KR20140022423A - 나노스트럭쳐 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20140022423A KR1020137031253A KR20137031253A KR20140022423A KR 20140022423 A KR20140022423 A KR 20140022423A KR 1020137031253 A KR1020137031253 A KR 1020137031253A KR 20137031253 A KR20137031253 A KR 20137031253A KR 20140022423 A KR20140022423 A KR 20140022423A
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셈부쿠티아라칠라게 라비 실바
벤 폴 젠센
구안 요우 첸
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Abstract

본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 방법에 관한 것이다. 그 방법은 열 제어 배리어(17)을 기판(15)상에 제공하는 단계 및 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 예를 들어, 탄소 함유 가스 플라즈마를 이용하는 플라즈마 화학기상증착에 의해 탄소 나노튜브를 형성하는데 이용될 수 있다. 탄소 나노튜브가 형성되는 동안에 기판(15)의 온도는 350 ℃ 미만으로 유지될 수 있다.

Description

나노스트럭쳐 제조 방법 및 장치{NANOSTRUCTURE PRODUCTION METHODS AND APPARATUS}
본 발명은 낮은 기판 온도에서 나노스트럭쳐를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 열 제어 배리어(thermal control barrier) 그리고, 선택적으로 목표 기판의 표면을 가열하는 열원을 사용하는 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 용어 '나노스트럭쳐'(NSs)는 단일 벽 및 다중 벽(multi-walled) 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 탄소 나노필라멘트, 탄소 나노로프(탄소 나노 튜브로 이루어진 로프), 실리콘 및 실리콘 산화물 나노와이어, 갈륨 질화물 나노와이어, 아연 산화물 나노와이어 등과 같이, 높은 종횡비를 갖는 모든 금속성, 반도체성 및 절연성 나노스트럭쳐를 포함하는 범용적 용어로서 사용된다.
높은 종횡비를 갖는 나노스트럭쳐는 매우 다양한 응용분야에서 큰 잠재력을 갖고 있다. 양자 구속(quantum confinement), 높은 종횡비, 독특한 전기적, 광학적, 기계적 특성 등을 가져오는 나노스트럭쳐의 작은 크기로 인해 나노스트럭쳐는 인터커넥트, 전극, 센서, 나노급 레이저 등과 같은 응용분야에 매우 바람직해진다.
나노스트럭쳐(NSs)의 실제는 학술 문헌에 충분히 문서화되어 있으며 광범위하게 조사되어 있다. 나노스트럭쳐(NSs)는 많은 기술에 의해 합성될 수 있는 것으로 알려져 있다. 일례는 탄소 나노튜브이며, 합성 기술은 아크 방전, 레이저 기화, 전자 빔 및 촉매 열분해를 포함한다. 다른 공지된 방법은 화학기상증착(CVD) 및 플라즈마 CVD(PECVD)를 사용하는 것이다. 탄소 나노튜브에 관한 배경 정보는 2000년 12월 발행된 Scientific American(P. G. Collins 등)의 38 내지 45쪽에 '전자공학용 나노 튜브'로 종래 기술 문헌으로 개시된다. 이 문헌은 CNT 생산 방법을 개시하며, 기판은 500℃ 내지 1200℃ 정도의 온도로 가열되는 진공 오븐 또는 유동 관 내에 배치되고, 메탄과 같은 가스를 함유하는 탄소는 전이 금속 함유 촉매에 직면하여 선택적으로 도입되어서, 특히 탄소 증기로 분해된다. 탄소 증기의 일부분은 탄소 나노튜브로 형성 또는 응축된다. 촉매 프로세스는 촉매가 갈륨이고 공급 가스가 실란(S. Sharma 및 M.K. Sunkara의 2004년 Nanotechnology 130 내지 134쪽)인 실리콘 나노와이어 및 촉매로서 니켈을 사용하고 공급 가스로서 갈륨과 암모니아를 사용하는 GaN 나노와이어(F. Sammy의 2004년 NNIN REU Research accomplishments 112쪽)와 같이 상이한 재료로 된 매우 다양한 나노와이어를 합성하는데 사용되는 기술과 유사하다.
이들 나노스트럭쳐의 합성은 일반적으로 500℃ 이상의 고온으로 제한된다. 일례는 국제특허출원 WO 99/65821에 공개된 탄소 나노튜브를 성장시키는 기술이며, 이 출원에는 플라즈마 화학기상증착(PECVD)을 이용하여 유리, 무수규산, 석영 및 실리콘과 같은 재료상에 탄소 나노튜브를 형성하는 방법이 개시된다. '고온 필라멘트' PECVD 방법은 300℃ 내지 700℃의 고온 가스를 사용하여, 예를 들면 666℃의 변형점(strain point)을 갖는 유리 상에 탄소 나노튜브를 증착한다. 재료상에 놓이는 고온 필라멘트는 탄소 나노튜브가 상부에 증착되는 재료를 직접 가열하며, 기판 위쪽에 플라즈마를 일으키는데 요구되는 에너지를 제공하여 탄화수소 가스를 분리하는 메커니즘을 제공하고 촉매를 사용하여 탄소 나노튜브를 형성한다. 그 후, 상부에 탄소 나노튜브가 증착되는 유리는 평판 디스플레이 제품에 사용된다.
단일 벽 및 다중 벽 탄소 나노튜브의 통제된 패터닝 및 성장에 대한 방법 및 시스템이 US 6,858,197로부터 공지되어 있다. 기판은 먼저 선택된 재료로 된 제 1 층 및 촉매로 된 제 2 층으로 코팅된다. 제 1 층의 제공으로 탄소 나노튜브와 관련된 전기 전도성이 향상되고 기판으로부터 제 2 층 내의 촉매의 들뜸(lift-off)을 방지하는데 도움이 된다. 통상적으로 가스 온도는 800 내지 1100℃이다.
대안적인 탄소 나노튜브 제조 시스템 및 방법은 US 2005/0109280으로부터 공지되어 있다. 나노튜브는 온도 조절된 척으로 지지되는 기판 내에 형성된다. 나노튜브가 형성되자마자, 냉각 사이클이 시작되어 기판의 배면을 냉각시킨다.
현행 기술은 실제 기판 온도를 포함하며, 이는 적용분야 개발에 상당한 제한이 된다. 최근의 연구는 낮은 합성 온도로의 이동에 초점을 맞추어 오고 있으며, 일례는 국제특허출원 WO 03/011755에 개시된 기술이며, 이 출원에서는 기판 온도에서의 탄소 나노튜브 형성을 실내 온도까지 낮추는 것이 개시되어 있다. WO 03/011755의 내용은 본 명세서에 전체로서 참조된다.
WO 03/011755의 공개 후에, (S. Hofmann, B Kleinsorge, C. Ducati 및 J. Robertson의) 2003 발행된 New journal of Physics의 153.1쪽 및 (T.M. Minea, S. Point, A. Granier 및 M. Touzeau의) 2004년 발행된 Applied Physics Letter의 1244쪽서 보고된 바와 같이, 300℃ 이하의 낮은 기판 온도를 갖는 유사한 기술에 대한 보고가 있었으며, 두 기술은 모두 저온 때문인 것으로 생각되는 불완전한 탄소 나노튜브를 제시한다.
기판 재료상에서의 탄소 나노튜브의 명백히 낮은 온도 합성에 대한 다른 프로세스는 CN 1448334로부터 공지되어 있다. 이 문헌은 복수 층 기판상에서 직접적으로 탄소 나노튜브를 성장시키는 것을 개시한다. 3개의 금속 층은 기판상의 하나의 금속 캐리어 층과 덮개 금속 층 사이에 삽입된 하나의 활성 금속 촉매층을 포함한다. 활성 금속 촉매는 Fe, Co, Ni 또는 이들의 합금이고, 금속 캐리어 층 및 덮개 금속 층은 Au, Ag, Cu, Pd, Pt, 또는 이들의 합금이며, 3개의 층은 진공 스퍼터링, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 스크린 프린팅 또는 전기 도금을 통해 형성될 수 있다.
본 발명은 탄소 나노튜브의 형성 및 성장을 위한 개선된 저온 PECVD 프로세스를 제공하기 위해 안출되고 개선되었다.
제 1 측면으로부터, 본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은: 기판상에 열 제어 배리어(barrier)를 제공하는 단계 및 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 단계를 포함한다. 열 제어 배리어는 기판의 온도가 비교적 낮은 온도로 유지될 수 있게 조력하고 그에 따라 기판을 형성하는데 이용될 수 있는 재료의 범위를 넓히는데 조력한다. 그에 따라, 열 제어 배리어는 기판에 대한 열 영향을 감소시킨다. 바람직하게, 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 기판의 온도는 바람직하게 350 ℃ 미만이다.
적어도 본원 발명의 바람직한 실시예에서, 결함 레벨을 낮게 유지하면서 저온에서 기판상에 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 증착(deposit)할 수 있게 되며, 그에 따라, 특히 공지된 고온 증착 방법과 함께 이용될 수 없는 상업적으로 중요한 물질에 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 도포하는 경우에, 탄소 나노튜브의 상업적 제조 가능성을 높일 수 있게 된다. 본 발명은 또한 빨라진 성장(growth) 속도에 기인하여 NSs 합성에서의 수율 및 생산량을 높일 수 있게 한다.
통상적으로, 나노스트럭쳐 또는 나노물질은 열 제어 배리어 상에 형성된다.
기판이 전체 표면에 걸쳐 보호될 수 있도록, 바람직하게, 열 제어 배리어는 실질적으로 연속적인 층내에 제공된다. 열 제어 배리어는 임의의 적절한 기술을 이용하여 도포될 수 있을 것이다. 그러나, 바람직하게, 열 제어 배리어는 기판상에 증착된다. 예를 들어, 열 제어 배리어는 기판상에 스퍼터링될 수 있다.
바람직하게, 열 제어 배리어는 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 바람직하게, 열 제어 배리어는 3nm; 5nm; 10nm; 20nm; 30nm; 50nm; 100nm; 또는 200nm 또는 그 이상의 두께를 갖는다. 열 제어 배리어의 두께는 추가적인 보호가 필요한 곳에서 보다 증대될 수 있을 것이다. 열 제어 배리어의 두께는 500nm 또는 그 이상이 될 수도 있을 것이다.
바람직하게, 열 제어 배리어는 금속(예를 들어, 티타늄), 반도체 또는 유전체 물질이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 방법은 나노스트럭쳐 또는 나노물질의 형성을 촉진하기 위해 열 제어 배리어상에 촉매를 제공하는 단계를 더 포함한다. 촉매는 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되기에 앞서서 도포될 수 있고; 또는 나노스트럭쳐 또는 나노물질의 형성과 동시에 도포될 수 있다. 예를 들어, 촉매는 입자 크기가 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛인 분말 형태로 제공될 수 있다. 통상적인 리소그래피 기술을 이용하여 촉매를 패턴닝할 수도 있을 것이다.
촉매는 전이 금속과 같은 금속이 될 수 있다. 촉매는, 예를 들어, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe)로 이루어진 그룹에서 선택된 금속 또는 금속의 혼합물이 될 수 있다. 물론, 촉매는 원하는 나노스트럭쳐의 형성을 촉진하기 위해서 선택될 수 있다. 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe)은 탄소 나노튜브의 성장에 일반적으로 사용되는 반면; 갈륨(Ga) 또는 금(Au)은 실리콘 나노와이어를 위해 사용될 수 있다. 유사하게, ZnO 나노와이어의 경우에는 다른 물질이 이용될 수 있을 것이다.
특정 실시예들에서, 열 제어 배리어는 기판의 온도를 350 ℃ 이하로 유지하기에 적합하다. 그러나, 기판의 냉각을 위한 추가적인 단계를 실시할 수도 있을 것이다. 이는, 물 또는 헬륨 가스와 같은 냉매를 냉각 웰(cooling well)로 공급하는 단계에 의해 실시될 수 있다. 열 제어 배리어는 기판의 전방 면 및 냉각된 기판의 후방 면에 제공될 수 있다. 바람직하게, 기판을 냉각시키는 단계는 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 실시된다. 가장 바람직하게, 기판을 냉각시키는 단계는 프로세스를 통해서 실질적으로 연속적으로 실시된다. 바람직하게, 냉각은 기판의 실질적으로 균일한 냉각을 보장하도록 제어된다.
나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안 기판의 온도는 275 ℃; 225 ℃; 175 ℃; 또는 125 ℃ 미만이 될 것이다. 바람직하게, 기판의 온도는 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 최대가 된다.
기판의 냉각은 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 즉시 개시될 수 있다. 그러나, 바람직하게, 기판의 냉각은 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 실시된다. 그에 따라, 열 제어 배리어는 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되게 허용하면서도 기판을 비교적 낮은 온도로 유지시킬 수 있다.
플라즈마는 촉매 및/또는 열 제어 배리어의 표면을 가열시킬 것이다. 그러나, 상기 방법이 열 제어 배리어 및/또는 촉매를 추가적으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적인 가열은, 예를 들어, 레이저; 적외선 광; 또는 고온 필라멘트에 의해 실시될 수 있을 것이다.
열 제어 배리어가 광학적으로 반사적(reflective)일 수 있다. 그에 따라, 배리어가 빛, 예를 들어 적외선 램프로부터의 빛을 반사시켜, 기판을 저온으로 유지할 수 있고, 가능한 경우에는 촉매의 가열을 촉진할 수도 있을 것이다. 열 제어 배리어는 열적 절연체에 의해 형성될 수 있을 것이다. 물론, 열 제어 배리어는 광학적으로 반사적이고 열적으로 절연체가 될 수도 있을 것이다.
상기 방법은 하나 이상의 소자(device)를 기판상에 제공하는 추가적인 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 소자는, 예를 들어, 트랜지스터와 같은 전자 부품일 수 있다. 바람직하게, 열 제어 배리어는 상기 하나 이상의 소자의 위쪽에 제공된다. 바람직하게, 하나 이상의 소자는 상기 열 제어 배리어에 의해 적어도 상당 부분이(substantially) 덮인다. 나노스트럭쳐 또는 나노물질가 둘 이상의 소자들 사이의 인터커넥터(interconnects)를 형성할 수 있다. 하나 이상의 콘택 층이 기판상에 제공되어 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 상기 하나 이상의 소자에 연결할 수 있다.
기판은, 예를 들어, 플라스틱 물질일 수 있다.
추가적인 측면에서 볼 때, 본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 기판 상에 제공된 하나 이상의 소자 위에 열 제어 배리어를 제공하는 단계와 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 단계를 포함한다. 나노스트럭쳐 또는 나노물질은 통상적으로 열 제어 배리어 상에 형성된다.
바람직하게, 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 기판의 온도는 350 ℃ 미만이 된다. 열 제어 배리어는 기판의 능동적인 냉각 없이 기판의 온도를 350 ℃ 미만으로 유지할 수 있는 충분한 보호를 제공할 수 있다. 그러나, 특정 실시예들에서, 상기 방법은 기판을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게, 기판은 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 냉각된다. 기판은 바람직하게 균일하게 냉각된다.
상기 방법은 열 제어 배리어를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 비록, 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는데 사용되는 플라즈마가 열을 가할 것이지만, 추가적인 가열 단계가 적절하게 이용될 수도 있을 것이다.
바람직하게, 열 제어 배리어는 실질적으로 연속적인 층으로 제공된다. 열 제어 배리어는 임의의 적절한 기술을 이용하여 도포될 수 있을 것이나, 열 제어 배리어상에 스퍼터링되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 열 제어 배리어의 두께는 3nm; 5nm; 10nm; 20nm; 30nm; 50nm; 100nm; 또는 200nm 또는 그 이상의 두께를 갖는다. 열 제어 배리어는, 예를 들어, 티타늄 층일 수 있다.
기판상에 제공되는 하나 이상의 소자는 바람직하게 상기 열 제어 배리어에 의해 적어도 상당 부분이 덮일 수 있다. 바람직하게, 하나 이상의 소자는 트랜지스터와 같은 전자 부품이다.
또 다른 측면에서 볼 때, 본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 기판의 제 1 표면상에 열 제어 배리어를 제공하는 단계 및 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안 상기 기판의 제 2 표면이 냉각된다. 나노스트럭쳐 또는 나노물질은 통상적으로 열 제어 배리어 상에 형성된다.
기판의 제 2 표면을 냉각하는 단계는 바람직하게 상기 표면 전체에 걸쳐서 균일하게 실시된다. 이는 나노스트럭쳐 또는 나노물질의 균일한 형성을 촉진한다.
바람직하게, 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 기판의 온도는 350 ℃ 미만이 된다. 열 제어 배리어는 기판의 능동적인 냉각 없이 기판의 온도를 350 ℃ 미만으로 유지할 수 있는 충분한 보호를 제공할 수 있다.
그러나, 특정 실시예들에서, 상기 방법은 기판을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게, 기판은 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 냉각된다. 바람직하게, 상기 제 2 표면은 냉각 웰내로 냉매를 도입함으로써 냉각된다. 상기 방법은 상기 제 2 표면과 상기 기판이 지지되는 표면 사이의 계면(interface)에 가스를 도입하는 단계를 추가적으로 포함한다. 상기 가스는 수소 또는 헬륨일 수 있다.
상기 방법은 열 제어 배리어를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 비록, 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는데 사용되는 플라즈마가 열을 가할 것이지만, 추가적인 가열 단계가 적절하게 이용될 수도 있을 것이다.
바람직하게, 하나 이상의 소자가 상기 기판의 제 1 측면상에 제공된다. 상기 하나 이상의 소자는 바람직하게 상기 열 제어 배리어에 의해 적어도 상당 부분이 덮일 수 있다. 바람직하게, 하나 이상의 소자는 트랜지스터와 같은 전자 부품이다.
또 다른 측면에서 볼 때, 본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 기판의 제 1 표면상에 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 단계 및 상기 기판의 제 2 표면을 냉각하는 단계를 포함하며; 이때 상기 제 2 표면과 상기 기판이 지지되는 표면 사이의 계면에 가스가 도입된다. 계면에 도입되는 가스는 바람직하게 수소이다.
기판의 제 2 표면을 효과적으로 냉각하기 위해 기판이 지지되는 표면을 냉각시키는 것이 바람직하다. 그 표면은 냉각 웰내로 냉매를 도입함으로써 냉각될 수 있다. 바람직하게, 제 2 표면은 상기 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 냉각된다.
전술한 방법은 열 제어 배리어에 촉매를 도포하는 추가적인 단계를 포함할 수 있다. 촉매는 나노스트럭쳐 또는 나노물질의 ㅎ여성과 동시에 도포될 수 있고, 또는 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되기에 앞서서 도포될 수도 있다.
또 다른 측면에서 볼 때, 본 발명은 기판 및 열 제어 배리어를 포함하는 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 조립체 또는 구조물에 관한 것이다. 바람직하게, 열 제어 배리어는 3nm; 5nm; 10nm; 20nm; 또는 30nm 또는 그 보다 큰 두께를 가진다.
전자 부품과 같은 하나 이상의 소자가 기판상에 제공될 수 있다.
또 다른 측면에서 볼 때, 본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 조립체에 관한 것으로서, 상기 조립체는 기판 및 하나 이상의 소자를 포함하고; 이때 열 제어 배리어가 상기 기판 및 하나 이상의 소자의 적어도 상당 부분을 덮는다.
하나 이상의 소자가 트랜지스터와 같은 전자 부품일 수 있다. 상기 조립체는 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 촉매를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 프로세스들을 반복 실시하여 마이크로프로세서와 같은 다층 구조물을 형성할 수 있다. 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 열 제어 배리어를 추가적으로 제공하기 위한 적절한 표면을 제공하기 위해, 중간 폴리싱(polishing) 단계들을 실시할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 탄소 함유 가스 플라즈마를 이용하여 플라즈마 화학기상증착(plasma enhanced CVD)에 의해 탄소 나노튜브를 형성하는 방법이 제공되며, 이때 탄소 나노튜브는 350 ℃ 또는 그 보다 높은 온도에서는 기판상에 형성되지 않는다. 탄소 함유 가스는 성장 환경의 외부에서(ex-situ) 분해되고, 여기된 상태 또는 '고온 플라즈마(hot plasma)' 상태로 성장 영역으로 유입되어 성장 프로세스를 촉진할 것이다. 탄소 공급원(source)은 또한 여기된 탄소 이온 또는 라디칼을 가지는 플라즈마 비임, 또는 플라즈마 아아크(arc), 또는 분자 증기일 수 있다. 분명하게, 본 발명을 이용함으로써, 선택 영역 및 물질 구조물 모두를 가열하는 것에 대한 제어가 가능한 범위가 수많은 다른 물질 및 용도로 확장될 수 있을 것이다.
본 명세서에 개시된 방법들은, 효과적인 열 소모 비용(thermal budget) 제어를 위한 열 제어 배리어를 이용한 열의 수용(containment) 및 열 공급원으로부터의 선택적인 가열을 선택적으로 이용함으로써, NSs의 합성을 가능하게 한다. 프로세스는 금속, 반도체 또는 절연 물질로 이루어진 나노튜브 및 나노와이어와 같은 모든 형태의 나노스트럭쳐 또는 나노물질의 성장에 대해 범용적(generic)이다. 그 방법은 센서 및 집적 회로의 제조에 적합하다. 그러나, 본 명세서에 기재된 바와 같은 본원 발명은 그러한 특별한 용도로 한정되는 것이 아니다.
전술한 상기 방법에 따라 제조된 나노스트럭쳐는, 예를 들어, 탄소 함유 가스 플라즈마를 이용하는 플라즈마 화학기상증착에 의해 형성된 탄소 나노튜브 또는 탄소 나노와이어일 수 있다.
추가적인 측면에서 볼 때, 본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 플라즈마 챔버, 하나 이상의 열 공급원 및 기판 장착용 척(chuck)을 포함하며; 상기 척은 교환가능하다.
또 다른 측면에서 볼 때, 본 발명은 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 플라즈마 챔버, 하나 이상의 열 공급원 및 기판 장착용 척을 포함하며; 이때 기판의 균일한 냉각을 위해 냉각 웰이 제공된다. 바람직하게, 상기 냉각 웰은 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 기판의 균일한 냉각을 제공하도록 구성된다. 바람직하게, 상기 장치는 상기 척과 그 척 위에 장착된 기판 사이의 계면으로 가스를 공급하는 배출구를 포함한다. 수소 또는 헬륨과 같은 가스의 공급이 바람직하게 실시된다.
바람직하게, 상기 장치는 상기 척으로 전력을 선택적으로 공급하기 위한 RF 및 DC 전력 공급원을 포함한다. 적절한 전력 공급원이 선택될 수 있도록, 스위치가 제공될 수 있다.
본 명세서에서, 열 제어 배리어 및 열 배리어라는 용어는 동일한 의미를 가진다.
또한, 본 발명은 본 명세서에 기재된 방법에 따라 제조된 부품/조립체/장치에 관한 것이다.
본 발명을 설명하기 위해, 그리고 소위 당업자가 본원 발명을 보다 용이하고 적절하게 실시할 수 있도록, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명의 실시예들을 비-제한적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판상에서 탄소 나노튜브를 형성하고 성장시키는 적합한 직류 플라즈마 챔버의 개략도이고,
도 2의 (A)는 본 발명의 실시예에 따른 티타늄 열 배리어 층상의 니켈 촉매의 개략도이며, (B)는 배리어 두께의 효과로서 열 배리어의 열 차폐 효과의 시뮬레이션의 그래프이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 350℃ 이하의 온도에서 생성된 Ni 촉매 입자에서 직류 아세틸렌/질소/수소 플라즈마 내의 탄소 나노튜브의 통상적인 전자현미경 사진(SEM)이며,
도 4의 (A)는 본 발명의 실시예에 따라 생성되며 직류 PECVD로 생성된 나노튜브의 통상적인 투과 전자현미경 사진(TEM)이며, (B)는 본 발명의 실시예에 따라 생성되며 나노튜브의 축선을 따라 정렬된 흑연구조 층을 나타내는 직류 PECVD로 생성된 나노튜브의 통상적인 투과 전자현미경 사진(TEM)이며,
도 5는 다중 전원을 포함하는 PECVD 시스템의 대안적인 구성의 개략도이며,
도 6은 절연층이 과도한 온도로부터 소자를 절연시키며, 마이크로 일렉트로닉스 내의 '크로스-웨이퍼(cross-wafer)' 비아(인터커넥트)로서 탄소 나노튜브의 사용을 개략적으로 도시하는 도면이며,
도 7은 나노스트럭쳐가 센싱 플랫폼 및 구동 소자로서 사용되고 기판이 열 배리어 층에 의해 보호되는 일례의 개략도이며,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 기판상에서 탄소 나노튜브를 형성 및 성장시키기 위한 일체형 광학 열원을 갖는 적합한 플라즈마 챔버의 개략도이며,
도 9는 도 8에 도시된 플라즈마 챔버에 대한 척의 개략도이다.
제 1 실시예의 설명
이러한 실시예에서, 본 발명은, 비록 특정적인 것은 아니지만(though not specifically), 350 ℃ 미만의 낮은 기판 온도에서 낮은 결함 레벨의 탄소 나노튜브를 증착할 수 있게 허용한다. 소위 당업자는 본원 발명이 다른 물질에도 확대적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1을 먼저 참조하면, 자체 제작한(home built) 직류 PECVD 시스템(3)의 플라즈마 챔버(1)가 도시된 바와 같이 사용된다. 진공 챔버 하우징은 진공 펌프 유입구(5)에 위치하는 수동 리크 밸브(manual leak valve)(도시 하지 않음)에 의해 압력이 제어되는 상태로 배기될 수 있다. 챔버는 필요한 가스 또는 가스 혼합물, 통상적으로는 아세틸렌, C2H2 와 같은 탄화수소 가스의 유동을 수용하기 위한 가스 유입구(7)를 구비한다. 소위 당업자는 어떠한 탄소 함유 가스도 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
접지 전극(양극)(9) 또한 샤워헤드의 한 부분이되고 챔버(1)의 상부에 제공되는 한편, 전력을 공급 받는(음으로 바이어스된) 전극(음극)(11)은 챔버의 하부에 제공되고 적절한 전력 공급원(13)에 연결된다. 이러한 실시예에서, 사용되는 전력 공급원은 600W Glassman 전력 공급 유닛(PSU)이다.
도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 기판(15)은 500nm 티타늄 열 배리어 층으로 스퍼터링 코팅되고 이어서 니켈 박막 필름(19)으로 코팅된다. 니켈 박막 층(19)은 NTs를 형성하기 위한 촉매이다. 기판(15)은 1000nm의 두께를 가지며; 촉매의 두께는 10nm 이다. 열 제어 배리어(17)(이러한 실시예에서는 티타늄 층의 형태이다)는 낮은 열 전도 특성을 이용하는 것 중 하나 이다. 이러한 실시예에서 이용되는 기판(15)은 실리콘 기판이나, 소위 당업자는 다른 기판도 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 소위 당업자에게 명백한 바와 같이, 촉매(19) 및 열 배리어 층(17)의 선택은 니켈 및 티타늄으로 제한되지 않는다.
기판(15)이 하위 전극(음극)(11) 상에 위치되고 챔버(1)가 배기된다. 질량 유동 제어장치와 같은 적절한 장치를 이용하여, 아세틸렌, 질소 및 수소 가스가 챔버(1)내로 각각 3, 100 및 1000 sccm(cm3/분)의 속도로 유동되게 한다.
플라즈마 타격(strike)를 위해, 직류 전력이 500 V의 전압 셋팅으로 전환된다. 플라즈마 타격 후에, 가스 유량을 약 5 Torr의 작업 압력으로 조정하고 직류 전력 공급원을 일정한 550 V로 작동시켜 플라즈마를 유지한다. 전위차는 탄소 나노튜브의 정렬 및 성장 방향을 어느 정도까지(some extent) 결정한다.
플라즈마의 온도가 매우 높아 챔버(1)내에서 요구되는 가스 반응을 생성하는데 필요한 에너지를 충분히 제공할 수 있으며, 그에 따라 PECVD 시스템이 분해된 탄화수소 종(species) 및 탄소 이온을 기판으로 전달할 수 있고 촉매로부터 CNT 성장을 개시할 수 있게 된다. 유사하게, 기판의 가열은 플라즈마로 한정되지 않으며, 소위 당업자에게 명백한 바와 같이, 고온 필라멘트, 적외선 램프, 레이져 등의 형태도 가질 수 있을 것이다.
본 실시예에서 플라즈마 중에 전극(9, 11) 위의 기판(15)의 온도는 350 ℃ 미만이다. 이러한 낮은 기판 온도로 인해, 종래에 사용되지 못하였던 다양한 기판을 탄소 나노튜브의 증착에 이용할 수 있게 되었다. 본 실시예에서, 기판은 의도적(deliberate)으로 냉각되지 않는다. 그에 따라, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 적절한 냉각 메카니즘을 이용하여, 기판 온도를 상온까지 또는 그 이하까지 냉각시킬 수 있다는 것을 소위 당업자는 이해할 것이다.
여러 가지 상이한 프로세스들이 실시되는 동안에, 250 내지 420 ℃의 여러 온도 범위가 이용된다. 소위 당업자는 그 보다 높은 또는 그 보다 낮은 온도가 이용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 10 내지 30 분의 여러 가지 프로세스 시간이 이용될 수 있을 것이다. 1-10 Torr의 통상적인 작업 압력을 이용하였다. 그러나, 그러한 압력도 소위 당업자는 용도에 맞춰 적절하게 변경할 수 있을 것이다.
Hitachi S-4000 전계방사 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope; SEM) 및 Philips CM 200 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 형성된 나노튜브의 특성을 검사하였다. TEM에 의해 조사된 샘플들은 메탄올내에서 '성장된 그대로의(as grown)' 샘플의 초음파 분산에 의해 준비되고, 이어서 구리 그리드(grid) 상에서 지지되는 다공질 탄소(holey carbon) 필름상에 현탁액 방울(drop of the suspension)이 도포되었다.
직류 PECVD 내에서 350 ℃에서 유지된 기판에서 성장된 탄소 나노튜브의 SEM 사진이 도 3에 도시되어 있다. 지지를 위해 탄소 나노튜브들이 함께 번들화되었으나, 소위 당업자는 인가 전압을 통해 정렬(alignment) 상태를 제어할 수 있다는 것을 분명히 이해할 것이다.
TEM 조사로부터 생성된 나노튜브의 번들을 확인할 수 있다. 직류 PECVD 생성 나노튜브의 통상적인 TEM이 도 4의 (A)에 도시되어 있다. 도 4의 (B)는 탄소 나노튜브의 고배율 이미지를 도시하며, 튜브 축선(axis)을 따라 정렬된 나노튜브의 다층-그라핀(multi-layered graphene) 벽을 보여 준다. CNT 축선을 따른 그라핀 시트(sheet)들에 대한 통상적인 층간 간격이 0.34 nm 임을 발견하였다. 생성된 탄소 나노튜브의 통상적인 길이는 0.5 내지 5 ㎛ 이었고, 직경은 5 내지 15 ㎛ 이었다. 증착 시간, 가스 유동, 촉매 입자 상태, 가스 농축도 등과 같은 프로세스 파라미터들을 조정함으로써 탄소 나노튜브의 길이 및 두께를 변화시킬 수 있을 것이다.
전술한 방법으로부터, 직류 플라즈마가 탄소 나노튜브를 생성할 수 있다는 것을 확인할 수 있으며, 그러한 탄소 나노튜브는 350 ℃ 미만의 온도에서 그리고 심지어는 상온까지의 온도에서 유지되는 기판(15)상에서 결함 레벨을 낮게 유지하면서 성장될 수 있다. 이러한 저온 플라즈마 CVD 방법은 금속 촉매 효과를 이용함으로써 양호하게(well) 정렬된 탄소 나노튜브를 선택적으로 성장시키는데 적합하며, 이때 탄소 나노튜브 성장 지점에서의 온도는 온도 민감성 기판의 이용을 가능하게 하고, 또는 상기 방법은 낮은 결함의 탄소 나노튜브가 요구되는 곳에서의 이용을 가능하게 한다.
소위 당업자는 본 실시예와 관련한 설정(setup)으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 도 5는 개선된 설정을 도시하며, 여기서 다수의 전력(21, 23)이 이용되어 플라즈마 가열을 제공하는 한편, 냉각 메카니즘(25)이 포함된다. 이러한 실시예에서 설명되지 않은 다른 허용가능한 설정들에서, 에너지 공급원이 또한 광학적 가열 형태(예를 들어, 레이저, 할로겐 램프 등), 저항식 가열 형태(예를 들어, 필라멘트 등), 그리고 기타 형태로 제공될 수도 있을 것이다.
제 2 실시예의 설명
제 2 실시예에 따른 본 발명은 마이크로 전자공학에서 이용되는 인터커넥트(interconnects; 27) 분야에서 350 ℃ 미만의 낮은 기판 온도에서 낮은 결함 레벨의 탄소 나노튜브를 증착할 수 있게 허용한다. 인터커넥트들은 큰 전류 밀도를 이송하기 위해 집적회로내에서 사용된다. 적절한 재료는 탄소 나노튜브인데, 이는 많은 전자이동(electromigration)을 일으키지 않으며, 많은 전류를 이송할 수 있는 능력을 가지며, 그리고 고전류 유동에 대한 낮은 저항을 가능케하는 방사전자(ballistic electron) 이송 능력을 가지는 그라한 탄소 나노튜브의 공유 구조(covalent structure)에 기인한다. 마이크로 전자공학 프로세스에서는 실리콘 내에서의 증대된 공동 형성을 통한 도펀트의 과다한 확산을 방지하기 위해서 기판 온도를 450 ℃ 미만으로 유지할 필요가 종종 있다.
도 6은 트랜지스터 등과 같은 이웃 소자(29)로부터의 가열을 차단하기 위해 낮은 열 전도성 물질을 이용하는 것을 도시한다. 인터커넥트(27)의 위치는 현재의 리소그래피 기술을 통해 규정될 수 있을 것이다.
열 배리어 층(17)은 표준 증착 기술을 이용하여 배치될 수 있고 보호되어야 하는 영역을 효과적으로 덮을 수 있다. 탄소 나노튜브가 증착될 위치에 촉매(19)가 배치된다.
플라즈마 또는 상부 가열 기술을 이용하여 탄소 나노튜브를 합성한다. 열 배리어 층(17)은 과도한 열이 이웃 소자에 도달하는 것을 방지하는 열적 구배(thermal gradient)를 생성한다.
탄소 나노튜브들이 성장된 후에, 상부 콘택 층의 추가적인 증착을 위해 상부 표면이 화학적 기계적 연마(필요한 경우에 실시된다)에 의해 제거될 수 있다. 당업계의 기술수준으로부터, 혼합된 탄소 나노튜브-금속 인터커넥트들도 전도 프로세스의 보강을 위해 이용될 수 있을 것이다. 이는 정렬된 탄소 나노튜브들이 성장된 후에, 추가적인 전도를 돕기 위해 적절한 금속으로 이루어진 백 필(back fill)을 도포함으로써 달성될 수 있을 것이다. 단일 집적 회로상의 층들 사이의 '전자' 소통을 위한 인터커넥트(27)도 가능할 것이다. 이러한 경우에, 탄소 나노튜브들이 미리-정해진 비아(vias; 일반적으로 구리와 같은 금속으로 충진되는 홀)내에서 성장되며, 이때 제 1 배리어 층이 증착되고 그 위에 촉매 층이 증착되어 저온에서의 탄소 나노튜브의 성장을 촉진시킬 것이다. 이러한 금속 성장은 전기 증착과 같은 용액 프로세스 또는 스퍼터링이나 증발(evaporation)과 같은 물리적 프로세스를 통해 이루어질 수 있을 것이다. 탄소 나노튜브가 적절한 길이로 성장하면, 표면 평탄화를 위해 CMP와 같은 기계적 연마가 요구될 수 있다. 나노튜브를 집적 회로 상의 원하는 금속 트랙(tracks)에 연결하기 위해, 추가적인 금속 층이 또한 요구될 수도 있다.
제 3 실시예의 설명
제 3 실시예에 따른 본원 발명은 센싱 플랫폼(sensing platforms) 분야에서 350 ℃ 미만의 낮은 기판 온도에서 층(28)내에 탄소 나노튜브 또는 그 대신에 나노와이어를 증착할 수 있게 허용한다. 탄소 나노튜브 또는 기타 나노와이어들은 화학적 센서, 기계적 센서, 또는 기타 센서를 위한 물질로서 이용되는데, 이는 그 물질들의 독특한 특성 및 높은 종횡비(high aspect ratio; 이는 큰 표면적을 초래한다)에 기인한다. 이러한 실시예에서, 플라스틱과 같은 온도 민감성 기판(15)이 사용된다. 다수의 소자(29)가 기판(15) 상에 제공된다. 온도 민감성 물질을 이용하는 것은 기판으로 한정되지 않으며 어플리케이션(application)에서 사용되는 유기 트랜지스터와 같은 능동 소자로도 확장될 수 있다.
도 7을 참조하면, 열 배리어 층(17)이 소자 영역을 둘러싸는 것으로 설명될 수 있다. 제 1 실시예에서와 유사한 기술을 이용하여 촉매가 필요한 영역 상에 배치되고 NTs가 증착된다. 콘택 층(18)이 제공되어 기판(15) 상에 제공된 소자(29)들을 연결한다.
상부 하향 가열(top down heating) 및 바닥 냉각 방법은 소자 영역 및 기판 모두를 효과적으로 보호한다. 그에 따라 증착된 NT는 현재의 형태로 또는 화학적 프로세스를 통한 표면의 기능화(functionalisation)에 의해서 이용될 수 있다. 적절한 기능화를 이용하여, 바이러스, 항체 또는 가스를 탐지할 수 있을 것이다. 또한, 화학적 배터리들 내의 주변 분위기를 통한 에너지의 획득(harvest), 또는 적절한 코팅 층을 이용한 태양 에너지의 획득에 이용될 수도 있을 것이다. 또한, NTs의 변형과 관련한 신호에 작용하는 압력 변환장치가 제조될 수도 있다. 또한, NTs 를 이용하여 RF 신호를 전달할 수 있고, 또는 소위 EEG 또는 ECG 소자에서 소형 바이오-포텐셜 센서(miniature bio-potential sensors)로서 작용할 수도 있다. 소위 당업자는 많은 용도에서 이러한 플랫폼 기술을 이용하는 많은 소자 스트럭쳐를 개발할 수 있을 것이다.
열 배리어 층(17)의 이용으로 인해, 센서의 효율을 효과적으로 높일 수 있는 NTs의 대형(large area) 증착도 가능하게 될 것이다.
제 4 실시예의 설명
제 4 실시예에 따른 본원 발명은, 비록 특정적인 것은 아니지만(though not specifically), 350 ℃ 미만의 낮은 기판 온도에서 낮은 결함 레벨의 탄소 나노튜브를 증착할 수 있게 허용한다. 소위 당업자는 본원 발명이 다른 물질에도 확대적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하나 이상의 적외선 램프 형태의 광학적 열 공급원도 이러한 실시예에서 이용될 수 있다.
도 8을 참조하면, PECVD 시스템이 시스템의 부품들을 수용하는 챔버(31)를 포함한다. 챔버(31)는 프로세스 요건에 따라 가열되거나 냉각될 수 있다. 시스템은 주로 가스 유입구(35) 및 배출구(37)를 포함한다. 프로세스 가스들은 유입구(35)를 통해서 유입되고 샤워헤드(39)를 통해서 균일하게 분포된다. 시스템의 펌핑에 앞서서, 프로세스 압력이 가스 배출구(37)에 위치하는 스로틀 밸브(41)의 이용을 통해서 유지된다. 가스 분포 균일도는 프로세스 챔버의 매니폴드 펌핑에 의해서 추가로 개선될 수 있다.
전력은 전극(43)을 통해서 플라즈마로 전달되며, 이는 샘플이 냉각 스테이지에 열적으로 부착(thermally attached)될 수 있게 허용한다. 공급되는 전력은 RF 45 또는 DC 47 공급 형태가 될 수 있으며, 이는 전력 스위치(49)를 통해서 제어된다. 냉각 스테이지는 임의 냉매 가스나 액체에 의해서 구동될 수 있으며, 그에 따라 기판 온도가 냉매 유동(51)에 의해서 제어된다. 기판으로부터 냉각 스테이지로의 열 전달은 수소(53)와 같은 열적 계면 가스의 제어에 의해 보다 최적화될 수 있다. 열 공급원은 적외선(IR) 램프(55)에 의해 제공되는 광학적 가열 형태일 수 있다. 또한, 적외선을 샘플로 지향시키는 반사장치(57)를 이용하여 광학적 가열을 최적화시킬 수도 있다. 당업자는 최적 가열을 위해 광학적 공급원의 파장을 조정할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 실시예에서, 광학적 열 공급원이 샤워헤드로 통합된다. 샤워헤드 조립체(59) 및 차폐부(61)를 양극으로 이용하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 이러한 경우에, 플라즈마는 나노튜브의 정렬을 위해 이용될 수 있을 것이다.
본 실시예에서, 열 제어 배리어는 방사율 또는 흡수율과 같은 열 전도 특성 또는 광학적 특성을 기초로 할 수 있을 것이다. 당업자는 배리어 필름을 이용하는 열적 제어의 선택은 열 공급원에 대한 선택이 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 특정 실시예에서, 배리어 필름은 촉매에 대한 열 흡수를 최적화시킬 수 있고 또 기판으로의 열 전달을 (광학적으로) 반사 또는 지연시킬 수 있을 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 기판(15)은 제 1 및 제 2 클램핑 부재(63,65)에 의해서 척(61)내에 고정 장착된다. 척(61)은 유입구(69) 및 배출구(71)를 구비하는 냉각 웰(67)을 구비한다. 냉각 유체(73)가 유입구(69)를 통해 냉각 웰(67)내로 유입되고 배출구(71)를 통해 배출되어, 기판(15)의 균일하고 제어가능한 배면 냉각을 제공한다. 바람직하게, 척(61)은 다른 척(도시 하지 않음)과 교환될 수 있다.
전술한 바와 같이, 기판으로부터 척(61)으로의 열 전달은 열적 계면 가스(53)를 제공함으로써 보다 최적화될 수 있다. 이러한 실시예에서, 열적 계면 가스는 가스 공급 도관(75)을 통해 척(61)과 기판(15) 사이의 영역으로 공급되는 수소(53)이다. 바람직하게, 열적 계면 가스(53)는 기판(15)의 중앙 영역으로 공급되고 기판(15)의 외측 엣지(edge)에서 챔버(31)내로 배기될 수 있다. 통상적으로, 열적 계면 가스(51)는 챔버(31) 내부의 프로세스 압력의 1.5 배 또는 그 이상의 압력으로 공급된다.
기판(15)의 하부 표면의 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 온도 센서(77)가 제공될 수도 있다.
본원 발명의 범위 또는 사상내에서 전술한 장치 및 프로세스에 대한 다양한 변화 및 개선이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (28)

  1. 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하는 방법으로서:
    기판상에 연속적인 열 제어 배리어 층를 제공하는 단계;
    가스 플라즈마를 제공하는 단계;
    상기 열 제어 베리어 층의 위쪽으로부터 상기 열 제어 배리어 층에 추가적인 가열을 제공하는 단계; 및
    상기 추가적 가열이 제공되는 동안, 상기 가스 플라즈마를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 열 제어 베리어 층을 가진 기판 상에 상기 나노스트럭쳐 또는 상기 나노물질을 형성하는 단계를 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 탄소 나노튜브 혹은 탄소 나노와이어인 상기 나노스트럭쳐를 생산하기 위한 방법이며,
    상기 나노스트럭쳐를 형성하는 단계는 상기 가스 플라즈마를 포함하는 탄소를 사용하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층에 추가적인 가열을 제공하는 단계는 레이저, 적외선 광 또는 고온 필라멘트에 의해 실시되는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안에 상기 기판의 온도가 350℃ 미만인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층이 연속적인 층으로 제공되는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층이 상기 기판상에 증착되는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층의 두께가 3nm; 5nm; 10nm; 20nm; 또는 30nm인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층이 금속, 반도체 또는 유전체 물질의 층인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층 상에 촉매를 제공하는 단계를 더 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 촉매가 금속, 또는 금속들의 혼합물인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판을 균일하게 냉각시키는 단계를 더 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 나노스트럭쳐 또는 나노물질이 형성되는 동안 상기 기판이 냉각되는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판을 냉각시키기 위해 냉각 웰로 냉매 유체를 공급하는 단계를 더 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판이 지지되는 표면과 제 2 표면 사이의 계면에 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스가 수소인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층이 광학적으로 반사적인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층이 열적 절연체인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판상에 하나 이상의 소자를 제공하는 단계를 더 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 열 제어 배리어 층이 상기 하나 이상의 소자 상에 제공되는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 소자의 적어도 상당 부분이(at least substantially) 상기 열 제어 배리어 층에 의해 덮이는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 소자가 트랜지스터와 같은 전자 부품인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계들을 반복하여 다층 구조를 형성하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판이 플라즈틱 물질인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  24. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 정렬시키기 위해 상기 기판에 걸친 전기장을 제어하는 단계를 더 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질 형성 방법.
  25. 제 1 항 또는 제 2 항의 방법에 따라 만들어진 구조물 또는 조립체.
  26. 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 조립체로서:
    연속적인 열 제어 배리어 층을 구비한 기판;
    가스 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성기;
    상기 열 제어 배리어층의 위쪽으로부터 상기 열 제어 배리어층을 가열하기 위한 추가 가열 소자; 및
    추가의 가열동안, 상기 가스 플라즈마를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 열 제어 배리어층을 가진 기판 상에 나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 소자를 포함하는
    나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 조립체.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 추가 가열 소자는 레이저, 적외선 광 또는 고온 필라멘트인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 조립체.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 가스 플라즈마는 탄소 나노튜브 또는 탄소 나노와이어를 형성하기 위하여 플라즈마를 포함하는 탄소인
    나노스트럭쳐 또는 나노물질을 형성하기 위한 조립체.
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