KR20010099655A - Ｍｅｍｓ 장치의 기능 소자로서의 탄소 나노튜브를제조하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MEMS 장치의 기능 소자들인 탄소 나노튜브들을 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 탄소 나노튜브의 합성을 위한 MEMS 기판을 준비하는 단계를 포함한다. 나노사이즈 구멍 또는 촉매 보유 구조체가 나노튜브 촉매가 증착되는 MEMS 기판 상에 제조된다. 나노튜브는 나노사이즈 구멍 내에서 합성된다.

Description

ＭＥＭＳ 장치의 기능 소자로서의 탄소 나노튜브를 제조하기 위한 방법{METHOD FOR MANUFACTURING CARBON NANOTUBES AS FUNCTIONAL ELEMENTS OF MEMS DEVICES}

성장하는 나노튜브의 종래의 방법은 개별적으로 정확히 위치한 구멍을 가공할 수 없다. 종래의 방법은 균일하게 배열된 일련의 구멍을 생산하는 방법에 의존하므로, 균일-배열 탄소 나노튜브였다.

따라서, 정확히 제어된 위치에 제어된 모양, 길이 및 배향을 갖는 성장하는 탄소 나노튜브의 제조법이 매우 바람직하다.

본 발명은 통상 탄소 나노튜브 제조법, 특히 마이크로 전자기계적 제조 시스템(MEMS; microelectromechanical manufacturing system) 장치의 기능 소자로서의 탄소 나노튜브 제조를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도1은 흐름도로서 본 발명에 따른 한 방법을 도시한다.

도2는 탄소 나노튜브의 팁 제조를 위한 템플릿(template) 방법을 도시한다.

도3은 탄소 나노튜브의 팁 제조를 위한 포어(pore) 방법을 도시한다.

도4는 기판의 정확한 위치에 제어 가능한 직경과 제어 가능한 깊이를 갖는 가공된 구멍(미세 촉매 보유 구조)을 나타낸다.

본 발명은 MEMS 장치의 기능 소자로서 개별 정렬된 탄소 나노 튜브 제조 방법을 제공한다.

특히, 본 발명은 MEMS 장치의 기능 소자로서의 탄소 나노튜브 제조를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 탄소 나노튜브의 성장을 위한MEMS 기판을 마련하는 단계를 포함한다. 나노사이즈 구멍 또는 나노사이즈 촉매제 보유 구조(nanosize catalyst retaining structure, 이하 NCRS)는 나노튜브 촉매제가 증착되는 MEMS 기판 상의 층에서 가공된다. 그 후, 나노튜브는 미세 촉매 보유 구조 내에서 합성되고, 필요하다면 층은 제거될 수도 있다.

본 발명과 관련된 신기술의 수단은 대규모 제조에 적합한 공정에서 MEMS 기판 상에서 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 제조하는 것이다. 본 발명에 의해 제공되는 제조법은 개별 탄소 나노튜브 또는 개별 탄소 나노튜브들의 집단이 기능 소자(들) 또는 장치(들)로서 사용 가능한 많은 다른 적용을 가능하게 한다.

본 발명의 기술적 장점은 본 발명의 방법이 제어된 모양, 직경, 벽 두께, 길이, 배향 및 성장 위치를 갖는 정렬된 탄소 나노튜브를 생산하도록 설계되었다는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 장점은 본 발명의 방법이 제어 가능한 길이, 방향, 직경 및 위치를 갖는 탄소 나노튜브용 템플릿 및 공극으로 작용하는 정밀한 치수 및 위치를 갖는 NCRS 가공을 허용한다는 것이다. 그 방법은 마이크로 전자기계적 제조 시스템(MEMS) 가공 공정과 호환 가능하도록 수행될 수 있다.

본 발명과 그 장점의 보다 완전한 이해를 위해, 동일한 도면 번호는 동일한 구조를 지정하는 첨부 도면과 함께 이하의 기술에서 도면 번호가 부여된다.

본 발명의 양호한 실시예들은 동일한 번호가 다양한 도면의 동일한 부분 및 대응 부분을 지시하도록 사용된 도면에서 도시된다.

본 발명의 나노사이즈 구멍 제조를 위한 방법은 그 정렬, 직경, 깊이 및 위치 제어 능력을 갖는 개별 나노사이즈 구멍 가공을 포함한다.

본 발명은 탄소 나노튜브의 정렬, 직경, 모양, 길이 및 위치 등등의 제어 능력을 갖는 MEMS 기능적 소자 또는 반도체 장치로서의 탄소 나노튜브 제조법을 제공한다.

본 발명의 방법은 탄소 나노튜브 성장에 적합한 MEMS 기판을 준비하는 단계를 포함한다. 나노사이즈 구멍 또는 나노스케일 촉매 보유 구조(NCRS)가 나노튜브 성장 촉매제가 증착하는 MEMS의 기판 상의 층에서 가공된다. 그 후, 나노튜브는 나노사이즈 구멍 내에서 성장된다.

본 발명의 방법은 정확한 치수 및 위치를 갖는 NCRS의 제작을 가능하게 하여, 원하는 크기, 배향 및 위치를 갖는 탄소 나노튜브(들)를 제작할 수 있게 한다. 그 방법은 MEMS 제조 공정과 호환 가능하게 수행될 수 있다.

이러한 탄소 나노튜브의 용도 중의 하나는 정밀 조사 프로브 공구 팁, 특히, 원자력 마이크로스코프(AFM) 팁으로서의 사용이다. 본 발명과 관련된 주요 개선사항은 대규모 제조를 위해 적합한 공정에서, AFM 캔틸레버와 같은, MEMS 구조체상에 개별 정렬된 탄소 나노튜브의 제조이다. 본 발명의 실시예에서, AFM 팁은 기능적 소자이고 MEMS 구조체는 AFM 캔틸레버이다. 다른 MEMS 구조체들은 자기 공명력 현미경 검사를 위해 편평 패널 디스플레이, 소리굽쇠 프로브 및, 비틀림 캔틸레버를 포함할 수 있다. 다른 탄소 나노튜브 기능 소자들은 편평 패널 디스플레이 화소, 분자 와이어 또는 분자 안테나로 사용되는 나노튜브를 포함한다. 본 발명은 특별한 MEMS 구조물또는 탄소 나노튜브 기능 소자에 한정될 필요는 없다. 본 발명에 의해 제공되는 제조 방법은 개별 탄소 나노튜브, 또는 개별 탄소 나노튜브의 집합이 기능 소자 또는 장치로서 사용될 수 있는 곳에 다른 많은 응용을 가능하게 한다. 다른 곳에 탄소 나노튜브 구조체를 형성하고 그 후 MEMS 기판에 구조체를 장착하는 대신에, MEMS 기판 상의 특정 위치에 직접 탄소 나노튜브를 제작하는 것이 가능하게 한다.

공정 매개 변수들은 표준 AFM 캔틸레버 제조 과정과 호환가능한 나노튜브 제조 과정이 되도록 조절될 수 있다. 이러한 접근은 일련의 과정에서 탄소 나노튜브 팁 및 실리콘 캔틸레버를 제조하기에 적합하며, 대규모 제조에 이상적이다.

본 발명의 방법은 탄소 나노튜브에 제어된 매개 변수들을 제공하도록 채용된 이하에 서술된 개별 공정 단계들을 포함한다. 또한, 본 방법은 본질적으로 동일한 기능을 달성하는 유사한 공정 단계로 대치될 수 있는 이하에 기술된 개별 공정 단계들로 구성된 처리과정을 포함한다.

도1은 흐름도로서 본 발명의 방법을 도시하고 있다. 먼저 단계 10에서,MEMS 기판이 탄소 나노튜브의 합성을 위해 마련된다.

다음으로, 단계 12에서, 제어된 형상, 직경 및 길이를 가진 NCRS가 MEMS 기판 상의 특정 위치에 층으로 만들어진다. NCRS가 큰 종횡비를 가질 경우, NCRS는 탄소 나노튜브의 형상, 길이 및 직경을 제어하도록 사용될 수 있다. 이 제어 방법은 템플릿(template) 방법이라 불린다. NCRS가 작은 종횡비를 가질 경우, NCRS는 탄소 나노튜브의 직경을 제어할 수 있다. 이 제어 방법은 포어(pore) 방법이라 불린다.

단계 14에서, NCRS의 사이즈나 직경은 그것을 제조하기 위해 사용된 것과 유사 혹은 동일한 방법 또는 그것을 피복하기 위해 사용된 것과 유사 혹은 동일한 방법으로 필요한 만큼 측정되거나 감소될 수 있다. 이런 방법들은 전기화학적 증착, 화학적 증착, 전기산화, 전기도금, 스퍼트링(sputtering), 열 확산 및 증발, 물리적 증착, 졸-겔(sol-gel) 증착, 및 화학적 증착을 포함한다.

단계 16에서, 나노튜브 촉매는 개별 NCRS 내부에 위치된다. 이 촉매를 위치시키는 방법은 전기 화학적 증착, 화학적 증착, 전기산화, 전기도금, 스퍼터링, 열확산 및 증발, 물리적 증착, 졸-겔 증착 및 화학적 증착을 포함한다. 이 촉매는 바닥면과 같은, NCRS의 특정면 또는 NCRS의 모든 면상에 위치될 수 있다.

단계 18에서, 제어 가능한 형상, 직경, 배향, 벽 두께 및 길이를 갖는 나노튜브는 합성용 개별 NCRS 방법 내에서 합성되는데, 상기 방법은 하이드로카바이드의 열 증착과, 화학적 증착 공정의 반응 시간이 탄소 나노튜브의 길이를 조절하도록 조정되는 화학적 증착 공정과, 상기 화학적 증착 공정의 공정 매개변수가 탄소나노튜브의 벽 두께를 조절하도록 조정되는 화학적 증착 공정을 포함한다.

단계 20에서, 합성된 탄소 나노튜브를 포함하는 템플릿 층은 필요하다면 제거될 수도 있다.

그 후, 탄소 나노튜브는 불순물을 제거하도록 정화된다.

본 발명의 주 공정 단계를 반복함으로써 연속하여 수행되는 것은 (1) MEMS 기판을 마련하는 단계와, (2) MEMS 기판 상의 층 내에 NCRS를 생성하는 단계와, (3) NCRS의 직경을 감소시키는 단계와, (4) NCRS 내부에 촉매를 증착하는 단계와, (5) 나노튜브를 합성하는 단계와, (6) 필요할 경우, MEMS 기판 상의 템플릿 층을 제거하는 단계와, (7) 나노튜브를 정화하는 단계이다.

도2는 탄소 나노튜브 팁을 제조하기 위한 템플릿 방법을 도시하고 있는 반면, 도3은 탄소 나노튜브 팁을 제조하기 위한 포어 방법을 도시하고 있다.

본 발명의 방법은 재료 및 공정이 MEMS 재료 및 공정과 가능한 한 호환가능할 때 가장 우수하게 작용한다. 이는 탄소 나노튜브를 성장시키기 위한 CVD 방법, 나노홀(nanohole) 제조 방법 및 촉매 증착 방법을 포함한다.

AFM 캔틸레버의 기능성 및 성능에 의해 부과되는 요구는 형상, 치수, 재료 및 공정을 포함하는 MEMS 설계를 구현하는 것이다.

탄소 나노튜브 팁을 갖는 AFM 캔틸레버의 사용은 도량형학 , 마스크(mask) 리페어(repair) 및 가능하게는 리소그래프 인쇄 도구로써 기능할 것이다. 그러나, 탄소 나노튜브 팁을 갖는 AFM 캔틸레버가 이들 기능에 제한될 필요는 없다.

계측 공구는 샘플의 표면에 걸쳐 고주파수로 진동하면서 깊은 홈에 접근할수 있어야 한다. 이러한 일반 조건을 만족하기 위해서는, AFM 캔틸레버의 형태는 샘플 표면의 모든 부분으로의 팁의 접근을 허용하여야 한다. 캔틸레버 자체에서 직접 성장된 탄소 나노튜브 팁은 샘플 표면을 터치할 정도의 여유 간격을 가질 것이다. 따라서, 캔틸레버(50)는 돌출부(52) 또는 작은 탄소 나노튜브 팁(54)이 도4에 도시된 바와 같이 성장된 크고 무딘 팁에 소정 여유 간격을 제공할 것이 필요하다. 돌출부(52) 또는 대형 팁(54)은 개개의 구멍의 제조 및 발생될 CVD에 대한 적절한 접근을 허용하는 형태를 마련해야 한다. 광전기 화학 에칭이 구멍을 제조하는 데에 사용될 경우, 돌출부는 빛을 전달할 수 있어야 한다. 다른 기능적 논점은 바람직한 주사 속도, 탄소 나노튜브 팁의 가요성, 팁의 고장 가능성 및 캔틸레버 기재와 탄소 나노튜브 팁의 접합을 구비한다.

기하학적 및 기계적인 설계는 기존의 MEMS 제조 기술에 기초한다. 이 접근법은 배열된 제위치에서 성장된 탄소 나노튜브를 갖는 AFM 캔틸레버의 제조를 가능하게 한다. 비표준 MEMS 제조 공정이 가능하지만 상업적으로 존속이 불가능할 수도 있다. 캔틸레버 설계는 전술된 한계에 순응한다.

이론적으로는, 직경, 벽 두께, 및 길이는 (예컨대, CD 계측과 같은) 바람직한 적용예에 의해 요구되는 버클링 힘(buckling force)의 기능으로서 결정된다. 다수의 AFM 적용예에 적합하도록, 직경이 100nm 이하이고 길이가 1㎛ 이상인 탄소 나노튜브가 매우 바람직하다.

양호한 결과를 위해, 본 발명의 방법은 기존의 마이크로 기계가공 기술과 호환가능한 재료를 사용한다. 기존의 MEMS 공정과 사용되는 재료는 조직 재료를 위한 결정질 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 질화물, 텅스텐 및 알루미늄, 희생 재료를 위한 비도핑된 실리콘 산화물(undoped silicon dioxide), 도핑된 실리콘 산화물, 폴리실리콘 및 폴리아미드, 및 건식 에칭을 위한 금속성 수산화물이다. 기존의 MEMS 기술에 대한 공정 표준은 박막 증착, 산화, 도핑, 리소그래프, 화학-기계적 폴리싱, 에칭 및 패킹(packing)을 구비한다. 방법의 다른 변화는 캔틸레버 제조가 광전기 화학 에칭, 전기 도금, CVD 또는 에칭과 같은 다른(MEMS 제조 외의) 공정 단계와 개재되어야 할 때 사용을 위한 공정 계획과 관련된다.

본 발명의 NCRS 제조를 위한 방법은 그 배열, 직경, 깊이 및 위치를 제어하는 능력을 갖는 개개의 나노사이즈의 구멍의 제조와 관련된다. 성장형 나노튜브의 기존 방법은 개개의 정밀 위치된 구멍을 제조할 수 없다. 기존 방법은 균일하게 분배된 구멍들의 배열을 제공하여 균일 분배된 탄소 나노튜브를 제공하는 방법에 따른다.

기하학적인 요구 사항은 제조될 구멍의 배열, 직경, 깊이 및 위치를 의미한다. AFM 팁으로 상업적으로 유용한 탄소 나노튜브를 제조하기 위해서, 팁의 직경 및 나노튜브를 제조하는 데에 사용되는 구멍의 직경은 100nm 미만이어야 한다. 작은 직경이 매우 바람직하다. 상업적인 탄소 나노튜브 팁은 팁이 100nm 직경에 대해 약 1㎛의 길이 가진다는 것을 의미하는 약 10 : 1의 종횡비를 가져야 한다.

다른 중요한 기하학적인 요구 사항은 결과적으로 성장된 탄소 나노튜브는 기판의 표면에도 수직이도록 기판에 직각인 구멍을 가진다는 것이다. 본래, 탄소 나노튜브는 기판의 표면과 각을 형성하는 것이라기보다는 구멍이 배향성을 가지고 제조되어야 한다는 것이다.

이하의 기술은 상기의 기하학적 요구 사항, 즉 전기화학 또는 광전기화학 에칭, 마이크로 기계가공 및 리소그래피를 만족시킬 수 있다. 또한, 각각의 기술은 나노 튜브 성장 방법의 수개의 상이한 변형을 제공한다.

전기화학(EC) 및 광전기화학(PEC) 에칭은 기판 상의 특정 위치에서 개개의 나노사이즈 구멍을 제조하는 데 사용될 수 있다. EC/PEC 에칭은 통상 균일한 직경의 나노 및 마이크로 사이즈 구멍이 기판 상에서 고르게 이격되는 다공성 실리콘 층을 제조하는 데 사용되는 기술이다. 다공성 실리콘 층은 전류 밀도의 제어에 의해 희석된 HF 내에서의 실리콘의 양극화에 의해 제조된다. 다공성 실리콘은 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator) 구조의 절연층, 광학 적용 분야, 광발광(photoluminescence), 전기발광(electorluminescence), 및 3차원 구조의 마이크로 기계가공을 포함하는 적용 분야에 대한 가능성을 제공한다.

EC/PEC 에칭은 구멍의 개수, 직경, 형상, 위치, 깊이 및 배향을 제어하는 데 사용된다. 기존은 EC/PEC 에칭 공정은 기판 상의 임의의 위치에서 정확한 직경을 갖는 상태로 고르게 분포된 구멍의 대량 제조를 위해 양호하게 작동된다. 구멍 직경은 유동 플럭스(flux)로 정확히 제어될 수 있다. 그러므로, 테이퍼지거나 (길이에 대한) 다른 가변 직경 구멍을 포함하는 상이한 구멍 형상에도 가능하다. EC/PEC 에칭을 사용하여 제조되는 구멍의 깊이는 구멍의 직경에 의존한다. 이는 EC/PEC 에칭 중에 연속되지 않는 계단식으로 축방향 및 반경방향 양방향으로 구멍이 성장한다는 사실에 기인한다. 대부분의 경우에서, EC/PEC 제조 구멍은 기판에대해 수직하지만, 경사형 구멍 또한 기판의 배향, 전류 공급원 양극/음극의 위치, 및 광원의 제어에 의해 제조될 수도 있다. 본 발명의 방법은 직경, 형상 및 깊이에 대한 제어에 의해 특정한 요구되는 위치에서 개개의 나노사이즈의 구멍만의 제조를 가능하게 한다.

구멍 위치와 수의 조절은 원하는 위치에서 EC/PEC 에칭을 개시시키는 수단을 사용함으로써 성취될 수 있다. 이 개시를 성취하는 한 방법은 기판 상의 정확한 위치에서 NCRS의 형성을 개시시킬 피트(pits)를 발생시키는 마스크로써 기판을 패터닝하는 방법이다. 구멍의 형성을 개시시키는 다른 방법은 NCRS의 형성을 개시시키는 방법으로써 불순물, 국부 결함 또는 응력을 위치시키는 방법이다. 불순물, 국부 결함 또는 응력은 x-ray 리소그래피(lithography), 디프 UV 리소그래피, 스캐닝 프로브 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 이온 비임 리소그래피, 광학적 리소그래피, 전기화학적 리소그래피, 화학적 증착, 전기적 산화, 전기 도금, 스퍼터링, 열 확산 및 증발, 물리적 증기 증착, 졸-겔 증착 또는 화학적 증기 증착을 사용하여 위치될 수 있다.

NCRS의 위치와 수를 제어하는 다른 방법은 원하는 위치에 에칭을 하고 원하는 위치를 둘러싸는 영역은 에칭을 전혀 하지 않거나 또는 다른 비율로 에칭을 하기 위해서 기판의 형상을 이용하는 방법이다. (AFM 팁과 같은) 뾰족한 기판 정점은 그 둘레의 어떠한 에칭보다도 NCRS를 먼저 에칭한다. 또한, 만일 AFM 팁 정점이 충분히 작다면 오직 작은 수의 구멍만이 에칭될 것이다. 극단적인 경우, 오직 한 개의 구멍만이 형성될 수 있다. 다른 시나리오는 V형 홈은 그 둘레의 어떠한에칭 전에 하부에서 먼저 에칭될 수 있다.

NCRS 크기와 형상의 제어는

(1) PFC 에칭용 광원의 초점, 파장 및 강도의 변화의 효과,

(2) 전류원의 밀도와 변조 변화와,

(3) 불순물 집중을 이용하여 성취될 수 있다.

PC/PFC 에칭의 시기 및 지속 시간은 구멍의 깊이를 제어할 수 있다.

가장 좋은 결과를 얻기 위해서 나노포러스(nanoporous) 규소를 발생시키는 데 사용 가능한 재료가 사용될 수 있고, 또한 이는 MEMS 제조에도 호환가능하다. 예를 들면, P 첨가 규소는 MEMS 제조 및 다공성 규소 제조에 모두 적절하다. 다른 MEMS 및 PEC 호환 재료가 또한 사용가능하다.

PEC 에칭의 대안으로서 본 발명의 방법은 AFM 캔틸레버 상에 특정 위치 상에 개개의 나노사이즈 구멍을 만들기 위해서 이온 밀링과 e-비임 마이크로기계가공 같은 마이크로기계가공 기술을 사용한다. 현존하는 이온 밀링(IM)과 e-비임(EB) 기술이 기판(제어가능한 위치) 상의 정확한 위치 상에 제어가능한 직경과 제어가능한 깊이를 가진 구멍을 제작하는 데 사용될 수 있다.

도4는 기판 상의 정확한 위치에 제어가능한 직경과 제어가능한 깊이를 갖도록 제작된 NCRS를 도시한다.

NCRS를 제작하는 데 IM 및 EB 기술을 사용하는 장점은 10 nm 처럼 작은 직경을 가진 구멍을 제작할 수 있다는 것이다. 또한, 구멍을 포함한 구성의 위치 및 치수가 나노미터 치수 공차로 성취될 수 있다. 또한, 수백 나노미터 깊이가 IM 및EM으로 성취될 수 있다. 마이크로기계가공 산업에서 이들의 장기간의 사용 때문에, IM 및 EM 기술은 표준 MEMS 공정과 호환가능하며, 이는 이 기술들을 아주 매력적으로 만든다.

IM 및 EM의 사용의 단점은 이들의 큰 자본 및 작동 비용과 낮은 작업처리량이고, 이는 탄소 나노튜브 팁을 갖는 AFM의 대량 생산에 이의 사용을 방해하였다. IM 및 EB는 직렬 형태로만 제품을 생산할 수 있기 때문에 개개의 웨이퍼 상에 끼워질 수 있는 AFM 캔틸레버의 어레이 상의 각 구멍은 단계적으로 개별적으로 제작되어야만 한다. 이 시도는 정확한 위치로써 구멍을 제작하기 위해서 복잡한 조종 방법들을 필요로 한다.

또한, 본 발명의 나노튜브 제작의 방법은 MEMS 기판 상의 특정 위치에 개개의 나노사이즈 구멍을 제작하기 위해서 광학 및 스캐닝 프로브 리소그래피와 같은 리소그래픽 기술의 사용을 수용한다. 현존하는 광학 및 스캐닝 프로브 리소그래피 기술은 기판 상의 정확한 위치(제어가능한 위치)에 제어가능한 직경 및 제어가능한 깊이를 갖는 구멍을 제작하는 데 사용할 수 있다. 이들 방법들은 X-레이 리소그래피, 디프 UV 리소그래피, 스캐닝 프로브 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 이온 비임 리소그래피 및 광학 리소그래피를 포함한다.

광학적 리소그래피는 높은 처리량으로 우리의 과제에 요구되는 구멍을 포함하는 제품을 대량 생산가능한 기술이다. 구멍과 같은 위치와 치수의 제어는 큰 중요한 치수 공차로 수행될 수 있다. 이 기술은 표준 MEMS 공정과 호환가능하다. 광학 리소그래피는 마스킹 능력만을 제공할 수 있기 때문에 실질적인 구멍은 에칭으로 제작될 수 있다. 다행히도, 현존하는 광학 리소그래프용 에칭 및 마스킹 공정은 용이하게 제어가능하다. 따라서, 구멍의 깊이는 마스킹 및 에칭 공정에 의존하고, 제어가능하다.

표준 광학 리소그래프 사용의 주요 단점은 130-100 nm의 직경을 갖는 구멍을 생산할 수 없다는 것이고, 이는 이 기술의 현재 제품 크기의 한계이다. 이러한 큰 구멍은 100 nm 이하의 직경을 갖는 탄소 나노튜브를 성장시키는 데 적절하지 못하다. 그러나, 이 단점은 큰 직경 구멍을 원하는 서브 100 nm 아래로 충전으로써 극복될 수 있다. 이 충전은 촉매 재료 또는 다른 적합한 재료로 이루어 질 수 있다. 공정 중에 상기 충전은 탄소 나노튜브를 성장시키는 데 적절한 구멍을 신속하고 저렴하게 제조하기 위한 광학 리소그래피의 사용을 가능하게 한다. 표준 광학 리소그래피 사용의 잠재적인 단점은 이러한 기술용 에칭 공정이 필요로 하는 높은 종횡비(10:1)를 갖는 수직 구멍을 생산할 수 없다는 것이다. 이러한 문제를 처리하기 위해서는 나노사이즈의 구멍을 제조하는데 적절한 마스크 설계, 포토레지스트 및 부식제(etchant)가 필요하다.

스캐닝 프로브 리소그래피는 구멍의 위치 및 치수의 매우 큰 임계 치수 공차를 갖는 구멍을 포함하는 특성을 제조하는 데에 사용된다. 광학 리소그래피에서의 스캐닝 프로브 리소그래피의 이점은 10 ㎚ 이하의 직경을 갖는 구멍을 직접 생산할 수 있어 작은 직경 탄소 나노튜브에 매우 적절하다는 것이다.

광학 리소그래피와 다르고 마이크로기계가공 기술에 보다 유사하게, 스캐닝 프로브 리소그래피는 보다 적은 처리량을 갖는다. 상기 광학 리소그래피에서와 같이, 이러한 기술용 에칭 공정은 필요로 하는 높은 종횡비(10:1)를 갖는 수직 구멍을 생산할 수 없다. 이러한 것을 처리하기 위해, 적절한 팁 반경, 바이어스 전압, 포토레지스트 및 부식제는 나노사이즈 구멍을 제조하는 데 필요하다. 수직 구멍의 높은 종횡비는 10:1이다. 상기 구멍의 직경은 특히, 100 ㎚보다 큰 직경을 갖는 보다 큰 직경의 경우에서, 구멍을 제조하거나 또는 기판을 코팅하는 데 사용되는 방법과 유사하거나 또는 동일한 방법으로 감소될 수 있다. 상기 구멍은 내부 직경이 감소되도록 충전된다. 이러한 단계는 이후에 소정의 작은 직경까지 감소되는 보다 큰 직경의 구멍의 제조를 가능하게 한다. 이러한 공정은 제조용으로 보다 필요로 하는 사항이 적고, 비용도 저렴하다. 예로써, 광학 리소그래피는 상기 구멍을 제조하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 방법은 정밀한 치수 및 위치를 갖춘 NCRS의 제조를 허용하여 결국, 나노튜브의 합성물은 조절된 크기, 형상, 배향 및 위치를 갖는다. 상기 방법은 마이크로전자기계 제조 시스템(MEMS) 제조 공정과 호환가능하도록 수행된다.

그 직경 및 길이를 조절함으로써 개별적인 NCRS를 선택적으로 제조하는 데에는 NCRS가 제조된 층을 코팅하는 데 사용되는 것과 유사한 공정으로 감소된 크기의 NCRS가 필요하다. 이러한 공정은 상기 나노튜브 성장 촉매를 증착시키기 위해 전기화학 증착, 화학 증착, 전기산화, 전기 도금, 스퍼트링, 열확산 및 증발, 물리 증착, 졸-겔 증착 및 물리 증착을 포함한다.

내부의 충전은 촉매 재료 또는 다른 적절한 재료로 수행될 수 있다. NCRS의 내부 충전은 촉매를 증착시키는 데 사용되는 동일한 방법을 사용하여 수행된다.상기 방법은 전기화학 증착, 화학 증착, 전기 산화, 전기 도금, 스퍼트링, 열 확산 및 증발, 물리 증착, 졸-겔 증착, 화학 증착 및 이 기술분야의 숙련자에게 공지된 다른 방법을 포함한다. 변형예에서, 탄소 나노튜브의 성장을 자극하는 동일한 촉매가 상기 구멍을 충전시키기 위한 재료로 사용된다. 이러한 경우에, 어떠한 부가적인 촉매 증착 공정도 필요로 하지 않는다.

촉매로 내부 충전하는 적절양은 상기 구멍보다 작은 탄소 나노튜브의 성장을 제조하여 보다 큰 직경의 구멍을 갖는 작은 직경의 탄소 나노튜브를 제조할 수 있다.

나노튜브 성장 촉매는 개별적인 NCRS 내에 놓여질 수 있다. 탄소 나노튜브 성장 공정에서의 금속 촉매의 기능은 하이드로카바이드(hydrocarbides)를 분해시키고 정돈된 탄소의 증착을 돕기 위한 것이다. 통상의 촉매 재료는 강철, 코발트 및 니켈이다. 상기 구멍의 산화물은 탄소 나노튜브를 성장시키기 위한 촉매로써 사용될 수 있다. Si 및 SiO₂와 같은 MEMS 제조에 사용되는 재료는 SiO₂또는 SiO 촉매를 생산하기 위해 전기 산화되는 Si로 형성된 템플릿을 사용한다. 상기 Si는 도전성이 되도록 도핑된다. 전기 산화된 Si는 나노튜브의 성장에 영향을 끼칠 수 있는 열적 성장 산소보다 더 다공성이다.

탄소 나노튜브가 템플릿으로부터 성장되기 전에, 금속 촉매는 내부에 증착되어져야 한다. 개별적인 템플릿내의 촉매 금속은 선택적으로 증착될 수 있다. 이 기술 분야에 공지된 방법은 상기 구멍 주위에 균일하게 금속 촉매 재질을 증착시키는 데 사용될 수 있다. 현존하는 촉매 증착 방법은 전기화학 증착, 화학 증착, 전기-산화, 전기 도금, 스퍼트링, 열 확산 및 증발, 물리 증착, 졸-겔 증착 및 화학 증착을 포함한다.

금속 촉매는 Ni, Fe 및 Co 용액[모노머(monomer)] 내의 기판을 침지시키는 화학 증착에 의해 증착될 수 있다. 상기 기판은 금속 촉매를 상기 구멍의 내부벽 상에 균일하게 증착시키는 것을 허용하도록 H₂대기(또는 상기 모노머용 산화제)에서 건조된다. 템플릿 상의 소정의 촉매 두께는 상기 용액 내의 촉매-수지산염의 농도로 조절된다.

탄소 나노튜브가 전기-산화를 통해 촉매로써 사용된 기판과 산화피막 사이에 성장될 수 있다는 것은 공지된 사실이다. 양극 산화 시간과 현재의 농도를 변화시키는 것으로 양극 산화 템플릿의 내경을 조절할 수 있다. 탄소 증착 시간을 변화시킴으로써 나노튜브의 벽 두께를 조절할 수 있다. 템플릿의 길이는 탄소 나노튜브의 길이를 결정한다.

촉매 증착은 촉매의 용액 내의 NCRS로 기판을 침지시키고 전자판 구멍에 전기 전위를 인가함으로써 달성 될 수 있다.

졸-겔 증착이 반도체 필름을 포함한 템플릿 내부 코팅에 이용될 수 있다는 것은 본 기술의 숙련자들에게 공지되어 있다. 이 방법에서, 우선 다공성 알루미늄 멤브레인(membrane)을 우선 졸-겔 용액에 담근다. 그 후에, 멤브레인을 졸-겔 용액에서 꺼내어 말린다. 그 결과물은 멤브레인의 구멍내의 튜블(tubule) 또는 파이브릴(fiblile)이다. 튜블 또는 파이브릴은 졸-겔 용액의 온도에 따라 얻어진다. 튜블의 벽 두께는 담금 시간에 의존한다. 본 발명의 방법에서, 졸-겔 방법은 반도체 재료 대신에 니켈, 철 및 코발트 촉매와 같은 금속 촉매를 증착시키는 데 이용된다.

화학 증착은 가장 널리 사용되는 얇은 막 증착 수단이다. 본 발명의 방법은 철, 니켈, 코발트 촉매를 포함한 나노사이즈 템플릿의 벽 코팅에 CVD를 이용한다. 반응 온도, 전구 물질의 양 및 증착 시간이 요구된다.

다공 졸-겔 증착은 반도체 재료 대신에 금속 촉매를 증착시키기 위해 이용될 수 있다. 이 공정은 튜블 대신에 단축 파이브릴을 생산할 수 있다. 단축 파이브릴은 매립 촉매 입자로서 작용할 수 있다.

전기 화학 도금은 구멍 코팅에 필요한 농도, 전기 도금을 생산하는 전류 밀도 및 제어된 증착 시간을 필요로 한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 재료와 함께 기판 상에 전기 도금하는 상술한 공정은 MEMS 제작에도 이용될 수 있다. 이 방법의 기하학적 제약을 만족시키도록, 음극 금속은 구멍의 폐쇄면 상에 배치되어야 한다.

전술된 모든 방법에서, 요구되지 않은 촉매는 탄소 나노튜브가 성장해서 제거되어야 하는 곳에서 구멍의 외부에 증착될 수 있다. 제거 방법은 이하의 것을 포함한다.

(1) 구멍 내에서 촉매를 제거하지 않도록 기판에 경사진 각도에서 이온을 송풍하는 이온 송풍법

(2) 시간 간격이 너무 짧아서 구멍내의 촉매를 씻어낼 수는 없지만 표면을 씻어내기에는 충분한 화학 침지

(3) 자성 촉매의 자성 제거

나노튜브의 합성은 화학 증착(CVD) 공정 매개변수로 조작될 수 있다. 실험의 설계(DOE)는 CVD 전구 물질 가스 온도 및 나노 튜브 성장의 반응 시간을 선택하는 것처럼 공정 매개변수 방법을 조사한다. 바람직한 결과를 달성하는 매개변수 조작을 허용한다.

템플릿 방법과 함께, 전구 물질, 반응 온도 및 반응 시간은 표준 MEMS 기술과 호환할 수 있게 유지되는 동안, 5개의 기초 공정 단계를 수행하도록 최적화된다.

정렬된 탄소 나노튜브는 또한 하이드로카바이드의 열 증착에 의해 합성된다. 하이드로카바이드는 에틸렌, 아세틸렌 및 메탄일 수 있는 전구체로서 사용된다. 운반 가스는 아르곤 또는 질소일 수 있다.

템플릿 방법은 545 내지 900℃ 범위의 CVD 반응 온도를 필요로 한다. 특정 반응 온도는 촉매의 타입과 전구체의 타입에 따라 사용된다. 각각의 화학 반응의 에너지 평형 방정식은 탄소 나노튜브를 확장시키기 위한 최적의 CVD 반응 온도를 분석적으로 판단하기 위해 사용된다. 이는 요구되는 반응 온도 범위를 결정한다. 최적의 반응 온도는 또한 선택된 전구체 및 촉매의 유동률에 의존한다.

템플릿 방법에서 반응 시간은 탄소 나노튜브의 벽 두께를 제어하는데 사용된다. 나노튜브의 성장은 내측으로 방사형이고 템플릿 내에 완전히 함유하고, 더 긴반응 시간은 두꺼운 벽을 가진 나노튜브를 생산한다.

더 두꺼운 벽 두께를 달성하기 위해 반응 시간은 증가되고, 벽 두께 성장을 위한 일부 모델에서는 탄소 나노튜브 벽 두께 증가율이 CVD 증착 시간에 정확히 비례한다고 가정한다. 증가된 반응 시간은 나노튜브의 결정화를 증가시키고 원치 않는 흑연화를 감소시킨다. 본 방법의 다양한 변경은 반응 시간을 맞춰서 단일 벽의 탄소 나노튜브를 생산하고 고 결정화 탄소 나노튜브를 얻도록 한다. 본 방법의 다른 변경은 CVD 반응 시간에 구애되지 않는 얇은 탄소 나노튜브 벽을 생산하는 공지된 공정인, 피각(pyrene) 전구체를 가진 니켈(Ni) 촉매에 의한 반응 시간에 의존하지 않도록 벽 두께를 제어하는 것을 필요로 한다.

합성되는 탄소 나노 튜브의 품질은 촉매, 전구체, 반응 온도 및 반응 시간에 의존한다. 나노튜브의 품질은 또한 기판의 형상(직경 및 구멍의 배향)에 의존한다. 탄소 나노튜브의 적합한 정렬은 구멍의 배향에 의존한다.

반응 시간이 벽 두께로 결정되는 템플릿 방법과는 다르게, 구멍 방법에서 반응 시간은 나노튜브의 길이를 결정한다. 더 긴 반응 시간은 나노튜브가 구멍의 표면을 지나 돌출할 수 있는 더 긴 나노튜브를 생산한다. AFM 팁을 위해 요구되는 반응 시간은 약 1 μm 길이인 탄소 나노튜브를 생산하도록 결정되어져야 한다. 포어 방법에서 벽 두께를 제어하는 수단은 알려지지 않는다. 나노튜브 벽 두께를 제어하기 위한 수단은 합성된 탄소 나노튜브의 기화이다.

몇몇 사례들은 합성된 탄소 나노튜브가 손상 없이 벗겨지는 것을 요구한다. 이 단계는 언커버링(uncovering) 부식액의 선택 및 최적의 언커버링 시간을 결정하는 것으로 이루어진다. 이 사례들에 있어서 템플릿 층 그 자체가 제거되기 때문에 템플릿 방식을 사용하여 성장된 탄소 나노튜브가 벗겨진다. 탄소 나노튜브가 정제된 후에, AFM 팁으로서 기능하도록, CVD 템플릿 방식으로 성장된 탄소 나노튜브는 템플릿으로부터 벗겨져야 한다. 볏겨진 탄소 나노튜브는 기판으로부터 적어도 1 μm 돌출 되야 하고, 반면에 그 근저는 기판과 일체로 되어야 한다.

탄소 나노튜브를 벗기기 위한 가장 통상적이고 믿을만한 방식은 습식 및 건식 에칭이다. 본 발명의 방식은 표준 습식 부식제를 사용하고 언커버링 공정을 제어하기 위한 다른 MEMS-호환 기판 재료와 함께 폭넓은 경험이 이들의 사용에 기초가 된다.

부식제 특성에 대한 경험은 에칭 필요 조건과 결합되고 공정 중 재료를 위한 최선의 부식제를 선택하기 위해 사용된다. 에칭 필요 조건은 원하는 에칭 비율 및 필요로 하는 에칭의 유형인 등방성 또는 비등방성을 포함한다. 비등방성 에칭의 비율은 에칭 재료의 결정학에 의존하고, 비등방성 에칭은 주로 벌크형 MEMS 제조에 사용된다. 등방성 에칭은 주로 표면형 마이크로기계가공 MEMS 제조에 사용된다. 선택된 부식제는 개별적인 부식제, 희석된 부식제 또는 비율을 가지고 혼합된 몇몇 부식제의 조합일 수도 있다.

또한 부식제는 MEMS에 적합하여야 한다. MEMS 제조에 적합한 것으로 알려진 부식제는 KOH, HF, HF:HCl, H3PO4 및 NaOH이나 이들 부식제에 한정될 필요는 없다. 언커버링 부식제는 SiO2, 캔틸레버 제조에서 희생 재료로 사용되는 실리콘 질화물과 반응할 가능성이 있다. 이 희생층들은 탄소 나노튜브의 언커버링을 포함하는전체 공정들이 완성될 때까지 캔틸레버를 제 위치에 고정하도록 사용된다. 언커버링 부식제와 희생 재료 사이의 반응은 캔틸레버를 조급하게 해제시킬 수도 있다. 이러한 상황은, MEMS 제조 공정의 일부로서, 언커버링 부식제가 캔틸레버 해제 부식제로서 사용되어지게 한다.

또한 습식 에칭의 시간은 나노튜브의 길이, 즉 그것이 기판의 바닥으로부터 얼마나 멀리 돌출 되는지를 제어하는 방식으로서 사용된다. 단지 원하는 나노튜브의 길이를 노출시키고 구조적 지지를 위해 기판에 묻힌 부분을 유지하도록 나노튜브 길이를 제어하는 결정적인 단계는 에칭 공정 시간에 있다.

선택된 부식제 및 기판에 대하여, 에칭 비율은 경험적으로 결정될 수도 있고 또는 알려질 수 있다. 에칭 비율을 알면, 원하는 나노튜브의 길이를 언커버링 하는 에칭 시간은 계산된다. 탄소 나노튜브의 원하는 전체 길이는 템플릿의 길이이다. 기판에 매립되어져야 하는 나노튜브의 길이는 템플릿이 떨어져 부식되어져야 하는 깊이이다. 기판에 파묻혀야 되는 나노튜브의 깊이는 필요한 강도를 가진 AFM 팁으로서 기능한다.

부식제가 캔틸레버를 동시에 해제하고 나노튜브를 벗기는 특별한 경우에 대해서는 최적의 에칭 시간을 분석적으로 결정할 수 있다. 그러나, 이러한 예측은 더 복잡하다. 먼저, 위에 설명된 바와 같은 언커버링 공정을 위한 에칭 시간이 결정된다. 그 후, 얼마나 깊은 희생층(다른 재료를 가짐)이 동시에 용해되어야하는지가 결정된다. 또한 계산은 동일한 부식제 및 부식된 재료에 대한 수직 및 측방향 에칭 비율의 차이에 대하여 계산하여야 한다. 캔틸레버 아래의 희생 재료는 수직 및 측방향 에칭에 의해 제거되어야하기 때문에 이것은 중요한 사항이다.

언커버링 방식과 같은 다중층 방식은 상사층이 부식제에 저항하지 않고 바닥층이 부식제에 저항하는 두 개의 층으로 된 템플릿 기판의 사용을 포함하는 또 다른 변화이다. 이 다중층 방식은 나노튜브 언커버링 공정을 자체 조정하게 만든다. 또한 이러한 접근은 탄소 나노튜브 팁의 길이를 정밀하게 제어하는 효과적인 방법을 제공한다.

비록 본 발명이 자세하게 설명되었을 지라도, 여기에서 다양한 변화, 대용 및 교체들이 첨부된 청구항들에 의해 설명된 바와 같이 발명의 사상과 범위로부터 벗어남이 없이 만들어질 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (81)

1. MEMS 장치의 기능 소자로서 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 제조하는 방법에 있어서,

   적어도 하나의 탄소 나노튜브의 성장을 위한 MEMS 기판을 마련하는 단계와,

   상기 MEMS 기판 상에서 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 위치를 결정하는 한 위치에서 제1 층 내에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계와,

   상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물 내에 나노튜브 촉매를 배치시키는 단계와,

   상기 촉매 보유 구조물 내에 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 희생 층인 상기 제1 층을 상기 나노튜브가 나타나도록 상기 MEMS 기판으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조는 조절되는 위치, 배향, 형상 및 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물은 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 위치, 배향, 형상, 직경 및 길이를 조절하도록 템플릿으로서 기능하는것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물은 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 직경을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물은 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물은 상기 MEMS 기판에 대해 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 배향을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판에 대한 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 상기 배향은 상기 MEMS 기판에 대해 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판에 대한 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 상기 배향은 상기 MEMS 기판에 대해 직각인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 한 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계는 전기 화학적 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 한 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계는 광전기 화학적 에칭 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 한 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계는 전기 화학적 에칭 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 한 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계는 기계적 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 한 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계는 전자 비임에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 한 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계는 이온 비임에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 한 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 생성하는 단계는 리소그래피 공정이고, 상기 리소그래피 공정은 X-레이 리소그래피, 디프 UV 리소그래피, 스캐닝 프로브 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 이온 비임 리소그래피 및 광학 리소그래피로 구성된 군에서 선택된 한 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물 내에 상기 나노튜브 촉매를 배치하는 단계는 나노튜브 촉매를 증착시키기 위해 전기 화학적 증착, 화학적 증착, 전기산화, 전기도금, 스퍼터링, 열확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸겔 증착 및 화학적 기상 증착으로 구성된 군으로부터 선택된 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브 촉매 보유 구조물 내에 나노튜브를 합성하는 단계는 탄화수소물의 열 증착을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물 내에 나노튜브를 합성하는 단계는 화학적 기상 증착 공정을 포함하고, 상기 화학적 기상 증착 공정의 반응 시간은 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 길이를 조절하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물 내에 나노튜브를 합성하는 단계는 화학적 기상 증착 공정을 포함하고, 상기 화학적 기상 증착 공정의 공정 매개변수는 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 벽 두께를 조절하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물의 직경을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물의 직경을 감소시키고 상기 나노튜브 촉매를 위치시키는 단계는 전기 화학적 증착, 화학적 증착, 전기산화, 전기도금, 스퍼터링, 열확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸-겔 증착 및 화학적 기상 증착으로 구성된 군으로부터 선택된 공정에 의해 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제21항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체의 직경을 감소시키는 단계 및 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내부에 상기 나노튜브 촉매를 위치시키는 단계는 동시에 수행되고, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체의 상기 직경을 감소시키는 상기 단계는 전기화학적 증착, 화학적 증착, 전기산화, 전기도금, 스퍼터링, 열확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸-겔 증착 및 화학적 기상 증착으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정을 사용하고, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내부에 상기 나노튜브 촉매를 위치시키는 상기 단계는 전기화학적 증착, 화학적 증착, 전기산화, 전기도금, 스퍼터링, 열확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸-겔 증착 및 화학적 기상 증착으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브를 정화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판은 AFM 캔틸레버인 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제1항에 있어서, 탄소 나노튜브는 100㎚ 이하의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제1항에 있어서, 탄소 나노튜브는 100㎚ 이하의 종횡비 10 : 1의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 변동 직경을 갖는 상기 나노튜브를 생산하는 변동 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 변동 수직 프로파일을 갖는 상기 나노튜브를 생산하는 변동 수직 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
30. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 테이퍼진 수직 프로파일을 갖는 상기 나노튜브를 생산하는 테이퍼진 수직 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 위치에 적어도 하나의 제2 층을 증착하는 단계와, 상기 MEMS 기판 상의 위치에서의 상기 적어도 하나의 제2 희생층 내에 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 단계와, 상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내부에 상기 나노튜브 촉매를 증착하는 단계와, 상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내부에 제2 나노튜브를 성장시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 제1항의 방법에 있어서, 상기 나노튜브를 드러내도록 상기 MEMS 기판으로부터 적어도 하나의 제2 층을 제거하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제2 층은 희생층인 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제1항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 구조체는 원통형, 구형, 포로이드형(foroid -like) 및 나선형으로 이루어진 군으로부터 선택된 형상들 중 적어도 하나로부터 선택된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
34. MEMS 장치의 기능적 소자로서 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 제조하기 위한 방법에 있어서,

    적어도 하나의 탄소 나노튜브의 성장을 위한 MEMS 기판을 준비하는 단계와,

    상기 MEMS 기판 상의 위치에서의 제1 층 내에 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 단계와,

    상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내부의 하부면 상에 나노튜브 촉매를 위치시키는 단계와,

    상기 촉매 보유 구조물내부에 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 합성시키는 단계를 포함하고,

    상기 위치가 상기 MEMS 기판 상에 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
35. 제34항에 있어서, 상기 나노튜브를 드러내도록 상기 MEMS 기판으로부터 상기 제1 층을 제거하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제1 층은 희생층인 것을 특징으로 하는 방법.
36. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 제어되는 위치, 배향, 형상, 직경 및 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
37. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 위치, 배향, 형상, 직경 및 깊이를 제어하도록 구멍으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 방법.
38. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 직경을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
39. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 상기 MEMS 기판에 대해 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 배향을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
40. 제34항에 있어서, 상기 MEMS 기판에 대한 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 상기 배향은 상기 MEMS 기판에 대해 각도를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
41. 제34항에 있어서, 상기 MEMS 기판에 대한 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 상기 배향은 상기 MEMS 기판에 대해 수직한 것을 특징으로 하는 방법.
42. 제34항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 상기 단계는 전기화학적 공정, 광전기화학적 에칭 공정, 전기화학적 에칭 공정, 기계적 공정, 전자 비임 공정, 이온 비임 공정 및 리소그래피 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정이고, 상기 리소그래피 공정은 X-레이 리소그래피, 디프 UV 리소그래피, 스캐닝 프로브 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 이온 비임 리소그래피 및 광학 리소그래피로 이루어진 군으로부터 선택된 공정인 것을 특징을 하는 방법.
43. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내부에 나노튜브 촉매를 위치시키는 상기 단계는 전기화학적 증착, 화학적 증착, 전기산화, 전기도금, 스퍼터링, 열확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸-겔 부착 및 화학적 기상 증착으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
44. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하기 위한 단계는 하이드로카바이드의 열 증착를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
45. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하기 위한 단계는 화학 기상 증착 공정을 포함하며, 상기 화학 기상 증착 공정의 반응 시간이 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 벽 두께를 제어하기 위해 조작되는 것을 특징으로 하는 방법.
46. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하기 위한 단계는 화학 기상 증착 공정을 포함하며, 상기 화학 기상 증착 공정의 공정 매개변수는 적어도 하나의 탄소 나노튜브의 길이를 제어하기 위해 조작되는 것을 특징으로 하는 방법.
47. 제34항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체의 직경을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
48. 제47항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체의 직경을 감소시키는 단계 및 위치 단계는 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 전기화학 증착, 화학 증착, 전기 산화, 전기도금, 스퍼터링, 열 확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸-겔 증착, 및 화학 기상 증착으로 구성되는 군으로부터 선택된 공정으로 상기 나노사이즈 촉매 구조물을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
49. 제47항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체의 직경을 감소시키는 단계 및 상기 나노튜브 촉매를 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 위치시키는 단계는 동시에 수행되고, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체의 직경을 감소시키는 단계는 전기화학적 증착, 화학적 증착, 전기 산화, 전기도금, 스퍼터링, 열 확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸-겔 증착, 및 화학적 기상 증착으로 구성되는 군으로부터 선택된 공정을 이용하며, 상기 나노튜브 촉매를 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 위치시키는 단계는 상기 나노튜브 촉매를 증착시키기 위해 전기화학적 증착, 화학적 증착, 전기 산화, 전기도금, 스퍼터링, 열 확산 및 증발, 물리적 기상 증착, 졸-겔 증착, 및 화학적 기상 증착으로 구성되는 군으로부터 선택된 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
50. 제34항에 있어서, 상기 나노튜브를 정화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
51. 제34항에 있어서, 상기 MEMS 기판은 AFM 컨티레버인 것을 특징으로 하는 방법.
52. 제34항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브는 100 nm 이하의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
53. 제34항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브는 100 nm 이하의 종횡비 10 : 1의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
54. 제34항에 있어서,

    상기 MEMS 기판 상의 위치에 적어도 하나의 제2 층을 증착시키는 단계와,

    상기 MEMS 기판 상의 위치에 적어도 하나의 제2 희생층 내에 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성시키는 단계와,

    상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 상기 나노튜브 촉매를 증착시키는 단계와,

    상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 제2 나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
55. 제34항에 있어서, 상기 나노튜브를 드러내기 위해 상기 MEMS 기판으로부터 적어도 하나의 제2 층을 제거시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 층은 희생층인 것을 특징으로 하는 방법.
56. MEMS 장치의 기능 소자로서 탄소 나노튜브 패턴을 제조하기 위한 방법에 있어서,

    탄소 나노튜브의 패턴을 성장시키기 위해 MEMS 기판을 준비하는 단계와,

    상기 MEMS 기판 상의 탄소 나노튜브의 패턴 위치를 결정하는 위치에서 제1 층 내의 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성시키는 단계와,

    상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 나노튜브 촉매를 위치시키는 단계와,

    상기 촉매 보유 구조물내에 탄소 나노튜브 패턴을 합성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
57. 제56항에 있어서, 상기 나노튜브를 드러내기 위해 상기 MEMS 기판으로부터 상기 제1 층을 제거시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 층은 희생층인 것을 특징으로 하는 방법.
58. 제56항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 제어된 위치, 배향, 형상, 직경 및 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
59. 제56항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 탄소 나노튜브의 패턴의 위치, 배향, 형상, 직경, 및 깊이를 제어하기 위해 템플릿으로 기능하는 것을 특징으로 하는 방법.
60. 제56항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 위치에서 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 상기 단계는 전기화학적 공정, 광전기화학적 에칭 공정, 전기화학적 에칭 공정, 기계적 공정, 전자 비임 공정, 이온 비임 공정 및 리소그래피 공정으로 구성되는 군으로부터 선택된 공정이며, 상기 리소그래피 공정은 X-레이 리소그래피, 디프 UV 리소그래피, 스캐닝 프로브 리소스래피, 전자 비임 리소그래피, 이온 비임 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 이온 비임 리소그래피, 및 광학 리소그래피로 구성되는 군으로부터 선택된 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
61. 제56항에 있어서, 상기 나노튜브 촉매를 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 위치시키는 단계는 상기 나노튜브 촉매를 증착시키기 위해 화학적 증착, 전기 산화, 전기도금, 스퍼터링, 물리적 기상 증착, 및 화학적 기상 증착으로 구성되는 군으로부터 선택된 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
62. 제56항에 있어서, 상기 나노튜브를 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 합성시키는 단계는 하이드로카바이드의 열 증착을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
63. 제56항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하는 단계는 화학적 기상 증착 공정을 포함하고,

    상기 화학적 기상 증착 공정의 반응 시간은 탄소 나노튜브들의 패턴들의 길이를 제어하기 위해 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
64. 제56항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하는 단계는 화학적 기상 증착 공정을 포함하고,

    상기 화학적 기상 증착 공정의 공정 매개변수는 탄소 나노튜브들의 패턴들의 벽 두께를 제어하기 위해 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
65. 제56항에 있어서, 탄소 나노튜브들의 상기 패턴들을 정화시키는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
66. 제56항에 있어서,

    상기 MEMS 기판 상의 위치에서 적어도 하나의 제2 희생층을 증착시키는 단계와,

    상기 MEMS 기판 상의 소정의 위치에 상기 적어도 하나의 제2 층 내에 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 단계와,

    상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 상기 나노튜브 촉매를 증착시키는 단계와,

    상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 탄소 나노튜브들의 제2 패턴을 성장시키는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
67. 제56항에 있어서, 상기 나노튜브를 드러내기 위해 상기 MEMS 기판으로부터 상기 적어도 하나의 제2 층을 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 층은 희생층인 것을 특징으로 하는 방법.
68. 기판 상에 형성된 탄소 나노튜브들의 어레이와,

    상기 탄소 나노튜브들의 어레이에 결합된 제어 시스템을 포함하는 평평 패널 표시장치.
69. 제68항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브들의 어레이는,

    탄소 나노튜브들의 패턴들의 성장을 위해 MEMS 기판을 준비하는 단계와,

    상기 MEMS 기판 상에서 상기 MEMS 기판 상의 탄소 나노튜브들의 패턴들의 위치를 결정하는 위치에서 제1 층 내에 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 단계와,

    상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 나노튜브 촉매를 위치시키는 단계와,

    상기 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브들의 패턴들을 합성하는 단계를포함하는 단계들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 평평한 패널 표시장치.
70. 제69항에 있어서, 상기 나노튜브를 드러내기 위해 상기 MEMS 기판으로부터 상기 제1 층을 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 층은 희생층인 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
71. 제69항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 제어된 위치, 배향, 형태, 직경, 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
72. 제69항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조체는 탄소 나노튜브들의 패턴들의 위치, 배향, 형태, 직경, 길이를 제어하기 위한 템플릿으로 기능하는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시 장치.
73. 제69항에 있어서, 상기 MEMS 기판 상의 소정 위치에 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 단계는 전기화학적 공정, 광전기화학적 에칭 공정, 전기 화학적 에칭 공정, 기계적 공정, 전자 비임 공정, 이온 비임 공정, 리소그래피 공정으로 구성된 군으로부터 선택된 공정이고,

    상기 리소그래피 공정은 X-레이 리소그래피, 디프 UV 리소그래피, 스캐닝 프로브 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 이온 비임 리소그래피, 광 리소그래피로 구성된 군으로부터 선택된 공정인 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
74. 제69항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 상기 나노튜브 촉매를 위치시키는 단계는 상기 나노튜브 촉매를 증착시키기 위해 화학적 증착, 전기 산화, 전기 도금, 스퍼터링, 물리적 기상 증착, 화학적 기상 증착으로 구성된 군으로부터 선택된 공정을 사용하는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
75. 제69항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하는 단계는 하이드로카바이드의 열 증착을 포함하는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
76. 제69항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하는 단계는 화학적 기상 증착 공정을 포함하고, 상기 화학적 기상 증착 공정의 반응 시간은 탄소 나노튜브들의 패턴들의 길이를 제어하기 위해 조작되는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
77. 제69항에 있어서, 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 상기 나노튜브를 합성하는 단계는 화학적 기상 증착 공정을 포함하고,

    상기 화학적 기상 증착 공정의 공정 매개변수는 탄소 나노튜브들의 패턴들의 벽 두께를 제어하기 위해 조작되는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
78. 제69항에 있어서, 탄소 나노튜브들의 상기 패턴들을 정화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
79. 제69항에 있어서,

    상기 MEMS 기판 상의 위치에 적어도 하나의 추가적인 층을 증착시키는 단계와,

    상기 MEMS 기판 상의 위치에서 상기 적어도 하나의 추가 층 내에 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조체를 생성하는 단계와,

    상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에 상기 나노튜브 촉매를 증착시키는 단계와,

    상기 제2 나노사이즈 촉매 보유 구조물내에서 탄소 나노튜브의 제2 패턴을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평평 패널 표시장치.
80. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브를 드러내기 위해 상기 MEMS 기판으로부터 상기 적어도 하나의 추가 층을 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 층은 희생층인 것을 특징으로 하는 방법.
81. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 에칭제에 대해 상이한 선택도를 갖는 상부층과 하부층의 두 개의 다른 층들의 템플릿을 포함하고,

    상기 적어도 하나의 나노튜브를 드러내는 공정은 상이한 선택도 때문에 자기조절되고, 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 합성하는 단계는 상기 나노사이즈 촉매 보유 구조물벽의 입자 크기에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 방법.