KR101798283B1 - Method of depositing catalyst for vertical growth of carbon nanotube - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소 나노튜브의 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매를 수직 공극을 갖는 기판의 수직 공극 바닥면 또는 측면하부에 증착하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 여러 구현 예에 따라, 각도가 조절된 기판 상에 탄소 반응 촉매의 1차 증착 과정 및 2차 증착 과정을 수행하게 되면, 상기 탄소 반응 촉매가 바닥면 또는 측면 하부에 선택적으로 증착될 수 있으므로, 종래 탄소 반응 촉매 증착 방법들과는 다르게, 탄소 반응 촉매의 위치 선택적 증착이 가능하고, 탄소 반응 촉매의 증착 두께는 초기의 증착, 즉 1차 증착 과정에서 형성된 탄소 반응 촉매의 두께와 연계하여 유지할 수 있기 때문에 두께 조절도 매우 용이하여, 단일벽 탄소 나노튜브를 수직 성장시킬 수 있으므로, 수직 성장된 단일벽 탄소 나노튜브의 반도체성질을 이용하는 다양한 전자시스템(예를 들면 전기스위치, 전자 센서)등에 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a method for depositing a carbon reaction catalyst for vertical growth of carbon nanotubes on a vertical pore bottom or side surface of a substrate having vertical voids, according to various embodiments of the present invention, The carbon reaction catalyst may be selectively deposited on the bottom surface or the bottom surface of the carbon reaction catalyst. Therefore, unlike the conventional carbon reaction catalyst deposition methods, the carbon reaction catalyst And the deposition thickness of the carbon reaction catalyst can be maintained in conjunction with the initial deposition, i.e., the thickness of the carbon reaction catalyst formed in the first deposition process, so that the thickness of the carbon reaction catalyst can be easily adjusted, It is possible to vertically grow the various single-wall carbon nanotubes, System may be usefully used for (e.g. electrical switches, electronic sensors).
Description
본 발명은 탄소 나노튜브의 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매를 수직 공극을 갖는 기판의 수직 공극 바닥면에 증착하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for depositing a carbon reaction catalyst for vertical growth of carbon nanotubes on the vertical air gap bottom surface of a substrate having vertical voids.
탄소 나노튜브(이하, CNT)는 1차원의 구조에 기인하는 우수한 물리적, 전기적 특성으로 인해 다양한 분야에 응용 가능한 물질로 각광받고 있다. 특히 반도체 특성을 갖는 CNT를 기반으로 하는 쇼트키(Schottky) 디바이스 구조체는 CNT의 뛰어난 전기적 특성을 완벽하게 이용하기 위해 연구 및 분석되고 있다.Carbon nanotubes (hereinafter, CNTs) are attracting attention as a material applicable to various fields due to excellent physical and electrical characteristics due to a one-dimensional structure. In particular, Schottky device structures based on CNTs with semiconductor properties are being studied and analyzed to take full advantage of the excellent electrical properties of CNTs.
그러나 CNT를 쇼트키 디바이스에 적용하는 경우, CNT는 수평적으로만 접촉되고 있어, CNT의 표면 밀도로 인해 수평 배열 시 연결되는 전극 사이에 공간이 반드시 요구되는 문제점을 해결하기 위해 CNT을 수직적으로 배열하여 적용하는 방안을 제안하였고, 이러한 결과는 CNT가 수직으로 배향된 전자소자가 수평구조로 배향된 전자소자에 비해 2배 이상 고집적 소자를 구현할 수 있는 효과가 확인된바 있다(특허문헌 1).However, when the CNT is applied to a Schottky device, the CNT is horizontally contacted only. To solve the problem that the space is required between the electrodes connected in the horizontal alignment due to the surface density of the CNT, The results show that CNTs can realize a high-density device more than twice as much as an electron device in which vertically oriented electronic devices are oriented in a horizontal direction (Patent Document 1).
이러한 CNT를 수직 성장시키기 위해서, 종래 화학기상증착법을 이용하였고, 이렇게 수직으로 성장시킨 나노크기 수직 트랜지스터를 개시하고, 이를 반도체에 적용한 결과, 고밀도 및 고집적화를 달성하는 효과가 확인된 바 있다(특허문헌 2).In order to vertically grow such CNTs, a conventional nano-scale vertical transistor using vertical chemical vapor deposition (CVD) has been disclosed. As a result of applying the vertical transistor to a semiconductor, an effect of achieving high density and high integration has been confirmed 2).
이렇게 CNT를 수직적으로 배열하게 되면, CNT의 표면 밀도를 크게 증가시킬 수 있으므로, 수직 정렬된 CNT의 합성은 향상된 특성들을 기대할 수 있으며 다양한 분야로 활용 가능할 것으로 보고 있다.The vertical alignment of the CNTs can greatly increase the surface density of CNTs, so that the synthesis of vertically aligned CNTs can be expected to have improved properties and be utilized in various fields.
한편, 현재까지 CNT의 크기를 정밀하게 조절할 수 있는 방법으로는 알루미늄 양극 산화물(이하, AAO) 나노 템플레이트를 이용하여 CNT를 합성하는 방법이 알려져 있는데, 탄소 반응 촉매가 증착된 AAO 나노 템플레이트를 이용하여 CNT를 합성하는 경우, 코발트, 니켈 및 철 등의 전이금속 등의 탄소 반응 촉매는 이온으로 존재하는데, 그 이온 자체로는 촉매로 작용할 수 없기 때문에 촉매 나노입자의 형태로 열 증착법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법으로 증착하는 방법이 알려져 있다.Meanwhile, as a method of precisely controlling the CNT size up to now, there is known a method of synthesizing CNT using an aluminum anodic oxide (AAO) nanotemplate. Using AAO nanotemplate deposited with a carbon reaction catalyst, When CNT is synthesized, a carbon reaction catalyst such as a transition metal such as cobalt, nickel and iron is present as an ion. Since the ion itself can not act as a catalyst, it can be used as a catalyst nanoparticle in the form of thermal deposition, sputtering, A method of depositing by a vapor deposition method is known.
특히 AAO 나노 템플레이트의 공극 밑바닥에 탄소 반응 촉매를 증착하여, 정단성장(tip growth) 메커니즘을 이용하여 CNT를 합성할 수 있는데, 메탈 증착방법(예, 열증착법)을 통해 탄소 반응 촉매를 AAO 나노 템플레이트에 증착하는 경우에는 정확한 두께 즉, 나노미터 두께 조절이 어려운 문제점이 있고, 탄소 반응 촉매의 증착이 모든 부분에서 이루어지기 때문에 분리 증착, 즉 위치 선택적 증착이 불가능하고, 사용하는 AAO의 수직 공극의 종횡비(aspect ratio)(길이: 너비)가 일반적으로 10:1 정도이거나 그 이상인 경우 촉매가 공극밑바닥에 증착되기 위해서는 AAO에 증착되는 탄소 반응 촉매의 입사각이 정확하게 수직을 유지하여 하는 제약이 있다. In particular, CNTs can be synthesized by using a tip growth mechanism by depositing a carbon reaction catalyst on the bottom of the pores of the AAO nanotemplate. The carbon reaction catalyst is contacted with the AAO nanotemplate It is difficult to control the exact thickness, that is, the thickness of the nanometer. Since the deposition of the carbon reaction catalyst is performed in all parts, it is impossible to perform the selective deposition, that is, the position selective deposition, and the aspect ratio (length: width) of the catalyst is generally about 10: 1 or more, there is a restriction that the incident angle of the carbon reaction catalyst deposited on the AAO is maintained to be exactly perpendicular in order to deposit the catalyst on the bottom of the pore.
이외에도 전기 화학 도금을 이용할 경우는 나노미터 두께의 조절이 어렵고, 촉매물질이 전기화학도금이 가능해야 하는 추가적인 제약이 있다.In addition, when electrochemical plating is used, it is difficult to control the thickness of the nanometer, and there is an additional restriction that the catalytic material must be electrochemically plated.
본 발명은 다공성 알루미늄 산화막에 탄소 나노튜브 수직 성장을 위해 탄소 반응 촉매를 메탈 증착법(열증착법, 전자빔 증착법)으로 증착 할 경우에 발생되는 문제점을 해결하기 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법을 제공하고자 한다.An aspect of the present invention is to provide a carbon reaction catalyst deposition method for solving the problem caused when a carbon reaction catalyst is deposited by metal deposition (thermal deposition, electron beam deposition) for the vertical growth of carbon nanotubes in a porous aluminum oxide film.
또한, 본 발명은 기판 상에 수직 성장된 탄소 나노튜브의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method for producing carbon nanotubes grown on a substrate.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 수직 성장된 탄소 나노튜브를 제공하고자 한다.The present invention also provides carbon nanotubes grown vertically by the above method.
또한, 본 발명은 쇼트키 다이오드를 제공하고자 한다.The present invention also provides a Schottky diode.
본 발명의 제 1 양태는, (1) 수직 공극을 갖는 기판을 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여 제1 각도로 조정하는 단계(단계 1);A first aspect of the present invention is a method for manufacturing a carbon-based catalyst, comprising the steps of: (1) adjusting a substrate having a vertical gap to a first angle with respect to a flow direction of a carbon reaction catalyst (step 1);
(2) 상기 단계 1의 기판의 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면에 탄소 반응 촉매를 제1 두께까지 1차 증착시키는 단계(단계 2);(2) firstly depositing a carbon reaction catalyst to a first thickness on the upper sidewall of the vertical space of the substrate of the
(3) 상기 단계 2에서 1차 증착이 완료된 기판을 제2 각도로 조정하는 단계(단계 3); 및(3) adjusting the substrate on which the first deposition is completed in the step 2 to a second angle (step 3); And
(4) 상기 단계 3의 각도가 조정된 기판에서 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면의 탄소 반응 촉매를 스퍼터링하여, 상기 기판의 수직 공극의 바닥면과 하부 측벽에 상기 탄소 반응 촉매를 2차 증착시키는 단계(단계 4)를 포함하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법을 제공한다.(4) The carbon reaction catalyst is sputtered on the upper sidewall of the vertical gap and the upper surface of the substrate in the angle-adjusted substrate of step 3, and the carbon reaction catalyst is sputtered on the bottom surface and the lower sidewall of the vertical gap of the substrate, (Step 4) of depositing carbon nanotubes on the surface of the carbon nanotubes.
본 발명의 제 2 양태는 (1) 수직 공극을 갖는 기판을 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여 제1 각도로 조정하는 단계(단계 1);A second aspect of the present invention is a method for manufacturing a carbon-based catalyst, comprising the steps of: (1) adjusting a substrate having vertical voids to a first angle with respect to the direction of introduction of a carbon reaction catalyst (step 1);
(2) 상기 단계 1의 기판의 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면에 탄소 반응 촉매를 제1 두께까지 1차 증착시키는 단계(단계 2);(2) firstly depositing a carbon reaction catalyst to a first thickness on the upper sidewall of the vertical space of the substrate of the
(3) 상기 단계 2에서 1차 증착이 완료된 기판을 제2 각도로 조정하는 단계(단계 3);(3) adjusting the substrate on which the first deposition is completed in the step 2 to a second angle (step 3);
(4) 상기 단계 3의 각도가 조정된 기판에서 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면의 탄소 반응 촉매를 스퍼터링하여, 상기 기판의 수직 공극의 바닥면과 하부 측벽에 상기 탄소 반응 촉매를 2차 증착시키는 단계(단계 4); 및(4) The carbon reaction catalyst is sputtered on the upper sidewall of the vertical gap and the upper surface of the substrate in the angle-adjusted substrate of step 3, and the carbon reaction catalyst is sputtered on the bottom surface and the lower sidewall of the vertical gap of the substrate, Depositing (step 4); And
(5) 상기 증착된 탄소 반응 촉매 층에 C2H4, Ar 및 H2를 공급하여 탄소 나노튜브를 수직 성장시키는 단계(단계 6)를 포함하는, 기판 상에 수직 성장된 탄소 나노튜브의 제조방법을 제공한다.(5) a step of vertically growing carbon nanotubes by supplying C 2 H 4 , Ar and H 2 to the deposited carbon reaction catalyst layer (step 6) ≪ / RTI >
한편, 상기 단계 1의 상기 제1 각도는 10° 내지 80°일 수 있다.On the other hand, the first angle of the
또한, 상기 단계 2에서 상기 탄소 반응 촉매의 1차 증착은 전자빔 증착 방법 또는 열적 증착 방법을 통해 수행될 수 있다.Also, in the step 2, the first deposition of the carbon reaction catalyst may be performed by an electron beam deposition method or a thermal deposition method.
또한, 본 발명의 상기 단계 3의 상기 제2 각도는 측벽의 1차 증착된 촉매 물질을 전부 스퍼터링 할 수 있도록 제1 각도와 동일 또는 이보다 작게하여, 상기 단계 4에서 탄소 반응 촉매의 스퍼터링은 이온 밀링 방법을 통해 수행될 수 있다.Also, the second angle of step 3 of the present invention may be equal to or less than a first angle so that the first deposited catalyst material of the sidewall may be sputtered in its entirety, and the sputtering of the carbon reaction catalyst in step 4 may be performed by ion milling ≪ / RTI > method.
또한, 본 발명의 수직 공극을 갖는 알루미늄 산화막은 연속적으로 회전시키는 것이 바람직하고, 상기 탄소 반응 촉매는 철, 코발트, 니켈 및 팔라듐 (Pd) 중에서 선택되는 1종 일 수 있고, 상기 수직 공극을 갖는 기판은 다공성 알루미늄 산화막 또는 반도체 공정을 통해 수직 공극이 제작된 템플릿 중에서 선택되는 1종일 수 있다.The aluminum oxide film having the vertical voids of the present invention is preferably continuously rotated, and the carbon reaction catalyst may be one kind selected from iron, cobalt, nickel, and palladium (Pd) May be one selected from a porous aluminum oxide film or a template in which a vertical cavity is formed through a semiconductor process.
본 발명의 제 3 양태는 상기 방법으로 수직 성장된 탄소 나노튜브를 제공하고, 상기 수직 성장된 탄소 나노튜브는 반도체 성질을 가지는 단일벽 탄소 나노튜브일 수 있다.The third aspect of the present invention provides a vertically grown carbon nanotube by the above method, and the vertically grown carbon nanotube may be a single wall carbon nanotube having a semiconductor property.
본 발명의 제 4 양태는 기판; 상기 기판상에 배치된 수직 공극을 갖는 산화막; 상기 산화막 수직 공극 하단에 증착되어 배치된 탄소 반응 촉매; 상기 산화막 상에 이격되어 배치된 2개의 전극; 및 상기 2개의 전극을 연결하는, 탄소 반응 촉매 상에서 수직 성장된 탄소 나노튜브로 이루어진 채널;을 포함하는 쇼트키 다이오드를 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides a semiconductor device comprising: a substrate; An oxide film having vertical voids disposed on the substrate; A carbon reaction catalyst deposited at the lower end of the oxide film vertical gap; Two electrodes disposed on the oxide film; And a channel formed of vertically grown carbon nanotubes on the carbon reaction catalyst connecting the two electrodes.
상기 산화막상의 제1 영역 에 Ti 막이 배치되고, 상기 산화막상의 제2 영역에 Pd가 배치될 수 있고, 상기 Ti 막은 상기 Pd와 분리되는 상하전극에 연결되기 때문에 반드시 이격되어야 한다.A Ti film may be arranged in the first region on the oxide film and Pd may be arranged in the second region on the oxide film and the Ti film must be separated from the Pd because it is connected to the upper and lower electrodes.
상기 2개의 전극은 각각 소스 전극과 드레인 전극이고, 상기 소스 전극 Ti/Au이고, 상기 드레인 전극은 Pd/Mo 또는 Pd/W인 것이 바람직하다. 이때, 전극은 각각 두 개의 메탈물질로 되어있어도 성장된 CNT가 바로 접촉되는 물질은 Ti와 Pd일 수 있다.Preferably, the two electrodes are a source electrode and a drain electrode, the source electrode is Ti / Au, and the drain electrode is Pd / Mo or Pd / W. At this time, although the electrodes are made of two metal materials, the CNTs directly contacted with each other may be Ti and Pd.
한편, 상기 수직 성장된 탄소 나노튜브는 반도체 성질을 가지는 단일벽 탄소 나노튜브이다.Meanwhile, the vertically grown carbon nanotube is a single walled carbon nanotube having a semiconductor property.
본 발명에 따라, 각도가 조절된 기판 상에 탄소 반응 촉매의 1차 증착 과정 및 2차 증착 과정을 수행하게 되면, 상기 탄소 반응 촉매가 바닥면 또는 하부 측벽에 함께 증착될 수 있다. 따라서 종래 탄소 반응 촉매 증착 방법들과는 다르게, 탄소 반응 촉매의 위치 선택적 증착이 가능하다. 또한 탄소 반응 촉매의 증착 두께는 초기의 증착, 즉 1차 증착 과정에서 형성된 탄소 반응 촉매의 두께와 연계하여 유지할 수 있기 때문에 두께 조절도 매우 용이하여 나노미터이하의 두께를 갖는 촉매층에서 성장하는 단일벽 탄소 나노튜브를 수직 성장시킬 수 있다. 이렇게 수직 성장된 탄소 나노튜브를 이용할 수 있는 다양한 전자시스템(예를 들면 전기스위치, 전자 센서)등에 유용하게 이용될 수 있다.According to the present invention, when the first deposition process and the second deposition process of the carbon reaction catalyst are performed on the angle-controlled substrate, the carbon reaction catalyst can be deposited together on the bottom surface or the bottom side wall. Thus, unlike conventional carbon reaction catalyst deposition methods, position selective deposition of a carbon reaction catalyst is possible. Also, since the deposition thickness of the carbon reaction catalyst can be maintained in conjunction with the initial deposition, that is, the thickness of the carbon reaction catalyst formed in the first deposition process, the thickness of the carbon reaction catalyst can be easily controlled, The carbon nanotubes can be grown vertically. And can be usefully used in various electronic systems (for example, electric switches, electronic sensors) that can use vertically grown carbon nanotubes.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 알루미늄 산화막에 탄소 나노튜브의 촉매물질을 증착하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 수직 성장된 반도체성 탄소 나노튜브를 이용한 쇼트키 다이오드 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 수직 쇼트키 다이오드를 포함하는 쇼트키 디바이스를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 AAO 기판 내에서 합성된 탄소 나노튜브의 수율을 확인하기 위한 주사 전자 현미경(SEM) 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 수직 경로를 갖는 반도체성 탄소 나노튜브의 쇼트키 디바이스 I-V 특성을 나타내는 도면이다.1 is a view illustrating a process of depositing a catalyst material of a carbon nanotube on a porous aluminum oxide film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a process for fabricating a Schottky diode using vertically grown semiconducting carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 illustrates a Schottky device including a vertical Schottky diode according to one embodiment of the present invention.
4 is a view showing a scanning electron microscope (SEM) measurement result for confirming the yield of carbon nanotubes synthesized in the AAO substrate according to one aspect of the present invention.
5 is a graph showing Schottky device IV characteristics of a semiconducting carbon nanotube having a vertical path according to an aspect of the present invention.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
본 발명은 하기 단계를 포함하는 탄소 나노튜브의 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매를 수직 공극을 갖는 기판의 수직 공극 바닥면 또는 하부 측면에 증착하는 방법을 개시한다:The present invention discloses a method for depositing a carbon reaction catalyst for vertical growth of carbon nanotubes on a vertical pore bottom or bottom side of a substrate having vertical voids, comprising the steps of:
(1) 수직 공극을 갖는 기판을 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여 제1 각도로 조정하는 단계(단계 1);(1) adjusting a substrate having a vertical gap to a first angle with respect to the direction of introduction of the carbon reaction catalyst (step 1);
(2) 상기 단계 1의 기판에 탄소 반응 촉매를 유입시켜 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면에 탄소 반응 촉매를 제1 두께까지 1차 증착시키는 단계(단계 2);(2) firstly depositing a carbon reaction catalyst on the upper sidewalls of the vertical pores and the upper surface of the substrate to a first thickness (step 2) by introducing a carbon reaction catalyst into the substrate of
(3) 상기 단계 2에서 탄소 반응 촉매의 1차 증착이 완료된 기판을 제2 각도로 조정하는 단계(단계 3); 및(3) adjusting the substrate on which the first deposition of the carbon reaction catalyst is completed in the step 2 to a second angle (step 3); And
(4) 상기 단계 3의 각도가 조정된 기판에서 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면의 탄소 반응 촉매를 스퍼터링하여, 상기 기판의 수직 공극의 바닥면과 하부 측벽에 상기 탄소 반응 촉매를 2차 증착시키는 단계(단계 4).(4) The carbon reaction catalyst is sputtered on the upper sidewall of the vertical gap and the upper surface of the substrate in the angle-adjusted substrate of step 3, and the carbon reaction catalyst is sputtered on the bottom surface and the lower sidewall of the vertical gap of the substrate, (Step 4).
상기와 같이, 각도가 조절된 기판 상에 탄소 반응 촉매를 유입시켜 1차 증착 과정을 통해 기판의 수직 기공 상부 측벽과 기판의 상부 표면에 탄소 반응 촉매가 균일하게 증착시킨 후, 상기 기판의 수직 기공 상부 측벽과 기판의 상부 표면의 탄소 반응 촉매는 2차 증착 과정을 통해 제거함과 동시에, 상기 탄소 반응 촉매가 바닥면에만 재증착할 수 있다.The carbon reaction catalyst is uniformly deposited on the sidewalls of the vertical pores of the substrate and the upper surface of the substrate through the first deposition process by introducing the carbon reaction catalyst onto the substrate having the angle adjusted as described above, The carbon reaction catalyst on the upper sidewall and the upper surface of the substrate may be removed through a secondary deposition process and the carbon reaction catalyst may be re-deposited only on the bottom surface.
이에, 종래 탄소 반응 촉매 증착 방법들과는 다르게, 탄소 반응 촉매의 위치 선택적 증착이 가능하고, 탄소 반응 촉매의 증착 두께는 초기의 증착, 즉 1차 증착 과정에서 형성된 탄소 반응 촉매의 두께를 2차 증착시까지 유지 또는 조절할 수 있기 때문에 탄소 반응 촉매의 두께 조절이 매우 용이하여 나노미터이하의 두께를 갖는 촉매메탈 층을 구현할 수 있어 단일벽 탄소 나노튜브를 수직 성장시킬 수 있으므로 수직 성장된 탄소 나노튜브를 이용하는 다양한 전자시스템(예를 들면 전기스위치, 전자 센서)등에 유용하게 이용될 수 있다.Therefore, it is possible to perform position selective deposition of the carbon reaction catalyst differently from the conventional carbon reaction catalyst deposition methods, and the thickness of the carbon reaction catalyst formed in the initial deposition, i.e., the first deposition process, It is possible to control the thickness of the carbon reaction catalyst so that the catalyst metal layer having a thickness of less than nanometer can be realized and the single wall carbon nanotube can be vertically grown. Therefore, And can be usefully used in various electronic systems (for example, electric switches, electronic sensors).
이하에서, 상기 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법을 자세히 살펴본다.Hereinafter, a carbon reaction catalyst deposition method for vertical growth of carbon nanotubes will be described in detail.
먼저, 상기 단계 1 및 단계 2는 수직 공극을 갖는 기판에 탄소 나노튜브의 탄소 반응 촉매를 1차 증착하는 단계로서, 약 10-5 Torr의 진공상태에서 진행되는 즉, 평균자유행로(mean free path)가 챔버크기보다 큰 경우에서 진행되는 전자빔 증착 또는 열적 증착을 통해 증착할 수 있다.First,
상기 수직 공극을 갖는 기판은 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여 수직이 아닌 제1 각도로 기울여 비스듬한 각을 유지한 상태에서 탄소 반응 촉매가 증착되도록 기판의 기울기를 조절하는 것이 중요한데, 이렇게 기판이 비스듬하게 조정됨으로써 탄소 반응 촉매를 수직 공극 상부 측벽과 기판 상부 표면에 선택적으로 원하는 위치에 증착시킬 수 있다.It is important to adjust the inclination of the substrate so that the carbon reaction catalyst is deposited in a state in which the substrate having the vertical air gap is inclined at a first angle not perpendicular to the direction of introduction of the carbon reaction catalyst and maintained at an oblique angle, The carbon reaction catalyst can be selectively deposited at desired positions on the upper sidewall of the vertical cavity and the upper surface of the substrate.
이때, 상기 제1 각도는 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여, 10° 내지 80°일 수 있다.At this time, the first angle may be 10 ° to 80 ° with respect to the flow direction of the carbon reaction catalyst.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기판이 상기 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여, 10° 미만으로 기울어진 경우에는 탄소 반응 촉매가 수직 공극 내부까지 깊숙이 증착되어 이후 원하는 위치까지 스퍼터링이 어려운 문제점이 야기될 수 있고, 상기 기판이 상기 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여, 80°를 초과하여 기울어진 경우에는 탄소 반응 촉매가 수직 공극에 증착되지 못하여 수직 성장된 탄소 나노튜브의 수율이 저하되는 문제점이 있다. According to an embodiment of the present invention, when the substrate is inclined to less than 10 degrees with respect to the flow direction of the carbon reaction catalyst, the carbon reaction catalyst is deeply deposited to the inside of the vertical gap, And when the substrate is inclined by more than 80 ° with respect to the direction of the carbon reaction catalyst, the carbon reaction catalyst is not deposited on the vertical voids, and the yield of vertically grown carbon nanotubes is lowered have.
한편, 상기 단계 2에서 증착된 탄소 반응 촉매의 두께는 단일벽 탄소 나노튜브를 합성하기 위해서 1 내지 15 Å인 것이 바람직하다.Meanwhile, the thickness of the carbon reaction catalyst deposited in the step 2 is preferably 1 to 15 Å in order to synthesize a single walled carbon nanotube.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소 반응 촉매의 증착 두께는 수직 공극을 갖는 기판의 기울어진 각도와 탄소 반응 촉매의 공칭 두께를 설정하여 아래 수학식 1로부터 증착된 탄소 반응 촉매의 두께를 예측할 수 있다:According to an embodiment of the present invention, the deposition thickness of the carbon reaction catalyst may be determined by setting the tilt angle of the substrate having vertical voids and the nominal thickness of the carbon reaction catalyst to predict the thickness of the carbon reaction catalyst deposited from
[수학식 1][Equation 1]
증착된 탄소 반응 촉매의 두께(Å) = sin α × 공칭 두께(Å)Thickness of the deposited carbon reaction catalyst (Å) = sin α × nominal thickness (Å)
상기 수학식 1에서, α는 수직 공극을 갖는 기판의 기울어진 각도로서, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여 기판의 기울어진 각도를 나타낸다.In Equation (1),? Represents a tilted angle of the substrate having vertical voids, and represents the tilted angle of the substrate with respect to the direction in which the carbon reaction catalyst is introduced, as shown in FIG.
위에서 언급된 바와 같이, 상기 단계 1 및 2를 수행하여 수직 공극 측벽 및 표면에 증착된 탄소 반응 촉매의 두께는 이후, 단계 3 및 4에서 2차 증착을 수행한 후의 수직 공극 바닥면과 하부 측벽의 탄소 반응 촉매의 두께를 결정하기 때문에 1차 증착 시, 증착 두께를 적절하게 조절해야하고, 이렇게 조절된 탄소 반응 촉매의 증착 두께는 탄소 나노튜브의 수직 성장에 영향을 줄 수 있다.As noted above, the thickness of the carbon reaction catalyst deposited on the vertical cavity sidewalls and surfaces by performing
이렇게 제조된 탄소 나노튜브의 두께는 1 Å 내지 15 Å일 수 있다.The carbon nanotubes thus prepared may have a thickness of 1 Å to 15 Å.
상기 단계 3 및 단계 4는 상기 단계 1 및 2를 수행하여 1차 증착이 완료된 수직 공극을 갖는 기판에 이온 밀링(ion milling)을 수행하여, 수직 공극 상부와 기판 표면의 탄소 반응 촉매가 스퍼터링되고, 동시에 상기 탄소 반응 촉매를 수직 공극의 바닥면 또는 하부측면에 증착할 수 있다.In the steps 3 and 4, ion milling is performed on the substrate having the vertical gap completed by performing the
한편, 상기 단계 1 및 단계 2에서 1차 증착이 완료된 기판을 제2 각도로 기울여 비스듬한 각을 유지시키는 과정이 중요한데, 이때, 제2 각도는 측벽의 1차 증착된 촉매물질을 전부 스퍼터링 할 수 있도록 상기 제1 각도와 동일 또는 이보다 작을 부여할 수 있다. 즉, 10° 내지 80°이고, 만약 촉매물질이 반드시 바닥면에 닿는 것이 요구될 경우 1차 증착 시, 제1 각도를 미리 고려하여 설정해야한다.In the meantime, it is important to tilt the substrate having been subjected to the first vapor deposition at the second angle in the
제1 각도보다 작은 제2 각도로 기판을 기울여 이온 밀링을 수행하면, 1차 증착되어 있던 탄소 반응 촉매가 에칭되면서, 동시에 수직 공극의 바닥면에 재증착 된다.When ion milling is performed by tilting the substrate at a second angle smaller than the first angle, the carbon reaction catalyst that has been first deposited is etched and simultaneously redeposited on the bottom surface of the vertical gap.
이때, 상기 단계 4에서 일반적으로 촉매메탈의 스퍼터링 속도에 비해 알루미늄 산화막의 속도는 대략 1/10 이하의 속도로 매우 느리기 때문에 촉메메탈이 산화막에 대하여 선택적으로 스퍼터링 된다고 볼 수 있다.In this case, since the speed of the aluminum oxide layer is generally slower than the sputtering speed of the catalyst metal in the step 4, the metal oxide is selectively sputtered to the oxide layer.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 수직 공극을 갖는 알루미늄 산화막은 탄소 반응 촉매의 균일한 증착을 위해 상기 알루미늄 산화막이 장착된 기판을 회전모터를 이용하여 연속적으로 회전시키는 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, in order to uniformly deposit a carbon reaction catalyst, the aluminum oxide film having vertical pores of the present invention preferably continuously rotates the substrate on which the aluminum oxide film is mounted using a rotation motor .
또한 , 상기 탄소 반응 촉매는 탄소 나노튜브를 제조할 수 있는 금속 형태일 수 있고, 바람직하게는 철, 코발트, 니켈 및 팔라듐 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The carbon reaction catalyst may be in the form of a metal capable of producing carbon nanotubes, and may be at least one selected from iron, cobalt, nickel and palladium.
또한, 상기 수직 공극을 갖는 기판은 다공성 알루미늄 산화막일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.In addition, the substrate having the vertical voids may be a porous aluminum oxide film, but is not limited thereto.
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 기판 상에 수직 성장된 탄소 나노튜브의 제조방법을 개시한다:The present invention also discloses a method for producing carbon nanotubes grown vertically on a substrate comprising the steps of:
(1) 수직 공극을 갖는 기판을 탄소 반응 촉매의 유입 방향에 대하여 제1 각도로 조정하는 단계(단계 1);(1) adjusting a substrate having a vertical gap to a first angle with respect to the direction of introduction of the carbon reaction catalyst (step 1);
(2) 상기 단계 1의 기판의 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면에 탄소 반응 촉매를 제1 두께까지 1차 증착시키는 단계(단계 2);(2) firstly depositing a carbon reaction catalyst to a first thickness on the upper sidewall of the vertical space of the substrate of the
(3) 상기 단계 2에서 1차 증착이 완료된 기판을 제2 각도로 조정하는 단계(단계 3);(3) adjusting the substrate on which the first deposition is completed in the step 2 to a second angle (step 3);
(4) 상기 단계 3의 각도가 조정된 기판에서 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면의 탄소 반응 촉매를 스퍼터링하여, 상기 기판의 수직 공극의 바닥면과 하부 측벽에 상기 탄소 반응 촉매를 2차 증착시키는 단계(단계 4); 및(4) The carbon reaction catalyst is sputtered on the upper sidewall of the vertical gap and the upper surface of the substrate in the angle-adjusted substrate of step 3, and the carbon reaction catalyst is sputtered on the bottom surface and the lower sidewall of the vertical gap of the substrate, Depositing (step 4); And
(5) 상기 증착된 탄소 반응 촉매 층에 C2H4, Ar 및 H2를 공급하여 탄소 나노튜브를 수직 성장시키는 단계(단계 5).(5) a step of vertically growing carbon nanotubes by supplying C 2 H 4 , Ar and H 2 to the deposited carbon reaction catalyst layer (step 5).
상기 단계 1 내지 4는 위에서 살펴본 바와 같고, 상기 단계 5는 탄소 반응 촉매 층에 C2H4, Ar 및 H2를 공급하여 탄소 나노튜브를 수직 성장시키는 단계로서, 화학기상증착법을 수행할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.The
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법으로 수직 성장된 탄소 나노튜브를 제공한다.The present invention also provides carbon nanotubes grown vertically by the method according to the present invention.
상기 수직 성장된 탄소 나노튜브는 다이오드 및 전기적 스위치의 역할을 하기 위해서는 반도체 성질을 가지는 단일벽 탄소 나노튜브인 것이 바람직하다.The vertically grown carbon nanotube is preferably a single-walled carbon nanotube having a semiconductor property in order to serve as a diode and an electrical switch.
또한, 본 발명은 기판; 상기 기판상에 배치된 수직 공극을 갖는 산화막; 상기 산화막 수직 공극 하단에 증착되어 배치된 탄소 반응 촉매; 상기 산화막 상에 이격되어 배치된 2개의 전극; 및 상기 2개의 전극을 연결하는, 탄소 반응 촉매 상에서 수직 성장된 탄소 나노튜브로 이루어진 채널;을 포함하는 쇼트키 다이오드를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device comprising a substrate; An oxide film having vertical voids disposed on the substrate; A carbon reaction catalyst deposited at the lower end of the oxide film vertical gap; Two electrodes disposed on the oxide film; And a channel formed of vertically grown carbon nanotubes on the carbon reaction catalyst connecting the two electrodes.
상기 산화막상의 제1 영역에 Ti 막이 배치되고, 상기 산화막상의 제2 영역에 Pd 막이 배치될 수 있고, 상기 Ti 막은 상기 Pd 막과 이격되어 있는 것이 바람직하다.The Ti film may be disposed in the first region on the oxide film, the Pd film may be disposed in the second region on the oxide film, and the Ti film is preferably spaced apart from the Pd film.
상기 2개의 전극은 각각 소스 전극과 드레인 전극으로서, 상기 소스 전극 Au이고, 상기 드레인 전극은 Mo 또는 W인 것이 바람직하다.The two electrodes are preferably a source electrode and a drain electrode, respectively, and the drain electrode is preferably Mo or W.
바람직하게, 상기 소스 전극은 앞서 증착된 Ti막 상에 Au를 추가 증착하여 제조하였고, 드레인 전극은 바닥의 Mo 또는 W에 Pd를 전기도금시켜 제조하여, 소스 전극은 Ti/Au 일 수 있고, 드레인 전극은 Pd/Mo 또는 Pd/W일 수 있다. Preferably, the source electrode is fabricated by further depositing Au on a previously deposited Ti film and the drain electrode is fabricated by electroplating Pd on the bottom Mo or W, the source electrode may be Ti / Au, The electrode may be Pd / Mo or Pd / W.
한편, 상기 수직 성장된 탄소 나노튜브는 반도체 성질을 가지는 단일벽 탄소 나노튜브이다.Meanwhile, the vertically grown carbon nanotube is a single walled carbon nanotube having a semiconductor property.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.
제조예 1Production Example 1
다공성 알루미늄 산화막(AAO)은 얇은 Al층을 양극처리하여 제조하였다. 먼저, 드레인 전극은 e-빔을 사용하여 실리콘 기판상에 Mo를 20 nm 증착시킨 후, 50 nm로 Ti를 증착시켜 형성하였다. 2 μm의 알루미늄을 기판상에 증착시키고, 전위차를 인가하여 양극산화처리 함으로써, 수직 기공을 형성시켰다.Porous aluminum oxide (AAO) was fabricated by anodizing a thin Al layer. First, the drain electrode was formed by depositing 20 nm of Mo on the silicon substrate using e-beam and then depositing Ti to 50 nm. 2 탆 of aluminum was deposited on the substrate and anodic oxidation treatment was performed by applying a potential difference to form vertical pores.
이때, 양극산화는 15 ℃에서 유지된 0.3 M 옥살산(Moxalic acid) 용액을 사용하였다. 양극산화는 공극의 배열의 균일도를 증진시키기 위해 알루미늄층의 1/3을 40 V에서 양극처리하고, 상기 양극처리된 부분은 크롬산을 사용하여 제거한 후, 나머지 알루미늄층의 절반을 양극처리하고, 산화된 부분을 크롬산을 사용하여 제거한 다음, 나머지 알루미늄층을 완전히 양극처리 하는 과정을 수행하였다.At this time, 0.3 M of Moxalic acid solution maintained at 15 캜 was used for the anodic oxidation. Anodizing is anodized at 1/3 of the aluminum layer to improve the uniformity of the arrangement of the pores, the anodized portion is removed using chromic acid, anodic treatment of the remaining half of the aluminum layer, And then the remaining aluminum layer was completely anodized by using chromic acid.
이렇게 세 번의 양극산화 과정을 통해 공극은 간격과 크기의 균일도가 증가되었다.Through these three anodic oxidation processes, the pores were increased in uniformity of spacing and size.
한편, 3번째의 양극산화 과정의 마지막 단계에서, 수직 기공의 바닥에 더 큰 표면적을 도입하기 위해, 입력 전압(input voltage)을 매 20초마다 2V로 감소시켜 여러 개의 작은 기공을 형성시킨 다음, 양극처리된 층의 기공은 인산을 사용하여 확대하였다. On the other hand, in the last stage of the third anodic oxidation process, in order to introduce a larger surface area at the bottom of the vertical pores, the input voltage is reduced to 2V every 20 seconds to form several small pores, The pores of the anodized layer were expanded using phosphoric acid.
기공 확대 시, 상기 수직 기공의 바닥에 남아있는 산화물을 식각하여, Mo 층 하부를 노출시켰다. 이때, 기공의 직경은 약 100 nm으로 확인되었고, 상기에서 얻어진 AAO 층의 두께는 약 1 μm이고, 기공 종횡비는 1:10이다.At the time of enlarging the pores, the oxide remaining on the bottom of the vertical pores was etched to expose the lower part of the Mo layer. At this time, the diameter of the pores was confirmed to be about 100 nm, the thickness of the AAO layer obtained above was about 1 μm, and the pore aspect ratio was 1:10.
상기 양극 산화된 AAO 층은 실질적으로 온도를 높아지면 부피를 수축하여 안정화하려는 경향이 있다. 따라서 온도가 높아질 경우, 팽창하려고 하는 촉매메탈 층과 수축하려는 AAO층 사이에 열응력이 발생한다. 만약 상기 열 응력이 크다면, 상기 AAO 층은 크랙이 생기면서 깨질 수 있는 문제점이 있어, 촉매 증착 전에, 고온의 CNT 합성시에 발생할 수 있는 AAO 층의 열응력을 최소화하기 위해 촉매메탈을 증착하기 전에 미리 AAO 층을 820 ℃에서 어닐링을 수행하였다.The anodized AAO layer tends to shrink and stabilize when the temperature is substantially raised. Therefore, when the temperature rises, thermal stress occurs between the catalyst metal layer that is about to expand and the AAO layer to be shrunk. If the thermal stress is large, there is a problem that the AAO layer may be cracked due to cracking. Therefore, in order to minimize the thermal stress of the AAO layer, which may occur during the synthesis of the high-temperature CNT, The AAO layer was previously annealed at 820 캜.
이에, s-SWCNT 합성 후, 확인 결과, 미리 어닐링된 AAO 층은 보존된 반면에, 어닐링되지 않은 상태에서 CNT 합성을 한 경우 AAO 층은 심각하게 금이 가는 것이 확인되었다.As a result, after the synthesis of s-SWCNT, it was confirmed that the previously annealed AAO layer was preserved, whereas when the CNT synthesis was performed in the non-annealed state, the AAO layer was seriously cracked.
실시예 1Example 1
도 1a에 나타낸 바와 같이, 탄소 반응 촉매의 전자빔(e-beam) 증착은 탄소 반응 촉매 유입 방향에 대하여 30°로 기울어진 기판에서 수행되었다. 이때 탄소 반응 촉매로서, 철(Fe)을 사용하였고, 상기 기판에 탄소 반응 촉매를 균일하게 증착하기 위해서 전기 모터를 사용하여 방사하였다(도 1a 참조).As shown in FIG. 1A, electron-beam (e-beam) deposition of a carbon reaction catalyst was performed on a substrate inclined at 30 degrees with respect to the carbon reaction catalyst inlet direction. At this time, iron (Fe) was used as a carbon reaction catalyst and spun using an electric motor to uniformly deposit a carbon reaction catalyst on the substrate (see FIG. 1A).
기울어진 각도와 예상 두께를 바탕으로 하여 전자빔(e-beam) 시스템을 10 Å까지 설정하였고, 그 결과 탄소 반응 촉매 두께는 상부 측벽에 약 5 Å(= sin 30° × 10 Å)로 확인되었다.Based on the tilted angle and the expected thickness, the electron beam (e-beam) system was set to 10 Å and the carbon reaction catalyst thickness was found to be about 5 Å (= sin 30 ° × 10 Å) on the top sidewall.
그 다음, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 상기 탄소 반응 촉매가 증착된 기판을 5°(초기 증착 시 보다 작은 각도)로 설정한 후, 상부 측벽으로부터 촉매를 스퍼터링(sputtering)하기 위해 이온 밀링을 수행하였고, 템플릿의 상부 표면 위의 촉매는 이온 밀링으로 에칭하고, 공극 바닥면에 촉매가 스퍼터링 되면서 재증착 되었다. 이때, 재증착 후 수직 기공 내부 하부측면의 철의 최종 두께는 제 1 증착 각도에 의해서 상기 전자빔으로 증착된 철의 두께와 유사할 것으로 예상된다 (약 10 Å). Then, as shown in FIG. 1B, after the substrate on which the carbon reaction catalyst was deposited was set to 5 ° (smaller angle than that in the initial deposition), ion milling was performed to sputter the catalyst from the top sidewall , The catalyst on the upper surface of the template was etched by ion milling and redeposited with the catalyst sputtered on the bottom surface of the void. At this time, the final thickness of the iron on the lower side of the vertical pore after re-deposition is expected to be similar to the thickness of the iron deposited by the electron beam by the first deposition angle (about 10 Å).
재증착을 위한 이온 밀링 공정은 아르곤 이온을 10-5 Torr 압력으로 사용하였고, 이는 수직 공극 바닥에서 후방 산란을 방지하기 위해서 충분히 낮게 설정 하였고, 이때, 상기 기판은 이온 밀링을 수행하는 동안에도 균일도를 위해 회전시켰다.The ion milling process for re-deposition uses argon ions at a pressure of 10 -5 Torr, which is set low enough to prevent backscattering at the bottom of the vertical cavity, where the substrate is uniformly uniform during ion milling .
실시예 2Example 2
CNT는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)을 사용하여 성장시켰다. 상기 실시예 1에서 촉매 증착 후에, CNT 합성을 수행하였다. 상기 AAO 템플릿을 반응 챔버에 넣고, 화학 기체를 공급하였다. 먼저, 상기 템플릿은 5분 동안 공급된 산소와 함께 500 ℃로 가열하고, 아르곤 케리어 가스와 함께 추가 가열하여 820 ℃로 온도를 높였다. 820 ℃에서 105 Pa 압력으로 설정하고, 챔버 내로 CH2H4 20 ccm, CH4 1000 ccm 및 H2 500 ccm으로 3분 동안 공급하여 탄소 나노튜브의 합성을 수행하였다.CNTs were grown using Chemical Vapor Deposition. After catalyst deposition in Example 1 above, CNT synthesis was performed. The AAO template was placed in a reaction chamber, and chemical gas was supplied. First, the template was heated to 500 DEG C with oxygen supplied for 5 minutes and then heated to 820 DEG C by further heating with argon carrier gas. The pressure was set at 820 DEG C at 10 < 5 > Pa, and carbon nanotubes were synthesized by supplying CH 2 H 4 20 ccm, CH 4 1000 ccm and H 2 500 ccm into the chamber for 3 minutes.
실시예 3Example 3
합성 후, 상기 s-CNT의 하단부는 각각 옴(Ohmic) 접촉을 형성하기 위해 Pd으로 코팅을 하였고 상단부는 쇼트(Schottky) 접촉을 위해 Ti로 코팅하였다. 먼저, Pd는 s-CNT의 바닥끝에 직접 도금하여 연결시켰다. 상기 전기도금은 Pd(NH3)4Cl2-NH4Cl로 이루어진 용액 내에서, 10분 동안 50 mA/cm2의 전류밀도로 수행되었다. 전기도금에 의해 기공하부를 채운 Pd은 성장된 s-CNT 바닥끝과 기공의 바닥면전극(Mo)과 연결되는데 있어 충분한 것으로 확인되었다(도 2a 참조).After synthesis, the bottom of the s-CNT was coated with Pd to form Ohmic contact, and the top was coated with Ti for Schottky contact. First, Pd was plated directly on the bottom end of the s-CNT. The electroplating is Pd (NH 3) 4 in a solution consisting of Cl 2 -NH 4 Cl, was performed at a current density of 50 mA / cm 2 for 10 minutes. It was confirmed that Pd filling the bottom of the pores by electroplating was sufficient to connect with the bottom edge of the grown s-CNT and the bottom surface electrode (Mo) of the pore (see FIG.
그 후, 상기 s-CNT 상단의 Pd는 s-CNT의 상단에 Ti가 직접 증착할 수 있도록 이온 밀링을 이용하여 제거한 후(도 2b 참조), 45°로 기울여 Ti를 s-CNT의 상단 증착하여 쇼트키 접촉을 형성하였다(도 2c 참조).Thereafter, Pd on the top of the s-CNT is removed by ion milling so that Ti can be directly deposited on the top of the s-CNT (see FIG. 2B) Thereby forming a Schottky contact (see FIG. 2C).
이렇게 제조된 쇼트키 다이오드는 도 3에 나타낸 바와 같이, 디바이스로 설계될 수 있다.The Schottky diode thus manufactured can be designed as a device, as shown in Fig.
실험예 1Experimental Example 1
상기 실시예 2에서 제조된 탄소 나노튜브의 수율을 평가하기 위해 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 조사하였다. The yield of the carbon nanotubes prepared in Example 2 was examined using a scanning electron microscope (SEM).
그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, AAO 기판의 상단 표면에서 탄소 나노튜브를 성장됐음을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that carbon nanotubes were grown on the upper surface of the AAO substrate as shown in FIG.
실험예 2Experimental Example 2
상기 실시예 3에서 제조된 수직 경로를 갖는 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 디바이스가 쇼트키 다이오드의 기능을 수행하는 지 확인하기 위하여 I-V 특성을 평가하였다.I-V characteristics were evaluated to confirm that the semiconductor single-walled carbon nanotube device having the vertical path prepared in Example 3 performs the function of a Schottky diode.
그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 탄소 나노튜브를 포함하는 쇼트키 다이오드로의 기능을 수행하고 있음이 확인되었다.As a result, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the Schottky diode including the carbon nanotubes manufactured according to the present invention performs a function as a Schottky diode.
Claims (17)
(2) 상기 단계 1의 기판의 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면에 탄소 반응 촉매를 1차 증착시키는 단계(단계 2);
(3) 상기 단계 2에서 1차 증착이 완료된 기판을 제2 각도로 조정하는 단계(단계 3); 및
(4) 상기 단계 3의 각도가 조정된 기판에서 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면의 탄소 반응 촉매를 스퍼터링하여, 상기 기판의 수직 공극의 바닥면과 하부 측벽에 상기 탄소 반응 촉매를 2차 증착시키는 단계(단계 4)를 포함하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
(1) adjusting a substrate having a vertical gap to a first angle with respect to the direction of introduction of the carbon reaction catalyst (step 1);
(2) firstly depositing a carbon reaction catalyst on the upper sidewall of the vertical gap of the substrate of step 1 and the upper surface of the substrate (step 2);
(3) adjusting the substrate on which the first deposition is completed in the step 2 to a second angle (step 3); And
(4) The carbon reaction catalyst is sputtered on the upper sidewall of the vertical gap and the upper surface of the substrate in the angle-adjusted substrate of step 3, and the carbon reaction catalyst is sputtered on the bottom surface and the lower sidewall of the vertical gap of the substrate, (Step 4). ≪ Desc / Clms Page number 20 >
상기 단계 1의 상기 제1 각도는 10° 내지 80°인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first angle of the step 1 is in the range of 10 ° to 80 °.
상기 단계 2에서 상기 탄소 반응 촉매의 1차 증착은 전자빔 증착 방법 또는 열적 증착 방법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first deposition of the carbon reaction catalyst is performed by an electron beam deposition method or a thermal deposition method in the step 2.
상기 단계 3의 상기 제2 각도는 제1 각도와 동일 또는 이보다 작은 각도인 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second angle of step 3 is equal to or less than the first angle (Carbon - Reaction Catalyst Deposition Method for Vertical Growth of Carbon Nanotubes).
상기 단계 4에서 탄소 반응 촉매의 스퍼터링은 이온 밀링 방법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sputtering of the carbon reaction catalyst in the step 4 is performed by an ion milling method.
상기 수직 공극을 갖는 기판은 연속적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate having the vertical gap is continuously rotated. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 탄소 반응 촉매는 철, 코발트, 니켈 및 팔라듐 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon reaction catalyst is at least one selected from iron, cobalt, nickel, and palladium.
상기 수직 공극을 갖는 기판은 다공성 알루미늄 산화막인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 수직 성장을 위한 탄소 반응 촉매 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate having the vertical voids is a porous aluminum oxide film.
(2) 상기 단계 1의 기판의 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면에 탄소 반응 촉매를 제1 두께까지 1차 증착시키는 단계(단계 2);
(3) 상기 단계 2에서 1차 증착이 완료된 기판을 제2 각도로 조정하는 단계(단계 3);
(4) 상기 단계 3의 각도가 조정된 기판에서 수직 공극의 상부 측벽과 기판의 상부 표면의 탄소 반응 촉매를 스퍼터링하여, 상기 기판의 수직 공극의 바닥면과 하부 측벽에 상기 탄소 반응 촉매를 2차 증착시키는 단계(단계 4);
(5) 상기 증착된 탄소 반응 촉매 층에 C2H4, Ar 및 H2를 공급하여 탄소 나노튜브를 수직 성장시키는 단계(단계 5)를 포함하는, 기판 상에 수직 성장된 탄소 나노튜브의 제조방법.
(1) adjusting a substrate having a vertical gap to a first angle with respect to the direction of introduction of the carbon reaction catalyst (step 1);
(2) firstly depositing a carbon reaction catalyst to a first thickness on the upper sidewall of the vertical space of the substrate of the step 1 and the upper surface of the substrate (step 2);
(3) adjusting the substrate on which the first deposition is completed in the step 2 to a second angle (step 3);
(4) The carbon reaction catalyst is sputtered on the upper sidewall of the vertical gap and the upper surface of the substrate in the angle-adjusted substrate of step 3, and the carbon reaction catalyst is sputtered on the bottom surface and the lower sidewall of the vertical gap of the substrate, Depositing (step 4);
(5) a step of vertically growing carbon nanotubes by supplying C 2 H 4 , Ar, and H 2 to the deposited carbon reaction catalyst layer (step 5), thereby producing a vertically grown carbon nanotube on the substrate Way.
상기 기판 상에 배치된 제1전극;
상기 제1전극 상에 배치된 수직 공극을 갖는 산화막;
상기 산화막의 수직 공극 하단에 증착되어 배치된 탄소 반응 촉매;
상기 탄소 반응 촉매 상에서 수직 성장된 탄소 나노튜브로 이루어진 채널; 및
상기 산화막 상단에 배치된 제2전극;
을 포함하는 쇼트키 다이오드에 있어서,
상기 채널은 상기 제1전극과 상기 제2전극을 연결하는 것인, 쇼트키 다이오드.
Board;
A first electrode disposed on the substrate;
An oxide film having a vertical gap disposed on the first electrode;
A carbon reaction catalyst deposited at the lower end of the vertical gap of the oxide film;
A channel formed of vertically grown carbon nanotubes on the carbon reaction catalyst; And
A second electrode disposed on the top of the oxide film;
The Schottky diode comprising:
And the channel connects the first electrode and the second electrode.
상기 산화막상의 제1 영역에 Ti 막이 증착되고, 상기 산화막상의 제2 영역에 Pd가 전기도금 되어 배치되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
13. The method of claim 12,
A Ti film is deposited on the first region on the oxide film and Pd is electroplated on the second region on the oxide film.
상기 Ti 막은 상기 Pd와 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
14. The method of claim 13,
And the Ti film is spaced apart from the Pd.
상기 제1전극과 제2전극은 각각 드레인 전극과 소스 전극인 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
13. The method of claim 12,
Wherein the first electrode and the second electrode are a drain electrode and a source electrode, respectively.
상기 소스 전극은 Ti/Au이고,
상기 드레인 전극은 Pd/Mo 또는 Pd/W인 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
16. The method of claim 15,
The source electrode is Ti / Au,
Wherein the drain electrode is Pd / Mo or Pd / W.
상기 수직 성장된 탄소 나노튜브는 반도체 성질을 가지는 단일벽 탄소 나노튜브인 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.13. The method of claim 12,
Wherein the vertically grown carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube having a semiconductor property.
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