열 화학 기상법을 이용한 MWNT의 두께 및 형상 조절에 관한 연구

CNT(Carbon Nanotube)는 특이한 구조 및 뛰어난 물성을 갖고 있어, 여러가지 분야에 응용 가능한 신소재로서 연구되어 왔다. 또한 모양 및 구조에 따라 기계, 전기, 화학적인 특성이 달라 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 외국에서는 FED tip, TR, 디스플레이 소자, 수소저장체, 고강도 복합체 및 대 표면적 전극 등 CNT의 다양한 특성을 이용한 응용이 연구되고 있는 반면, 국내에서는 이론연구와 합성연구에 편중되어 있다. 본 연구에서는 열 화학 기상법 (Thermal CVD)을 이용하여 MWNT(Multi-wall nano tube)를 성장시켜 촉매두께, 온도, gas변수에 따른 CNT의 양상을 분석하였다. Ni catalyst는 DC magnetron sputter를 이용하여 5~50nm 두께로 증착하였으며, 성장온도는 $800^{\circ}C$에서 $950^{\circ}C$까지 변화시켰다. 기판의 pre-treatment 로 ammonia($NH_3$) gas를 주입한 후, carbon precursor인 methane($CH_4$) gas와 $H_2$ dilute gas를 1:4의 비율로 주입하여 CNT를 성장시켰다. FE-SEM과 TEM, 그리고 XRD를 이용해 성장된 CNT의 형상 및 구조를 분석한 결과, 낮은 온도에서는 100nm이상의 두께를 갖는 수직형상의 MWNT가 성장되었으며, $900^{\circ}C$이상의 높은 온도에서는 20nm이하의 amorphous carbon nano rod가 성장되었다. 각각의 MWNT, carbon nano rod는 온도가 높을수록 직경이 증가하는 추세를 나타냈으며, Ni catalyst가 얇아질수록 수직형상을 갖는 결과가 나타났다. 또한 ammonia gas의 pre-treatment여부에 따라 CNT의 수직 형상이 좌우되는 결과를 확인하였다. 향후 성장된 MWNT의 최적 조건을 도출하여 디스플레이 소자인 FED(Field Emission Display)분야 등에 응용 가능할 것으로 전망된다.