1991년 탄소나노튜브의 발견이후 세계적으로 탄소나노튜브에 대한 연구가 진행되어 왔다. 초기에는 물리적 현상에 대해서 많은 연구가 진행되었으나 현재는 전계방출 디스플레이 소자, 나노 전자소자, 연료 전지, 주사탐침 현미경(SPM)의 팁, 나노 복합체 등 탄소나노튜브를 응용한 수많은 제품들이 연구되고 있거나 상품화하고 있다. 촉매 금속으로 인한 ...
1991년 탄소나노튜브의 발견이후 세계적으로 탄소나노튜브에 대한 연구가 진행되어 왔다. 초기에는 물리적 현상에 대해서 많은 연구가 진행되었으나 현재는 전계방출 디스플레이 소자, 나노 전자소자, 연료 전지, 주사탐침 현미경(SPM)의 팁, 나노 복합체 등 탄소나노튜브를 응용한 수많은 제품들이 연구되고 있거나 상품화하고 있다. 촉매 금속으로 인한 탄화수소의 분해와 탄소원자의 확산, 포화 그리고 석출로 이어지는 일련의 과정을 통하여 탄소나노튜브는 성장하게 되는데 촉매금속의 위치에 따라 성장모드가 달라진다. 탄소나노튜브의 성장모드에는 촉매금속이 기판과 붙어있고 그 위로 탄소나노튜브가 자라 올라가는 뿌리성장 모드와 촉매금속이 기판으로부터 이탈하여 그 아래로 탄소나노튜브가 자라 내려가는 머리성장 모드의 두 가지가 있다. 촉매금속의 위치에 따라 전계방출 특성 및 탄소나노튜브의 물리학적 성질이 달라지므로 성장모드를 규명하는 것은 매우 중요한 과제이다. 하지만 투과전자현미경을 이용하여 나노튜브를 분석할 때에 시편준비법으로 기존에는 분산법을 이용하였기 때문에 성장 메카니즘의 규명이 매우 어려웠었다. 본 연구에서는 탄소나노튜브의 투과전자현미경 시편제조에 단면시편제작법을 시도하여 시편을 성공적으로 제작할 수 있었다. 또한, 그 결과 탄소나노튜브의 성장점에 대한 손상없이 투과전자현미경으로 화학기상 증착법으로 성장시킨 탄소나노튜브의 초기 성장 거동을 관찰하여 탄소나노튜브의 촉매와 기판과의 위치 정보를 얻을 수 있었다. 플라즈마 화학기상증착법으로 탄소나노튜브의 합성을 시도한 결과 열화학기상증착법에 비해 저온에서 탄소나노튜브가 성장되었으며 특히 양극과 음극 사이에 가한 전기장 방향으로 성장되는 모습을 보였다. 촉매금속을 철과 인바합금의 두 가지로 하여 나누어 각각 플라즈마 방식으로 짧은 시간동안 탄소나노튜브를 성장시키고 투과전자현미경(TEM), 고분해능 투과전자현미경(HREM), 주사투과전자현미경(STEM) 과 에너지 분산 X선 분광분석기(EDS)를 사용하여 초기 성장거동을 관찰하였다. 그 결과 플라즈마의 에칭 효과로 인하여 기판까지 식각되는 현상이 있었으며 식각된 기판의 크기가 초기성장에서 탄소나노튜브의 직경을 결정하는 것을 알 수 있었다. 인바합금의 경우 하부 전극층으로 사용된 크롬이 전처리 과정에서 규소 기판과 반응하여 규화크롬을 형성하였는데 규화물은 반도체와 도체간의 밴드갭 차이에 의한 저항값을 낮춰주는 물질이지만 FED 분야에서 크롬막의 전기전도도에 영향을 미침으로 전계방출 특성에 까지 영향을 미칠 것으로 예상되므로 소자 설계과정에서 이 점이 고려되어야 할 것이다. 인바합금을 촉매로 플라즈마 화학기상증착법과 열화학기상증착법으로 탄소나노튜브를 합성한 결과 플라즈마 화학 기상증착법으로 성장시켰을 때 촉매입자가 플라즈마에 의해 더 작게 쪼개어져서 탄소나노튜브의 외벽에 붙어있음을 관찰하였으며 수직성장거동을 보였다. 벽면에 붙어있는 촉매입자를 이용하여 열화학 기상 증착법으로 나노튜브를 이차성장시킨 결과 전계방출 특성이 약 3V/㎛으로 플라즈마 화학기상증착법의 약 4.5V/㎛나 열화학기상증착법의 약 3.5V/㎛보다 좋은 전계방출 특성을 갖는 것으로 나타났다. 경사 시리즈에 의한 3차원전자선토모그래피를 이용하여 탄소나노튜브의 3차원적 영상획득을 시도하였으며, 탄소나노튜브의 내부에 존재하는 촉매금속을 뚜렷이 관찰할 수 있었으며 그 3차원 형상은 나노 크기의 입자 형태를 하고 있는 것으로 나타났다. 3차원 전자선 토모그래피 기법은 나노 크기의 구조체에 대한 3차원 형상화의 가능성을 제시한 것으로 의미가 있을 것이다.
1991년 탄소나노튜브의 발견이후 세계적으로 탄소나노튜브에 대한 연구가 진행되어 왔다. 초기에는 물리적 현상에 대해서 많은 연구가 진행되었으나 현재는 전계방출 디스플레이 소자, 나노 전자소자, 연료 전지, 주사탐침 현미경(SPM)의 팁, 나노 복합체 등 탄소나노튜브를 응용한 수많은 제품들이 연구되고 있거나 상품화하고 있다. 촉매 금속으로 인한 탄화수소의 분해와 탄소원자의 확산, 포화 그리고 석출로 이어지는 일련의 과정을 통하여 탄소나노튜브는 성장하게 되는데 촉매금속의 위치에 따라 성장모드가 달라진다. 탄소나노튜브의 성장모드에는 촉매금속이 기판과 붙어있고 그 위로 탄소나노튜브가 자라 올라가는 뿌리성장 모드와 촉매금속이 기판으로부터 이탈하여 그 아래로 탄소나노튜브가 자라 내려가는 머리성장 모드의 두 가지가 있다. 촉매금속의 위치에 따라 전계방출 특성 및 탄소나노튜브의 물리학적 성질이 달라지므로 성장모드를 규명하는 것은 매우 중요한 과제이다. 하지만 투과전자현미경을 이용하여 나노튜브를 분석할 때에 시편준비법으로 기존에는 분산법을 이용하였기 때문에 성장 메카니즘의 규명이 매우 어려웠었다. 본 연구에서는 탄소나노튜브의 투과전자현미경 시편제조에 단면시편제작법을 시도하여 시편을 성공적으로 제작할 수 있었다. 또한, 그 결과 탄소나노튜브의 성장점에 대한 손상없이 투과전자현미경으로 화학기상 증착법으로 성장시킨 탄소나노튜브의 초기 성장 거동을 관찰하여 탄소나노튜브의 촉매와 기판과의 위치 정보를 얻을 수 있었다. 플라즈마 화학기상증착법으로 탄소나노튜브의 합성을 시도한 결과 열화학기상증착법에 비해 저온에서 탄소나노튜브가 성장되었으며 특히 양극과 음극 사이에 가한 전기장 방향으로 성장되는 모습을 보였다. 촉매금속을 철과 인바합금의 두 가지로 하여 나누어 각각 플라즈마 방식으로 짧은 시간동안 탄소나노튜브를 성장시키고 투과전자현미경(TEM), 고분해능 투과전자현미경(HREM), 주사투과전자현미경(STEM) 과 에너지 분산 X선 분광분석기(EDS)를 사용하여 초기 성장거동을 관찰하였다. 그 결과 플라즈마의 에칭 효과로 인하여 기판까지 식각되는 현상이 있었으며 식각된 기판의 크기가 초기성장에서 탄소나노튜브의 직경을 결정하는 것을 알 수 있었다. 인바합금의 경우 하부 전극층으로 사용된 크롬이 전처리 과정에서 규소 기판과 반응하여 규화크롬을 형성하였는데 규화물은 반도체와 도체간의 밴드갭 차이에 의한 저항값을 낮춰주는 물질이지만 FED 분야에서 크롬막의 전기전도도에 영향을 미침으로 전계방출 특성에 까지 영향을 미칠 것으로 예상되므로 소자 설계과정에서 이 점이 고려되어야 할 것이다. 인바합금을 촉매로 플라즈마 화학기상증착법과 열화학기상증착법으로 탄소나노튜브를 합성한 결과 플라즈마 화학 기상증착법으로 성장시켰을 때 촉매입자가 플라즈마에 의해 더 작게 쪼개어져서 탄소나노튜브의 외벽에 붙어있음을 관찰하였으며 수직성장거동을 보였다. 벽면에 붙어있는 촉매입자를 이용하여 열화학 기상 증착법으로 나노튜브를 이차성장시킨 결과 전계방출 특성이 약 3V/㎛으로 플라즈마 화학기상증착법의 약 4.5V/㎛나 열화학기상증착법의 약 3.5V/㎛보다 좋은 전계방출 특성을 갖는 것으로 나타났다. 경사 시리즈에 의한 3차원 전자선 토모그래피를 이용하여 탄소나노튜브의 3차원적 영상획득을 시도하였으며, 탄소나노튜브의 내부에 존재하는 촉매금속을 뚜렷이 관찰할 수 있었으며 그 3차원 형상은 나노 크기의 입자 형태를 하고 있는 것으로 나타났다. 3차원 전자선 토모그래피 기법은 나노 크기의 구조체에 대한 3차원 형상화의 가능성을 제시한 것으로 의미가 있을 것이다.
Since the discovery of a carbon nanotube in 1991, there have been many researches going on in the world. In the initial stage, the studies were concentrated on its physical phenomena. Currently the focus has moved to application and commercialization, such as field emission display electronic device...
Since the discovery of a carbon nanotube in 1991, there have been many researches going on in the world. In the initial stage, the studies were concentrated on its physical phenomena. Currently the focus has moved to application and commercialization, such as field emission display electronic devices, nano electronic devices, fuel cells, the tips of scanning probe microscopes(SPM), and nanocomposites. A carbon nanotube grows through a series of steps from a decomposition of hydrocarbons to diffusion, saturation, and precipitation of carbon atoms. The location of a catalytic metal determines the growth mode of carbon nanotube; the root growth mode or head growth mode. Since the characteristics of field emission and physical features of a carbon nanotube are different according to the growth mode, it's essential to identify the growth mode. But it was extremely difficult to identify a growth mechanism of a carbon nanotube when dispersion method was used for sample preparation in TEM analysis. In this study we tried a sectional sample preparation method for a transmission electron microscopy. As a result, the location information of a catalyst and substrate of carbon nanotube was obtained by a transmission electron microscopy without braking the nanotubes from the substrate. Another trial was synthesis of a carbon nanotube by a plasma chemical vapor deposition method. Compared to the thermal chemical vapor deposition method, it enabled the carbon nanotube to grow at lower temperatures. Also, nanotubes grew in a direction of electric field between the anode and cathode. The early growth behaviors were observed with a transmission electron microscopy(TEM), high resolution transmission electron microscopy(HREM), scanning transmission electron microscopy(STEM) and energy dispersive X-ray spectrometry(EDS). In case of invar alloy, chrome in the electrode layer reacted with the silicon in the substrate during the pretreatment process and formed chrome silicide. Since the silicide affects the electric conduction of the chrome film and are expected to further affect the characteristics of field emission, silicide formation should be considered in designing an electronic device. Hybrid carbon nanotubes were synthesized in two steps of processing: first the plasma chemical vapor deposition and second, thermal chemical vapor deposition. Secondary carbon nanotubes grew from the points on the outer wall of primary grown carbon nanotubes where catalyst particles exist. The field emission was ～3V/μm, which was superior to 4.5V/μm with the plasma chemical vapor deposition method or 3.5V/μm with the thermal chemical vapor deposition method. The three-dimensional images of a carbon nanotubes were obtained by using the 3D electron tomography The catalytic metals inside the carbon nanotubes were clearly identified. The 3D images were comprised of nano-size particles. The 3D electron tomography would have much implication since it suggested the potential of 3D image for a nano-size structure.
Since the discovery of a carbon nanotube in 1991, there have been many researches going on in the world. In the initial stage, the studies were concentrated on its physical phenomena. Currently the focus has moved to application and commercialization, such as field emission display electronic devices, nano electronic devices, fuel cells, the tips of scanning probe microscopes(SPM), and nanocomposites. A carbon nanotube grows through a series of steps from a decomposition of hydrocarbons to diffusion, saturation, and precipitation of carbon atoms. The location of a catalytic metal determines the growth mode of carbon nanotube; the root growth mode or head growth mode. Since the characteristics of field emission and physical features of a carbon nanotube are different according to the growth mode, it's essential to identify the growth mode. But it was extremely difficult to identify a growth mechanism of a carbon nanotube when dispersion method was used for sample preparation in TEM analysis. In this study we tried a sectional sample preparation method for a transmission electron microscopy. As a result, the location information of a catalyst and substrate of carbon nanotube was obtained by a transmission electron microscopy without braking the nanotubes from the substrate. Another trial was synthesis of a carbon nanotube by a plasma chemical vapor deposition method. Compared to the thermal chemical vapor deposition method, it enabled the carbon nanotube to grow at lower temperatures. Also, nanotubes grew in a direction of electric field between the anode and cathode. The early growth behaviors were observed with a transmission electron microscopy(TEM), high resolution transmission electron microscopy(HREM), scanning transmission electron microscopy(STEM) and energy dispersive X-ray spectrometry(EDS). In case of invar alloy, chrome in the electrode layer reacted with the silicon in the substrate during the pretreatment process and formed chrome silicide. Since the silicide affects the electric conduction of the chrome film and are expected to further affect the characteristics of field emission, silicide formation should be considered in designing an electronic device. Hybrid carbon nanotubes were synthesized in two steps of processing: first the plasma chemical vapor deposition and second, thermal chemical vapor deposition. Secondary carbon nanotubes grew from the points on the outer wall of primary grown carbon nanotubes where catalyst particles exist. The field emission was ～3V/μm, which was superior to 4.5V/μm with the plasma chemical vapor deposition method or 3.5V/μm with the thermal chemical vapor deposition method. The three-dimensional images of a carbon nanotubes were obtained by using the 3D electron tomography The catalytic metals inside the carbon nanotubes were clearly identified. The 3D images were comprised of nano-size particles. The 3D electron tomography would have much implication since it suggested the potential of 3D image for a nano-size structure.
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