JP2001023508A - 電解放出エミッタ、その製造方法及びそれを用いた電解放出表示素子 - Google Patents

電解放出エミッタ、その製造方法及びそれを用いた電解放出表示素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カーボンナノチューブ膜を用いて低電圧下で
も高い電流密度を有する電界放出エミッタ、その製造方
法及びそれを用いた電界放出表示素子を提供する。 【解決手段】 電界放出エミッタは、絶縁基板８と、前
記絶縁基板８上に形成され、半導体層７、ソース電極
３、ドレイン電極４及びゲート電極２を具備する薄膜ト
ランジスタ及び前記薄膜トランジスタのドレイン電極４
上に形成されたカーボンナノチューブ膜１よりなる電子
放出部を含む。前記薄膜トランジスタの構造は平面形、
ステッカー型または逆ステッカー型のうち何れか１つで
あり、前記カーボンナノチューブ膜１と接する前記ドレ
イン電極４の表面がカーボンナノチューブの成長のため
のニッケルまたはコバルト等の遷移金属よりなる触媒金
属を含むか、または前記ドレイン電極４そのものがカー
ボンナノチューブの成長のための触媒金属よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブ膜(Carbon Nanotube Film)を具備する電界放出エミ
ッタ(Field Emitter)、その製造方法及びそれを用いた
電界放出表示素子(Field Emission Display Device)に
係り、特にカーボンナノチューブ膜を電子放出部として
使用する電界放出エミッタ、その製造方法及びそれを用
いた電界放出表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、次世代平板表示素子として多くの
研究が進行されている電界放出表示素子は真空中の電子
の放出を基礎としており、強い電気場によりマイクロン
の大きさのチップ(tip)から放出された電子が加速され
て蛍光物質との衝突により発光するものであって、輝度
と解像度とに優れ、かつ軽薄との長所を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の電界放出表示素
子用電子放出エミッタは金属あるいはシリコンよりなる
チップを使用しているが、その構造が非常に複雑なだけ
でなく画素間の電流密度が均一でないとの短所があっ
た。このような短所を解決するために各単位画素に能動
回路として、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor)を用いることが金丸等の論
文、"Active Matrix of Si Field Emitters Driven by
Built-in MOSFETS"(IDW '９７,pp７３５-７３８,１９９
７)に開示されており、薄膜トランジスタを用いること
がKamo等の論文"Actively-ControllableField Emitter
Arrays with Built-in Thin-Film Transistors on Glas
s for Active -Matrix FED Applications"(IDW '９８,
pp６６７-６７０, １９９８)に開示されている。しか
し、前記論文等に開示された構造は既存の電界放出表示
素子の製造工程に別の工程を加えることによってさらに
複雑になるという短所がある。
【０００４】本発明の第１目的は、カーボンナノチュー
ブ膜を用いて低電圧下でも高電流密度を有する電界放出
エミッタを提供することにある。
【０００５】本発明の第２目的は、簡単な工程によって
カーボンナノチューブ膜を有する電界放出エミッタの製
造方法を提供することにある。
【０００６】本発明の第３目的は、カーボンナノチュー
ブ膜を用いて低電圧下でも高電流密度を有する電界放出
エミッタを具備する電界放出表示素子を提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記本発明の第１目的を
達成するための本発明に係る電界放出エミッタは、絶縁
基板と、前記絶縁基板上に形成され、半導体層、ソース
電極、ドレイン電極及びゲート電極を具備する薄膜トラ
ンジスタ及び前記薄膜トランジスタのドレイン電極上に
形成されたカーボンナノチューブ膜よりなる電子放出部
を含む。
【０００８】前記薄膜トランジスタの半導体層は、多結
晶シリコン層または非晶質シリコン層であり、前記薄膜
トランジスタの構造は、平面形、ステッカー型または逆
ステッカー型のうち何れか１つで有り得る。
【０００９】また、前記カーボンナノチューブ膜と接す
る前記ドレイン電極の表面がカーボンナノチューブの成
長のためのニッケルまたはコバルト等の遷移金属よりな
る触媒金属を含んだり、前記ドレイン電極そのものがカ
ーボンナノチューブの成長のための触媒金属よりなるこ
ともで可能である。
【００１０】前記本発明の第２目的を達成するための本
発明に係る電界放出エミッタの製造方法は、絶縁基板上
に半導体層、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極
を具備する薄膜トランジスタを形成する段階、前記薄膜
トランジスタの形成された絶縁基板の全面に保護絶縁膜
を形成する段階、前記ドレイン電極の一部が露出される
よう前記保護絶縁膜の一部を蝕刻する段階及び前記露出
されたドレイン電極の表面上にカーボンナノチューブ膜
を形成させる段階を含む。
【００１１】前記薄膜トランジスタを形成する段階は、
前記薄膜トランジスタが平面形の場合、前記絶縁基板上
に半導体層を形成する段階、前記半導体層上に一定の距
離だけ離隔されたソース電極パターン及びドレイン電極
パターンを形成する段階及び前記ソース電極パターンと
ドレイン電極パターンとの間にゲート絶縁膜とゲート電
極よりなるゲート電極パターンを形成する段階を含む。
また前記薄膜トランジスタがスタッガ形の場合、前記薄
膜トランジスタを形成する段階は、前記絶縁基板上に一
定の距離だけ離隔されたソース電極パターン及びドレイ
ン電極パターンを形成する段階、前記ソース電極パター
ンとドレイン電極パターンとの間を充填しながら側面に
一定の長さだけ延びた半導体層パターンを形成する段階
及び前記ソース電極パターンとドレイン電極パターンと
の間の前記半導体層パターン上にゲート絶縁膜とゲート
電極よりなるゲート電極パターンを形成する段階を含
み、前記薄膜トランジスタが逆スタッガ形の場合、前記
薄膜トランジスタを形成する段階は、前記絶縁基板上に
ゲート電極とゲート絶縁膜よりなるゲート電極パターン
を形成する段階、前記ゲート電極パターンを覆う半導体
層パターンを形成する段階及び前記半導体層パターン上
に一定の距離だけ離隔されたソース電極パターン及びド
レイン電極パターンを形成する段階を含む。
【００１２】前記露出されたドレイン電極上にカーボン
ナノチューブ膜を形成する段階は、露出されたドレイン
電極の表面上にカーボンナノチューブ膜を塗布するか、
または露出されたドレイン電極の表面上にカーボンナノ
チューブ膜を直接成長させることである。この際、前記
カーボンナノチューブ膜と接触する前記ドレイン電極の
表面上にカーボンナノチューブの成長のための触媒金属
層を形成する段階をさらに具備し、前記触媒金属層を形
成する段階は前記薄膜トランジスタを形成する段階で行
われるか、または前記保護絶縁膜の一部を蝕刻する段階
後に行われる。
【００１３】前記本発明の第３目的を達成するための本
発明に係る電界放出表示素子は、相互直交する複数本の
ゲートラインとデータラインにより区分される単位画素
がマトリックス状に配列された電界放出表示素子におい
て、前記各単位画素は、絶縁基板上に形成され、半導体
層、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を具備す
る薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレイ
ン電極上に形成されたカーボンナノチューブ膜よりなる
電子放出部と、前記絶縁基板と対向して形成された上部
電極及び前記上部電極の内側面上に前記電子放出部と対
向して形成された蛍光体とを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は下記実
施例に限定されることではなく、特許請求の範囲内で多
様な形態の実施例が具現でき、ただ本実施例は本発明の
実施を完全にすると共に当業者に発明の実施を容易にし
ようとすることである。
【００１５】本発明は基本的に電界放出エミッタにおい
て電子を放出する電子放出部をカーボンナノチューブで
形成することと関連がある。一般に、酸素、水素、窒素
等と結合して人体を始めとする全ての生物体の最も重要
な構成要素のカーボンはダイアモンド、黒鉛、フラレン
(Fullerene)、カーボンナノチューブの四種の結晶質構
造を有し、このようなカーボンの四種の結晶構造はそれ
ぞれ独特の特性を有する。この中、カーボンナノチュー
ブは、１つのカーボン原子が３つの他のカーボン原子と
結合して形成された六角形の蜂の巣紋の構造が丸くなっ
てチューブ状になったものであって、チューブの直径が
数乃至数百ｎｍ程度に極小であり、単一壁(single wal
l)構造や多重壁(multi-wall)構造等に成長する。このよ
うなカーボンナノチューブは巻かれた形態及び直径によ
って金属のような電気的な導体になることもあり、半導
体の性質を有することもあり、長い中空形なので機械
的、電気的、化学的特性に優れて電界放出素子、水素貯
蔵容器、２次電池電極等に用いられる材料として知られ
ている。
【００１６】図１は、本発明の一実施例に係る平面形薄
膜トランジスタとカーボンナノチューブ画素を有する電
界放出エミッタを示す断面図である。図１を参照すれ
ば、ガラス基板などの堅固な絶縁基板８上に半導体層７
が形成されており、前記半導体層７上にはソース電極３
パターンとドレイン電極４パターンとが所定の距離だけ
離隔されて形成されている。前記半導体層７は不純物イ
オンがドーピングされたり、ドーピングされていない非
晶質シリコンまたは多結晶シリコンで形成でき、前記ソ
ース電極３パターン及びドレイン電極４パターンは通常
の半導体素子の製造工程に用いられる写真蝕刻工程によ
り形成される。
【００１７】前記ソース電極３及びドレイン電極４は、
アルミニウムやタングステンまたは耐火金属シリサイド
等の導電性物質で形成でき、これらは単層構造または複
層構造よりなる。また、後述するようにカーボンナノチ
ューブ膜をドレイン電極上に直接成長させる場合、少な
くともカーボンナノチューブ膜１と接触する前記ドレイ
ン電極４の表面には、カーボンナノチューブの成長のた
めの触媒金属層(図示せず)、例えばニッケルまたはコバ
ルト層を含むことができる。即ち、触媒金属層が前記カ
ーボンナノチューブ膜１と接触する部分でのみ形成され
ても、前記ドレイン電極４の全面に形成されても、前記
工程の便宜上前記ソース電極３及びドレイン電極４の上
部表面上に形成されても良い。他方は、前記ドレイン電
極４そのものを触媒金属で形成してもよい。
【００１８】一方、前記ソース電極３パターンとドレイ
ン電極４パターンとの間の露出された半導体層７上に
は、前記ソース電極３パターン及びドレイン電極４パタ
ーンと離隔され、ゲート絶縁膜５を介在してゲート電極
２パターンが形成されている。前記ソース電極３、ゲー
ト電極２及びドレイン電極４の間にはこれらの間を絶縁
させ、保護する保護絶縁膜６が形成されており、前記ド
レイン電極４の一部表面上にはカーボンナノチューブ膜
１が形成されている。
【００１９】前記ゲート絶縁膜５は、酸化膜、窒化膜ま
たはこれらの複合膜で形成でき、前記ゲート電極２はア
ルミニウムや不純物のドーピングされた多結晶シリコン
等で形成でき、保護絶縁膜６は酸化膜系や窒化膜系の平
坦化能力に優れた絶縁物質で形成できる。
【００２０】次に、図１に示す電界放出エミッタの製作
過程を具体的に説明すれば、絶縁基板８上に半導体層７
を化学的気相蒸着法やスパッタリングを用いた物理的気
相蒸着法等により形成させる。
【００２１】次に、半導体層７上の全面に導電性物質層
を形成した後、通常の写真蝕刻工程により一定の距離だ
け相互離隔されたソース電極３パターン及びドレイン電
極４パターンを形成させる。この際、前述したように、
前記導電性物質層としてカーボンナノチューブの成長の
ための触媒金属層を使用でき、一般の導電性物質上に触
媒金属層を複層的に形成する場合、導電性物質上に触媒
金属層を形成した後、前記写真蝕刻工程を行う。
【００２２】次に、基板の全面にゲート絶縁膜５とゲー
ト電極２物質層を形成させた後、写真蝕刻工程により前
記ソース電極３パターンとドレイン電極４パターンとの
間に、ゲート絶縁膜５とゲート電極２よりなるゲート電
極２パターンを形成する。次に、前記薄膜トランジスタ
の形成された基板の全面に保護絶縁膜６を形成した後、
前記ドレイン電極４の一部が露出されるように前記保護
絶縁膜６の一部を蝕刻する。次に、前記露出されたドレ
イン電極４の表面上にカーボンナノチューブ膜１を形成
させる。
【００２３】前記カーボンナノチューブ膜１を形成させ
る段階は少なくとも２種の方法によって行う。第１は前
記露出されたドレイン電極４上に外部から成長されたカ
ーボンナノチューブ膜１を塗布する方式であり、第２は
前記半導体層７、ソース電極３、ドレイン電極４及びゲ
ート電極２よりなる薄膜トランジスタが形成され、前記
ドレイン電極４の一部が露出された基板をカーボンナノ
チューブの成長のための装置にローディングさせた後、
前記露出されたドレイン電極４上にカーボンナノチュー
ブ膜１を直接成長させる方式である。
【００２４】このようなカーボンナノチューブの成長方
法としては、２本の黒鉛棒間にアーク放電を通して生成
されたのが最初に発見され、Sumio Iijimaにより発表さ
れた論文"Helical microtubules of graphitic carbon"
(NATURE, VOL３５４, ７ NOVEMBER １９９１, pp５６-
５８)に開示されており、カーボンナノチューブを製造
する他の方法として、レーザーを黒鉛や炭化ケイ素に照
らすと、黒鉛の場合約１２００℃以上で、炭化ケイ素の
場合１６００℃乃至１７００℃程度の高温でカーボンナ
ノチューブが生成されると、Michiko Kusunoki等の論
文"Epitaxial carbon nanotube film self-organized b
y sublimation decomposition of siliconcarbide"(App
l.Phys.Lett.Vol７１, ２６２０, １９７７)に報告され
ている。その他に、炭化水素系のガスを化学気相蒸着(C
hemical Vapor Deposition)法を通して熱分解させてカ
ーボンナノチューブを製造する方法がW.Z.Li等による論
文"Large-Scale Synthesis of Aligned Carbon Nanotub
es"(Science, Vol. ２７４, ６ December １９９６, pp
１７０１-１７０３)に開示されている。
【００２５】本発明におけるカーボンナノチューブの成
長は、前述したように、アーク放電を用いても、レーザ
ーを用いても、化学気相蒸着法を用いても、高密度プラ
ズマを用いてもよい。
【００２６】本発明の実施例として、高密度プラズマ化
学気相蒸着法を利用し、使われたプラズマ化学気相蒸着
装置はＲＦ(Radio Frequency)電力を印加して高密度の
プラズマを生成しうるＩＣＰ(Inductively Coupled Pla
sma)装置を使用した。カーボンナノチューブ膜１を成長
させるためのプラズマのソースガスとしてカーボン原子
を含むアセチレンやベンゼン等の炭化水素系のガスが使
用できるが、本実施例ではメタン(ＣＨ4)を使用し、供
給されるメタンの流量は１０ＳＣＣＭ程度にし、非活性
ガスのヘリウム(Ｈｅ)を１０ＳＣＣＭ程度に共に供給し
た。ＲＦ電力は１ｋＷに固定し、基板の温度は６００乃
至９００℃、内部圧力は１０乃至１０００ｍＴｏｒｒ下
でカーボンナノチューブ膜１を成長させた。一方、反応
を促進させるために窒素(Ｎ2)ガスまたは水素(Ｈ2)ガス
を共に使用することもできる。本実施例の蒸着プラズマ
は１０11ｃｍ-3以上の高密度に保たせた。
【００２７】図２は、本発明の他の実施例に係るスタッ
ガ形薄膜トランジスタとカーボンナノチューブ画素を有
する電界放出エミッタを示す断面図であり、図１と同一
な部材は同一な部材番号で表し、その詳細な説明は略
す。図２を参照すれば、絶縁基板８上にソース電極３パ
ターンとドレイン電極４パターンとが所定距離だけ離隔
されて形成されており、前記ソース電極３パターンとド
レイン電極４パターンとの間の離隔部分を充填し、側面
に一定の長さだけ延びた半導体層７が形成されている。
【００２８】前記ソース電極３パターンとドレイン電極
４パターンとの間の離隔部分上の前記半導体層７上には
ゲート絶縁膜５とゲート電極２よりなるゲート電極２パ
ターンが形成され、前記ゲート電極２パターンを覆う形
態に保護絶縁膜６が形成されている。前記ドレイン電極
４の表面上の一部にはカーボンナノチューブ膜１が形成
されている。
【００２９】前述したように、前記ソース電極３及びド
レイン電極４は導電性物質の単層構造または複層構造よ
りなる。また、カーボンナノチューブ膜をドレイン電極
上に直接成長させる場合、少なくともカーボンナノチュ
ーブ膜１と接触する前記ドレイン電極４の表面にはカー
ボンナノチューブの成長のための触媒金属層(図示せず)
を含むことができる。即ち、触媒金属層が前記カーボン
ナノチューブ膜１と接触する部分でのみ形成されたり、
前記ドレイン電極４の全面に形成されたり、または工程
の便宜上前記ソース電極３及びドレイン電極４の上部表
面上に形成されうる。他方は、前記ドレイン電極４その
ものを触媒金属で形成させることもできる。
【００３０】次いで、図２に示す電界放出エミッタの製
作過程を具体的に説明すれば、絶縁基板８上の全面に導
電性物質層を形成した後、通常の写真蝕刻工程で一定の
距離だけ相互離隔されたソース電極３パターン及びドレ
イン電極４パターンを形成させる。この際、前述したよ
うに、前記導電性物質層としてカーボンナノチューブの
成長のための触媒金属層を使用することもでき、アルミ
ニウムなどの一般の導電性物質上に触媒金属層を複層的
に形成する場合、導電性物質上に触媒金属層を形成した
後、前記写真蝕刻工程を行う。次に、全面に半導体層７
を化学的気相蒸着法やスパッタリングを用いた物理的気
相蒸着法等により形成させた後、写真蝕刻工程によりパ
タニングして前記ソース電極３とドレイン電極４との間
を充填し、側面に一定の長さだけ延びた半導体層７パタ
ーンを形成させる。
【００３１】次に、基板の全面にゲート絶縁膜５とゲー
ト電極２の物質層を形成させた後、写真蝕刻工程により
前記ソース電極３パターンとドレイン電極４パターンと
の間の前記半導体層７上に、ゲート絶縁膜５とゲート電
極２よりなるゲート電極２パターンを形成する。次に、
前記薄膜トランジスタの形成された基板の全面に保護絶
縁膜６を形成した後、前記ドレイン電極４の一部が露出
されるように前記保護絶縁膜６の一部を蝕刻する。次
に、前記露出されたドレイン電極４の表面上にカーボン
ナノチューブ膜１を形成させる。前記カーボンナノチュ
ーブ膜１を形成させる段階は図１の実施例と同一であ
る。
【００３２】図３は、本発明のさらに他の実施例に係る
逆スタッガ形薄膜トランジスタとカーボンナノチューブ
画素を有する電界放出エミッタを示す断面図であり、図
１と同一な部材は同一な部材番号で表し、その詳細な説
明は略す。図３を参照すれば、絶縁基板８上にゲート電
極２とゲート絶縁膜５よりなるゲート電極２パターンが
形成され、前記ゲート電極２パターンを覆う形態に半導
体層７パターンが形成されている。前記半導体層７パタ
ーン上にソース電極３パターンとドレイン電極４パター
ンとが所定距離に離隔されて形成されており、前記ソー
ス電極３パターンとドレイン電極４パターンとの間の離
隔部分を充填しながら覆う形態に保護絶縁膜６が形成さ
れている。前記ドレイン電極４の表面上の一部にはカー
ボンナノチューブ膜１が形成されている。
【００３３】次に、図３に示す電界放出エミッタの製作
過程を具体的に説明すれば、絶縁基板８上の全面にゲー
ト電極２とゲート絶縁膜５物質層を形成させた後、写真
蝕刻工程によりゲート電極２とゲート絶縁膜５よりなる
ゲート電極２パターンを形成する。次に、基板の全面に
半導体層７を形成させた後、写真蝕刻工程によりパタニ
ングして前記ゲート電極２パターンを覆う形態に半導体
層７パターンを形成させる。次に、全面に導電性物質層
を形成した後、通常の写真蝕刻工程で一定の距離だけ相
互離隔されたソース電極３パターン及びドレイン電極４
パターンを形成させる。次に、前記薄膜トランジスタの
形成された基板の全面に保護絶縁膜６を形成した後、前
記ドレイン電極４の一部が露出されるように前記保護絶
縁膜６の一部を蝕刻する。次に、前記露出されたドレイ
ン電極４の表面上にカーボンナノチューブ膜１を形成さ
せる。前記カーボンナノチューブ膜１の形成段階は図１
の実施例と同一である。
【００３４】図４は、本発明の一実施例に係る電界放出
エミッタを用いた能動行列形電界放出表示素子の等価回
路図である。図４を参照すれば、複数本のゲートライン
１０とデータライン９とが相互直交するように配置さ
れ、これらゲートライン１０とデータライン９により単
位画素が決定され、これら単位画素がマトリックス状に
配置される。各単位画素には電子放出部のカーボンナノ
チューブ膜１が形成され、これら電子放出部を駆動する
スイッチング素子として薄膜トランジスタ１１が備えら
れる。前記各薄膜トランジスタ１１のゲート電極はゲー
トライン１０に連結され、ソース電極はデータライン９
にそれぞれ連結され、ドレイン電極は電子放出部のカー
ボンナノチューブ膜１に連結される。前記薄膜トランジ
スタ１１とカーボンナノチューブ膜１を有する電子放出
エミッタの断面構造は、図１乃至図３の平面形、スタッ
ガ形または逆スタッガ形のうち何れか１つである。
【００３５】図５（Ａ）は、本発明の一実施例によって
成長されたカーボンナノチューブ膜の走査電子顕微鏡写
真であって、ナノチューブのバンドルが一側によく整列
されているのが見られる。図５（Ｂ）は、本発明の一実
施例によって電界放出表示素子の各単位画素において各
ドレイン電極上に形成されたカーボンナノチューブ膜の
透過電子顕微鏡の写真である。カーボンナノチューブ膜
が、露出されたドレイン電極の表面上にのみ選択的に成
長されていることが分かる。
【００３６】図６は、本発明の一実施例に係る電界放出
表示素子の断面構造を示す図面であって、図４の能動行
列型に配置された各画素における単位画素の断面構造を
概略的に示したものであって、スイッチング素子の薄膜
トランジスタ１１は図１に示す平面形薄膜トランジスタ
を使用した。
【００３７】図６を参照すれば、絶縁基板８と対向して
上部電極１３が一定の空間を確保しながら形成されてい
る。前記絶縁基板８上に半導体層７が形成されており、
前記半導体層７上にはソース電極３パターンとドレイン
電極４パターンとが所定距離に離隔されて形成されてい
る。前記ソース電極３パターンとドレイン電極４パター
ンとの間の露出された半導体層７上には、前記ソース電
極３パターン及びドレイン電極４パターンと離隔された
ゲート絶縁膜５を介在してゲート電極２パターンが形成
されている。前記ソース電極３、ゲート電極２及びドレ
イン電極４間には、これらの間を絶縁させて保護する保
護絶縁膜６が形成されており、前記ドレイン電極４の一
部の表面上にはカーボンナノチューブ膜１が形成されて
いる。一方、前記上部電極１３の内側には、蛍光体１２
が前記カーボンナノチューブ膜１と対向して一定の間隔
に離隔されている。
【００３８】前記電子放出表示素子は、図４に示すよう
に、ゲートライン１０とデータライン９による信号伝達
により選択された画素に備えられた薄膜トランジスタ１
１の駆動により前記カーボンナノチューブ膜１から電子
が放出され、放出された電子は、前記上部電極１３とド
レイン電極４間の強い電場により加速され、蛍光体１２
との衝突により発光されて表示機能を行うことになる。
カーボンナノチューブはそのサイズがｎｍ級であって、
従来の電界放出エミッタにおいて用いられるチップと類
似するか、小さいが、電子放出素子として用いられると
き、チップよりさらに優れた電界放出特性を示す。
【００３９】以上、本発明を図面に示された一実施例に
基づいて説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当
業者ならこれより多様な変形及び均等な範囲内での実施
が可能なのは勿論である。例えば、本実施例ではカーボ
ンナノチューブを、高密度プラズマを用いて簡単に形成
したが、アーク方式、レーザー方式または化学気相蒸着
方式などを用いて形成しうる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、カーボンナノチューブ
と薄膜トランジスタを用いて能動行列型電界放出表示素
子を製作することによって、高い電流密度を有し、低電
圧で駆動される電界放出表示素子を容易に製作しうる。
また、本発明の能動型電界放出表示素子は薄膜トランジ
スタで電流を調整することによって、均一で安定した放
出電流が保て従来の電界放出表示素子では具現しにくい
電流駆動型電界放出表示素子を容易に具現しうる。
【００４１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る平面形薄膜トランジス
タとカーボンナノチューブ画素を有する電界放出エミッ
タを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るスタッガ形薄膜トラン
ジスタとカーボンナノチューブ画素を有する電界放出エ
ミッタを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る逆スタッガ形薄膜トラ
ンジスタとカーボンナノチューブ画素を有する電界放出
エミッタを示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る電界放出エミッタを用
いた電界放出表示素子の等価回路を示す図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の一実施例によって成長され
たカーボンナノチューブ膜の走査電子顕微鏡写真を示す
図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施例によって電界放
出表示素子の各単位画素上に蒸着されたカーボンナノチ
ューブ膜の透過電子顕微鏡写真を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係る電界放出表示素子の断
面構造を示す図面である。
【符号の説明】
１ カーボンナノチューブ膜 ２ ゲート電極 ３ ソース電極 ４ ドレイン電極 ５ ゲート絶縁膜 ６ 保護絶縁膜 ７ 半導体層 ８ 絶縁基板 ９ データライン １０ ゲートライン １１ 薄膜トランジスタ １２ 蛍光体 １３ 上部電極
フロントページの続き (72)発明者 鄭 ▲析▼在 大韓民国ソウル特別市東大門区回基洞１番 地慶煕大学校物理学科 (72)発明者 林 星勳 大韓民国ソウル特別市東大門区回基洞１番 地慶煕大学校大学院 (72)発明者 柳 在銀 大韓民国ソウル特別市城北区貞陵１洞1015 番地慶南アパート106棟1001号

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁基板と、 前記絶縁基板上に形成され、半導体層、ソース電極、ド
    レイン電極及びゲート電極を具備する薄膜トランジスタ
    と、 前記薄膜トランジスタのドレイン電極上に形成されたカ
    ーボンナノチューブ膜よりなる電子放出部と、 を備えることを特徴とする電界放出エミッタ。
  2. 【請求項２】 前記薄膜トランジスタの半導体層は、多
    結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１に記載
    の電界放出エミッタ。
  3. 【請求項３】 前記薄膜トランジスタの構造は、平面
    形、スタッガ形または逆スタッガ形のうち何れか１つで
    あることを特徴とする請求項１に記載の電界放出エミッ
    タ。
  4. 【請求項４】 前記カーボンナノチューブ膜と接する前
    記ドレイン電極の表面は、カーボンナノチューブの成長
    のための触媒金属を含むことを特徴とする請求項１に記
    載の電界放出エミッタ。
  5. 【請求項５】 前記カーボンナノチューブ膜と接する前
    記ドレイン電極は、カーボンナノチューブの成長のため
    の触媒金属よりなることを特徴とする請求項１に記載の
    電界放出エミッタ。
  6. 【請求項６】 前記カーボンナノチューブの成長のため
    の触媒金属は、ニッケルまたはコバルトであることを特
    徴とする請求項４または５に記載の電界放出エミッタ。
  7. 【請求項７】 絶縁基板上に半導体層、ソース電極、ド
    レイン電極及びゲート電極を具備する薄膜トランジスタ
    を形成する段階と、 前記薄膜トランジスタが形成された絶縁基板の全面に保
    護絶縁膜を形成する段階と、 前記ドレイン電極の一部が露出されるように前記保護絶
    縁膜の一部を蝕刻する段階と、 前記露出されたドレイン電極の表面上にカーボンナノチ
    ューブ膜を形成させる段階と、 を含むことを特徴とする電界放出エミッタの製造方法。
  8. 【請求項８】 前記薄膜トランジスタを形成する段階
    は、 前記絶縁基板上に半導体層を形成する段階と、 前記半導体層上に一定の距離だけ離隔されたソース電極
    パターン及びドレイン電極パターンを形成する段階と、 前記ソース電極パターンとドレイン電極パターンとの間
    にゲート絶縁膜とゲート電極よりなるゲート電極パター
    ンを形成する段階とを含むことを特徴とする請求項７に
    記載の電界放出エミッタの製造方法。
  9. 【請求項９】 前記薄膜トランジスタを形成する段階
    は、 前記絶縁基板上に一定の距離だけ離隔されたソース電極
    パターン及びドレイン電極パターンを形成する段階と、 前記ソース電極パターンとドレイン電極パターンとの間
    を充填しながら側面に一定の長さだけ延びた半導体層パ
    ターンを形成する段階と、 前記ソース電極パターンとドレイン電極パターンとの間
    の前記半導体層パターン上にゲート絶縁膜とゲート電極
    よりなるゲート電極パターンを形成する段階とを含むこ
    とを特徴とする請求項７に記載の電界放出エミッタの製
    造方法。
  10. 【請求項１０】 前記薄膜トランジスタを形成する段階
    は、 前記絶縁基板上にゲート電極とゲート絶縁膜よりなるゲ
    ート電極パターンを形成する段階と、 前記ゲート電極パターンを覆う半導体層パターンを形成
    する段階と、 前記半導体層パターン上に一定の距離だけ離隔されたソ
    ース電極パターン及びドレイン電極パターンを形成する
    段階とを含むことを特徴とする請求項７に記載の電界放
    出エミッタの製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記露出されたドレイン電極上にカー
    ボンナノチューブ膜を形成する段階は、露出されたドレ
    イン電極の表面上にカーボンナノチューブ膜を塗布する
    ことを特徴とする請求項７に記載の電界放出エミッタの
    製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記露出されたドレイン電極上にカー
    ボンナノチューブ膜を形成する段階は、露出されたドレ
    イン電極の表面上にカーボンナノチューブ膜を直接成長
    させることを特徴とする請求項７に記載の電界放出エミ
    ッタの製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記カーボンナノチューブ膜と接触す
    る前記ドレイン電極の表面上にカーボンナノチューブ成
    長のための触媒金属層を形成する段階をさらに具備する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電界放出エミッタ
    の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記触媒金属層を形成する段階は、前
    記薄膜トランジスタを形成する段階で行われることを特
    徴とする請求項１３に記載の電界放出エミッタの製造方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記触媒金属層を形成する段階は、前
    記保護絶縁膜の一部を蝕刻する段階後に行われることを
    特徴とする請求項１３に記載の電界放出エミッタの製造
    方法。
  16. 【請求項１６】 前記カーボンナノチューブ膜と接する
    前記ドレイン電極は、カーボンナノチューブの成長のた
    めの触媒金属よりなることを特徴とする請求項１２に記
    載の電界放出エミッタの製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記カーボンナノチューブ膜の成長の
    ための工程条件において、プラズマのソースガスとして
    は炭化水素系のガスを使用し、前記工程温度は６００〜
    ９００℃であり、１０11ｃｍ-3以上の高密度プラズマ化
    学気相蒸着法を使用することを特徴とする請求項１２に
    記載の電界放出エミッタの製造方法。
  18. 【請求項１８】 相互直交する複数本のゲートラインと
    データラインにより区分される単位画素がマトリックス
    状に配列された電界放出表示素子において、前記各単位
    画素は、 絶縁基板上に形成され、半導体層、ソース電極、ドレイ
    ン電極及びゲート電極を具備する薄膜トランジスタと、 前記薄膜トランジスタのドレイン電極上に形成されたカ
    ーボンナノチューブ膜よりなる電子放出部と、 前記絶縁基板と対向して形成される上部電極と、 前記上部電極の内側面上に前記電子放出部に対向して形
    成される蛍光体とを備えることを特徴とする電界放出表
    示素子。
  19. 【請求項１９】 前記薄膜トランジスタの構造は、平面
    形、スタッガ形または逆スタッガ形のうち何れか１つで
    あることを特徴とする請求項１８に記載の電界放出表示
    素子。
  20. 【請求項２０】 前記カーボンナノチューブ膜と接する
    前記ドレイン電極の表面は、カーボンナノチューブの成
    長のための触媒金属を含むことを特徴とする請求項１８
    に記載の電界放出表示素子。
  21. 【請求項２１】 前記カーボンナノチューブ膜と接する
    前記ドレイン電極は、カーボンナノチューブの成長のた
    めの触媒金属よりなることを特徴とする請求項１８に記
    載の電界放出表示素子。
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