KR101124505B1 - 유기금속 화학증착법에 의한 카본파이버의 제조방법 - Google Patents
유기금속 화학증착법에 의한 카본파이버의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101124505B1 KR101124505B1 KR1020050131879A KR20050131879A KR101124505B1 KR 101124505 B1 KR101124505 B1 KR 101124505B1 KR 1020050131879 A KR1020050131879 A KR 1020050131879A KR 20050131879 A KR20050131879 A KR 20050131879A KR 101124505 B1 KR101124505 B1 KR 101124505B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- organometallic compound
- substrate
- carbon fiber
- manufacturing
- field emission
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 74
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 title abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 title description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 58
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 52
- 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 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 13
- 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 3
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 4
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 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
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process 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
- 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
Images
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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
유기금속 화학증착법에 의해 450℃ 이하의 저온에서 카본파이버를 성장시킬 수 있는 카본파이버의 저온성장 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 카본파이버의 제조방법은, 반응챔버 내에 기판을 장착한 후, 상기 기판을 가열하여 200℃ 내지 450℃ 온도범위로 유지하는 단계, 니켈(Ni) 원소를 포함하는 유기금속 화합물을 준비하는 단계, 상기 유기금속 화합물을 기화시켜 유기금속 화합물 증기를 제조하는 단계, 상기 반응챔버 내에 상기 유기금속 화합물 증기와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 공급하여 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 기판 상에 카본파이버를 성장시키는 단계를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본파이버의 제조방법을 보여주는 공정도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 실시예에 따라 기판 위에 성장된 카본파이버의 평면 SEM 사진 및 단면 SEM 사진이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따라 제조된 카본파이버의 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 분석결과 그래프이다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 소자의 제조방법을 보여주는 공정도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
5:반응챔버 10:기판
20:카본파이버 100:기판
102:캐소우드 104:절연층
106:애노드 108:포토레지스트
120:카본파이버 200:에미터홀
본 발명은 카본파이버의 성장방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기금속 화학증착법에 의해 450℃ 이하의 저온에서 카본파이버를 성장시킬 수 있는 카본파이버의 저온성장 방법에 관한 것이다.
카본나노튜브(CNT) 또는 카본파이버의 구조적, 전기적 특성이 알려진 이래로, 이들을 전계방출 소자(field emission device; FED), 연료전지(fuel cells), 반도체 등의 소자에 응용하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히, 전계방출소자의 에미터로서의 카본파이버는 낮은 구동전압과 높은 휘도, 가격 경쟁력 등 많은 장점을 가지고 있다. 종래 이러한 카본파이버를 제조하는 대표적인 방법으로, 아크방전(arc discharge), 레이저 어블레이션(laser ablation), CVD(chemical vapor deposition) 및 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 등과 같은 방법들이 이용되었다. 그러나, 이들 방법에 의하여 카본파이버를 성장시키기 위해서는, 800℃ 이상의 고온공정이 불가피하게 요구되었으며, 이러한 고온공정 조건은 디바이스의 구현에 있어서 좋지않은 영향을 줄 수 있다. 따라서, 보다 저온공정 조건에서 카본파이버를 성장시킬 수 있는, 카본파이버의 제조기술이 요구되었다. 이러한 요구의 일례로, 저온에서 카본파이버를 성장시키기 위해 촉매물질을 이용하거나 또는 플라즈마 공정을 이용하였다. 그러나 이들 공정 역시, 600℃ 이상 비교적 고온공정 조건이기 때문에, 카본파이버의 성장온도를 낮추는데는 그 한계가 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 유기금속 화학증착법에 의해 450℃ 이하의 저온에서 카본파이버를 성장시킬 수 있는 카본파이버의 저온성장 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 카본파이버의 제조방법은,
반응챔버 내에 기판을 장착한 후, 상기 기판을 가열하여 200℃ 내지 450℃ 온도범위로 유지하는 단계;
니켈(Ni) 원소를 포함하는 유기금속 화합물을 준비하는 단계;
상기 유기금속 화합물을 기화시켜 유기금속 화합물 증기를 제조하는 단계;
상기 반응챔버 내에 상기 유기금속 화합물 증기와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 공급하여 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 기판 상에 카본파이버를 성장시키는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 전계방출 소자의 제조방법은,
기판을 준비하는 단계;
상기 기판 위에 순차적으로 캐소우드, 절연층, 게이트전극을 형성하는 단계;
상기 절연층과 게이트전극을 패터닝하여 상기 캐소우드를 노출시키는 적어도 하나의 에미터홀을 형성하는 단계;
상기 캐소우드, 절연층 및 게이트전극을 포함하는 적층구조물의 전체 표면에 포토레지스트를 도포하는 단계;
상기 에미터홀 내의 캐소우드 위에 도포된 포토레지스트를 제거하는 단계;
상기 기판을 가열하여 200℃ 내지 450℃ 온도범위로 유지하는 단계;
니켈(Ni) 원소를 포함하는 유기금속 화합물을 준비하는 단계;
상기 유기금속 화합물을 기화시켜 유기금속 화합물 증기를 제조하는 단계;
상기 에미터홀 내에 상기 유기금속 화합물 증기와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 공급하여 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 에미터홀 내의 캐소우드 상에 카본파이버를 성장시키는 단계; 및
상기 적층구조물에 잔존하는 포토레지스트를 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 각각의 제조방법에서, 상기 유기금속 화합물은 Ni(C5H5)2, Ni(CH3C5H4), Ni(C5H7O2)2, Ni(C11H19O2)2, Ni(C7H16NO) 및 Ni(C7H17NO)2 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질이다. 바람직하게, 상기 유기금속 화합물에 용매로서 노르말-헵탄(n-heptane)이 더 혼합될 수 있으며, 이 경우 상기 n-heptane에 대한 유기금속 화합물의 농도는 0.05M 내지 0.5M 이다. 상기 유기금속 화합물의 기화온도는 140℃ 내지 200℃ 범위로 유지되며, 상기 오존은 150 g/㎥ 이상의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다. 이와 같은 제조공정에서 상기 카본파이버는 상기 기판 또는 캐소우드 상에 수직으로 성장될 수 있으며, 상기 기판은 글래스 기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 또는 실리콘 기판이다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 200℃ 내지 450℃ 범위의 저 온공정에서 카본파이버를 성장시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 카본파이버의 제조방법 및 이를 이용한 전계방출 소자의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본파이버의 제조방법을 보여주는 공정도이다. 그리고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 실시예에 따라 기판 위에 성장된 카본파이버의 평면 SEM 사진 및 단면 SEM 사진이다. 또한, 도 3은 도 1의 실시예에 따라 제조된 카본파이버의 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 분석결과 그래프이다.
도 1을 참조하면, 먼저 반응챔버(5) 내에 기판(10)을 장착한 후, 상기 기판(10)을 가열하여 200℃ 내지 450℃ 온도범위로 유지시키며, 바람직하게는 350℃로 유지시킨다. 여기에서, 상기 기판(10)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 기판(10)으로 글래스 기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 또는 실리콘 기판이 이용될 수 있다.
그리고나서, 니켈(Ni) 원소를 포함하는 유기금속 화합물을 준비한 후, 상기 유기금속 화합물을 기화시켜 유기금속 화합물 증기를 제조한다. 여기에서, 상기 유기금속 화합물로 Ni(dmamb)2(Nickel 1-dimethlamino-2methyl-2butanolate)와 같은 물질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기금속 화합물은 Ni(C5H5)2, Ni(CH3C5H4), Ni(C5H7O2)2, Ni(C11H19O2)2, Ni(C7H16NO) 및 Ni(C7H17NO)2 으로 이루어지는 그룹에서 선 택된 적어도 어느 한 물질이다. 바람직하게, 상기 유기금속 화합물에 용매로서 노르말-헵탄(n-heptane)이 더 혼합될 수 있으며, 이 경우 상기 n-heptane에 대한 유기금속 화합물의 농도는 0.05M 내지 0.5M이 되도록 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 유기금속 화합물의 농도는 0.1M 내지 0.2M이 되도록 한다. 그리고, 상기 유기금속 화합물의 기화온도는 140℃ 내지 200℃ 범위로 유지되도록 하며, 바람직하게는 180℃로 유지한다.
그 다음에, 상기 반응챔버(5) 내에 상기 유기금속 화합물 증기와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 공급하여 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 기판(10) 상에 카본파이버(20)를 성장시킨다. 상기 오존은 150 g/㎥ 이상의 유량으로 공급되어, 상기 유기금속 화합물 증기와 충분히 화학반응되는 것이 바람직하다.
도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 이와 같은 제조공정에 의해, 상기 기판(10) 상에 카본파이버(20)를 수직으로 성장시킬 수 있다. 그리고, 도 3의 라만 스펙트럼 분석결과로부터, 상기 실시예에 따라 제조된 카본파이버(20)의 G-밴드(G-band)와 D-밴드가 확인될 수 있었다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 유기금속 화학증착법을 이용하여 200℃ 내지 450℃ 범위의 저온공정에서 카본파이버를 성장시킬 수 있다. 본 발명에서 카본파이버의 제조에 있어서 소스물질로 이용되는 유기금속 화합물은 450℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 분해되는 특성을 갖기 때문에, 카본파이버의 성장온도를 낮추는데 유리할 수 있다. 특히, 상기 유기금속 화합물은 카본파이버의 저 온성장에 필요한 촉매물질인 니켈을 함유하고 있기 때문에, 상기 유기금속 화합물이 분해될 경우 상기 니켈금속이 촉매역할을 하고, 상기 니켈금속에 결합되어 있던 리간드 물질이 카본소스로 작용할 수 있다. 그 결과, 카본파이버의 제조공정에 있어서 한번의 유기금속 화합물의 공급으로 카본 소스와 니켈 촉매물질이 동시에 공급되는 1-스텝공정(one-step process) 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 카본파이버의 제조를 위한 촉매물질의 증착공정이 생략될 수 있어, 카본파이버의 제조공정이 종래 2-스텝공정(종래는 촉매물질 증착공정과 카본소스의 공급공정이 구분되어 2-스텝공정으로 실시되었다) 보다 더 간단해질 수 있다.
<실시예-카본파이버의 제조>
Ni(C7H17NO)2를 n-Heptan에 녹여 0.1~0.2M로 준비하여 소스물질(유기금속 화합물)로 이용하였으며, 오존(O3)을 반응가스로 이용하여 CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 수십 나노미터 직경의 카본파이버를 성장시켰다.
본 발명에 사용된 공정조건을 살펴보면, 기판온도는 250~350℃로 하였으며, 상기 유기금속 소스물질은 기화기를 통해 기화시켜 기판 상에 공급하였다. 이때 기화기의 가열온도는 180℃로 유지하였고, 샤워헤드(Showhead) 방식으로 상기 소스물질을 기판에 공급하였다. 전체적인 반응과정은 소스물질을 먼저 기판상에 공급한 후, 그 다음에 반응가스로 오존을 반응챔버에 주입하였다. 이와 같은 과정을 통해 소스물질(유기금속 화하물)을 분해시키면서, 중심금속인 Ni은 촉매물질로 리간드는 탄소소스로 이용하여 카본파이버를 저온에서 합성할 수 있었다. 이러한 카본파이버 의 성장은 오존(O3)량에 밀접한 관계를 가지고 있었으며, 150 g/㎥ 이상의 유량에서 카본파이버의 성장특성이 우수하였다. 본 실험에서, 카본파이버의 성장을 위한 공정시간은 10분 정도 소요되었으며, 기판으로 Si 웨이퍼를 사용하였다.
그리고, 이와 같이 제조된 카본파이버는 에미터 특성, 즉 그에 인가되는 전압에 의해 전자방출 특성을 가지기 때문에, 상기 카본파이버의 제조공정은 전계방출 소자의 제조공정에 그대로 이용될 수 있다. 이하에서는 이러한 전계방출 소자의 제조방법을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 소자의 제조방법을 보여주는 공정도이다. 여기에서, 카본파이버의 제조공정에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 먼저 기판(100)을 준비한 후, 상기 기판(100) 위에 순차적으로 캐소우드(102), 절연층(104), 게이트전극(106)을 형성한다. 그리고나서, 상기 절연층(104)과 게이트전극(106)의 소정영역을 식각/패터닝하여 상기 캐소우드(102)를 노출시키는 적어도 하나의 에미터홀(200)을 형성한다.
여기에서, 상기 기판(100)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 상기 기판(100)으로 글래스 기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 또는 실리콘 기판이 이용될 수 있다. 그리고, 상기 캐소우드(102)와 게이트전극(106)은 도전성 물질, 예를 들어 Al, Ag, Cu 등과 같은 금속물질 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연층(104)은 SiO2와 같은 절연물질로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 캐소우드(102), 절연층(104), 게이트전극(106) 각각은 반도체 공정에서 일반적으로 널리 알려진 박막증착 방법, 예를 들어 스퍼터링(sputtering), 열증착법(thermal evaporation) 등과 같은 PVD(physical vapor deposition)에 의해 형성되거나, 또는 CVD(chemical vapor deposition)에 의해 형성될 수 있으며, 이들 공정은 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4d 내지 도 4f를 참조하면, 상기 캐소우드(102), 절연층(104) 및 게이트전극(106)을 포함하는 적층구조물의 전체 표면에 포토레지스트(108)를 도포한다. 그리고나서, 상기 에미터홀(200) 내의 캐소우드(102) 위에 도포된 포토레지스트(108, photoresist)를 선택적으로 노광/현상하여, 상기 에미터홀(200) 내의 캐소우드(102)를 노출시킨다. 바람직하게, 상기 포토레지스트(108)의 제거를 위해 노광공정(exposure), 현상공정(developing) 및 식각공정(etching)을 단계적으로 수행할 수 있다.
도 4g를 참조하면, 먼저 상기 기판(100)을 가열하여 200℃ 내지 450℃ 온도범위로 유지한 후, 상기 에미터홀(200) 내에 상기 유기금속 화합물 증기와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 공급하여 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 에미터홀(200) 내의 캐소우드(102) 상에 카본파이버(120)를 성장시킨다. 여기에서, 상기 포토레지스트(108) 위에도 카본파이버(120)가 더 형성될 수 있으나, 이들은 이후 공정에서 상기 포토레지트(108)과 함께 제거될 수 있다. 그리고, 상기 카본파이버(120)의 성 장공정에 관하여는 앞에서 이미 상술한 바 있으므로, 이에 관한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4h 및 도 4i를 참조하면, 상기 적층구조물에 잔존하는 포토레지스트(108)를 식각함으로써, 도 4i에 도시된 바와 같은 전계방출 소자를 구현할 수 있다. 상기 카본파이버의 성장공정이 1-스텝공정으로 이루어질 뿐만 아니라, 그 제조공정이 용이하기 때문에, 종래 보다 간단하면서도 쉬운 공정에 의해 상기 전계방출 소자가 제조될 수 있다. 따라서, 전계방출 소자의 제조에 있어서, 비용절감이 기대될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 유기금속 화학증착법을 이용하여 200℃ 내지 450℃ 범위의 저온공정에서 카본파이버를 성장시킬 수 있다. 본 발명에서 카본파이버의 제조에 있어서 소스물질로 이용되는 유기금속 화합물은 450℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 분해되는 특성을 갖기 때문에, 카본파이버의 성장온도를 낮추는데 유리할 수 있다. 특히, 상기 유기금속 화합물은 카본파이버의 저온성장에 필요한 촉매물질인 니켈을 함유하고 있기 때문에, 상기 유기금속 화합물이 분해될 경우 상기 니켈금속이 촉매역할을 하고, 상기 니켈금속에 결합되어 있던 리간드 물질이 카본소스로 작용할 수 있다. 그 결과, 카본파이버의 제조공정에 있어서 한번의 유기금속 화합물의 공급으로 카본 소스와 니켈 촉매물질이 동시에 공급되는 1-스텝공정(one-step process) 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 카본파이버의 제조를 위한 촉매물질의 증착공정이 생략될 수 있어, 카본파이 버의 제조공정이 종래 2-스텝공정(종래는 촉매물질 증착공정과 카본소스의 공급공정이 구분되어 2-스텝공정으로 실시되었다) 보다 더 간단해질 수 있다.
그리고, 이와 같이 제조된 카본파이버는 에미터 특성, 즉 그에 인가되는 전압에 의해 전자방출 특성을 가지기 때문에, 상기 카본파이버의 제조공정은 전계방출 소자의 제조공정에 그대로 이용될 수 있다.
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 (18)
- 반응챔버 내에 기판을 장착한 후, 상기 기판을 가열하여 200℃ 내지 450℃ 온도범위로 유지하는 단계;니켈(Ni) 원소를 포함하는 유기금속 화합물을 준비하는 단계;상기 유기금속 화합물을 기화시켜 유기금속 화합물 증기를 제조하는 단계;상기 반응챔버 내에 상기 유기금속 화합물 증기와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 공급하여 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 기판 상에 카본파이버를 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기금속 화합물은 Ni(C5H5)2, Ni(CH3C5H4), Ni(C5H7O2)2, Ni(C11H19O2)2, Ni(C7H16NO) 및 Ni(C7H17NO)2 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질인 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 유기금속 화합물에 용매로서 노르말-헵탄(n-heptane)이 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 n-heptane에 대한 유기금속 화합물의 농도는 0.05M 내지 0.5M 인 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 유기금속 화합물의 기화온도가 140℃ 내지 200℃ 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오존은 150 g/㎥ 이상의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법
- 제 1 항에 있어서,상기 카본파이버를 수직으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 글래스 기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 또는 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 카본파이버의 제조방법.
- 삭제
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판 위에 순차적으로 캐소우드, 절연층, 게이트전극을 형성하는 단계;상기 절연층과 게이트전극을 패터닝하여 상기 캐소우드를 노출시키는 적어도 하나의 에미터홀을 형성하는 단계;상기 캐소우드, 절연층 및 게이트전극을 포함하는 적층구조물의 전체 표면에 포토레지스트를 도포하는 단계;상기 에미터홀 내의 캐소우드 위에 도포된 포토레지스트를 제거하는 단계;상기 기판을 가열하여 200℃ 내지 450℃ 온도범위로 유지하는 단계;니켈(Ni) 원소를 포함하는 유기금속 화합물을 준비하는 단계;상기 유기금속 화합물을 기화시켜 유기금속 화합물 증기를 제조하는 단계;상기 에미터홀 내에 상기 유기금속 화합물 증기와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 공급하여 이들을 화학반응시킴으로써, 상기 에미터홀 내의 캐소우드 상에 카본파이버를 성장시키는 단계; 및상기 적층구조물에 잔존하는 포토레지스트를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 유기금속 화합물은 Ni(C5H5)2, Ni(CH3C5H4), Ni(C5H7O2)2, Ni(C11H19O2)2, Ni(C7H16NO) 및 Ni(C7H17NO)2 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 물질인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 유기금속 화합물에 용매로서 노르말-헵탄이 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 n-heptane에 대한 유기금속 화합물의 농도는 0.05M 내지 0.5M 인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 유기금속 화합물의 기화온도가 140℃ 내지 200℃ 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 오존은 150 g/㎥ 이상의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법
- 제 10 항에 있어서,상기 카본파이버를 수직으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 기판은 글래스 기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 또는 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조방법.
- 삭제
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050131879A KR101124505B1 (ko) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | 유기금속 화학증착법에 의한 카본파이버의 제조방법 |
| EP06118906A EP1803834A3 (en) | 2005-12-28 | 2006-08-14 | Method of forming carbon fibers using metal-organic chemical vapor deposition |
| CNA2006101214766A CN1990909A (zh) | 2005-12-28 | 2006-08-24 | 利用金属－有机化学气相沉积形成碳纤维的方法 |
| JP2006259416A 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 |
| US11/550,121 US7691441B2 (en) | 2005-12-28 | 2006-10-17 | Method of forming carbon fibers using metal-organic chemical vapor deposition |
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 (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070069581A KR20070069581A (ko) | 2007-07-03 |
| KR101124505B1 true KR101124505B1 (ko) | 2012-03-15 |
Family
ID=37969775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050131879A KR101124505B1 (ko) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | 유기금속 화학증착법에 의한 카본파이버의 제조방법 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7691441B2 (ko) |
| EP (1) | EP1803834A3 (ko) |
| JP (1) | JP2007176784A (ko) |
| KR (1) | KR101124505B1 (ko) |
| CN (1) | CN1990909A (ko) |
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 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5973444A (en) * | 1995-12-20 | 1999-10-26 | Advanced Technology Materials, Inc. | Carbon fiber-based field emission devices |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US7524479B2 (en) * | 2001-06-28 | 2009-04-28 | Showa Denko K.K. | Method for producing vapor grown carbon fiber |
| 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
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5973444A (en) * | 1995-12-20 | 1999-10-26 | Advanced Technology Materials, Inc. | Carbon fiber-based field emission devices |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007176784A (ja) | 2007-07-12 |
| EP1803834A3 (en) | 2008-07-09 |
| KR20070069581A (ko) | 2007-07-03 |
| US20070148451A1 (en) | 2007-06-28 |
| CN1990909A (zh) | 2007-07-04 |
| EP1803834A2 (en) | 2007-07-04 |
| US7691441B2 (en) | 2010-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7491269B2 (en) | Method for catalytic growth of nanotubes or nanofibers comprising a NiSi alloy diffusion barrier | |
| US7977761B2 (en) | Controlled growth of a nanostructure on a substrate, and electron emission devices based on the same | |
| US7448931B2 (en) | Method for manufacturing carbon nanotube field emission device | |
| US8034218B2 (en) | Low temperature growth of oriented carbon nanotubes | |
| US7291319B2 (en) | Carbon nanotube-based device and method for making the same | |
| KR100851950B1 (ko) | 선택적 위치 제어를 이용한 전자방출 소자 형성방법 | |
| JP2000319783A (ja) | 炭素ナノチューブの製造方法 | |
| US20060257565A1 (en) | Method of preparing catalyst layer for synthesis of carbon nanotubes and method of synthesizing carbon nanotubes using the same | |
| US20040240157A1 (en) | Method for localized growth of nanotubes and method for making a self-aligned cathode using the nanotube growth method | |
| 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 | |
| US7811641B2 (en) | Method of forming carbon nanotubes, field emission display device having carbon nanotubes formed through the method, and method of manufacturing field emission display device | |
| KR100335385B1 (ko) | 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자의 제조 방법 | |
| KR101124505B1 (ko) | 유기금속 화학증착법에 의한 카본파이버의 제조방법 | |
| KR100362899B1 (ko) | 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자의 제조 방법 | |
| KR100934838B1 (ko) | 자기 정렬형 전자방출소자의 제조방법 | |
| JP4312352B2 (ja) | 電子放出装置 | |
| KR100926219B1 (ko) | 전자방출 특성이 향상된 필드 에미터의 제조방법 | |
| KR102434399B1 (ko) | 플라즈마를 이용한 전이금속 디칼코게나이드-그래핀 이종접합 복합체 제조 방법 | |
| KR20000066907A (ko) | 탄소 나노튜브의 제조방법 | |
| KR100926218B1 (ko) | 전자방출 특성이 향상된 필드 에미터의 제조방법 | |
| JP2007280949A (ja) | カーボンナノチューブを利用した電界放出電極及びその製造方法 | |
| KR100916458B1 (ko) | 전자방출 특성이 향상된 필드 에미터의 제조방법 | |
| KR100464007B1 (ko) | 전계 방출 소자의 ｍｉｍ 에미터 및 그 제조 방법 | |
| KR100846480B1 (ko) | 전계방출소자의 제조방법 | |
| KR100992263B1 (ko) | 높은 전자방출 특성을 갖는 필드 에미터의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150116 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160119 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |