JP2009046378A - 炭素ナノチューブ合成方法、これを適用した炭素ナノチューブ合成装置及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】炭素ナノチューブ合成方法が開示される。
【解決手段】炭素ナノチューブを合成するための合成空間外部に基板の積載が可能なボートを準備する。その後、ボートに基板を積載させる。その後、基板が積載されたボートを合成区間に移送する。その後、合成空間に移送された基板を対象として炭素ナノチューブを合成する。ここで、ボートは基板を多数枚を積載することができるように多段構造を有する。従って、炭素ナノチューブを合成するための工程を効率的に進行させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素ナノチューブ合成方法、これを適用した炭素ナノチューブ合成装置及びシステムに関し、より詳細には触媒と反応ガスの反応を通じて炭素ナノチューブを合成する方法、これを適用した装置、及びシステムに関する。

一般的に、炭素ナノチューブは直径がナノメータースケールを有する。前記炭素ナノチューブは、１つの炭素原子に隣り合う３つの炭素原子が結合された六角環型を有する。前記炭素ナノチューブは、前記六角環型が蜂の巣形態に反復形成された平面が円筒のチューブ形態に巻かれる構造を有する。

前記炭素ナノチューブは、その構造によって金属的な導電性又は半導体的な導電性を示す性質を有することができる。又、前記炭素ナノチューブは、優れた量子的、電気的、機械的、化学的特性を有しており、最近電子エミッタ、二次電池、水素貯蔵燃料電池、医学及び工学用微細部品、高機能複合材料静電気、電子波遮蔽材等多様な分野に使用されている。

前記炭素ナノチューブを合成する方法としては、レーザー蒸着法、プラズマ化学気相蒸着法、熱化学気相蒸着法、フレーム合成法、電気放電法、熱分解法等が提示されており、このうち、前記熱分解法が最も常用的に使用される方法と言える。

前記熱分解法は、炭化水素（ＣｎＨｍ）等の反応ガスを熱分解し、これを鉄等の転移金属からなる触媒と反応させて前記炭素ナノチューブを合成する方法である。
前記熱分解法は、一例として、前記触媒が塗布された基板を外部にヒーターが結合された反応チャンバーに別途の移送装置を通じて移送し、前記反応チャンバーに前記反応ガスを注入して前記基板に塗布された触媒と反応させて前記炭素ナノチューブを合成する。

しかし、前記移送装置は、前記反応チャンバーに前記基板を１つずつ移送させることにより、前記炭素ナノチューブを合成する工程が非効率的に進行されるという問題点を有する。
韓国公開特許第２００４−６５７５１号 韓国公開特許第２００５−８７２６５号

従って、本発明はこのような問題点を勘案したもので、本発明の目的は、炭素ナノチューブを合成するための基板を効率的に移送させることができる炭素ナノチューブ合成方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記炭素ナノチューブ合成方法を適用した炭素ナノチューブ合成装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、前記炭素ナノチューブ合成装置を有する炭素ナノチューブ合成システムを提供することにある。

前述した本発明の目的を達成するために、一特徴による炭素ナノチューブ合成方法が開示される。炭素ナノチューブを合成するための合成空間外部に基板の積載が可能なボートを準備する。その後、前記ボートに前記基板を積載させる。その後、前記基板が積載されたボートを前記合成空間に移送する。その後、前記合成空間に移送された基板を対象として前記炭素ナノチューブを合成する。

ここで、前記ボートは、前記基板を多数枚で積載できるように多段構造を有する。一方、前記炭素ナノチューブを合成した後、前記炭素ナノチューブの合成が行われた基板が積載されたボートを前記合成空間から外部に移送する。又、前記基板が積載されたボートを前記合成空間に移送した後、前記合成空間を外部から遮断する。

前述した本発明の他の目的を達成するために、一特徴による炭素ナノチューブ合成装置は、反応チャンバー、ボート、基板移送部、及びボート移送部を含む。前記反応チャンバーは、炭素ナノチューブを合成するための空間を提供する。前記ボートには前記炭素ナノチューブを合成するための基板が積載される。前記基板移送部は、前記反応チャンバーの外部に設置され、前記反応チャンバーの外部に位置する前記ボートに前記基板を積載する。前記ボート移送部は、前記反応チャンバーの外部から前記反応チャンバーの内部に前記ボートを移送するか、前記反応チャンバーの内部から前記反応チャンバーの外部に前記ボートを移送する。

前記ボートは、前記基板を多数枚で積載できるように多段構造を有する。前記ボート移送部は、前記ボートの一側面に結合する結合部、前記結合部の移送をガイドするガイド部、及び前記結合部を駆動させて前記結合部に結合されたボートを前記反応チャンバーの内部に又は外部に移送させる駆動部を含む。

又、前記炭素ナノチューブ合成装置は、前記結合部の移送によって前記ボートが前記反応チャンバーの内部に移送する時、前記反応チャンバーを外部と遮断させる遮断部を更に含む。前記遮断部は、前記結合部と一体型で形成されることができる。

前記基板移送部は、前記ボートに積載された基板を装着して平面的に回転しながら移送する第１移送部、前記第１移送部と結合され前記第１移送部を上下に移送させる第２移送部、前記第２移送部と結合され前記第２移送部を左右に移送させる第３移送部、及び前記第１、第２、及び第３移送部のそれぞれを駆動させる駆動部を含む。

前述した本発明の更に他の目的を達成するために、一特徴による炭素ナノチューブ合成システムは、反応チャンバー、ボート、基板移送部、ボート移送部、塗布部、及び回収部を含む。前記反応チャンバーは、炭素ナノチューブを合成するための空間を提供する。前記反応チャンバーには外部から反応ガスが注入される。前記ボートには、前記炭素ナノチューブを合成するために前記反応ガスと反応する触媒を塗布した基板が積載される。前記基板移送部は、前記反応チャンバーの外部に設置され、前記反応チャンバーの外部に位置する前記ボートに前記基板を積載する。前記ボート移送部は、前記反応チャンバーの外部から前記反応チャンバーの内部に前記ボートを移送するか、前記反応チャンバーの内部から前記反応チャンバーの外部に前記ボートを移送する。前記塗布部は、前記基板上に触媒を塗布する。前記回収部は、前記基板上に合成された炭素ナノチューブを前記基板から分離回収する。

前記塗布部と前記回収部は、その配置が上下積層構造を有する。前記塗布部は、前記触媒を貯蔵しながら放出するホッパー、前記ホッパーから放出された触媒をサイズによって選別して下部で移動する基板に放出する選別部、及び前記選別部に結合され、前記ホッパーから放出された触媒を分散させるために前記選別部を振動させる振動部を含む。

前記回収部は、前記炭素ナノチューブが合成された基板を垂直に回転させて前記炭素ナノチューブを前記基板から分離させる第１分離部、前記回転された基板に残留する炭素ナノチューブを分離させる第２分離部、及び前記第１及び第２分離部の下部で前記分離された炭素ナノチューブを回収する第１回収容器を含む。

前記第２分離部は、前記基板に接触可能な部材を使用して前記基板に物理的力を加えることにより、前記基板に残留する炭素ナノチューブを前記基板から分離させることができる。

一方、前記炭素ナノチューブ合成システムは、前記反応チャンバー、前記第１移送部、前記第２移送部、及び前記塗布部、及び前記回収部が内部に設置されるようにしてこれらを外部から遮断するシステムチャンバーを更に含む。

前記システムチャンバーは、上部の内部に注入される不活性ガスを下部に誘導するための誘導パンが形成されることができる。
又、前記炭素ナノチューブ合成システムは、前記システムチャンバー内に設置され前記基板を臨時に保管する保管部を更に含むことができる。前記保管部は、前記炭素ナノチューブが合成された基板から一部前記炭素ナノチューブが分離される時、前記分離された炭素ナノチューブを回収するための第２回収容器を含むことができる。

このような炭素ナノチューブ合成方法、これを適用した炭素ナノチューブ合成装置及びシステムによると、炭素ナノチューブを合成するための基板を多段の構造を有するボートに積載させた後、前記ボートを前記炭素ナノチューブを合成するための反応チャンバーに移送することにより、前記基板の移送をより効率的に進行させることができる。

これにより、前記基板を利用して前記炭素ナノチューブを合成する工程をより効率的に進行させることができる。
又、前記基板が積載されたボートを移送させるために、レール形状を有するガイド部を使用することにより、前記ボートが前記反応チャンバーに移送される時に垂れることを防止することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例による炭素ナノチューブ合成方法、これを適用した炭素ナノチューブ合成装置、及びシステムについて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例による炭素ナノチューブ合成システムを示す概略的な構成図で、図２は図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの外観を示す斜視図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例による炭素ナノチューブ合成システム１０００は、システムチャンバー１００、炭素ナノチューブ合成装置２００、回収部３００、及び塗布部４００を含む。

前記システムチャンバー１００は、前記炭素ナノチューブ合成装置２００、前記塗布部４００、及び前記回収部３００を設置するための空間を提供する。即ち、前記システムチャンバー１００は、前記炭素ナノチューブ合成システム１０００の外観を形成して前記の他の構成要素を外部から遮断する役割を果たす。前記システムチャンバー１００は、設置が容易で外観上きれいにするために、全体的に六角面体形状を有することができる。

前記システムチャンバー１００には、炭素ナノチューブ（図７の２０）が合成時に酸化されることを防止するために不活性ガス（Ｉｇ）が注入される。前記不活性ガス（Ｉｇ）は、一例として、窒素（Ｎ_２）が挙げられる。これに、前記システムチャンバー１００には前記不活性ガス（Ｉｇ）が注入される注入口１１０及び過多に注入された前記不活性ガス（Ｉｇ）を排気させるための排気口１２０が形成される。又、前記システムチャンバー１００の内部は、外部から空気が流入されることを遮断するために正圧を維持することができる。

前記システムチャンバー１００は、その上部に誘導パン１３０が設置される。これは、前記システムチャンバー１００内に注入される前記不活性ガス（Ｉｇ）を下部に誘導して前記炭素ナノチューブ合成時、発生される異物が前記システムチャンバー１００内で浮遊することを防止するためである。

前記炭素ナノチューブ合成装置２００は、前記システムチャンバー１００の内部に設置される。前記炭素ナノチューブ合成装置２００は、実質的に前記炭素ナノチューブを合成する。前記炭素ナノチューブは、反応チャンバー２１０、ボート２２０、ボート移送部２３０、及び基板移送部２４０を含む。

前記反応チャンバー２１０は、前記炭素ナノチューブの合成のための空間を提供する。即ち、前記反応チャンバー２１０には前記炭素ナノチューブの合成のための基板１０が挿入される。以下、前記基板１０は、その形態によって異なるように区分されることができるが、説明の便宜上、全部同じ参照番号を使用する。

前記基板１０には前記炭素ナノチューブが成長されるようにするためのシード役割を果たす触媒（図７の３０）が塗布される。前記触媒は、一例として、鉄、白金、コバルト、ニッケル、イットリウム等の転移金属と又はこれらの合金及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の多孔性物質を含むことができる。

前記反応チャンバー２１０は、ｘ軸又はｙ軸のうちいずれか１つの軸に沿って長く横になった筒形状を有することができる。この場合、前記反応チャンバー２１０は一側に前記基板１０が挿入されるようにするために入口２１２が形成される。

前記反応チャンバー２１０は、前記炭素ナノチューブの合成が一般的に、約５００℃乃至約１１００℃の高温で行われるので、その外面にヒーター部２１４が設置される。前記ヒーター部２１４は、前記反応チャンバー２１０の外面を囲むコイル形状を有することができる。ここで、前記炭素ナノチューブの合成は位置によって温度を均一に維持することが重要なので、前記ヒーター部２１４は前記反応チャンバー２１０の外面に最大限広い面積にかけて接触されることが有利であり得る。

これに、前記反応チャンバー２１０は高温に耐えられる材質で形成される。例えば、前記反応チャンバー２１０の材質は石英、黒鉛等からなることができる。
前記反応チャンバー２１０には反応ガス（Ｒｇ）が注入される。前記反応ガス（Ｒｇ）は、実質的に前記基板１０に塗布された前記触媒と反応して前記炭素ナノチューブを合成するガスである。前記反応ガス（Ｒｇ）は、一例として、炭化水素（ＣｎＨｍ）で形成されることができる。

又、前記反応チャンバー２１０は、外側に急冷のための冷却水を流入させることができるジャケットが形成されることもできる。これは、合成された前記炭素ナノチューブが形成された基板１０を高温状態そのまま前記反応チャンバー２１０の外部に露出される場合、前記炭素ナノチューブが急激に酸化反応するためである。

前記ボート２２０には前記炭素ナノチューブを合成するための基板１０が積載される。前記ボート移送部２３０は、前記ボート２２０を前記反応チャンバー２１０の外部から内部に移送する。即ち、前記ボート移送部２３０は、前記ボート２２０を前記反応チャンバー２１０の入口２１２に挿入させる。又、前記ボート移送部２３０は、前記ボート２２０を前記反応チャンバー２１０の内部から外部に移送する。

以下、前記ボート２２０及び前記ボート移送部２３０は、図３、図４、及び図５を追加的に参照して詳細に説明する。
図３は、図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムのボート移送部を通じてボートが反応チャンバーの内部に完全に移送された状態を示す図で、図４は、図３のボートとボート移送部を示す斜視図で、図５は、図４のボートとボート移送部を側面から見た図である。

図３、図４、及び図５を追加的に参照すると、前記ボート２２０には前記触媒が塗布された基板１０を多数枚が積載可能に多段構造を有する。
一例として、前記ボート２２０は、底部２２２、第１突出部２２４、及び第２突出部２２６を含む構造を有することができる。具体的に、前記底部２２２は、ｘ軸及びｙ軸に定義される平面に沿って配置される。前記第１突出部２２４は、その間の空間に前記基板１０の積載が可能であるように前記底部２２２からｚ軸に沿って垂直に突出される。前記第２突出部２２６は、前記第１突出部２２４の内側から突出され前記基板１０が実質的に積載されるようにする。

この場合、前記第１突出部２２４は、前記基板１０が前記ｘ軸及びｙ軸のうちいずれか１つの軸に沿って多段を形成するようにするために少なくとも３つ以上が形成されることができる。

前記ボート移送部２３０は、前記ボート２２０に後述する前記基板移送部２４０から前記触媒が塗布された基板１０が一定個数だけ積載される時、前記ボート２２０を前記反応チャンバー２１０の内部に移送する。即ち、前記ボート移送部２３０が前記基板１０が多数積載された前記ボート２２０を移送することにより、多数の前記基板１０を一回に移送させることができる。

この際、前記ボート２２０を移送する時、積載される前記基板１０の個数はユーザーによって可変されることができる。又、前記ボート移送部２３０は、前記ボート２２０に積載された前記基板１０から前記炭素ナノチューブが合成されると、前記ボート２２０を前記反応チャンバー２１０の内部から外部に移送する。

前記ボート移送部２３０は、結合部２３２、前記結合部２３２の移送をガイドするガイド部２３６、及び前記結合部２３２を駆動させる第１駆動部２３８を含む。前記結合部２３２は、前記ボート２２０の一側面に結合する。例えば、前記結合部２３２は、前記第１突出部２２４のうち、一番外側に形成された前記第１突出部２２４に結合することができる。

前記結合部２３２は実質的に、前記ボート２２０と結合して前記ボート２２０を支持する支持部２３３及び前記支持部２３３に結合しながら前記ガイド部２３６に結合するガイド結合部２３４を含む。

前記支持部２３３は、前記反応チャンバー２１０の内側に深く移送されるようにする。これは、前記反応チャンバー２１０の深い内側が実質的に、前記炭素ナノチューブが合成がよく行われる温度範囲と均一度を有するためである。一方、前記支持部２３３は、前記ボート２２０をより安定的に支持するために前記ボート２２０の底部２２２の下部に延長されることができる。

前記ガイド結合部２３４は、前記反応チャンバー２１０の入口２１２に直進して移送されることができるように前記ガイド部２３６に結合される。これに、前記ガイド部２３６は、前記反応チャンバー２１０の入口２１２に長く延長されたレール形状を有する。

ここで、前記ガイド結合部２３４と前記ガイド部２３６の結合力は実質的に前記支持部２３３から前記ボート２２０が支持される力なので、その力を増加させるために前記ガイド結合部２３４と前記ガイド部２３６の結合面積を広くすることができる。これと異なり、前記ボート２２０の底部２２２を前記ガイド部２３６に結合されるようにして前記ボート２２０が前記ガイド部２３６によって直接的に支持されるようにすることができる。この際、前記ガイド部２３６を前記反応チャンバー２１０の内側まで延長させて前記ボート２２０をより安定的に支持することができる。

前記第１駆動部２３８は、前記結合部２３２の移送のための動力を発生させて前記ガイド部２３６に伝達する。一例として、前記第１駆動部２３８は、前記ガイド部２３６と一体型に構成されるリニアーモーターで構成されることができる。これと異なり、前記第１駆動部２３８は、精密制御が可能なサーボモーターで、前記ガイド部２３６は前記サーボモーターによって駆動される駆動ベルトを含むことができる。一方、前記第１駆動部２３８は、前記結合部２３２に直接的に前記動力を伝達して前記結合部２３２が前記ガイド部２３６に沿って移動するようにすることができる。

一方、前記炭素ナノチューブ合成装置２００は、前記結合部２３２の移送によって前記ボート２２０が前記反応チャンバーの内部に移送する時、前記反応チャンバー２１０を外部と遮断させる遮断部２５０を更に含む。

前記遮断部２５０は、一例として、前記支持部２３３及び前記ガイド結合部２３４の周りに設置され前記反応チャンバー２１０の入口２１２を遮る構造を有することができる。これと異なり、前記遮断部２５０は、前記支持部２３３及び前記ガイド結合部２３４の間でこれらと結合された構造を有することができる。これにより、前記反応チャンバー２１０の入口２１２に設置されることができるゲートの開け及び閉め動作によって全体的な工程時間が増加することを防止することができる。

このような構成を有する前記ボート２２０及び前記ボート移送部２３０による前記基板１０の移送方法を簡単に整理すると、まず、前記基板移送部２４０から前記触媒が塗布された基板１０の積載が可能で多段構造を有する前記ボート２２０を前記反応チャンバー２１０の外部に準備する。その後、前記ボート２２０に前記基板を順次に積載させる。

その後、前記ボート２２０に前記基板１０が全部積載されるか、ユーザーが定義した個数だけ積載されると、前記基板１０が積載された前記ボート２２０を前記炭素ナノチューブを合成するための合成空間、即ち、前記反応チャンバー２１０の内部に移送する。

その後、前記ボート２２０を移送した後、殆ど同時に前記反応チャンバー２１０を外部から遮断する。その後、前記反応チャンバー２１０の内部で前記基板１０の前記触媒から前記炭素ナノチューブが合成されると、前記炭素ナノチューブの合成が行われた前記基板１０が積載された前記ボート２２０を前記反応チャンバー２１０の内部から外部に移送させる。

このように、前記炭素ナノチューブを合成するための前記基板１０を多段構造を有する前記ボート２２０に積載させた後、前記ボート２２０を前記炭素ナノチューブを合成するための前記反応チャンバー２１０の内部に移送することにより、前記基板１０の移送する工程をより効率的に進行させることができる。

これにより、前記基板１０を利用して前記炭素ナノチューブを合成する工程をより効率的に進行させることができる。
又、前記基板１０が積載された前記ボート２２０を移送させるためにレール形状の前記ガイド部２３６を使用することにより、前記ボート２２０が前記反応チャンバー２１０に移送される時に垂れることを防止することができる。

前記基板移送部２４０は、前記反応チャンバー２１０の外部に設置される。前記基板移送部２４０は、前記反応チャンバー２１０の外部に位置する前記ボート２２０に前記基板１０を積載する。

以下、前記基板移送部２４０は、図６を参照して詳細に説明する。
図６は、図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの基板移送部を示す斜視図である。

図１及び図６を参照すると、基板移送部２４０は、第１フレーム２４１、第１移送部２４３、第２移送部２４４、第３移送部２４５、及び第２駆動部２４６を含む。
前記第１フレーム２４１は、前記基板移送部２４０を設置するための骨格を提供する。前記第１フレーム２４１はボート２２０が反応チャンバー２１０の前で待機する時、前記ボート２２０のすぐ横で平行に設置される。前記第１フレーム２４１の上部には前記ボート２２０と平行な方向に設置されたガイドレール２４２が形成される。

前記第１移送部２４３は、その上面に炭素ナノチューブを合成するための基板１０が装着される。前記第１移送部２４３は、平面（ｘ、ｙ）的に回転しながら移送する。即ち、前記第１移送部２４３は、前記平面（ｘ、ｙ）的に移送することができるように少なくとも２つの関節を有することができる。

前記第２移送部２４４は、前記第１移送部２４３の中心と結合される。前記第２移送部２４４は、前記第１移送部２４３を前記平面（ｘ、ｙ）に垂直なｚ軸に沿って移送させる。前記第２移送部２４４はシリンダーと類似な構造を有することができる。

前記第３移送部２４５は、前記第２移送部２４４と結合しながら実質的に前記第１フレーム２４１に形成された前記ガイドレール２４２に結合される。これに、前記第３移送部２４５は前記ガイドレール２４２に沿って前記第２移送部２４４を移送させる。

前記第２駆動部２４６は、前記第１フレーム２４１の内側に対応する前記第３移送部２４５の下部に結合される。前記第２駆動部２４６は、前記第１、第２、及び第３移送部２４３、２４４、２４５のそれぞれの移送のための動力を発生させてそれぞれに伝達する。この際、前記第２駆動部２４６は前記第３移送部２４５と異なり、前記ガイドレール２４２に直接的に動力を伝達することができる。

前記回収部３００は、前記基板移送部２４０から前記炭素ナノチューブが合成された基板１０の移送を受けて前記炭素ナノチューブを回収する。前記塗布部４００は、前記回収部３００で前記炭素ナノチューブが回収された基板１０又は外部から搬入される基板１０に前記触媒を塗布する。

以下、前記回収部３００及び前記塗布部４００は、図７及び図８を参照して詳細に説明する。
図７は、図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの塗布部及び回収部を示す斜視図で、図８は、図７の塗布部及び回収部を側面から見た図である。

図１、図７、及び図８を参照すると、回収部３００と塗布部４００は、その配置が上下積層構造を有する。このため、炭素ナノチューブ合成システム１０００は、前記回収部３００及び前記塗布部４００を設置するための第２フレーム５００を更に含む。

これに、前記回収部３００及び前記塗布部４００は、その工程特性上、前記回収部３００が前記塗布部４００より下部に配置される。これは、前記回収部３００で回収される前記炭素ナノチューブ２０が前記塗布部４００で塗布される基板１０に流入されることを防止するためである。

又、システムチャンバー１００に設置された誘導パン１３０も不活性ガス（Ｉｇ）を下部に誘導することにより、前記のような流入を防止するのに役に立つ。又、前記塗布部４００を上部に配置させる場合、前記触媒３０をその上部で容易に供給することができる。逆に、製造工程の特性上、前記回収部３００は、前記塗布部４００の上部に位置することもできる。

このように、前記回収部３００及び前記塗布部４００を上下積層構造に配置させることにより、前記処理部を設置するための面積を最小化させてシステムチャンバー１００内での空間活用を効率的にすることができる。

前記回収部３００は、第１分離部３１０、第１回収容器３２０、及び第２分離部３３０を含む。前記第１分離部３１０は、前記炭素ナノチューブ２０が合成された基板１０を平面（ｘ、ｙ）に沿って基板移送部２４０から移送を受ける。

前記第１分離部３１０は、ヒンジ部３１２を通じて前記基板１０を垂直に回転させる。即ち、回転させた基板１０はｚ軸に沿って配置される。この場合、前記基板１０に形成された前記炭素ナノチューブ２０は重力によって一次的に落ちて前記基板１０から分離される。

前記第１回収容器３２０は、前記炭素ナノチューブ２０が分離され落ちる位置に配置される。前記第１回収容器３２０は落ちる前記炭素ナノチューブ２０を回収する。この際、前記第１回収容器３２０は落ちる前記炭素ナノチューブ２０を全部回収するために可能な範囲で最大限広く形成される必要性がある。

前記第２分離部３３０は垂直に回転した基板１０に残留する前記炭素ナノチューブ２０を二次的に前記基板１０から分離して前記第１回収容器３２０に落とす。
前記第２分離部３３０は、前記基板１０に接触可能な部材３３１を使用して前記基板１０に物理的力を加えることにより、前記基板１０に残留する炭素ナノチューブ２０を前記基板１０から分離させる。一例として、前記接触可能な部材３３１はブラシ又はナイフが挙げられる。このような前記第２分離部３３０は、前記接触可能な部材３３１を回転した基板１０に移動させるための移動部３３２を含む。

前記移動部３３２は、前記接触可能な部材３３１と結合して前記ｚ軸に沿って移動させる第１移動部３３４及び前記第１移動部３３４と結合して前記第１移動部３３４を垂直に回転した基板１０に進入させるために、前記ｘ軸又は前記ｙ軸のうちいずれか１つの軸に沿って移動させる第２移動部３３５を含む。

このような前記回収部３００を通じて前記基板１０に合成された前記炭素ナノチューブ２０を回収する方法を簡単に整理すると、まず、前記第１分離部３１０は前記炭素ナノチューブ２０が合成された基板１０を前記基板移送部２４０から移送を受ける。

その後、前記第１分離部３１０は、前記ヒンジ部３１２の回転を通じて前記基板１０を回転させて一次的に前記基板１０から分離して前記第１回収容器３２０に前記炭素ナノチューブ２０を落とす。その後、前記第２分離部３３０の前記接触可能な部材３３１を回転した基板１０の上端に接触するように前記第１及び第２移動部３３４、３３５を通じて移動させる。

その後、前記接触可能な部材３３１を前記第１移動部３３４によって下部に移動させながら残留する前記炭素ナノチューブ２０を二次的に前記基板１０から分離して前記第１回収容器３２０に落とす。その後、前記接触可能な部材３３１を前記基板１０から離隔させる。最後に、前記第１回収容器３２０を外部に分離して回収された前記炭素ナノチューブ２０のための専用容器に保管する。

このように、前記回収部３００は、前記第１分離部３１０及び前記第２分離部３３０を通じて前記基板１０に合成された前記炭素ナノチューブ２０を自動的に全部回収することができる。

前記塗布部４００は、ホッパー４１０、選別部４２０、振動部４３０、及び第２回収容器４４０を含む。前記ホッパー４１０は、前記第２フレーム５００の上部に設置される。前記ホッパー４１０には外部から前記触媒３０が供給され貯蔵される。前記ホッパー４１０は貯蔵された前記触媒３０を下部に放出する。

前記選別部４２０は、前記ホッパー４１０の下部に設置される。前記選別部４２０は収納することができる容器形態に形成され、前記ホッパー４１０から放出された前記触媒３０を前記ｘ軸又は前記ｙ軸のうちいずれか１つの方向に流すために傾斜するように設置される。

前記選別部４２０は、前記ホッパー４１０から放出された前記触媒３０のうち、特定サイズを選別して下部に放出する。このため、前記選別部４２０は、特定サイズを選別するためのメッシュ４２２を含むことができる。これに、前記選別部４２０の下部には前記回収部３００で前記炭素ナノチューブ２０が回収された基板１０が一定な速度で移動する。これにより、前記選別部４２０の下部で移動する前記基板１０には前記メッシュ４２２のサイズより小さいサイズの前記触媒３０が選別され塗布される。

前記振動部４３０は、前記選別部４２０の下部に結合される。前記振動部４３０は、自体的に発生される振動を前記選別部４２０に伝達する。即ち、前記振動部４３０は、前記選別部４２０で前記触媒３０が分散されるようにしながら前記選別部４２０での前記触媒３０の流れを促進させる。結果的に、前記振動部４３０は、前記選別部４２０のメッシュ４２２を通じて前記触媒３０が一定な量に放出されるようにして前記選別部４２０の下部で移動する前記基板１０に均一な厚みの触媒３０を塗布させることができる。

前記第２回収容器４４０は、前記選別部４２０の下部で移動する前記基板１０の下部に設置される。前記第２回集容器４４０は、前記選別部４２０から放出されまだ前記基板１０に塗布されない前記触媒３０を回収する。前記第２回収容器４４０に回収された前記触媒３０は、更に前記ホッパー４１０に供給して資材消耗によって発生される製造原価上昇を防止することができる。

一方、炭素ナノチューブ合成システム１０００は、前記システムチャンバー１００内に設置された保管部６００を更に含む。
前記保管部６００は、前記炭素ナノチューブ２０が合成された基板１０、前記炭素ナノチューブ２０の合成のために前記触媒３０が塗布された基板１０又は外部から搬入され前記触媒３０を塗布するための基板１０を臨時に保管する。これは、前記基板１０が前記回収部３００及び前記塗布部４００で処理される時間と反応チャンバー２１０で前記炭素ナノチューブ２０を合成する時間が差異があるためである。一方、前記保管部６００に保管される前記基板１０は基板移送部２４０から移送されるか、外部の他の移送部から移送されることができる。

以下、前記保管部６００は、図９及び図１０を参照して詳細に説明する。
図９は、図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの保管部を示す斜視図で、図１０は、図９に図示された保管部のカセット部に基板が保管された状態を示す図である。

図１、図９、及び図１０を参照すると、保管部６００は、カセット部６１０、第３回収容器６２０、及び感知部６３０を含む。
前記カセット部６１０には、前記炭素ナノチューブ２０が合成された基板１０又は前記炭素ナノチューブ２０の合成のために前記触媒３０が塗布された基板１０を多数保管するための保管空間が形成される。

一例として、前記カセット部６１０は、上部に前記炭素ナノチューブ２０が合成された基板１０を保管する第１保管空間を約６つ形成するための第１突起６１２が形成されることができる。又、前記カセット部６１０は、下部に前記炭素ナノチューブ２０の合成のために前記触媒３０が塗布された前記基板１０又は前記触媒３０を塗布するための基板１０を保管する第２保管空間を約６つ形成するための第２突起６１４が形成されることができる。ここで、前記炭素ナノチューブ２０の高さによって前記第１突起６１２の間隔を前記第２突起６１４の間隔より広く形成する必要性がある。

前記第３回収容器６２０は、前記カセット部６１０の下部に設置される。前記第３回収容器６２０は、前記炭素ナノチューブ２０が合成された基板１０が前記カセット部６１０に搬入されるか、前記カセット部６１０から搬出される時、前記カセット部６１０との摩擦によって落ちる炭素ナノチューブ２０を回収して、この際に発生されることができる前記炭素ナノチューブ２０の浪費を防止することができる。

前記感知部６３０は、前記カセット部６１０に形成される。前記感知部６３０は、前記保管空間に保管される前記基板１０の存在可否を感知する。即ち、前記感知部６３０は、前記第１及び第２保管空間に実質的に前記基板１０が保管されたかを感知する。これにより、基板移送部２４０が前記第１及び第２保管空間のうちいかなる位置に移動して移送作業を行うかを自動的に制御することができる。

このような全体構成において、前記基板移送部２４０は、ボート移送部２３０、処理部、及び前記保管部６００の間でその移送作業を行うので、システムチャンバー１００の中央部に設置し、前記の他の構成をその周りに設置することができる。

一方、炭素ナノチューブ合成システム１０００は、反応チャンバー２１０のヒーター部２１４、前記ボート移送部２３０、前記基板移送部２４０を制御するために１つに統合された制御部７００を更に含むことができる。これにより、前記炭素ナノチューブ２０は１つに統合された前記制御部７００を通じてその制御をより効率的に進行することができる。

前述した本発明は、炭素ナノチューブを合成するためのシステムで基板をボート単位に移送して全体的な工程効率を向上させることができる。
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

本発明の一実施例による炭素ナノチューブ合成システムを示す概略的な構成図である。 図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの外観を示す斜視図である。 図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムのボート移送部を通じてボートが反応チャンバーの内部に完全に移送された状態を示す図である。 図３のボートとボート移送部を示す斜視図である。 図４のボートとボート移送部を側面から見た図である。 図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの基板移送部を示す斜視図である。 図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの塗布部及び回収部を示す斜視図である。 図７の塗布部及び回収部を側面から見た図である。 図１に図示された炭素ナノチューブ合成システムの保管部を示す斜視図である。 図９に図示された保管部のカセット部に基板が保管された状態を示す図である。

符号の説明

１０…基板、２０…炭素ナノチューブ、３０…触媒、１００…システムチャンバー、２００…炭素ナノチューブ合成装置、２１０…反応チャンバー、２２０…ボート、２３０…ボート移送部、２４０…基板移送部、２５０…遮断部、３００…回収部、３１０…第１分離部、３２０…第１回収容器、３３０…第２分離部、４００…塗布部、６００…保管部、７００…制御部、１０００…炭素ナノチューブ合成システム。

Claims (19)

1. 炭素ナノチューブを合成するための合成空間外部に基板の積載が可能なボートを準備する段階と、
   前記ボートに前記基板を積載させる段階と、
   前記基板が積載されたボートを前記合成空間に移送する段階と、
   前記合成空間に移送された基板を対象として前記炭素ナノチューブを合成する段階と、を含む炭素ナノチューブ合成方法。
2. 前記ボートは、前記基板を多数枚で積載できるように多段構造を有することを特徴とする請求項１記載の炭素ナノチューブ合成方法。
3. 前記炭素ナノチューブを合成する段階後に、前記炭素ナノチューブの合成が行われた基板が積載されたボートを前記合成空間から外部に移送する段階を更に含むことを特徴とする請求項１記載の炭素ナノチューブ合成方法。
4. 前記基板が積載されたボートを前記合成空間に移送する段階後に、前記合成空間を外部から遮断することを特徴とする請求項１記載の炭素ナノチューブ合成方法。
5. 炭素ナノチューブを合成するための空間を提供する反応チャンバーと、
   前記炭素ナノチューブを合成するための基板が積載されるボートと、
   前記反応チャンバーの外部に設置され、前記反応チャンバーの外部に位置する前記ボートに前記基板を積載する基板移送部と、
   前記反応チャンバーの外部から前記反応チャンバーの内部に前記ボートを移送するか、前記反応チャンバーの内部から前記反応チャンバーの外部に前記ボートを移送するボート移送部と、を含む炭素ナノチューブ合成装置。
6. 前記ボートは、前記基板を多数枚で積載できるように多段構造を有することを特徴とする請求項５記載の炭素ナノチューブ合成装置。
7. 前記ボート移送部は、
   前記ボートの一側面に結合する結合部と、
   前記結合部の移送をガイドするガイド部と、
   前記結合部を駆動させて前記結合部に結合されたボートを前記反応チャンバーの内部に又は外部に移送させる駆動部と、を含むことを特徴とする請求項５記載の炭素ナノチューブ合成装置。
8. 前記結合部の移送によって前記ボードが前記反応チャンバーの内部に移送する時、前記反応チャンバーを外部と遮断させる遮断部を更に含むことを特徴とする請求項７記載の炭素ナノチューブ合成装置。
9. 前記遮断部は、前記結合部と一体型で形成されることを特徴とする請求項８記載の炭素ナノチューブ合成装置。
10. 前記基板移送部は、
    前記ボートに積載された基板を装着して平面的に回転しながら移送する第１移送部と、
    前記第１移送部と結合され前記第１移送部を上下に移送させる第２移送部と、
    前記第２移送部と結合され前記第２移送部を左右に移送させる第３移送部と、
    前記第１、第２、及び第３移送部のそれぞれを駆動させる駆動部と、を含むことを特徴とする請求項５記載の炭素ナノチューブ合成装置。
11. 炭素ナノチューブを合成するための空間を提供し、外部から反応ガスが注入される反応チャンバーと、
    前記炭素ナノチューブを合成するために前記反応ガスと反応する触媒を塗布した基板が積載されるボートと、
    前記反応チャンバーの外部に設置され、前記反応チャンバーの外部に位置する前記ボートに前記基板を積載する基板移送部と、
    前記反応チャンバーの外部から前記反応チャンバーの内部に前記ボートを移送するか、前記反応チャンバーの内部から前記反応チャンバーの外部に前記ボートを移送するボート移送部と、
    前記基板上に触媒を塗布する塗布部と、
    前記基板上に合成された炭素ナノチューブを前記基板から分離回収する回収部と、を含む炭素ナノチューブ合成システム。
12. 前記塗布部と前記回収部は、その配置が上下積層構造を有することを特徴とする請求項１１記載の炭素ナノチューブ合成システム。
13. 前記塗布部は、
    前記触媒を保存しながら放出するホッパーと、
    前記ホッパーから放出された触媒をサイズによって選別して下部で移動する基板に放出する選別部と、
    前記選別部に結合され、前記ホッパーから放出された触媒を分散させるために前記選別部を振動させる振動部と、を含むことを特徴とする請求項１１記載の炭素ナノチューブ合成システム。
14. 前記回収部は、
    前記炭素ナノチューブが合成された基板を垂直に回転させて前記炭素ナノチューブを前記基板から分離させる第１分離部と、
    前記回転された基板に残留する炭素ナノチューブを分離させる第２分離部と、
    前記第１及び第２分離部の下部で前記分離された炭素ナノチューブを回収する回収容器と、を含むことを特徴とする請求項１１記載の炭素ナノチューブ合成システム。
15. 前記第２分離部は、前記基板に接触可能な部材を使用して前記基板に物理的力を加えることにより、前記基板に残留する炭素ナノチューブを前記基板から分離させることを特徴とする請求項１４記載の炭素ナノチューブ合成システム。
16. 前記反応チャンバー、前記第１移送部、前記第２移送部、及び前記塗布部、及び前記回収部が内部に設置されるようにしてこれらを外部から遮断するシステムチャンバーを更に含むことを特徴とする請求項１１記載の炭素ナノチューブ合成システム。
17. 前記システムチャンバーは、上部の内部に注入される不活性ガスを下部に誘導するための誘導パンが形成されることを特徴とする請求項１６記載の炭素ナノチューブ合成システム。
18. 前記システムチャンバー内に設置され前記基板を臨時に保管する保管部を更に含むことを特徴とする請求項１６記載の炭素ナノチューブ合成システム。
19. 前記保管部は、前記炭素ナノチューブが合成された基板から一部前記炭素ナノチューブが分離される時、前記分離された炭素ナノチューブを回収するための回収容器を含むことを特徴とする請求項１８記載の炭素ナノチューブ合成システム。

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