일반기술

변형된 유도결합형 플라즈마 화학기상 증착법에 의한 탄소나노튜브의 합성방법

*원리 및 구성본 발명은 변형된 유도결합형 플라즈마 화학기상증착법에 의한 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유도결합형 플라즈마 화학기상증착 장치의 반응 챔버에 원료가스를 촉매가스와는 별도로 기판상에 직접 주입하고, 주입된 원료가스를 전기저항 열선에 의해 우선 분해시키는 동시에, 기판에 직류 바이어스를 인가하고 촉매가스에 의해 RF 플라즈마를 생성시켜 탄소나노튜브를 수직 배향으로 성장시켜 전기적 특성이 향상된 탄소나노튜브를 합성하는 방법에 관한 것이다. *배경탄소나노튜브는 그 직경이 보통 수 nm 정도로 극히 작고, 어스팩트비(aspect ratio)가 10 내지 1,000 정도로 극히 미세한 원통형 재료이다. 탄소나노튜브에서 하나의 탄소원자는 3 개의 다른 탄소원자와 결합되어 있고 육각형 허니컴 형태를 이룬다. 탄소나노튜브는 그 구조에 따라서 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성을 나타낼 수 있는 재료로서, 여러 가지 기술분야에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대되는 물질이다.*종래기술근래에 탄소나노튜브의 합성에 관한 다양한 방법이 제안되었는데, 전기방전법이나 레이저증착법은 탄소나노튜브의 합성 수율이 비교적 낮고, 나노튜브의 직경이나 길이를 조절하기가 어려우며, 또한 합성 과정에서 탄소나노튜브 이외에도 비정질 상태의 탄소 덩어리들이 동시에 다량으로 생성되기 때문에 반드시 복잡한 정제과정을 수반하여 대량생산에 어려움이 많다. 한편, 최근에 제안된 열화학기상증착법은 탄소나노튜브를 대면적으로 합성하는 것이 가능하고 고품질의 탄소나노튜브를 합성할 수 있기는 하나, 탄소나노튜브를 합성하기 위한 온도가 높아서 유리 기판을 이용하는 소자에 응용하기에 부적합한 문제점이 있다.한편, 유도결합형 플라즈마 화학기상증착법은 탄소나노튜브를 성장시키는 장치로 RF 플라즈마를 이용하여 저온에서 합성할 수 있어 유리 기판을 사용하여서도 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있고, 튜브의 직경, 밀도 및 길이를 조절할 수 있는 장점이 있으나(한국 특허공개 제99-73590호 및 제2001-49453호), 안정적으로 탄소나노튜브를 수직으로 배향 합성하는 데는 한계가 있었다.*특징 및 장점본 발명의 변형된 유기결합형 플라즈마 화학기상증착법에 따라 탄소원료가스를 촉매가스와는 별도로 기판상에 직접 주입하고, 주입된 원료가스를 전기저항 열선에 의해 우선 분해시키면서 기판에 직류 바이어스를 인가하여 플라즈마를 발생시킴으로써 수직 배향성이 향상되어 전기적 특성이 우수한 탄소나노튜브를 합성할 수 있다. 이렇게 합성된 탄소나노튜브는 전기적 특성이 우수하여 전자소자, 나노소자 및 FED의 에미터용 소재로 사용할 수 있다.