KR100664562B1 - Method for selective growth of carbon nanofilaments using heat-resistant metal catalysts - Google Patents
Method for selective growth of carbon nanofilaments using heat-resistant metal catalysts Download PDFInfo
- Publication number
- KR100664562B1 KR100664562B1 KR1020050013167A KR20050013167A KR100664562B1 KR 100664562 B1 KR100664562 B1 KR 100664562B1 KR 1020050013167 A KR1020050013167 A KR 1020050013167A KR 20050013167 A KR20050013167 A KR 20050013167A KR 100664562 B1 KR100664562 B1 KR 100664562B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon
- heat
- resistant metal
- substrate
- nanofilament
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23N—MACHINES OR APPARATUS FOR TREATING HARVESTED FRUIT, VEGETABLES OR FLOWER BULBS IN BULK, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PEELING VEGETABLES OR FRUIT IN BULK; APPARATUS FOR PREPARING ANIMAL FEEDING- STUFFS
- A23N12/00—Machines for cleaning, blanching, drying or roasting fruits or vegetables, e.g. coffee, cocoa, nuts
- A23N12/02—Machines for cleaning, blanching, drying or roasting fruits or vegetables, e.g. coffee, cocoa, nuts for washing or blanching
Abstract
본 발명은 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 기판을 원하는 형태의 표면을 갖도록 처리하고, 그 위에 내열 금속 촉매막을 형성한 후 여기에 탄소 나노 필라멘트를 형성하는 단계를 포함하는 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for selectively growing carbon nanofilaments, and more particularly, comprising treating a substrate to have a surface having a desired shape, and forming a heat-resistant metal catalyst film thereon to form carbon nanofilaments thereon. A method for selective growth of carbon nanofilaments.
본 발명의 선택성장방법에 따르면, 공정이 대폭 단순화되어 경제성이 뛰어나며, 예를 들면 원자 현미경의 팁 말단과 같이 패터닝이 어려운 지점에서도 용이하게 탄소 나노 필라멘트를 선택성장시킬 수 있으며, 탄소 나노 필라멘트의 성장 정도 및 성장 지점을 조절할 수 있고, 또한 내열 금속 촉매로 인하여 탄소 나노 필라멘트와 기판의 접합력이 종래보다 향상되는 효과가 있다. According to the selective growth method of the present invention, the process is greatly simplified and excellent in economic efficiency, for example, carbon nanofilaments can be easily grown and grown even at difficult points such as the tip end of an atomic microscope, and the growth of carbon nanofilaments It is possible to control the degree and growth point, and also due to the heat-resistant metal catalyst there is an effect that the bonding strength of the carbon nanofilament and the substrate is improved than before.
탄소 나노 필라멘트, 선택성장방법, 증착, 플라즈마, 내열 금속 Carbon nanofilament, selective growth method, deposition, plasma, heat resistant metal
Description
도 1a는 탄소 나노 필라멘트를 선택성장시키는 종래의 방법을 나타낸 개념도이다.1A is a conceptual diagram illustrating a conventional method for selectively growing carbon nanofilaments.
도 1b는 탄소 나노 필라멘트를 선택성장시키는 본 발명의 방법을 나타낸 개념도이다.1B is a conceptual diagram illustrating the method of the present invention for selectively growing carbon nanofilaments.
도 2는 본 발명의 방법에 의해 기판 상에 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트를 나타낸 측면 개념도이다.2 is a side conceptual view showing carbon nanofilaments selectively grown on a substrate by the method of the present invention.
도 3a 및 도 3b는 기판의 모서리에 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트의 전자현미경 사진이다.3A and 3B are electron micrographs of carbon nanofilaments selectively grown on edges of substrates.
도 4는 기판의 돌출된 가장자리 부분에 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트의 전자 현미경 사진이다.4 is an electron micrograph of carbon nanofilaments selectively grown on protruding edge portions of a substrate.
도 5는 기판의 가장자리 전체에 걸쳐 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트의 전자 현미경 사진이다.5 is an electron micrograph of carbon nanofilaments selectively grown over the entire edge of the substrate.
도 6은 이리듐 금속 촉매막의 두께가 0.2㎛를 넘는 경우 탄소 나노 필라멘트가 성장되지 않은 것을 나타낸 전자 현미경 사진이다.FIG. 6 is an electron micrograph showing that carbon nanofilaments are not grown when the thickness of the iridium metal catalyst film exceeds 0.2 μm.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 기판 15 : 기판 상에 형성된 돌출부10
20 : 내열 금속 촉매막 30 : 탄소 나노 필라멘트20: heat resistant metal catalyst film 30: carbon nanofilament
본 발명은 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 공정이 대폭 단순화되어 경제적이고, 종래의 방법으로는 어려운 지점에도 탄소 나노 필라멘트의 선택성장이 가능하며, 탄소 나노 필라멘트의 성장 정도와 성장 지점을 조절할 수 있고, 기판과의 접합력이 향상된, 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 관한 것이다.The present invention relates to a selective growth method of carbon nanofilament, and more specifically, the process is greatly simplified and economical, and the selective growth of carbon nanofilament is possible even at a difficult point by the conventional method, and the growth degree of carbon nanofilament The present invention relates to a method for selective growth of carbon nanofilaments, in which growth points can be controlled and adhesion to a substrate is improved.
속이 비어있는 경우는 탄소 나노 튜브, 속이 차 있는 경우는 탄소 나노 파이버라고 지칭되는 탄소 나노 필라멘트(M.J. Ledoux 등, J. of Catalysis 216(1-2) 333-342(2003))는 특이한 전기적 특성과 기하학적 형태로 인하여 최근 차세대 나노 전자 소자의 소재, 특히 전계방출소자의 소재 또는 나노 트랜지스터의 연결선으로서 주목받고 있다. 상기 탄소 나노 필라멘트를 차세대 전자 소자에 사용하기 위하여는 탄소 나노 필라멘트를 사용 목적에 따라 다양한 형태로 특정한 부분에만 성장시키는 선택성장기술이 반드시 필요하다. 탄소 나노 필라멘트의 선택성장기술은 막 형태로 증착된 금속촉매를 특정한 지점만 남기고 에칭시킨 후 에칭되지 않고 남은 부분의 금속촉매에 성장시키는 방법, 즉 증착된 금속 촉매의 패터닝 방법으로 주로 행하여져 왔다(Zhou 등, Science 290{5496}1552-55(2000), Dai 등, Phys. Chem. B. 103{51}11246-55(1999), Homma 등, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2, 41 L89-91(2002)).Hollow carbon nanofilaments (MJ Ledoux et al., J. of Catalysis 216 (1-2) 333-342 (2003)) are called carbon nanotubes when they are hollow and carbon nanofibers when they are hollow. Due to its geometric shape, it is recently attracting attention as a material of next-generation nanoelectronic devices, particularly a field emission device or a connection line of a nano transistor. In order to use the carbon nanofilament in the next-generation electronic device, a selective growth technology for growing the carbon nanofilament only in specific forms in various forms is necessary according to the purpose of use. The selective growth technology of carbon nanofilament has been mainly performed by etching the metal catalyst deposited in the form of a film, leaving only a specific point, and then growing it on the remaining metal catalyst without etching, that is, by patterning the deposited metal catalyst (Zhou Et al., Science 290 {5496} 1552-55 (2000), Dai et al. , Phys. Chem. B. 103 {51} 11246-55 (1999), Homma et al. , Jpn. J. Appl. Phys. Part 2, 41 L89 -91 (2002)).
선택성장을 이용한 탄소 나노 튜브의 성장 및 이를 이용한 응용기술에 관한 특허로서 기판 위에 촉매 금속막을 증착시킨 후, 상기 촉매 금속막 위에 저온으로 절연박막을 형성시키고 이어서 상기 절연박막에 미세구멍을 형성시킨 다음, 화학 기상 증착법으로 미세 구멍으로 노출된 촉매금속 위에서만 탄소 나노 튜브를 선택적으로 성장시키는 방법(대한민국 특허 제299869호), 및 기판 상에 절연막을 형성하는 단계와; 상기 절연막 상에 접촉전극 패드를 포함한 촉매 금속층의 미세 패턴을 형성하는 단계와; 상기 촉매 패턴 간에 탄소 나노 튜브를 직접 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 및 스핀소자 응용을 위한 탄소 나노 튜브의 선택적 수평성장 방법(대한민국 특허 제376768호) 등이 제안되어 왔다.As a patent on the growth of carbon nanotubes using selective growth and application technology using the same, after depositing a catalytic metal film on a substrate, an insulating thin film is formed on the catalyst metal film at low temperature, and then micropores are formed in the insulating thin film. A method of selectively growing carbon nanotubes only on catalytic metals exposed to micropores by chemical vapor deposition (Korean Patent No. 299869), and forming an insulating film on the substrate; Forming a fine pattern of a catalyst metal layer including a contact electrode pad on the insulating layer; A selective horizontal growth method of carbon nanotubes for electronic and spin device applications, comprising directly growing carbon nanotubes between the catalyst patterns, has been proposed (Korean Patent No. 376768).
그러나, 이상에서 열거한 탄소 나노 필라멘트의 선택성장법들은 대부분 금속촉매의 증착과 복잡한 마스킹, 패터닝 과정을 통하여, 먼저 금속 촉매를 특정한 지점에만 형성시킨 후 선택적으로 형성된 금속 촉매 위에 탄소 나노 필라멘트를 증착하는 방법을 따르고 있다(도 1a 참조). 따라서, 종래의 방법들은 공정이 복잡하여 제조원가가 높아지게 된다. 또한, 예를 들어, 모서리 부분, 전계방출소자 또는 원자 현미경에 널리 쓰이는 뾰족한 팁의 말단과 같이 특별한 지점에 탄소 나노 필라멘트를 성장시키기 곤란할 뿐만 아니라, 본 발명의 방법에서 사용된 내열 금속 촉매들에 비하여 화학적, 물리적으로 상대적으로 취약한 철, 니켈, 코발트 등의 금속 을 금속 촉매로 이용하는 기존의 방법에 있어서는 안정성 및 내구성에 있어서 본 방법에 비하여 열등해지는 단점이 있다.However, the selective growth methods of the carbon nanofilaments listed above are mostly formed by depositing a metal catalyst, complex masking, and patterning process, first forming a metal catalyst at a specific point, and then depositing the carbon nanofilament on the selectively formed metal catalyst. The method is followed (see FIG. 1A). Therefore, the conventional methods have a complicated process and high manufacturing cost. In addition, it is not only difficult to grow carbon nanofilaments at special points, such as, for example, edge portions, end of pointed tips widely used in field emission devices or atomic microscopes, but also in comparison with heat-resistant metal catalysts used in the process of the present invention. Conventional methods using metals, such as iron, nickel, and cobalt, which are chemically and physically weak, as metal catalysts, have disadvantages of being inferior to the present methods in terms of stability and durability.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정이 단순하여 경제적이고, 종래의 방법으로는 어려운 지점에도 탄소 나노 필라멘트의 선택성장이 가능하며, 탄소 나노 필라멘트의 성장 속도 및 성장 지점을 조절할 수 있고, 탄소 나노 필라멘트와 기판과의 접합력이 향상된, 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is a simple process and economical, it is possible to selectively grow carbon nanofilament even at a difficult point by the conventional method, it is possible to control the growth rate and growth point of the carbon nanofilament, The present invention provides a method for selectively growing carbon nanofilaments, which has improved adhesion between nanofilaments and substrates.
본 발명은 상기 기술적 과제를 이루기 위하여,The present invention to achieve the above technical problem,
(a) 원하는 형태로 처리된 표면을 갖는 기판을 반응기 내에 제공하는 단계;(a) providing a substrate having a surface treated in a desired form in a reactor;
(b) 상기 기판에 내열 금속 촉매막을 형성하는 단계; 및(b) forming a heat resistant metal catalyst film on the substrate; And
(c) 상기 내열 금속 촉매막 상에 탄소 나노 필라멘트를 형성하는 단계를 포함하는 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법을 제공한다.(c) providing a method for selectively growing carbon nanofilaments, including forming carbon nanofilaments on the heat-resistant metal catalyst film.
또한, 본 발명은 상기 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 있어서, 상기 내열 금속 촉매가 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 및 루테늄(Ru)으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.In addition, the present invention, in the selective growth method of the carbon nanofilament, the heat-resistant metal catalyst in the group consisting of tungsten (W), molybdenum (Mo), iridium (Ir), rhodium (Rh), and ruthenium (Ru) It is preferably one or more selected.
또한, 본 발명은 상기 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 있어서, 상기 내열 금속 촉매막의 두께가 0.005 내지 0.2 ㎛인 것이 바람직하다.In the present invention, in the selective growth method of the carbon nanofilament, the heat-resistant metal catalyst film preferably has a thickness of 0.005 to 0.2 µm.
또한, 본 발명은 상기 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 있어서, 상기 탄소 나노 필라멘트를 형성할 때 증착 장치에 인가되는 음전압의 바이어스가 -50 내지 -850 V인 것이 바람직하다.In addition, the present invention, in the selective growth method of the carbon nanofilament, it is preferable that the bias of the negative voltage applied to the deposition apparatus when forming the carbon nanofilament is -50 to -850V.
또한, 본 발명은 상기 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 있어서, 상기 탄소 나노 필라멘트를 형성할 때 증착 장치의 전체 압력이 10 내지 300 Torr인 것이 바람직하다.In addition, the present invention, in the selective growth method of the carbon nanofilament, when forming the carbon nanofilament, the total pressure of the deposition apparatus is preferably 10 to 300 Torr.
상기 방법에 따르면 공정이 단순하여 경제적이고, 종래의 방법으로는 어려운 지점에도 탄소 나노 필라멘트의 선택성장이 가능하며, 탄소 나노 필라멘트의 성장 속도 및 성장 지점을 조절할 수 있고, 탄소 나노 필라멘트와 기판의 접합력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.According to the above method, the process is simple and economical, and it is possible to selectively grow carbon nanofilaments even at a difficult point by the conventional method, and to control the growth rate and growth point of carbon nanofilament, and bonding force between carbon nanofilament and substrate This improved effect can be obtained.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
(1) 원하는 형태의 표면을 갖는 기판을 반응기 내에 제공하는 단계(1) providing a substrate having a surface of a desired shape in a reactor
먼저, 원하는 형태로 처리된 표면을 갖는 기판을 스퍼터링 장치, 화학기상증착 장치 등의 반응기 내에 장착시킨다.First, a substrate having a surface treated in a desired form is mounted in a reactor such as a sputtering apparatus or a chemical vapor deposition apparatus.
상기 기판은 실리콘 또는 마그네슘 옥사이드 기판인 것이 바람직하다. 상기 기판은 다양한 원하는 형태로 처리된 표면을 갖는 기판을 제공하기 위해 기판 표면을 사진식각기술, 에칭 등을 통해 원하는 형태로 만든 것일 수도 있고, 또한 원자 현미경의 팁과 같이 이미 성형된 것일 수도 있다.The substrate is preferably a silicon or magnesium oxide substrate. The substrate may be formed into a desired shape through photolithography, etching, or the like to provide a substrate having a surface treated with various desired shapes, or may be already molded like a tip of an atomic microscope.
상기 기판을 제공할 때, 후속되는 공정에서 탄소 나노 필라멘트를 성장시키기 위해 걸어주는 유도 바이어스가 기판의 뾰족한 부분에서 가장 크게 생성되고, 이 부분에서 탄소 나노 필라멘트가 주로 형성된다는 것에 유의하여야 한다. 즉, 탄 소 나노 필라멘트를 성장시키고자 하는 부분이 뾰족한 형태가 되도록 기판 표면을 형성시켜야 한다.When providing the substrate, it should be noted that in the subsequent process, the inductive bias that is applied to grow the carbon nanofilament is generated most in the sharp part of the substrate, where the carbon nanofilament is mainly formed. That is, the surface of the substrate should be formed so that the portion to grow the carbon nanofilament becomes a pointed shape.
(2) 기판에 내열 금속 촉매막을 형성하는 단계(2) forming a heat resistant metal catalyst film on the substrate
여기서 '내열 금속'이라 함은 용융점이 2000℃ 이상으로 매우 높은 것으로서, 바람직하게는 부식성이 낮으며 화학적, 물리적으로 안정된 고강도의 금속 물질을 의미한다. 예를 들면 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 및 루테늄(Ru)과 같은 금속을 들 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 내열 금속 촉매막을 형성하는 방법은, 예를 들면 스퍼터링, 화학증착, 증발기(evaporator)를 이용하는 방법 등이 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.Here, the term 'heat resistant metal' means a very high melting point of 2000 ° C. or more, and preferably a high-strength metal material having low corrosion resistance and chemical and physical stability. Examples thereof include, but are not limited to, metals such as tungsten (W), molybdenum (Mo), iridium (Ir), rhodium (Rh), and ruthenium (Ru). Examples of the method for forming the heat resistant metal catalyst film include, but are not limited to, a method using sputtering, chemical vapor deposition, an evaporator, and the like.
또한, 내열 금속 촉매막을 형성시키기 위한 스퍼터링 시간 또는 증착 시간은 0.1 내지 1.0 분으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 반응 시간이 1.0분 이내로 짧아야 형성되는 내열 금속 촉매막의 두께를 얇게 유지할 수 있고, 이에 따라 용융점이 매우 높은 내열 금속의 알갱이화가 가능하게 된다. 또, 반응 시간이 0.1 분보다 더 짧으면 반응시간이 너무 짧아 내열 금속 촉매막이 형성되기 힘들고, 형성되더라도 매우 적은 양의 내열 금속들은 탄소 나노 필라멘트 성장 중에 수소 플라즈마 등에 의하여 식각되어 없어지게 되어, 탄소 나노 필라멘트의 촉매로서 역할을 하지 못하게 된다.The sputtering time or deposition time for forming the heat resistant metal catalyst film is preferably 0.1 to 1.0 minutes. Thus, the thickness of the heat resistant metal catalyst film formed only when the reaction time is short within 1.0 minute can be kept thin, and the granulation of the heat resistant metal with a very high melting point is attained by this. In addition, if the reaction time is shorter than 0.1 minutes, the reaction time is too short to form a heat-resistant metal catalyst film, and even if formed, very small amounts of heat-resistant metals are etched away by hydrogen plasma or the like during carbon nanofilament growth. Will not act as a catalyst.
또한, 스퍼터링을 통해 증착하는 경우 파워는 예를 들면 10 내지 100W일 수 있다. 그리고, 아르곤 기체를 5 내지 50 sccm의 기체 유량으로 주입할 수 있으며, 반응기 내의 압력은 10 내지 100 mTorr 일 수 있다.In addition, the power may be, for example, 10 to 100W when deposited through sputtering. In addition, argon gas may be injected at a gas flow rate of 5 to 50 sccm, and the pressure in the reactor may be 10 to 100 mTorr.
상기 내열 금속 촉매막의 두께는 0.005 내지 0.2㎛인 것이 바람직하다. 상기 내열 금속 촉매막의 두께가 0.005㎛보다 얇으면, 내열 금속들이 탄소 나노 필라멘트의 성장 중에 수소 플라즈마 등에 의하여 식각되어 없어지게 되어 탄소 나노 필라멘트의 촉매로서 역할을 하지 못하게 된다. 그리고, 상기 내열 금속 촉매막의 두께가 0.2㎛보다 두꺼우면 탄소 나노 필라멘트가 생성되지 않는 단점이 있다. 내열 금속 촉매막의 두께가 0.2㎛보다 두꺼울 때 탄소 나노 필라멘트가 생성되지 않는 이유는 내열 금속 촉매가 탄소 나노 필라멘트 성장의 출발점의 역할을 하는데, 내열 금속 촉매의 나노 크기 알갱이화가 잘 이루어지지 않기 때문인 것으로 파악된다.It is preferable that the thickness of the said heat resistant metal catalyst film is 0.005-0.2 micrometer. When the thickness of the heat-resistant metal catalyst film is thinner than 0.005 μm, the heat-resistant metals are etched away by hydrogen plasma or the like during the growth of the carbon nanofilament, so that they do not serve as a catalyst of the carbon nanofilament. In addition, when the thickness of the heat-resistant metal catalyst film is thicker than 0.2 μm, carbon nanofilaments are not produced. The reason that carbon nanofilament is not produced when the thickness of the heat-resistant metal catalyst film is thicker than 0.2 μm is that the heat-resistant metal catalyst serves as a starting point for the growth of carbon nanofilament. do.
(3) 내열 금속 촉매막 상에 탄소 나노 필라멘트를 형성하는 단계(3) forming carbon nanofilament on the heat resistant metal catalyst film
이어서, 상기와 같이 내열 금속 촉매막이 형성된 기판 상에 당 업계에 알려진 다양한 방법, 예를 들면 전기 방전법, 레이저 어블레이션 증착법(laser ablation deposition), 열화학 기상 증착법, 화학기상 증착법 등으로 탄소 나노 필라멘트를 성장시킨다. 예를 들면, 바람직하게는 상기 탄소 나노 필라멘트는, 예를 들면 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 프로판 가스를 포함하는 탄화수소 가스와 수소를 이용하는 플라스마 화학기상 증착 방법에 의하여 형성시킬 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 특히, 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하는 경우 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 주로 이용하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.Subsequently, the carbon nanofilament may be formed on the substrate on which the heat-resistant metal catalyst film is formed as described above by various methods known in the art, for example, electric discharge, laser ablation deposition, thermochemical vapor deposition, and chemical vapor deposition. To grow. For example, preferably, the carbon nanofilament can be formed by, for example, a plasma chemical vapor deposition method using a hydrocarbon gas containing hydrogen, such as acetylene, ethylene, methane, propane gas, and hydrogen, but is not limited thereto. . In particular, when the plasma chemical vapor deposition method is used, the microwave plasma apparatus is mainly used, but is not limited thereto.
공급되는 상기 가스 중에서 탄화수소 가스의 농도는 5 내지 50%인 것이 바람직하다. 공급 가스 중에서 탄화수소 가스의 농도가 5%보다 낮으면 탄소 나노 필라 멘트가 잘 성장하지 않게 되고, 탄화수소 가스의 농도가 50%보다 높으면 흑연 또는 무결정성 탄소 막 등이 주로 생성되는 문제점이 있다.The concentration of the hydrocarbon gas in the gas to be supplied is preferably 5 to 50%. If the concentration of hydrocarbon gas in the feed gas is lower than 5%, the carbon nanofilament does not grow well, and if the concentration of the hydrocarbon gas is higher than 50%, graphite or amorphous carbon film is mainly produced.
상기 농도로 탄화수소 가스를 주입하면서 상기 반응기에 예를 들면, 100 내지 1000 W의 파워를 인가하여 반응기 내부의 온도를 500 내지 1500℃의 범위로 유지시킨다.While injecting hydrocarbon gas at the concentration, a power of, for example, 100 to 1000 W is applied to the reactor to maintain a temperature inside the reactor in the range of 500 to 1500 ° C.
이 때 기판에 -50 내지 -850 V의 음전압 바이어스가 인가되도록 하여 탄소 나노 필라멘트를 성장시킨다. 인가되는 음전압 바이어스가 -50 V보다 낮게 되면 내열 금속 촉매의 알갱이화가 진행되지 않아 탄소 나노 필라멘트가 성장하지 않고, 인가되는 음전압 바이어스가 -850 V보다 높게 되면 금속 촉매가 모두 식각되어 탄소 나노 필라멘트의 성장이 이루어지지 않는 문제점이 있다.At this time, the carbon nanofilament is grown by applying a negative voltage bias of -50 to -850 V to the substrate. When the applied negative voltage bias is lower than -50 V, the carbon nanofilament does not grow due to the granulation of the heat-resistant metal catalyst, and when the applied negative voltage bias is higher than -850 V, all of the metal catalysts are etched and the carbon nanofilament There is a problem that the growth is not made.
반응기 내부의 온도가 500℃ 미만이면 탄소 나노 필라멘트보다는 흑연 또는 무결정성 탄소 막 등이 주로 생성되는 문제점이 있고, 1500℃를 초과하면 탄소 나노 필라멘트보다는 다이아몬드 막과 같이 결정성이 매우 뚜렷한 탄소막들이 생성되는 단점이 있다.When the temperature inside the reactor is less than 500 ° C., graphite or amorphous carbon films are mainly produced rather than carbon nano filaments. When the temperature is higher than 1500 ° C., carbon films having very crystallinity such as diamond films are produced rather than carbon nano filaments. There are disadvantages.
이 때, 기판의 돌출된 지점 혹은 오목한 홈과 같은 곳에는 유도되는 음전하의 바이어스 값이 증가되어 그 지점에서만 내열 금속 촉매의 나노 크기 알갱이화가 진행되고 따라서 이 지점에서 탄소 나노 필라멘트가 성장하게 된다. 도 3a 및 도 3b는 기판에 내열 금속 촉매를 형성시킨 후 마이크로웨이브 플라즈마 증착장치를 이용하여 기판의 모서리 특정 지점에만 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트의 전자 현미경 사진이며, 도 4는 기판에 내열 금속 촉매를 증착시킨 후 마이크로웨이브 플 라즈마 증착장치를 이용하여 기판에서 돌출된 가장자리 부분에만 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트의 전자 현미경 사진이다. 도 5는 기판에 내열 금속 촉매를 증착시킨 후 마이크로웨이브 플라즈마 증착장치를 이용하여 기판의 가장자리 전체에 걸쳐 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트의 전자 현미경 사진이다.At this time, the bias value of the negative charge induced is increased at the protruding point or the concave groove of the substrate so that the nano-size granulation of the heat-resistant metal catalyst proceeds only at that point, and thus the carbon nanofilament grows at this point. 3A and 3B are electron micrographs of carbon nanofilaments selectively grown only at specific corners of a substrate using a microwave plasma deposition apparatus after forming a heat resistant metal catalyst on a substrate, and FIG. 4 shows a heat resistant metal catalyst on a substrate. Electron micrographs of carbon nanofilaments that were deposited and selectively grown only on edges protruding from the substrate using a microwave plasma deposition apparatus. 5 is an electron micrograph of carbon nanofilaments selectively grown over the edges of a substrate using a microwave plasma deposition apparatus after depositing a heat-resistant metal catalyst on the substrate.
그리고, 바이어스 값을 조절하면 탄소 나노 필라멘트가 성장하는 속도 및 성장하는 위치를 조절할 수 있다. 바이어스 값을 강하게 하면 탄소 나노 필라멘트의 성장속도가 빨라지고, 바이어스 값을 약하게 하면 탄소 나노 필라멘트의 성장속도가 느려진다. 또, 바이어스 값이 약하면 상대적으로 더 뾰족한 부분에서 탄소 나노 필라멘트가 활발하게 성장하고, 바이어스 값이 강하면 상대적으로 덜 뾰족한 부분, 예를 들면, 모서리, 가장자리, 뾰족한 부분의 변두리와 같은 지점에서도 탄소 나노 필라멘트가 비교적 활발하게 성장한다.In addition, by adjusting the bias value, the growth rate and growth position of the carbon nanofilament may be adjusted. Increasing the bias value increases the growth rate of the carbon nanofilament, and decreasing the bias value slows the growth rate of the carbon nanofilament. In addition, a weak bias value causes the carbon nanofilament to grow actively in the more pointed areas, and a strong bias value results in the carbon nanofilament even at points such as the edges of relatively less pointed areas such as edges, edges, and pointed areas. Grow relatively actively.
또한, 반응기 내부의 압력은 10 내지 300 Torr인 것이 바람직하다. 반응기 내부의 전체 압력이 10 Torr 보다 낮으면 탄소 나노 필라멘트의 성장이 잘 이루어지지 않고 탄소 막의 성장보다는 식각이 주로 일어나는 문제점이 있고, 반응기 내부의 전체 압력이 300 Torr 보다 높으면 플라즈마 형성이 어려운 문제가 있다.In addition, the pressure inside the reactor is preferably 10 to 300 Torr. If the total pressure inside the reactor is lower than 10 Torr, the growth of carbon nanofilament is not well achieved, the etching occurs mainly than the growth of the carbon film, and if the total pressure inside the reactor is higher than 300 Torr, there is a problem that plasma formation is difficult .
반응 시간은 탄소 나노 필라멘트가 원하는 만큼 성장할 때까지 지속되는 것이지만, 예를 들면 5분 내지 50분의 범위에서 성장시키는 것이 바람직하며, 다만 여기에 한정되는 것은 아니다.The reaction time lasts until the carbon nanofilament grows as desired, but for example, growth is preferably performed in a range of 5 minutes to 50 minutes, but is not limited thereto.
도 2는 본 발명의 방법에 의해 선택성장시킨 탄소 나노 필라멘트를 나타낸 도면이다.2 is a view showing carbon nanofilaments selectively grown by the method of the present invention.
앞서 설명한 바와 같이 기판(10)에 탄소 나노 필라멘트(30)를 성장시킬 돌출부(15)를 형성하여 반응기 내에 상기 기판(10)을 제공하고, 상기와 같이 제공된 기판(10)에 당 업계에 알려진 방법을 이용하여 내열 금속 촉매막(20)을 증착한다. 그런 후, 탄화수소 가스를 주입하면서 당 업계에 알려진 방법을 이용하여 탄소 나노 필라멘트(30)를 형성시킨다. A method known in the art for providing the
본 발명의 탄소 나노 필라멘트의 선택성장방법에 따르면, 탄소 나노 필라멘트를 선택성장시키는 공정을 대폭 단순화하고, 따라서 경제성이 뛰어나며, 예를 들면 원자 현미경의 팁 말단과 같이 패터닝이 어려운 지점에서도 용이하게 선택성장시킬 수 있으며, 탄소 나노 필라멘트의 성장 정도 및 성장 지점을 조절할 수 있고, 또한 내열 금속 촉매로 인하여 탄소 나노 필라멘트와 기판의 접합력이 종래보다 향상되는 효과가 있다. According to the selective growth method of the carbon nanofilament of the present invention, the process of selectively growing carbon nanofilaments is greatly simplified, and thus the economic efficiency is excellent, and the selective growth is easily performed even at difficult points such as the tip end of an atomic microscope. The growth rate and growth point of the carbon nanofilament can be adjusted, and the bonding strength between the carbon nanofilament and the substrate is improved due to the heat-resistant metal catalyst.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050013167A KR100664562B1 (en) | 2005-02-17 | 2005-02-17 | Method for selective growth of carbon nanofilaments using heat-resistant metal catalysts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050013167A KR100664562B1 (en) | 2005-02-17 | 2005-02-17 | Method for selective growth of carbon nanofilaments using heat-resistant metal catalysts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060092418A KR20060092418A (en) | 2006-08-23 |
| KR100664562B1 true KR100664562B1 (en) | 2007-01-03 |
Family
ID=37593817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050013167A KR100664562B1 (en) | 2005-02-17 | 2005-02-17 | Method for selective growth of carbon nanofilaments using heat-resistant metal catalysts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100664562B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020122766A1 (en) | 2000-09-29 | 2002-09-05 | Lieber Charles M. | Direct growth of nanotubes, and their use in nanotweezers |
| US20020178846A1 (en) | 1999-12-10 | 2002-12-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Carbon nanotubes and methods of fabrication thereof using a catalyst precursor |
| KR20040040575A (en) * | 2002-11-07 | 2004-05-13 | 전자부품연구원 | Scanning probe microscopy tip using carbon nanotube with vertical growth and its method |
| JP2004182537A (en) | 2002-12-04 | 2004-07-02 | Mie Tlo Co Ltd | Method of forming arranged structure of nanocarbon material |
| KR20050051041A (en) * | 2003-11-26 | 2005-06-01 | 삼성에스디아이 주식회사 | Method for forming carbon nanotube |
-
2005
- 2005-02-17 KR KR1020050013167A patent/KR100664562B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020178846A1 (en) | 1999-12-10 | 2002-12-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Carbon nanotubes and methods of fabrication thereof using a catalyst precursor |
| US20020122766A1 (en) | 2000-09-29 | 2002-09-05 | Lieber Charles M. | Direct growth of nanotubes, and their use in nanotweezers |
| KR20040040575A (en) * | 2002-11-07 | 2004-05-13 | 전자부품연구원 | Scanning probe microscopy tip using carbon nanotube with vertical growth and its method |
| JP2004182537A (en) | 2002-12-04 | 2004-07-02 | Mie Tlo Co Ltd | Method of forming arranged structure of nanocarbon material |
| KR20050051041A (en) * | 2003-11-26 | 2005-06-01 | 삼성에스디아이 주식회사 | Method for forming carbon nanotube |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20060092418A (en) | 2006-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100537512B1 (en) | carbon-nano tube structure and manufacturing method thereof and field emitter and display device both adopting the same | |
| US7291319B2 (en) | Carbon nanotube-based device and method for making the same | |
| US7744440B2 (en) | Method of growing carbon nanotubes and method of manufacturing field emission device using the same | |
| KR20010085509A (en) | Process for controlled growth of carbon nanotubes | |
| JP3791601B2 (en) | Method for producing nanographite structure | |
| KR20070001281A (en) | Method for producing carbon nanostructure | |
| JP4979296B2 (en) | Method for producing carbon nanotube | |
| JP4684053B2 (en) | Method for producing carbon nanotube and method for fixing the same | |
| US20070071895A1 (en) | Method for making carbon nanotube-based device | |
| US8475761B2 (en) | Method for producing carbon nanocoils | |
| KR100664562B1 (en) | Method for selective growth of carbon nanofilaments using heat-resistant metal catalysts | |
| JP2006335583A (en) | Graphite nanofiber producing method | |
| JP3810357B2 (en) | Method for producing carbon nanotubes on off-substrate | |
| KR20070104034A (en) | Method of manufacturing tips for field emission, tips for field emission manufactured by the same, and device comprising the same | |
| KR101908188B1 (en) | Method for manufacturing the high-performance emitter using thin film | |
| KR100455663B1 (en) | Metal/nanomaterial heterostructure and method for the preparation thereof | |
| KR100891466B1 (en) | Density controlled carbon nanotube field emission source, preparation method thereof, and density control method of carbon nanotube | |
| US8080289B2 (en) | Method for making an aligned carbon nanotube | |
| KR102109930B1 (en) | Continuous method of forming boron nitride layer, method of preparing field effect transistors using the same, and field effect transistors prepared therefrom | |
| JP2008297174A (en) | Method of manufacturing substrate for growing carbon nanotubes | |
| JP2009137805A (en) | Method for producing carbon nanotube, and substrate on which carbon nanotube has been grown | |
| KR100926977B1 (en) | Imprint mold with release film and release film formation method of imprint mold | |
| JP4802321B2 (en) | Carbon nanotube growth method | |
| KR101934162B1 (en) | Method of manufacturing high quality SiC nanowire | |
| JP2002220654A (en) | Method for manufacturing carbon nano-fiber and equipment therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121218 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131125 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |