플라즈마 화학기상증착에 의한 탄소나노튜브 성장(Carbon nanotube growth by PECVD)

전문가 제언

□ 1998년 Ren 등이 PECVD를 사용하여 유리 기판위에 수직배향된 고순도의 CNTs를 합성함으로써 이의 합성과 응용기술에 획기적인 진전을 가져왔다. CNTs에 관한 연구는 국제적으로 아직 초기단계이며, 고순도 CNTs를 대량으로 합성하는 기술은 아직 완성되지 않은 상태이다. 합성법에는 열분해법, 레이저 증발법, 플라즈마 화학기상증착법, 열화학기상증착법 등의 여러 가지 방법이 사용된다. 고순도, 고밀도 CNTs의 합성은 아직 어려운 문제이다. CNTs를 광범하게 이용하기 위해서는 대량생산과 합성할 때 CNTs 구조제어가 필수적이다.

□ PECVD에서 방전을 일으키는 전원은 직류 또는 고주파 두 가지로 구분한다. 사용되는 고주파는 RF(Radio-frequency, 13.56MHz)와 마이크로파(Microwave, 2.47GHz)이다. 플라즈마 방식은 방전공간을 전극사이에 끼우고 전극에 걸어주는 고주파 전계에 의하여 글로우 방전을 발생시키는 방법이다. CNTs는 미세한 촉매금속 입자위에서 성장하므로 CNTs의 직경은 촉매금속 입자의 크기에 의해서 결정된다. 촉매금속 입자의 밀도가 증가하면 CNTs의 밀도가 증가하여 수직배향으로 정렬하게 된다. 따라서 먼저 촉매금속 임자의 크기와 밀도를 조절하는 것이 CNTs합성의 중요한 관건이 된다.

○ PECVD의 특징은 낮은 기판온도(약 400℃)에서 막 증착이 가능하고 열CVD보다 증착속도가 빠르다는 장점이 있는 반면 비결정질 탄소 및 흑연 상(相)의 생성으로 순수한 CNTs를 얻을 수 없다는 것이다. 이를 극복하기 위해 국내 연구진의 실험결과에 의하면, CNTs표면을 CF4플라즈마로 처리하여 이들 비결정질 탄소와 흑연성분을 감소시켰을 뿐 아니라 CNTs끝부분을 개방할 수 있었다. 중국 연구진의 결과에 의하면 원료기체 중 수소 양을 증가하면 비결정질 탄소를 감소한다는 것을 보였다.
- 국내 다른 연구에 의하면 이중층용량콘덴서(electric double layer capacitor)를 위한 전극용의 CNTs를 합성하는 방법으로, 처음 CNTs 핵의 생성과 초기 성장단계에서는 PECVD를 사용하고 이은 성장단계에서는 CVD를 사용함으로써 CNTs의 직경이 두꺼워지지 않는 결과를 얻었다. 이와 같이 PECVD 국내수준도 선진국과 비슷하고, 향후 상용기술을 선점해야 할 도전적 과제를 가진다.

저자

Delzeit, Lance; Cassell, Alan; Hash, David; Meyyappan, M.

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2003

권(호)

12(2)

잡지명

Plasma Sources Science and Technology

과학기술
표준분류

재료

페이지

205~216

분석자

서*석

분석물

• 플라즈마 화학기증착에 의한 탄소나노튜브 성장.pdf [207,230 byte]

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