자체 발광 소자 응용을 위해 PECVD와 Thermal CVD로 성장한 ZnO와 탄소나노튜브의 혼성구조 및 전기적 특성 연구

Abstract

1985 년 Kroto 와 Smalley 가 탄소의 동소체의 하나인 fullerene (C60)을 처음으로 발견한 이후, 1991 년 NEC 부설 연구소의 Iijima 박사가 전기방전 시 흑연 음극상에 형성된 탄소덩어리를 투과전자현미경으로 분석하는 과정에서 발견하여 Nature 에 처음으로 발표하였다. 약 20 년간 수많은 연구원들이 탄소나노튜브의 고유의 특성인 전기적 특성과 물리, 화학적 특성을 연구하여 많은 발견을 이루어 내었고, 현재 차세대 디스플레이인 전계방출 디스플레이 (Field Emission Display: FED)와 가스센서, 수소 저장 장치, 나노 팁 소자, 메모리 소자, RF 나노 소자에 이르기까지 여러 분야에서 그 응용가능성을 보이고 있다. 본 논문에서는 탄소나노튜브의 여러 가지 응용분야 중 전계방출 디스플레이의 연구에 집중을 하였고, 그 가능성을 여러 가지 실험을 통하여 확인하였다. Mask Aligner 를 이용하여 실리콘 기판과 유리기판에 선택적 영역의 CNT 합성을 유도하기 위한 모양을 만들었다. DC 전원을 이용한 스퍼터링 장치를 이용하여 촉매로 사용된 Ni 와 Zn 을 증착하였고, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) 방법을 이용하여 저온에서 CNT 직접 성장을 하였다. 고전압 인가 장치와 pico ampere meter 를 이용하여 전계방출 실험을 하였다. CNT 의 물리, 화학적 특성은 Raman 분광 분석과, SEM, TEM 을 이용하여 분석하였다. ZnO 박막 코팅은 RF 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하였고, 박막의 물성 분석은 Photoluminescence 분광 분석과 X 선 회절 분석, SEM 을 이용하였다.; This dissertation describes an experimental result on growth and characteristics MWCNT grown by using an RF Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) system. Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) are synthesized on Si substrate and glass at a low temperature of 400℃ by using a Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) system. Acetylene (C2H2) and hydrogen (H2) are used as carbon source and reactive gas, respectively in order to grow the well-aligned MWCNTs at low temperatures. Nickel (Ni) thin film is deposited on the silicon (Si) and glass substrate as a catalytic metal. In addition, the MWNTs were selectively grown on patterned substrates using a Mask Aligner. The structure properties of MWCNTs were, at first, investigated by using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). And then, we carried out Raman Spectroscopy, J-E characteristic measurements in order to confirm the enhanced properties of patterned MWCNTs grown on patterned substrates. Finally, ZnO thin film was prepaed by conventionally available RF sputtering system on the grown MWNTs. ZnO coated CNT emitter showed that stable current emission during emission test and did not show kink of CNT emitter. The ZnO thin film is also investigated by the SEM, Photoluminescence analysis, and X-ray Diffraction analysis. In conclusion, we anticipate that the CNT is good material of nano application, such as field emission display and other nano scale technological devices by employing MWCNTs as emitting sources.