Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR100668352B1 - 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법 - Google Patents

질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100668352B1
KR100668352B1 KR1020060001394A KR20060001394A KR100668352B1 KR 100668352 B1 KR100668352 B1 KR 100668352B1 KR 1020060001394 A KR1020060001394 A KR 1020060001394A KR 20060001394 A KR20060001394 A KR 20060001394A KR 100668352 B1 KR100668352 B1 KR 100668352B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon nanotubes
nitrogen
plasma
walled carbon
doped
Prior art date
Application number
KR1020060001394A
Other languages
English (en)
Inventor
배은주
민요셉
박완준
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060001394A priority Critical patent/KR100668352B1/ko
Priority to CNA2006100803053A priority patent/CN1994875A/zh
Priority to US11/447,948 priority patent/US7713509B2/en
Priority to JP2006354080A priority patent/JP4988330B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of KR100668352B1 publication Critical patent/KR100668352B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04HBUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H4/00Swimming or splash baths or pools
    • E04H4/0018Easily movable or transportable swimming pools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/16Preparation
    • C01B32/162Preparation characterised by catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/02Single-walled nanotubes
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04HBUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H4/00Swimming or splash baths or pools
    • E04H4/0018Easily movable or transportable swimming pools
    • E04H2004/0068Easily movable or transportable swimming pools made of plastic shells or plastic elements including at least parts of walls and floors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/70Nanostructure
    • Y10S977/734Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
    • Y10S977/742Carbon nanotubes, CNTs
    • Y10S977/745Carbon nanotubes, CNTs having a modified surface
    • Y10S977/749Modified with dissimilar atoms or molecules substituted for carbon atoms of the cnt, e.g. impurity doping or compositional substitution
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • Y10S977/843Gas phase catalytic growth, i.e. chemical vapor deposition

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법은, 기판 위에 촉매금속층을 형성하는 단계, 상기 촉매금속층이 형성된 기판을 반응챔버 내에 장착하는 단계, 상기 반응챔버 내에 H2O 플라즈마 분위기를 형성하는 단계 및 상기 반응챔버 내에 탄소전구체와 질소전구체를 공급하여 상기 H2O 플라즈마 분위기에서 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 촉매금속층 상에 질소 도핑된 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함한다.

Description

질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법{Fabrication method of N-doped single-walled carbon nanotubes}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 제조방법을 보여주는 장치도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 라만분광(Raman spectra) 결과그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 N-doped SWNT의 제조시 암모니아(NH3)의 유량증가에 따른 D-밴드 대 G-밴드의 Raman강도 비율(ID/IG)의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 XPS(X-ray Photoelecton Spectroscopy) 분석결과 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 HR-TEM(high resolution TEM) 사진이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10:반응챔버 20:기판
22:촉매금속층 30:N-도핑된 탄소나노튜브
110:쿼르츠 튜브 120:RF 플라즈마 코일
130:가열로
본 발명은 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단하고 용이한 방법에 의해 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)란 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서, 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 수 나노미터(nm=10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다. 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 지니며 현존하는 물질중 결함이 거의 없는 완벽한 신소재로 알려져 있다.
이러한 탄소나노튜브는 그래파이트 면(graphite sheet)이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 상태이며, sp2 결합구조를 갖는다. 이 그래파이트 면이 말리는 각도 및 형태에 따라서 전기적으로 도체 또는 반도체의 특성을 보인다. 이러한 탄소나노튜브는 그 벽을 이루고 있는 결합수에 따라서 단일벽 나노튜브(SWNT; single-walled nanotube) 또는 다중벽 나노튜브(MWNT; multi-walled nanotube)로 구분될 수 있고, 아울러 단일벽 나노튜브가 여러개로 뭉쳐있는 형태를 다발형 나노튜브 (rope nanotube)라고 부른다.
이와 같은 탄소나노튜브는 고도의 합성기술에 의해 제조될 수 있는데, 그 합성방법으로 전기방전법(Arc-discharge), 레이저증착법(Laser vaporization), 플라즈마화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 열화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 전기분해방법, Flame합성방법 등이 알려져 있다.
상기 탄소나노튜브는 우수한 전기적 특성을 가지기 때문에 CMOS와 같은 반도체 소자의 제조에 이용될 수 있는데, 일반적으로 CMOS와 같은 반도체 소자의 제조공정 및 반도체 집적공정(integration process)은 반도체 소자의 결함(defect) 발생을 줄이기 위해 가능한 500℃ 이하의 저온범위에서 수행되어야 한다. 그러나, 종래 CNT 합성방법에 의해 500℃ 이하의 저온범위에서 CNT를 성장시키게 되면, 비정질 탄소(amorphous carbon)와 같은 불순물(impurity)이 많이 발생되어 결함있는(defective) CNT가 성장되기 때문에, 양질의 CNT를 얻을 수가 없었다. 이러한 결함있는(defective) CNT는 반도체 소자의 특성 및 성능(performance)을 저하시킬 수 있다. 따라서, CNT를 반도체 소자에 적용하여, 소자의 특성 및 성능을 향상시키기 위해서는, 500℃ 이하의 저온범위에서 양질의 CNT를 얻을 수 있는 CNT 합성기술이 개발되어야 한다.
또한, CNT를 베이스로 한 트랜지스터(CNT-basesd Transistor)를 이용하여 CMOS를 제작하기 위해서는 n-type과 p-type의 SWNT가 제조될 수 있어야 하는데, 현재까지는 SWNT의 합성 과정에서 도너(donor)를 도핑할 수 있는 기술이 개발되어 있 지 못하다. 일반적으로, 진성의(intrinsic) SWNT는 대기 중에서 산소 등의 표면흡착에 의해서, p-type SWNT 특성을 가진다. 그러나, 아직까지 n-type SWNT를 합성할 수 있는 기술이 개발되어 있지 못하기 때문에, 이에 대한 기술개발이 절박하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전자공여그룹(Electron donating group)을 가지고 있는 아민류(amine) 또는 칼륨(K)과 같은 알칼리(alkali) 금속을 SWNT의 표면에 흡착시켜서 n-type 트랜지스터를 제조하는 방법이 시도되고 있다. 그러나, 표면에 흡착된 도핑물질들은 언제든 그 흡착표면으로부터 이탈될 수 있어 불안정하기 때문에, 표면흡착에 의한 도핑은 소자특성의 신뢰성(reliability)에 근본적인 문제를 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 간단하고 용이한 방법에 의해 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 저온성장 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법은,
기판 위에 촉매금속층을 형성하는 단계;와
상기 촉매금속층이 형성된 기판을 반응챔버 내에 장착하는 단계;와
상기 반응챔버 내에 H2O 플라즈마 분위기를 형성하는 단계; 및
상기 반응챔버 내에 탄소전구체와 질소전구체를 공급하여 상기 H2O 플라즈마 분위기에서 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 촉매금속층 상에 질소 도핑된 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 질소 도핑된 탄소나노튜브의 성장시에 상기 반응챔버 내부의 온도가 400℃ 내지 600℃의 범위로 유지될 수 있다. 또한, 상기 반응챔버 내에 탄소원자 1몰당 질소원자 1/6몰 이하로 공급되도록 상기 탄소전구체와 질소전구체의 유량이 제어되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 탄소전구체는 C2H2, CH4, C2H4, C2H6, CO 및 C2H5OH 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질이다. 그리고, 상기 질소전구체는 암모니아(NH3), 히드라진(NH2NH2), 피리딘(C5H5N), 피롤(C4H5N), 아세토니트릴(CH3CN)으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질이다. 그리고, 상기 촉매금속층은 Ni, Co, Fe 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
상기 H2O 플라즈마 분위기는 리모트-플라즈마 발생장치에 의해 형성될 수 있으며, 따라서 상기 H2O 플라즈마는 리모트 H2O 플라즈마로 표현될 수 있다. 여기에서, 상기 H2O 플라즈마의 RF-파워(RF-power)는 80W 이하로 제어되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 400℃ 내지 600℃의 저온범위에서 성장된 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브 제조방법의 바 람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 제조방법을 보여주는 장치도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 제조를 위한 리모트-플라즈마 CVD(remote plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치가 개시되었다. 상기 리모트-플라즈마 CVD 장치는 반응챔버(10)와 상기 반응챔버(10) 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 플라즈마 코일(120), 그리고 상기 반응챔버(10)의 내부를 소정온도로 가열하는 가열로(heating furnace, 130)를 구비하며, 상기 리모트-플라즈마 CVD 장치에서 히팅존(heating zone)과 플라즈마존(plasma zone)은 각각 분리되어 있다. 본 실시예에서, 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원으로 13.56MHz RF(Radio Frequency)를 사용하였다. 그리고, 상기 RF 플라즈마 코일(120)에 대응되도록 상기 반응챔버(10) 내에 직경 10mm의 쿼르츠 튜브(quartz tube, 110)를 더 설치하였으며, 상기 쿼르츠튜브(110) 내에 H2O 증기(vapor)가 공급된다. 이와 같은 구조의 장치에서, 상기 RF 플라즈마 코일(120)에 고주파 전원이 인가되면, 상기 쿼르츠 튜브(110) 내에 H2O 플라즈마가 발생하며, 이를 리모트 플라즈마 소스로 이용하여 상기 반응챔버(10) 내에 H2O 플라즈마 분위기를 형성할 수 있다. 이하에서는, 이러한 구조의 리모트-플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 본 발명에 따른 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 기판(20)을 준비하여, 상기 기판(20) 위에 Ni, Co, Fe 또는 이들의 합금으로 촉매금속층(22)을 형성한다. 여기에서, 상기 기판(20)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 기판(20)으로 글래스 기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 또는 실리콘 기판이 이용될 수 있다.
상기 촉매금속층(22)은 반도체 공정에서 이용되는 다양한 박막증착 방법 또는 도포공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매금속층(22)은 열증착법, 스퍼터링법 또는 스핀코팅법 등에 의해 기판(20) 상에 형성될 수 있다.
그리고나서, 이와 같이 상기 촉매금속층(22)이 형성된 기판(20)을 반응챔버(10) 내에 장착한 후, 상기 가열로(130)를 작동하여 상기 반응챔버(10) 내부의 온도를 400℃ 내지 600℃의 범위로 유지시킨다. 그 다음에, H2O를 기상화(vaporization)하여 상기 쿼르츠 튜브(110) 내에 공급한 후, 상기 RF 플라즈마 코일(120)에 RF전원을 인가하여 상기 반응챔버(10) 내에 H2O 플라즈마 분위기를 형성한다. 그 다음에, 상기 반응챔버(10) 내에 탄소전구체와 질소전구체를 공급하여 상기 H2O 플라즈마 분위기에서 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 촉매금속층(22) 상에 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped single-walled carbon nanotubes)를 성장시킬 수 있다. 여기에서, 상기 탄소전구체는 C2H2, CH4, C2H4, C2H6, CO 및 C2H5OH 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질이며, 상기 질소전구체는 암모니아(NH3), 히드라진(NH2NH2), 피리딘(C5H5N), 피롤(C4H5N), 아세토니트릴(CH3CN)으 로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질이다. 여기에서, C2H5OH, 히드라진(NH2NH2), 피리딘(C5H5N), 피롤(C4H5N), 아세토니트릴(CH3CN) 등은 액체로 분류될 수 있으나, 이들은 휘발성이 있는 물질로 쉽게 기화되어 상기 반응챔버(10) 내에 공급될 수 있다.
본 발명에서, 질소 도핑공정은 탄소나노튜브의 합성과 동시에 수행되는 1-스텝공정(one-step process)인 것을 특징으로 하며, 특히 이와 같은 제조공정은 간단하고 용이한 방법으로 N-doped 탄소나노튜브를 기판(20) 상에 직접 성장시킬 수 있기 때문에, CMOS와 같은 반도체 소자의 제조에 쉽게 적용될 수 있다. 또한, 상기 질소 도핑이 원자치환형 도핑(atomic substitutional doping)으로 이루어지기 때문에, 표면흡착에서와 같이 흡착표면으로부터 도핑물질의 이탈이 없어 제조되는 소자의 재현성 및 신뢰성을 종래 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명에서, 리모트 H2O 플라즈마 분위기에서 CNT를 합성할 경우, 첫째로, 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)의 성장이 억제되고 단일벽 탄소나노튜브의 성장이 촉진되는 효과를 얻을 수 있었고, 둘째로 400℃ 내지 600℃의 비교적 저온범위에서 단일벽 탄소나노튜브를 성장시키는 것이 가능하여, 종래 800℃ 이상의 고온공정으로 탄소나노튜브를 성장시킬 경우 발생되는 비정질 탄소(amorphous carbon) 등과 같은 불순물(impurity)의 양을 상당히 줄일 수 있다는 효과를 얻을 수 있었다.
상기 탄소나노튜브의 성장시에 상기 H2O 플라즈마는 약한 산화제(mild oxidant) 또는 약한 에천트(mild echant)로써 작용하여, 상기 탄소나노튜브의 표면에 형성되는 탄소질 불순물(carbonaceous impurity)을 제거할 수 있다. 이와 같은 이유로, 탄소질 불순물(carbonaceous impurity)과 결함성 탄소(disordered carbon)가 적은 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)를 얻을 수 있으며, 특히 이러한 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)는 저온공정에서 성장되어 그 결정성이 우수하기 때문에, 반도체 소재로써 우수한 특성을 가질 수 있다.
또한, 저온범위에서 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킬 경우, 도펀트인 질소(N)의 도핑량을 용이하게 제어할 수 있었으며, 특히 상기 탄소나노튜브에 질소(N)가 지나치게 많이 도핑되는 것을 억제할 수 있었다. 상기 질소(N)의 지나친 도핑량은 CNT의 결함(defect) 발생을 야기할 수 있기 때문에, 상기 질소(N)의 도핑량이 최소화될 수 있도록 적절히 제어되는 것이 중요하다. 이와 같은 이유로, 상기 반응챔버(10) 내에 탄소원자 1몰당 질소원자 1/6몰 이하로 공급되도록 상기 탄소전구체와 질소전구체의 유량이 제어되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 H2O 플라즈마의 RF-파워(RF-power)를 80W 이하로 제어했을 경우, 실험적으로 보다 양질의 N-doped 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 라만분광(Raman spectra) 결과그래프이다. 여기에서, CH4 60sccm, NH3 6sccm, 반응챔버 내부온도 450℃, 그리고 RF-파워 15W의 공정조건에서 기판 상에 단일벽 탄소나노튜브를 증착하였으며, 이를 라만 분석하였다. 도 2를 참조하면, 라만분석 결과 뚜렷한 RBM peak를 보여주며, 이는 단일벽 탄소나노튜브가 성장되었다는 증거가 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 N-doped SWNT의 제조시 암모니아(NH3)의 유량증가에 따른 D-밴드 대 G-밴드의 Raman강도 비율(ID/IG)의 변화를 도시한 그래프이다. 도 3으로부터, 반응챔버 내에 공급되는 NH3의 유량이 증가할수록, 즉 질소(N)의 도핑량이 많아질수록 단일벽 탄소나노튜브의 퀄러티(quality)가 나빠진다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 XPS(X-ray Photoelecton Spectroscopy) 분석결과 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)의 HR-TEM(high resolution TEM) 사진이다. 여기에서, 도각각의 사진은 (a)CH4 60sccm, NH3 2sccm, (b)CH4 60sccm, NH3 4sccm, (c)CH4 60sccm, NH3 6sccm, (d)CH4 60sccm, NH3 8sccm의 유량조건에 대한 것이다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브(N-doped SWNT)를 제조할 수 있다. 특히, 본 실시예에서, 질소 도핑공정은 탄소나노튜브의 합성과 동시에 1-스텝공정(one-step process)으로 수행되며 질소 도핑을 위한 부가의 공정을 요구하지 않기 때문에, N-doped SWNT의 제조가 매우 간단 하고 용이해질 수 있다. 그리고, 본 발명에 의하면, N-doped SWNT를 기판 상에 직접 성장시킬 수 있어 CMOS와 같은 반도체 소자의 제조에 쉽게 적용될 수 있으며, 상기 질소 도핑이 원자치환형 도핑(atomic substitutional doping)으로 이루어지기 때문에 표면흡착에서와 같이 흡착표면으로부터 도핑물질의 이탈이 없어 소자의 재현성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 리모트 H2O 플라즈마 분위기에서 CNT를 합성함으로써, 400℃ 내지 600℃의 비교적 저온범위에서 양질의 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다. 이와 같은 방법으로 얻어진 단일벽 탄소나노튜브는 상당히 적은 양의 탄소질 불순물(carbonaceous impurity)을 포함할 뿐만 아니라 그 결정성이 우수하기 때문에, 반도체 소재로써 우수한 특성을 가진다.
이상에서, 이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 상기 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점이 이해되어야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 공정순서에만 국한되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 발명의 기술사상을 중심으로 보호되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판 위에 촉매금속층을 형성하는 단계;와
    상기 촉매금속층이 형성된 기판을 반응챔버 내에 장착하는 단계;와
    상기 반응챔버 내에 H2O 플라즈마 분위기를 형성하는 단계; 및
    상기 반응챔버 내에 탄소전구체와 질소전구체를 공급하여 상기 H2O 플라즈마 분위기에서 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 촉매금속층 상에 질소 도핑된 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 도핑된 탄소나노튜브의 성장시에 상기 반응챔버 내부의 온도가 400℃ 내지 600℃의 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응챔버 내에 탄소원자 1몰당 질소원자 1/6몰 이하로 공급되도록 상기 탄소전구체와 질소전구체의 유량이 제어되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소전구체는 C2H2, CH4, C2H4, C2H6, CO 및 C2H5OH 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질인 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소전구체는 암모니아(NH3), 히드라진(NH2NH2), 피리딘(C5H5N), 피롤(C4H5N), 아세토니트릴(CH3CN)으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질인 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 H2O 플라즈마의 RF-파워(RF-power)는 80W 이하로 제어되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 H2O 플라즈마 분위기는 리모트-플라즈마 발생장치에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 H2O 플라즈마는 리모트 H2O 플라즈마인 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매금속층은 Ni, Co, Fe 또는 이들의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항의 방법에 의해 제조되는 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브.
KR1020060001394A 2006-01-05 2006-01-05 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법 KR100668352B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060001394A KR100668352B1 (ko) 2006-01-05 2006-01-05 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법
CNA2006100803053A CN1994875A (zh) 2006-01-05 2006-05-09 形成氮掺杂单壁碳纳米管的方法
US11/447,948 US7713509B2 (en) 2006-01-05 2006-06-07 Method of forming nitrogen-doped single-walled carbon nanotubes
JP2006354080A JP4988330B2 (ja) 2006-01-05 2006-12-28 窒素ドーピングされた単層カーボンナノチューブの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060001394A KR100668352B1 (ko) 2006-01-05 2006-01-05 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100668352B1 true KR100668352B1 (ko) 2007-01-12

Family

ID=37867891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060001394A KR100668352B1 (ko) 2006-01-05 2006-01-05 질소 도핑된 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7713509B2 (ko)
JP (1) JP4988330B2 (ko)
KR (1) KR100668352B1 (ko)
CN (1) CN1994875A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101043582B1 (ko) 2010-03-03 2011-06-22 한국과학기술원 질소 도핑된 탄소나노튜브를 이용한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법
KR20170137392A (ko) * 2016-06-03 2017-12-13 전자부품연구원 방열기판 및 그의 제조방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8119032B2 (en) 2006-02-07 2012-02-21 President And Fellows Of Harvard College Gas-phase functionalization of surfaces including carbon-based surfaces
US7767114B2 (en) * 2006-02-07 2010-08-03 President And Fellows Of Harvard College Gas-phase functionalization of carbon nanotubes
US7514125B2 (en) * 2006-06-23 2009-04-07 Applied Materials, Inc. Methods to improve the in-film defectivity of PECVD amorphous carbon films
WO2008023399A1 (fr) * 2006-08-21 2008-02-28 Fujitsu Limited NANOTUBES DE CARBONE SEMICONDUCTEURS DE TYPE n, PROCÉDÉ DE PRODUCTION DE CEUX-CI, ET PROCÉDÉ DE PRODUCTION DE DISPOSITIFS SEMICONDUCTEURS
DE102007062421A1 (de) * 2007-12-20 2009-06-25 Bayer Technology Services Gmbh Verfahren zur Herstellung von Stickstoff-dotierten Kohlenstoffnanoröhrchen
DE102009019747A1 (de) 2009-05-02 2010-11-04 Bayer Technology Services Gmbh Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffmaterialien mit Stickstoffmodifikation ausgehend von Kohlenstoffnanoröhrchen
KR101383535B1 (ko) * 2011-01-07 2014-04-08 한국과학기술원 무기-나노구조체 복합소재 제조방법, 이를 이용한 탄소나노튜브 복합체 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 탄소나노튜브 복합체
CN102745679A (zh) * 2012-07-19 2012-10-24 南京邮电大学 三维石墨烯-碳氮纳米管复合材料的制备方法
CN103833021B (zh) * 2012-11-27 2016-01-20 海洋王照明科技股份有限公司 氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法
CN103922318B (zh) * 2013-01-15 2016-04-06 海洋王照明科技股份有限公司 氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法
CN104030265B (zh) * 2013-03-04 2016-04-06 海洋王照明科技股份有限公司 氮掺杂碳纳米管及其制备方法
CN104064367A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 海洋王照明科技股份有限公司 氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜及其制备方法与电容器
CN104649247A (zh) * 2013-11-22 2015-05-27 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种形成氮掺杂单壁碳纳米管的方法
KR101568247B1 (ko) * 2014-06-02 2015-11-12 한국에너지기술연구원 질소 도핑된 탄소 표면을 갖는 금속-탄소 하이브리드 복합체 및 그 제조방법
KR101786183B1 (ko) 2015-07-14 2017-10-17 현대자동차주식회사 일체형 유연 열전소자 및 그 제조 방법
CN108689398B (zh) * 2017-04-12 2021-12-28 南京理工大学 一种可控的氮掺杂碳纳米管的制备方法
CN112909257A (zh) * 2021-02-04 2021-06-04 陕西科技大学 一种电磁感应加热法制备FeNi合金催化生长的碳纳米管材料及其应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1061041A1 (en) * 1999-06-18 2000-12-20 Iljin Nanotech Co., Ltd. Low-temperature thermal chemical vapor deposition apparatus and method of synthesizing carbon nanotube using the same
TW593730B (en) * 2002-03-25 2004-06-21 Ind Tech Res Inst Process of direct low-temperature growth of carbon nanotubes on a substrate
JP3797276B2 (ja) * 2002-05-31 2006-07-12 株式会社日立製作所 磁性ナノチューブ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101043582B1 (ko) 2010-03-03 2011-06-22 한국과학기술원 질소 도핑된 탄소나노튜브를 이용한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법
KR20170137392A (ko) * 2016-06-03 2017-12-13 전자부품연구원 방열기판 및 그의 제조방법
KR101894139B1 (ko) * 2016-06-03 2018-10-04 전자부품연구원 방열기판 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007182375A (ja) 2007-07-19
JP4988330B2 (ja) 2012-08-01
CN1994875A (zh) 2007-07-11
US20070157348A1 (en) 2007-07-05
US7713509B2 (en) 2010-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4988330B2 (ja) 窒素ドーピングされた単層カーボンナノチューブの製造方法
US7713589B2 (en) Method for making carbon nanotube array
Choi et al. Low temperature synthesis of carbon nanotubes by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition
Chen et al. Controlling steps during early stages of the aligned growth of carbon nanotubes using microwave plasma enhanced chemical vapor deposition
US20060263274A1 (en) Apparatus for making carbon nanotube array
US9305777B2 (en) Catalyst free synthesis of vertically aligned CNTs on SiNW arrays
Khorrami et al. Influence of carrier gas flow rate on carbon nanotubes growth by TCVD with Cu catalyst
Chang et al. Iron and cobalt silicide catalysts-assisted carbon nanostructures on the patterned Si substrates
US20070154623A1 (en) Method for manufacturing single-walled carbon nanotube on glass
KR101313753B1 (ko) 탄소나노플레이크의 성장 방법 및 이에 의해 형성된 탄소나노플레이크 구조물
Mohamed et al. Novel growth of carbon nanotubes on nickel nanowires
Liu et al. Effects of argon flow rate and reaction temperature on synthesizing single-walled carbon nanotubes from ethanol
Kim et al. Characteristics of nitrogen-doped carbon nanotubes synthesized by using PECVD and thermal CVD
KR101977436B1 (ko) 정렬된 담형태의 탄소나노튜브 구조체, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전자소자
KR101679693B1 (ko) 탄소나노튜브 제조방법 및 하이브리드 탄소나노튜브 복합체
Yakubu et al. Graphene synthesis by chemical vapour deposition (CVD): A review on growth mechanism and techniques
Yang et al. Effects of oxygen and nitrogen on carbon nanotube growth using a microwave plasma chemical vapor deposition technique
Ionescu et al. Selective growth, characterization, and field emission performance of single-walled and few-walled carbon nanotubes by plasma enhanced chemical vapor deposition
Zaretskiy et al. Growth of carbon nanotubes from Co nanoparticles and C2H2 by thermal chemical vapor deposition
Sankaran et al. Nitrogen incorporated (ultra) nanocrystalline diamond films for field electron emission applications
US7799307B2 (en) Method of growing single-walled carbon nanotubes
Ali et al. Field-emission study of carbon nanotubes grown by low pressure chemical vapour deposition on single and dual layer of catalyst
KR20070072849A (ko) 극초나노결정 다이아몬드와 탄소 나노튜브의 자기 조립혼성체 합성
Choi et al. Synthesis of carbon nanotubes on diamond-like carbon by the hot filament plasma-enhanced chemical vapor deposition method
Choi Micro-Raman characterization of isolated single wall carbon nanotubes synthesized using Xylene

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121210

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131217

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141224

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151217

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161220

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181218

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191216

Year of fee payment: 14