KR100779141B1 - A method for preparing carbon nanotubes field emitter arrays fabricated on anodic aluminum oxide membrane bonded on silicon wafer - Google Patents
A method for preparing carbon nanotubes field emitter arrays fabricated on anodic aluminum oxide membrane bonded on silicon wafer Download PDFInfo
- Publication number
- KR100779141B1 KR100779141B1 KR20050104029A KR20050104029A KR100779141B1 KR 100779141 B1 KR100779141 B1 KR 100779141B1 KR 20050104029 A KR20050104029 A KR 20050104029A KR 20050104029 A KR20050104029 A KR 20050104029A KR 100779141 B1 KR100779141 B1 KR 100779141B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pores
- silicon wafer
- nano
- alumina
- bonded
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 전계방출소자 제조방법으로서, 막(membrane) 형태의 다공성 알루미나 나노틀을 만들고 실리콘 웨이퍼 표면에 수소결합으로 접합시킨후 압력을 가한 상태에서 온도를 증가시켜 실리콘 웨이퍼와 나노틀을 ether결합으로 접합시키고, 접합된 나노틀의 세공의 지름을 확장한 후 세공안에 형성시킨 촉매용 금속 나노입자를 이용하여 만든 탄소나노튜브 전계방출소자 제조에 관한 기술의 개발이다. The present invention provides a method for manufacturing a carbon nanotube field emission device, which is made of a porous alumina nanoframe in the form of a membrane and bonded to a silicon wafer surface by hydrogen bonding to increase the temperature under pressure to increase the temperature of the silicon wafer and the nanoframe. It is the development of a technology for the production of carbon nanotube field emission devices made by using metal nanoparticles for catalysts formed by bonding in ether pores after expanding the pores of the bonded nano-frames.
상기 접합된 알루미나 나노틀의 세공의 지름을 산용액을 사용하여 확장시킨 후 세공안에 농도가 다른 금속 이온용액을 채운 후 증발시켜서 일정한 크기 및 형태를 갖는 촉매용 나노입자를 제조하고 이를 이용하여 탄소나노튜브의 지름을 조절하는 방법에 관한 것이다. Expand the diameter of the pores of the bonded alumina nanoframe using an acid solution, and then fill the metal ion solution with different concentrations in the pores to evaporate to prepare nanoparticles for the catalyst having a certain size and shape and using carbon nano It relates to a method of adjusting the diameter of the tube.
상기 탄소나노튜브를 팁 형태의 전계방출 소자의 전자 방출원으로 응용하여 우수한 전계방출 소자를 구현할 수 있다. By applying the carbon nanotubes as the electron emission source of the tip-type field emission device can be implemented excellent field emission device.
다공성 알루미나 나노틀, 실리콘 웨이퍼, 촉매용 입자, 탄소나노튜브, 전계방출 Porous Alumina Nano Frame, Silicon Wafer, Particles for Catalyst, Carbon Nanotube, Field Emission
Description
본 발명의 자세한 부분은 다음의 도면들을 참고하면서 상세히 기술하였다.Details of the invention have been described in detail with reference to the following drawings.
도1a 내지 도1h는 2단계 양극산화 방법으로 막 형태의 다공성 알루미나 나노틀을 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.1A to 1H are schematic diagrams illustrating a process of forming a porous alumina nanoframe in the form of a membrane by a two-step anodization method.
도2는 나노틀을 실리콘 웨이퍼에 접합시키는 과정을 나타내는 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a process of bonding a nanoframe to a silicon wafer.
도3은 도1의 나노틀을 실리콘 웨이퍼에 접합시킨 사진이다.3 is a photograph of the nano-frame of FIG. 1 bonded to a silicon wafer.
도4a 내지 도4c는 세공을 확장시킨 나노틀에 금속 이온 용액을 담지하여 영구자석 위에서 말린 후 탄소나노튜브를 제조한 경우의 모식도이다. 4A to 4C are schematic views of manufacturing carbon nanotubes after carrying a metal ion solution on a nano-frame in which pores are expanded and dried on a permanent magnet.
도5는 도4의 방법으로 제조한 탄소나노튜브의 SEM 그림이다.FIG. 5 is an SEM image of carbon nanotubes manufactured by the method of FIG. 4.
도6은 탄소나노튜브 전계방출 소자의 모식도이다. 6 is a schematic view of a carbon nanotube field emission device.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 알루미늄 2 : 알루미늄과 알루미나의 경계층(barrier layer)1: aluminum 2: barrier layer of aluminum and alumina
3 : 세공 4 : 산화알루미늄(알루미나)3: Pore 4: Aluminum oxide (alumina)
5 : 유기 고분자 6 : 실리콘 웨이퍼5: organic polymer 6: silicon wafer
9 : 탄소나노튜브 8 : 촉매용 금속 나노입자9: carbon nanotube 8: catalyst metal nanoparticles
10 : Spacer 11 : Phosphor10: Spacer 11: Phosphor
12 : ITO 13 : Glass 12: ITO 13: Glass
탄소나노튜브는 기계적으로 강하고 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서도 전자방출 특성이 우수하다. 그런데 이들이 전계방출 소자로 사용되기 위해서는 기판의 표면에 수직해야 하고 균일하게 분포되어야 한다. 나노틀을 이용한 탄소나노튜브의 제조는 균일한 지름의 튜브를 수직으로 배열할 수 있는 장점이 있다. Carbon nanotubes are mechanically strong and chemically stable, and have excellent electron emission characteristics even at relatively low vacuum. However, in order to be used as field emission devices, they must be perpendicular to the surface of the substrate and distributed uniformly. The production of carbon nanotubes using nano-frames has the advantage of vertically arranging tubes of uniform diameter.
본 발명의 목적은 실리콘 웨이퍼에 다공성 알루미나 나노틀을 화학 결합하여 접합시킨후 고결정성의 수직 배열된 탄소나노튜브를 실리콘 웨이퍼에 직접 성장시켜 전자 방출원으로 이용함으로써 대면적이 가능한 전계방출 소자를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a field emission device capable of a large area by using a porous alumina nanoframe chemically bonded to a silicon wafer and then directly growing a highly crystalline vertically aligned carbon nanotube on the silicon wafer to use as an electron emission source. It is.
또한 실리콘 웨이퍼에 접합시킨 상태에서 나노틀의 세공의 지름 조절이 가능하고 금속촉매를 전기화학적방법과 담지법등을 이용하여 세공의 안쪽에 채워 넣을수 있기 때문에 다양한 지름을 갖는 고결정성의 탄소나노튜브를 제조할 수 있으며 이를 이용하여 전계방출 소자에 응용하는 데 그 목적이 있다. In addition, it is possible to control the diameter of the pores of the nano-frame in the state bonded to the silicon wafer, and the metal catalyst can be filled inside the pores by electrochemical method and supporting method, thereby producing highly crystalline carbon nanotubes having various diameters. The purpose is to apply to the field emission device using this.
탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 지니고 있어 현재 활발히 연구되고 있으며, 탄소나노튜브 합성기술로는 기판 위에 수직으로 탄소나노튜브를 성장시키는 방법, 촉매금속을 기판에 패터닝하여 선택적인 영역에서 탄소나노튜브를 성장시키는 방법, 또는 나노크기의 전자기기에 이용하기 위해 탄소나노튜브를 수평방향으로 성장시키는 방법등이 시도되고 있다. Carbon nanotubes have excellent mechanical properties, electrical selectivity, excellent field emission characteristics, high-efficiency hydrogen storage media, and are currently being actively researched.How to grow carbon nanotubes vertically on a substrate with carbon nanotube synthesis technology For example, a method of growing a carbon nanotube in a selective region by patterning a catalyst metal on a substrate, or a method of growing a carbon nanotube in a horizontal direction for use in nanoscale electronic devices, has been attempted.
탄소나노튜브는 매우 단단하고 전기적인 성질이 우수하여 전자방출 물질로서 매우 잘 알려진 물질이다( W. A. de Heer, A. Chatelain and D. Ugarte, Science, 270, 1179(1995)). 전계방출 소자와 같은 응용에 있어서는 탄소나노튜브의 두께, 길이, 길이의 균일도는 전계방출 특성과 밀접한 관계를 갖고 있다. 탄소나노튜브의 제조 방법중 튜브의 성장을 제어할 수 있는 제조법은 화학기상증착법이며, 다공성 알루미나 나노틀을 이용한 탄소나노튜브의 합성은 균일한 높이로 수직배열된 전자 방출원을 제조할 수 있다.Carbon nanotubes are very well known as electron emitting materials due to their excellent rigidity and electrical properties (W. A. de Heer, A. Chatelain and D. Ugarte, Science, 270, 1179 (1995)). In applications such as field emission devices, the uniformity of thickness, length, and length of carbon nanotubes is closely related to the field emission characteristics. Among the production methods of carbon nanotubes, a method for controlling growth of tubes is chemical vapor deposition, and the synthesis of carbon nanotubes using porous alumina nanoframes can produce vertically arranged electron emission sources with uniform height.
나노틀의 세공 간격은 인산, 옥살산, 황산등의 전해질 용액을 달리하여 조절할 수 있으며, 세공의 지름은 양극 산화시 전해질의 온도와 전압을 달리하여 조절할 수 있다. 탄소나노튜브의 합성시 나노튜브는 나노틀의 세공과 같은 크기의 지름을 형성하며 제조된다. The pore spacing of the nano-frames can be adjusted by varying electrolyte solutions such as phosphoric acid, oxalic acid and sulfuric acid, and the pore diameter can be controlled by varying the temperature and voltage of the electrolyte during anodization. When synthesizing carbon nanotubes, nanotubes are manufactured to form diameters the same size as the pores of nanoframes.
알루미나 나노틀의 세공의 안쪽에 금속촉매를 넣은 경우 탄소나노튜브의 길이는 반응시간에 비례하여 증가하게 되며, 반응기체 및 반응 온도에 따라서도 영향을 받게 된다. 본 발명자는 다공성 알루미나 나노틀의 세공에 금속 이온 용액을 채운후 증발시켜서 일정한 크기 및 형태를 갖는 촉매용 나노입자를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 탄소나노튜브의 지름을 조절하는 방법에 대한 발명을 특허출원한 바 있다. (한국 특허출원 10-2003-0042107 (2003.06.26) ).When the metal catalyst is placed inside the pores of the alumina nano-frame, the length of the carbon nanotubes increases in proportion to the reaction time and is also affected by the reaction gas and the reaction temperature. The present inventors patented a method for preparing a nanoparticle for catalyst having a certain size and shape by filling a pore of a porous alumina nanoframe with a metal ion solution and evaporating the same, and adjusting a diameter of a carbon nanotube using the same. It has been filed. (Korean Patent Application 10-2003-0042107 (2003.06.26)).
실리콘 웨이퍼에 나노틀을 형성시키는 알려진 방법은 웨이퍼 표면에 알루미늄을 증착시켜 이것을 양극산화 방법으로 다공성 알루미나 나노틀을 제조하는 것이다. 그러나 이렇게 만들어진 나노틀의 세공은 매우 불규칙하여 이를 이용하여 성장시킨 탄소나노튜브의 모양 또한 불규칙하며 바닥면의 산화층이 저항으로 작용하여 전계방출 소자로 이용하기 어렵다. A known method of forming nanoframes on silicon wafers is to deposit aluminum on the wafer surface to produce porous alumina nanoframes by anodizing. However, the nano-pores made in this way are very irregular, so the shape of carbon nanotubes grown using them is also irregular, and the oxide layer on the bottom acts as a resistance, making it difficult to use as a field emission device.
이와 같이, 나노틀을 이용한 탄소나노튜브의 제조와 전계방출소자로의 이용 가능성은 무한하다. 그러나 아직까지 실리콘 웨이퍼에 막 형태의 알루미나 나노틀을 접합시키는 방법은 알려져 있지 않으며 실리콘 웨이퍼에 접합된 나노틀은 쉽게 떨어지지 않으므로 이차적인 부가공정을 수행하는 것이 가능하다. 그리고 실리콘 웨이퍼에 접합된 막 형태의 알루미나 나노틀에 탄소나노튜브를 직접 제조하는 방법 또한 알려져 있지 않다. In this way, the production of carbon nanotubes using nano-frames and the possibility of use as field emission devices are endless. However, a method of bonding alumina nanoframes in the form of a film to a silicon wafer is not known. Since the nanoframes bonded to the silicon wafer are not easily separated, it is possible to perform a secondary addition process. In addition, a method of directly manufacturing carbon nanotubes in an alumina nanostructure in the form of a film bonded to a silicon wafer is not known.
본 발명은 2단계 양극산화 공정을 이용하여 동일 직경 및 길이를 갖는 막 형태의 다공성 알루미나 나노틀을 만들고, 이를 실리콘 웨이퍼에 접합시킨 후 금속 촉매를 이용하여 합성한 고결정성의 탄소나노튜브를 실리콘 웨이퍼에 직접 성장시켜 전계방출 소자를 제조하는데 그 목적이 있다. The present invention uses a two-step anodization process to make porous alumina nanostructures having the same diameter and length, and then bond them to a silicon wafer to synthesize high-crystalline carbon nanotubes synthesized using a metal catalyst. Its purpose is to produce a field emission device by directly growing it.
본 발명은, 2단계 양극산화 방법으로 다공성 알루미나 나노틀을 제조하는 단계; 산용액을 사용하여 화학적인 에칭방법으로 barrier layer를 제거하여 막 형태로 알루미나 나노틀을 제조하는 단계; 불소를 이용한 산화 실리콘층을 제거하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼 표면을 유기용매를 이용하여 세척, 증류수를 이용하여 헹굼, 상온에서 공기중에 건조시키는 실리콘 웨이퍼 전처리 단계; 나노틀을 유기용매를 이용하여 세척, 증류수를 이용하여 헹굼, 상온에서 공기중에 건조시키는 막 형태의 다공성 알루미나 나노틀의 전처리 단계; 상기 실리콘 웨이퍼와 나노틀을 증류수에 담근 후 꺼내어 표면을 접촉시킨 상태에서 상온의 공기중에서 건조시켜 수소결합에 의해 접합시키는 1차 접합 단계; 상기 접합된 샘플을 압력을 가한상태에서 온도를 가하여 ether결합에 의해 접합시키는 2차 화학적 접합 단계;를 포함하는 나노틀과 실리콘 웨이퍼의 접합방법을 제공한다. The present invention is to prepare a porous alumina nano-frame by a two-step anodization method; Removing the barrier layer by a chemical etching method using an acid solution to prepare an alumina nano mold in a film form; Removing the silicon oxide layer using fluorine; A silicon wafer pretreatment step of washing the surface of the silicon wafer with an organic solvent, rinsing with distilled water, and drying the air at room temperature; Pretreatment of the porous alumina nanotle in the form of a membrane to wash the nanotle with an organic solvent, rinse with distilled water, and dry in air at room temperature; First bonding step of immersing the silicon wafer and the nano-frame in distilled water, taking it out, and drying in air at room temperature while contacting the surface with hydrogen bonding; It provides a bonding method of the nano-frame and the silicon wafer comprising a; secondary chemical bonding step of bonding the bonded sample by applying a temperature under pressure under a bonding state.
또한 본 발명은, 접합된 상기 막 형태의 알루미나 나노틀의 세공 지름을 확장하는 단계; 상기 알루미나 나노틀의 세공에 촉매용 금속 이온 용액을 채우는 단계; 영구 자석 위에서 용매를 증발시켜 촉매용 나노입자를 형성시키는 단계; 상기 샘플을 수소기체를 이용하여 환원시키는 단계; 탄화수소를 열분해시켜 탄소나노튜브를 제조하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브 전계방출소자 제조방법을 제공한다. In another aspect, the present invention, the step of expanding the pore diameter of the alumina nano-frame in the form of the bonded; Filling a metal ion solution for a catalyst in the pores of the alumina nano-frame; Evaporating the solvent over the permanent magnet to form nanoparticles for the catalyst; Reducing the sample with hydrogen gas; It provides a method for producing a carbon nanotube field emission device comprising a; thermally decomposing a hydrocarbon to produce carbon nanotubes.
상기 탄소나노튜브를 제조하는데 있어서, 알루미나 나노틀 세공에 채우는 금속 이온 용액의 농도를 달리하면 촉매용 금속 나노입자의 크기가 달라지므로 촉매에 의하여 형성되는 탄소나노튜브의 지름을 조절할 수 있게 된다.In preparing the carbon nanotubes, the metal nanoparticles having different concentrations of metal ions in the pores of the alumina nanopore change the size of the metal nanoparticles for the catalyst, thereby controlling the diameter of the carbon nanotubes formed by the catalyst.
이하 본 발명의 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the object, characteristics and advantages of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도1a 내지 도1f는 본 발명에 따른 동일 직경 및 동일 길이를 갖는 막 형태의 다공성 알루미나 나노틀의 제조 공정도이다. 다공성 알루미나 나노틀의 제조는 도 1a와 같은 알루미늄 박판을 2단계 양극산화 방법을 사용하여 제작한다. 상기 2단계 양극산화 방법은 균일한 지름의 세공들이 나노틀에 수직으로 규칙적으로 배열될 수 있다[H. Masuda and M. Satch, Jpn. J. Appl. Phys., 35, (1996) L126]. Figures 1a to 1f is a flow chart of the production of porous alumina nano-frame in the form of a membrane having the same diameter and the same length according to the present invention. The porous alumina nano-frame is manufactured by using a two-step anodization method of the aluminum sheet as shown in FIG. In the two-stage anodization method, pores of uniform diameter may be regularly arranged perpendicular to the nanoframe [H. Masuda and M. Satch, Jpn. J. Appl. Phys., 35, (1996) L 126].
양극산화 방법은 양극을 알루미늄 박판을 사용하며 탄소전극을 음극으로 하여 가해준 전압에 의해 세공이 형성되며, 이 세공을 통해 전해질 용액내의 산소 이온이 알루미늄 내부로 확산해 들어가고 반면에 알루미늄 이온은 외부로 나오게 되어 산화알루미늄이 계속 생성된다. 양극산화 방법은 전해질 용액으로 옥살산, 인산, 황산등을 사용하고, 2단계 양극산화 방법은 도1b의 세공을 형성한후 산 용액에서 도1b의 알루미나 층을 모두 제거하고 같은 전해질 용액에서 도1d의 세공을 형성시킨다. 상기 세공의 간격은 양극 산화시 가해주는 전압과 전해질 용액에 의해 결정되며, 세공의 깊이는 양극산화 시간에 비례하는 것으로 공지되어 있다. In the anodic oxidation method, pores are formed by the voltage applied to the anode by using a thin aluminum plate and the carbon electrode as the cathode, through which the oxygen ions in the electrolyte solution diffuse into the aluminum, while the aluminum ions are moved to the outside. To produce aluminum oxide. The anodization method uses oxalic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, etc. as the electrolyte solution, and the two-stage anodization method forms pores of FIG. 1B, and then removes all of the alumina layers of FIG. 1B from the acid solution, and the same electrolyte solution of FIG. To form pores; The pore spacing is determined by the voltage applied to the anodic oxidation and the electrolyte solution, and the depth of the pore is known to be proportional to the anodization time.
본 발명에서는, 사용되는 알루미나 나노틀의 두께는 500nm이하로 하는것이 바람직하다.In this invention, it is preferable that the thickness of the alumina nanoframe used is 500 nm or less.
위와 같은 방법으로 만들어진 다공성 알루미나 나노틀은 아래면에 알루미늄이 있으며 이는 포화된 염화수은 수용액에 담궈서 제거할 수 있다. 도1e는 상기 알루미늄을 제거한후 세공과 알루미늄 사이의 barrier layer를 제거하기 위해 윗면에 세공을 보호하기 위한 보호막을 입힌 그림이다. Porous alumina nano-frame made by the above method has aluminum on the bottom, which can be removed by immersing in saturated aqueous mercury chloride solution. Figure 1e is a picture of a protective film for protecting the pores on the upper surface to remove the barrier layer between the pores and aluminum after removing the aluminum.
상기 barrier layer를 제거하기 위해서는 수산화나트륨, 크롬산, 인산등의 알루미나를 녹일수 있는 염기용액 또는 산용액을 사용하여 녹이는 방법과 아르곤 플라즈마 이온밀링을 이용한 기계적제거 방법이 모두 가능하다. 또한 본 발명에서는, 상기 barrier layer를 균일하게 녹이기 위해서는 30℃ 0.1M인산 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 barrier layer를 제거한 후, 아세톤으로 상기 보호막을 제거함으로써 도1h의 막 형태의 다공성 알루미나 나노틀을 제작하였다. In order to remove the barrier layer, both a method using a base solution or an acid solution capable of dissolving alumina, such as sodium hydroxide, chromic acid, and phosphoric acid, and a mechanical removal method using argon plasma ion milling are possible. In addition, in the present invention, in order to melt the barrier layer uniformly, it is preferable to use a 30 ° C 0.1M phosphoric acid solution. After removing the barrier layer, by removing the protective film with acetone to prepare a porous alumina nano-frame of the film form of Figure 1h.
상기 나노틀을 실리콘 웨이퍼에 접합시키기 위해서는 실리콘 웨이퍼와 나노틀의 표면을 각각 아세톤으로 세척하고 증류수로 헹굼한 후 상온에서 건조시키는 단계를 수행한다(도2 참조). 상기 실리콘 웨이퍼와 나노틀을 증류수에 담지한 후 접합시켜서 건조하면 도3과 같이 수소결합으로 접합된 상태의 샘플을 만들 수 있다. 이를 400℃이상의 온도와 0.15∼0.17N의 압력을 가하면 H2O가 빠져나오고 ether결합을 형성하여 실리콘 웨이퍼에 나노틀을 화학결합으로 접합시킬 수 있다. 접합된 나노틀은 실리콘 웨이퍼로부터 쉽게 떨어지지 않으며, 세공의 지름은 인산용액을 사용하여 확장할 수 있다. In order to bond the nanotle to the silicon wafer, the surfaces of the silicon wafer and the nanottle are washed with acetone, rinsed with distilled water, and then dried at room temperature (see FIG. 2). When the silicon wafer and the nano-frame are supported by distilled water and then bonded and dried, a sample in a state of being bonded by hydrogen bonding can be made as shown in FIG. 3. Applying a temperature of more than 400 ℃ and a pressure of 0.15 ~ 0.17N H 2 O is released and ether bonds can be formed by bonding the nano-frame to the silicon wafer by chemical bonding. The bonded nanoframes do not easily fall off the silicon wafer, and the pore diameter can be expanded using a phosphate solution.
이상의 단계에 의하여 실리콘 웨이퍼에 막 형태의 다공성 알루미나 나노틀을 접합시킬수 있다. By the above steps, the porous alumina nanoframe in the form of a film can be bonded to the silicon wafer.
아울러, 상기 접합된 막 형태의 다공성 알루미나 나노틀을 이용하여 촉매용 금속 나노입자에 의한 탄소나노튜브를 제조하기 위하여는 하기의 단계를 더 거친다.In addition, in order to produce carbon nanotubes by the metal nanoparticles for the catalyst using the porous alumina nano-frame in the form of the bonded membrane is further subjected to the following steps.
접합하여 만든 나노틀의 세공을 30℃ 인산용액을 사용하여 확장시킨후 세공에 촉매를 넣는 방법을 도4에 도시하였다. 알코올을 용매로하여 녹인 Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+등의 금속이온 용액에 상기 나노틀을 담지하여 소량의 금속 이온 용액을 세공에 침전시킨 후 용매를 영구 자석 위에서 증발시켜 건조시킨다. 4 shows a method in which the pores of the bonded nano-frame are expanded with a 30 ° C. phosphoric acid solution and then the catalyst is added to the pores. The nano-frame was supported in a metal ion solution such as Fe 2+ , Fe 3+ , Co 2+ , Ni 2+ dissolved with alcohol as a solvent to precipitate a small amount of metal ion solution in pores, and then the solvent was evaporated on the permanent magnet. To dry.
양극산화 방법으로 제조된 나노틀의 세공의 지름과 깊이는 매우 균일하므로, 금속 이온의 농도를 조절하여 금속 촉매 입자의 크기 및 지름을 조절할 수 있으며 탄소나노튜브의 지름은 촉매입자의 지름에 비례한다. 상기 알루미나 나노틀에 수소 기체를 흘려 촉매용 금속 나노입자를 환원시킨 후 탄화수소와 일산화탄소등을 고온로에서 열분해 시켜 탄소나노튜브를 제조한다. 또한 본 발명에서는, 상기 탄화수소 기체의 열분해 온도는 400~1400℃ 온도하에서 이루어지고 700~1000℃가 바람직하다. The diameter and depth of the pores of the nano-frame prepared by the anodization method are very uniform, so that the size and diameter of the metal catalyst particles can be controlled by adjusting the concentration of metal ions, and the diameter of the carbon nanotubes is proportional to the diameter of the catalyst particles. . Hydrogen gas is flowed into the alumina nano-frame to reduce the metal nanoparticles for the catalyst, and carbon nanotubes are prepared by pyrolyzing hydrocarbons and carbon monoxide in a high temperature furnace. Moreover, in this invention, the pyrolysis temperature of the said hydrocarbon gas is made under 400-1400 degreeC temperature, and 700-1000 degreeC is preferable.
상기 탄소나노튜브는 고결정성을 가지며 이를 도5의 그림으로 확인할 수 있다. The carbon nanotubes have high crystallinity and can be confirmed by the figure of FIG. 5.
실리콘 웨이퍼에 막 형태의 알루미나 나노틀을 화학결합으로 접합시키고 이를 이용하여 탄소나노튜브를 나노틀의 세공안에 수직배열 시키는 공정은 탄소나노튜브를 실리콘 웨이퍼에 직접 접촉되도록 성장시키므로 전계방출 소자를 부가적인 공정 없이 간단하게 제조할 수 있으며, 탄소나노튜브와 실리콘 웨이퍼와의 결합력을 높여 접촉저항을 낮추므로 전류밀도가 높아진다. 도6은 실리콘 웨이퍼에 접합시킨 나노틀의 세공에 금속촉매를 채워서 합성한 탄소나노튜브를 실리콘 웨이퍼에 직접 성장시켜 제조한 2전극 전계방출 소자의 모식도를 도시한 것이다.The process of chemically bonding alumina nanoframes in a film form to silicon wafers and using them to vertically arrange carbon nanotubes in the pores of the nanoframes grows the carbon nanotubes so that they directly contact the silicon wafer. It can be easily manufactured without a process, and the current resistance is increased because the contact resistance is lowered by increasing the bonding force between the carbon nanotube and the silicon wafer. FIG. 6 shows a schematic diagram of a two-electrode field emission device fabricated by directly growing a carbon nanotube synthesized by filling a metal catalyst in a nanopore bonded to a silicon wafer onto a silicon wafer.
본 발명으로 전계방출 소자를 제조하는 경우, 실리콘 웨이퍼와 나노틀의 화학결합으로 인해 탄소나노튜브의 제조시 나노틀의 세공의 지름을 조절하고 나노틀의 세공안에 금속촉매를 넣을 수 있는 다양한 후속 공정을 수행할 수 있으며, 촉매용 금속 나노입자를 이용하여 고결정성을 갖는 탄소나노튜브를 실리콘 웨이퍼에 직접 접촉에 의해 성장시킬 수 있으므로 향상된 전계방출 특성을 갖는 소자를 제작할 수 있다.When manufacturing the field emission device according to the present invention, due to the chemical bonding of the silicon wafer and the nano-frame, various subsequent processes that can control the diameter of the nano-pores in the manufacturing of carbon nanotubes and put the metal catalyst in the nano-pores In addition, since the carbon nanotubes having high crystallinity can be grown by direct contact with the silicon wafer using the metal nanoparticles for the catalyst, a device having improved field emission characteristics may be manufactured.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20050104029A KR100779141B1 (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | A method for preparing carbon nanotubes field emitter arrays fabricated on anodic aluminum oxide membrane bonded on silicon wafer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20050104029A KR100779141B1 (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | A method for preparing carbon nanotubes field emitter arrays fabricated on anodic aluminum oxide membrane bonded on silicon wafer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070047187A KR20070047187A (en) | 2007-05-04 |
| KR100779141B1 true KR100779141B1 (en) | 2007-11-23 |
Family
ID=38272206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20050104029A KR100779141B1 (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | A method for preparing carbon nanotubes field emitter arrays fabricated on anodic aluminum oxide membrane bonded on silicon wafer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100779141B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102262989A (en) * | 2011-06-27 | 2011-11-30 | 福州大学 | Method for manufacturing anodic aluminum oxide template and method for manufacturing field emission cathode array material by using template |
| CN102263244A (en) * | 2011-06-29 | 2011-11-30 | 福州大学 | Method for preparing carbon confined-clad stannum (Sn)/magnesium oxide (MgO) nanowire array for lithium ion battery |
-
2005
- 2005-11-01 KR KR20050104029A patent/KR100779141B1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Applied physics letters, Vol.83, (2003) pp.4767-4769 |
| Applied physics letters, Vol.89, (2006) pp.013121 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102262989A (en) * | 2011-06-27 | 2011-11-30 | 福州大学 | Method for manufacturing anodic aluminum oxide template and method for manufacturing field emission cathode array material by using template |
| CN102263244A (en) * | 2011-06-29 | 2011-11-30 | 福州大学 | Method for preparing carbon confined-clad stannum (Sn)/magnesium oxide (MgO) nanowire array for lithium ion battery |
| CN102263244B (en) * | 2011-06-29 | 2013-10-30 | 福州大学 | Method for preparing carbon confined-clad Sn/MgO nanowire array for lithium ion battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20070047187A (en) | 2007-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8822000B2 (en) | Nanostructure and method for manufacturing the same | |
| KR100931134B1 (en) | Dye-Sensitized Solar Cell Using Titanium Oxide Nanotubes and Its Manufacturing Method | |
| EP2191040A2 (en) | Highly-ordered titania nanotube arrays | |
| CN110574132B (en) | Deposited carbon film on etched silicon for on-chip supercapacitors | |
| KR20090132488A (en) | Organic/inorganic composite comprising carbon nano tube three-dimensional networks, method for manufacturing the same and electric device using the same | |
| EP2836460A1 (en) | Method of producing graphene | |
| WO2017155468A1 (en) | Chemical vapor deposition process to build 3d foam-like structures | |
| CN110550597A (en) | vertical few-layer graphene-metal nanoparticle composite catalytic electrode | |
| WO2015184473A1 (en) | Hybrid graphene materials and methods of fabrication | |
| JP4838201B2 (en) | Method for producing anodized porous alumina | |
| KR100779141B1 (en) | A method for preparing carbon nanotubes field emitter arrays fabricated on anodic aluminum oxide membrane bonded on silicon wafer | |
| JP5327676B2 (en) | Method for producing porous silicon | |
| KR100892382B1 (en) | Manufacturing method of carbon nanotube electrode for capacitor | |
| US8703250B2 (en) | Method for manufacturing a porous synthetic diamond material | |
| Jing-zhong et al. | Preparation of separated and open end TiO2 nanotubes | |
| KR100724927B1 (en) | Techniques for bonding of an AAM on silicon wafer and fabrication of CNTs field emitter arrays using it | |
| KR102324147B1 (en) | Method of preparing metal-graphene-microporous graphitic carbon composite, metal-graphene-microporous graphitic carbon composite and hydrogen sensor device comprising the same | |
| Yin et al. | Fabrication of highly ordered anodic aluminium oxide templates on silicon substrates | |
| Sung et al. | A new fabrication method of aluminum nanotube using anodic porous alumina film as a template | |
| Cui et al. | Cyclic voltammetry as a tool to estimate the effective pore density of an anodic aluminium oxide template | |
| RU2428763C1 (en) | Channel matrix obtaining method | |
| US20210246569A1 (en) | Metal-coated porous polymeric stamp materials for electrochemical imprinting | |
| JP4625955B2 (en) | Carbon tube and carbon tube manufacturing method | |
| JP2005052909A (en) | Method of manufacturing nanostructure | |
| KR101535101B1 (en) | Getter for absorbing moisture and manufacturing method of the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| 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: 20121119 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131106 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141110 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |