KR100233692B1

KR100233692B1 - 원추형 에미터 전극을 갖는 전계 방출형 냉음극 장치 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100233692B1
Application number: KR1019960018551A
Authority: KR
Inventors: 나루아끼 다까다
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛뽕덴끼 가부시키가이샤
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1999-12-01
Also published as: FR2734946A1; US5739628A; FR2734946B1; JPH08329824A; JP2900837B2; KR960042876A

Abstract

전계 방출형 냉음극 장치는 상부면이 도전성인 기판(1; 31)과, 도전성 표면에 증착된 절연막과, 도전성 게이트층(4)과 날카로운 선단을 가지며 절연층과 게이트 전극에 있는 개구에서 형성된 원추형 이미터 전극(5)을 갖는다. 절연층은 제1절연막 (2, 32)과 제2절연막(3,33)으로 구성된다. 개구에 있는 절연층은 제1절연막의 단부 근처로부터 방출된 전자가 절연층의 표면으로부터 분리되는 방향에서 개방된 노출면을 갖는다. 한 가지 형태에 있어서, 제1절연막의 노출면은 제1절연막의 노출되지 않은 부분보다 낮은 높이에 배치되어 오목부 (12)를 형성한다. 다른 형태에 있어서, 이미터 전극이 절연층의 형성 전에 형성되기 때문에, 절연층의 노출면은 크게 개방된다. 즉, 도체 측부로부터 방출된 전자가 절연막의 표면과 충돌하는 것이 방지된다.

Description

원추형 에미터 전극을 갖는 전계 방출형 냉음극 장치 및 그의 제조방법

제1(a)도 내지 제1(d)도는 통상적인 종래의 전계 방출형 냉음극 장치의 주요소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도.

제2(a)도 내지 제2(d)도는 일본 특개평 제 4-274123호의 종래 기술에 의한 전계 방출형 냉음극 장치의 제조방법을 나타낸 단면도.

제3(a)도 내지 제3(d)도는 일본 특개평 제 1-149351호의 종래 기술에 의한 전계 방출형 냉음극 장치의 제조방법을 나타낸 단면도.

제4(a)도 내지 제4(e)도는 일본 특개평 제 6-52788호의 종래 기술에 의한 전계 방출형 냉음극 장치의 제조방법을 나타낸 단면도.

제5(a)도 내지 제5(e)도는 일본 특개평 제 5-151887호의 종래 기술에 의한 전계 방출형 냉음극 장치의 제조방법을 나타낸 단면도.

제6도는 본 발명의 실시예 1에 따른 전계 방출형 냉음극 장치의 주요소자의 단면도.

제7도는 본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치의 주요 소자의 등전위면과 전계 방향을 나타낸 단면도.

제8(a)도 내지 제8(g)도는 본 발명의 실시예 2에 따른 전계 방출형 냉음극 장치의 주요소자의 제조방법을 나타낸 단면도.

제9(a)도 내지 제9(g)도는 본 발명의 실시예 3에 따른 전계 방출형 냉음극 장치의 주요소자의 제조방법을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 제1절연층

3 : 제2절연층 4 : 게이트 전극

4' : 도전성막 5 : 에미터 전극

6 : 3중접합 7,8,9 : 개구

10 : 희생충 11 : 금속충

12 : 오목부 31 : 실리콘 기판

32 : 제1절연층 33 : 제2절연층

39 : 코팅막 95 : 전계방향

96 : 등전위면

본 발명은 전자 방출장치에 관한 것으로, 특히 개선된 절연 특성을 갖는 전계 방출형 냉음극의 구조 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 열음극형 전자 방출장치가 널리 사용되어 왔다. 열음극을 이용한 전자방출은 가열하는 동안에 소비전력이 크다는 등의 문제점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 여러 가지 냉음극형 전자 방출 장치가 개발되었다. 그러한 장치의 일례로는 고전계를 국부적으로 발생시켜 전자를 방출하는 전계 방출형 전자 방출 장치가 있다.

전계 방출형 냉음극 장치에서는, 날카로운 에지를 갖는 전극의 팁 근처에서 고전계 (2 내지 5×10⁷V/cm)를 발생시켜, 전자를 공간으로 방출시킨다. 따라서, 전극 선단의 첨예도는 전자 방출 특성에 영향을 미치며, 일반적으로 수 백 Å이하의 곡률 반경이 요구된다. 전계의 발생을 위해, 전극의 선단을 게이트 전극에 인접하게 1㎛이하의 갭으로 배치하고, 게이트 전극에 수십 내지 수백 볼트의 전압을 인가한다. 종종, 이러한 구조를 갖는 수천 내지 수만 개의 단위 소자를 병렬 접속시켜 반도체 미세 처리 기술에 의해 제조되는 어레이를 제조한다.

그러한 전계 방출형 냉음극을 제조하는 통상적인 방법들 중의 한 방법은 미합중국의 SRI(Stanford Research Instisute) (응용 물리학 잡지, 제47권, 제12호, pp 5248-5263, 1976년 12월)의 C. A. Spindt 등에 의해 개발된 방법이 있다. 이 방법에 의하면, 날카로운 에지를 갖는 구조를 형성하기 위하여, 도전성 기판상에 몰리브덴과 같은 고융점 금속을 증착시킨다. 이 방법은 제1(a)도 내지 1(d)도에 도시되어 있다. 제1(a)도에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(41)상에 실리콘 산화막 (42)을 형성한 후, 몰리브덴을 진공증착에 의해 증착시켜 게이트층 (44) (게이트전극)을 형성한다. 포토레지스트 (46)를 도포하여 포토리소그래피에 의해 패터닝시킨다. 그후, 제1(b)도에 도시된 바와 같이, 포토레지스트패턴을 마스크로써 이용하여, 게이트층(44)과 실리콘 산화막(42)을 에칭하여 직경이 약1㎛인 개구(47)를 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴을 제거한다. 다음으로, 제1(c)도에 도시된 바와 같이, 진공 증착 시스템에서 경사 스핀 증착에 의해 알루미늄 희생층 (48)을 증착하고, 몰리브덴을 수직으로 증착하여 에미터 전극(45)을 형성한다. 이 때, 또한 알루미늄 희생층(48)상에 몰리브덴층(48)을 증착한다. 다음으로, 제1(d)도에 도시된 바와 같이, 알루미늄 희생층(48)을 선택적으로 에칭시켜 몰리브덴층(40)을 벗겨낸다. 이와 같이 형성된 단위 소자에서는, 에미터 전극(45)에 음전압을 인가하고 게이트층(게이트 전극)(44)에 양전압을 인가하여, 에미터 전극(45)의 선단 근처에 전계를 집중시켜, 선단으로부터, 실리콘 기판(41)의 표면에 수직인 방향으로, 전자를 방출시킨다. 이러한 구조를, 일반적으로 수직형 전계 방출 냉음전극이라 지칭한다.

상술한 장치의 단면구조 뿐만 아니라, 다음과 같은 구조와 제조방법이 알려져 있다. 제2(a)도 내지 제2(d)도에 도시된 바와 같이, 일본 특개평 제4-274123호에서는, <111>방위를 갖는 단결정 실리콘 기판상에 형성된 절연층 (52, 53, 55) 상에 직사각형 개구를 형성한다 (제2(b)도).

개구에서 단결정 실리콘 기판(51)의 노출된 표면에서 시작하여, 선택적으로 단결정 알루미늄(57)을 기상에서 성장시킨다(제2(c)도). 이러한 단결정 알루미늄의 기상성장은, 단결정 알루미늄이 <100>방위에서는 빠르게 성장하고 <111>방위에서는 느리게 성장한다는 특성을 이용한다. 이 공보는 날카로운 에지의 선단을 갖는 에미터 전극(57)을 형성할 수 있음을 시사하고 있다. 이 기상성장 동안에, 고주파수 전력을 인가하게 되면, 그 성장이 없었던 절연층 상에서 비정질 알루미늄이 성장을 시작한다. 따라서, 콜렉터 전극 (58)이 상부 절연층(55)에서 형성되며, 에미터 전극(57)에서 단결정 알루미늄이 더 성장하게 된다(제2(d)도).

제3(a)도 내지 제3(d)도에 도시된 바와 같이, 일본 특개평 제 1-149351호에는, <100>방위를 갖는 단결정 실리콘 기판(61)상에 형성된 절연층(62)에 직사각형 개구를 형성한다(제3(a)도). 개구에서 단결정 실리콘 기판(61)의 노출된 표면(66)으로부터 시작하여, 단결정실리콘을 기상에서 선택적으로 성장한다(제3(b)도). 이러한 단결정 알루미늄의 기상성장은 <100>방위에서는 빠르게 성장하며 다른 방위에서는 각각 상이한 성장속도에서 성장한다는 측면을 이용한다. 이 공보에서는, 더 높은 차수의 결정 절단면을 형성하는 동안에, 날카로운 에지의 선단을 갖는 에미터 전극(67)을 형성할 수 있음을 시사하고 있다. 이 기상성장은 1030℃의 높은 온도를 이용한다. 따라서, 에미터 전극(67)을 형성한 후에, 상부 절연층 (65)과 게이트 전극(64)을 형성한다(제3(c)도 및 제3(d)도).

제4(a)도 내지 제4(e)도에 도시된 바와 같이, 일본 특개평 제6-52788호에서는, 실리콘 산화막(72)을 마스크로 사용하여 (제4(a)도), 실리콘 기판(71)을 등방성 에칭시켜, 실리콘 기판(71)의 표면 상에 에미터 전극의 기초로써 원추형 돌출부를 형성한다(제4(b)도). 다음으로, 실리콘 기판(71)의 표면을 열산화시킨다(제4(c)도). 그 후, 절연기능을 강화시키기 위해, 실리콘 절연 보조층(75)을 증착하고, 몰리브덴을 증착하여 게이트 전극(74)을 형성한다(제4(d)도). 다음으로, 실리콘 산화층(72,73)을 에칭하여, 에미터 전극(77)에서 실리콘과 몰리브덴을 제거한다. 동시에, 실리콘 기판을 이루는 에미터 전극(77)의 선단을 노출되어, 에미터 전극(77)과 게이트 전극(74)사이의 거리가 감소하게 된다(제4(e)도).

제5(a)도 내지 제5(e)도에 도시된 바와 같이, 일본 특개평 제 5-151887호에서는, 웨이퍼를 기울이지 않고 대직경의 개구를 가진 소자를 형성한다. 먼저, 유리 기판(80)상에, 제1금속막 (81), 절연층(82), 및 제2 금속막(84)으로 이루어진 3층을 순차 형성한다. 그후, 제2금속막(84)상에 포토레지스트 (89)를 도포한 후, 포토리소그래피에 의해 미세개구(86)를 제2금속막(84)상에 형성한다. 그후, 그 개구(86)를 통해

절연층(82)을 절반만 에칭한다(제5(a)도)). 개구(86) 바로 아래에 있는 절연층(82)을 제거하여 제1금속막 (81)을 노출시키는 트렌치(88)를 형성한다(제5(b)도). 다음으로, 유리 기판(80)을 수평으로 유지하면서, 제2금속막(84) 및 트렌치(88)상에 니켈(90)을 증착한다(제5(c)도). 다음으로, 개구(8)를 통해 몰리브덴(91)을 수직으로 증착시켜, 트렌치(88)에 묻혀있는 니켈(90)에 에미터 전극(87)을 형성한다(제5(d)도). 마지막으로, 제2금속막(88)에 있는 니켈(90)을 에칭하여, 그 상부의 몰리브덴(91)을 제거한다(제5(e)도).

전계 방출형 냉음극 장치는, 상술한 바와 같이, 전극들 간에 1㎛이하의 매우 짧은 거리를 가지며 이를 가로질러서 수 십 볼트 이상의 전압이 인가된다. 따라서, 장치의 동작특성은 유전 파괴강도 및 누설전류와 같은 전극 간의 절연 특성에 크게 좌우하게 한다. 특히, 유전 파괴 전압이 낮은 경우에는, 에미터 전극으로부터 충분한 전자가 방출되는 지점에 전계가 도달하기 전에 소자가 파괴되거나 치명적인 손상을 입힐 수 있다.

누설전류가 클 경우, 전력 소비가 증가하거나 큰 누설전류가 소자의 안정적인 동작을 저해하게 된다. 전계 방출형 냉음극 장치는 종종 병렬 접속된 다수의 소자를 갖는 어레이 형태로 사용된다. 1개의 소자가 어떤 이유에 의해 파괴도어 단락회로를 형성하게 되므로, 전체 장치가 동작하지 않게 된다. 따라서, 수율과 품질을 향상시키고 이 수준에서 이를 유지시키기 위해서는, 유전 파괴 전압이 높아야 할 뿐만 아니라, 소자가 쉽게 개방회로가 되는 것과 같이, 소자가 파괴되는 경우에도, 또한 다른 인접한 소자로의 파괴가 전달되지 않아야 함을 필요로 한다.

이 유전 파괴강도는 3가지, 즉, 1) 기판과 게이트 전극 사이의 절연층에 의해 결정되는 파괴전압, 2) 절연층에 형성된 개구의 측면들 사이의 길이에 의해 결정되는 파괴전압, 3) 에미터 전극과 게이트 전극 사이에서 방전을 개시하는 전압으로 분류된다. 특히, 2) 에 의한 파괴전압은 또한 3) 에 의한 방전을 일으킬 수도 있다. 즉, 개구에 있는 절연층의 측벽과 기판에 의해 형성되는 3중 접합으로부터, 연면(creeping) 방전이 개시하여 발생하며, 연면방전이 발생하지 않아도 진공을 국부적으로 감소시켜 에미터 전극과 게이트 전극 사이의 방전을 트리거시킨다.

이하, 연면방전의 일반적이 메카니즘을 설명하기로 한다.

강한 전계에 의해 기판으로부터 비상하는 전자는 3중 접합 근처의 절연층의 벽에 충돌한다. 이 충격 에너지는 절연층의 벽으로부터 방출된 2차 전자를 발생시키고, 그 2차 전자는 절연층의 상부벽에 충돌하여 또한 2차 전자를 방출시킨다. 이러한 사이클이 반복되어 2차전자를 증대시켜 결국은 방전 파괴가 발생되게 된다(IEEE Trans. Electr. Ins1, Vo1. 24, pp. 756-786, 1989).

이하, 종래 기술에서의 문제점을, 상기 인용된 종래 기술을 참조하여 상세하게 설명한다.

제1(a)도 내지 제1(d)도에 도시된 바와 같이, Spindt 등에 의해 제안된 구조에선, 실리콘 산화막 (42)의 측벽이 실리콘 기판(41)으로부터 연장하여 게이트 전극(44)에 직접 접속한다. 3중 접합 근처의 실리콘 기판으로부터 방출된 전자는 전계에 의해 상부로 이동한다. 그러므로, 전자가 실리콘 산화막(42)의 테이퍼된 측벽과 충돌할 어떤 가능성이 존재한다. 2차 전류가 방출되기 때문에, 연면방전이 발생하거나 전자 충돌에 의한 국부적인 가열에 의해 진공이 감소되어 에미터 전극(45)과 게이트 전극(44)간의 방전을 트리거시킨다. 이 종래 기술의 제안은, 실리콘 산화막(42)의 테이퍼된 측벽에 의해 절연 특성이 어느 정도 향상하고 있지만, 상기 문제점에 대한 충분한 해결책이 되지 않는다.

제2(a)도 내지 제2(d)도에 도시된 종래 기술은 실리콘 기판(51)이 <111> 방위를 가지며, 특별한 절단면에 의해 에워싸이는 단결정이 선택적인 에피택시에 의해 성장되기 때문에 에미터 전극의 저부면 패턴이 직사각형이 되어야 하며, 에미터 전극(57)이 알루미늄 등으로 만들어진다는 여러 가지 제한 때문에 제조 유동성이 허용되지 않는다는 단점이 있다.

기상에서 선택적으로 성장한 단결정 알루미늄에서는, 제2(d)도에 도시된 바와 같이, 결정이 성장하여 실제로 절연층(52)으로 연장하지 않으며, 절연층(52)과 단결정 알루미늄 사이에서 갭이 형성되므로, 매우 불안정한 구조가 된다. 또한, 기상성장 동안에 고주파수 전력을 인가하여 상부 절연층(55)에 비정질 알루미늄을 성장시켜 콜렉터 전극(58)을 형성하는 경우, 비정질 알루미늄이 절연층(55, 53)의 상부 및 저부의 측벽에서 동시에 형성되어, 에미터, 게이트 및 콜렉터 전극 (57, 54, 58) 이 모두가 단락회로가 된다. 따라서, 이 종래 기술의 제안은 원하는 소자를 실제로 형성할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.

제3(a)도 내지 제3(d)도에 도시된 종래 기술은 실리콘 기판(61)이 <100>방위를 가지며, 에미터 전극(67)의 저부면 패턴이 직사각형이 되어야 하며, 에미터 전극(67)이 실리콘으로 만들어지며, 기상성장이 고온에서 수행되기 때문에, 에미터 전극(67)이 형성된 후에 상부 절연층(65)과 게이트 전극(64)을 형성해야 된다는 등의 여러 가지 제한 때문에 제조 유동성이 허용되지 않는다는 단점이 있다. 또한, 게이트 전극(64)이 마지막 공정에서 포토리소그래피에 의해 형성되기 때문에, 에미터전극(67)과의 잘못된 배열이 형성될 수 있다. 이러한 공정의 단점에 의해, 에미터 전극(67)과 게이트 전극(64)사이의 거리가 설계 허용치보다 짧아질 경우에는, 에미터 전극(67)으로부터 방출된 전자가 게이트 전극(64)으로 들어가서, 방전 파괴를 트리거시키기 쉽다. 또한, 단결정 실리콘을 기상에서 선택적으로 성장시키기 때문에, 절연층(62)상에서 조금씩 나오는 단결정 실리콘이 절연층(62)과 단결정 실리콘 사이의 계면에서 매우 불규칙한 갭을 형성하게 된다. 그러므로, 그 계면에서 다양한 결정 방위가 나타나게 되어, 에미터 전극(67)이 서로 다른 형태를 갖게 된다. 또한, 엄밀하게 말하면, 직사각형 패턴의 모서리는 둥글게 되며 패터닝 공정에 의해 영향을 받는다. 이러한 둥근 부분이 다양한 결정 방위를 갖게 되므로, 제조된 에미터 전극(67)이 패턴에서 패턴기본에 대해 다른 형태를 갖게 될 것이다.

제4(a)도 내지 제4(e)도에 도시된 종래 기술에서, 실리콘 기판(71)을 가공처리하여 에미터 전극(77)의 기초로 사용되는 원추형 돌출부를 형성하며, 마지막 공정에서, 실리콘 산화막(72, 73)을 에칭하여 에미터 전극(77)의 선단을 노출시킨다. 에미터 전극(77)과 게이트 전극(74)사이의 거리가 절연층의 노출된 측면의 두 단부 사이의 거리 보다 짧아서, 절연층의 측면이 게이트 전극(74)에 직접 접촉하며 에미터 전극(77)으로부터 연장된다. 또한, 게이트 전극(74)이 상방으로 굴곡되므로, 에미터 전극(77)과 절연층의 측면 사이의 교차점에 있는 3중 접합근처에서 발생된 전계의 방향이 게이트 전극(74)을 향하게 된다. 그러므로, 3중 접합 근처의 에미터 전극(77)으로부터 방출된 전자가 절연층의 측면에 충돌하여, 그로부터 2차 전자를 방출시키게 된다. 그러한 이유들중 하나인, 에미터 전극(77)과 게이트 전극(74)사이의 단거리로 인해, 연면방전이나 국부적인 저진공에 의해 그들간에 방전을 야기하기 쉽다. 이 구조에서의 문제점은 에미터 전극(77)과 게이트 전극(74)사이의 거리가 짧고 에미터 전극(77)과 게이트 전극(74)이 소자의 상부영역에 위치한다는 것이다. 즉, 방전 파괴가 발생할 때, 단락회로와 방전이 인접한 소자로 전이하기 쉽다.

제5(a)도 내지 제5(e)도에 도시된 종래 기술은 제1(a)도 내지 제1(d)도에 도시된 구조와 제4(a)도 내지 제4(e)도에 도시된 실리콘 기판을 처리하여 에미터 전극을 형성하는 구조를 결합한 구조를 갖는다. 절연층(82)의 측벽은 에미터 전극(87)으로부터 연장하여 게이트 전극(84)에 직접 접속한다. 에미터 전극(87)과 절연층(82)사이의 교차점에 있는 3중 접합 근처에서, 전계가 에미터 전극(87)의 측벽에 수직인 방향으로 존재한다. 따라서, 에미터 전극(87)으로부터 방출된 전자가 절연층(82)의 측벽과 충돌하여, 그 측벽으로부터 2차 전자가 발생하게된다. 이들 2차 전자는 연면방전이나 국부적인 저진공 대문에 에미터 전극(87)과 게이트 전극(84)사이의 방전을 트리거시켜, 절연특성을 떨어뜨린다. 이러한 구성에서는, 일단 방전 파괴가 발생하면, 단락회로 및 방전이, 위에서 설명한 바와 같이 인접 소자로 전이된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술에 존재하는 문제점을 극복하고 소자의 일부가 유전파괴 되더라도 이의 영향을 최소화시켜 전체 소자의 기능에 치명적인 손상을 일으키지 않는, 우수한 절연특성을 갖는 소자 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층가 격리되어 있으며, 상기 상부표면과 전기적으로 접속되어 있고, 상기 개구에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 하측 테두리를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극; 및 상기 에미터 전극의 상기 하측 테두리에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하는 것을 억제하는 수단을 구비하되, 상기 억제하는 수단은, 상기 개구에 노출되지 않는 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스되어, 상기 개구내에 노출된 상기 제1절연층의 상기 표면을 포함하는 전계 방출형 냉음극 장치를 제공한다.

본 발명의 또다른 양태에 따르면, 도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층과 격리되어 있으며, 상기 상부표면과 전기적으로 접속되어 있고, 상기 개구에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 하측 테두리를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극; 및 상기 에미터 전극의 상기 하측 테두리에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하는 것을, 억제하는 수단을 구비하되, 상기 억제하는 수단은, 상기 개구에 노출된 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스되어, 상기 개구내에 노출된 상기 제2절연층의 상기 표면을 포함하는 전계 방출형 냉음극 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 및 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층과 격리되어 있으며, 상기 상부표면과 전기적으로 접속되어 있고, 상기 개구에 의해 형성된 에지에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 하측면을 가진 스커트(skirt)를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극을 구비하되, 상기 제1절연층은, 상기 에미터 전극의 상기 스커트에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하지 않도록 억제시키기 위하여, 상기 개구에 노출되지 않은 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스된, 상기 개구에 노출된 표면을 갖는 전계 방출형 냉음극 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 또다른 양태에 따르면, 도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층과 격리되어 있으며, 상기 상부표면의 상부로 연장된 부분이고, 상기 개구에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 테두리를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극; 및 상기 에미터 전극의 상기 테두리에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하는 것을 억제하기 위하여, 상기 개구에 노출되며, 상기 개구에 노출된 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스된 표면을 갖는, 에미터 전극을 포함하는 전계 방출형 냉음극 장치를 제공한다.

상술한 바와 같은 구조의 본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치의 구조에서, 에미터 전극의 스커트 주변부는 제1절연층 상에 안착되며, 3중접합의 도체 측(에미터 전극)은 수직하며 3중 접합의 절연체측(제1절연층)은 기판의 표면에 대해 수평하다. 연면방전이나 국부적인 저진공에 의한 방전 트리거는 다음의 방법으로 발생한다. 즉, 이미 설명된 바와 같이, 전계에 의해 도체측으로부터 방출된 전자가 절연체의 표면과 충돌하여 2차 전자를 연속적으로 발생시킨다. 그러므로, 국부적인 가열이 발생하며 흡착물체의 분리에 의해 저진공이 발생된다. 따라서, 절연체 측으로부터의 2차전자 방출을 억제하는 방법을 실현하기 위해서는, 도체측으로부터 방출된 전자가 절연체 측의 표면에 충돌하지 않도록 하는 구조를 채택하는 것이 중요하다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전계 방출형 냉음극 장치의 특징적인 구조에서는, 도체측(에미터 전극) 은 기판에 대해 수직으로 세워지며, 절연체측(제1절연층)은 수평하게 형성된다. 이 특징적인 구조에 의해, 집중된 전계에 의해 3중 접합 근처의 에미터 전극으로부터 방출된 전자가 상부 전계에 의해 상부로 이동하게 되며 평행한 제1절연층의 표면에 충돌하지 않게 된다. 따라서, 2차 전자가 제1절연층의 표면으로부터 방출되지 않으며 방전이 트리거되지 않아 유전파괴전압이 크게 증가하며 높은 수율과 품질을 유지하게 된다.

중요한 점은, 3중 접합을 구성하는 절연층의 표면이 개방 대면됨과 동시에 그 개방면이 전계에 대해 증가된 각을 갖고 있어, 도체측으로부터 방출된 전자가 절연층의 표면과 충돌하는 것을 방지하는 구조에 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부한 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 설명으로부터 명백히 알수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를, 첨부 도면을 참조하여, 설명한다.

제6도는 본 발명의 실시예 1을 설명하기 위한 것이다. 이 실시예의 구조에서는, 직경 “A”인 개구를 갖는 제1절연층 (2)이 반도체로 이루어진 기판(1)상에 형성되거나 그 표면상에 금속층이 형성된 기판상에, 형성된다. 기판(1)에 대해 수직으로 서 있는 원추형 에미터 전극(5)은 제1절연층(2)에 있는 개구를 메몰하여, 부분적으로 제1절연층(2)의 상부표면상에 안착되며, 스커트 부분은 직경 “A”보다 큰 저부 직경 “B”를 갖는다. 제2절연층(3)은 원추형 에미터 전극(5)의 스커트 부분의 직경 “B”보다 큰 직경 “C”를 가진 개구를 갖는다. 에미터 전극(5)과 제2절연층(3)사이에서 노출된 제1절연층(2)의 표면은 노출되지 않은 제1절연층(2)의 표면보다 낮다. 즉, 에미터 전극(5)이 기판(1)에 대해 수직으로 서 있고 제1절연층(2)이 수평하므로, 집중 전계 때문에 3중 접합(6)근처의 에미터 전극(6)으로부터 전자가 방출되는 경우에도, 이들 전자는 제7도에서 도시된 상방으로 향하는 전계의 영향에 의해 상방으로 이동하므로 제1절연층(2)과 충돌하기 어렵게 된다. 이는, 표면이 3중 접합(6)근처의 전계 방향에 대해 수직하게 향하고 전자가 표면으로부터 분리되도록, 3중 접합(6)을 구성하는 제1절연층(2)의 표면을 서로 마주보며 개방하였기 때문이다. 따라서, 2차 전자가 제1절연층(2)으로부터 방출되지 않으며 연면방전이나 열에 의해 발생하는 국부 저진공에 의해 방전 등이 발생되지 않게 된다. 예를 들면, 약 70V 범위 내에 분포된 유전 파괴 전압을 갖는 제1(a)도 내지 제1(d)도에 도시된 Spindt 형 구조와 비교하면, 본 발명의 구조는 약 150V범위내에서 분포되도록, 유전 파괴 전압이 향상된다.

다음으로, 본 발명의 실시예 2에 따른 전계 방출형 냉음극 장치의 주요 구성요소를 제조하는 방법을, 제8(a)도 내지 제8(g)도를 참조하여, 설명한다.

제8(a)도 내지 제8(g)도는 본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치를 제조하는 주요 공정을 나타낸 단면도이다. 먼저, 제8(a)도에 도시된 바와 같이, N형 실리콘 기판(1)의 표면 상에, 기상성장이나 열산화에 의해 제1절연층(2)을 800Å의 두께로 형성한다. 그후, 제8(b)도에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피에 의해 약 0.7㎛의 직경을 갖는 개구(7)를 제1절연층(2)에 형성한다. 다음에, 제8(c)도에 도시된 바와 같이, 제1절연층(2)의 표면과 개구(7)에서 노출된 N형 실리콘 기판(1)의 표면에, 기상성장에 의해 lk제2절연층(3)을 형성한다. 또한, 제2절연층(3)의 표면에, 기상성장, 진공증착 또는 스퍼터링에 의해 도전성막(4')을 형성한다. 이 도전성막(4')의 재료는 몰리브덴, 텅스텐, 및 텅스텐 실리사이드, 폴리실리콘이 도핑된 불순물과 같은 금속이다.

그후, 제8(d)도에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피에 의해 약 1.0㎛의 직경을 갖는 개구(8)를 도전성막(4')상에 형성하여 게이트 전극(4)을 형성한다. 그후, 제8(e)도에 도시된 바와 같이, 게이트 전극을 형성하는데 사용되는 도전성막(4')이나 마스크 재료 (예를 들면, 포토레지스트)를 마스크로 이용하여, 제2절연층(3)에 개구(9)를 형성한다. 이 에칭을 위해, 제1절연층(2)의 재료는 제2절연층(3)의 재료에 대한 것 보다 더 큰 에칭 선택비를 갖도록 선택된다. 또한, 에칭시, 상기 제1절연층 보다 상기 제2절연층에 대해 더 큰 에칭 선택비와 에칭율을 갖는 에칭 액 또는 가스중의 하나로 에칭할 수도 있다. 예를 들면, 제1절연층(2)의 재료가 질화 실리콘이고, 제2절연층(3)의 재료가 산화 실리콘일 경우, 불화수소산으로 에칭하여 소정의 개구형태를 얻을 수 있다. 제1절연층(2)에 있는 개구(7)아래의 N형 실리콘 기판(1)의 표면을 노출시킨 후, 충분한 시간동안 에칭을 행하여, 제2절연층(3)의 측벽을 에칭한다. 그러므로, 제1절연층(2)에 있는 개구(7) 및 게이트 전극(4)에 있는 개구(8)보다 큰 직경을 갖는 개구(9)를 형성할 수 있게 된다. 예를 들어, 적당한 에칭 시간을 설정함으로써, 제1절연층(2)에 있는 개구(7)의 직경 0.7㎛과 게이트 전극(4)에 있는 개구(8)의 직경 1.0㎛보다 큰 약 1.2㎛의 직경을 갖도록, 개구(9)를 형성할 수 있다. 실리콘 질화막이 N형 실리콘 기판(1)의 표면상에 직접 형성되는 경우, N형 실리콘 기판(1)의 노출된 표면이 오염되며, 개구(7)가 에칭(예를 들면, 테트라플루오로 카본으로 하는 건식에칭)에 의해 형성될 때는 불규칙하게 형성된다. 그러므로, 열산화에 의해 N형 실리콘 기판 상에 얇은 실리콘 산화막(약 300Å)을 형성한 후, 기상성장에 의해 질화실리콘을 증착시킴으로써, 제1절연층(2)을 형성할 수 있다.

그후, 제8(f)도에 도시된 바와 같이, 진공증착 시스템에서 경사 스핀증착에 의해 희생층(10)을 증착하고, 고융점 금속을 수직으로 증착시켜 에미터 전극(5)을 형성한다. 이때, 희생층(10)상에 고융점 금속층(11)이 증착된다. 그후, 제8(g)도에 도시된 바와 같이, 희생층(10)을 선택적으로 에칭하여 고융점 금속층(11)을 벗겨낸다. 희생층의 재료로는 알루미늄, 알루미나 등일 수 있으며, 고융점 금속의 재료로는 텅스텐, 니켈, 몰리브덴 등일 수 있다. 그 후, 노출된 제1절연층(2)의 표면상에 오목부(12)를 등방성 에칭에 의해 형성한다. 제1절연층(2)을 질화 실리콘으로 형성하는 경우, 이 등방성 에칭은 인산계 약품이나 테트라플루오로카본 가스를 사용할 수 있다.

본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치를 제조하는 방법에 의해, 게이트 전극 개구(l8), 제2절연층 개구(9) 및 원추형 에미터 전극(5)을, 게이트 전극이 형성될 때 사용된 한 번의 포토리소그래피 공정에 의해, 자기정합방식으로 형성할 수도 있다. 그러므로, 개구(9)가 제1절연층(2)에 접촉하는 위치와, 에미터 전극(5)의 스커트 부분의 외주가 제1절연층에서 적층되는 위치를, 높은 정확도로 설정할 수 있게 된다.

이하, 전술한 종래 기술의 실시예에 대한 본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치의 장점을 간략히 설명한다.

제1(a)도 내지 제1(d)도에 도시된 Spindt 등에 의한 종래 기술에서는, 절연체(실리콘 산화막)의 측벽이 도체(실리콘 기판)로부터 연장하여 도체(게이트 전극)에 직접 접속하므로, 3중 접합 근처에 전계 방향이 절연체(절연층)의 측벽을 향하게 된다. 이 구성에서는, 3중 접합 근처의 도체 (실리콘기판)으로부터 방출된 전자가 전계방향을 따라서 비행하므로, 절연체(실리콘 산화막)의 측벽과 충돌하기 쉽게 된다.

제4(a)도 내지 제4(e)도 및 제5(a)도 내지 제5(e)도에 도시된 종래기술의 예에서는, 절연체(절연층)의 측벽이 도체(에미터 전극)로부터 연장하여, 도체(게이트 전극)에 직접 접속되므로, 3중 접합근처의 전계 방향이 절연체(절연층)의 측벽을 향하게 된다. 이 구조에서는, 도체(에미터 전극)로부터 방출된 전자가 절연체(절연층)의 측벽과 매우 충돌하기 쉽게 된다.

이러한 종래 기술의 단점을, 본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치는 제6도에 도시된 구조를 제공함으로써 제거하고 있다. 특히, 도체(에미터 전극 50))을 기판에 대해 수직으로 설치하고, 절연체(제1절연층(2))는 수평으로 형성하며, 절연체(제1절연층(2))에 오목부(12)를 형성한다. 이러한 특징적인 구조에 의해, 집중 전계에 의해 3중 접합 근처에서 도체(에미터 전극(5)) 로부터 방출된 전자는 위로 향하는 전계에 의해 위쪽으로 이동하게 되므로, 수평 절연체(제1절연층(2))의 표면으로부터 방출되지 않으며 방전이 발생되지 않게 되므로, 유전파괴강도를 크게 향상시키고 높은 수율 및 제품의 질을 유지할 수 있게 된다. 중요한 점은, 3중 접합을 구성하는 절연체(제1절연층(2))에서 개구면을 형성함으로써, 도체(에미터 전극(5))로부터 방출된 전자가 절연체(제1절연층(2))의 표면과 충돌하지 않는 구조에 있다. 방전이 발생되어 소자가 파괴되는 경우에도, 제1절연층(2)이 기판(1)을 피복하기 때문에 파괴의 정도가 작아, 파괴가 인접한 소자로 전이되지 않는다.

제2(a)도 내지 제2(d)도 및 제3(a)도 내지 제3(d)도에 도시된 종래 제조방법에서는, 앞에서 설명한 바와 같이, 기상에서 실리콘 기판상에 단결정을 선택적으로 성장시킨다. 그러므로, 단결정이 성장하는 동안에 절연층의 표면으로의 원자 흡수가 억제되어, 절연층과 단결정 사이에 불가피하게 갭이 형성되어, 절연층의 일부를 노출시키므로, 본 발명의 구조를 실현하는 것이 불가능하게 된다. 따라서, 절연층의 개구에 노출된 실리콘 기판의 작은 표면영역에만 에미터 전극의 저부가 인접하며, 이 구조는 명백하게 불안정하며 본 발명의 전계 방출형 냉음극과는 아주 상이하다.

또한, 제2(a)도 내지 제2(d)도에 기재된 종래 기술의 예는, 기상성장 동안에 고주파수 전력의 인가시에, 상부 및 하부 절연층의 측벽상에 성장된 비결정성 알루미늄에 의해 야기되는, 에미터, 게이트 및 콜렉터 전극의 단락회로 때문에, 전계 방출형 냉음극의 소자를 형성하는 것이 불가능하다는 문제점을 갖고 있다. 대신에 우수한 파괴전압 특성을 갖는 전계 방추형 냉음극 장치를 제공할 수 있는 본 발명의 제조방법의 경우에는, 그러한 단락회로가 발생하지 않는다. 제3(a)도 내지 제3(d)도에 도시된 종래 기술에서는, 에미터 전극을 형성한 후에, 포토리소그래피에 의해 게이트 전극을 형성한다. 그러므로, 게이트와 에미터 전극 사이에서 위치적으로 부적당한 정렬이 형성될 수 있다. 게이트와 에미터 전극 사이의 거리는 상이한 제조 로트에서 달라질 수 있다. 또한, 게이트 전극의 좌측 및 우측 측면 단부로의 거리가 또한 상이하여, 전자 방출의 문턱치 레벨을 변화시켜, 불안정적인 동작특성을 갖게 된다. 본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치의 제조방법에 의하면, 게이트 및 에미터 전극을 자기정합 방식으로 형성하기 때문에, 위치적으로 부적합한 정합이 없어, 안정적인 동작특성을 갖게된다.

다음으로, 본 발명의 실시예 3에 따른 주요소자의 제조방법이 제9(a)도 내지 제9(g)도의 단면도에 도시되어 있다. 실리콘 기판(31)의 표면을, 실리콘 질화막(36)을 마스크로써 사용하여, 에칭한다(제9(a)도 및 제9(b)도). 이렇게 형성된 구조를 열산화시켜 실리콘 산화막(37)을 형성한다(제9(c)도). 실리콘 질화막(36) 및 실리콘 산화막(37)을 제거하여, 노출된 에미터 전극 구조를 형성한다(제9(d)도). 그후, 제1절연층(32). 제2절연층(33), 게이트 전극(34) 및 도포막 (39)을 순차적으로 형성한다(제9(e)도). 예를 들면, 각각 기상성장에 의해 실리콘 질화막은 제1절연층(32)으로 형성하며 실리콘 산화막은 제2절연층(33)으로 형성한다. 폴리실리콘막을 게이트 전극(34)으로 형성한다.

마지막으로, 도포기에 의해 돌출 영역에서는 산화물계막을 얇게 형성하고 오목부분에서는 두껍게 산화물 기재막을 도포막 (39)으로 형성한다.

그 도포막을 약 400℃에서 열처리에 의해 경화시킨다.

이후, 층상 구조를 상부 표면으로부터 건식 에칭시켜, 돌출된 폴리실리콘(34)을 에미터 전극(35)의 팁 부분까지 에칭한다. 그후, 돌출 부분에서 실리콘 질화막(32)의 표면이 노출될 때까지, 실리콘 산화막(33)을 불산계 약액으로 에칭한다. 이때, 도포막(39)도 또한 에칭시켜 제거한다. 다음에, 실리콘 질화막(32)을 인산계 약액으로 에칭시켜 에미터 전극(35)의 팁이 노출시킨다(제9(f)도). 다음에, 실리콘 산화막(33)을 다시 불산계 약액으로 에칭하여 노출된 실리콘 산화막(33)을 수축시킨다(제9(g)도). 본 실시예의 특징은 다음과 같다. 에미터 전극(35)을 형성한 후, 제1 및 제2절연층(32,33)과 게이트 전극(35)을 형성한다. 그후, 에미터 전극(35)의 팁을 에칭에 의해 노출시킨다. 그러므로, 노출된 영역이 작기 때문에, 제조공정 동안 먼지와 얼룩의 부착 및 흡착물질의 흡착 가능성을 작게 억제할 수 있다.

본 발명의 이 실시예에서는, 에미터 전극(35)과 실리콘 질화막(32)사이의 3중 접합 근처에서 전자 충돌의 영향을 가능한한 억제하도록, 실리콘 질화막(32)을 약 300Å정도로 가능한 한 얇게 형성한다. 그러므로 소자의 구조에 있어서, 실리콘 질화막(32)이 에미터 전극 (35)의 측벽과 평행하게 형성된다. 이러한 구조에 의해, 3중 접합 근처에 에미터 전극으로부터 방출된 전자가 측벽에 수직인 전계에 의해 에미터 전극의 측벽에 수직인 방향으로 이동하게 되어, 실리콘 질화막(32)의 표면과 충돌하지 않게 된다. 이 실시예는, 실리콘 기판 자체를 에미터 전극으로 이용하여 미세한 전계 방출형 냉음극 장치를 제공한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 전계 방출형 냉음극 장치의 구조에서는 전계 방향에 있는 3중 접합을 구성하는 절연체상에 개방면을 형성하므로, 3중 접합을 구성하는 도체로부터 방출된 전자가 절연체의 표면과 충돌할 가능성이 없다. 따라서, 2차 전자가 절연체의 표면으로부터 방출되지 않으며, 방전이 유발되지 않아 유전 파괴강도가 크게 증가하게 된다. 소자가 방전에 의해 파괴되더라도. 도체와 게이트 전극이 단락회로를 형성하지 않으며, 절연층이 도체를 피복하기 때문에 개방회로 손상만이 문제점이 될 수 있다. 그 결과, 1개의 소자의 파괴가 전체 장치에 영향을 미치지 않게 된다. 이러한 효과에 의해, 본 발명은 높은 수율 및 품질을 갖는 전계 방출형 냉음극 장치를 제공할 수 있다.

이상, 본 발명을, 바람직한 실시예로 설명하였지만, 사용된 용어는 제한적이라기 보다는 예시적인 용어로서, 청구항에 의해 한정된 본 발명의 진정한 범주로부터 일탈함이 없이, 첨부된 청구범위의 범주 내에서 변경할 수도 있다.

Claims

기상성장 및 열산화 중 하나에 의해 도전성 표면을 갖는 기판(1)상에 제1절연층(2)을 형성하는 단계; 상기 제1절연층상에 제1개구(7)를 형성하여 상기 기판의 표면을 노출시키는 단계; 기상성장에 의해 상기 제1절연층과 상기 기판에 있는 상기 노출된 표면상에 제2절연층(3)을 형성하는 단계; 기상성장, 진공증착 및 스퍼터링 중 하나에 의해 상기 제2절연층의 표면상에 도전성막(4')을 형성하는 단계; 상기 제1절연층상에 형성된 상기 제1개구와 동축적으로 상기 도전막에 제2개구(8)를 형성함으로써, 게이트 전극(4)을 형성하여 상기 제2절연층을 노출시키는 단계; 상기 게이트 전극과 선행공정에서 사용된 포토레지스트 패턴 중에서 하나를 마스크로 사용하여, 상기 제1절연층 보다 상기 제2절연층에서 더 큰 에칭 선택비와 속도를 갖는 에칭액 및 가스 중에서 하나를 사용하여 에칭함으로써, 상기 제1절연층에 있는 상기 제1개구 (7)에 상기 기판을 노출시키는 단계; 상기 게이트 전극 상에 무기 또는 유기재료 중의 하나로 이루어진 희생층(10)을 형성하는 단계; 상기 도전막에 있는 상기 제2개구(8) 상측 부분으로부터 고융점 금속(11)을 주입시켜, 원추형 에미터 전극(5)을 형성하여, 상기 원추형 에미터 전극의 저부를 상기 제1절연층에 있는 상기 제1개구에서 노출된 상기 기판과 상기 제1개구의 주변영역으로 구성시키는 단계; 상기 회생층을 제거함으로써, 상기 게이트 전극 상에 증착된 상기 고융점 금속을 제거하는 단계; 및 상기 제1절연층의 상기 노출된 표면을 에칭하여, 상기 제1절연층에서 오목부(12)를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치의 제조방법.
도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층과 격리되어 있으며, 상기 상부표면과 전기적으로 접속되어 있고, 상기 개구에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 하측 테두리를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극; 및 상기 에미터 전극의 상기 하측 테두리에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하는 것을 억제하는 수단을 구비하되, 상기 억제하는 수단은, 상기 개구에 노출되지 않은 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스되어, 상기 개구내에 노출된 상기 제1절연층의 상기 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제2항에 있어서, 상기 리세스된 표면은 상기 원뿔형태 에미터 전극의 축에 수직한 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제3항에 있어서, 상기 개구에 노출된 상기 제2절연층의 상기 표면은 상기 제1절연층의 상기 리세스된 표면으로부터 경사진 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제2항에 있어서, 상기 에미터 전극은 고융점 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층과 격리되어 있으며, 상기 상부표면과 전기적으로 접속되어 있고, 상기 개구에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 하측 테두리를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극; 및 상기 에미터 전극의 상기 하측 테두리에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하는 것을, 억제하는 수단을 구비하되, 상기 억제하는 수단은, 상기 개구에 노출된 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스되어, 상기 개구내에 노출된 상기 제2절연층의 상기 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제6항에 있어서, 상기 개구에 노출된 상기 제1절연층의 상기 표면은 상기 원뿔형태 에미터 전극의 축에 수직하며, 상기 개구에 의해 형성된 상기 제1절연층의 에지인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제7항에 있어서, 상기 개구에 노출된 상기 표면은 상개 제1절연층으로부터 경사진 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 및 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층과 격리되어 있으며, 상기 상부표면과 전기적으로 접속되어 있고, 상기 개구에 의해 형성된 에지에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 하측면을 가진 스커트(skirt)를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극을 구비하되, 상기 제1절연층은, 상기 에미터 전극의 상기 스커트에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하지 않도록 억제시키기 위하여, 상기 개구에 노출되지 않은 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스된, 상기 개구에 노출된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제9항에 있어서, 상기 리세스된 표면은 상기 원뿔형태 에미터 전극의 축에 대해 수직한 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제9항에 있어서, 상기 개구에 노출된 제2절연층의 상기 표면은 상기 제1절연층의 상기 리세스된 표면으로부터 경사진 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제9항에 있어서, 상기 에미터 전극은 고융점 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
도전성 상부 표면을 가진 기판; 상기 상부 표면상의 제1절연층; 상기 제1절연층 상의 제2절연층; 상기 제2절연층 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극, 및 상기 제1 및 제2절연층을 통하여 연장하는 개구; 상방으로 연장된 날카로운 선단을 가진 원추 형태를 가지며, 상기 게이트 전극 및 상기 제2절연층과 격리되어 있으며, 상기 상부표면의 상부로 연장된 부분이고, 상기 개구에 인접한 상기 제1절연층에 접촉하는 테두리를 갖는, 상기 개구내의 에미터 전극; 및 상기 에미터 전극의 상기 테두리에서 방출된 전자가 상기 개구에 노출된 상기 제1 및 제2절연층의 표면에 도달하는 것을 억제하기 위하여, 상기 개구에 노출되며, 상기 개구에 노출된 상기 제1절연층의 표면에 대해 리세스된 표면을 갖는, 에미터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제13항에 있어서, 상기 개구에 노출된 상기 제1절연층의 상기 표면은 상기 원뿔형태에 미터 전극의 축에 대해 수직하며 개구에 의해 형성된 상기 제1절연층의 에지인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
제13항에 있어서, 상기 개구에 노출된 상기 제2절연층의 상기 표면은 상기 제1절연층으로부터 경사지며 상기 개구에 의해 형성된 상기 제2절연층의 에지인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.