나노스트럭쳐 제조 방법 및 장치 document_id A220623068414

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.