DE602004011127T2 - Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Feldvorrichtung und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Feldvorrichtung, die gleichmäßig Licht mit einer hohen Helligkeit emittieren kann.
  • Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) weisen einen geringen Durchmesser und ein hohes Aspektverhältnis des Durchmessers zur Länge auf und können daher selbst bei einer niedrigen Spannung Elektronen emittieren. Da die CNTs ausgezeichnete Elektronenemissionscharakteristiken aufweisen und chemisch und physikalisch stabil sind, wurden ausführliche Untersuchungen zu ihren physikalischen Eigenschaften und ihrer Anwendbarkeit unternommen. Hierbei verwenden Feldemissionsvorrichtungen vom Spindt-Typ Metallmikrospitzen als Elektronenemitter. Die Mikrospitzen haben ein Problem, dass die Lebensdauer unter atmosphärischem Gas vermindert ist, und ein ungleichmäßiges elektrisches Feld bei der Emission von Elektronen. Es ist eine geringe Austrittsarbeit eines Emitters erforderlich, um die Betriebsspannung zur Emission von Elektronen zu senken, aber herkömmliche Mikrospitzen erreichen das technische Limit. Zur Überwindung dieser Probleme wurden Feldemissionsarrays (FEAs) unter Verwendung der zuvor genannten CNTs als Elektronenemissionsquelle entwickelt, weil die CNTs ein hohes Aspektverhältnis aufweisen und in hohem Maß stabil und leitfähig sind.
  • US-Patent Nr. 6,440,761 offenbart ein FEA unter Verwendung einer Pastenmischung aus Elektronenemissionsmaterialien und ein Verfahren zu seiner Herstellung. US-Patent Nr. 6,339,281 offenbart ein FEA und ein Verfahren zu seiner Herstellung, wobei CNTs durch ein Züchtungsverfahren gebildet und als Emitter verwendet werden. Da es leichter ist, Emitter unter Verwendung einer Pastenmischung auszubilden, als nach einem Züchtungsverfahren, ist das erstgenannte Verfahren allgemein bevorzugt.
  • Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung unter Verwendung einer Pastenmischung wird nun kurz mit Bezug zu den 1A bis 1G beschrieben.
  • Mit Bezug zu 1A ist eine Kathodenelektrode 2 auf einem Substrat 1 ausgebildet, das zum Beispiel aus Natronkalkglas gebildet ist. Die Kathodenelektrode 2 wird durch Abscheiden von Indiumzinnoxid (ITO) und Strukturieren desselben unter Anwendung eines Photolithographieprozesses ausgebildet.
  • Mit Bezug zu 1B ist eine Gate-Isolierschicht 3 über dem Substrat 1 ausgebildet. Die Gate-Isolierschicht 3 weist Öffnungen 3a auf, die Teile der Kathodenelektrode 2 freilegen. Die Gate-Isolierschicht 3 kann zum Beispiel unter Anwendung einer Siebdrucktechnik ausgebildet werden.
  • Mit Bezug zu 1C ist eine Gate-Elektrode 4 auf der Gate-Isolierschicht 3 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 4 weist Öffnungen 4a auf, die den Öffnungen 3a entsprechen. Die Gate-Elektrode 4 wird durch Abscheiden eines Metalls und Strukturieren desselben unter Anwendung eines Dünnfilmbildungsprozesses oder eines Dickfilmbildungsprozesses ausgebildet. Alternativ kann die Gate-Elektrode 4 nach einer Siebdrucktechnik unter Verwendung einer Metallpaste ausgebildet werden.
  • Mit Bezug zu 1D ist eine pastenartige Elektronenemissionsmaterialschicht 5 so ausgebildet, dass sie die Gate-Elektrode 4 bedeckt und die Gate-Öffnungen 4a füllt. Die pastenartige Elektronenemissionsmaterialschicht 5 ist aus Photoresist und Elektronenemissionsmaterialien, wie CNTs oder Nanopartikeln, gebildet.
  • Mit Bezug zu 1E wird die Elektronenemissionsmaterialschicht 5 unter Verwendung einer Maske 6 freigelegt. Da die Elektronenemissionsmaterialschicht 5 einen negativen Photoresist enthält, wird der Photoresist in den Öffnungen 3a, bei Einstrahlung von Ultraviolett(UV)-Strahlen in die Öffnungen 3a, durch den Belichtungsprozess gehärtet.
  • Mit Bezug zu 1F wird die Elektronenemissionsmaterialschicht 5 entwickelt, wodurch Emitter 5a in den Öffnungen 3a unter Verwendung der verbleibenden Elektronenemissionsmaterialien gebildet werden.
  • Mit Bezug zu 1G werden die Emitter 5a vollständig gehärtet und durch Erhitzen der Emitter 5a auf eine bestimmte Temperatur verdichtet, so dass sie eine geringere Höhe bekommen als die Gate-Öffnungen 4a.
  • Das oben beschriebene herkömmliche Verfahren weist die folgenden Probleme auf. Während die Emitter 5a unter Verwendung der Elektronenemissionsmaterialschicht 5 gebildet werden, ist es sehr wahrscheinlich, dass ein Teil der Elektronenemissionsmaterialien um die Gate-Öffnungen 4a herum verbleiben. Der verbleibende Teil der Elektronenemissionsmaterialien verursacht einen Kurzschluss zwischen den Emittern 5a und der Gate-Elektrode 4, was die Feldemissionsvorrichtung nachteilig beeinflusst. Der Kurzschluss zwischen den Emittern 5a und der Gate-Elektrode 4 macht eine gleichmäßige Emission von Licht mit hoher Helligkeit und Elektronenemission in einem bestimmten Teil, an dem der Kurzschluss auftritt, unmöglich. Diese Probleme sind durch den Photolithographieprozess bedingt, der dazu führt, dass Elektronenemissionsmaterialien mit der Gate-Elektrode 4 in Kontakt kommen. Dementsprechend ist es zur Lösung der zuvor genannten Probleme erforderlich, zu verhindern, dass die Elektronenemissionsmaterialien mit der Gate-Elektrode 4 in Kontakt kommen. Zu diesem Zweck kann ein Lift-off-Prozess verwendet werden. Wie bekannt ist, wird im Lift-off-Prozess eine Opfer schicht zum Ablösen (Lift-off) in einem Bereich ausgebildet, der die Teile ausschließt, in denen Emitter ausgebildet werden. Auf diese Weise kann die Opferschicht zum Ablösen verhindern, dass Elektronenemissionsmaterialien mit einer Gate-Elektrode in Kontakt kommen, damit kein Kurzschluss dazwischen auftritt. Ebenso kann das Lift-off verhindern, dass unnötige Materialien um die Gate-Öffnungen herum verbleiben. Wenn jedoch das Lift-off praktisch angewendet wird, können Emitter, aufgrund einer starken chemischen Kombination von photosensitiven Materialien der Elektronenemissionsmaterialien mit bestimmten Materialien der Opferschicht, nicht unter Verwendung einer Entwicklerlösung oder einer Lift-off-Lösung strukturiert werden. Wenn daher beabsichtigt ist, Emitter unter Anwendung eines Lift-off-Prozesses auszubilden, sollte eine chemische Kombination der Opferschicht mit den Elektronenemissionsmaterialien vermieden werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst: (a) Vorbereiten einer Substratstruktur, wobei die Substratstruktur ein Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete Kathodenelektrode, eine auf der Kathodenelektrode ausgebildete Gate-Isolierschicht, wobei die Gate-Isolierschicht Öffnungen aufweist, die Teile der Kathodenelektrode freilegen, und eine Gate-Elektrode mit Gate-Öffnungen, die den Öffnungen entsprechen, umfasst, wobei die Kathodenelektrode, die Gate-Isolierschicht und die Gate-Elektrode sequentiell auf dem Substrat aufgestapelt sind, (b) Ausbilden einer Opferschicht auf einer Oberfläche der Substratstruktur mit Ausnahme der Teile der Kathodenelektrode, die durch die Öffnungen freigelegt sind, und auf Innenwänden der Öffnungen, (c) Ausbilden einer Isolierschicht auf der Opferschicht, wobei die Isolierschicht dazu vorgesehen ist, zu verhindern, dass Elektronenemissionsmaterialien zum Ausbilden von Emittern mit der Opferschicht in Kontakt kommen, (d) Ausbilden einer Elektronenemissionsmaterialschicht durch Abscheiden der Elektronenemissionsmaterialien auf der Oberfläche der Substratstruktur, auf der die Opferschicht ausgebildet ist, so dass die Elektronenemissionsmaterialschicht die Öffnungen füllt, (e) Entfernen der Isolierschicht und der Elektronenemissionsmaterialien, die auf der Opferschicht ausgebildet sind, und Ausbilden der Emitter im Inneren der Öffnungen unter Verwendung der Elektronenemissionsmaterialschicht durch Ausführen eines Lift-off-Prozesses unter Verwendung eines Ätzmittels, wobei der Lift-off-Prozess dazu vorgesehen ist, die Opferschicht zu entfernen, die auf der Oberfläche der Gate-Elektrode und den Innenwänden der Öffnungen ausgebildet ist, und (f) Erhitzen der Emitter.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auf diese Weise ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung zur Verfügung, die gleichmäßig Licht mit hoher Helligkeit emittiert. Das Verfahren verhindert auch Kurzschluss aufgrund von verbleibenden Elektronenemissionsmaterialien, so dass Emitter mit ausgezeichneten Elektronenemissionscharakteristiken ausgebildet werden.
  • Die Elektronenemissionsmaterialien können Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Nanopartikel sein. Die Elektronenemissionsmaterialschicht kann aus einem leitfähigen Material gebildet werden. Das leitfähige Material wird aus Ag gebildet. Die Isolierschicht kann aus einem resistiven Material gebildet werden.
  • Die Isolierschicht kann unter Verwendung von einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Paste, einem Sol-Gel und einer Suspensionslösung gebildet werden. Die Elektronenemissionsmaterialschicht kann aus einem leitfähigen Material unter Verwendung von einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Paste, einem Sol-Gel und einer Suspensionslösung gebildet werden.
  • Die Elektronenemissionsmaterialschicht und die Opferschicht können aus einem Photoresist gebildet werden. Die Isolierschicht kann unter Verwendung einer Polyvinylalkohol enthaltenden IPA/H2O-Lösung gebildet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nun werden Beispiele der Erfindung ausführlich mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1A bis 1G Querschnittsansichten sind, die ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung darstellen;
  • 2 eine Querschnittsansicht einer nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Feldemissionsvorrichtung ist;
  • 3A bis 3I Querschnittsansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 4A und 4B Photographien sind, die Elektronenemission einer Feldemissionsvorrichtung zeigen, die nach einem herkömmlichen Verfahren umfassend eine Siebdrucktechnik und einen Photolithographieprozess und unter Verwendung weder einer Opferschicht, noch einer Isolierschicht hergestellt ist;
  • 5A und 5B Photographien sind, die Elektronenemission einer Feldemissionsvorrichtung zeigen, die nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
  • 6A ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einem Anodenstrom und einer Gate-Spannung der Feldemissionsvorrichtung zeigen, die nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist; und
  • 6B ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen Helligkeit und Gate-Spannung der Feldemissionsvorrichtung zeigen, die nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die Struktur einer nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Feldemissionsvorrichtung wird nun mit Bezug zu 2 beschrieben.
  • Mit Bezug zu 2 ist eine Kathodenelektrode 20 auf einem Substrat 10 ausgebildet und eine Gate-Isolierschicht 30 ist darauf ausgebildet. Muldenartige Öffnungen 30a mit einem bestimmten Durchmesser und einer bestimmten Tiefe sind in der Gate-Isolierschicht 30 ausgebildet. Am Boden der muldenartigen Öffnungen 30a, d. h. auf Teilen der Kathodenelektrode 20, die durch die muldenartigen Öffnungen 30a freigelegt sind, sind Emitter 50a ausgebildet.
  • Eine typische Feldemissionsvorrichtung weist die oben beschriebene bekannte Struktur auf, bei der das verbleibende Material, z. B. ein resistives Material, einer Isolierschicht, die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, an unteren Teilen der Emitter 50a verbleiben kann oder nicht.
  • Eine Gate-Elektrode 40 ist auf der Gate-Isolierschicht 30 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 40 beinhaltet Gate-Öffnungen 40a, über die Elektronen aus den Emittern 50a extrahiert werden.
  • Ein Elektronenemissionsmaterial der vorliegenden Erfindung enthält CNTs oder Nanopartikel, die Emission von Elektronen durch ein elektrisches Feld ermöglichen. Ebenso können die Emitter 50a aus Partikeln von hochleitfähigen Metallen gebildet werden, wie Ag und Ti, um die Zufuhr eines Stroms zu verstärken.
  • Wenn das resistive Material, d. h. das verbleibende Material der Isolierschicht, an den unteren Teilen der Emitter 50a verbleibt, wie es oben beschrieben ist, ermöglicht das resistive Material, dass ein Strom selbst an Emissionspunkte der CNTs oder Nanopartikel, die aufgrund der leitfähigen Metallpartikel hochleitfähig sind, gleichmäßig zugeführt wird. Das resistive Material ist bevorzugt auf eine bestimmte Dicke ausgebildet, so dass die oben beschriebene Stromzufuhr effektiv unterstützt wird.
  • Wenn eine Feldemissionsvorrichtung hergestellt wird, kann eine Opferschicht mit Emittern in Kontakt kommen. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass eine Reaktion von Materialien der Opferschicht auf Materialien der Emitter auftritt. Die Opferschicht kann aus photosensitivem Novolac-Harz gebildet sein. Wenn ein Lösungsmittel, z. B. Texanol, das eine starke Löslichkeit für das Harz aufweist, in den Elektronenemissionsmaterialien enthalten ist, ist ein Angriff auf die Opferschicht durch das Lösungsmittel unvermeidbar. Das heißt, wenn die Elektronenemissionsmaterialien mit der Opferschicht in Kontakt kommen und das stark lösende Texanol eine Novolacmatrix der Opferschicht auflöst, werden Bestandteile der aufgelösten Novolacmatrix mit Bestandteilen einer Acrylmatrix der Elektronenemissionsmaterialien vermischt, was dadurch eine enge Kombination der beiden Matrizen induziert. In diesem Zustand ist es unmöglich, Emitter unter Verwendung einer Entwicklerlösung oder eines Lift-off-Lösungsmittels zu strukturieren. Dementsprechend wird bei der vorliegenden Erfindung eine Isolierschicht auf der Opferschicht ausgebildet, um zu verhindern, dass Materialien aus der Opferschicht mit den Elektronenemissionsmaterialien der Emitter 50a in Kontakt kommen.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 3A bis 3I beschrieben.
  • Mit Bezug zu 3A wird eine Kathodenelektrode 20 auf einem Substrat 10 ausgebildet, das aus Natronkalkglas gebildet ist. Zum Ausbilden der Kathodenelektrode 20 wird ein ITO auf dem Substrat 10 abgeschieden und unter Verwendung eines Photolithographieprozesses strukturiert.
  • Mit Bezug zu 3B wird eine Gate-Isolierschicht 30 über dem Substrat 10 ausgebildet. Es werden Öffnungen 30a in der Gate-Isolierschicht 30 derart ausgebildet, dass Teile der Kathodenelektrode 20 freigelegt sind. Die Gate-Isolierschicht 30 kann durch eine Siebdrucktechnik oder verschiedene andere bekannte Verfahren ausgebildet werden, darunter Abscheidung und Strukturierung eines Isoliermaterials.
  • Mit Bezug zu 3C wird eine Gate-Elektrode 40 auf der Gate-Isolierschlicht 30 ausgebildet. Es werden Gate-Öffnungen 40a auf der Gate-Elektrode 40 derart ausgebildet, dass sie den Öffnungen 30a entsprechen. Die Gate-Elektrode 40 kann durch einen Dünnfilmbildungsprozess ausgebildet werden, der Abscheidung und Strukturierung eines metallischen Materials umfasst, oder einen Dickfilmbildungsprozess, der eine Siebdrucktechnik unter Verwendung einer Metallpaste umfasst.
  • Mit Bezug zu 3D wird eine Opferschicht 60 zum Lift-off auf einer Oberfläche der Gate-Elektrode 40 und Innenwänden der Öffnungen 30a, unter Ausnahme des Bodens der Öffnungen 30a, ausgebildet. Die Opferschicht 60 wird durch eine Siebdrucktechnik unter Verwendung einer Paste oder ein Spinbeschichtungsverfahren unter Verwendung eines Sol-Gels oder einer Suspensionslösung gebildet und wärmebehandelt.
  • Mit Bezug zu 3E wird eine Isolierschicht 70 auf der Opferschicht 60 ausgebildet. Wie die Opferschicht 60 wird die Isolierschicht 70 durch eine Siebdrucktechnik unter Verwendung einer Paste oder ein Spinbe schichtungsverfahren unter Verwendung eines Sol-Gels oder einer Suspensionslösung gebildet und wärmebehandelt. Die Isolierschicht 70 sollte aus einem Material gebildet werden, das auf der Opferschicht 60 nicht reagiert oder kaum darauf reagiert, so dass der gesamte Herstellungsprozess nicht behindert wird. Ebenso sollte die Isolierschicht 70 aus einem Material gebildet werden, das kaum mit Elektronenemissionsmaterialien reagiert, die auf der Isolierschicht 70 ausgebildet werden. Wie oben beschrieben, kann die Isolierschicht 70 aus einem resistiven Material gebildet werden, so dass eine Materialschicht gebildet wird, die auf unteren Teilen der Emitter resistiv ist, und kann auch aus photosensitivem Photoresist gebildet werden. Das resistive Material kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, MgO, a-Si und p-Si sein. Wenn die Isolierschicht 70 kein resistives Material enthält, sondern nur dazu verwendet wird, Kontakt von Elektronenemissionsmaterialien mit der Opferschicht 60 zu vermeiden, wird die Isolierschicht 70 nicht am Boden der Öffnungen 30 ausgebildet, so dass die Kathodenelektrode 20 nicht bedeckt wird, wie es bei der Opferschicht 60 der Fall ist.
  • Mit Bezug zu 3F wird eine Elektronenemissionsmaterialschicht 50 auf der erhaltenen Struktur unter Verwendung eines Photoresist und Elektronenemissionsmaterialien, wie CNTs oder Nanopartikeln, ausgebildet. Die Elektronenemissionsmaterialschicht 50 kann aus leitfähigen Partikeln gebildet werden, z. B. Ag, um die Stromzufuhr zu verstärken. Diese Elektronenemissionsmaterialschicht 50 kann durch eine Siebdrucktechnik unter Verwendung einer Paste oder ein Spinbeschichtungsverfahren unter Verwendung eines Sol-Gels oder einer Suspensionslösung gebildet werden.
  • Mit Bezug zu 3G werden die Opferschicht 60 und die Elektronenemissionsmaterialschicht 50 durch Erwärmen oder unter Verwendung von Ultraviolett(UV)-Strahlen gehärtet.
  • Mit Bezug zu 3H wird ein Lift-off-Prozess zum Entfernen der Opferschicht 60 unter Verwendung eines Ätzmittels durchgeführt, wodurch vorläufige Emitter 50a nur in der Mitte des Bodens der Öffnungen 30a ausgebildet werden. Die vorläufigen Emitter 50a sind gebildet aus dem verbliebenen Teil der Isolierschicht 70 und der Elektronenemissionsmaterialschicht 50.
  • Mit Bezug zu 3I werden die Emitter 50a auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und vollständig gehärtet und verdichtet. Auf diese Weise werden die Oberseiten der Emitter 50a in der Höhe niedriger als die Gate-Öffnungen 40a. Als Folge des Erhitzens werden pyrolytische Bestandteile aus der verbliebenen Isolierschicht 70 vollständig entfernt und das resistive Material verbleibt in einer sehr geringen Dicke.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Isolierschicht zwischen eine Opferschicht und eine Elektronenemissionsschicht eingesetzt, wodurch verhindert ist, dass die aus einem Photoresist gebildete Opferschicht auf der Elektronenemissionsmaterialschicht reagiert. Daher kann eine enge Kombination zwischen der Opferschicht und der Elektronenemissionsmaterialschicht vermieden werden, was einen Lift-off-Prozess zum Ausbilden von Emittern erleichtert.
  • Wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Schicht aus resistivem Material an den unteren Teilen der Emitter angeordnet ist, ermöglicht die resistive Materialschicht, dass ein Strom einer hochleitfähigen Elektronenemissionsmaterialschicht gleichmäßig zugeführt wird. Daher können die Emitter gleichmäßige Elektronenemissionscharakteristiken aufweisen.
  • Die 4A und 4B sind Photographien, die Elektronenemission einer Feldemissionsvorrichtung zeigen, die nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt ist, das ein Siebdruckverfahren und einen Photolithographieprozess umfasst und weder eine Opferschicht, noch eine Isolierschicht verwendet. 4A zeigt die Bildschirmhelligkeit unter Bedingungen einer Anodenspannung von 1 kV, einer Gate-Spannung von 55 V und eines Elektronenemissionsstroms von 367,5 μA, während 4B die Bildschirmhelligkeit unter Bedingungen einer Anodenspannung von 1 kV, einer Gate-Spannung von 50 V und eines Elektronenemissionsstroms von 58,6 μA zeigt.
  • Die 5A und 5B sind Photographien, die Elektronenemission einer Feldemissionsvorrichtung zeigen, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. 5A zeigt die Bildschirmhelligkeit unter Bedingungen einer Anodenspannung von 1 kV, einer Gate-Spannung von 55 V und eines Elektronenemissionsstroms von 1,13 mA, während 5B die Bildschirmhelligkeit unter Bedingungen einer Anodenspannung von 1 kV, einer Gate-Spannung von 60 V und eines Elektronenemissionsstroms von 2 mA zeigt.
  • Mit Bezug zu den 4A bis 5B weist die nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellte Feldemissionsvorrichtung einen geringeren Elektronenemissionsstrom auf als die durch die vorliegende Erfindung hergestellte, und es ist daher sehr wahrscheinlich, dass sie wenig Elektronen emittiert. Die Feldemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann hingegen einen Kurzschluss beheben, weist einen sehr hohen Elektronenemissionsstrom auf und gewährleistet gleichmäßige Helligkeit.
  • 6A ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Anodenstrom und Gate-Spannung der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Feldemissionsvorrichtung zeigt, und 6B ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Helligkeit und Gate-Spannung hierzu zeigt. Wie in 6A gezeigt ist, zeigt die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Feldemissionsvorrichtung einen sehr hohen Strom und sehr hohe Helligkeit. Da das Ergebnis von 6B erhalten wird, wenn eine Lichtemissionsoberfläche um ungefähr 6 cm von einem Sensor beabstandet ist, wird angenommen, dass die Helligkeit der Feldemissionsvorrichtung für eine praktische Anwendung höher ist als das Ergebnis von 6.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Feldemissionsvorrichtung erhalten werden, die einen sehr hohen Strom und sehr hohe Helligkeit aufweist. Ebenso kann unter Verwendung einer Isolierschicht ein Lift-off-Prozess effektiv durchgeführt werden, so dass ein Kurzschluss zwischen einer Gate-Elektrode und Emittern verhindert wird. Auf diese Weise kann eine verbesserte Elektronenemissionsvorrichtung erhalten werden. Ein resistives Material, das an unteren Teilen einer Elektronenemissionsmaterialschicht verbleibt, ermöglicht, dass selbst an Emissionspunkten von CNTs oder Nanopoartikeln, die in der hochleitfähigen Elektronenemissionsmaterialschicht gleichmäßig verteilt sind, ein Strom gleichmäßig angelegt wird. Auf diese Weise können Elektronen gleichmäßig über die gesamte Elektronenemissionsmaterialschicht emittiert werden. Folglich kann die Lebensdauer der Feldemissionsvorrichtung stark erhöht werden.
  • Die Feldemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann bei Vorrichtungen angewendet werden, die Emission von Elektronen erfordern, wie zum Beispiel Anzeigevorrichtungen. Während die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug zu bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Veränderungen in Form und Details hierzu vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: (a) Vorbereiten einer Substratstruktur, wobei die Substratstruktur ein Substrat (10), eine auf dem Substrat ausgebildete Kathodenelektrode (20), eine auf der Kathodenelektrode ausgebildete Gate-Isolierschicht (30), wobei die Gate-Isolierschicht Öffnungen aufweist, die Teile der Kathodenelektrode freilegen, und eine Gate-Elektrode (40) mit Gate-Öffnungen, die den Öffnungen entsprechen, umfasst, wobei die Kathodenelektrode, die Gate-Isolierschicht und die Gate-Elektrode sequentiell auf dem Substrat aufgestapelt sind, (b) Ausbilden einer Opferschicht (60) auf einer Oberfläche der Substratstruktur mit Ausnahme der Teile der Kathodenelektrode, die durch die Öffnungen freigelegt sind, und auf Innenwänden der Öffnungen, (c) Ausbilden einer Isolierschicht (70) auf der Opferschicht, wobei die Isolierschicht dazu vorgesehen ist, zu verhindern, dass Elektronenemissionsmaterialien zum Ausbilden von Emittern mit der Opferschicht in Kontakt kommen, (d) Ausbilden einer Elektronenemissionsmaterialschicht (50) durch Abscheiden der Elektronenemissionsmaterialien auf der Oberfläche der Substratstruktur, auf der die Opferschicht ausgebildet ist, so dass die Elektronenemissionsmaterialschicht die Öffnungen füllt, (e) Entfernen der Isolierschicht (70) und der Elektronenemissionsmaterialien, die auf der Opferschicht (60) ausgebildet sind, und Ausbilden der Emitter (50a) im Inneren der Öffnungen unter Verwendung der Elektronenemissionsmaterialschicht durch Ausführen eines Lift-off-Prozesses unter Verwendung eines Ätzmittels, wobei der Lift-off-Prozess dazu vorgesehen ist, die Opferschicht zu entfernen, die auf der Oberfläche der Gate-Elektrode und den Innenwänden der Öffnungen ausgebildet ist, und (f) Erhitzen der Emitter (50a).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektronenemissionsmaterialien Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Nanopartikel sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektronenemissionsmaterialschicht (50) und die Opferschicht (60) aus einem Photoresist gebildet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektronenemissionsmaterialschicht (50) aus einem leitfähigen Material gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Elektronenemissionsmaterialschicht (50) aus der Gruppe bestehend aus einer Paste, einem Sol-Gel und einer Suspensionslösung gewählt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das leitfähige Material aus Ag gebildet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht (70) aus einem resistiven Material gebildet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das resistive Material aus einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, MgO, a-Si und p-Si gebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Isolierschicht (70) unter Verwendung eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Paste, einem Sol-Gel und einer Suspensionslösung gebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Isolierschicht (70) unter Verwendung einer Polyvinylalkohol enthaltenden IPA/H2O-Lösung gebildet wird.
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