[논문]촉매 화학 기상 증착법을 사용하여 실리콘 기판위에 수직 정렬된 직경이 얇은 다중층 탄소나노튜브의 합성과 그들의 전계방출 특성

정승일; 최상규; 이승백

doi:10.5757/jkvs.2008.17.4.365

촉매 화학 기상 증착법을 사용하여 실리콘 기판위에 수직 정렬된 직경이 얇은 다중층 탄소나노튜브의 합성과 그들의 전계방출 특성
Synthesis of vertically aligned thin multi-walled carbon nanotubes on silicon substrates using catalytic chemical vapor deposition and their field emission properties 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.17 no.4, 2008년, pp.365 - 373

정승일 (한양대학교 나노반도체공학과) , 최상규 (한양대학교 나노반도체공학과) , 이승백 (한양대학교 나노반도체공학과)

초록
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최적화된 량의 황화수소 첨가 가스를 이용하여 실리콘 기판위에 증착된 Fe/Al 박막위에 촉매 화학 기상 증착법을 사용하여 직경이 얇은 다중층 탄소나노튜브가 수직 정렬되어 합성되었다. 주사전자현미경 관측 이미지에서 합성된 탄소나노튜브는 상대적으로 일정한 길이를 가지고 기판에 수직으로 정렬되었다. 투과전자현미경 관측에서 합성된 탄소나노튜브는 10nm 이내의 작은 외경을 가졌고 촉매가 거의 없었다. 평균 튜브의 벽 수는 약 다섯 개이다. 수직 정렬된 직경이 얇은 다중층 탄소나노튜브의 성장 메카니즘이 제시되었다. 수직 정렬된 직경이 얇은 다중층 탄소나노튜브는 $0.1\;{\mu}A/cm^2$의 전류밀도에서 약 $1.1\;V/{\mu}m$ 낮은 턴-온 전계를 나타내었고 $2.7\;V/{\mu}m$의 전계에서 약 $2.5\;mA/cm^2$의 전류밀도를 얻었다. 게다가, 수직 정렬된 직경이 얇은 다중층 탄소나노튜브는 약 $1\;mA/cm^2$의 전류밀도에서 20시간동안 전류밀도 저하 없이 좋은 전계 방출 안정성을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have succeeded in synthesizing vertically aligned thin multi-walled carbon nanotubes (VA thin-MWCNTs) by a catalytic chemical vapor deposition (CCVD) method onto Fe/Al thin film deposited on a Si wafers using an optimum amount of hydrogen sulfide ($H_2S$) additive. Scanning electron microscope (SEM) images revealed that the as-synthesized CNT arrays were vertically well-oriented perpendicular to the substrate with relatively uniform length. Transmission electron microscope (TEM) observations indicated that the as-grown CNTs were nearly catalyst-free thin-MWCNTs with small outer diameters of less than 10nm. The average wall number is about 5. We suggested a possible growth mechanism of the VA thin-MWCNT arrays. The VA thin-MWCNTs showed a low turn-on electric field of about $1.1\;V/{\mu}m$ at a current density of $0.1\;{\mu}A/cm^2$ and a high emission current density about $2.5\;mA/cm^2$ at a bias field of $2.7\;V/{\mu}m$. Moreover, the VA thin-MWCNTs presented better field emission stability without degradation over 20 hours (h) at the emission current density of about $1\;mA/cm^2$.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

TEM observation was performed to further study the morphology and microstructure of the well-aligned CNTs. The as-grown CNTs were dispersed on a Cu grid for the TEM observation.

대상 데이터

Field electron emission measurements were performed using a planar diode configuration in a vacuum chamber at a pressure of 2×10^-7 Torr. The anode was a stainless steel disk with a diameter of 5 mm. The gap between the cathode and the anode was 270 μm, and the measured emission area was 0.

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