KR20060047705A

KR20060047705A - 카본 나노 튜브의 제작 방법 및 그 방법을 실시하는플라즈마 화학기상증착 장치

Info

Publication number: KR20060047705A
Application number: KR1020050037140A
Authority: KR
Inventors: 하루히사 나카노; 마사키 히라카와; 히로히코 무라카미
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2025-05-03
Also published as: CN1696337A; US20060078680A1; KR101190136B1; TWI380341B; TW200603225A

Abstract

[과제] 종래, 플라즈마 CVD 법에 따라 소정의 기판 표면에 카본 나노 튜브를 제작하는 경우, 기판이 플라즈마에 의해 가열되므로, 기판 온도 제어가 곤란하고, 저온에서 카본 나노 튜브 제작에 적합하지 않다.

[해결 수단] 진공 챔버(11)에 탄소 함유 원료 가스를 도입하고, 플라즈마 CVD 법에 따라 카본 나노 튜브를 기판(S) 표면에 기상 성장시킬 때, 기판이 플라즈마(P)에 노출되지 않도록 플라즈마를 발생시키고, 가열 수단에 의해 기판을 소정 온도에 가열하고, 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판 표면에 접촉시켜 기판 표면에 카본 나노 튜브를 성장시킨다.

플라즈마 CVD, 진공 챔버, 카본 나노 튜브, 기판, 원료 가스

Description

카본 나노 튜브의 제작 방법 및 그 방법을 실시하는 플라즈마 화학기상증착 장치{A METHOD FOR FORMING A CARBON NANOTUBE AND A PLASMA CVD APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD}

도 1은 본 발명의 플라즈마 CVD 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 방법에 의해 제작한 카본 나노 튜브의 SEM 사진이다.

도 3은 본 발명의 방법에 의해 제작한 카본 나노 튜브의 TEM 사진이다.

(도면 부호의 간략한 설명)

1: CVD 장치, 2: 가스 도입 수단,

3: 기판 스테이지, 4: 마이크로파 발생기,

5: 차폐 수단, 6: 바이어스 전원,

P: 플라즈마 발생 영역, S: 처리 기판

본 발명은, 카본 나노 튜브의 제작 방법 및 그 방법을 실시하는 플라즈마 CVD 장치에 관한 것으로, 특히 기판에 대해서 수직 방향으로 고른 배향성을 가지는 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 수 있도록 플라즈마 CVD 법을 이용한 카본 나노 튜브의 제작 방법 및 그 방법을 실시하는 플라즈마 CVD 장치에 관한 것이다.

카본 나노 튜브는, 화학적 안정성을 가져, 저전계에 있어 전자를 방출하는 특성을 가지는 것으로부터, 예를 들면 전계 전자 방출형 표시장치(FED :Field Emission Display) 용의 전자원으로 응용되고 있다.

카본 나노 튜브를 제작하는 경우, 소정의 기판 표면의 임의의 부위에 직접 제작하는 것에 의해 정제의 수고를 생략할 수 있고, 또 제작되는 카본 나노 튜브의 길이, 굵기를 대략 균일하게 할 수 있음과 동시에, 기판에 대해서 수직 방향으로 고른 배향성을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

종래에는, 예를 들면 플라즈마 CVD 법을 이용하는 것에 의해, 상기의 카본 나노 튜브를 제작할 수 있는 것이 알려져 있다. 즉, Ni, Fe, Co 등의 천이 금속 또는 이 천이 금속의 적어도 1종을 포함하는 합금의 기판, 또는 유리, 석영이나 Si 웨이퍼 등의 카본 나노 튜브를 제작할 수 없는 기판 표면의 임의의 부위에, 상기 금속을 여러 가지의 임의의 패턴으로 형성한 기판을 이용한다.

그리고, 소정의 진공도로 유지된 진공 챔버내에 상기 기판을 설치하고, 탄화수소 가스와 수소 가스로 이루어진 원료 가스를 진공 챔버내에 도입한 후, 플라즈마를 발생시켜, 기판이 플라즈마에 노출되는 것에 의해, 예를 들면 500℃ 이상으로 가열된다. 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판 표면에 접촉시키는 것에 의해, 카본 나노 튜브를 기상 성장시켜, 기판 전표면에 또는 그 패턴의 부분의 표면에만 소 망하는 카본 나노 튜브가 제작된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본특허공개 평2001-48512호 공보(발명의 상세한 설명 참조)

그렇지만, 상기의 것으로는, 원료 가스를 분해하기 위하여 발생시킨 플라즈마 에너지에 의해 기판이 가열되기 때문에, 기판 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 때, 기판 온도를 제어하지 못하고, 또 기판 온도를 저온화하는데 한계가 있었다. 게다가, 플라즈마에 의해 기판 표면에 기상 성장시킨 카본 나노 튜브가 손상을 받는 우려가 있었다.

거기서, 상기 문제점에 착안하여, 본 발명의 과제는, 기판 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 때, 기판 온도를 제어할 수 있고, 낮은 기판 온도로 카본 나노 튜브를 성장시키는 것에 적합하며, 게다가 기판 표면에, 손상을 받는 일 없이 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 수 있는 카본 나노 튜브의 제작 방법 및 이 방법을 실시하는 플라즈마 CVD 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 카본 나노 튜브의 제작 방법은, 진공 챔버에 탄소 함유 원료 가스를 도입하고, 플라즈마 CVD 법에 따라 카본 나노 튜브를 기판 표면에 기상 성장시킬 때, 기판이 플라즈마에 노출되지 않도록 플라즈마를 발생시키고, 가열 수단에 의해 기판을 소정 온도로 가열하고, 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판 표면에 접촉시켜 기판 표면에 카본 나노 튜브를 성장시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 소정의 기판을 진공 챔버내에 설치한 후, 플라즈마를 발생시킨다. 이 경우, 기판이 플라즈마에 노출되지 않도록, 즉 예를 들면 플라즈마의 발생 영역과 기판을 이격시켜 플라즈마 에너지를 받아 기판이 가열되지 않도록 하고, 별개로 마련한 가열 수단에 의해 기판을 가열한다.

그리고, 기판이 소정 온도에 이른 후, 탄소 함유 가스의 원료 가스를 진공 챔버내에 도입하고, 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판에 접촉시키는 것에 의해, 기판 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시켜 기판 표면에 카본 나노 튜브가 제작된다.

이 경우, 별개의 가열 수단만에 의해 기판을 가열하는 것으로 했기 때문에, 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 때, 기판 온도의 제어가 용이하게 되고, 또 저온으로 카본 나노 튜브를 기상 성장시키는 것이 가능하게 된다. 게다가 플라즈마에 노출되지 않도록 했기 때문에, 기판 표면에 손상을 받는 일 없이 카본 나노 튜브를 기상 성장시키는 것이 가능하게 된다.

상기 기판이 300~700℃ 범위내의 소정 온도에 유지되도록, 가열 수단의 작동을 제어하는 것이 바람직하다. 300℃보다 낮은 온도에서는 현저하게 카본 나노 튜브의 성장이 나쁘고, 또 700℃를 넘은 온도에서는 기판 표면에서 원료의 탄화수소가 분해하여 아모포스(amorphous)상 탄소가 퇴적한다.

상기 기판이 플라즈마에 노출되지 않도록, 상기 플라즈마를 발생시킨 영역과 기판 사이에 마련한 메쉬 형상의 차폐 수단의 각 망목(網目)을 통해 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판 표면에 접촉시켜 기판 표면에 카본 나노 튜브를 성장시키도 록 해도 괜찮다.

그런데, 기판이 플라즈마에 노출되지 않도록 했을 경우에도, 기판에 대해서 수직 방향으로 고른 배향성을 가지는 카본 나노 튜브를 성장하기 위해서는, 플라즈마로 분해된 원료 가스를, 에너지를 가지고 기판 표면에 도달시킬 필요가 있다. 이 경우, 상기 기판에 바이어스 전압을 인가하면, 플라즈마로 분해된 원료 가스를 원활히 기판 방향으로 보낼 수 있다.

상기 메쉬 형상의 차폐 수단과 기판 사이에 바이어스 전압을 인가하는 경우, 바이어스 전압을 -400~200 V의 범위내로 설정하는 것이 좋다. -400~200 V의 범위를 벗어난 전압에서는, 예컨대 방전이 일어나기 쉬워, 기판이나 기판 표면에 기상 성장시킨 카본 나노 튜브에 손상을 줄 우려가 있다.

또한, 상기 탄소 함유의 원료 가스를, 탄화수소 혹은 알코올 또는 이것들에 수소, 암모니아, 질소 혹은 아르곤 중 어느 하나를 혼합한 것으로 하면 좋다.

상기 기판은 적어도 그 표면에, 천이 금속 또는 이 천이 금속의 적어도 1종을 포함하는 합금을 가지는 것으로 하면 좋다.

다음에, 청구항 8에 기재된 본 발명의 플라즈마 CVD 장치는, 진공 챔버를 갖추고, 이 진공 챔버내에 기판을 놓아두는 것을 가능하게 하는 기판 스테이지와 진공 챔버내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 마련하고, 탄소 함유 원료 가스를 진공 챔버내에 도입하여, 카본 나노 튜브를 기판 스테이지 상의 기판 표면에 기상 성장시키는 플라즈마 CVD 장치이며, 상기 기판이 진공 챔버내에 발생시킨 플라즈마에 노출되지 않도록, 플라즈마 발생 영역과 기판 스테이지 상의 처리 기판 사이에 메쉬 형상의 차폐 수단을 마련하고, 기판을 소정 온도로 가열하는 가열 수단을 마련한 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 9에 기재된 본 발명의 플라즈마 CVD 장치는, 진공 챔버를 갖추고, 이 진공 챔버내에 기판을 놓아두는 것을 가능하게 하는 기판 스테이지와 진공 챔버내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 마련하고, 탄소 함유 원료 가스를 진공 챔버내에 도입하여, 카본 나노 튜브를 기판 스테이지 상의 기판 표면에 기상 성장시키는 플라즈마 CVD 장치이며, 상기 기판이 진공 챔버내에 발생시킨 플라즈마에 노출되지 않도록, 플라즈마 발생 영역과 기판 스테이지 상의 처리 기판 사이에 메쉬 형상의 차폐 수단을 마련하고, 기판을 소정 온도로 가열하는 가열 수단을 마련한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차폐 수단과 기판 사이의 거리를, 20~100 ㎜의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 20 ㎜보다 거리가 짧으면 차폐 수단과 기판 사이에 방전이 일어나기 쉬워, 예를 들면 기판에 손상을 줄 우려가 있고, 또 100 ㎜를 넘은 거리에서는, 기판에 바이어스 전압을 인가할 때, 차폐 수단이 반대극으로서의 역할을 수행할 수 없다.

또, 상기 기판에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원을 마련해 두면, 플라즈마에서 분해된 원료 가스가 에너지를 가지고 기판 표면에 도달될 수가 있고, 기판에 대해서 수직 방향으로 고른 배향성을 가지는 카본 나노 튜브를 성장시킬 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 카본 나노 튜브의 제작 방법 및 플라즈마 CVD 장치는, 기판 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 때, 기판 온도를 제어할 수 있고, 낮은 기판 온도로 카본 나노 튜브를 성장시키는데 적합하며, 게다가 기판 표면에 손상을 받는 일 없이 카본 나노 튜브를 기상 성장할 수 있는 효과를 갖는다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

도 1을 참조하여 설명하면, 지시번호 1은 본 발명의 플라즈마 CVD 장치이다. 플라즈마 CVD 장치(1)는, 로터리 펌프나 터보 분자 펌프등의 진공 배기 수단(12)을 마련한 진공 챔버(11)를 가진다. 진공 챔버(11)의 천정부에는, 공지의 구조를 가지는 가스 도입 수단(2)이 설치되고, 이 가스 도입 수단(2)은 가스관(21)을 개입시켜 도시하지 않은 가스원에 연통하고 있다.

여기서, 카본 나노 튜브를 기판(S) 표면에 기상 성장시킬 때에 도입하는 탄소 함유의 원료 가스로서는, 메탄, 아세틸렌등의 탄화수소 가스 혹은 기화시킨 알코올, 또는 기상 성장에 있어서의 희석과 촉매 작용을 위해서, 이러한 가스에 수소, 암모니아, 질소 혹은 아르곤 중 적어도 하나를 혼합한 것을 이용한다. 바람직하게는, 메탄 등 가열한 기판 온도에서 분해하지 않는 것을 이용한다.

또, 진공 챔버(11)에는, 가스 도입 수단(2)에 대향하여, 기판(S)이 놓이는 기판 스테이지(3)가 설치되고, 기판 스테이지(3)와 가스 도입 수단(2) 사이에 플라즈마를 발생시키기 위해서, 플라즈마 발생 장치인 마이크로파 발생기(4)가 도파관(41)을 개입시켜 설치되어 있다. 이 경우, 마이크로파 발생기(4)는, 공지의 구조를 가지는 것으로, 예를 들면 슬롯 안테나를 이용해 ECR 플라즈마를 발생시키는 것 이라도 좋다.

기판 스테이지(3)에 놓여 카본 나노 튜브가 기상 성장되는 기판(S)으로서는, 천이 금속, 예를 들면 Ni, Fe, Co로 이루어진 기판, 이 천이 금속의 적어도 1종을 포함하는 합금의 기판, 또는 유리, 석영이나 Si 웨이퍼 등의 카본 나노 튜브를 직접 기상 성장할 수 없는 기판 표면의 임의의 부위에, 상기 금속을 여러 가지 임의의 패턴으로 형성한 기판을 이용한다. 또, 유리, 석영이나 Si 웨이퍼 등의 기판 표면의 상기 금속을 형성할 때, 상기 기판과 금속 사이에 탄탈 등의 화합물을 형성하지 않는 층을 마련해도 좋다.

그리고, 상기 기판(S)을 기판 스테이지(3)에 놓아둔 후, 진공 배기 수단(12)을 작동하여 진공 챔버(11)를 소정의 진공도까지 배기하고, 마이크로파 발생기(4)를 작동하여 플라즈마를 발생시킨다. 다음에, 기판(S)을 소정 온도까지 가열한 후, 상기 탄소 함유 원료 가스를 진공 챔버(11) 내에 도입하고, 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판(S)에 접촉시키는 것에 의해, 기판(S) 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시켜, 기판(S) 전표면에 또는 그 패턴 부분의 표면에만, 기판(S)에 대해서 수직 방향으로 고른 배향성을 가지는 카본 나노 튜브가 제작된다.

그런데, 종래 기술과 같이, 원료 가스를 분해하기 위하여 발생시킨 플라즈마에 의해 기판이 가열되는 것은, 기판 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 때, 기판 온도를 제어하는 것이 곤란하게 되고, 또 기판 온도를 저온화할 수 없다. 게다가, 플라즈마에 의해, 기판 표면에 기상 성장시킨 카본 나노 튜브가 손상을 받을 우려가 있다.

거기서, 본 실시의 형태에서는, 진공 챔버(11) 내에서 마이크로파 발생기(4)를 작동시켜 발생시킨 플라즈마에 의해 기판(S)이 노출되지 않도록, 플라즈마 발생 영역(P)으로부터 이격하여 기판 스테이지(3)를 배치함과 아울러, 플라즈마 발생 영역(P)과 기판(S) 사이에, 기판 스테이지(3)에 대향하여 금속제인 메쉬 형상의 차폐 수단(5)을 마련했다. 그리고, 기판(S)을 소정 온도로 가열하기 위해서, 예를 들면 저항 가열식의 가열 수단(도시하지 않음)을 기판 스테이지(3)에 내장했다.

이 경우, 가열 수단은 카본 나노 튜브를 기상 성장시키는 동안, 300~700℃ 범위내의 소정 온도로 유지되도록 제어된다. 300℃보다 낮은 온도에서는 현저하게 카본 나노 튜브의 성장이 나쁘고, 또 700℃를 넘은 온도에서는 기판(S) 표면에서 원료인 탄화수소가 분해하여 아모포스(amorphous)상 탄소가 퇴적한다.

메쉬 형상의 차폐 수단(5)은, 예를 들면 스테인레스로 형성되어 진공 챔버(11) 내에서, 그라운드에 접지되거나 또는 플로팅 상태가 되도록 설치된다. 이 경우, 메쉬 형상의 차폐 수단(5)의 각 망목의 크기는 1~3 ㎜로 설정된다. 이것에 의해, 차폐 수단(5)에 의해 이온 쉬스 영역이 형성되어 플라즈마 입자(이온)가 기판(S) 측에 침입하는 것이 방지되어 플라즈마 발생 영역(P)으로부터 이격하여 기판 스테이지(3)를 배치하는 것과 더불어 기판(S)이 플라즈마에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 각 망목의 크기를 1 ㎜ 보다 작게 설정하면, 가스의 흐름을 차단해 버리고, 3 ㎜보다 크게 설정하면 플라즈마를 차단할 수 없다.

또, 기판(S)에 대해서 수직 방향으로 고른 배향성을 가지는 카본 나노 튜브 를 성장하기 위하여, 플라즈마로 분해된 원료 가스를 에너지를 가지고 기판(S) 상에 도달시키기 위해서, 차폐 수단(5)과 기판(S) 사이에, 기판(S)에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원(6)을 마련하고 있다. 이것에 의해, 플라즈마로 분해된 원료 가스는, 차폐 수단(5)의 각 망목을 통과해 기판(S) 방향으로 원활히 보내지게 된다.

이 경우, 바이어스 전압은 -400~200 V 범위내에서 설정된다. -400 V보다 낮은 전압에서는 방전이 일어나기 쉬워 기판(S)이나 기판(S) 표면에 기상 성장시킨 카본 나노 튜브에 손상을 줄 우려가 있다. 또, 200 V를 넘는 전압에서는 카본 나노 튜브의 성장 속도가 늦어진다.

메쉬 형상의 차폐 수단(5)과 기판 스테이지(3)에 놓인 기판(S) 사이의 거리(D)는 20~100 ㎜의 범위로 설정된다. 20 ㎜보다 거리가 짧으면 차폐 수단(5)과 기판(S) 사이에 방전이 일어나기 쉬워, 예를 들면 기판(S)이나 기판(S) 표면에 기상 성장시킨 카본 나노 튜브에 손상을 줄 우려가 있고, 또 l00 ㎜를 넘은 거리에서는 기판(S)에 바이어스 전압을 인가할 때, 차폐 수단(5)이 반대극의 역할을 수행할 수가 없고, 한편으로, 기판(S)에 바이어스 전압을 인가하지 않은 경우에는, 분해된 가스가 결합하여 그을음이 되어 버린다..

이것에 의해, 기판 스테이지(3) 상에 기판(S)을 놓아둔 후, 플라즈마를 발생시키면, 기판(S)이 플라즈마에 노출되지 않고, 즉 플라즈마의 에너지로 기판(S)이 가열되지 않고, 기판(S)은 기판 스테이지(3)에 내장한 가열 수단만에 의해 가열된다. 이 때문에, 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 때, 기판 온도의 제어가 용이하게 되고, 또 저온에서 한편 손상을 받는 일 없이 기판(S) 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 기판 스테이지(3)에 가열 수단을 내장한 것에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 기판 스테이지(3) 상의 기판(S)을 소정 온도까지 가열할 수 있는 것이면 형태는 묻지 않는다.

또, 본 실시의 형태에서는, 플라즈마에 의해 분해된 원료가스를 에너지를 가지고 기판(S) 상에 도달시키기 위해, 차폐 수단(5)과 기판(S) 사이에서 기판(S)에 바이어스 전압을 인가한 것에 대해 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 차폐 수단(5)과 기판(S) 사이에 바이어스 전압을 인가하지 않는 경우에도, 손상을 받는 일 없이 기판(S) 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 수 있다. 또, 기판(S) 표면에 SiO₂와 같은 절연층이 형성되어 있는 경우에는, 기판(S) 표면에 차아지업을 방지하는 등의 목적으로, 바이어스 전원(6)을 개입시켜 기판(S)에 0~200 V의 범위에서 바이어스 전압을 인가하도록 하여도 좋다. 이 경우, 200 V를 넘는 전압에서는, 카본 나노 튜브의 성장속도가 늦어진다.

(실시예 1)

본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 플라즈마 CVD 장치(1)를 이용하여 소정의 기판(S) 상에 카본 나노 튜브를 기상 성장시켜 제작했다. 이 경우, 기판(S)과 차폐 수단(5) 사이의 거리를 20 ㎜로 설정했다. 기판(S)으로서 실리콘 기판 상에 스퍼터 링법에 의해 탄탈을 100 ㎚의 막 두께로 성막하고, 그 다음에 탄탈막 상에 EB 증착법에 의해 Fe를 5 ㎚의 막 두께로 성막한 것을 이용했다.

이와 같이 제작한 기판(S)을 기판 스테이지(3)에 놓아두고, 진공 배기 수단(12)을 작동하여 진공 챔버(11) 내의 압력을 3×10^-1 Pa 이하가 될 때까지 배기한 후, 전처리인 기판 클리닝을 실시했다.

이 경우, 가스 도입 수단(2)을 개입시켜 수소를 80 sccm의 유량으로 진공 챔버(11) 내에 도입하여 2.67×10² Pa로 유지하고, 가열 수단을 작동하여 기판(S)을 500℃까지 가열한 후, 마이크로파 발생기(4)를 작동하여 플라즈마를 발생시켰다. 차폐 수단(5)과 기판(S) 사이에, 기판(S) 측의 전압이 -150 V가 되도록 바이어스 전원(6)에 의해 바이어스 전압을 인가하여 클리닝 했다. 10분 경과 후, 바이어스 전원(6)의 작동을 정지하고, 마이크로파 발생기(4)의 작동을 정지한 후, 가스의 도입을 정지했다. 그리고, 진공 배기 수단(12)을 작동하여 진공 챔버(11) 내의 압력을 다시 3×10^-1 Pa 이하가 될 때까지 배기했다.

다음에, 탄소 함유 원료 가스로서 메탄과 수소의 혼합 가스를 이용해 메탄을 20 sccm, 수소를 80 sccm의 유량으로, 가스 도입 수단(2)을 개입시켜 진공 챔버(11) 내에 도입했다. 이 경우, 진공 챔버(11) 내의 압력이 2.67×10² Pa로 유지되도록 진공 배기 수단(12)의 작동을 제어했다. 그리고, 가열 수단을 작동하여 기판을 500℃까지 가열한 후, 마이크로파 발생기(4)를 작동하여 플라즈마를 발생시켰다. 차폐 수단(5)과 기판(S) 사이에, 기판(S) 측의 전압이 -300 V가 되도록 바이어스 전원(6)에 의해 바이어스 전압을 인가하고, 카본 나노 튜브를 기상 성장시켰다.

도 2는, 상기 순서로 60분 동안, 기판(S) 표면에 카본 나노 튜브를 기상 성장시켰을 때의 SEM 사진이며, 도 3은 그 때의 TEM 사진이다. 이것에 의하면, 기판(S)에 대하여 수직인 방향으로, 주로 4 ㎛, 부분적으로 10 ㎛의 길이로 카본 나노 튜브가 제작되고 있는 것을 알 수 있다. 또, 중공이 있어 카본 나노 튜브인 것을 확인할 수 있었다 .

(실시예 2)

본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 플라즈마 CVD 장치(1)를 이용하여, 상기 실시예 1과 같은 조건에서 카본 나노 튜브를 형성하는 것으로 하였지만, 기판(S)으로서, 실리콘 기판 상에 형성한 Fe막 상에, 이 Fe막의 일부가 노출하도록, 이에 더하여 스퍼터링법에 의해 SiO₂를 성막한 것을 이용했다. 또, 클리닝할 때, 기판(S)측의 전압이 -300 V로 되도록 바이어스 전원(6)에 의해 바이어스 전압을 인가하는 것과 함께, 처리시간을 5분으로 했다. 이에 더하여, 카본 나노 튜브를 기상 성장시킬 때에는, 바이어스 전압을 인가하지 않는 것으로 했다.

이 실시예 2에 의하면, 촉매로서 작용하는 Fe막 상에, 높이가 고른 카본 나노 튜브가 성장하는 것을 확인하였다.

Claims

진공 챔버에 탄소 함유 원료 가스를 도입하고, 플라즈마 CVD 법에 따라, 카본 나노 튜브를 기판 표면에 기상 성장시킬 때, 기판이 플라즈마에 노출되지 않도록 플라즈마를 발생시키고, 가열 수단에 의해 기판을 소정 온도로 가열하고, 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판 표면에 접촉시켜 기판 표면에 카본 나노 튜브를 성장시키는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브의 제작 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 기판이 300~700℃ 범위내의 소정 온도에 유지되도록, 가열 수단의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브의 제작 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 플라즈마를 발생시킨 영역과 기판 사이에 마련한 메쉬 형상의 차폐 수단의 각 망목을 통해 플라즈마로 분해된 원료 가스를 기판 표면에 접촉시켜 기판 표면에 카본 나노 튜브를 성장시키는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브의 제작 방법.
청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서,

상기 기판에 바이어스 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 의 제작 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 메쉬 형상의 차폐 수단과 기판 사이에 바이어스 전압을 인가하는 경우, 바이어스 전압을 -400~200V 범위내로 설정하는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브의 제작 방법.
청구항 1 내지 청구항 5의 어느 한 항에 있어서,

상기 탄소 함유의 원료 가스를, 탄화수소 혹은 알코올 또는 이것들에 수소, 암모니아, 질소 혹은 아르곤 중 적어도 하나를 혼합한 것으로 한 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브의 제작 방법.
청구항 1 내지 청구항 6의 어느 한 항에 있어서,

상기 기판은, 적어도 그 표면에 천이 금속 또는 이 천이 금속의 적어도 1종을 포함하는 합금을 가지는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브의 제작 방법.
진공 챔버를 갖추고, 이 진공 챔버 내에 기판을 놓아두는 것을 가능하게 하는 기판 스테이지와 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 마련하고, 탄소 함유 원료 가스를 진공 챔버 내에 도입하여, 카본 나노 튜브를 기판 스테이지상의 기판 표면에 기상 성장시키는 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 상기 기판이 진공 챔버 내에 발생시킨 플라즈마에 노출되지 않도록, 플라즈마를 발생시킨 영역으로부터 이격시켜 기판 스테이지를 배치함과 아울러, 기판을 소정 온도로 가열하는 가열 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
진공 챔버를 갖추고, 이 진공 챔버 내에 기판을 놓아두는 것을 가능하게 하는 기판 스테이지와 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 마련하고, 탄소 함유 원료 가스를 진공 챔버 내에 도입하여, 카본 나노 튜브를 기판 스테이지상의 기판 표면에 기상 성장시키는 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 상기 기판이 진공 챔버 내에 발생시킨 플라즈마에 노출되지 않도록, 플라즈마 발생 영역과 기판 스테이지상의 처리 기판 사이에 메쉬 형상의 차폐 수단을 마련하고, 기판을 소정 온도로 가열하는 가열 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 차폐 수단과 기판 사이의 거리를 20~100 ㎜의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
청구항 8 내지 청구항 10의 어느 한 항에 있어서,

상기 기판에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원을 마련한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.