일반기술

플라즈마 화학기상증착법을 이용한 열린 구조 탄소나노튜브 전자방출자의 제조방법

*원리 및 구성본 발명은 전계방출 표시소자(FED: Field Emission Display)의 전계 방출팁(Field emitter)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 소자에서 전자를 방출하는 팁(Tip)으로 탄소나노튜브를 적용하여 탄소나노튜브의 금속 팁 오픈 방법에 따른 정제 방법의 플라즈마를 이용한 간단한 기술에 관하여 개시한다. *배경탄소나노튜브(carbon nanotube)는 일반적으로 한 개의 탄소원자에 3개의 다른 탄소원자가 결합되어 육각형 벌집무늬 모양의 실린더 형태로 형성된 물질을 말하며, 직경이 보통 수 내지 수백 나노미터(nanometer)이고 길이가 10 ㎛ 정도인 것으로 알려져 있다. 이러한 탄소나노튜브는 외벽이 육방정 구조의 탄소가 결합된 흑연으로 구성되는데, 이 한 개의 흑연(C) 층이 한 겹이냐 또는 여러 겹이냐에 따라 단일벽 탄소 나노튜브(single-walled carbon nanotube; SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube; MWCNT)로 구분되며, 특히 상기 단일벽 탄소나노튜브가 다발(bundle) 형태로 형성된 경우에는 다발형 단일벽 탄소나노튜브로 구분된다. 이와 같은 흑연층의 형성 구조에 따라 상기 탄소나노튜브는 전기적 도체 또는 반도체의 특성을 가질 수 있다. 또한 상기 탄소나노튜브는 넓은 비표면적, 높은 전기 전도성, 균일한 기공 분포, 높은 기계적 강도 및 화학적으로 안정한 특성을 갖고 있는 물질로 알려져 있어, 전자, 에너지, 정보산업 등에서 그 응용이 다양한 각도로 적용될 가능성이 있으나, 제조상 어려움 및 높은 제조 비용으로 인해 산업분야에서 실질적인 응용은 아직 미흡한 편이다. 이러한 적용분야 중에서, 전계방출형 표시소자(field emission display)의 전계방출자(field emitter)로서 상기 탄소나노튜브를 적용하는 연구가 지속되고 있는 가운데, 상기 탄소나노튜브의 합성에 관한 방법 및 이를 실현시키기 위한 여러 장치들, 예를 들면 플라즈마 화학 기상증착장치, 아크방전장치, 레이저 증착장치, 열화학 기상증착장치 등이 제안되고 있다.*제조방법 상의 특징본 발명에서는 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 탄소나노튜브를 제조함에 있어서, 반응 챔버(chamber) 내에 놓여진 기판 상에 박막을 형성하기 위한 원료가스를 상기 기판의 주변 부위로부터 중심 부위로 10 내지 60sccm의 유량으로 균일하게 공급하고; 상기 원료가스를 열분해시키기 위해 반응 챔버의 온도를 500 내지 580℃의 범위로 가온시키고; 상기 챔버 내부의 압력을 조정하기 위하여 상기 원료가스와는 별도로 촉매가스를 공급하며, 이때 원료가스와 촉매가스의 유량비가 1:3 내지 1:7의 범위로 공급하고;상기 챔버 내에 유도결합형 플라즈마인 100 내지 200W 범위의 고주파 전력을 인가하고, 상기 기판 이면에 직류바이어스 전력을 50 내지 100W 범위로 인가함으로써 상기 원료가스 및 촉매가스를 플라즈마 상태로 조성하고; 그리고상기 기판 상에 탄소나노튜브 박막을 수직 배향시키기 위해 상기 생성된 플라즈마 상태의 원료가스를 15 내지 30분 동안 상기 기판 상에 증착 및 성장시키는 것을 포함하는, 열린 구조 탄소나노튜브 전계방출자의 제조방법을 제공한다.*특징 및 장점1) 비교적 장시간, 즉 15 내지 30분 동안 탄소나노튜브를 합성 및 성장시킴에 따라, 일회 공정으로서 수직 배향되어 성장된 탄소나노튜브 팁의 열린 구조를 얻을 수 있음.2)동시에 물질의 에칭 특성을 이용함으로써 탄소나노튜브 끝단에 존재하는 금속 팁을 제거할 수 있음.3)길이와 직경이 제어된 상태의 팁이 제거된 전계방출 표시소자용 전계방출자를 효과적으로 제조.4)낮은 인가전압에서도 전자의 방출이 증가함에 따라 저전압 및 고전류의 표시소자를 제조.