KR0181326B1 - 전계 방출 냉음극 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘을 함유하는 내화성 금속으로 만들어진 콘형 전극의 모양을 재구성하는 방법을 개시한다. 상기 콘형 전극의 표면은 상기 내화성 금속에 함유 된 실리콘이 산화되도록 처리된다. 상기 산화는 상기 콘형 전극의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 속도로 발생된다. 그 결과, 실리콘 옥사이드막이 형성되는데, 이는 상기 콘형 전극을 피복한다. 상기 실리콘 옥사이드막은 상기 콘형 전극의 바닥부 쪽으로 갈수록 점차 증가하는 두께를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막과 상기 콘형 전극 사이의 경계는 상기 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막은 첨예한 형상의 상단부를 갖는 모양이 재구성된 콘형 전극을 노출시킬 수 있도록 제거된다. 상기 모양이 재구성된 콘형 전극은 상기 첨예한 형상의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는 표면을 갖는다.

Description

전계 방출 냉음극 형성 방법

제1a도는 기판상에 정렬된 콘형 전계 방출 냉음극을 도시하는 부분 정단면도.

제2a도 내지 제2e도는 콘형 전계 방출 냉음극을 형성하는 종래 방법에 포함되는 순차적 단계를 도시하는 부분 정단면도

제3a도 내지 제3g도는 본 발명에 따른 양호한 실시예의 콘형 전계 방출 냉음극을 형성하는 신규한 방법에 포함되는 순차적 단계를 도시하는 부분 정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2, 11 : 실리콘 기판 3 : 실리콘 함유 내화성 금속 콘

4, 13 : 동공 5, 9, 14 : 실리콘 옥사이드막

6, 15 : 게이트 전극 7, 17 : 알루미늄막

8, 18 : 내화성 금속층 10 : 전자총

12 : 콘형 전계 방출 냉음극 16, 19 : 포토리지스트막

본 발명은 전계 방출 냉음극 (field emission cold cathod) 형성 방법에 관한것으로, 특히 개선된 방출 특성을 위해 첨예(尖銳)한 형상(形狀)의 상단부(top)를 갖는 콘형 전계 방출 냉음극 형성 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 전계 방출 전자총 (field emission electron gun, 10)은 제1도에 도시된 구조를 갖는다. 전계 방출 전자총(10)은 단일 실리콘 기판상에 형성된 다수의 콘형 전계 방출 냉음극(12)들을 갖는다. 각각의 콘형 전계 방출 냉음극(12)는 텅스텐, 몰리크덴, 탄탈( tantalum ) 및 니오브( niobium )와 같은 내화성 금속( refractory metal )로 만들어진다. 실리콘 옥사이드로 만들어진 절연막(14)는 상기 실리콘 기판(1 1)상에 형성된다.

상기 절연막(14)는 다수의 동공( cavity: 13)을 갖는데, 그들 각각은 각각의 콘형 전계 방출 냉음극(12)들을 수용한다. 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 및 니오브와 같은 내화성 금속으로 만들어진 게이트 전극(15)는 상기 절연막(14)상에 형성된다. 상기 게이트 전극(15)는 상기 콘형 전계 방출 냉음극(12) 각각의 상단부와 동일한 레벨을 갖는다. 상기 게이트 전극(15)는 각각의 콘형 전계 방출 냉음극(12)를 둘러싸며 또 각각의 상단부로부터 분리된다.

상기 음극(12)를 가열시키지 않고 각각의 콘형 전계 방출 냉음극(12)들의 상단부로부터 전자가 방출되도록 상기 게이트 전극(15)와 상기 콘형 전계 방출 냉음극(12) 사이에 소정 전압 바이어스( bias )가 인가된다.

Spindt 유형의 콘형 전계 방출 냉음극을 형성하기 위한 종래의 방법을 제2a도 내지 제2e도를 참조하여 설명할 것이다. 제2a도에 도시한 바와 같이, 1 마이크로미터의 두께를 갖는 실리콘 옥사이드막( 14A )가 화학 증착에 의하여 실리콘 기판( 11 )상에 형성된다. 게이트층(15A)가 상기 실리콘 옥사이드막(14A)상에 피착된다. 상기 게이트층(15A)는 0. 4 마이크로미터의 두께를 갖으며 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 및 니오브와 같은 내화성 금속으로 만들어진다. 포토리지스트막(16)이 상기 게이트층(15A)에 인가되며, 1 마이크로미터의 직경을 갖는 다수의 구멍(16a)가 상기 포토리지스크막(16)에 1 0 마이크로미터 간격으로 형성된다.

제2b도에 도시한 바와 같이, 상기 게이트층(15A)와 상기 실리콘 옥사이드막(14A)는 상기 포토리지스트막(1 6)을 사용하여 선택적으로 예칭되므로써, 동공(13)과 게이트 전극(15)를 갖는 절연체(14)가 형성된다. 그 다음으로 상기 포토리지스트막(16)은 제거된다.

제2c도에 도시한 바와 같이, 상기 실리콘 기판(11)의 표면에 평행한 평면상에서 상기 실리콘 기판(11)이 회전된다. 알루미늄 원자들이 0. 15 마이크로미터의 두께를 갖는 알루미늄막(17)을 형성하도록 상기 실리콘 기판의 표면에 대해 거의 15°각도로 피착된다. 상기 알루미늄막(17)은 상기 게이트(15a)가 더 좁아지도록 상기 동공(13)의 중앙 쪽으로 연장된다.

제2D도에 도시한 바와 같이, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 및 니오브와 같은 내화성 금속 원자들이 상기 실리콘 기판(11)의 표면에 대해 직각 방향으로 피착되는데, 이에 따라 내화성 금속 콘(12)가 상기 동공(13) 내에 형성되며, 또 내화성 금속층(18)이 상기 알루미늄막(17)상에 피착된다. 상기 내화성 금속층(18)은 콘형 모양으로 상기 개구(15a) 위에 위치되는 오목한 부분을 갖는다.

제2e도에 도시한 바와 같이, 상기 내화성 금속층(18)과 상기 알루미늄막(17)은 상기 실리콘 옥사이드막(14)상의 상기 게이트 전극(15)와 상기 동공(13) 내의상기 내화성 금속 콘(12)를 노출시키도록 제거된다. 상기 내화성 금속 콘(12)는콘형 음극의 역할을 한다.

상기 종래의 방법에 따르면, 상기 알루미늄막(17 )은 비스듬한 각도의 알루미늄 피착에 의하여 형성되는 반면에, 상기 콘(12)는 내화성 금속 원자의 수직 피착에 의하여 형성된다.

상기 게이트 전극(15)상의 비스듬한 각도의 알루미늄 피착은 상기 알루미늄막(17)의 개구 에지의 모양 및 위치를 약간 변형되도록 만든다. 그러나, 상기 콘(12)의 모양은 상기 알루미늄막(17)의 개구 에지의 모양 및 위치에 좌우된다. 상기 알루미늄막(17) 개구 에지의 어떠한 모양 또는 위치의 작은 변형도 상기 콘(12)의 모양, 특히 그 상단부 모양의 상당한 변형 결과를 가져 온다. 방출 특성에 대해서는 음극의 역할을 하는 상기 콘(12)의 상단부 모양이 큰 영향을 끼친다. 상기 콘(12) 상단부의 어떠한 작은 변형( deformation )도 전자 방출 특성의 상당한 열화 결과를 가져 온다. 이는 콘형 전계 방출 냉음극을 갖는 전계 방출 전자총의 수율 감소의 결과를 가져올 수 있다. 안정되고 바람직한 전자 방출 특성을 얻기 위하여, 어떠한 변형도 없는 첨예한 형상의 상단부를 갖는 전계 방출 냉음극을 형성하는 것이 필수적이다. 이러한 이유로 인하여, 만일 상기 종래의 방법을 전계 방출 냉음극을 형성하는데 사용한다면, 어떠한 병형도 없는 첨예한 형상의 소망 상단부 모양을 얻기 어렵게 된다.

미합중국 특허 제4. 307. 507호와 제4, 513, 308호에 개시된 그레이형 전계 방출 냉음극을 형성하는 다른 방법이 있다. 실리콘 옥사이드막이 실리콘 기판상에 형성된 후, 상기 실리콘 기판상에 실리콘 옥사이드 패턴을 형성할 수 있도록 패터닝 된다. 그 다음으로 상기 실리콘 기판은 상기 실리콘 옥사이드 패턴을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판상에 콘을 형성하도록 이방성 에칭 처리된다. 상기 콘의 표면은 전계 방출 냉음극의 역할을 하는 콘의 첨예한 형상의 상단부를 형성할 수 있도록 산화처리된 후 불산(弗酸: fluorine acid )를 사용하여 후속적으로 리프트-오프( lift-off ) 처리된다.

상술한 바와 같이, 불산을 사용하는 상기 리프트-오프 프로세스를 사용하여 상기 내화성 금속 콘을 피복하고 있는 상기 산화막을 선택적으로 에칭함으로써 상기 내화성 콘의 상단부가 노출되게 된다. 만일 불산을 사용하는 상기 리프트-오프 프로세스가 상기 콘의 상단부를 피복하고 있는 옥사이드막을 선택적으로 제거하도록 사용된다면, 상기 내화성 금속콘의 상단부는첨예한 형상의 소망 상단부 모양으로 변형되기 쉬울 것이다. 상기 알루미늄막(17)의 개구 에지의 모양 또는 위치의 어떠한 작은 변화도 상기 콘(12)의 모양, 특히 그 상단부 모양의 상당한 변형을 가져 온다. 방출 특성에 대해서는 음극의 역할을 하는 상기 콘(12)의 상단부 모양이 큰 영향을 끼친다. 상기 콘 상단부의 어떠한 작은 변형도 전자 방출 특성의 상당한 열화 결과를 가져 온다. 이는 콘형 전계 방출 냉음극을 갖는 전계 방출 전자총의 수율 감소의 결과를 가져올 수 있다. 안정되고 바람직한 전자 방출 특성을 얻기 위하여, 어떠한 변형도 없이 첨예한 형상의 상단부를 갖는 전계 방출 냉음극을 형성한는 것이 필수적이다. 이러한 이유로 인하여, 만일 상기 종래의 방법을 전계 방출 냉음극을 형성하는데 사용한다면, 어떠한 병형도 없는 첨예한 형상의 소망 상단부 모양을 얻기 어렵게 된다.

따라서, 발명의 목적은 어떠한 변형도 없이 첨예한 형상의 상단부를 갖는 전계 방출 냉음극을 형성하기 위한 신규한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고수율의 첨예한 형상의 상단부를 갖는 전계 방출 냉음극을 형성하기 위한 신규한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기된 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점들은 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 실리콘 함유 내화성 금속으로 만들어진 콘형 전극의 모양을 재구성( reshaping up )하는 방법을 제공한다. 상기 방범은 다음의 단계들을 포함한다.

콘형 전극의 표면은 내화성 금속에 함유된 실리콘이 산화되도록 처리된다. 상기 산화 처리는 상기 콘형 전극의 상단부 쪽으로 갈수록 증가된 속도로 진행된다. 그 결과, 실리콘 옥사이드막이 형성되는데, 이는 상기 콘형 전극을 피복한다. 상기 실리콘 옥사이드막은 상기 콘형 전극의 바닥부 쪽으로 갈수록 점점 증가하는 두께를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막과 상기 콘형 전극 사이의 경계는 상기 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는다.

상기 실리콘 옥사이드막은 첨예한 형상의 상단부를 갖는 모양이 재구성된 콘 전극을 노출시킬 수 있도록 제거된다. 상기 모양이 재구성된 콘 전극은 첨예한 형상의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는 표면을 갖는다.

본 발명은 기판상에 콘형 전계 방출 냉음극을 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 실리콘 옥사이드층이 상기 실리콘 기판상에 화학 증착에 의하여 피착된다. 내화성 금속으로 만들어진 게이트층이 상기 실리콘 옥사이드층상에 피착된다. 상기 게이트층상에 포토리지스트 패턴이 구비 된다. 상기 게이트층과 상기 실리콘 옥사이드층들은 개구를 갖는 동공을 형성하도록 상기 포토지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 선택적으로 에칭된다. 상기 게이트층의 에지로부터 상기 개구의 중심 쪽으로 연장된 개구 에지를 갖는 금속막을 형성할 수 있도록, 상기 기판이 상기 기판의 표면에 평행한 평면 내에서 회전하는 동안 금속 재료가 상기 게이트층상에 상기 표면에 선정된 비스듬한 각도로 피착 된다. 상기 동공 내에 실리콘 함유 내화성 금속 콘이 형성되고 또 상기 금속막상에 내화성 금속층을 형성할 수 있도록, 실리콘을 포함하는 실리콘 함유 내화성 금속 재료가 상기 기판의 표면에 대해 수직 방향으로 상기 동공의 내부와 상기 금속 막상에 피착된다. 상기 내화성 금속층과 상기 금속막들은 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 노출시키도록 제거된다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 표면은 내화성 금속에 함유된 실리콘이 산화되도록 처리된다. 상기 산화는 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 속도를 갖으며, 이에 따라 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 피복하는 실리콘 옥사이드막을 형성하게 되는데, 이때 상기 실리콘 옥사이드의 두께는 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 바닥부 쪽으로 갈수록 점점 증가하는 두께를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막과 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘들 사이의 경계는 상기 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막은 첨예한 형상의 상단부를 갖는 모양이 재구성된 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 노출시키도록 제거된다. 상기 모양이 재구성된 실리콘 함유 내화성 금속 콘은 상기 첨예한 형상의 상단부 쪽으로갈수록 증가하는 기울기를 갖는 표면을 갖는다.

본 발명에 따른 양호한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명할 것이다.

본 발명은 실리콘 함유 내화성 금속으로 만들어진 콘형 전극의 모양을 제구성 하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 콘형 전극의 표면은 내화성 금속에 함유된 실리콘이 산화되도록 처리된다. 상기 산화 처리는 상기 콘형 전극의 상단부 쪽으로 갈수록 증가된 속도로 진행된다. 그 결과, 실리콘 옥사이드막이 형성되는데, 이는 상기 콘형 전극을 피복한다. 상기 실리콘 옥사이드막은 상기 콘형 전극의 바닥부 쪽으로 갈수록 점점 증가하는 두께를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막과 상기 콘형 전극 사이의 경계는 상기 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막은 첨예한 형상의 상단부를 갖는 모양이 재구성된 콘 전극을 노출시킬 수 있도록 제거된다. 상기 모양이 재구성된 콘 전극은 첨예한 형상의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는 표면을 갖는다.

실리콘을 함유하는 상기 내화성 금속은 상기 콘 전극의 표면이 산화되도록 허용한다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극의 모양을 재구성하도록 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극 표면의 산화가 수행된다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극 모양의 재구성를 위한 산화 프로세스는 첨예한 형상의 상단부 및 그 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가된 표면 양자 모드를 갖는 소망 전극 모양의 결과를 가져 온다. 상기 모양 재구성 프로세스 전에 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘이 약간 변형된다 하더라도, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극 표면의 산화는 상기 변형된 모양을 재구성시키며, 이에 따라 첨예한 형상의 상단부 및 그 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가된 표면 양자 모두를 갖는 콘 전극의 소망 모양의 결과를 가져 온다. 이는 상기 콘형 전계 방출 냉음극을 갖는 전계 방출 전극의 소율이 높아진 결과를 가져 올 수 있다. 상기 콘형 전계 방출 냉음극은 모양의 어떠한 변형도 없는 첨예한 형상의 상단부를 갖는다. 또한, 상기 콘형 전계 방출 냉음극은 상기 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가하는 커브(curve)를 갖는 표면을 역시 갖는다. 상기 첨예한 형상의 상단부는 안정적이고 양호한 전자 방출 얻기에 적합하다.

위의 상기 콘형 전계 방출 냉음극 표면의 산화 및 동일 표면의 모양을 재구성 하는 것은 상기 콘형 전계 방출 냉음극의 산화되지 않은 부분에 함유된 내화성 금속 함유량이 증가되고 그 내부에 있는 실리콘 함유량이 감소되는 결과를 가져 온다. 이는 상기 모양이 재구성된 전계 방출 냉음극이 적은 실리콘을 함유한 내화성 금속으로 만들어진 결과를 가져 온다. 이렇게 적은 양의 실리콘을 함유한 내화성 금속은 양호한 전자 방출 특성을 허용하는 비교적 낮은 일함수(work function)를 갖는다.

상기 산화는 건조(dried atmosphere) 또는 증기 분위기(steamed atmospher e)에서 수행될 수 있다. 상기 실리콘 옥사이드막은 희석된 불산액( diluted fluorine acid solution )에 의하여 제거될 수 있다.

상기 내화성 금속은 1 내지 10% 범위에 속하는 실리콘 함유량을 갖는 것이 양호하다. 상기 내화성 금속은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 및 니오브로 구성된 그룹으로 선택된 것일 수 있다.

본 발명은 기판상에 콘형 전계 방출 냉음극을 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 실리콘 옥사이드층이 상기 실리콘 기판 상에 화학 증착에 의하여 피착된다. 내화성 금속으로 만들어진 게이트층이 상기 실리콘 옥사이드층상에 피착된다. 상기 게이트층상에 포토리지스트 패턴이 구비된다. 상기 게이트층과 상기 실리콘 옥사이드층들은 개구를 갖는 동공을 형성하도록 포토리지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 선택적으로 에칭된다. 상기 게이트층의 에지로부터 상기 개구의 중심 쪽으로 연장된 개구 에지를 갖는 금속막을 형성할 수 있도록, 상기 기판이 상기 기판의 표면에 평행한 평면 내에서 회전하는 동안 금속 재료가 상기 게이트층상에 상기 표면에 선정된 비스듬한 각도로 피착된다. 상기 동공 내에 실리콘 함유 내화성 금속 콘이 형성되고 또 상기 금속막상에 내화성 금속층을 형성할 수 있도록, 실리콘을 포함하는 실리콘 함유 내화성 금속 재료가 상기 기판의 표면에 대해 수직 방향으로 상기 동공의 내부와 상기 금속막상에 피착된다. 상기 내화성 금속층과 상기 금속막들은 상기 실리콘 함유 내화성 금속콘을 노출시키도록 제거된다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 표면은 내화성 금속에 함유된 실리콘이 산화되도록 처리된다. 상기 산화는 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 속도를 갖으며, 이에 따라 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 피복하는 실리콘 옥사이드막을 형성하게 되는데, 이때 상기 실리콘 옥사이드막의 두께는 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 바닥부 쪽으로 갈수록 점점 증가하는 두께를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막과 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘들 사이의 경계는 상기 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막은 첨예한 형상의 상단부를 갖는 모양이 재구성된 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 노출시키도록 제거된다. 상기 모양이 재구성된 실리콘 함유 내화성 금속 콘은 상기 첨예한 형상의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는 표면을 갖는다.

실리콘을 함유하는 상기 내화성 금속은 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극의 표면이 산화되도록 허용한다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극의 산화는 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극의 모양을 재구성하도록 수행된다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극의 모양을 재구성하는 산화 프로세스는 첨예한 형상의 상단부 및 그 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가하는 표면 양자 모두를 갖는 소망 전극 모양의 결과를 가져 온다. 상기 모양 재구성 프로세스 전에 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘이 약간 변형된다 하더라도, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘 전극 표면의 산화는 상기 변형된 모양을 재구성시키며, 이에 따라 첨예한 형상의 상단부 및 그 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가된 표면 양자 모두를 갖는 콘 전극의 소망 모양의 결과를 가져 온다. 이는 상기 콘형 전계 방출 냉음극을 갖는 전계 방출 전극의 수율이 높아진 결과를 가져 올 수 있다. 상기 콘형 전계 방출 냉음극은 모양의 어떠한 변형도 없는 첨예한 형상의 상단부를 갖는다. 또한, 상기 콘형 전계 방출 냉음극은 상기 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가하는 커브를 갖는 표면을 역시 갖는다. 상기 첨예한 형상의 상단부는 안정적이고 양호한 전자 방출을 얻기에 적합하다.

위의 상기 콘형 전계 방출 냉음극 표면의 산화 및 동일 표면의 모양을 재구성하는 것은 상기 콘형 전계 방출 냉음극의 산화되지 않은 부분에 함유된 내하성 금속 함유량이 증가되고 그 내부에 있는 실리콘 함유량이 감소되는 결과를 가져 온다. 이는 상기 모양이 재구성된 전계 방출 냉음극이 적은 실리콘을 함유한 내화성 금속으로 만들어진 결과를 가져 온다. 이렇게 적은 양의 실리콘을 함유한 내화성 금속은 양호한 전자 방출 특성을 허용하는 비교적 낮은 일함수를 갖는다.

상기 산화는 건조 또는 증기 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 실리콘 옥사이드막은 희석된 불산액에 의하여 제거될 수 있다.

상기 내화성 금속은 1 내지 10% 범위에 속하는 실리콘 함유량을 갖는 것이 양호하다. 상기 내화성 금속은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 및 니오브로 구성된 그룹으로 선택된 것일 수 있다.

[실시예]

본 발명에 따른 양호한 실시예를 제3a도 내지 제3g도를 참조하여 설명할것이다.

이 경우 상기 도면에는 어떠한 변형도 없는 첨예한 형상의 상단부를 갖는 전계 방출 냉음극을 형성하기 위한 신규한 방법이 제공된다.

제3a도를 참조하면, 1 마이크로미터의 두께를 갖는 실리콘 옥사이드막( 5A )가 실리콘 기판( 2 )상에 화학 증착에 의하여 피착된다. 텅스텐 및 몰리브덴 같은 내화성 금속으로 만들어진 0. 4 마이크로미터 두께의 게이트층( 6A )가 상기 실리콘 옥사이드막( 5A )상에 피착된다. 포토리지스트막(19)가 상기 게이트층( 6A )상에 도포되며, 1 마이크로미터의 직경을 갖는 다수의 구멍(19a)들이 10 마이크로미터 간격으로 형성된다.

제3b도 내지 제3d도를 참조하면, 상기 게이트층( 6A )와 상기 실리콘 옥사이드 막(5A)들은 개구(6a)를 갖는 게이트 전극( 6 ) 및 동공( 4 )를 갖는 실리콘 옥사이드막( 5 )를 형성할 수 있도록 상기 구멍들을 갖는 포토리지스트막(19)를 마스크로서 사용하여 순차적이고 선택적으로 에칭된다. 0. 15 마이크로미터의 두께를 갖는 알루미늄막을 형성할 수 있도록 상기 실리콘 기판( 2 )의 표면에 대하여 15도의 기울기로 알루미늄이 피착되는 동안, 상기 실리콘 기판( 2 )의 표면에 대해 평행한 평면 내에서 상기 실리콘 기판 ( 2 )가 회전된다. 상기 알루미늄막은 상기 게이트 전극( 6 )의 개구가 더 좁아질 수 있도록 상기 게이트 전극( 6 )의 에지로부너 상기 개구의 중앙 쪽으로 연장된 개구 에지를 갖는다. 텅스텐, 몰리크덴, 탄탈 및 니오브와 같은 내화성 금속이 마련되는데, 이는 실리콘을 함유하며, 이때 실리콘의 함유량은 1 내지 10% 내에 속한다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속은 상기 실리콘 기판( 2 )의 표면에 직각 방향으로 피착된다. 그 결과, 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )이 상기 동공( 4 ) 내에 형성되며, 또 내화성 금속층( 8 )이 상기 알루미늄막( 7 )상에 피착된다. 상기 내화성 금속층( 8 )은 콘형 모양으로 상기 동공( 4 ) 및 상기 게이트 전극의 개구상에 위치된 오목한 부분을 갖는다.

제3E도를 참조하면, 상기 내화성 금속층( 8 )과 상기 알루미늄막( 7 )들은 실리콘 옥사이드막( 5 )상의 상기 게이트 전극( 6 )과 상기 동공( 4 ) 내의 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )을 노출시키도록 제거된다. 상기 내화성 금속 콘( 3 )은 콘형 음극의 역할을 한다.

제3f도를 참조하면, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )의 표면상에 실리콘 옥사이드막( 9 )를 형성할 수 있도록 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 ) 건조 또는 증기 분위기에서 상기 내화성 금속 톤( 3 )에 함유된 실리콘이 산화되도록 처리된다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 ) 표면의 산화 속도는 상단부와 바닥부간에 다르다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )의 바닥부는 상단부보다 넓은 용적을 갖기 때문에, 상기 바닥부의 산화 속도가 상단부의 속도보다 높다. 그 결과, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )의 상단부의 상기 실리콘 옥사이드막은 그 바닥부보다 작은 두께를 갖는다. 상기 실리콘 옥사이드막( 9 )와 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 ) 사이의 경제의 기울기는 그 상단부 쪽으로 갈수록 증가한다. 상기 실리콘 산화는 상기 내화성 금속의 양을 증가시키면 상기 실리콘 함유량을 감소시킨다.

제3g도를 참조하면, 상기 실리콘 옥사이드막( 9 )는 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖는 모양이 재구성된 표면을 갖는 실리콘 함유 내화성 금속 콘(3)을 노출시킬 수 있도록 희석된 불산액을 사용하여 제거된다. 제3g도에 도시된 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )의 상단부는 제3e도에 도시된 것보다 더 첨예한 형상이다.

상술한 바와 같이, 제3a도 내지 제3e도에 도시한 프로세스들은 상기 콘( 3 )이 실리콘 함유 내화성 금속으로 만들어진다는 점을 제외하고는 제2a도 내지 제2e도에 도시된 종래의 프로세스와 동일하다. 실리콘을 함유하는 상기 내화성 금속은 제3f도에 도시된 프로세스에서 상기 콘의 표면이 산화되도록 허용한다. 상기 실리 콘 함유 내화성 금속 콘( 3 ) 표면의 산화는 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )의 모양을 재구성하도록 수행된다. 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 )의 모양을 재구성하기 위한 산화 프로세스는 첨예한 형상의 상단부 및 그 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가된 표면 양자 모두를 갖는 상기 음극( 3 )의 소망 모양의 결과를 가져 온다. 상기 실리톤 함유 내화성 금속 콘( 3 )이 약간 변형된다 하더라도, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘( 3 ) 표면의 산화는 상기 변형된 모양을 재구성시키며, 이에 따라 첨예한 형상의 상단부 및 그 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가된 표면 양자 모두를 갖는 상기 콘( 3 )의 소망 모양의 결과를 가져 온다. 이는 상기 콘형 전계 방출 냉음극을 갖는 전계 방출 전극의 수율이 높아진 결과를 가져 올 수 있다. 상기 콘형 전계 방출 냉음극은 모양의 어떠한 변형도 없는 첨예한 형상의 상단부를 갖는다. 또한, 상기 콘형 전계 방출 냉음극은 상기 상단부 쪽으로 갈수록 기울기가 증가하는 커브를 갖는 표면을 역시 갖는다. 상기 첨예한 형상의 상단부는 안정적이고 양호한 전자 방출을 얻기에 적합하다.

위의 상기 콘형 전계 방출 냉음극 표면의 산화 및 면의 모양을 재구성 하는 것은 상기 콘형 전계 방출 냉음극의 산화되지 않은 부분에 함유된 내화성 금속들이 증가되고 그 내부에 있는 실리콘 함유량이 감소되는 결과를 가져 온다. 이는 상기 모양이 재구성된 전계 방출 냉음극이 적은 실리콘을 함유한 내화성 금속으로 만들어진 결과를 가져 온다. 이렇게 적은 실리콘을 함유한 내화성 금속은 양호한 전자 방출 특성을 허용하는 비교적 적은 일함수를 갖는다.

본 발명의 변형들이 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 숙련자들에게 명백해질 것이지만, 설명적인 의미에서 도시되고 기술된 실시예들은 결코 제한적 의미로 간주되어서는 않된다. 따라서, 본 발명의 교시와 범위에 속하는 모든 변형들은 청구 범위에 속한다.

Claims (12)

1. 실리콘을 함유하는 내화성 금속으로 만들어진 콘형 전극의 모양을 재구성하는 방법에 있어서; 살기 콘형 전극의 바닥부 쪽으로 갈수록 점점 증가하는 두께를 갖고, 상기 콘형 전극과의 사이의 경계는 상기 콘형 전극의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖으며, 또 상기 콘형 전극을 피복하는 실리콘 옥사이드막을 형성하기 위하여 상기 내화성 금속에 함유된 실리콘이 상이 콘형 전극의 상단부 쪽으로 갈수록 증가 하는 속도로 산화되도록 상기 콘형 전극의 표면을 산화시키는 단계, 및 표면의 기울기가 첨예한 형상의 상단부 쪽으로 갈수록 증가되는 첨예한 형상의 상단부를 갖는 모양이 재구성된 콘형 전극을 노출시키기 위하여 상기 실리콘 옥사이드막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘형 전극의 모양 재구성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 산화는 건조 분위기( dried atmosphere )에서 수행되는 것을 특징으로 하는 콘형 전극의 모양 재구성 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 산화는 증기 분위기(steamed atmosphere)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 콘형 전극의 모양 재구성 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 옥사이드막은 희석된 불산액(diluted fluorine acid solution)에 의하여 제거되는 것을 특징으로 하는 콘형 전극의 모양 재구성 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 내화성 금속은 1 내지 10% 범위에 속하는 실리콘 함유량을 갖는 것을 특지으로 하는 콘형 전극의 모양 재구성 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 내화성 금속은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 및 니오브로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 콘형 전극의 모양 재구성 방법.
7. 기판상에 콘형 전계 방출 냉음극을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판상에 화학 증착에 의하여 실리콘 옥사이드층을 피착시키는 단계, 상기 실리콘 옥사이드층상에 내화성 금속으로 만들어진 게이트층을 피착시키는 단계, 상기 게이트층상에 포토리지스트 패턴을 구비하는 단계, 상기 포토리지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 개구를 갖는 동공을 형성하도록 상기 게이트층과 상기 실리콘 옥사이드층을 선택적으로 에칭하는 단계, 상기 포토리지스트 패턴을 제거하는 단계, 상기 게이트층의 에지로부터 상기 개구의 중앙 쪽으로 연장된 개구 에지를 갖는 금속막을 형성할 수 있도록 상기 기판이 상기 기판의 표면에 대하여 평행한 평면 내에서 회전하는 동안 금속 재료를 상기 게이트층상에 상기 평면에 선정된 비스듬한 기울기로 피착하는 단계, 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 상기 동공 내에 형성하고 또 상기 실리콘 함유 내화성 금속층을 상기 금속막상에 형성할 수 있도록 실리콘 함유 내화성 금속 재료를 상기 기판 표면에 대해 직각 방향으로 상기 금속막 상부와 상기 동공 내에 피착하는 단계, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 노출시키도록 상기 실리콘 항유 내화성 금속층 및 상기 금속막을 제거하는 단계, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 바닥부 쪽으로 갈수록 점점 증가하는 두께를 갖고, 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘과의 사이의 경계는 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 기울기를 갖으며, 또 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 피복하는 실리콘 옥사이드막을 형성하기 위하여 상기 내화성 금속에 함유된 실리콘이 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 상단부 쪽으로 갈수록 증가하는 속도로 산화되도록 상기 실리콘 함유 내화성 금속 콘의 표면을 산화시키는 단계: 및 표면의 기울기가 첨예한 형상의 상단부 쪽으로 갈수록 증가되는 첨예한 형상의 상단부를 갖는 모양이 재구성된 실리콘 함유 내화성 금속 콘을 노출시키지 위하여 상기 실리콘 옥사이드막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘형 전계 방출 냉음극 형성 방법.
8. 제7항 있어서, 상기 산화는 건조 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 콘형 전계 방출 냉음극 형성 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 산화는 증기 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 콘형 전계 방출 냉음극 형성 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 실리콘 옥사이드막은 희석된 불산액에 의하여 제거되는 것을 특징으로 하는 콘형 전계 방출 냉음극 형성 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 내화성 금속은 1 내지 10% 범위에 속하는 실리콘 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 콘형 전계 방출 냉음극 형성 방법.
12. 제7항에 있어서, 상기 내화성 금속은 텅스텐, 몰리크덴, 탄탈 및 니오브로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 콘형 전계 방출 냉음극 형성 방법.