| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2005년 가을 (11/10 ~ 11/11, 한양대학교) |
| 권호 | 11권 2호 |
| 발표분야 | 반도체재료 |
| 제목 | 열화학기상증착법으로 합성한 탄소나노튜브의 성장에 미치는 NH3의 영향 |
| 초록 | Carbon nanotube(CNT)는 기계적 특성과 화학적 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 구조에 따라 반도체와 도체의 성질을 띠며 직경에 대한 길이의 비가 매우 큰 특성 때문에 전계방출소자의 에미터 물질로 각광을 받고 있다. CNT의 전계 방출원 응용에 있어, 분말 형태의 CNT를 여러 가지 유기물 및 무기물에 섞어 만든 페이스트를 스크린에 인쇄하는 방법과 화학기상증착으로 기판에 직접성장하는 방법이 현재 활발히 연구되고 있다. 직접성장 방식에서 CNT의 합성에 미치는 여러 인자들 중에 가스의 조성이 매우 중요하다. 반응가스는 CNT의 밀도, 직경, 길이와 표면 형태의 결정에 중요한 역할을 하며, 특히 NH3는 CNT의 성장특성에 지대한 영향을 미친다. [1~4] NH3는 CNT의 에칭효과와 수직성장에 결정적인 역할을 하고, 핵의 면 밀도를 증가시켜주며, 성장속도도 향상시키는 것으로 알려져 있다. [1,2] 이와는 반대로 NH3가 수직성장에 영향을 주지 않고, 오히려 결정성을 떨어뜨린다는 보고도 있다. [3,4] 그럼에도 불구하고, NH3가 CNT 성장과정에 미치는 영향에 대한 연구가 많이 부족하다. 따라서 본 연구에서는 NH3가 CNT의 성장에 미치는 영향을 조사하였다. 실험은 Si (100) 기판 위에 TixOy (50 nm)와 Al (15 nm) 그리고 Invar (5 nm)를 증착한 후, 650 ℃, 1.5 torr의 Ar (150 sccm) 분위기에서 8분 동안 어닐링한 다음 Ar (150 sccm)과 C2H2 (25 sccm)을 흘려주며 10분 동안 CNT를 성장시켰다. 그 후 NH3의 효과를 보기위해 NH3를 어닐링 과정과 성장과정에 각각 주입하였다. 이때 NH3와 Ar의 전체 유량을 150 sccm으로 고정한 상태에서, NH3의 유량을 0, 13, 25, 50, 75, 100, 125, 150 sccm으로 변화시켰다. SEM 과 Raman 분광기를 이용하여 CNT의 특성을 분석하였다. 결과적으로 NH3를 어닐링 과정에서 주입하였을 때 성장된 CNT는 길이가 증가하고, 결정성이 좋아지나, 직경에는 큰 변화가 없는 반면에 성장 중에 NH3를 주입하여 합성한 CNT는 오히려 길이가 감소하고, 결정성이 나빠졌으며, 직경도 두꺼워진 것을 관찰하였다. NH3가 어닐링 과정과 성장 과정에서 CNT의 성장에 미치는 영향은 다를 것으로 사료된다. 어닐링 중에 주입한 NH3는 촉매표면을 에칭하여 CNT 성장에 참여하는 촉매를 작게 쪼개주어 잘 자랄 수 있도록 도와주고, 성장과정에서는 NH3가 CNT를 구성하는 탄소원자들 사이에서 결합이 약한 결함 부위를 에칭하여 CNT의 성장속도를 감소시킬 것이다. 이때 결함의 일부가 제거됨으로써 CNT의 결정성이 향상될 것으로 예측되나 동시에 NH3로 인하여 탄소-탄소 결합이 질소-탄소 결합으로 치환되기 때문에 결정성이 감소하는 것으로 판단된다. Reference [1] J.H Han, C.H Lee, D.Y Jung, C.W Yang, J.B Yoo, C.Y Park, H.J Kim, S.G Yu, Whikun Yi, G.S Park, I.T. Han, N.S. Lee, J.M. Kim, Thin solid films, 409, 120 (2002) [2] E.Hernandez, C. Goze, P. Bernier, A. Rubio, Phys. Rev.Lett. 80, 4502 (1998) [3] Y.T Jang, J.H Ahn, Y.H Lee, B.K Ju, Chemical Physics Letters, 372,745 (2003) [4] J. W. Jang, C. E. Lee, S. C. Lyu, T.J. Lee, C.J. Lee, Appl. Phys. lett. 84, 2877 (2004) |
| 저자 | 조현진1, 이승환1, 정세정1, 선전영2, 이내성1 |
| 소속 | 1세종대, 2나노퍼시픽 |
| 키워드 | Carbon nanotubes; NH3 |
