ）、またはポリアニリン／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）などを使用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１３０】
【化２６】
【０１３１】
前記正孔注入層１２０の厚みは、約１０Åないし１０，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし１，０００Åでありうる。前記正孔注入層１２０の厚みが前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔注入特性を得ることができる。
【０１３２】
前記正孔輸送層１３０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成されうる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１３３】
正孔輸送層１３０の材料は、公知の正孔輸送材料を利用して形成することができるが、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ−フェニルカルバゾール、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）などの芳香族縮合環を有するアミン誘導体；４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）のようなトリフェニルアミン系物質のような公知の正孔輸送物質を使用することができる。このうち、例えば、ＴＣＴＡの場合、正孔輸送の役割以外にも、発光層１４０から励起子が拡散することを防止する役割も行うことができる。
【０１３４】
前記正孔輸送層１３０の厚みは、５０Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし６００Åでありうる。前記正孔輸送層１３０の厚みが前述のような範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔輸送特性を得ることができる。
【０１３５】
前記発光層１４０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成されうる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１３６】
前記発光層１４０は、単一発光材料からなり、ホスト及びドーパントを含むこともできる。
【０１３７】
前記ホストの例としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＡＤＮ）、ＴＣＴＡ、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢＩ）、３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、Ｅ３（下記化学式参照のこと）、ＢｅＢｑ２（下記化学式参照のこと）などを使用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１３８】
【化２７】
【０１３９】
一方、公知の赤色ドーパントとして、ＰｔＯＥＰ（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｐｉｑ）３（下記化学式参照のこと）、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）（下記化学式参照のこと）などを利用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１４０】
【化２８】
【０１４１】
また、公知の緑色ドーパントとして、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（ｐｐｙ＝フェニルピリジン）（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｍｐｙｐ）３（下記化学式参照のこと）、１０−（２−ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７−８−ｉ，ｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ；下記化学式参照のこと）などを利用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１４２】
【化２９】
【０１４３】
一方、公知の青色ドーパントとして、Ｆ２Ｉｒｐｉｃ（下記化学式参照のこと）、（Ｆ２ｐｐｙ）２Ｉｒ（ｔｍｄ）（下記化学式参照のこと）、Ｉｒ（ｄｆｐｐｚ）３（下記化学式参照のこと）、ｔｅｒ−フルオレン、４，４’−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（ＴＢＰ）などを利用することができるが、それらに限定されるものではない。
【０１４４】
【化３０】
【０１４５】
前記発光層１４０の厚みは、１００Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし６００Åでありうる。前記発光層の厚みが前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な発光特性を得ることができる。
【０１４６】
正孔阻止層（図示せず）は、発光層１４０（例えば、発光層１４０がリン光化合物を含む場合）の三重項励起子または正孔がカソードなどで広がる現象を防止する役割を行うものであり、発光層１４０の上部にさらに形成でき、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって形成することができる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１４７】
前記正孔阻止層の材料は、公知の正孔阻止材料のうちから任意に選択されうる。例えば、オキサジアゾール誘導体やトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体などを使用することができる。
【０１４８】
前記正孔阻止層の厚みは、約５０Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、１００Åないし３００Åでありうる。前記正孔阻止層の厚みが、前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔阻止特性を得ることができる。
【０１４９】
前記電子輸送層１５０は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような公知の多様な方法のうちから任意に選択された方法によって、発光層１４０または正孔阻止層の上部に形成されうる。このとき、蒸着条件及びコーティング条件は、目的化合物、目的とする層の構造及び熱的特性などによって異なるが、前述のような正孔注入層１２０形成のための条件と類似した範囲内で選択される。
【０１５０】
前記電子輸送層１５０の物質（材料）として、公知の電子輸送材料を使用することができるが、例えば、Ａｌｑ３、１，２，４−トリアゾール誘導体（ＴＡＺ；下記化学式参照のこと）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ；下記化学式参照のこと）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）−ベリリウム（ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（ｐ−フェニルフェノラート）−アルミニウム（ＢＡｌｑ；下記化学式参照のこと）のような公知の材料を使用することもできる：
【０１５１】
【化３１】
【０１５２】
前記電子輸送層１５０の厚みは、約１００Åないし１，０００Å、好ましくは、例えば、２００Åなし５００Åでありうる。前記電子輸送層１５０の厚みが前述のような範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な電子輸送特性を得ることができる。
【０１５３】
前記電子輸送層１５０の上部には、電子注入層１６０が形成されうる。前記電子注入層１６０の形成材料としては、公知の電子注入材料であるＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＢａＦ２などが使われ、前記電子注入層１６０の蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層１２０の形成とほぼ同じ条件範囲から選択される。
【０１５４】
前記電子注入層１６０の厚みは、約１Åないし１００Å、好ましくは、例えば、５Åないし５０Åでありうる。前記電子注入層１６０の厚みが前述のような範囲を満足する場合、実質的な駆動電圧の上昇なしに、満足すべきほどの電子注入特性を得ることができる。
【０１５５】
前記第２電極１７０は、カソード（電子注入電極）であり、相対的に小さい仕事関数を有する金属や合金や電気伝導性化合物及びそれらの組み合わせを使用することができる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などを挙げることができる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などを使用することもできる。
【０１５６】
例えば、前記薄膜炭素を含んだ有機発光素子は、第１電極（前述のような炭素薄膜）／正孔注入層（ポリエチレンジヒドロキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、厚み５０ｎｍ＝５００Å）／正孔輸送層（ＮＰＢ、厚み２０ｎｍ＝２００Å）／発光層（ＢｅＢｑ２：Ｃ５４５Ｔ、厚み３０ｎｍ＝３００Å）／電子輸送層（ＢｅＢｑ２、厚み２０ｎｍ＝２００Å）／電子注入層（ＬｉＦ、厚み１ｎｍ＝１０Å）／第２電極（Ａｌ、１５０ｎｍ＝１，５００Å）の構造を有することができるが、それに限定されるものではない。
【０１５７】
前記有機発光素子は、前述のような炭素薄膜の製造方法を利用し、第１電極を形成するが、優秀な電気的特性の第１電極を含むことができ、製造コストを節減することができる。
【０１５８】
図４は、前記炭素薄膜を含んだ有機太陽電池素子の一実施形態（具現例）を概略的に図示したものである。
【０１５９】
図４の有機太陽電池素子２００は、第１電極２１０、正孔コレクト（ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ）バッファ層２２０、ヘテロ接合層２３０、電子受容層２４０及び第２電極２５０を含むことができる。有機太陽電池素子２００に照射された光は、ヘテロ接合層２３０で正孔と電子とに分離され、電子は、電子受容層２４０を経て第２電極２５０に移動し、正孔は、正孔コレクトバッファ層２２０を経て第１電極２１０に移動しうる。
【０１６０】
前記第１電極２１０は、前述のような炭素薄膜でありうる。
【０１６１】
前記正孔コレクトバッファ層２２０は、正孔を受容する材料からなりうるが、例えば、前述のような有機発光素子１００の正孔注入層１２０及び正孔輸送層１３０の材料を利用することができる。
【０１６２】
前記ヘテロ接合層２３０は、照射された光から正孔と電子とを分離させる物質を含むことができる。例えば、前記ヘテロ接合層２３０は、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料とを含むことができる。例えば、前記ヘテロ接合層２３０は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＭＢ）を含むことができるが、それらに限定されるものではない。
【０１６３】
前記電子受容層２４０は、電子を受容する材料からなりうるが、例えば、前述のような有機発光素子１００の電子注入層１６０の材料を利用することができる。
【０１６４】
前記第２電極２５０は、カソード（電子注入電極）であり、相対的に小さい仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物及びそれらの組み合わせを使用することができる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などを挙げることができる。
【０１６５】
例えば、前記炭素薄膜を含んだ有機太陽電池素子は、第１電極（前述のような炭素薄膜）／バッファ層（ＰＥＤＯＴ、厚み３５ｎｍ＝３５０Å）／ヘテロ接合層（Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ、厚さ２１０ｎｍ＝２，１００Å）／電子受容層（ＢａＦ２、厚さ１ｎｍ＝１０Å）／第２電極（Ａｌ、厚さ１００ｎｍ＝１，０００Å）の構造を有することができるが、それに限定されるものではない。
【０１６６】
図５は、前記炭素薄膜を含んだ有機薄膜トランジスタの一実施形態（具現例）を概略的に図示したものである。
【０１６７】
図５の有機薄膜トランジスタ３００は、基板３１１、ゲート電極３１２、絶縁層３１３、有機半導体層３１５、及びソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂを含む。前記ゲート電極３１２、有機半導体層３１５、及びソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂのうち一つ以上が、前述のような炭素薄膜でありうる。
【０１６８】
前記基板３１１は、一般的な電子素子で使われる基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性などを考慮し、ガラス基板または透明プラスチック基板を使用することができる。
【０１６９】
前記基板３１１上には、所定パターンのゲート電極３１２が形成されている。前記ゲート電極３１２は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｍｏ、またはＡｌ：Ｎｄ、Ｍｏ：Ｗ合金のような金属または金属の合金からなりうるが、それらに限定されるものではない。または、前記ゲート電極３１２は、前述のような炭素薄膜からなりうる。
【０１７０】
前記ゲート電極３１２の上部には、前記ゲート電極３１２を覆うように、絶縁層３１３が備わっている。前記絶縁層３１３は、金属酸化物または金属窒化物のような無機物からなったり、絶縁性有機高分子のような有機物からなりうるなど、多様な物質によって具備可能である。
【０１７１】
絶縁層３１３の上部には、有機半導体層３１５が形成されている。前記有機半導体層３１５は、前述のような炭素薄膜でありうる。または、前記有機半導体層３１５は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン（ｐｅｒｙｌｅｎｅ）及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ｐｅｒｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉｉｍｉｄｅ）及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ｐｅｒｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフローレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−ヘテロ環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、金属含有あるいは無含有のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリット酸二無水物及びその誘導体、ピロメリット酸ジイミド及びそれらの誘導体などを含むことができるが、それらに限定されるものではない。
【０１７２】
前記有機半導体層３１５上には、ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂがそれぞれ形成されている。前記ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂは、図５から分かるように、一定部分ゲート電極３１２と重畳するように備わりうるが、必ずしもそれに限定されるものではない。前記ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂは、前記炭素薄膜からなりうる。または、前記ソース電極３１４ａ並びにドレイン電極３１４ｂは、有機半導体層をなす物質との仕事関数を考慮し、５．０ｅＶ以上の貴金属（ｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌ）、例えば、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、及びそれらのうち２以上の組み合わせを使用することができる。
【０１７３】
例えば、前記有機薄膜トランジスタは、基板／ゲート電極／絶縁層／有機半導体層（前述のような炭素薄膜）／ソース電極並びにドレイン電極（Ａｕ、１０ｎｍ以上）の構造を有することができる。または、前記有機薄膜トランジスタは、基板／ゲート電極／絶縁層／有機半導体層（ペンタセン）／ソース電極並びにドレイン電極（前述のような炭素薄膜）の構造を有することができる。
【０１７４】
以上、前記電子素子について、図３ないし図５を参照しつつ説明したが、それらに限定されるものではない。例えば、前記図３の有機発光素子で、第１電極１１０の材料によって、第２電極１７０が前記炭素薄膜でありうる。また、図５は、ボトムゲート型有機薄膜トランジスタを図示したものであるが、トップゲート型有機薄膜トランジスタのような多様な構造の有機薄膜トランジスタへの変形も可能であることは言うまでもない。本発明による炭素薄膜は、前記素子以外にも、メモリ、電気化学／バイオセンサ、ＲＦ素子、レクティファイア及びＣＭＯＳ素子のような電子素子を始めとして、リチウムバッテリ、燃料電池のような電気化学素子に、電極及び活性材料として適用されうる。また、応用素子は、それらに限定されるものではない。
【０１７５】
本発明は、図面に図示された実施形態（実施例）を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態（実施例）が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【実施例】
【０１７６】
実施例１
基板として厚さ３００ｎｍのシリコン酸化物膜が形成されたシリコン基板（２．０ｃｍ×２．０ｃｍ）を準備した後、３０分間ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）／オゾン処理し、シリコン酸化物膜表面を親水性処理した。
【０１７７】
前記シリコン酸化物膜の上部に、（ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ＤＡＥ ＪＵＮＧ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）溶媒にポリスチレン（重量平均分子量（Ｍｗ）は、１３０，０００、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製）が含まれた溶液（２ｗｔ％）をスピンコーティングした後、溶媒を除去するために、１００℃で３分間ベーキングし、１０ｎｍ厚のポリスチレン膜を形成した。
【０１７８】
前記ポリスチレン膜上に、ニッケル（Ｎｉ）を蒸着し、５０ｎｍ厚のＮｉ保護膜を形成した後、前記基板を石英管に入れてファーネス内に装着した。アルゴン（Ａｒ）ガス（５０ｓｃｃｍ）及び水素ガス（１０ｓｃｃｍ）を、前記石英管に一定に投入しつつ、ハロゲンランプ熱源を使用し、前記基板を１，０００℃で１分間熱処理した。
【０１７９】
前記熱処理終了後、前記基板が位置した石英管をファーネスから分離して自然冷却し、炭素薄膜を前記基板から分離し、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、９５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８０】
実施例２
ポリスチレンの代わりに、ポリアクリロニトリル（重量平均分子量（Ｍｗ）は、１５０，０００、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を使用したという点を除いては、前記実施例１と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１００Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８１】
実施例３
ポリスチレンの代わりに、ポリメチルメタクリレート（数平均分子量（Ｍｎ）は、１３０，０００）を使用したという点を除いては、前記実施例１と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１０５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８２】
実施例４
Ｎｉ保護膜の厚みを５０ｎｍから２５ｎｍに変更したという点を除いては、前記実施例２と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、２５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８３】
実施例５
Ｎｉ保護膜の厚みを５０ｎｍから１０ｎｍに変更したという点を除いては、前記実施例２と同じ方法を利用して炭素薄膜を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１０Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１８４】
比較例１ないし３
Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例１ないし３と同じ方法によって実験を行った。
【０１８５】
比較例４
シリコン酸化物膜上に、４００ｎｍ厚のＮｉ層を形成した後、ポリスチレン膜を形成し、前記ポリスチレン膜上に、Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例１と同じ方法によって実験を行った。
【０１８６】
比較例５
シリコン酸化物膜上に、４００ｎｍ厚のＮｉ層を形成した後、ポリアクリロニトリル膜を形成し、前記ポリアクリロニトリル膜上に、Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例２と同じ方法によって実験を行った。
【０１８７】
比較例６
シリコン酸化物膜上に、４００ｎｍ厚のＮｉ層を形成した後、ポリメチルメタクリレート膜を形成し、前記ポリメチルメタクリレート膜上に、Ｎｉ保護膜を形成しなかったという点を除いては、前記実施例３と同じ方法によって実験を行った。
【０１８８】
実施例６
基板として、厚さ３００ｎｍのシリコン酸化物膜が形成されたシリコン基板（２．０ｃｍ×２．０ｃｍ）を準備した後、３０分間ＵＶ／オゾン処理し、シリコン酸化物膜の表面を親水性処理した。
【０１８９】
前記シリコン酸化物膜の上部に、ＤＭＦ中にポリアセチロニトリル高分子（重量平均分子量（Ｍｗ）は、１５，０００である）が含まれている溶液（２ｗｔ％）をスピンコーティングした後、溶媒であるＤＭＦを除去するために、１６０℃で３分間ベーキングし、２５ｎｍ厚のポリアセチロニトリル膜を形成した。
【０１９０】
前記ポリアセチロニトリル膜を、大気雰囲気下で、２５０℃で１０時間プリベークし、前記ポリアセチロニトリル膜に含まれたポリアセチロニトリル中の一部以上を、安定化されたポリアセチロニトリルに変換させた。
【０１９１】
この後、前記ポリアセチロニトリル膜上に、ニッケル（Ｎｉ）を蒸着し、３００ｎｍ厚のＮｉ保護膜を形成した後、前記基板を石英管に入れてファーネス内に装着した。アルゴン（Ａｒ）ガス（５０ｓｃｃｍ）及び水素ガス（１０ｓｃｃｍ）を、前記石英管に一定に投入しつつ、ハロゲンランプ熱源を使用し、前記基板を６００℃で３時間熱処理した。
【０１９２】
熱処理終了後、前記基板が位置した石英管をファーネスから分離して自然冷却し、炭素薄膜を前記基板から分離し、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１００Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９３】
実施例７
熱処理を１，０００℃で１５分間行ったという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍｘ２．０ｃｍであり、厚みは、約５ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１１０Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９４】
実施例８
３００ｎｍ厚のＮｉ保護膜の代わりに、３００ｎｍ厚の銅（Ｃｕ）保護膜を形成したという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、約１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、１０Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９５】
実施例９
熱処理を１，５００℃で１０時間行ったという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、約２０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、２００Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９６】
実施例１０
ポリアクリロニトリル膜の代わりに、ポリメチルメタクリレート膜（使用したポリメチルメタクリレートの重量平均分子量（Ｍｗ）は、１５，０００である）を形成したという点を除いては、前記実施例６と同じ方法で、炭素薄膜（サイズは、２．０ｃｍ×２．０ｃｍであり、厚みは、約１０ｎｍである）を収得した。前記炭素薄膜の伝導度を４−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅで測定した結果、９５Ｓ／ｃｍの伝導度を有することを確認した。
【０１９７】
評価例１
実施例２、４及び５の炭素薄膜に対して、ＢＲＵＫＥＲ社のモデル名ＳＥＮＴＥＲＲＡ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｒａｍａｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ機器を利用してラマンスペクトルを測定し、その結果を図６に示した。ラマンスペクトルは、常温で５０倍対物レンズを利用し、５３２ｎｍのレーザ波長を利用して測定した。これと同一の方法を利用して測定した比較例１ないし３のラマンスペクトルは、図７に、比較例４ないし５のラマンスペクトルは、図８に示した。図６ないし８によれば、実施例２、４及び５の炭素薄膜は、グラフェンの特性を示すピークを有するが、比較例１ないし６から収得したフィルムは、グラフェンの特性を示すピークを有さないということを確認することができる。
【０１９８】
評価例２
前記実施例６及び実施例７の炭素薄膜に対して、ＢＲＵＫＥＲ社のモデル名ＳＥＮＴＥＲＲＡ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｒａｍａｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅの機器を利用してラマンスペクトルを測定し、その結果を図９に示した。ラマンスペクトルは、常温で５０倍対物レンズを利用し、５３２ｎｍのレーザ波長を利用して測定した。
【０１９９】
図９から、実施例６の炭素薄膜のラマンスペクトルは、１，３６２ｃｍ−１と１，５９７ｃｍ−１とのラマンシフト値を示しており、高強度の広域幅から見て、非晶質の炭素薄膜であることが分かる。特定理論によって限定されるものではないが、それらは、実施例６の熱処理温度条件のためでありうる。一方、実施例７の炭素薄膜のラマンスペクトルから、実施例７の炭素薄膜は、グラフィンであることが分かる。このとき、実施例７の炭素薄膜のラマンスペクトルにおいて、１，３４６ｃｍ−１のピークは、残余シアノ基（−ＣＮ）から由来したものであるか、炭素薄膜の欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）構造によるものである。
【符号の説明】
【０２００】
１１、３１、３１１ 基板、
１３、３３ 高分子膜、
１５、３５ 保護膜、
１７、３７ 炭素薄膜、
３２ 触媒膜、
１００ 有機発光素子、
１１０、２１０ 第１電極、
１２０ 正孔注入層、
１３０ 正孔輸送層、
１４０ 発光層、
１５０ 電子輸送層、
１６０ 電子注入層、
１７０ 第２電極、
２００ 太陽電子素子、
２２０ 正孔コレクトバッファ層、
２３０ ヘテロ接合層、
２４０ 電子受容層、
２５０ 第２電極、
３００ 薄膜トランジスタ、
３１２ ゲート電極、
３１３ 絶縁層、
３１４ａ ソース電極、
３１４ｂ ドレイン電極、
３１５ 有機半導体層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にコーティング工程を利用して、高分子膜を形成する段階と、
前記高分子膜上に保護膜を形成する段階と、
前記基板を熱処理し、前記基板上に炭素薄膜を形成する段階と、を含む炭素薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記基板が、シリコン、シリコン酸化物、金属ホイル、ステンレススチール、金属酸化物、高配向性熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ）、六方晶窒化ホウ素、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ、硫化亜鉛、高分子基板、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記高分子膜の高分子が炭素及び水素を含み、６００℃以下の熱分解温度を有し、非共役性主鎖を有する絶縁性高分子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記高分子膜の高分子が、下記化学式１で表示される反復単位、下記化学式２で表示される反復単位、及び下記化学式３で表示される反復単位のうち一つ以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法：
【化１】
【化２】
【化３】
前記化学式１ないし３で、
Ｙ１は、ＮまたはＣ（Ｒ１１）であり、
Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ１２）またはＣ（Ｒ１３）（Ｒ１４）であり、
Ｙ３及びＹ４は、互いに独立して、ＮまたはＣ（Ｒ１５）であり、
Ｒ１ないしＲ１５は、互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択され、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基からなる群から選択され、
Ａ１は、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、または置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基であり、
前記＊は、隣接する反復単位との結合サイトである。
【請求項５】
前記高分子が、前記化学式１で表示される反復単位からなり、前記化学式１で、Ｙ１がＮであることを特徴とする請求項４に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記高分子が、前記化学式２で表示される反復単位からなり、前記化学式２で、Ｙ２がＯであることを特徴とする請求項４または５に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記高分子が、前記化学式３で表示される反復単位からなり、Ａ１が置換または非置換のフェニル基、置換または非置換のナフチル基、または置換または非置換のピリジニル基であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記高分子膜の形成段階が、前記基板上に、前記高分子及び溶媒を含んだ第１混合物、または前記高分子の前駆体及び溶媒を含んだ第２混合物を、コーティング工程を利用して提供する段階を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜が、８００℃以上の融点を有する物質を含んだことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記保護膜が、金属、金属酸化物、セラミック、半導体酸化物及び半導体窒化物からなる群から選択された一つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記保護膜が、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びそれらのうち２以上の組み合わせからなる群から選択された一つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理を、前記高分子膜に含まれた高分子が炭化される条件下で行うことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理を、不活性雰囲気または真空雰囲気下で、前記高分子膜に含まれた高分子の熱分解温度以上２，５００℃以下の温度範囲、及び３０秒ないし５日の時間範囲で行うことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理遂行前に、前記保護膜及び高分子膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階、及び前記熱処理遂行後、前記炭素薄膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階のうち一つ以上をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１５】
前記炭素薄膜が、グラファイト・シート、グラフェン・シート、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及び非晶質炭素シートからなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１６】
前記高分子膜の形成段階前に、前記基板上に触媒膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１７】
前記触媒膜が、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ウラン、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１６に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１８】
前記保護膜形成段階前に、前記高分子膜をプリベークし、前記高分子膜を安定化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１９】
前記炭素薄膜の形成段階後、前記保護膜を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項２０】
前記炭素薄膜の形成段階後、前記触媒膜を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項２１】
前記炭素薄膜の形成段階から収得した炭素薄膜を、他の基板に転写することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項２１のうち、いずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電気素子。
【請求項２３】
前記電子素子が、無機発光素子、有機発光素子、無機太陽電池、有機太陽電池素子、無機薄膜トランジスタ、メモリ、電気化学／バイオセンサ、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）素子、レクティファイア、ＣＭＯＳ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子または有機薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項２２に記載の電子素子。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項２１のうち、いずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電気化学素子。
【請求項２５】
前記電気化学素子が、リチウムバッテリまたは燃料電池であることを特徴とする請求項２４に記載の電気化学素子。
【請求項１】
基板上にコーティング工程を利用して、高分子膜を形成する段階と、
前記高分子膜上に保護膜を形成する段階と、
前記基板を熱処理し、前記基板上に炭素薄膜を形成する段階と、を含む炭素薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記基板が、シリコン、シリコン酸化物、金属ホイル、ステンレススチール、金属酸化物、高配向性熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ）、六方晶窒化ホウ素、ｃ−ｐｌａｎｅサファイアウェーハ、硫化亜鉛、高分子基板、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記高分子膜の高分子が炭素及び水素を含み、６００℃以下の熱分解温度を有し、非共役性主鎖を有する絶縁性高分子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記高分子膜の高分子が、下記化学式１で表示される反復単位、下記化学式２で表示される反復単位、及び下記化学式３で表示される反復単位のうち一つ以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法：
【化１】
【化２】
【化３】
前記化学式１ないし３で、
Ｙ１は、ＮまたはＣ（Ｒ１１）であり、
Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ１２）またはＣ（Ｒ１３）（Ｒ１４）であり、
Ｙ３及びＹ４は、互いに独立して、ＮまたはＣ（Ｒ１５）であり、
Ｒ１ないしＲ１５は、互いに独立して、水素原子（−Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、及び−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）からなる群から選択され、前記Ｑ１ないしＱ２は互いに独立して、水素原子、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基及びＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基からなる群から選択され、
Ａ１は、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、または置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基であり、
前記＊は、隣接する反復単位との結合サイトである。
【請求項５】
前記高分子が、前記化学式１で表示される反復単位からなり、前記化学式１で、Ｙ１がＮであることを特徴とする請求項４に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記高分子が、前記化学式２で表示される反復単位からなり、前記化学式２で、Ｙ２がＯであることを特徴とする請求項４または５に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記高分子が、前記化学式３で表示される反復単位からなり、Ａ１が置換または非置換のフェニル基、置換または非置換のナフチル基、または置換または非置換のピリジニル基であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記高分子膜の形成段階が、前記基板上に、前記高分子及び溶媒を含んだ第１混合物、または前記高分子の前駆体及び溶媒を含んだ第２混合物を、コーティング工程を利用して提供する段階を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜が、８００℃以上の融点を有する物質を含んだことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記保護膜が、金属、金属酸化物、セラミック、半導体酸化物及び半導体窒化物からなる群から選択された一つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記保護膜が、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びそれらのうち２以上の組み合わせからなる群から選択された一つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理を、前記高分子膜に含まれた高分子が炭化される条件下で行うことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理を、不活性雰囲気または真空雰囲気下で、前記高分子膜に含まれた高分子の熱分解温度以上２，５００℃以下の温度範囲、及び３０秒ないし５日の時間範囲で行うことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理遂行前に、前記保護膜及び高分子膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階、及び前記熱処理遂行後、前記炭素薄膜を所定パターンに沿ってパターニングする段階のうち一つ以上をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１５】
前記炭素薄膜が、グラファイト・シート、グラフェン・シート、数層グラフェン（ａ ｆｅｗ ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及び非晶質炭素シートからなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１６】
前記高分子膜の形成段階前に、前記基板上に触媒膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１７】
前記触媒膜が、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ウラン、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びそれらのうち２以上の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１６に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１８】
前記保護膜形成段階前に、前記高分子膜をプリベークし、前記高分子膜を安定化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項１９】
前記炭素薄膜の形成段階後、前記保護膜を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項２０】
前記炭素薄膜の形成段階後、前記触媒膜を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項２１】
前記炭素薄膜の形成段階から収得した炭素薄膜を、他の基板に転写することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項２１のうち、いずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電気素子。
【請求項２３】
前記電子素子が、無機発光素子、有機発光素子、無機太陽電池、有機太陽電池素子、無機薄膜トランジスタ、メモリ、電気化学／バイオセンサ、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）素子、レクティファイア、ＣＭＯＳ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子または有機薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項２２に記載の電子素子。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項２１のうち、いずれか１項に記載の炭素薄膜の製造方法によって製造された炭素薄膜を含んだ電気化学素子。
【請求項２５】
前記電気化学素子が、リチウムバッテリまたは燃料電池であることを特徴とする請求項２４に記載の電気化学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５６５３（Ｐ２０１２−２５６５３Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０９６９（Ｐ２０１１−１６０９６９）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２０１１年２月１８日、ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｓ．ａｃｓ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ａｂｓ／１０．１０２１／ｊｚ２００００１ｇ（論文要約） ２０１１年２月１８日、ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｓ．ａｃｓ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ｆｕｌｌ／１０．１０２１／ｊｚ２００００１ｇ？ｐｒｅｖＳｅａｒｃｈ＝％２５２８ｇｒａｐｈｅｎｅｓ％２Ｂｃｏｎｖｅｒｔｅｄ％２Ｂｆｒｏｍ％２Ｂｐｏｌｙｍｅｒｓ％２５２９％２ＢＮＯＴ％２Ｂ％２５５Ｂａｔｙｐｅ％２５３Ａ％２Ｂａｄ％２５５Ｄ％２ＢＮＯＴ％２Ｂ％２５５Ｂａｔｙｐｅ％２５３Ａ％２Ｂａｃｓｔｏｃ％２５５Ｄ＆ｓｅａｒｃｈＨｉｓｔｏｒｙＫｅｙ＝（論文全文）
【出願人】（５０６０８３６９３）浦項工科大学校 産学協力団 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２０１１年２月１８日、ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｓ．ａｃｓ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ａｂｓ／１０．１０２１／ｊｚ２００００１ｇ（論文要約） ２０１１年２月１８日、ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｓ．ａｃｓ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ｆｕｌｌ／１０．１０２１／ｊｚ２００００１ｇ？ｐｒｅｖＳｅａｒｃｈ＝％２５２８ｇｒａｐｈｅｎｅｓ％２Ｂｃｏｎｖｅｒｔｅｄ％２Ｂｆｒｏｍ％２Ｂｐｏｌｙｍｅｒｓ％２５２９％２ＢＮＯＴ％２Ｂ％２５５Ｂａｔｙｐｅ％２５３Ａ％２Ｂａｄ％２５５Ｄ％２ＢＮＯＴ％２Ｂ％２５５Ｂａｔｙｐｅ％２５３Ａ％２Ｂａｃｓｔｏｃ％２５５Ｄ＆ｓｅａｒｃｈＨｉｓｔｏｒｙＫｅｙ＝（論文全文）
【出願人】（５０６０８３６９３）浦項工科大学校 産学協力団 (11)
【Ｆターム（参考）】
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