JP2007176784A - 有機金属化学気相蒸着法によるカーボンファイバの製造方法 - Google Patents
有機金属化学気相蒸着法によるカーボンファイバの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007176784A JP2007176784A JP2006259416A JP2006259416A JP2007176784A JP 2007176784 A JP2007176784 A JP 2007176784A JP 2006259416 A JP2006259416 A JP 2006259416A JP 2006259416 A JP2006259416 A JP 2006259416A JP 2007176784 A JP2007176784 A JP 2007176784A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- substrate
- organometallic compound
- manufacturing
- field emission
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 78
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 78
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 title abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 11
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 60
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims description 50
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 13
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 abstract 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007736 thin film deposition technique Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/304—Field emission cathodes
- H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
- H01J2201/30453—Carbon types
- H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels
-
- Y—GENERAL 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
- Y10T428/2918—Rod, strand, filament or fiber including free carbon or carbide or therewith [not as steel]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
【課題】有機金属化学気相蒸着法によって、450℃以下の低温でカーボンファイバを成長させることができるカーボンファイバの低温成長方法を提供する。
【解決手段】反応チャンバ内に基板を装着した後、基板を過熱して200℃〜450℃の温度範囲に維持する段階、ニッケル元素を含む有機金属化合物を準備する段階、有機金属化合物を気化させて有機金属化合物の蒸気を製造する段階、反応チャンバ内に有機金属化合物の蒸気と、オゾンを含む反応ガスとを供給してこれらを化学反応させることにより、基板上にカーボンファイバを成長させる段階を含むカーボンファイバの製造方法である。
【選択図】図1
【解決手段】反応チャンバ内に基板を装着した後、基板を過熱して200℃〜450℃の温度範囲に維持する段階、ニッケル元素を含む有機金属化合物を準備する段階、有機金属化合物を気化させて有機金属化合物の蒸気を製造する段階、反応チャンバ内に有機金属化合物の蒸気と、オゾンを含む反応ガスとを供給してこれらを化学反応させることにより、基板上にカーボンファイバを成長させる段階を含むカーボンファイバの製造方法である。
【選択図】図1
Description
本発明は、カーボンファイバの成長方法に係り、より詳しくは、有機金属化学気相蒸着法によって、450℃以下の低温でカーボンファイバを成長させることができるカーボンファイバの低温成長方法に関する。
カーボンナノチューブ(CNT)またはカーボンファイバの構造的、電気的特性が知られて以来、これらを電界放出素子(Field Emission Device;FED)、燃料電池、半導体のような素子に応用するための多くの研究が進められてきた。特に、電界放出素子のエミッタとしてのカーボンファイバは、低駆動電圧、高輝度、価格競争力など多くの長所を有している。従来、このようなカーボンファイバを製造する代表的な方法として、アーク放電、レーザーアブレーション、CVD(Chemical Vapor Deposition)及びPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)のような方法が用いられた。しかしながら、これらの方法によってカーボンファイバを成長させるためには、800℃以上の高温工程が不可避に要求され、このような高温工程条件は、デバイスの実現において好ましくない影響を与えることがある。従って、さらに低温工程条件でカーボンファイバを成長させることができる、カーボンファイバの製造技術が要求された。このような要求の一例として、低温でカーボンファイバを成長させるために触媒物質を用いるか、またはプラズマ工程を用いた。しかしながら、これらの工程も、600℃以上の比較的高温工程条件なので、カーボンファイバの成長温度を低めるには、その限界があった。
本発明の技術的課題は、有機金属化学気相蒸着法によって450℃以下の低温でカーボンファイバを成長させることができるカーボンファイバの低温成長方法を提供するところにある。
前記技術的課題を達成するために、本発明によるカーボンファイバの製造方法は、反応チャンバ内に基板を装着した後、前記基板を過熱して200℃〜450℃の温度範囲に維持する段階と、ニッケル(Ni)元素を含む有機金属化合物を準備する段階と、前記有機金属化合物を気化させて有機金属化合物の蒸気を製造する段階と、前記反応チャンバ内に前記有機金属化合物の蒸気とオゾン(O3)を含む反応ガスとを供給してこれらを化学反応させることにより、前記基板上にカーボンファイバを成長させる段階と、を含むことを特徴とする。
また、本発明による電界放出素子の製造方法は、基板を準備する段階と、前記基板上に順次にカソード、絶縁層、ゲート電極を形成する段階と、前記絶縁層とゲート電極とをパターニングし、前記カソードを露出させる少なくとも1つのエミッタホールを形成する段階と、前記カソード、絶縁層及びゲート電極を備える積層構造物の表面全体にフォトレジストを塗布する段階と、前記エミッタホール内のカソード上に塗布されたフォトレジストを除去する段階と、前記基板を過熱して200℃〜450℃の温度範囲に維持する段階と、ニッケル(Ni)元素を含む有機金属化合物を準備する段階と、前記有機金属化合物を気化させて有機金属化合物の蒸気を製造する段階と、前記エミッタホール内に前記有機金属化合物の蒸気とオゾン(O3)を含む反応ガスとを供給してこれらを化学反応させることにより、前記エミッタホール内のカソード上にカーボンファイバを成長させる段階と、前記積層構造物に残存するフォトレジストを除去する段階と、を含む。
前記それぞれの製造方法で、前記有機金属化合物は、Ni(C5H5)2、Ni(CH3C5H4)、Ni(C5H7O2)2、Ni(C11H19O2)2、Ni(C7H16NO)及びNi(C7H17NO)2からなるグループから選択された少なくともいずれか1つの物質である。好ましくは、前記有機金属化合物に溶媒としてノルマルヘプタンがさらに混合され、その場合、前記ノルマルヘプタンに対する有機金属化合物の濃度は、0.05M〜0.5Mである。前記有機金属化合物の気化温度は140℃〜200℃の範囲に維持され、前記オゾンは、150g/m3以上の流量で供給されることが好ましい。このような製造工程で、前記カーボンファイバは、前記基板またはカソード上に垂直に成長され、前記基板は、ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板またはシリコン基板である。
前記のような構成を有する本発明によれば、200℃〜450℃の範囲の低温工程でカーボンファイバを成長させることができる。
本発明によれば、カーボンファイバの製造のための触媒物質の蒸着工程が省略でき、カーボンファイバの製造工程が従来の2ステップ工程(従来は、触媒物質蒸着工程とカーボンソースの供給工程とが区分されて2ステップ工程で実施された)よりさらに簡単になりうる。このように製造されたカーボンファイバは、エミッタ特性、すなわちそれに印加される電圧によって電子放出特性を有するので、前記カーボンファイバの製造工程は、電界放出素子の製造工程にそのまま用いられうる。
以下、添付した図面に基づき本発明によるカーボンファイバの製造方法及びこれを用いた電界放出素子の製造方法の好ましい実施形態を詳細に説明する。この過程で図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のため誇張されるように示された。
図1は、本発明の一実施形態によるカーボンファイバの製造方法を示す工程図である。そして、図2A及び図2Bは、図1の実施形態によって基板上に成長されたカーボンファイバの平面SEM写真及び断面SEM写真である。また、図3は、図1の実施形態によって製造されたカーボンファイバのラマンスペクトル分析の結果のグラフである。
図1を参照すれば、まず、反応チャンバ50内に基板10を装着した後、前記基板10を過熱して200℃〜450℃温度範囲に維持させ、好ましくは350℃に維持させる。ここで、前記基板10の材質は特別に限定されない。例えば基板10としてガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板またはシリコン基板が用いられうる。
その後、ニッケル(Ni)元素を含む有機金属化合物を準備した後、前記有機金属化合物を気化させて有機金属化合物の蒸気を製造する。ここで、前記有機金属化合物として、Ni(dmamb)2(Nickel 1-dimethlamino−2methyl−2butanolate)のような物質が用いられうる。例えば、前記有機金属化合物は、Ni(C5H5)2、Ni(CH3C5H4)、Ni(C5H7O2)2、Ni(C11H19O2)2、Ni(C7H16NO)及びNi(C7H17NO)2からなるグループから選択された少なくともいずれか1つの物質である。好ましくは、前記有機金属化合物に溶媒としてノルマルヘプタンがさらに混合され、その場合、前記ノルマルヘプタンに対する有機金属化合物の濃度は、0.05M〜0.5Mにする。より好ましくは、前記有機金属化合物の濃度は、0.1M〜0.2Mにする。そして、前記有機金属化合物の気化温度は、140℃〜200℃の範囲に維持し、好ましくは180℃に維持する。
その次に、前記反応チャンバ50内に前記有機金属化合物の蒸気とオゾン(O3)を含む反応ガスとを供給してこれらを化学反応させることにより、前記基板10上にカーボンファイバ20を成長させる。前記オゾンは、150g/m3以上の流量で供給され、前記有機金属化合物の蒸気と十分に化学反応されることが好ましい。
図1、図2A及び図2Bに示すように、このような製造工程によって、前記基板10上にカーボンファイバ20を垂直に成長させることができる。そして、図3のラマンスペクトル分析の結果から、前記実施形態によって製造されたカーボンファイバ20のGバンドとDバンドとが確認できた。
前記のような構成を有する本発明によれば、有機金属化学蒸着法を用いて200℃〜450℃の範囲の低温工程でカーボンファイバを成長させることができる。本発明で、カーボンファイバの製造において、ソース物質として用いられる有機金属化合物は、450℃以下の比較的低い温度で分解される特性を有するので、カーボンファイバの成長温度を低めるのに有利になりうる。特に、前記有機金属化合物は、カーボンファイバの低温成長に必要な触媒物質であるニッケルを含有しているので、前記有機金属化合物が分解される場合、前記ニッケル金属が触媒の役割を果たし、前記ニッケル金属に結合されていたリガンド物質がカーボンソースとして作用しうる。その結果、カーボンファイバの製造工程において、一回の有機金属化合物の供給で、カーボンソースとニッケル触媒物質とが同時に供給される1ステップ工程効果を得ることができる。従って、本発明によれば、カーボンファイバの製造のための触媒物質の蒸着工程が省略でき、カーボンファイバの製造工程が、従来の2ステップ工程(従来は、触媒物質蒸着工程とカーボンソースの供給工程とが区分され、2ステップ工程で実施された)よりさらに簡単になりうる。
<実施形態−カーボンファイバの製造>
Ni(C7H17NO)2をノルマルヘプタンに溶かして0.1M〜0.2Mに準備してソース物質(有機金属化合物)として用い、オゾン(O3)を反応ガスとして用いてCVD(Chemical Vapor Deposition)法で数十ナノメートル径のカーボンファイバを成長させた。
Ni(C7H17NO)2をノルマルヘプタンに溶かして0.1M〜0.2Mに準備してソース物質(有機金属化合物)として用い、オゾン(O3)を反応ガスとして用いてCVD(Chemical Vapor Deposition)法で数十ナノメートル径のカーボンファイバを成長させた。
本発明に使用された工程条件を調べれば、基板温度は250℃〜350℃とし、前記有機金属ソース物質は、気化器を通じて気化させて基板上に供給した。この時、気化器の加熱温度は180℃に維持し、シャワーヘッド方式で前記ソース物質を基板に供給した。全体的な反応過程は、ソース物質を先ず基板上に供給した後、その次に反応ガスとしてオゾンを反応チャンバに注入した。このような過程を通じてソース物質(有機金属化合物)を分解させながら、中心金属であるNiは触媒物質として、リガンドは炭素ソースとして用いてカーボンファイバを低温で合成できた。このようなカーボンファイバの成長は、オゾン(O3)量に密接な関係を有しており、150g/m3以上の流量でカーボンファイバの成長特性に優れた。本実験で、カーボンファイバの成長のための工程時間は10分程度所要し、基板としてSiウェーハを使用した。
そして、このように製造されたカーボンファイバは、エミッタ特性、すなわちそれに印加される電圧によって電子放出特性を有するので、前記カーボンファイバの製造工程は電界放出素子の製造工程にそのまま用いられうる。以下では、このような電界放出素子の製造方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図4A〜図4Iは、本発明の一実施形態による電界放出素子の製造方法を示す工程図である。ここで、カーボンファイバの製造工程に関する重複される説明は省略する。
図4A〜図4Cを参照すれば、先ず基板101を準備した後、前記基板101上に順次にカソード102、絶縁層104、ゲート電極106を形成する。その後、前記絶縁層104とゲート電極106との所定領域をエッチング/パターニングし、前記カソード102を露出させる少なくとも1つのエミッタホール110を形成する。
ここで、前記基板101の材質は、特別に限定されない。例えば、前記基板101としてガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板またはシリコン基板が用いられうる。そして、前記カソード102とゲート電極106は、導電性物質、例えばAl、Ag、Cuのような金属物質またはITO(酸化インジウム錫)のような導電性酸化物で形成できる。また、前記絶縁層104は、SiO2のような絶縁物質で形成できる。そして、このようなカソード102、絶縁層104、ゲート電極106それぞれは、半導体工程で一般によく知られた薄膜蒸着方法、例えばスパッタリング法、熱蒸着法のようなPVD(Physical Vapor Deposition)によって形成されるか、またはCVDによって形成でき、これらの工程はよく知られているため、それについての詳細な説明は省略する。
図4D〜図4Fを参照すれば、前記カソード102、絶縁層104及びゲート電極106を備える積層構造物の表面全体にフォトレジスト108を塗布する。それから、前記エミッタホール110内のカソード102上に塗布されたフォトレジスト108を選択的に露光/現像して、前記エミッタホール200内のカソード102を露出させる。好ましくは、前記フォトレジスト108の除去のため、露光工程、現像工程及びエッチング工程を段階的に遂行できる。
図4Gを参照すれば、先ず前記基板100を過熱して200℃〜450℃の温度範囲に維持した後、前記エミッタホール110内に前記有機金属化合物の蒸気とオゾン(O3)とを含む反応ガスを供給してこれらを化学反応させることにより、前記エミッタホール110内のカソード102上にカーボンファイバ120を成長させる。ここで、前記フォトレジスト108上にもカーボンファイバ120がさらに形成されるが、これらは、以後の工程で前記フォトレジスト108と一緒に除去される。そして、前記カーボンファイバ120の成長工程に関しては、前述したため、これに関する重複される説明は省略する。
図4H及び図4Iを参照すれば、前記積層構造物に残存するフォトレジスト108をエッチングすることにより、図4Iに示すような電界放出素子を実現できる。前記カーボンファイバの成長工程が1ステップ工程からなるだけではなく、その製造工程が容易なので、従来より簡単でありつつも容易な工程によって、前記電界放出素子が製造できる。従って、電界放出素子の製造において、コスト節減を期待できる。
前記のような構成を有する本発明によれば、有機金属化学蒸着法を用いて200℃〜450℃の範囲の低温工程でカーボンファイバを成長させることができる。本発明のカーボンファイバの製造において、ソース物質として用いられる有機金属化合物は、450℃以下の比較的低い温度で分解される特性を有するので、カーボンファイバの成長温度を低めることに有利でありうる。特に、前記有機金属化合物は、カーボンファイバの低温成長に必要な触媒物質であるニッケルを含有しているので、前記有機金属化合物が分解される場合、前記ニッケル金属が触媒の役割を果たし、前記ニッケル金属に結合されていたリガンド物質がカーボンソースとして作用できる。その結果、カーボンファイバの製造工程において、一回の有機金属化合物の供給でカーボンソースとニッケル触媒物質とが同時に供給される1ステップ工程効果を得ることができる。
以上に、このような本願発明の理解を助けるためにいくつかの模範的な実施形態が説明されて添付した図面に示されたが、このような実施形態は例示的なものに過ぎず、当業者であれば、前記実施形態から多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。従って、本発明は、図示して説明された構造と工程順序とにだけ限定されるものではなく、特許請求の範囲による発明の技術思想を中心に保護されねばならない。
本発明は、電界放出素子のような半導体素子の製造に用いられうる。
10 基板
20 カーボンファイバ
50 反応チャンバ
20 カーボンファイバ
50 反応チャンバ
Claims (18)
- 反応チャンバ内に基板を装着した後、前記基板を過熱して200℃〜450℃の温度範囲に維持する段階と、
ニッケル元素を含む有機金属化合物を準備する段階と、
前記有機金属化合物を気化させて有機金属化合物の蒸気を製造する段階と、
前記反応チャンバ内に前記有機金属化合物の蒸気と、オゾンを含む反応ガスとを供給してこれらを化学反応させることにより、前記基板上にカーボンファイバを成長させる段階と、を含むことを特徴とするカーボンファイバの製造方法。 - 前記有機金属化合物は、Ni(C5H5)2、Ni(CH3C5H4)、Ni(C5H7O2)2、Ni(C11H19O2)2、Ni(C7H16NO)及びNi(C7H17NO)2からなるグループから選択された少なくともいずれか1つの物質であることを特徴とする請求項1に記載のカーボンファイバの製造方法。
- 前記有機金属化合物に溶媒としてノルマルヘプタンがさらに混合されることを特徴とする請求項2に記載のカーボンファイバの製造方法。
- 前記ノルマルヘプタンに対する有機金属化合物の濃度は、0.05M〜0.5Mであることを特徴とする請求項3に記載のカーボンファイバの製造方法。
- 前記有機金属化合物の気化温度が、140℃〜200℃の範囲に維持されることを特徴とする請求項4に記載のカーボンファイバの製造方法。
- 前記オゾンは、150g/m3以上の流量で供給されることを特徴とする請求項1に記載のカーボンファイバの製造方法。
- 前記カーボンファイバを垂直に成長させることを特徴とする請求項1に記載のカーボンファイバの製造方法。
- 前記基板は、ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板またはシリコン基板であることを特徴とする請求項1に記載のカーボンファイバの製造方法。
- 請求項1に記載の方法で製造されたことを特徴とするカーボンファイバ。
- 基板を準備する段階と、
前記基板上に順次にカソード、絶縁層、ゲート電極を形成する段階と、
前記絶縁層とゲート電極とをパターニングし、前記カソードを露出させる少なくとも1つのエミッタホールを形成する段階と、
前記カソード、絶縁層及びゲート電極を備える積層構造物の表面全体にフォトレジストを塗布する段階と、
前記エミッタホール内のカソード上に塗布されたフォトレジストを除去する段階と、
前記基板を過熱して200℃〜450℃の温度範囲に維持する段階と、
ニッケル元素を含む有機金属化合物を準備する段階と、
前記有機金属化合物を気化させて有機金属化合物の蒸気を製造する段階と、
前記エミッタホール内に前記有機金属化合物の蒸気と、オゾンを含む反応ガスとを供給してこれらを化学反応させることにより、前記エミッタホール内のカソード上にカーボンファイバを成長させる段階と、
前記積層構造物に残存するフォトレジストを除去する段階と、を含むことを特徴とする電界放出素子の製造方法。 - 前記有機金属化合物は、Ni(C5H5)2、Ni(CH3C5H4)、Ni(C5H7O2)2、Ni(C11H19O2)2、Ni(C7H16NO)及びNi(C7H17NO)2からなるグループから選択された少なくともいずれか1つの物質であることを特徴とする請求項10に記載の電界放出素子の製造方法。
- 前記有機金属化合物に溶媒としてノルマルヘプタンがさらに混合されることを特徴とする請求項11に記載の電界放出素子の製造方法。
- 前記ノルマルヘプタンに対する有機金属化合物の濃度は、0.05M〜0.5Mであることを特徴とする請求項12に記載の電界放出素子の製造方法。
- 前記有機金属化合物の気化温度が140℃〜200℃の範囲に維持されることを特徴とする請求項13に記載の電界放出素子の製造方法。
- 前記オゾンは、150g/m3以上の流量で供給されることを特徴とする請求項10に記載の電界放出素子の製造方法。
- 前記カーボンファイバを垂直に成長させることを特徴とする請求項10に記載の電界放出素子の製造方法。
- 前記基板は、ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板またはシリコン基板であることを特徴とする請求項10に記載の電界放出素子の製造方法。
- 請求項10に記載の方法で製造されたことを特徴とする電界放出素子。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050131879A KR101124505B1 (ko) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | 유기금속 화학증착법에 의한 카본파이버의 제조방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007176784A true JP2007176784A (ja) | 2007-07-12 |
Family
ID=37969775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006259416A Pending JP2007176784A (ja) | 2005-12-28 | 2006-09-25 | 有機金属化学気相蒸着法によるカーボンファイバの製造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7691441B2 (ja) |
EP (1) | EP1803834A3 (ja) |
JP (1) | JP2007176784A (ja) |
KR (1) | KR101124505B1 (ja) |
CN (1) | CN1990909A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102321876B (zh) * | 2011-09-23 | 2013-04-03 | 中国科学院微电子研究所 | 一种碳纳米管的制备方法 |
KR102164252B1 (ko) * | 2017-05-04 | 2020-10-12 | 주식회사 엘지화학 | 음극 활물질, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 상기 음극을 포함하는 이차 전지 및 상기 음극 활물질의 제조 방법 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5872422A (en) * | 1995-12-20 | 1999-02-16 | Advanced Technology Materials, Inc. | Carbon fiber-based field emission devices |
KR20010011136A (ko) * | 1999-07-26 | 2001-02-15 | 정선종 | 나노구조를 에미터로 사용한 삼극형 전계 방출 에미터의 구조및 그 제조방법 |
AUPR421701A0 (en) * | 2001-04-04 | 2001-05-17 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Process and apparatus for the production of carbon nanotubes |
DE60230514D1 (de) * | 2001-06-28 | 2009-02-05 | Showa Denko Kk | Verfahren zur herstellung von kohlefasern durch direktabscheidung aus einem gas (vgcf) |
JP3619240B2 (ja) | 2002-09-26 | 2005-02-09 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子の製造方法及びディスプレイの製造方法 |
US7189455B2 (en) * | 2004-08-02 | 2007-03-13 | The Research Foundation Of State University Of New York | Fused carbon nanotube-nanocrystal heterostructures and methods of making the same |
KR20060032402A (ko) * | 2004-10-12 | 2006-04-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법과 이를 응용한전계방출소자 및 그 제조방법 |
-
2005
- 2005-12-28 KR KR1020050131879A patent/KR101124505B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-08-14 EP EP06118906A patent/EP1803834A3/en not_active Withdrawn
- 2006-08-24 CN CNA2006101214766A patent/CN1990909A/zh active Pending
- 2006-09-25 JP JP2006259416A patent/JP2007176784A/ja active Pending
- 2006-10-17 US US11/550,121 patent/US7691441B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101124505B1 (ko) | 2012-03-15 |
CN1990909A (zh) | 2007-07-04 |
US7691441B2 (en) | 2010-04-06 |
KR20070069581A (ko) | 2007-07-03 |
US20070148451A1 (en) | 2007-06-28 |
EP1803834A2 (en) | 2007-07-04 |
EP1803834A3 (en) | 2008-07-09 |
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 | |
JP5264672B2 (ja) | カーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法およびその方法により製造された半導体素子 | |
KR101626181B1 (ko) | 그라핀 필름의 제어된 성장 방법 | |
US7291319B2 (en) | Carbon nanotube-based device and method for making the same | |
JP2006114494A (ja) | カーボンナノチューブエミッタ及びその製造方法とそれを応用した電界放出素子及びその製造方法 | |
JP4880644B2 (ja) | 分岐型カーボンナノチューブの成長方法 | |
US20040240157A1 (en) | Method for localized growth of nanotubes and method for making a self-aligned cathode using the nanotube growth method | |
JP2011102231A (ja) | 触媒合金を利用したグラフェンの製造方法 | |
JP2006224296A (ja) | カーボンナノチューブ構造体及びその製造方法、並びにカーボンナノチューブ構造体を利用した電界放出素子及びその製造方法 | |
US8414974B2 (en) | Method of manufacturing silicon nanotubes using doughnut-shaped catalytic metal layer | |
KR20020003782A (ko) | 탄소나노튜브의 제작 방법 | |
US7875256B2 (en) | Method for producing carbon nanocoils | |
JP2005272271A (ja) | カーボンナノチューブの製造方法及び半導体装置の製造方法 | |
KR20010029762A (ko) | 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자의 제조 방법 | |
KR101807459B1 (ko) | 결함-치유 환원된 그래핀 산화물 히터를 이용한 자가치유 고분자의 자가치유 방법 | |
JP2007176784A (ja) | 有機金属化学気相蒸着法によるカーボンファイバの製造方法 | |
KR20150139217A (ko) | 그래핀 및 금속 칼코게나이드의 이종 접합 박막의 제조 방법, 그 박막 및 이를 이용한 쇼트키 장벽 다이오드 및 그 제조 방법 | |
US8007875B2 (en) | Method of forming a carbon nano-tube | |
KR100707891B1 (ko) | 탄소 나노튜브의 형성 방법 및 상기 방법으로 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 전계방출 표시소자 및 그 제조 방법 | |
US11658232B2 (en) | Field effect transistor based on graphene nanoribbon and method for making the same | |
JP5246938B2 (ja) | カーボンナノチューブ成長用基板、トランジスタ及びカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法 | |
KR20190016649A (ko) | 그래핀 박막의 전기적 특성 제어 방법 | |
TW201507033A (zh) | 薄膜電晶體的製造方法 | |
KR100926219B1 (ko) | 전자방출 특성이 향상된 필드 에미터의 제조방법 | |
US20220181476A1 (en) | Field effect transistor and method for making the same |