탄소나노튜브 기반 디지털 엑스선 튜브 기술개발 동향

Trends on the Development of Carbon Nanotube-Based Digital X-ray Tube

저자
송윤호, 강준태, 김재우, 최영철, 박소라, 정진우 / 나노전자원연구실
권호
31권 2호 (통권 158)
논문구분
일반 논문
페이지
116-123
발행일자
2016.04.01
DOI
10.22648/ETRI.2016.J.310212
초록
병원의 X선 및 CT 영상, 반도체 소자 내의 결함분석, 공항의 보안검색 등 다양한 분야에 X선이 사용되고 있다. 지금까지는 이러한 X선을 발생시키기 위해 고온으로 가열하여 전자를 방출시키는 열전자원이 사용됐으나, 높은 소비전력과 디지털 구동의 어려움 등의 단점이 존재한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 전계방출원 기술, 특히 탄소나노튜브를 이용한 나노전자원의 제조 및 디지털 엑스선 튜브 응용 기술에 관한 연구가 최근 활발히 진행 중이다. 이 글을 통해 디지털 시대에 부합하는 탄소나노튜브 기반 나노전자원 및 이를 이용한 디지털 엑스선 튜브의 개념 및 제조기술을 소개하고, ETRI 및 다른 기관들에서 개발 중인 최신 기술개발 동향을 소개하고자 한다.
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Ⅰ. 서론

1895년 뢴트겐에 의해 발견된 엑스선은 100년 이상 열전자에 의해서만 생성되어 왔다. 그러나, 열전자 방출은 디지털 구동이 어려우므로 지금까지 개발된 열전자 기반 엑스선 튜브는 대표적인 아날로그 소자이다. 열전자 엑스선 소스는 텅스텐 필라멘트와 같은 전자원을 고온으로 가열하여 방출된 전자를 타겟에 충돌시켜 발생시킨다. 이러한 열전자 기반 엑스선 튜브는 순간적인 스위칭이나 전류 변조가 어려우므로 디지털 방식으로 구동되는 것이 난해할 뿐만 아니라, 높은 소비전력, 방출되는 전자의 에너지 분포 및 방향성, 전자 집속의 어려움 등의 단점을 가지고 있다[1]. 열전자 기반 엑스선 튜브가 가지고 있는 여러가지 단점을 극복하기 위한 대안으로서 양자 역학적 터널링 현상으로 냉음극 전자를 방출하는 전계 방출원(Field Emission Source)을 이용한 엑스선 튜브의 개발이 활발히 진행 중이다[2][3]. 전계 방출원 기반 디지털 엑스선 튜브는 열전자 기반 튜브의 단점들을 개선할 수 있는 장점이 있으나, 이러한 기술의 상용화를 위해서는 고전압 하에서의 구동 신뢰성 확보, 전류 안정성 확보, 안정된 전계 방출원의 제조기술개발 등의 과제를 해결해야 한다.

지금까지 전계 방출원으로서 몰리브덴(Mo), 다이아몬드, 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube: CNT) 등 다양한 소재가 제안되어 왔다. 이 중에서 탄소나노튜브는 구조적 비등방성이 매우 커서(직경: 수 nm, 길이: 수~수십 µm) 전계 강화 인자(Field Enhancement Factor, β)가 크고 전기전도성 및 화학적 안정성이 우수하여 가장 유망한 전계 방출원 소재로 알려져 있다. 본 논문에서는 먼저, 탄소나노튜브 소재의 물성 및 이를 이용한 나노전자원 제조기술개발 동향을 소개하고, 탄소나노튜브 기반 나노전자원을 이용한 디지털 엑스선 튜브의 기술개발 동향 및 향후 전망을 논하고자 한다.

Ⅱ. 탄소나노튜브 기반 나노전자원 기술개발 동향

탄소나노튜브(CNT)는 단층 또는 다층의 그래핀이 원통형으로 말려 있는 구조로서 준1차원적인 양자구조로 인해 저차원에서 나타나는 특이한 여러가지 양자현상이 관측되었으며, 특히 역학적 견고성 및 화학적 안정성이 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 그뿐만 아니라, 구조에 따라 반도체 또는 도체의 성질을 띠며, 직경이 작고 길이가 긴 특성, 속이 비어 있는 특성 때문에 전계 방출 소자, 트랜지스터, 에너지 저장체, 고기능성 복합소재, 나노 크기의 각종 전자소자 등 다양한 분야에 응용성이 우수하다. 1991년에 NEC 연구소의 Sumio Iijima 박사가 아크방전법에 의해 최초로 탄소나노튜브 합성에 성공한[4] 이후 레이져 증발법 및 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)에 의한 합성법이 개발되었다. 아크방전법 및 레이져 증발법은 고품질 CNT의 합성이 가능하나 대량 합성이 어려우므로 CNT의 가격이 높다는 단점이 있다. 이에 반해, CVD법은 고순도의 CNT를 대량으로 합성할 수 있는 장점을 가지고 있어서 현재는 대부분의 응용 분야에서 CVD법으로 합성된 CNT를 사용하고 있다.

(그림 1)

CNT의 구조 및 종류

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(그림 1)은 CNT의 구조 및 종류를 보여준다. 그림에서 보이는 바와 같이 CNT는 탄소 원자들이 육각형으로 배열된 판 형태의 그래핀 층이 둥글게 말려있는 구조를 이루고 있는데, 이때 단층 그래핀이 말리면 하나의 벽을 가지는 Single Wall CNT(SWCNT)를 형성하고, 다층 그래핀이 말리면 다중벽을 가지는 Multiwall CNT(MWCN)가 된다. SWCNT는 ~1nm 정도로 매우 작은 직경을 가지므로 강한 반데르 발스(van der Waals) 힘에 의해서 대부분 다발(Bundle) 형태로 존재한다. 앞서 언급한 바와 같이 CNT는 고전기전도성, 고열전도성, 우수한 기계적 물성 등 뛰어난 특성이 있어서 다양한 분야에 응용할 수 있으며[5], 특히, 구조적 비등방성이 크고 화학적으로 안정하여 전계 방출 나노전자원으로 가장 유망한 재료인 것으로 알려져 있다[6].

CNT 나노전자원은 화학 기상 증착법에 의한 직접 성장법(Direct Growth), 페이스트(Paste)를 이용한 스크린 인쇄법(Screen Printing), 입자의 전기 영동 증착법 (Electrophoretic Deposition: EPD), 분산액을 이용한 진공 투과법(Vacuum Filtration) 등을 이용하여 제작할 수 있다. 그중 페이스트를 이용하는 스크린 인쇄법은 우수한 전자 방출 특성을 가지는 CNT 나노전자원의 대량 생산이 가능하다는 장점으로 인해 전계 방출 소자의 개발 시에 주로 사용됐다.

지금까지 다양한 방법을 이용하여 고성능 CNT 나노전자원 개발에 관한 연구들이 진행됐음에도 불구하고, CNT 나노전자원과 캐소드 기판과의 약한 접착력(Weak Adhesion), CNT 구조 자체의 결함(Imperfection), 낮은 진공도에 의한 열화(Degradation) 및 이러한 복합적인 문제에 기인한 파괴(Breakdown) 등의 문제점을 여전히 가지고 있다. 이러한 문제점들은 CNT 나노전자원이 실제 소자 응용단계에 적용됨에 있어 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 특히, 지금까지 나노전자원의 가장 유망한 응용 분야였던 전계 방출 디스플레이/램프 분야에서 비교적 낮은 전류 밀도와 장수명 기술이 요구된 것과는 달리 최근 활발하게 연구되고 있는 디지털 엑스선 튜브 분야에서는 고신뢰성, 고전류밀도의 나노전자원 개발이 요구되고 있다. 이러한 기술적 요구사항의 변화에 맞추어 많은 연구 그룹에서 고신뢰성, 고전류밀도의 나노전자원 개발을 진행하고 있다. 미국 노스캐롤라이나 대학의 Otto Zhou 그룹은 전기 영동 증착법을 이용하여 CNT와 필러를 캐소드에 형성하여 고전류밀도/장수명 나노전자원을 개발하였다. Otto Zhou 그룹이 개발한 CNT 나노전자원은 전계 방출 전류밀도 240mA/cm2(전류: 78mA)의 정전류(Constant Current: CC) 조건 및 주기 0.1Hz, 펄스폭 125ms의 펄스 구동 상태의 수명 평가에서 8만 5천회 이상 안정적으로 동작하면서도 전계가 0.2% 정도만 상승하는 우수한 전계 방출 안정성을 보여주었다[3].

디지털 엑스선 튜브에 사용되는 나노전자원은 고신뢰성, 고전류밀도 뿐만 아니라 엑스선튜브의 제작방법에 따라 고내열성의 특성이 요구되기도 한다. 가령, 완전 밀봉형 엑스선 튜브를 제작하면서 낮게는 400oC, 높게는 800oC 이상의 가열 배기 조건에서도 CNT 나노전자원을 구성하는 물질들이 증발되지 않으면서 그 특성이 유지되어야 한다. 스위스 EMPA의 R´emi Longtin 그룹에서는 CNT와 무기 물질들을 혼합하여 880oC의 고온 열처리를 통해 나노전자원을 제작하였으며, 제작된 나노전자원은 전계 방출 전류밀도 100mA/cm2(전류: 약 200µA)의 조건에서 5시간 동안 전계 방출이 안정적으로 유지됨을 보여주었다[7].

(그림 2)

ETRI에서 개발된 고신뢰성, 고전류밀도 CNT 나노전자원[9]

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* Reproduced with permission from Elsevier

한국전자통신연구원(ETRI)에서는 스크린 인쇄법을 이용하여 CNT 나노전자원 제조기술을 개발하였는데, 앞서 언급한 문제점들을 해결하기 위하여 종래의 3-롤 밀링(3-Roll Milling: 3-RM) 기반의 페이스트 제작법 대신에 볼 밀링(Ball Milling, BM)을 사용하는 새로운 페이스트 제조 방법을 개발하였다[8]. ETRI에서 볼 밀링에 의해 제조된 CNT 페이스트는 CNT를 포함한 조성물들을 지르코니아(ZrO2) 볼과 함께 밀폐된 용기에 넣고 자전 및 공전을 동시에 시키는 페이스트 믹서(Paste Mixer)로 혼합하여 제작하는데, 이는 기존의 3-롤 밀링에 비하여 공정이 비교적 단순할 뿐만 아니라 전 혼합 과정이 단일 장비로 진행되기 때문에 최종적으로 얻어지는 페이스트 조성물의 재현성이 높다는 장점이 있다. 일반적으로 볼 밀링은 물질의 분쇄∙파쇄용으로 사용되지만 조건을 적절하게 최적화하면 CNT에 가해지는 전단력(Shear Force)를 약하게 유지할 수 있으므로 페이스트 제조 중에 발생할 수 있는 CNT의 결함을 최소화 할 수 있다. 그뿐만 아니라, CNT 나노전자원과 캐소드 기판과의 접착성을 높이기 위해 기판과 물리∙화학적 반응이 일어날 수 있는 무기 필러를 첨가하였으며, 기판과 필러 간의 반응을 유도하기 위해 고온(800℃) 진공 열처리와 후속 표면 처리 등의 공정을 실시하였다[9]. (그림 2)는 상기 기술한 방법으로 ETRI에서 제작한 고신뢰성, 고전류밀도의 CNT 나노전자원을 보여주고 있는데, 약 230µm의 넓은 크기에서 매우 균일한 CNT 나노전자원이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 이처럼 균일하게 제작된 CNT 나노전자원은 높은 전류 밀도가 요구되는 환경에서도 장시간 동안 안정적으로 동작하였다. (그림 3)에 ETRI에서 제작된 CNT나노전자원의 고온 진공 열처리 효과와 정전류 조건에서의 DC 신뢰성 평가 및 신뢰성 평가 후의 CNT 나노전자원의 전자현미경 사진을 도시하였다. (그림 3)에서 볼 수 있는 것처럼 고온 진공 열처리를 거치지 않은 나노전자원은 일정한 전류를 발생시키기 위한 아노드 전압이 시간에 따라 급격히 증가하였다. 이에 반해, 고온(800℃) 열처리를 통해 제조된 나노전자원은 매우 높은 전계 방출 전류밀도(110mA/cm2, 전류: 0.9mA)를 발생하는 아노드 전압이 시간에 따라 변하지 않고 100시간 이상의 장시간 동안 높은 안정성과 신뢰성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 CNT 기반 디지털 엑스선 튜브의 핵심 요소기술로 여겨진다.

(그림 3)

ETRI CNT 나노전자원

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* Reproduced with permission from Elsevier

이와 같이, 최근 들어 다양한 방법으로 디지털 엑스선용 CNT 나노전자원이 제작되고 있으며 높은 전류밀도와 장시간 동안 안정적으로 동작할 수 있는 높은 신뢰성, 그리고 엑스선 튜브의 제작 시 거쳐야 하는 높은 공정 온도에서도 특성이 열화되지 않는 높은 내열 특성을 함께 갖추고 있어야 한다는 것을 알 수 있다.

Ⅲ. 탄소나노튜브 기반 디지털 엑스선 튜브 기술개발 동향

기존 열전자 기반의 엑스선 튜브에서는 텅스텐 필라멘트를 1800℃ 정도의 고온으로 가열하여 발생한 열전자를 금속 타겟과 충돌시켜 엑스선을 만든다. 100여 년 전에 개발된 이 기술은 제작방법이 단순하여 거의 모든엑스선 분야에 사용됐다. 하지만 Computed Tomography (CT) 및 단층촬영, 방사선 치료 등의 의학분야는 물론이고, 매우 정밀한 영상을 요구하는 반도체 소자의 결함 검사, 보안 검사 등의 산업적 응용 분야에서는 더욱 우수한 성능을 요구하고 있다. 그런데도, 열전자 기반 엑스선 튜브로는 순간적인 스위칭이나 정밀한 전류 조절에 어려움이 커서 이러한 산업적 요구 사항을 충족시키기가 어려운 실정이다.

CNT 기반 엑스선 튜브는 방출전자의 에너지 분포 및 방향성이 좁고, 임의의 엑스선 세기를 정확한 시간 범위 내에서 제어하는 디지털 구동이 가능하여 새로운 기능의 엑스선 소스로 이용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 다양한 연구 그룹에서 CNT 기반 엑스선 튜브에 관한 연구성과를 보고하였는데, <표 1>은 최근에 보고된 CNT 나노전원을 적용한 엑스선 튜브의 성능들을 요약하여 정리한 것이다. <표 1>에서 알 수 있듯이, 탄소나노튜브 전자원은 이극관 또는 삼극관 구조로 제조됐으며, 진공 펌프가 부착된 튜브와 진공 밀봉 기술을 도입하여 펌프가 필요하지 않은 튜브의 제작 기술 등이 개발되어 왔다. 이중에서, 이극관 구조는 전자 방출의 제어가 용이하지 않고, 진공 펌프가 부착된 튜브는 시스템의 크기가 크며 가격이 비싸다는 단점이 있다. 따라서, 삼극관 구조의 나노전자원을 구비한 진공 밀봉 튜브의 상용화 가능성이 제일 큰 것으로 알려져 있다[1][9].

<표 1>

최근 보고된 탄소나노튜브 기반 엑스선 튜브의 성능

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탄소나노튜브에서 방출된 전자빔이 엑스선 튜브 내부의 잔류 가스와 충돌하여 가스의 이온화를 야기시키고, 이로 인해 진공도가 낮아질 경우 아크 방전 등의 추가적인 반응이 일어나 나노전자원이 손상되는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 탄소나노튜브 나노전자원을 이용하여 제작된 엑스선 튜브는 열전자원 기반 엑스선 튜브보다 더 높은 진공도를 요구하므로 엑스선 튜브의 높은 진공 도를 유지하는 기술이 매우 중요하다. 미국의 XinRay Systems사, 노스캐롤라이나 대학의 Otto Zhou 그룹, 일본의 Okuyama 그룹에서는 탄소나노튜브 엑스선 튜브에 진공 펌프가 부착되어 있는 진공 챔버 시스템을 이용하여 엑스선을 발생키시고 있으며, 한국의 ETRI와 일본의 AIST는 탄소나노튜브 나노전자원이 내장된 완전 진공 밀봉된 엑스선 튜브를 개발하고 있다. (그림 4)는 Xinray Systems사가 개발한 시스템으로서, 이온 펌프 (Ion Pump)가 부착된 고진공 챔버 내에 CNT 나노전자원을 형성한 엑스선 튜브를 보여주고 있다. 유방암 검진을 위한 고정형 디지털 단층 합성 영상(stationary Digital Breast Tomosynthesis: sDBT) 시스템에 적용하는 CNT 기반 엑스선 튜브의 경우 기존 DBT와 달리 회전 갠트리(Gantry)가 없으므로 짧은 시간에 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이러한 엑스선원은 기계적인 동작 없이 여러 개의 엑스선원에서 얻어진 이미지를 합성하므로 시스템이 간단하고 빠르며, 기계 움직임에 대한 영상의 흐려짐을 방지할 수 있다. XinRay Systems사는 CNT 나노전자원 기반 sDBT를 현재 거의 상용화 수준까지 개발했다고 보고하였는데, 2014년부터 임상 실험을 하고 있어 조만간 상용화에 이를 것으로 기대된다. 또한, CNT 엑스선 소스를 유한한 각도(대략 30도 이내) 내에서 수십여 개 이내의 제한된 2차원 투사 이미지로 재구성하는 단층합성(Tomosysthesis)뿐만 아니라 360도 또는 이와 버금가는 넓은 각도에서 수백 개의 이미지로 구성하는 CT(Computed Tomography)에도 적용하고 있다. 쥐와 같은 소형 동물을 대상으로 호흡에 맞춰 투사 엑스선 이미지를 얻는 호흡-동조 CT의 가능성을 보여 주었으며, 최근에는 수화물 검색용 CT 시스템에도 적용 가능성을 보여주고 있다. XinRay Systemst사는 향후에는 Joint Venture 회사인 NuRay Technology Co. Ltd.에서 X-ray 관련 기술개발 및 사업을 추진할 예정이라고 공표하였으며, 현재 이전 작업을 진행 중인 것으로 알려져 있다.

(그림 4)

Xinray systems Inc.에 개발한 다양한 CNT 엑스선 튜브 시스템

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<출처> : http://xinraysystems.com/.

현재까지 보고된 대부분의 탄소나노튜브 기반 디지털엑스선 튜브는 터보 분자 펌프(Turbo Molecular Pump: TMP) 또는 이온 펌프(Ion pump)가 달린 고진공 챔버를 포함하지만, 이와 달리 진공펌프 없이 완전 진공 밀봉된 엑스선 튜브의 개발도 빠르게 진행되고 있다. 예를 들어, 한국과학기술원에서는 이극관(Diode) 구조의 탄소나노튜브 나노전자원을 제조하고, 이를 이용하여 진공 밀봉된 튜브를 제작하여 발표하였다[10]. 그러나, 이극관 구조는 방출되는 전류의 조절이 쉽지 않으므로 실제로 상용화되기는 어려울 것으로 예상된다. 따라서, 삼극관(Triode) 구조의 나노전자원을 적용하여 진공 밀봉된 엑스선 튜브 제조기술이 대세를 이룰 것으로 기대되는데, 최근 한국전자통신연구원(ETRI)에서는 세라믹/금속 브레이징 공정을 개발하여 삼극관 구조의 CNT 나노전자원을 사용하면서도 진공펌프 없이 완전 진공 밀봉된 디지털 엑스선 튜브를 개발하는 데 성공하였다. 더욱이, 제조된 엑스선 튜브는 약 30시간 이상의 장시간 동안 큰 열화 없이 안정적으로 전류가 발생하는 것을 확인하였다[(그림 5) 참조]. 진공 펌프가 부착되지 않은 상태로 완전 진공 밀봉된 디지털 엑스선 튜브는 사용자의 요구에 따라 다양한 장비에 응용될 수 있는데, 우선적으로 휴대용 장비와 같은 소형 장비에 적용할 수 있다는 큰 장점이 있다. 또한, 이러한 엑스선 튜브는 크기가 작다는 장점뿐만 아니라 손가락 몇 개로 들 수 있을 정도로 무게가 가벼우므로 휴대용 엑스선 장비의 중량 문제를 해결할 수 있는 훌륭한 대안이 될 것으로 기대된다. 또한, 진공 밀봉을 위해 개발한 브레이징 공정은 대량생산에 적합한 방법이다. 결론적으로, ETRI에서 개발한 진공 밀봉된 디지털 엑스선 튜브는 대량 생산이 용이하고 설치 및 유지, 보수 등도 간편화할 수 있기 때문에 활용할 수 있는 분야가 무궁무진할 것이다. 현재, 이러한 진공 밀봉형 엑스선 튜브의 상용화 기술개발을 추진하고 있으므로, 조만간 CNT 기반 디지털 엑스선 튜브를 구비한 영상 장비가 시장에 출시될 것으로 예상된다.

(그림 5)

ETRI의 CNT 엑스선 튜브 개발 현황

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Ⅳ. 결론

기존 열전자원 기반 엑스선 튜브의 여러 가지 단점을 극복하기 위하여 나노전자원 기반 디지털 엑스선 튜브의 제조기술개발이 전 세계적으로 활발히 진행 중이다. 탄소나노튜브는 매우 큰 비등방성, 구조적 및 화학적 안정성 등의 우수한 특성을 가지고 있으므로 가장 우수한 나노전자원 중에 하나로 알려져 있다. 이러한 이유로 인해, 최근 탄소나노튜브 기반 나노전자원 제조 및 응용 기술에 대한 관심이 증대되어 왔다. 특히, ETRI 및 미국 노스캐롤라이나 대학 등의 연구 그룹에서 탄소나노튜브 나노전자원의 신뢰성 향상 및 이를 적용한 엑스선 튜브의 원천기술을 개발한 후에 상용화를 추진하고 있다. 그러므로, 조만간 탄소나노튜브 기반 디지털 엑스선 튜브가 상용화 될 것으로 기대된다. 특히, ETRI에서 개발한 탄소나노튜브 기반 진공 밀봉형 디지털 엑스선 튜브는 고밀도의 전류를 안정적으로 인출할 수 있을 뿐만 아니라, 휴대가 간편하고 대량 생산이 용이하므로 다양한 분야 응용이 가능할 것을 기대된다.

용어해설

탄소나노튜브 탄소원자가 육각형 판상으로 배열되어 있는 그래핀 층이 튜브 형태로 말려있는 구조로서 층의 수에 따라 단층 또는 다층 탄소나노튜브가 있음.

나노전자원 재료에 강한 전기장을 인가하면 전자를 방출하는 전계방출 현상이 일어나는데, 탄소나노튜브와 같은 나노재료를 이용하면 전계방출 현상이 용이하게 관찰되며, 이러한 나노물질 전계방출원을 나노전자원이라 함.

진공밀봉기술 엑스선 튜브를 제작함에 있어, 진공 펌프를 부착하지 않고도 내부의 높은 진공도를 가지는 튜브의 제작을 가능하게 하는 밀봉 기술

약어 정리

BM

Ball Milling

3-RM

3-Roll Milling

CC

Constant Current

CNT

Carbon Nanotube

CT

Computed Tomography

EPD

Electrophoretic Deposition

FE

Field Emission

MWCNT

Multiwall Carbon Nanotube

sDBT

stationary Digital Breast Tomosynthesis

SWCNT

Single Wall Carbon Nanotube

TMP

Turbo Molecular Pump

[1] 

송윤호, “고정형 디지털 단층합성 영상을 위한 탄소 나노튜브 전계 에미터 기반 디지털 엑스선 튜브,” 정보디스플레이학회지, 제15권 제6호, 2014, pp. 3-10.

[2] 

Y.C. Choi et al., “Preparation of Miniature Carbon Nanotube Paste Emitter for Very High Tesolution X-ray Imaging,” Carbon, vol. 100, Apr. 2016, pp. 302-308.

[3] 

E. Gidcumb et al., “Carbon Nanotube Electron Field Emitters for X-Ray Imaging of Human Breast Cancer,” Nanotechnology, vol. 25, June 2014, pp. 245704.

[4] 

S. Iijima, “Helical Microtubules of Graphitic Carbon,” Nature, vol. 354, Nov. 1991, pp. 56-58.

[5] 

J.S. Kim et al., “Improved Electrical Conductivity of Very Long Multi-Walled Carbon Nanotube Bundle/poly(methyl methacrylate) Compo-sites,” Carbon, vol. 49, no. 6, 2011, pp. 2127-2133.

[6] 

Y.C. Kim et al., “Uniform and Stable Field Emission from Printed Carbon Nano-tubes through Oxygen Trimming,” Appl. Phys. Lett., vol. 92, 2008, pp. 263112.

[7] 

R. Longtin et al., “High-Temperature Processable Carbon-Silicate Nanocompo-site Cold Electron Cathodes for Miniature X-Ray Sources,” J. Mater. Chem. C, vol. 1, no. 7, 2013, pp. 1368-1374.

[8] 

J.-W. Kim et al., “Highly Reliable Field Electron Emitters Produced from Repro-ducible Damage-free Carbon Nanotube Composite Pastes with Optimal Inorganic Fillers,” Nanotechnology, vol. 25, no. 6, Feb. 2014, pp. 065201.

[9] 

J.-W. Kim et al., “Great Improvement in Adhesion and Uniformity of Carbon Nanotube Field Emitters through Reactive Nanometer-Scale SiC Fillers,” Carbon, vol. 82, Feb. 2015, pp.245-253.

[10] 

S.H. Heo et al., “A Vacuum-Sealed Miniature X-ray Tubebased on Carbon Nanotube Field Emitters,” Nanoscale Research Letters, vol. 7, 2012, pp. 258.

[11] 

F. Sprenger et al., “Stationary Digital Breast Tomosynthesis with Distributed Field Emission x-ray Tube,” Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., vol. 7961, 2011, pp. 7961.

[12] 

W. Sugimoto et al., “A Fine-Focusing X-ray Source Using Carbon-Nanofiber Field Emitter,” J. Applied Physics, vol. 108, 2010, pp. 044507.

[13] 

X. Calderón-Colón et al., “A Carbon Nanotube Field Emission Cathode with High Current Density and Long-Term Stability,” Nanotechnology, vol. 20, 2009, pp. 325707.

[14] 

P. Sarrazin et al., “Carbon-Nanotube Field Emission X-ray Tube for Space Explo-ration XRD/XRF Instrument,” Advances in X-Ray Analysis, vol. 47, 2004, pp. 232-239.

(그림 1)

CNT의 구조 및 종류

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(그림 2)

ETRI에서 개발된 고신뢰성, 고전류밀도 CNT 나노전자원[9]

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* Reproduced with permission from Elsevier

(그림 3)

ETRI CNT 나노전자원

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* Reproduced with permission from Elsevier

(그림 4)

Xinray systems Inc.에 개발한 다양한 CNT 엑스선 튜브 시스템

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<출처> : http://xinraysystems.com/.

(그림 5)

ETRI의 CNT 엑스선 튜브 개발 현황

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<표 1>

최근 보고된 탄소나노튜브 기반 엑스선 튜브의 성능

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