탄소나노튜브의 성장 위치와 길이를 정확하게 조절할 수 있는 방법

 

탄소나노튜브는 지극히 강하고 화학적으로 비활성이며 비독성이어서 이상적인 열전

도성과 전기전도성을 가진다. 많은 과학자들은 탄소나노튜브보다 더 좋은 물질을 개

발할 수 없을 것이라고 믿고 있다. 탄소나노튜브는 장치의 크기들이 분자 크기로 수

축될 때 차세대 전자장치와 광학 장치를 위해서 특히 유망하다. 그러나 탄소나노튜

브의 양 끝의 길이와 위치는 전자장치와 회로의 일부가 되기 위해서 조절되어야 한

다. 더 나아가 탄소나노튜브는 회로에 전기적으로 연결될 수 있기 위해서 전극 위에 

설치되어야 한다. 현재 화학 기상 증착(chemiclal vapor deopostion, CVD)은 탄소

나노튜브의 성장을 조절할 수 있는 실행 가능한 유일한 수단이다. 그러나 각 탄소나

노튜브의 길이와 성장 사이트는 임의로 결정된다. 따라서 탄소나노튜브를 사용한 장

치 제조는 쉽지 않다. 

 

미국 네브래스카-링컨 대학(University of Nebraska, Lincoln) 연구진은 레이저가 

장착된 화학 기상 증착 프로세스로 광학적 근접 효과(optical near-field effect)의 적

용과 관련된 새로운 방법을 개발했다. 이것은 상당히 낮은 기판 온도에서 탄소나노

튜브 성장 길이와 위치를 정확하게 조절할 수 있다. 

 

연구진은 실리콘 이산화물 절연층으로 덮여 있는 실리콘 기판 위에 날카로운 끝을 

가진 금속 전극을 설계하고 제조했다. 그 후에 탄소 이산화물 레이저로 기판 표면 위

를 대면적으로 조사하였다. 가스 선구물질로 채워진 진공 챔버에 탄소나노튜브 성장

을 위해서 이것을 넣었다. 광학적 근접 효과는 전극과 투사 레이저 빔 사이의 상호작

용 때문에 발생했다. 

 

부분 가열의 뛰어난 증진이 레이저 조사 중인 전극 팁에서 발생한다는 사실을 시뮬

레이션 계산으로 밝혔다. 전극의 나머지 부분보다 약 1배 정도 더 크다. 전극 팁에서 

발생하는 나노크기 부분 가열은 탄소나노튜브가 성장하는 시작 위치를 결정한다. 전

극 사이의 바이어스 전압을 인가함으로서 전기장의 도움으로 탄소나노튜브가 두 개

의 반대 전극 사이에 다리를 형성하는 자기 정렬 방법으로 성장될 수 있었다. 이 방

법은 정확한 위치/길이 조절과 낮은 기판 온도의 두 가지 확실한 장점을 가진다. 

 

새로운 접근은 탄소나노튜브 장치와 구조를 제조하는데 실행 가능하고 저렴한 방법

을 제공한다. 이 기술은 전기장치, 포토닉스, 나노크기 전기기계적 장치, 센서와 탐

침 등에 적용될 수 있다. 

 

이 연구결과는 Nanotechnology에 “Self-aligned growth of single-walled carbon 

nanotubes using optical near-field effects” 이라는 제목으로 게재되었다(W Xiong 

et al 2009 Nanotechnology 20 025601 (4pp) doi: 10.1088/0957-

4484/20/2/025601). 이 연구는 국가 과학 기금(National Science Foundation, NSF)

으로부터 자금을 지원받았다. 

 

그림 (a) 전극의 SEM 사진 (b) SWNT 다리 구조의 SEM 사진. 

 

http://nanotechweb.org/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-01-14