Influence of plasma condition on carbon nanotube growth by rf-PECVD
Corresponding Author: Z. J. Zhang
Nano-Micro Letters,
Vol. 2 No. 1 (2010), Article Number: 37-41
Abstract
Carbon nanotubes (CNTs) have been synthesized from Ar-CH4 mixtures using rf-plasma enhanced chemical vapor deposition (rf-PECVD) at 500°C. Reduction gases such as H2 and NH3 were found unnecessary for carbon nanotube formation compared to thermal CVD. The relationship between the growth of CNTs and the plasma condition in PECVD has been investigated by in situ self bias measurement. Plasma conditions were controlled by changing the interelectrode distance, rf power and the applied substrate negative bias. By increasing the interelectrode distance and rf power, the spatial density of CNTs was on a rise as a result of the increase in ions density and self bias. As the applied substrate negative bias increased, the spatial density of CNTs decreased possibly due to the positive ions over bombarding effect.
Keywords
Download Citation
Endnote/Zotero/Mendeley (RIS)BibTeX
- C. S. Cojocaru, D. Kim, D. Pribat and J. Bourée, Thin Solid Films 501, 227 (2006). doi:10.1016/j.tsf.2005.07. 162
- K. H. Jung, Y. Shin, J. Boo, Y. Kim and B. Hong, Thin Solid Films 501, 238 (2006). doi:10.1016/j.tsf.2005. 07.159
- H. Wang, J. Lin, C. H. A. Huan, P. Dong, J. He, S. H. Tang, W. K. Eng and T. L. J. Thong, Appl. Sur. Sci. 181, 248 (2001). doi:10.1016/S0169-4332(01)00391-9
- Z. F. Ren, Z. P. Huang, D. Z. Wang and J. G. Wen, Appl. Phys. Lett. 75, 1086 (1999). doi:10.1063/1.124605
- M. Chhowalla, K. B. K. Teo, C. Ducati, N. L. Rupesinghe, G. A. J. Amaratunga, A. C. Ferrari, D. Roy, J. Robertson and W. I. Milne, J. Appl. Phys. 90, 5308 (2001). doi:10.1063/1.1410322
- S. Hofmann, C. Ducati, J. Robertson and B. Kleinsorge, Appl. Phys. Lett. 83,135 (2003). doi:10.1063/1.1589187
- D. H. Lee, W. J. Lee and S. O. Kim, Chem. Mater. 21, 1368 (2009). doi:10.1021/cm8034533
- Y. Y. Wang, S. Gupta and R. J. Nemanich, Appl. Phys. Lett. 85, 2601 (2004). doi:10.1063/1.1796529
- M. R. Maschmann, P. B. Amama, A. Goyal, Z. Iqbal, R. Gat and T. S. Fisher, Carbon 44, 10 (2006). doi:10.1016/ j.carbon.2005.07.027
- M. R. Maschmann, P. B. Amama, A. Goyal, Z. Iqbal, R. Gat and T. S. Fisher, Carbon 44, 2758 (2006). doi:10.10 16/j.carbon.2006.03.040
- C. Bower, O. Zhou, W. Zhu, D. J. Werder and S. Jin, Appl. Phys. Lett. 77, 2767 (2000). doi:10.1063/1.1319529
- S. Kyung, Y. Lee, C. Kim, J. Lee and G. Yeom, Thin Solid Films 268, 506 (2006).
- G. W. Ho, A. T. S. Wee, J. Lin and W. C. Tjiu, Thin Solid Films 388, 73 (2001). doi:10.1016/S0040-6090(01)00 828-8
- J. Han, W. Yang, J. Yoo and C. Park, J. Appl. Phys. 88, 7363 (2000). doi:10.1063/1.1322378
- L. Valentini, J. M. Kenny, L. Lozzi and S. Santucci, J. Appl. Phys. 92, 6188 (2002). doi:10.1063/1.1515126
- Y. Li, D. Mann, M. Rolandi, W. Kim, A. Ural, S. Hung, A. Javey, J. Cao, D. Wang, E. Yenilmez, Q. Wang, J. F. Gibbons, Y. Nishi and H. Dai, Nano Lett. 4, 317 (2004). doi:10.1021/nl035097c
- U. J. Kim, E. H. Lee, J. M. Kim, Y. Min, E. Kim and W. Park, Nanotechnology 20, 295201 (2009). doi:10.1088/ 0957- 4484/20/29/295201
- T. Kato, G. Jeong, T. Hirata, R. Hatakeyama, K. Tohji and K. Motomiya, Chem. Phy. Lett. 381,422 (2003). doi:10. 1016/j.cplett.2003.10.007
- A. Gohier, T. M. Minea, M. A. Djouadi and A. Granier, J. Appl. Phys. 101, 054317 (2007). doi:10.1063/1.2654647
- Y. Shiratori, H. Hiraoka, Y. Takeuchi, S. Itoh and M. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 82, 2485 (2003). doi:10. 1063/1.1566803
- T. Kato and R. Hatakeyama, Chem. Vap. Deposition 12, 345 (2006). doi:10.1002/cvde.200506451
- H. Sato, T. Sakai, M. Matsubayashi, K. Hata, H. Miyake, K. Hiramatsu, A. Oshita and Y. Saito, Vacuum 80, 798 (2006). doi:10.1016/j.vacuum.2005.11.008
- A. Gohier, T. M. Minea, A. M. Djouadi, A. Granier and M. Dubosc, Chem. Phy. Lett. 421,242 (2006). doi:10.1016/ j.cplett.2005.12.105
- T. Kato, G. H. Jeong, T. Hirata and R. Hatakeyama, Thin Solid Films 457, 2 (2004). doi:10.1016/j.tsf.2003.12.002
- Y. H. Wang, J. Lin, C. H. A. Huan and G. S. Chen, Appl. Phys. Lett. 79, 2767 (2000).
- Y. Yabe, Y. Ohtake, T. Ishitobi, Y. Show, T. Izumi, and H. Yamauchi, Diamond Relat. Mater. 13, 1292 (2004). doi:10.1016/j.diamond.2003.11.067
- T. Ikuno, S. Takahashi, K. Kamada, S. Ohkura, S. Honda, M. Katayama, T. Hirao and K. Oura, Surf. Rev. Lett. 10, 611 (2003). doi:10.1142/S0218625X03005505
- A. Lousa and S. Gimeno. J. Vac. Sci. Technol. A 15, 62 (1997). doi:10.1116/1.580477
- S. F. Yoon, H. Yang, J. Ahn and Q. Zhang, J. Elect. Mater. 27, 44 (1998). doi:10.1007/s11664-998-0336-4
- L. Yang, Y. Xin, H. Xu, Y. Yu and Z. Ning. Plasma Sci. Tech. 12, 53 (2010). doi:10.1088/1009-0630/12/1/12
- M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing (1994).
- J. Robertson. Mater. Sci. Eng. R. 37, 129 (2002). doi:10.1016/S0927-796X(02)00005-0
- D. B. Hash and M. Meyyappana, J. Appl. Phys. 93, 750 (2003). doi:10.1063/1.1525854
- A. Bubenzer, B. Dischler, G. Brandt and P. Koidl, J. Appl. Phys. 54, 4590 (1983).
- M. Meyyappan, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 213001 (2009). doi:10.1088/0022-3727/42/21/213001
References
C. S. Cojocaru, D. Kim, D. Pribat and J. Bourée, Thin Solid Films 501, 227 (2006). doi:10.1016/j.tsf.2005.07. 162
K. H. Jung, Y. Shin, J. Boo, Y. Kim and B. Hong, Thin Solid Films 501, 238 (2006). doi:10.1016/j.tsf.2005. 07.159
H. Wang, J. Lin, C. H. A. Huan, P. Dong, J. He, S. H. Tang, W. K. Eng and T. L. J. Thong, Appl. Sur. Sci. 181, 248 (2001). doi:10.1016/S0169-4332(01)00391-9
Z. F. Ren, Z. P. Huang, D. Z. Wang and J. G. Wen, Appl. Phys. Lett. 75, 1086 (1999). doi:10.1063/1.124605
M. Chhowalla, K. B. K. Teo, C. Ducati, N. L. Rupesinghe, G. A. J. Amaratunga, A. C. Ferrari, D. Roy, J. Robertson and W. I. Milne, J. Appl. Phys. 90, 5308 (2001). doi:10.1063/1.1410322
S. Hofmann, C. Ducati, J. Robertson and B. Kleinsorge, Appl. Phys. Lett. 83,135 (2003). doi:10.1063/1.1589187
D. H. Lee, W. J. Lee and S. O. Kim, Chem. Mater. 21, 1368 (2009). doi:10.1021/cm8034533
Y. Y. Wang, S. Gupta and R. J. Nemanich, Appl. Phys. Lett. 85, 2601 (2004). doi:10.1063/1.1796529
M. R. Maschmann, P. B. Amama, A. Goyal, Z. Iqbal, R. Gat and T. S. Fisher, Carbon 44, 10 (2006). doi:10.1016/ j.carbon.2005.07.027
M. R. Maschmann, P. B. Amama, A. Goyal, Z. Iqbal, R. Gat and T. S. Fisher, Carbon 44, 2758 (2006). doi:10.10 16/j.carbon.2006.03.040
C. Bower, O. Zhou, W. Zhu, D. J. Werder and S. Jin, Appl. Phys. Lett. 77, 2767 (2000). doi:10.1063/1.1319529
S. Kyung, Y. Lee, C. Kim, J. Lee and G. Yeom, Thin Solid Films 268, 506 (2006).
G. W. Ho, A. T. S. Wee, J. Lin and W. C. Tjiu, Thin Solid Films 388, 73 (2001). doi:10.1016/S0040-6090(01)00 828-8
J. Han, W. Yang, J. Yoo and C. Park, J. Appl. Phys. 88, 7363 (2000). doi:10.1063/1.1322378
L. Valentini, J. M. Kenny, L. Lozzi and S. Santucci, J. Appl. Phys. 92, 6188 (2002). doi:10.1063/1.1515126
Y. Li, D. Mann, M. Rolandi, W. Kim, A. Ural, S. Hung, A. Javey, J. Cao, D. Wang, E. Yenilmez, Q. Wang, J. F. Gibbons, Y. Nishi and H. Dai, Nano Lett. 4, 317 (2004). doi:10.1021/nl035097c
U. J. Kim, E. H. Lee, J. M. Kim, Y. Min, E. Kim and W. Park, Nanotechnology 20, 295201 (2009). doi:10.1088/ 0957- 4484/20/29/295201
T. Kato, G. Jeong, T. Hirata, R. Hatakeyama, K. Tohji and K. Motomiya, Chem. Phy. Lett. 381,422 (2003). doi:10. 1016/j.cplett.2003.10.007
A. Gohier, T. M. Minea, M. A. Djouadi and A. Granier, J. Appl. Phys. 101, 054317 (2007). doi:10.1063/1.2654647
Y. Shiratori, H. Hiraoka, Y. Takeuchi, S. Itoh and M. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 82, 2485 (2003). doi:10. 1063/1.1566803
T. Kato and R. Hatakeyama, Chem. Vap. Deposition 12, 345 (2006). doi:10.1002/cvde.200506451
H. Sato, T. Sakai, M. Matsubayashi, K. Hata, H. Miyake, K. Hiramatsu, A. Oshita and Y. Saito, Vacuum 80, 798 (2006). doi:10.1016/j.vacuum.2005.11.008
A. Gohier, T. M. Minea, A. M. Djouadi, A. Granier and M. Dubosc, Chem. Phy. Lett. 421,242 (2006). doi:10.1016/ j.cplett.2005.12.105
T. Kato, G. H. Jeong, T. Hirata and R. Hatakeyama, Thin Solid Films 457, 2 (2004). doi:10.1016/j.tsf.2003.12.002
Y. H. Wang, J. Lin, C. H. A. Huan and G. S. Chen, Appl. Phys. Lett. 79, 2767 (2000).
Y. Yabe, Y. Ohtake, T. Ishitobi, Y. Show, T. Izumi, and H. Yamauchi, Diamond Relat. Mater. 13, 1292 (2004). doi:10.1016/j.diamond.2003.11.067
T. Ikuno, S. Takahashi, K. Kamada, S. Ohkura, S. Honda, M. Katayama, T. Hirao and K. Oura, Surf. Rev. Lett. 10, 611 (2003). doi:10.1142/S0218625X03005505
A. Lousa and S. Gimeno. J. Vac. Sci. Technol. A 15, 62 (1997). doi:10.1116/1.580477
S. F. Yoon, H. Yang, J. Ahn and Q. Zhang, J. Elect. Mater. 27, 44 (1998). doi:10.1007/s11664-998-0336-4
L. Yang, Y. Xin, H. Xu, Y. Yu and Z. Ning. Plasma Sci. Tech. 12, 53 (2010). doi:10.1088/1009-0630/12/1/12
M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing (1994).
J. Robertson. Mater. Sci. Eng. R. 37, 129 (2002). doi:10.1016/S0927-796X(02)00005-0
D. B. Hash and M. Meyyappana, J. Appl. Phys. 93, 750 (2003). doi:10.1063/1.1525854
A. Bubenzer, B. Dischler, G. Brandt and P. Koidl, J. Appl. Phys. 54, 4590 (1983).
M. Meyyappan, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 213001 (2009). doi:10.1088/0022-3727/42/21/213001