KR100210602B1 - 천이금속함유 다이아먼드상 탄소 박막을 코팅한 실리콘 팁 필드 에미터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필드 에미터 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 기판 상에 원뿔형의 팁을 형성하고 그 주위에 절연층을 형성하고 절연층상에 게이트 전극층을 형성하는 단계와, 상기 결과물 상에 포토레지스트를 도포하고 원뿔형의 팁이 노출되도록 포토레지스터에 개구부를 형성하는 단계와, 움직이는 천이금속-탄소의 합금타게트를 설치하고, 고에너지의 레이저 빔을 타게트에 전달하여 탄소와 천이금속의 이온, 분자 및 전자 등의 혼합체인 플륨을 형성시키기 위해 진공조 외부의 펄스 레이저 빔을 광학계를 통하여 타게트 위에 집속시키고, 플륨의 일부분이 상기 원뿔형의 팁을 향하여 이동하여 팁 표면에서 급속히 응고되어 다이아먼드상 박막을 형성하는 레이저 어블레이션방법으로 다이아먼드상 탄소 박막을 코팅하는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명에서는 낮은 전계하에서도 높은 전자 방출 특성을 나타내어 장시간 안정적으로 작동되는 필드에미터를 제공한다.

Description

천이금속함유 다이아먼드상 탄소 박막을 코팅한 실리콘 팁 필드 에미터 제조방법

본 발명은 필드 에미션 디스플레이용 필드 에미터 제조방법에 관한 것으로, 특히 장시간 사용에 따른 팁의 마모나 파괴를 방지하고 전자방출특성을 향상시켜 장시간 사용 가능한 천이금속함유 다이아먼드상 탄소 박막을 코팅한 실리콘 팁필드 에미터의 제조방법에 관한 것이다.

필드 에미션 디스플레이 소자는 진공 중에 전자를 방출하는 팁형 또는 에지형의 에미터로 구성된 음극과 형광체가 코팅된 양극이 서로 대면하는 구조로 이루어지며, 에미터에서 방출된 전자가 형광체를 여기시켜 빛을 방출함에 따라 원하는 문자나 도형을 표시하는 평판표시소자중의 하나로서 종래의 팁형 에미터는 다음의 공정에 의해 제조된다.

실리콘 기판 위에 실리콘 산화막을 형성시키고 사진식각공정을 통한 에칭 방법으로 캐핑 레이어를 형성하고, 방위의존성에칭(Orient Dependent Etching)법으로 피라미드 구조로 만들고, 뾰족한 팁을 얻기 위한 산화공정을 행한 후, 전자빔 증착법으로 절연층을 형성하고, 리프트 오프 공정을 위해 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하고, 게이트전극을 형성하기 위해 금속을 증착하고 실리콘 원뿔 상부의 캐핑 레이어를 제거하면서 실리콘 산화막을 제거하면 뾰족한 첨두를 갖는 피라미드 형의 팁으로 구성된 필드 에미터 구조를 제조할 수 있다.

그러나, 상기 방법에 의해 형성된 실리콘 팁 에미터는 저전압을 인가하여도 그 선단으로부터 다량의 전자가 방출되어 높은 전자방출특성을 얻을 수 있으나 진공중의 잔류가스 또는 형광체로부터 이탈된 가스에 기인한 양이 온이 팁을 스퍼터링하여 팁의 마모 및 파괴를 가져와 시간에 따라 전자방출 특성이 급격히 열화되는 문제점이 있다.

본 발명은 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 에미터팁의 표면에 천이금속을 함유한 다이아몬드 상 탄소박막을 코팅함으로써, 낮은 전계하에서도 높은 전자 방출 특성을 나타내어 장시간 안정적으로 작동되는 천이금속 함유 다이아몬드 상 탄소박막을 코팅한 실리콘 팁 필드 에미터를 제공하는 데 있다.

제1도는 본 발명에 의한 천이금속함유 다이아먼드상 탄소 박막 증착을 위한 증착 장치의 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 필드에미터의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 펄스레이저 2 : 광학계

3 : 타게트 4 : 타게트 홀더

5 : 플륨(plume) 6 : 기판

7 : 기판 홀더 8 : 진공펌프

9 : 진공조 11 : 실리콘(100) 기판

12 : 실리콘 팁 13 : 천이금속함유 다이아먼드상 탄소 박막

14 : 절연층 15 : 게이트전극층

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조방법은 실리콘 기판 상에 원뿔형의 팁을 형성하고 그 주위에 절연층을 형성하고 절연층상에 게이트 전극층을 형성하는 단계와, 상기 결과물 상에 포토레지스트를 도포하고 원뿔형의 팁이 노출되도록 포토레지스터에 개구부를 형성하는 단계와, 움직이는 천이금속-탄소의 합금타게트를 설치하고, 고에너지의 레이저 빔을 타게트에 전달하여 탄소와 천이금속의 이온, 분자 및 전자 등의 혼합체인 플륨을 형성시키기 위해 진공조 외부의 펄스 레이저 빔을 광학계를 통하여 타게트 위에 집속시키고, 플륨의 일부분이 상기 원뿔형의 팁을 향하여 이동하여 팁 표면에서 급속히 응고되어 다이아먼드상 박막을 형성하는 레이저 어블레이션방법으로 다이아먼드상 탄소 박막을 코팅하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

제1도는 본 발명에 의한 천이금속함유 다이아먼드상 탄소 박막 증착을 위한 장착장치의 구성을 나타낸다.

본 발명에서는 천치금속함유 다이아먼드상 박막은 화학적 안정성 및 내식성, 내스퍼터링성이 우수하여 상기 금속팁에 일정 두께로 코팅함에 의해 진공중의 잔류가스 또는 형광체로부터 이탈된 가스에 기인한 양이온이 팁을 스퍼터링함으로써 야기되는 팁의 마모 및 파괴 형상이나 실리콘팁의 산화를 효율적으로 억제할 수 있을뿐만 아니라 보다 낮은 전계하에서도 높은 전자방출 특성을 얻을 수 있다.

본 발명에서의 핵심이 되는 기술은 다이아먼드상 박막을 제조하는 방법으로서 상기 천이금속함유 다이아먼드상 박막은 레이저 어블레이션법에 코팅된다.

본 발명에서는 천이금속-탄소의 합금타게트(3)를 사용하여 천이금속을 함유한 다이아먼드상 박막을 제조한다. 즉, 진공조(9)내에 움직이는 천이금속-탄소의 합금타게트(3)를 펀스 레이저(1)로부터 고에너지의 레이저 빔을 타게트(3)에 전달하여, 탄소와 천이금속의 이온, 분자 및 전자등의 혼합체인 플륨(5)을 형성시키고, 펄스 레이저 빔을 광학계(2)를 통하여 타게트(3) 위에 접속시켜 플륨(5)의 일부가 실리콘 팁을 향해 이동하여 플륨이 급속히 응고되어 다이아먼드상 박막을 형성한다. 본 발명의 결과로 상온에서는 물론 진공 패키징 시의 고온 공정하에서도 전자방출특성이 우수할 뿐만 아니라 하부 실리콘 팁과 접착성이 견고히 유지되고, 또한 흑연화가 일어나지 않는 다이아먼드상 박막 및 그 제조방법을 제공하게 된다.

본 발명에 의해 다이아먼드상 박막은 그 구성원자비가 다음과 같이 표현된다.

Cx-My

여기서, M은 Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf 등의 천이금속 중의 적어도 하나이고, 60x100, 0y40 이고 x+y=100의 조건을 가진다.

천이금속의 함량은 타게트의 합금 조성을 변화시킴으로써 조절이 가능하다. 천이금속함유 다이아먼드상 박막은 낮은 잔류 응력 나타내어 하부 실리콘 팁과의 접착력이 향상되는 효과를 얻을 수 있으며, 또한 상기 다이아먼드상 박막은 상온에서는 물론 고온에서도 실리콘 팁과의 강력한 접착을 유지하고 또한 500℃정도의 고온열처리 이온에도 다이아먼드상의 흑연화가 억제되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 천이금속의 첨가에 의해 다이아먼드상 박막의 저항조절이 용이하여 전자방출 특성을 조절하는 것이 가능하다.

제2도는 본 발명의 방법에 따라 제조된 필드 에미터의 단면도를 나타낸다.

제조공정은 실리콘 기판(11)위에 실리콘 산화막을 형성시키고 사진 식각공정을 통한 에칭 방법으로 캐핑 레이어를 형성하고, RIE(Reactive Ion Etching)법으로 원뿔형 구조를 만들고, 예리한 첨두를 갖는 팁을 얻기 위한 산화공정을 행한 후, CVD법으로 절연층(14)을 형성하고, 리프트 오프 공정을 위해 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하고, 게이트 전극층(15)을 형성하기 위해 금속을 증착하고, 실리콘 원뿔 상부의 캐핑 레이어를 제거하면서 실리콘 산화막을 제거하면 뾰족한 첨두을 갖는 원뿔형의 팁이 형성된다.

그 위에 포토레지스트를 도포하여 사진식각공정을 통해 다이아먼드상 박막을 코팅하기 위한 개구부를 형성한다. 레이저 어블레이션방법으로 다이아먼드상 탄소 박막(13)을 코팅하고 포토레지스트를 제거하면 천이금속 함유 다이아먼드상 박막(13)이 코팅된 실리콘 팁(12)이 얻어지게 된다.

이상, 본 발명은 진공중의 잔유가스 또는 형광체로부터 이탈된 가스에 기인한 팁의 마모 및 파괴, 산화문제를 극복하여 장시간 사용할 수 있는 필드 에미션 디스플레이용 에미터가 가능하며, 저전계를 인가하여도 다량의 전자가 방출되어 높은 전자방출특성 및 실리콘 팁과의 접착력을 얻을 수 있는 실리콘 팁 코팅용 다이아먼드상 박막을 얻을 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구에 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 실리콘 기판 상에 원뿔형의 팁을 형성하고 그 주위에 절연층을 형성하고 절연층상에 게이트 전극층을 형성하는 단계; 상기 결과물 상에 포토레지스트를 도포하고 원뿔형의 팁이 노출되도록 포토레지스터에 개구부를 형성하는 단계; 및 움직이는 천이금속-탄소의 합금타게트를 설치하고, 고에너지의 레이저 빔을 타게트에 전달하여 탄소와 천이금속의 이온, 분자 및 전자 등의 혼합체인 플륨을 형성시키기 위해 진공조 외부의 펄스 레이저 빔을 광학계를 통하여 타게트 위에 집속시키고, 플륨의 일부분이 상기 원뿔형의 팁을 향하여 이동하여 팁 표면에서 급속히 응고되어 다이아먼드상 박막을 형성하는 레이저 어블레이션방법으로 다이아먼드상 탄소 박막을 코팅하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 천이금속함유 다이아먼드상 박막이 코팅된 실리콘 팁 필드 에미터 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다이아먼드 상 박막의 구성원자비는 Cx-My(M은 Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf 등의 천이금속 중의 적어도 하나), 60x100, 0y40 및 x+y=100으로 표시되는 것을 특징으로 하는 천이금속 함유 다이아먼드상 박막이 코팅된 실리콘 팁 필드 에미터 제조방법.