KR20090055191A - 전기전도도 및 광 투과율이 우수한 탄소나노튜브 필름, 및이로부터 얻어진 전자 소자 및 광 투과형 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 필름의 기판간 접합력을 개선시키고 탄소나노튜브 필름내 탄소나노튜브간 전기적 접합 저항을 저감시키는 방법과, 이로부터 얻어진 전기전도도 및 광 투과율이 우수한 탄소나노튜브 필름을 이용하여 전자 소자 및 광 투과형 전극을 제조하는 방법에 관한 것으로, 아크 방전을 이용하여 탄소나노튜브가 흡착된 기판을 제조한 다음 상기 기판상에 유기 용매로 표면처리하여 탄소나노튜브가 수평 배열된 탄소나노튜브 필름을 제작하고, 얻어진 탄소나노튜브 필름을 산화성 가스 분위기 하에 온도를 올려 비정질 탄소 및 탄소나노튜브 이외의 탄소 나노 입자들을 제거하고 산성 용액으로 촉매 금속 입자들을 제거하여 전기전도도 및 광 투과율을 개선시키며, 나아가 포토레지스트 코팅, 노광 고정, SOG 도포, 박막 증착 공정을 통해 전자 소자 제작이 가능하며, 미세 패턴 형태의 전극을 제조하는 것으로 구성되어 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 탄소나노튜브 필름 제작과 함께 탄소나노튜브의 수평 배열을 도입하여 대면적화가 가능할 뿐 아니라 간단하고 저렴한 방법에 의해 탄소나노튜브 필름의 전기전도도 및 광 투과율을 개선시킬 수 있다. 또한, 이렇게 표면처리된 탄소나노튜브필름은 전자파 차폐, 전기화학적 저장장치(2차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 캐패시터)의 전극, 광 투과형 전극뿐만 아니라, 탄소나노튜브 트랜지스터, 센서 소자 및 유무기 오염원에 대한 선택적 흡착 성능을 발휘할 수 있는 필터에 사용될 수 있다.

탄소나노튜브 필름, 수평 배열, 유기용매, 전기전도도, 광 투과율

Description

전기전도도 및 광 투과율이 우수한 탄소나노튜브 필름, 및 이로부터 얻어진 전자 소자 및 광 투과형 전극 {Carbon nano tube film having excellent conductivity and optical transparency, and electronic devices and optical transmission type electrode obtained by using thereof}

본 발명은 전기전도도 및 광 투과율이 우수한 탄소나노튜브 필름, 및 이로부터 얻어진 전자 소자 및 광 투과형 전극에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 탄소나노튜브 필름의 기판간 접합력을 개선시키고 탄소나노튜브 필름내 탄소나노튜브간 전기적 접합 저항을 저감시키는 방법과, 이로부터 얻어진 전기전도도 및 광 투과율이 우수한 탄소나노튜브 필름을 이용하여 전자 소자 및 광 투과형 전극을 제조하는 방법에 관한 것이다.

다중벽 탄소나노튜브는 직경이 수십～수백 나노미터 이내이며, 그 길이가 수 마이크로에서 수백 마이크로에 이를 정도로 구조의 비등방성이 크다. 또한, 역학적으로도 견고하고(강철의 100 배 정도), 화학적인 안정성도 뛰어나며, 열전도도가 높고, 속이 비어있는 특성을 가진다. 이러한 탄소 나노튜브는 전자파 차폐, 전 기화학적 저장장치(2차 전지,연료 전지 또는 수퍼 캐패시터)의 전극, 전계 방출 디스 플레이, 전자 증폭기, 또는 가스 센서 등에 적용하는 연구가 활발하다.

탄소나노튜브의 비표면적은, 대체로 100 ~ 400 ㎥/g으로서 다른 활성 탄소에 비해 작은 편이지만, 전기 화학적 저장이나 가스센서 및 전자파 차폐에 우수한 성능을 보이고 있다. 그리고, 비표면적을 증가시킨 탄소나노튜브는 더욱 우수한 특성을 발휘할 것으로 보인다.

특히, 비표면적이 증가된 탄소나노튜브는 오폐수 처리, 소각로 및 화학공정 시설에서의 유해 배기 가스의 흡착 및 제거, 전기 전자 제조과정에서의 미량의 유해가스 제거, 유해물질과 세균 등을 제거하는 필터에 응용할 수 있다.

따라서, 비표면적을 증가시키기 위한 다양한 방법들이 시도되었는데, 한 예로서, 한국특허출원 제1998-7009168에서는 합성된 탄소나노섬유에 얇은 탄소막을 피복한 다음, 증기, 이산화탄소 또는 공기를 이용하여 얇은 탄소막의 선택적 산화 등의 방법을 통한 활성화 방법 및 표면을 하나 이상의 물질과 반응 또는 접촉시켜 작용기를 부착시키는 방법을 통해 활성화시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 우선 탄소나노섬유에 얇은 탄소막을 피복하는 별도의 공정이 필요하므로, 대량 생산시에 비용이 상승하는 문제점을 안고 있다.

또한, 한국특허출원 제2002-0030684에서는 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 100 중량부를 기준으로 30 내지 1000 중량부 의 알칼리 화합물과 혼합한 후 500 내지 1500℃로 20 분 내지 120 분간 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리방법 및 이에 사용되는 장치를 개시하고 있다. 그러나, 이러한 고온에서의 처리는 탄소나노튜브의 결정성을 높이든지, 아니면 탄소나노튜브내에 알카리 금속의 doping을 유도하기 위한 열처리 방법으로서, 필름형태로 제작한 뒤 이를 다시 열 산화 공정 및 산 용액 식각 공정을 수행하는 것은 아닌 것이다.

이뿐 아니라 Zhong Chen에 의한 "Transparent, conductive carbon nanotube films", 2004, Science에 따르면, 탄소나노튜브를 분산한 뒤 이를 필터링 공정을 이용하여 필터 위에 탄소나노튜브 필름을 형성한 뒤 이를 기판상에 위치시켜 필터를 녹이는 2단계 공정을 수행하여 탄소나노튜브 필름을 형성하는 기술이 개시되어 있으나, 상기 공정에서 사용되는 필터는 나노 크기의 멤브레인을 사용하며, 고분자 계열의 나노 멤브레인과 양극 산화된 알루미늄 산화물을 이용하는 경우가 일반적으로, 이 경우 고분자 계열의 나노 멤브레인 필터의 크기에 의해서 탄소나노튜브 필름의 크기가 정해 지는데, 일반적으로 10 cm를 넘지 못하므로 대면적 공정에는 한계가 있을 뿐 아니라 또한 공정이 번거로워 탄소나노튜브 필름 제작 시간 및 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기 술적 과제를 일거에 해결하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은 아크 방전법에 의해서 생성된 탄소나노튜브를 아크 방전중에 기판을 아크 방전 챔버내에 장착하여 기판상에 흡착시킨다. 흡착된 기판을 유기 용매로 표면처리함으로써, 탄소나노튜브와 기판간 접합력을 증대시킬 뿐 아니라 대면적화가 가능한 탄소나노튜브 필름을 제작하는 방법을 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 이러한 방법에 의해 탄소나노튜브가 수평으로 배열되어 기판간 접합력 및 탄소나노튜브간 전기적 접합 저항을 낮추어 전기전도도 및 광투과율이 우수하여, 전극이나 필터 등에 사용될 수 있는 고기능성 활성 탄소나노튜브필름을 제공하려는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 이와 같이 하여 얻어진 탄소나노튜브 필름으로부터 전자 소자 및 광 투과형 전극을 제조하는 방법을 제공하려는데 있다.

본 발명의 일견지에 의하면,

아크 방전 도중 아크 방전 챔버내에 기판을 삽입하여 아크 플라즈마에 의해 기화된 탄소 원자와 촉매 금속원자들이 냉각 및 응축하는 과정에서 단일벽 혹은 다중벽 탄소나노튜브가 기판에 약한 결합으로 흡착시키는 제1 공정,

상기 기판을 압축공기 blowing 처리하여 탄소나노튜브 분말을 형성하는 제2 공정,

탄소나노튜브 분말을 분산한 뒤 필터링하여 필터 상에 탄소나노튜브 필름을 형성하고, 형성된 필름을 기판상에 위치시켜 필터를 녹이는 제3(a) 공정, 혹은 분산된 탄소나노튜브 용액을 스핀 코팅후 건조시키는 제3(b) 공정, 으로 이루어지는 아크 방전법을 이용하여 탄소나노튜브 필름을 제작함에 있어서,

상기 제2 공정 및 제3(a)(b) 공정들을 유기 용매를 사용하여 표면처리하는 제4 공정으로 대체하여 탄소나노튜브가 기판상에 수평 배열된 탄소나노튜브 필름을 제작하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 필름의 기판간 접합력을 개선시키고 탄소나노튜브 필름내 탄소나노튜브간 전기적 접합 저항을 저감시키는 방법을 제공한다.

본 발명의 제2견지에 의하면,

일 견지의 방법에 의해 제조된 탄소나노튜브가 수평으로 배열되어 전기전도도 및 광 투과율이 개선된 탄소나노튜브 필름을 제공한다.

본 발명의 제3견지에 의하면,

제2견지의 탄소나노튜브 필름 상에 금속층, 금속 합금층, 금속 산화물, 유기박막, 질화물, 세라믹 물질 및 포토레지스트층을 코팅하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 전자 소자 제작공정, 전기전도도 및 광 투과율이 우수한 전자 소자 및 광 투과형 전극의 제작방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 아크 방전 도중 아크 방전 챔버내에 기판을 삽입하여 아크 플라즈마에 의해 기화된 탄소 원자와 촉매 금속원자들이 냉각 및 응축하는 과정에서 단일벽 혹은 다중벽 탄소나노튜브가 기판에 약한 결합으로 흡착시키는 제1 공정, 상기 기판을 압축공기 blowing 처리하여 탄소나노튜브 분말을 형성하는 제2 공정, 탄소나노튜브 분말을 분산한 뒤 필터링하여 필터 상에 탄소나노튜브 필름을 형성하고, 형성된 필름을 기판상에 위치시켜 필터를 녹이는 제3(a) 공정, 혹은 분산된 탄소나노튜브 용액을 스핀 코팅후 건조시키는 제3(b) 공정, 으로 이루어지는 아크 방전법을 이용하여 탄소나노튜브 필름을 제작함에 있어서, 상기 제2 공정 및 제3(a)(b) 공정들을 유기 용매를 사용하여 표면처리하는 제4 공정으로 대체하여 탄소나노튜브가 기판상에 수평 배열된 탄소나노튜브 필름을 제작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 방전법은 통상 이용가능한 방법이라면 제한없이 사용가능한 것으로, 이에 한정하는 것은 아니나 일례를 들어보면, 챔버 내부를 진공으로 만들고 여기에 300 내지 400 torr의 압력으로 아르곤 가스, 헬륨 가스나 수소가스를 흘려주면서, 챔버내에 설치된 양극 탄소봉과 음극 탄소봉 사이의 간격을 약 1 ㎜로 한 상태에서, 여기에 10 내지 30 V의 직류전압을 인가하면, 두 전극 사이에 아크가 발생하게 되고, 이러한 아크 방전에 의해 복합 다중벽 탄소나노튜브(MWNT: MultiWall NanoTube)나 단일벽 탄소나노튜브(SWNT: SingleWall NanoTube)가 제조되게 된다. 아크 방전의 전류량, 인가시간, 전압, 촉매, 불활성 분위기 등에 의해 탄소나노튜브의 종류, 크기 및 수율이 정해진다. 참고로, 다중벽 탄소나노튜브의 경우 음극쪽의 흑연 판 위에서 직접 아크 플라즈마의 영향을 직접 받고 성장하는 다중벽 탄소나노튜브는 아크 방전법에 의해서 직접 기판에 성장하기는 불가능하지만, 아크 플라즈마에 의해서 기화된 탄소와 촉매 금속의 응축 및 냉각과정에 의해서 합성된 단중벽 탄소나노튜브 및 이중벽 탄소나노튜브의 경우, 기판에 직접적인 아크 플라즈마의 영향을 받지 않고도 단중벽 탄소나노튜브 및 이중벽 탄소나노튜브가 부착될 수 있다.

상기 유기 용매의 종류로는 탄소나노튜브의 소수성이 매우 크고 물과 같은 용매를 이용 시 대부분의 탄소나노튜브가 기판상에서 분리되어 오히려 물 위에 뜨게 될 뿐 아니라 무극성 소재인 점을 감안하여, 극성 유기 용매, 즉, 메탄올, 아세톤, 에탄올, 트리클로로 에틸렌, 이소프로필 알콜, 톨루엔, n-헥산, DMF 등을 사용하여야 한다. 이는 상기 극성 유기 용매 함유 용액에서는 별도의 계면활성제를 사용하지 않고는 분산이 이루어지지 않기 때문이다.

이 같은 극성 유기 용매와 상기 탄소나노튜브와 같은 무극성 소재가 반응하면 표면에너지를 줄이기 위해 급격한 응축이 발생하게 되며, 이에 따른 탄소나노튜 브의 응축은 기판상에서 수평배열 형태로 이루어지게 되는 것이다.

또한, 상기 유기용매의 사용량은, 침지시에는 기판이 완전히 담궈질 정도의 용량 및 표면에 도포시 표면을 완전히 덮을 용량 이상으로 처리하면 충분하며, 바람직하게는 상기 기판의 중량을 기준으로 너무 적으면 사용되는 기판의 일부에만 유기 용매가 작용하여 탄소나노튜브의 수평 배열 효과가 개선되지 않을 수 있고, 너무 많으면 탄소나노튜브 흡착시 너무 많은 영향을 주어, 기판내 탄소나노튜브의 형성을 되려 파괴시킬 수 있으므로 30 내지 1000 중량부인 것이 바람직하며, 50 내지 700 중량부인 것이 보다 바람직하고, 100 내지 500 중량부인 것이 가장 바람직하다. 이 같은 유기 용매는 기판에 침지하거나 도포하여 사용할 수 있다.

이 같은 유기 용매 표면처리에 의한 탄소나노튜브의 수평 배열에 대한 정확한 반응기전은 알 수 없으나, 탄소나노튜브는 매우 소수성이 두드러진 물질이므로 수용액 기반의 용액에 처리시 탄소나노튜브가 기판에서 떨어져 수용액 윗층에 뜨게 되지만, 유기 용매의 경우 탄소나노튜브가 기판에 오히려 응집되는 형태로 붙어 있는 것으로 추론되며, 또한 분위기 상태가 공기에서 유기 용매로 변화되면 오히려 탄소나노튜브의 응집이 빨리 이루어져 기판에 수평 배열되는 것으로 여겨진다. (도 1c 참조)

이때 기판으로는 이에 한정하는 것은 아니나, 코닝 유리, 소다라임 유리기판, SiO₂가 증착되어 있는 Si 기판, 석영기판, 사파이어 기판, GaAs 기판, MgO 기판 등을 들 수 있으며, 본 발명의 방법을 적용 가능한 탄소나노튜브 필름의 두께는 아크 방전 시간을 제어하여 조절할 수 있으며, 아크 방전 시간이 증가하면 탄소나노튜브 필름의 두께를 증대시킬 수 있다. 탄소나노튜브의 필름을 구성하는 탄소나노튜브의 직경은 단중벽 탄소나노튜브의 경우 번들(bundle) 구조를 이루고 있으며, 이때 대략 번들 구조의 두께는 30 nm 이하가 적합하다.

이렇게 하여 탄소나노튜브가 수평으로 배열된 탄소나노튜브 필름을 제작한 다음 산화성 가스 분위기에서 기판의 온도를 올려 비정질 탄소 및 탄소나노튜브 이외의 탄소나노입자를 제거하는 것이 바람직하다. 상기 산화성 가스 분위기는 공기, 산소, 오존, 질소산화물로부터 선택된 분위기 등을 사용하여 만들 수 있다.

이때 반응의 온도는, 앞서 설명한 바와 같이, 300 내지 420℃로서 상기 온도범위에서 비정질 탄소를 효과적으로 제거할 수 있는 것으로, 비정질 탄소의 발화는 400도 정도에서 이루어지며, 탄소나노튜브의 발화는 450도 정도의 온도에서 이루어지므로 고온에서는 탄소나노튜브가 산화되어 제거되고, 너무 저온에서는 비정질 탄소의 제거가 이루어지지 않기 때문이다.

또한, 처리시간은 앞서 상술한 바와 같이 20∼360분 정도 처리하는 것이 적당하며, 처리시간이 너무 짧으면 비정질 탄소가 충분히 제거되지 않으며, 반대로 너무 길면 경제적으로 바람직하지 않다.

이와 동시에 혹은 순차적으로 질산, 염산, 황산, 왕수, 불산 용액으로부터 선택된 1종 이상의 산성 용액으로 처리하여 촉매 금속 입자 및 촉매 금속 산화물을 제거하는 것이 바람직하다. 참고로, 아크 방전법에 의해 성장된 탄소나노튜브의 경우 촉매 금속입자(Ni, Fe, Co, Mo, Pt, Pd, Au들의 혼합물 혹은 단일 금속입자)를 함유하고 있으며, 특히 이들은 탄소나노튜브의 표면 및 끝 부분에 강하게 흡착되어 있는데, 30∼60% 농도의 산을 이용하여 특히 5분 이상 처리하면 이들을 효과적으로 제거할 수 있다.

이때 농도가 낮은 산을 이용할 경우 그만큼 촉매 금속 입자의 제거 시간이 길어 질 것이고, 너무 농도가 높은 산을 이용시 식각 공정 시간이 너무 짧아지는 단점을 지니므로 바람직하지 않다.

상술한 방법에 의해 제조된 탄소나노튜브가 수평으로 배열되어 전기전도도 및 광 투과율이 개선된 탄소나노튜브 필름을 제공할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 탄소나노튜브 필름은 기판상에 수평 배열되어 기판과 높은 접합력을 갖기 때문에, 탄소나노튜브의 열 산화 공정 및 습식 식각 공정 동안에 탄소나노튜브 필름이 기판에서 떨어지는 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 방법은 단지 탄소나노튜브의 수평 배열을 도입하는 것 이외에, 기타의 화합물을 사용하여 탄소나노튜브 등의 표면에 관능 기를 도입하는 것에도 용이하게 응용될 수 있으며, 이러한 내용들은 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이뿐 아니라, 상기 탄소나노튜브 필름 상에 금속층, 금속합금층, 금속 산화물, 유기박막, 질화물, 세라믹 물질을 증착하여, 포토레지스트층을 코팅하는 단계; 를 통하여 전기전도도 및 광 투과율이 우수한 전자 소자 및 광 투과형 전극도 제작가능하다.

구체적으로는, 포토레지스트 코팅을 통한 노광 공정, 이를 통한 탄소나노튜브 필름 패턴의 형성, 필름 패턴 형성을 통한 미세 전자 소자 제작이 가능하며, 미세 전자 소자 위에 질화물 및 세라믹과 같은 절연층을 증착하여, 독립적인 전자 소자의 제작이 가능하며, 이 부분에 금속층과 같은 전극을 형성하여, 탄소나노튜브 필름 트랜지스터 및 탄소나노튜브 필름 다이오드의 제작이 가능하다.

또한 전극층 형성을 통해, 가스 센서 및 바이오 센서 등을 제작할 수 있으며, 유기 반도체 및 무기 반도체 물질의 증착을 통해 발광 소자 및 수광 소자를 제작 할 수 있으며, 탄소나노튜브 태양 광 전지 제작에 활용될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 탄소나노튜브 필름 제작과 함께 탄소나노튜브의 수평 배열을 도입하여 대면적화가 가능할 뿐 아니라 간단하고 저렴한 방법에 의해 탄소나노튜브 필름의 전기전도도 및 광투과율을 개선시킬 수 있다. 또한, 이렇게 표면처리된 탄소나노튜브필름은 전자파 차폐, 전기화학적 저장장치(2차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 캐패시터)의 전극, 광 투과형 전극뿐만 아니라, 탄소나노튜브 트랜지스터, 센서 소자 및 유무기 오염원에 대한 선택적 흡착 성능을 발휘할 수 있는 필터에 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 1 : 유기용매 표면처리]

아크 방전 도중 아크 방전 챔버내에 SiO₂가 증착되어 있는 Si 기판을 삽입하여 아크 플라즈마에 의해 기화된 탄소 원자와 촉매 금속원자들이 냉각 및 응축하는 과정에서 단일벽 혹은 다중벽 탄소나노튜브가 기판에 약한 결합으로 흡착시켰다. 상기 기판을 메탄올에 기판이 완전히 담궈질 정도의 용량으로 수초동안 침지시켰다. 종래 아크 방전법에 의해 얻어진 탄소나노튜브 필름은 도 1(a)(b)로서, 그리고 본 발명의 방법에 의해 얻어진 탄소나노튜브 필름은 도 1(c)에 도시하였다.

종래 얻어진 탄소나노튜브 필름은 도 1(a)(b)에서 보듯이, 거의 모든 탄소나노튜브가 기판에 부착되지 않은 상태로 서로 엉켜 있는데 반하여, 본 발명의 방법에 따른 탄소나노튜브 필름은 도 1(c)에서 보듯이, 에탄올과 같은 유기 용매 처리시 기판상에 탄소나노튜브를 수평으로 배열할 뿐 아니라 서로 응축되어 필름을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 이로써, 유기 용매를 사용하여 표면 처리하면 기판과 탄소나노튜브간 접합력을 증대시킬 수 있음을 추론할 수 있다.

[ 실시예 2 : 산화성 분위기하 열처리 및 산성 용액 처리]

상술한 실시예 1에서 얻어진 탄소나노튜브 필름을 산소 분위기에서 400℃에서 60 분간 수행하여 비정질 탄소 및 탄소나노튜브 이외의 탄소나노 입자를 제거하였다. 이때, 탄소나노튜브 필름의 산화성 가스 분위기를 확인하기 위하여 TGA 데이터를 측정하고 이를 도 2에 그래프로서 나타내었다.

도 2에서 보듯이, 비정질 탄소의 제거가 360 ℃에서 이루어지며, 이에 따른 무게 감소 및 400 ℃에서는 거의 탄소나노튜브의 연소가 이루어지지 않음을 확인할 수 있었다.

또한, 산화성 분위기하 열처리 온도를 확인하기 위하여, DTA 측정 결과 400℃에서 비정질 탄소의 산화 반응 발생을 확인하였고 450℃에서 단일벽 탄소나노튜브의 산화 반응 발생할 수 있었으며, 이로부터 열처리시 온도는 400℃부근에서 수행하는 것이 바람직한 것을 확인하였다. 이같이 산화성 분위기하에서 열처리한 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 3에 도시하였다. 도 3에서 보듯이, 주사전자현미경 사진에서 수평 배열이 뚜렷이 확인되지 않았다.

그런 다음 50% 염산 용액에서 5분간 처리하여 촉매 금속 및 촉매 금속 산화물을 제거하고, 상기 정제 공정 처리에 따른 투과도 변화 및 열산화 정제 및 산 정제 공정을 통해 얻어진 필름의 광학적 특성 결과를 측정하고 도 4에 도시하였다.

도 4에서 보듯이, 얻어진 탄소나노튜브 필름의 전기전도도 및 광 투과율을 높일 수 있었으며, 이는 상술한 실시예 1의 유기 용매 적용처리에 의해 기판상에 탄소나노튜브를 수평으로 배열함으로써 기판과 탄소나노튜브간 접합력을 증대시키는데 부가하여 탄소나노튜브간 접기적 접합 확률을 높여 탄소나노튜브 필름의 전기 전도도 및 광 투과율을 높일 수 있음을 입증하는 것이다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이상의 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형이 가능할 것이다.

도 1은 아크 방전법에 의해 성장된 탄소나노튜브 필름의 유기용매를 처리하지 않은 사진 (1a)(1b)와 본 발명의 일 실시예에 의해 유기용매를 처리한 사진(1c)이고;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 성장된 탄소나노튜브 필름의 산화성 가스 분위기를 확인하는 TGA 데이터를 도시한 그래프이고;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 산화성 분위기하에서 열처리한 시편의 주사전자현미경 사진이고;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 성장된 탄소나노튜브 필름의 정제 공정 처리에 따른 투과도 변화 및 열 산화 정제 및 산 정제 공정을 통해 순도가 높은 탄소나노튜브로 이루어진 필름의 광학적 특성 결과를 도시한 도면 및 그래프이다.

Claims (13)

1. 아크 방전 도중 아크 방전 챔버내에 기판을 삽입하여 아크 플라즈마에 의해 기화된 탄소 원자와 촉매 금속원자들이 냉각 및 응축하는 과정에서 단일벽 혹은 다중벽 탄소나노튜브가 기판에 약한 결합으로 흡착시키는 제1 공정,

   상기 기판을 압축공기 blowing 처리하여 탄소나노튜브 분말을 형성하는 제2 공정,

   탄소나노튜브 분말을 분산한 뒤 필터링하여 필터 상에 탄소나노튜브 필름을 형성하고, 형성된 필름을 기판상에 위치시켜 필터를 녹이는 제3(a) 공정, 혹은 분산된 탄소나노튜브 용액을 스핀코팅후 건조시키는 제3(b) 공정, 으로 이루어지는 아크 방전법을 이용하여 탄소나노튜브 필름을 제작함에 있어서,

   상기 제2 공정 및 제3(a)(b) 공정들을 유기 용매를 사용하여 표면처리하는 제4 공정으로 대체하여 탄소나노튜브가 기판상에 수평 배열된 탄소나노튜브 필름을 제작하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 필름의 기판간 접합력을 개선시키고 탄소나노튜브 필름내 탄소나노튜브간 전기적 접합 저항을 저감시키는 방법
2. 제1항에 있어서, 상기 표면처리시 사용되는 유기 용매로는 메탄올, 아세톤, 에탄올, 트리클로로 에틸렌, 이소프로필 알콜, 톨루엔, n-헥산 및 DMF로부터 선택 된 것을 특징으로 하는 방법
3. 제2항에 있어서, 상기 유기 용매는 기판이 완전히 담궈질 정도의 함량으로 기판을 침지하거나 혹은 및 기판 표면을 완전히 덮을 함량으로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법
4. 제1항에 있어서, 상기 기판으로는 코닝 유리, 소다라임 유리기판, SiO₂가 증착되어 있는 Si 기판, 석영기판, 사파이어 기판, GaAs 기판, MgO 기판으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법
5. 제1항에 있어서, 상기 표면처리하는 제4 공정에 이어서, 산화성 가스 분위기하에 기판을 열처리하는 제5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
6. 제5항에 있어서, 상기 산화성 가스 분위기는 공기, 산소, 오존, 질소산화물로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법
7. 제5항에 있어서, 상기 열처리 조건은 300∼420℃ 범위내에서 20∼360분간 수행하는 것을 특징으로 하는 방법
8. 제5항에 있어서, 상기 열처리하는 제5 공정에 이어서, 산성용액으로 처리하는 제6 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
9. 제8항에 있어서, 상기 산성 용액은 산, 염산, 황산, 왕수, 불산 용액으로부터 선택된 1종 이상으로 30∼60%의 농도로 처리하는 것을 특징으로 하는 방법
10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 탄소나노튜브가 수평으로 배열되어 전기전도도 및 광투과율이 개선된 탄소나노튜브 필름
11. 제10항의 탄소나노튜브 필름에 포토레지스트 코팅공정, 노광 공정, SOG 도포 공정, 박막 증착 공정을 순차적으로 수행하는 것을 포함하여 이루어지는 전자 소자 제작방법
12. 제11항에 있어서, 상기 포토레지스트 코팅 공정은 상기 탄소나노튜브 필름 상에 금속층, 금속 합금층, 금속 산화물, 유기박막, 질화물, 세라믹 물질을 증착하여, 포토레지스트 층을 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법
13. 제11항의 방법에 의해 얻어진 전기전도도 및 광 투과율이 우수한 전자 소자 및 광 투과형 전극

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