초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
다양한 소재(CuO, SiC, Si, ZnO, CNT)의 의료기기용 x-선 전류 발생용 전계방출 소자로의 적용가능성을 나노구조체를 성장시켜 검증하고, 최적의 특성을 갖는 소재와 구조를 이용하여 최대 전류 10mA, 최대 전류밀도 40mA/cm², 10시간 연속 열화 시험 후 90%이상의 전류를 유지하는 탄소나노튜브기반 전계방출형 냉음극소자를 개발하였다.
일반적으로 탄소나노튜브기반 냉음극 전계방출 소자는 고전계하에서는 기판과의 부착력이 문제가 되어 내구성면에서 취약하거나 탄

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
다양한 소재(CuO, SiC, Si, ZnO, CNT)의 의료기기용 x-선 전류 발생용 전계방출 소자로의 적용가능성을 나노구조체를 성장시켜 검증하고, 최적의 특성을 갖는 소재와 구조를 이용하여 최대 전류 10mA, 최대 전류밀도 40mA/cm², 10시간 연속 열화 시험 후 90%이상의 전류를 유지하는 탄소나노튜브기반 전계방출형 냉음극소자를 개발하였다.
일반적으로 탄소나노튜브기반 냉음극 전계방출 소자는 고전계하에서는 기판과의 부착력이 문제가 되어 내구성면에서 취약하거나 탄소나노튜브 상단부가 소모되는 등 수명에 있어 문제가 있었다. 또한 균일하게 자란 탄소나노튜브의 경우 부착력은 향상되나 전계가 나노선 끝부분에 집중되지 못 하는 screening effect가 많은 전류를 발생시키는 것을 방해하는 문제도 있어 왔다. 본 연구에서는 microwave plasma CVD를 이용하여 촉매물질이 균일한 간격으로 배치된 patterning 기법을 이용하여 screening effect를 억제하는 구조의 탄소나노튜브를 성장시켜 고밀도, 고출력 전계 방출형 소자를 제작하였다. 또한 in-situ plasma treatment 기법을 개발하여 Si기판과 탄소나노튜브의 부착력을 향상시켰다. 또한 나노선들을 5~20μm크기의 번들형태로 구성되게 하고 각각의 번들이 tip 형태를 이루도록 하여 이들이 동일한 전계에서도 많은 전류를 방출할 수 있는 구조를 형성하였다. 이 과정에서 최적의 H2 plasma treatment조건에서는 초기에 다중벽 탄소나노튜브(MWNT) 형태로 성장된 탄소나노튜브들이 단일벽(SWNT) 혹은 이중벽(DWNT) 구조의 탄소나노튜브로 변화되는 것도 관찰하였으며, 이들 우수한 특성의 DWNT구조가 고전계에서도 향상된 내구성을 나타내는 원인으로 해석되었다.

Abstract ▼

Several materials such as CuO, SiC, Si, ZnO and CNT were investigated its feasibility as cold cathode emitter materials of x-ray tube for medical usage. After selection of best material and structure, CNT based cold cathode field emitter with maximum current as 10mA, maximum current density 40mA/cm<

Several materials such as CuO, SiC, Si, ZnO and CNT were investigated its feasibility as cold cathode emitter materials of x-ray tube for medical usage. After selection of best material and structure, CNT based cold cathode field emitter with maximum current as 10mA, maximum current density 40mA/cm² was developed. Furthermore, it has maintain over 90% of initial current after 10hr continuous lifetime test. It is equivalent value for the 3~5 years in the actual system application.
Generally, CNT based cold cathode field emitter devices have many problems as poor adhesion with substrates and burn-out of emitter tip. In addition, uniformly grown CNT forest is good for adhesion but has screening effects which hinder electric field crowding at the CNT tip hence decrease electron emission. In this research, catalyst metal was patterned using photolithography and CNTs were grown via microwave plasma CVD. The well aligned CNTs grown on patterned catalyst can suppress screening effects. As a result, CNT emitter with high current and/or current density was fabricated.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 10
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 11
• 1절 개요 ... 11
• 1. 연구개발 목적 ... 11
• 2. 목표 및 연차별 연구개발 내용 ... 12
• 2절 연구개발 필요성 및 배경 ... 13
• 1. 기술적 측면 ... 13
• 2. 산업.경제적 측면 ... 14
• 3. 정책적 측면 ... 15
• 3절 목표치 선정 과정 ... 17
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 20
• 1절 국내 기술동향 ... 20
• 2절 국외 기술동향 ... 23
• 3절 특허 분석 ... 24
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 25
• 1절 LED관련분야 기획 ... 25
• 2절 새로운 재료의 나노선(nanowire) 제조 검증 ... 29
• 1. CuO 나노선 성장 ... 29
• 2. ZnO 나노선 성장 (한양대학교 위탁연구) ... 37
• 3. Black Si을 이용한 Si 및 SiC 나노선 성장 ... 43
• 3절 CNT 에미터 개발 ... 47
• 1. 에미터 전류 측정을 위한 장치 제작 ... 47
• 2. 최적 측정 조건 수립을 위한 cathode 구조 simulation ... 62
• 3. Plamsma Enhanced CVD(PECVD)를 이용한 CNT 성장 ... 68
• 4. Bead Masking 공정을 이용한 Dot 형상 패턴 탄소나노튜브 제조 및 전계방출 특성 평가 ... 72
• 5. in-situ plasma treatment를 이용한 CNT 에미터 형상 변화 및 특성 향상 ... 77
• 6. in-situ plasma treatment를 이용한 CNT의 구조 변화 ... 85
• 7. 성장된 CNT의 계면구조 관찰 (울산과학기술대학교 위탁) ... 90
• 8. 성장된 CNT의 전기적 특성 및 수명 측정 ... 94
• 9. CNT의 patterned growth 결과 ... 98
• 10. 열처리를 통한 SiC/CNT nanowire junction 성장 ... 101
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 109
• 1절 목표달성도 ... 109
• 1. 과제 목표 및 달성도 ... 109
• 2. 결과의 우수성 ... 109
• 3. 기타 성과 ... 109
• 2절 관련분야 기여도 ... 110
• 1. 기술적 측면 ... 110
• 2. 사회.경제적 측면 ... 111
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 112
• 제 6 장 참고문헌 ... 113