KR20040034522A

KR20040034522A - 기판 위에 고정된 카본 파이버를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040034522A
Application number: KR1020030072546A
Authority: KR
Inventors: 사이토야스유키; 이시쿠라준리
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2004-04-28
Also published as: US20100173099A1; JP2004137121A; KR100531165B1; JP3998241B2; US7306503B2; US20040077249A1

Abstract

비활성 가스 분위기 내에서 카본전극으로 형성된 양극과 상기 카본전극(2)에 대향하여 배치된 음극과의 사이의 아크방전에 의해, 카본을 증발, 응축시키고 동시에, 생성된 카본 나노 튜브를 비활성 가스에 분산하여, 비활성 가스와 함께 반송튜브를 통해서 반송하고, 노즐로부터 카본 나노 튜브를 함유한 비활성 가스의 제트를 분사시킴으로써, 타겟 기판 위에 카본 나노 튜브를 형성한다. 이것으로 카본 나노 튜브를 제조하는 방법에 있어서 카본 나노튜브를 간단한 공정으로 생성하고, 기판 위에 카본 나노튜브 막을 형성함으로써, 카본 나노튜브 패터닝(CNT patterning)처리가 간략화 되고, 이에 의해 코스트 다운에 효과를 제공한다.

Description

기판 위에 고정된 카본 파이버를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CARBON FIBER FIXED ON A SUBSTRATE}

본 발명은, 카본 나노튜브, 그래파이트 나노튜브 등의 카본 파이버(파이버 형상 카본)를 연속 적으로 생성하여, 막을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

카본 파이버의 일종인, 카본 나노 튜브는, 그래파이트 구조가 실린더 형상으로 감긴 형상을 가지는 튜브이고, 특이한 물성에 의해 여러가지 분야에의 적용이 기대되고 있는 신소재이다. 도 2에, 일본국 특개평 6-28011호 공보에 개시된 아크 방법을 이용하여 카본 나노튜브를 생성하는 종래의 방법을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 비활성 가스 내에 양극(2)으로 이용하는 그래파이트 등의 카본 재료와 음극(3)으로 이용하는 내열성 전도재료와의 직류 아크방전에 의해, 고온에 도달하는 양극(2)측 위의 카본 재료의 증발을 일으킨다. 일반적으로, 기상, 그을음, 카본 나노 튜브 등으로 응축한 증발된 카본의 절반은 용기 내벽에 형성된다. 증발된 카본의 나머지 절반은 음극(3)의 선단에 직접 응축하여, 카본 질의 단단한 퇴적 물질(16)을 형성한다. 종래는, 용기의 내벽 및 음극(3)의 선단에 형성된 퇴적물 (16)을 수집하여 카본 나노튜브를 제조하였다. 도 2에서, (4)는 비활성 가스를 용기 안에 도입하기 위한 비활성 가스 도입 포트, (8)은 아크방전 시키기 위한 양극 (2)과 음극(3)과의 사이에 전압을 인가하는 전류공급 장치를 나타낸다.

이러한 종래의 아크방전 법에 의해 얻을 수 있는 카본 나노튜브는, 용기 내벽면(음극(3))위에 퇴적된다. 따라서, 수집 방법을 필요로 하고, 그 때문에 공정이 증가하게 된다. 또한, 이 종래의 아크방전 법으로는 카본 재료가 음극(3) 위에 퇴적하므로, 음극(3)의 퇴적물(16)의 퇴적량에 대응하는 양극(2)과 음극(3)과의 간격을 조정하면서 아크방전을 실시할 필요가 있다. 따라서, 음극 퇴적물(16)의 성장으로 인해 양극(2)과 음극(3) 사이의 간격이 고정되지 못하여, 방전이 불안정하게 된다. 또한, 장기간 동안 아크방전에 노출되어 생성된 음극의 퇴적물로 인하여 카본 나노 튜브의 수율이 낮았다. 또, 아크방전 등에 의해 생성된 퇴적물(16)에 카본 나노 튜브가 포함되어 있는 반면에, 생성된 카본 나노튜브는 응집(응고)되기 쉽다. 따라서, 카본 나노 튜브가 기판 위에 막이 형성되는 경우, 분산 처리를 행할 필요가 있다.

또한, 카본 나노 튜브 등의 카본 파이버의 막을 기판 위에 형성하는 방법 중에, 하나의 방법은 일본국 공개특허 2000-086216 호 공보에 개시되어있고, 이에 의해 촉매 금속 막이 형성되고 패턴화 되어, 소망한 위치에 촉매를 발생하고, 핵으로서 촉매 금속으로 CVD 방법에 의해 열처리를 하여 카본 나노 튜브를 형성한다. 부가적으로, 또 하나의 방법은 일본국 공개특허 2000-057934 호 공보에 개시되어있고, 이에 의해 보조제를 기판에 인가하여 전계 인가 플라즈마 CVD법에 의해, 기판의 소망한 위치에 카본 나노 튜브를 형성한다. 그러나, 이들 방법중의 어느 방법도 공정수가 많아, 비용이 증가되었다.

종래의 제조방법으로는, 예를 들면, 아크방전 방법에 의해 카본 나노 튜브 등의 카본 파이버를 제조하는 경우, 카본 파이버는 아크방전 용기 안의 벽면이나 음극 등에 퇴적되고, 이들 퇴적물을, 카본 파이버를 함유한 카본 재료를 제조하기위해 수집한다. 그 결과로서, 카본 파이버를 연속적으로 제조하지 못하고, 공정수가 증가되었다. 또한, 용기 내벽면이나 음극 위의 카본 파이버를 포함한 퇴적물은 응집(응고)되기 쉽다. 따라서, 분산처리가 필요하였다.

카본 파이버를 기판 위에 막형성 하는 방법의 예는, 촉매 금속을 소정의 위치에서 레지스트를 이용하여 도트 형상의 패터닝을 행하고, 소망한 위치에 핵인 촉매금속으로 CVD 방법에 의해 열처리를 행함으로써 카본 나노튜브 등의 카본 파이버를 형성하는 방법 및 보조제(촉매)를 기판에 인가하여 전계 인가 플라즈마 CVD 방법에 의해, 기판의 소망한 위치에 카본 나노 튜브 등의 카본 파이버를 형성하는 방법이 있다. 그러나, 이들 방법의 어느 것도 공정수가 많아서 비용이 상승되었다.

본 발명은, 이러한 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 카본 파이버를 소망의 기판에 연속적으로 생성하는 방법을 제공하는데 목적이 있다. 또한, 공정수 및 제조 비용을 줄이는 카본 파이버 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브의 생성/ 막형성 장치의 구성도.

도 2는 종래의 카본 나노 튜브의 제조 장치의 구성도.

<간단한 도면부호에 대한 설명>

1: 카본나노튜브 생성 채임버2: 양극

2a, 3a: 전류입력단자2b: 직선이동/회전기구

3b: 직선이동기구3: 음극,

4: 비활성 가스 도입포트5: 반송튜브

6: 반송 포트7: 압력계

8: 전류공급 장치

9: 카본 나노튜브 막 형성 채임버

10: 노즐11: 노즐가열 기구

12: 기판13: 스테이지

14: 비활성 가스 배출포트15: 진공펌프

본 발명에 의하면, 아크방전에 의해 생성된 카본 파이버를 카본 나노 파이버 막형성 채임버 까지 반송시키기 위해 직접 반송 기체에 에어로졸 카본 파이버를 형성시킴으로써, 기판 위에 카본 파이버를 고정한다.

즉, 본 발명에 의한 카본 파이버가 고정된 기판의 제조 방법에서는, 카본을 함유한 양극 및 상기 양극과 대향하여 배치된 음극을 가지는 제 1채임버와, 상기 제 1채임버에 반송튜브를 개재하여 연통하는 제 2채임버를 포함하는 장치로 공정이수행된다. 상기 제조 공정은 상기 제 1채임버 내의 압력 보다 상기 제 2채임버 내의 압력을 낮아지도록 설정하는 공정과, 카본 파이버를 형성하기 위해 상기 양극과 음극 사이에 아크방전을 발생시키는 공정과, 제 1채임버와 제 2채임버와의 압력 차이를 이용하여, 카본 파이버를 기판과 충돌하도록, 제 1채임버 내에서 생성된 카본 파이버를 제 2채임버 내에 배치된 반송튜브의 선단으로부터 배출하는 공정과를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 파이버가 고정된 기판의 제조 방법이다.

또한, 본 발명에 의한 카본 파이버를 가지는 전극을 포함한 전자 디바이스의 제조 방법을 이용함으로써, 카본을 함유한 양극 및 상기 양극과 서로 대향하여 배치된 음극을 가지는 제 1채임버와, 상기 제 1채임버에 반송튜브를 개재하여 연통되고 전극을 가진 기판이 배치된 제 2채임버를 포함하는 장치로 공정이 수행된다. 상기 제조 공정은 상기 제 2채임버 내의 압력을 제 1채임버 내의 압력 보다 낮게 설정하는 공정과, 양극과 음극 사이에 아크방전을 발생시킴으로써 카본 파이버를 형성하는 공정과, 제 1채임버와 상기 제 2채임버와의 압력 차이를 이용하여, 카본 파이버를 기판 위의 전극과 충돌하도록, 제 1채임버에서 생성된 카본 파이버를 제 2채임버 내에 배치된 반송튜브의 선단으로부터 배출하는, 배출 또는 방출 공정과를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 제조방법이다.

상기 제조방법에 의해, 상기 제 1채임버에 비산화성의 가스가 공급되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양극은, 촉매 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 전자 디바이스는, 예를 들면 전자방출 소자이다.

또한, 본 발명에 의한 복수의 전자방출 소자를 가지는 디스플레이의 제조방법을 이용함으로써, 상기 전자방출 소자를 제조한다.

또한, 본 발명에 의한 카본 파이버의 퇴적 장치는, 제 1채임버와, 반송튜브와, 반송튜브를 개재하여 제 1채임버와 연통하는 제 2채임버와, 상기 제 1채임버 내에 배치되어 카본을 함유한 양극과, 카본을 함유한 양극에 대향하도록 상기 제 1채임버 내에 배치된 음극과, 상기 제 1채임버 내의 압력을 상기 제 2채임버 내의 압력보다 높게 유지하기 위한 압력제어 수단과를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 파이버의 퇴적장치이다.

또한, 본 발명에 의한 카본 파이버의 퇴적장치에 의해, 카본 파이버를 발생시키기 위해 비활성 가스 분위기에서 카본전극으로 형성된 양극과 상기 카본전극으로 형성된 양극에 대향하여 배치된 음극과의 사이의 아크방전에 의해, 카본을 증발, 응축시킨다. 동시에, 생성된 카본 파이버를 비활성 가스에 분산하여, 노즐로부터 제트로서 배출시키도록 비활성 가스와 함께 반송튜브를 통해서 반송됨으로써, 카본 파이버를 기판 위에 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 카본 파이버를 포함한 막의 퇴적 장치는, 전송관과, 카본 재료로 형성된 양극과, 상기 카본 재료를 가열해 증발시키도록 상기 양극과 상기음극 사이에 상기 양극에 대해서 아크 방전을 일으키는 소정의 간격을 두고 배치된 음극과, 증발원의 위쪽에 배치된 반송튜브의 흡입구 및 비활성 가스 도입 유닛과을 가지는 카본 파이버 생성 채임버를 포함한다. 비활성 가스 도입 유닛은, 반송튜브의 단부에 접속된 노즐과, 상기 노즐에 대향해서 배치되는 기판과, 비활성 가스 배출유닛을 가지는 카본 파이버 막 형성 채임버와를 포함하고, 가열 및 증발에 의해 생성된 카본 나노파이버를 카본 파이버 생성 채임버와 카본 파이버 막 형성 채임버 사이의 압력 차이에 기인하는 비활성 가스와 함께 노즐로부터 제트로 분출하기 위하여 상기 반송튜브에 의해서 반송함으로써, 상기 기판 위에 카본 파이버 막 또는 카본 파이버를 함유한 소괴를 형성한다.

또한, 카본 파이버를 함유한 막의 퇴적 방법을 포함한 본 발명에 의하면, 비활성 가스 분위기 내에서 카본 파이버를 발생하도록 카본전극으로 형성된 양극과 상기 카본전극으로 형성된 양극에 대향하여 배치된 음극과의 사이의 아크방전에 의해, 카본을 증발, 응축시킨다. 동시에, 생성된 카본 파이버를 비활성 가스에 분산하여, 노즐로부터 제트로 분사시키도록 비활성 가스와 함께 반송튜브를 통해서 반송함으로써, 대상물 위에 카본파이버를 포함한 막을 형성한다.

상기 카본 파이버를 함유한 막의 퇴적 방법은, 전송관과, 카본 재료로 형성된 양극과, 상기 카본 재료를 가열하여 증발시키도록 상기 양극에 대해서 상기 양극과 음극 사이에 아크 방전을 일으키는 소정의 간격을 두어 배치된 음극과, 증발원의 위쪽에 배치된 반송튜브의 흡입구와, 비활성 가스 도입 유닛과를 가지는 카본 파이버 생성 채임버와, 상기 반송튜브의 단부에 접속된 노즐과, 상기 노즐에 대향해서 배치되는 기판과, 비활성 가스 배출유닛을 가지는 카본 파이버 막 형성 채임버과를 포함하고, 증발원을 가열하여 증발시킴으로써 생성된 카본 나노파이버를 카본 파이버 생성 채임버와 카본 파이버 막 형성 채임버 사이의 압력 차이에 기인하는 비활성 가스와 함께 상기 노즐로부터 제트로 분출되도록 상기 반송튜브에 의해서 반송함으로써, 상기 기판 위에 카본 파이버 막 또는 카본 파이버를 함유한 소괴를 형성하고, 이에 의해 상기 대상물 위에 카본파이버를 함유하는 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 카본파이버의 막의 퇴적방법을 사용한다.

또한, 본 발명의 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하면서 바람직한 실시예를 이하 설명하는 것으로부터 자명해질 것이다.

<바람직한 실시예의 상세한 설명>

본 발명의 바람직한 실시예는, 카본나노튜브를 생성시키도록 카본의 증발 및 응축을 하기 위하여 비활성 가스 분위기 내에서 카본전극으로 형성되는 양극과 상기 카본전극에 대향하여 배치된 음극 사이의 아크방전을 행하는 것을 포함한다. 동시에, 생성된 카본나노튜브를 비활성 가스 안에 분산 하고, 비활성 가스와 함께 반송하고, 노즐로부터 카본 나노튜브 및 비활성 가스를 분사시킴으로써, 막의 형상으로 대상물에 카본나노튜브를 형성한다.

가열에 의해 아크방전 방법으로 카본 재료 등을 증발시켜, 카본의 가열증발로부터 생성되는 카본나노튜브를 카본나노튜브 생성 채임버와 카본나노튜브 막형성 채임버 사이의 압력 차이를 이용하여 비활성 가스와 함께 반송튜브를 통해서 반송하고 카본나노튜브 및 비활성 가스의 제트를 노즐로부터 분출함으로써 기판 위에 상기 카본나노튜브 막 또는 카본 나노튜브를 함유한 소괴를 형성한다.

본 발명의 실시예에 의한 카본 파이버 생성/막형성 장치는 도 1을 참조하면서 설명한다. 본 실시예에 기재되어 있는 구성요소의 치수, 재료, 그 상대 배치 등은, 특히 특정기재가 없는 한은 본 발명에 기재된 것으로 한정하는 것이 아니라는 점에 유의해야한다.

본 발명은 카본 나노 튜브를 생성하는 어느 한 방법에 제한되지 않고, 오히려 본 발명은 아크방전을 이용하여 형성된 카본을 주성분으로 하는 관형상을 가진 어떤 카본 파이버의 형성 방법에도 적용 가능하다. 카본 파이버의 예는, 전술한 카본나노튜브에 제한되지 않고, 파이버의 길이방향으로 그라펜이 적층된(c축이 파이버의 축(길이방향)에 수직이 아님) 그래파이트 나노파이버, 헬리컬 카본파이버, 트위스트 카본파이버, 컵 형상의 그래파이트 층이 파이버의 길이 방향으로 적층된 컵 적층형 카본 파이버 등을 포함한다.

1 매의 그래파이트를 "그라펜"또는 "그라펜시트"라고 부른다. 그래파이트 구조는 카본 원자가 sp²혼성에 기인한 공유결합에 의해 육각형의 형상으로 배치된 카본원자로 이루어지며, 이상적으로는 상호간에 3.354 ×10^-10m의 거리를 가진다. 이 그래파이트 구조의 하나의 시트를 "그라펜" 또는 "그라펜시트"라고 부르는 점에 유의해야한다.

도 1에는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 카본나노튜브 생성/막 형성 장치의 개략도를 도시한다. 도 1에서, 그래파이트 등의 카본 재료로부터 형성되는 양극(2) 및 음극(3)이 카본나노튜브 생성 채임버(1)에 배치되어 있다.양극(2)은 그래파이트 등의 카본 재료로 형성되는 반면에, 카본 재료 안에 나노 튜브의 성장을 촉진하는 Fe, Ni, Pd등의 촉매를 혼입 시켜서 이루어지는 구성이 되어도 된다. 나노 튜브의 성장을 촉진하는 촉매로서는, 철족, 백금족, 희토류, 철족-희토류 혼합계 등이 이용된다. 음극재료의 예로서는, 카본, 그래파이트, 구리 등이 포함된다. 양극(2)과음극(3)의 조합에 대해서는, 양극(2) 및 음극(3) 모두 카본 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 안정적인 방전을 위해서는 다수의 양극(2)을 가지는 구성이어도 된다. 양극(2)은 전류입력단자(2a)에 접속되고, 음극(3)도 마찬가지로 전류 입력단자(3a)에 접속된다. 또한, 양극(2)은 직선운동/회전운동을 가능하게 하는 이동회전기구(2b)에 의해 이동 가능하다. 도면의 수평 방향으로 이 직선운동을 하고, 양극(2)을 형성한 전극 봉의 중심을 축으로 회전을 한다. 또한, 음극(3)은 직선운동을 가능하게 하는 이동기구(3b)에 의해 이동 가능하다. 이 직선의 이동은, 도 1의 수평방향으로 수행된다. 이들 직선이동/ 회전기구(2b)와 이동기구(3b)도 바람직하지만, 안정적인 방전을 위해서는 직선이동/ 회전기구(2b)와 직선이동기구(3b)가 한층 더 바람직하다.

또한, 카본 나노튜브 생성 채임버(1)내에는, 카본 나노튜브 생성 채임버(1)내의 분위기를 조정하기 위해 비활성 가스를 도입하고, 생성한 카본 나노 튜브를 에어로졸로 형성하기 위한 도입 포트(4)를 포함하고. 또한 에어로졸 카본 나노튜브를 비활성 가스와 함께 반송하기 위한 반송튜브(5)에 접속된 반송포트(6)를 포함한다. 본발명에서 사용된 비활성 가스의 예는, 헬륨, 아르곤, 질소 가스, 질소-수소 혼합가스가 포함되지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

도 1에서, (7)은 압력계, (8)은 양극(2)과 음극(3)의 사이에 아크방전을 일으키게 하는 전력을 공급하기 위한 전력공급 장치이다. 반송포트(6)에 접속된 반송튜브(5)는 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)내에 도입되고, 반송튜브(5)의 단부에서 노즐(10)에 접속되어 있다. 또한, 노즐(10)에는, 가열 기구(11)를 포함한다. 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)은, 카본 나노튜브 막 형성한 기판(12), 상기 기판을 이동시키기 위한 스테이지(13) 및 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)내의 비활성 가스를 배출하는 배출포트(14)를 포함한다. 배출포트(14)는, 진공펌프(15)에 접속되어 있다.

다음에, 상기 생성/막 형성 장치를 이용하여 카본 나노튜브의 생성, 막형성 방법을 설명한다. 먼저, 카본 나노튜브 생성 채임버(1), 반송튜브(5), 및 카본 나노튜브 막형성 실(9)의 압력을 10^-2Pa이하로 조정한다. 다음에, 카본 나노튜브 막형성 실(9)을 진공펌프(15)에 의해 배기 하면서 카본 나노튜브 생성 채임버(1)에 비활성 가스를 비활성 가스 도입 포트(4)를 통하여 도입하여, 카본 나노 튜브 생성 채임버(1)의 압력이 제한되는 것은 아니지만 70kPa 정도 가 된다. 카본 나노 튜브 생성 채임버(1)의 압력은 카본 나노튜브 등의 생성에 적합한 압력이 바람직하고, 또한 상기 압력은 카본 나노튜브 생성 채임버(1)과 카본 나노튜브 막 형성 채임버 (9)사이의 차압을 취하여 선택된다. 본 발명에서, 카본 나노튜브 막 형성 채임버 (9)의 압력은 수백 Pa이하로 설정되는 것이 바람직하다. 카본 나노튜브 생성 채임버(1)와 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9) 사이의 압력 차이로부터 비활성 가스의 안정적인 흐름을 형성하는 것이 바람직하다. 다음에, 양극단자에 접속된 양극 및 음극단자에 접속돤 음극을 구비한 전력공급장치(8)로부터 직류전압을 인가하여, 양극(2)과 음극(3) 사이에 아크방전을 발생시킨다. 그 결과, 양극(2)의 카본 재료가 증발하고, 상기 증발한 카본 재료의 응축 및 재결정화가 되고, 이에 의해 카본 나노튜브를 생성한다. 안정한 방전을 확인한 후, 양극(2)과 음극(3) 사이의 간격을 방전시 항상 일정하게 유지하도록 직선 이동/회전 기구(2b) 및 직선 이동 기구(3b)에 의해, 양극(2) 및 음극(3)을 이동시킨다.

생성한 카본 나노튜브는, 비활성 가스 안에 분산되어, 에어로졸 카본 나노튜브를 형성한다. 카본 나노튜브를 함유한 비활성 가스는, 카본 나노 튜브 생성 채임버(1)과 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9) 사이의 압력 차이에 기인한 비활성 가스의 흐름 때문에 반송튜브(5)를 통해서 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)에 반송된다. 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)에 반송된 카본 나노튜브를 함유한 비활성 가스는, 반송튜브(5)의 단부에 장착된 노즐(10)로부터 고속으로 기판(12)에 분사되어, 기판(12) 위에 막이 형성 된다. 이 때, 반송튜브(5), 노즐(10), 및 기판(12)은 가열되는 것이 바람직하다. 카본 나노튜브를 함유한 비활성 가스의 제트는 10m/s이상의 속도로 분출되는 것이 바람직하다.

또한, 카본 파이버가 충돌하는 기판 표면에 배치된 전극에 의해, 상기 전극 위에 카본 파이버를 고정하여 카본 파이버에 전자를 공급하게 된다. 이와 같이, 전자방출 소자 또는 트랜지스터 등의 각종 전자 디바이스에 응용할 수도 있다. 특히, 기판에 카본 파이버가 고정된 다수의 전극의 배열을 형성함으로써, 다수의 전자방출 소자가 배열된 전자원을 2차원적으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 카본 파이버가 고정된 전극에 대향하도록, 형광물질 등의 발광물질을 가지는 애노드 전극의 배열을 형성함으로써, 디스플레이를 형성할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 1을 참조하면서, 본 발명의 제 1실시예에 의한 카본 나노튜브 생성/막형성 장치 및 제조방법에 대해서 설명한다. 음극(3)으로는 직경 10mm의 그래파이트 전극을 이용하였고, 양극(2)으로는 Ni를 20 wt% 함유한 직경 10mm, 길이 10cm의 카본 전극을 이용하였으며, 이들 전극 간의 거리를 1mm로 설정하였다. 먼저, 카본 나노튜브 생성 채임버(1), 반송튜브(5), 및 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)을 압력이 10^-2Pa 이하에 도달하도록 배기 하였다. 다음에, 카본 나노튜브 생성 채임버(1) 내에 비활성 가스 도입포트(4)를 통하여 헬륨가스를 공급하고, 이에 의해 카본 나노튜브 생성 채임버(1) 내의 압력을 70kPa 정도로 조정한다. 이 때, 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)은 진공펌프(15)에 의해 배기되고, 이에 의해 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9) 내의 압력을 200Pa가 되도록 조정하였다. 카본 나노튜브 생성 채임버(1)과 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9) 사이의 압력 차이를 생성하여 헬륨가스의 공급이, 반송튜브(5)를 통해서 카본 나노튜브 생성 채임버(1)부터 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)까지 안정 적으로 흐르도록 조정되었다.

다음에, 양극단자에 접속된 양극 및 음극단자에 접속돤 음극을 구비한 전력공급장치(8)로부터 직류전압을 인가하여, 양극(2)과 음극(3) 사이에 아크방전을 발생시켜서, 방전전류가 50 A가 되도록 직류전압을 조정하고, 이에 의해 안정적인 방전 상태를 얻었다. 안정적인 방전을 확인한 후, 직선이동/회전기구(2b), 직선이동기구(3b)에 의해, 양극(2) 및 음극(3)을 이동시키고, 양극(2)과 음극(3) 사이의 간격을 방전시 일정하게 되도록 제어하였다. 아크방전에 기인하여 양극(2)의 카본재료의 증발이 달성되고, 상기 증발한 카본재료의 응축 및 재결정화가 발생되어 카본 나노튜브를 생성하였다.

카본 나노튜브 생성 채임버(1)에 생성된 카본 나노 튜브는 헬륨가스 중에 분산되어, 에어로졸 카본 나노튜브를 형성하였다. 카본 나노튜브를 함유한 헬륨가스는 가스의 흐름으로서 반송튜브(5)를 통하여 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)에 반송되었다. 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)에 반송된 카본 나노튜브를 함유한 헬륨가스는, 반송튜브(5)의 단부에 장착된 노즐(10)로부터 기판(12)에 고속으로 제트로서 분사되고, 이에 의해 기판(12)위에 카본 나노튜브막을 형성하였다. 이 때, 반송튜브(5)를 200℃로 가열하였고, 노즐(10)은 300℃로 가열하였고, 기판(12)은 150℃로 가열하였다. 카본 나노튜브를 함유한 헬륨가스의 제트는 50m/s 이상으로 분출되었다. 노즐(10)이 고정되어 있어서, 스테이지(13)에 의해 0.1mm/s로 이동되는 기판(12)을 스캐닝 함으로써, 라인 형상의 카본 나노튜브 막을 형성하였다.

노즐 직경 1mm, 150℃에서 가열된 Al 기판, 카본 나노튜브 생성 채임버 압력 70kPa, He 가스유량 10L/min, 카본 나노튜브 막 형성 채임버 압력 200Pa의 이러한 조건에서 카본 나노튜브 막을 형성하였다

본 발명의 실시예에서, 아크방전에 의해 연속적으로 카본 나노튜브를 생성할 수 있고, 생성된 카본 나노튜브를 직접 반송하여, 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 카본 나노튜브의 수집, 분산처리 등이 필요 없게 되어, 공정 수를 줄일 수 있다.

<실시예 2>

도 1을 참조하면서, 본 발명의 제 2실시예에 의한 카본 나노튜브 생성/막형성 장치 및 제조방법에 대해서 설명한다. 음극(3)으로는 직경 10mm의 그래파이트 전극을 이용하였고, 양극(2)으로는 Ni-Co 합금 코어를 함유한 직경 10mm, 길이 10cm의 카본 전극을 이용하였으며, 이들 전극 간의 거리를 1mm로 설정하였다. 먼저, 카본 나노튜브 생성 채임버(1), 반송튜브(5), 및 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)을 압력이 10^-2Pa 이하에 도달하도록 배기 하였다. 다음에, 카본 나노튜브 생성 채임버(1) 내에 비활성 가스 도입포트(4)를 통하여 헬륨가스를 공급하고, 이에 의해 카본 나노튜브 생성 채임버(1) 내의 압력을 70kPa 정도로 조정한다. 이 때, 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)은 진공펌프(15)에 의해 배기되고, 이에 의해 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9) 내의 압력을 200Pa가 되도록 조정하였다. 카본 나노튜브 생성 채임버(1)과 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9) 사이의 압력 차이를 생성하여 헬륨가스의 공급이, 반송튜브(5)를 통해서 카본 나노튜브 생성 채임버(1)부터 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)까지 안정적으로 흐르도록 조정되었다.

다음에, 양극단자에 접속된 양극 및 음극단자에 접속돤 음극을 구비한 전력공급장치(8)로부터 직류전압을 인가하여, 양극(2)과 음극(3) 사이에 아크방전을 발생시켜서, 방전전류가 50A가 되도록 직류전압을 조정하고, 이에 의해 안정적인 방전 상태를 얻었다. 안정적인 방전을 확인한 후, 직선이동 회전기구(2b), 직선 이동기구(3b)에 의해, 양극(2) 및 음극(3)을 이동시키고, 양극(2)과 음극(3) 사이의 간격을 방전시 일정하게 되도록 제어하였다. 아크방전에 기인하여 양극(2)의 카본재료의 증발이 달성되고, 상기 증발한 카본재료의 응축 및 재결정화가 발생되어, 카본 나노튜브를 생성하였다.

카본 나노튜브 생성 채임버(1)에 생성된 카본 나노 튜브는 헬륨가스 중에 분산되어, 에어로졸 카본 나노튜브를 형성하였다. 카본 나노튜브를 함유한 헬륨가스는 가스의 흐름으로서 반송튜브(5)를 통하여 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)에 반송되었다. 카본 나노튜브 막 형성 채임버(9)에 반송된 카본 나노튜브를 함유한 헬륨가스는, 반송튜브(5)의 단부에 장착된 노즐(10)로부터 기판(12)에 고속으로 제트로서 분사되고, 이에 의해 기판(12)위에 카본 나노튜브막을 형성하였다. 이 때, 반송튜브(5)를 200℃로 가열하였고, 노즐(10)은 300℃로 가열하였고, 기판(12)은 150℃로 가열하였다. 카본 나노튜브를 함유한 헬륨가스의 제트는 50m/s이상으로 분출되었다. 노즐(10)이 고정되어 있어서, 스테이지(13)에 의해 0.1mm/s로 이동되는 기판(12)을 스캐닝 함으로써, 라인 형상의 카본 나노튜브 막을 형성하였다.

카본 나노튜브 막은 노즐 직경 1mm, 150℃에서 가열된 A1 기판, 카본 나노튜브 생성 채임버 압력 70kPa, He 가스유량 10L/min으로 형성하였다는 것에 유의 해야한다.

본 발명에 의하면, 아크방전에 의해 연속적으로 카본 파이버를 생성할 수 있고, 생성된 카본 파이버를 직접 반송하여, 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 카본 파이버의 수집, 분산처리 등이 필요 없게 되어, 공정수 및 제조 코스트를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 방법은, 연속적으로 카본 나노튜브를 제조할 수 있어 산업적 유용성은 극히 높다.

본 발명은 현재의 바람직한 실시예로 되는 것으로 고려되는 것을 참조하면서 설명해 왔지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 반면에, 본 발명은 첨부된 클레임의 사상 및 범주 내에 포함된 다양한 수정과 균등한 구성을 포함하기 위해 의도된 것이다. 이하 클레임의 범위는 모든 이러한 수정과 균등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 광범위한 해석과 일치될 수 있다.

Claims

카본을 함유한 양극 및 상기 양극과 대향하여 배치된 음극을 가지는 제 1채임버와, 상기 제 1채임버에 반송튜브를 개재하여 연통되는 제 2채임버를 포함하는 장치로 수행하여, 카본 파이버가 고정된 기판의 제조방법으로서,

상기 제 1채임버 내의 압력 보다 상기 제 2채임버 내의 압력을 낮게 설정하는 공정과;

상기 양극과 음극 사이에 아크방전을 발생시킴으로써 카본 파이버를 형성하는 공정과;

상기 제 1채임버와 상기 제 2채임버와의 압력 차이를 이용하여, 상기 카본 파이버를 상기 기판과 충돌하도록, 제 1채임버 내에서 생성된 상기 카본 파이버를 상기 제 2채임버 내에 배치된 상기 반송튜브의 선단으로부터 배출하는 공정과;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 1채임버 내에 비산화성 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 양극에 촉매 재료를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조 방법.
카본을 함유한 양극 및 상기 양극과 대향하여 배치된 음극을 가지는 제 1채임버와, 상기 제 1채임버에 반송튜브를 개재하여 연통되고 전극을 가진 기판이 배치된 제 2채임버를 포함하는 장치로 수행하여, 카본 파이버를 가지는 전극을 포함한 전자 디바이스의 제조 방법으로서,

상기 제 1채임버 내의 압력 보다 상기 제 2채임버 내의 압력을 낮게 설정하는 공정과;

상기 양극과 음극 사이에 아크방전을 발생시킴으로써 카본 파이버를 형성하는 공정과;

상기 제 1채임버와 상기 제 2채임버와의 압력 차이를 이용하여, 상기 카본 파이버를 상기 기판 위의 전극과 충돌하도록, 제 1채임버에서 생성된 상기 카본 파이버를 상기 제 2채임버 내에 배치된 상기 반송튜브의 선단으로부터 배출하는 공정과;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
제 4항에 있어서,

상기 제 1채임버 내에 비산화성 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 양극에 촉매 재료를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 전자 디바이스로서 전자방출 소자를 이용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
복수의 전자방출 소자를 가지는 디스플레이의 제조 방법으로서,

카본을 함유한 양극과 음극을 가지는 제 1채임버 및 반송튜브에 서로 연통되는 제 2채임버를 준비하는 공정과;

상기 제 2채임버 내에 전극을 가지는 기판을 배치하는 공정과;

상기 제 1채임버의 내부 압력 보다 상기 제 2채임버의 내부 압력을 낮게 설정하는 공정과;

상기 양극과 음극 사이에 아크방전을 발생시킴으로써 카본 파이버를 형성하는 공정과;

상기 제 1채임버와 상기 제 2채임버와의 압력 차이를 이용하여, 상기 카본 파이버를 상기 기판위의 전극과 충돌하도록, 제 1채임버 내에서 생성된 상기 카본 파이버를 상기 제 2채임버 내에 배치된 상기 반송튜브의 선단으로부터 배출하는 공정과;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 제조 방법.
제 1채임버와;

반송튜브와;

상기 반송튜브를 개재하여 상기 제 1채임버와 연통하는 제 2채임버와;

상기 제 1채임버 내에 배치되어 카본을 함유한 양극과;

상기 카본을 함유한 양극에 대향하도록 상기 제 1채임버 내에 배치된 음극과;

상기 제 1채임버 내의 압력을 상기 제 2채임버 내의 압력보다 높게 유지하기 위한 압력제어 수단과;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 파이버의 퇴적장치.
(a) 카본 전극을 포함하는 양극과;

(b) 상기 양극에 대향하는 음극과;

(c) 기판 위에 카본 파이버를 형성하기 위해 , 비활성 가스 내에서 상기 양극과 음극과의 사이의 아크방전에 의해 형성된 카본파이버를 제트로서 분사하기 위한 노즐을 가지는 도관과;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 파이버의 퇴적장치.
제 10항에 있어서,

막 함유 카본 파이버를 퇴적하는 카본 파이버의 퇴적장치로서,

전송관과;

카본 재료로 형성된 양극과, 상기 카본 재료를 가열하여 증발시키도록 상기 양극과 상기 음극 사이에 아크 방전을 일으키고 상기 양극에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 음극과, 증발원의 위쪽에 배치된 반송튜브의 흡입구와, 비활성 가스 도입 유닛과를 가지는 카본 파이버 생성 채임버와;

상기 반송튜브의 단부에 접속된 노즐과, 상기 노즐에 대향해서 배치된 기판 과 비활성 가스 배출유닛과를 가지는 카본 파이버 막 형성 채임버와;

를 부가하여 포함하고,

상기 노즐로부터 제트로 분출하기 위해, 가열 및 증발에 의해 생성된 카본 나노파이버를 카본 파이버 생성 채임버와 카본 파이버 막 형성 채임버 사이의 압력 차이에 기인하여 상기 비활성 가스와 함께 상기 반송튜브에 의해서 반송함으로써, 카본 파이버 막 또는 카본 파이버를 함유한 소괴를 상기 기판 위에 형성하는 것을 특징으로 하는 카본파이버의 퇴적 장치.
대상물 위에 카본 파이버를 함유한 막을 퇴적하는 퇴적 방법으로서,

(a) 카본에 증발에 의해 카본 파이버를 형성하기 위해 비활성 가스 분위기에서 카본전극을 포함하는 양극과 상기 양극에 대향하여 배치된 음극과의 사이에 아크방전을 발생시키는 공정과;

(b) 비활성 가스 내에서 카본 파이버를 동시에 분산시키는 공정과;

(c) 막을 형성하기 위해 비활성 가스 내에서 분산된 카본 파이버를 노즐로부터 분사하는 공정과;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본파이버 함유 막의 퇴적방법.
제 12항에 있어서,

전송관과;

카본 재료로 형성된 양극과, 상기 카본 재료를 가열하여 증발시키도록 상기 양극과 음극 사이에 아크 방전을 일으키고 상기 양극에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 음극과, 양극의 위쪽에 배치된 반송튜브의 흡입구와, 비활성 가스 도입 유닛과를 가지는 카본 파이버 생성 채임버와;

상기 반송튜브의 단부에 접속된 노즐과, 상기 노즐에 대향해서 배치되는 기판과, 비활성 가스 배출유닛과를 가지는 카본파이버 막형성 채임버와;

를 포함하고,

상기 노즐로부터 제트로 분출하기 위해, 상기 양극을 가열하여 증발시킴으로써 생성된 카본 나노파이버를 카본 파이버 생성 채임버와 카본 파이버 막 형성 채임버 사이의 압력 차이에 기인하는 상기 비활성 가스와 함께 상기 반송튜브에 의해서 반송함으로써, 카본 파이버 막 또는 카본 파이버를 함유한 소괴를 상기 기판 위에 형성하고, 이에 의해 상기 대상물 위에 카본파이버를 함유하는 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 카본파이버 함유 막의 퇴적방법.