KR100257700B1 - Method for manufacturing a field emitter of fed - Google Patents

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KR100257700B1 KR1019960025039A KR19960025039A KR100257700B1 KR 100257700 B1 KR100257700 B1 KR 100257700B1 KR 1019960025039 A KR1019960025039 A KR 1019960025039A KR 19960025039 A KR19960025039 A KR 19960025039A KR 100257700 B1 KR100257700 B1 KR 100257700B1
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing triode field emitter is provided to reduce manufacturing cost, to improve resolution, to increase brightness and uniformity of electron emission by manufacturing diamond emitter of edge type and field emitter of triode structure. CONSTITUTION: A cathode electrode(220) is formed on the top of lower substrate(210). Cylindrical pattern is formed by making a non-isotropic etching after forming silicon nitrification film((230) on the top of cathode electrode(220). Diamond thin film(240) is made an isometric deposition in an equal thickness for all surface exposed. Cylindrical edge type diamond emitter is formed by removing diamond thin film(240) of the top of silicon nitrification film cylinder. Insulator is made an isometric deposition from the top of silicon nitrification film cylinder. Side part of edge type diamond emitter(250) and silicon nitrification film cylinder is exposed totally by etching insulator part around edge type diamond emitter(250). Gate electrode(270) is formed on the top of insulator(260). It is removed silicon nitrification film that gate electrode(270) and insulator(260) is deposited and is made a pattern using lift off method.

Description

3극 에지형 다이아몬드 필드 에미터의 제조방법Manufacturing method of 3-pole edge type diamond field emitter

제1도는 종래의 2극 구조를 갖는 박막형 다이아몬드 전계방출 표시 소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a thin film diamond field emission display device having a conventional bipolar structure.

제2(a)도 내지 제2(g)도는 본 발명에 따른 3극 구조를 갖는 에지형 다이아몬드 필드 에미터의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도.2 (a) to 2 (g) are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an edge type diamond field emitter having a three-pole structure according to the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 3극 구조를 갖는 에지형 다이아몬드 필드 에미터 어레이의 평면도.3 is a plan view of an edge type diamond field emitter array having a three pole structure according to the present invention.

제4도는 본 발명에 다른 3극 구조의 에지형 다이아몬드 필드 에미터를 갖는 전계방출 표시소자의 단면도.4 is a cross-sectional view of a field emission display device having an edge type diamond field emitter of a three-pole structure according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 2극형 다이아몬드 전계방출 표시소자 110,210 : 하부기판100: 2-pole diamond field emission display device 110,210: lower substrate

120,220 : 캐소드 전극 130 : 다이아몬드 박막 에미터120,220: cathode electrode 130: diamond thin film emitter

140,280 : 형광체 150,290 : 애노드 전극140,280: phosphor 150,290: anode electrode

160,300 : 상부기판 170,320 : 애노드 전원160,300: upper substrate 170,320: anode power

230 : 실리콘 질화막 240 : 다이아몬드 박막230: silicon nitride film 240: diamond thin film

250 : 에지형 다이아몬드 에미터 260 : 절연체250: edge type diamond emitter 260: insulator

270 : 게이트 전극 310 : 게이트 전원270: gate electrode 310: gate power

본 발명은 낮은 전압에서도 많은 전자를 방출시키는 다이아몬드 필드 에미터의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 다이아몬드상 탄소를 사용하여 에미터를 캐소드 전극 상부에 원통형의 에지형으로 형성하고, 게이트 전극을 형성하여 3극 구조를 갖도록 제조하는 3극 구조를 갖는 에지형 다이아몬드 필드 에미터의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a diamond field emitter that emits a large amount of electrons even at low voltage. In particular, diamond emitters are used to form emitters in the form of cylindrical edges on top of cathode electrodes and to form gate electrodes. The present invention relates to a method for producing an edge type diamond field emitter having a three-pole structure manufactured to have a three-pole structure.

종래의 다이아몬드 박막 에미터를 갖는 전계방출 표시소자는 제1도에 도시된 바와 같이 하부기판(110) 상부에 캐소드 전극(120)이 형성되고, 상기 캐소드 전극(120) 상부에 다이아몬드상 탄소를 레이저 어블에이션, 마이크로웨이브 화학증착법 또는 플라즈마 화학증착법 등으로 증착하여 박막형의 다이아몬드 에미터(130)를 형성한다. 상기 다이아몬드 박막 에미터(130)가 형성되어 있는 하부기판(110)과 스페이서(도시되지 않음)를 매개로 하여 접합되는 상부기판(160)에는 애노드 전극(150)이 하부기판(110)의 캐소드 전극(120)과 직교하도록 형성되는데 캐소드 전극(120)과 애노드 전극(150)의 간격은 25~50㎛이다. 상기 다이아몬드 박막 에미터(130)와 대응되는 애노드 전극(150) 하부에 형광체(140)가 형성되어 있는 구조로 되어 있다.In the conventional field emission display device having a diamond thin film emitter, a cathode electrode 120 is formed on the lower substrate 110 as shown in FIG. 1, and diamond-like carbon is emitted on the cathode electrode 120. The thin film-type diamond emitter 130 is formed by deposition by an ablation, microwave chemical vapor deposition, or plasma chemical vapor deposition. An anode electrode 150 is a cathode electrode of the lower substrate 110 on the lower substrate 110 on which the diamond thin film emitter 130 is formed and the upper substrate 160 bonded through a spacer (not shown). It is formed to be orthogonal to the (120), the distance between the cathode electrode 120 and the anode electrode 150 is 25 ~ 50㎛. The phosphor 140 is formed under the anode electrode 150 corresponding to the diamond thin film emitter 130.

상술한 구조를 갖는 2극형 다이아몬드 박막 필드 에미터를 갖는 전계방출 표시소자의 작동은 애노드 전압(170)으로 약 500V 인가하면 필드 에미션 기구에 의해 다이아몬드 박막 에미터(130)의 표면에서 전자가 방출되고, 상기 방출된 전자는 애노드 전극(150)으로 가속되어 형광체(140)를 자극함으로써 전계방출 표시소자의 기능을 수행하게 된다.In the operation of the field emission display device having the bipolar diamond thin film field emitter having the above-described structure, when about 500 V is applied to the anode voltage 170, electrons are emitted from the surface of the diamond thin film emitter 130 by the field emission mechanism. The emitted electrons are accelerated to the anode electrode 150 to stimulate the phosphor 140 to perform the function of the field emission display device.

그러나, 상기 2극 다이아몬드 전계방출 표시소자는 구조와 제조공정은 간단하지만 게이트 전극이 없기 때문에 구동전압이 높아야 하므로 구동회로 소자의 단가가 높아져 전체적인 전계방출 표시소자의 제조단가가 높아진다는 문제점이 있다.However, the structure of the two-pole diamond field emission display device has a problem in that the structure and the manufacturing process are simple but the driving voltage must be high because there is no gate electrode, thereby increasing the cost of the driving circuit device and increasing the overall manufacturing cost of the field emission display device.

또한, 2극 구조의 다이아몬드 전계방출 표시소자의 다이아몬드 박막 에미터의 형상이 편평하므로 에미션의 자리가 불균일하여 에미션의 균일도와 분해능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.In addition, since the diamond thin-film emitter of the diamond field emission display device having a two-pole structure is flat, there is a problem that the position of the emission is uneven and the uniformity and resolution of the emission may be reduced.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다이아몬드 에미터를 원통형의 에지형으로 제조하고, 게이트 전극을 형성함으로써 전계방출 표시소자의 구동전압을 낮추고, 에미션의 전류밀도를 향상시키며, 분해능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention manufactures a diamond emitter into a cylindrical edge shape, and forms a gate electrode to lower the driving voltage of the field emission display device, improve the current density of the emission, and improve the resolution. The purpose.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 하부기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 제1단계와, 제1단계에 의해 형성된 캐소드 전극 상부에 실리콘 질화막을 형성한 후, 반응성이온 식각법으로 비등방성 식각하여 원기둥 모양의 패턴을 형성하는 제2단계와, 제2단계에 의해 형성된 원기둥 모양으로 패턴화된 실리콘 질화막 상부로부터 다이아몬드 박막을 노출된 표면에 모든면에 같은 두께를 갖도록 등각 증착하는 제3단계와, 제3단계에 의해 증착된 캐소드 전극상부에 다이아몬드 박막과 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥 상부의 다이아몬드 박막을 제거하여 원통형의 에지형 다이아몬드 에미터를 형성하는 제4단계와, 제4단계에 의해 노출된 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥 상부로부터 절연체를 등각증착하는 제5단계와, 제5단계에 의해 증착된 에지형 다이아몬드 에미터 주위의 절연체를 에치백 공정으로 식각하여 에지형 다이아몬드 에미터와 실리콘 질화막 원기둥의 측면이 완전히 노출되도록 하는 제6단계와, 제6단계에 의해 형성된 절연체 상부에 게이트 전극을 형성하는 제7단계와, 제6단계와, 제7단계에 의해 절연체와 게이트 전극이 증착되어 있는 패턴화된 실리콘 질화막을 리프트-오프 방법을 사용하여 제거하는 제8단계를 포함하는 3극 구조를 갖는 에지형 다이아몬드 필드 에미터의 제조방법을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first step of forming a cathode electrode on an upper surface of a lower substrate, and a silicon nitride film formed on the cathode electrode formed by the first step, and then anisotropically etched by reactive ion etching to form a cylinder. A second step of forming a pattern of shapes, and a third step of isometrically depositing a diamond thin film from the top of the cylindrical patterned silicon nitride film formed by the second step so as to have the same thickness on all surfaces on the exposed surface; A fourth step of forming a cylindrical edge-type diamond emitter by removing the diamond thin film on the cathode and the patterned silicon nitride film cylinder on the cathode electrode deposited by the third step, and the patterning exposed by the fourth step A fifth step of conformal deposition of an insulator from an upper portion of the silicon nitride film cylinder, and an edge die deposited by the fifth step A sixth step of etching the insulator around the almond emitter by an etchback process to completely expose the side surfaces of the edge-type diamond emitter and the silicon nitride cylinder, and a seventh step of forming a gate electrode on the insulator formed by the sixth step And an eighth step of removing the patterned silicon nitride film on which the insulator and the gate electrode are deposited by the sixth step and the seventh step by using a lift-off method. It is characterized by the manufacturing method of the field emitter.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

제2(a)도 내지 제2(g)도는 본 발명에 따른 3극 구조의 에지형 다이아몬드 필드 에미터를 제조하는 공정을 순차적을 나타낸 것으로써, 제2(a)도는 유리로 제조된 하부기판(210) 상부에 전자빔 증착법으로 크롬(Cr)이나 티타늄(Ti) 등을 증착하여 캐소드 전극(220)을 형성하고, 상기 캐소드 전극(220) 상부에 실리콘 질화막(Si3N4)을 일정한 높이로 증착하고 반응성 이온식각법으로 비등방성 식각을 실시하여 원기둥 모양의 실리콘 질화막 패턴(230)을 형성한 것을 나타낸 것이다. 다음으로 제2(b)도는 상기 캐소드 전극(220)과 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥(230) 상부로부터 다이아몬드 박막(240)을 노출된 모든 표면에서의 높이가 일정하게 되도록 등각증착한 것을 나타낸 것이다. 이때, 증착되는 다이아몬드는 다이아몬드상 탄소를 사용한다. 다음으로 제2(c)도는 상기 캐소드 전극(220)의 표면에 증착된 다이아몬드 박막(220)와 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥(230) 상부의 다이아몬드 박막(240)을 반응성 이온 식각법이나 이온빔 식각법으로 비등방성 식각을 실시하여 원통형의 에지형 다이아몬드 에미터(250)를 형성한 것을 나타낸 것이다. 이때 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥(230) 상부의 다이아몬드 박막(240)을 과도식각하여 실리콘 질화막 원기둥(230)의 선단이 일부 노출되도록 한다. 다음으로 제2(d)도는 상기 제2(c)도의 공정으로 노출된 캐소드전극(220)과 실리콘 질화막 원기둥(230)의 상부로부터 절연체(260)로 실리콘 산화막(SiO2)을 에지형 다이아몬드 에미터(250)의 높이로 증착시킨 것을 나타낸 것이고, 제2(e)도는 상기 증착된 절연체(260)중 에지형 다이아몬드 에미터(250) 주위를 에치백 공정으로 부분식각하여 에지형 다이아몬드 에미터(250)와 실리콘 질화막 원기둥(230)이 완전히 노출되도록 한 것을 나타낸 것이다. 다음으로 제2(f)도는 상기 증착되어 있는 절연체(260) 상부에 금속을 전자빔열 증착법으로 증착하여 게이트 전극(270)을 형성한 것을 나타낸 것이고, 마지막 공정으로 제2(g)도는 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥(230) 상부에 증착되어 있는 상기 절연체(260)와 게이트 전극(270)을 리프트-오프 방법으로 제거하여 3극 에지형 다이아몬드 필드 에미터를 형성한 것을 나타낸 것이다.2 (a) to 2 (g) is a sequential process for producing a three-pole edge type diamond field emitter according to the present invention, Figure 2 (a) is a lower substrate made of glass The cathode 210 is formed by depositing chromium (Cr), titanium (Ti), or the like on an upper portion of the 210 by an electron beam evaporation method, and a silicon nitride layer (Si 3 N 4 ) is formed on the cathode electrode 220 to a predetermined height. It shows that the cylindrical silicon nitride film pattern 230 is formed by depositing and performing anisotropic etching by reactive ion etching. Next, FIG. 2 (b) shows that the diamond thin film 240 is conformally deposited to have a uniform height on all exposed surfaces of the cathode electrode 220 and the patterned silicon nitride film cylinder 230. At this time, the deposited diamond uses diamond-like carbon. Next, in FIG. 2C, the diamond thin film 220 deposited on the surface of the cathode electrode 220 and the diamond thin film 240 on the patterned silicon nitride cylinder 230 are reactive ion etching or ion beam etching. Anisotropic etching is performed to form a cylindrical edge-type diamond emitter 250. At this time, the diamond thin film 240 over the patterned silicon nitride cylinder 230 is excessively etched so that the tip of the silicon nitride cylinder 230 is partially exposed. Next, in FIG. 2 (d), the silicon oxide film (SiO 2 ) is edge-etched to the insulator 260 from the cathode electrode 220 and the silicon nitride film cylinder 230 exposed in the process of FIG. 2 (c). Figure 2 (e) is a deposition of the height of the rotor 250, the portion of the insulator 260 of the deposited insulator around the edge-type diamond emitter 250 by etching the edge-type diamond emitter ( 250 and the silicon nitride cylinder 230 is shown to be completely exposed. Next, FIG. 2 (f) shows the formation of the gate electrode 270 by depositing a metal on the deposited insulator 260 by the electron beam thermal evaporation method. FIG. The insulator 260 and the gate electrode 270 deposited on the silicon nitride cylinder 230 are removed by a lift-off method to form a three-pole edge type diamond field emitter.

상술한 본 발명에 의해 제조된 3극 에지형 다이아몬드 필드 에미터 어레이는 제3도에서 보는 바와 같이 원형의 홀에 원통형의 에미터(250)가 다수개 형성되어 있는 모양을 갖게 된다.The three-pole edge type diamond field emitter array manufactured by the present invention described above has a shape in which a plurality of cylindrical emitters 250 are formed in a circular hole as shown in FIG.

상술한 제조방법에 의해 제조된 3극 에지형 다이아몬드 필드 에미터에 일정한 높이를 갖는 스페이서(도시되지 않음)를 형성하고, 스페이서 상부에 애노드 전극(290)과 화소단위로 형광체(280)가 형성된 상부기판(300)을 접합하여 진공 밀봉하면 제4도에 도시된 바와 같은 전계방출 표시소자가 완성된다.A spacer (not shown) having a constant height is formed on the three-pole edge type diamond field emitter manufactured by the above-described manufacturing method, and an anode electrode 290 and a phosphor 280 in pixel units are formed on the spacer. When the substrate 300 is bonded and vacuum sealed, the field emission display device as shown in FIG. 4 is completed.

상술한 바와 같이 완성된 에지형 다이아몬드 에미터(250)를 갖는 전계방출 표시소자의 애노드 전극(290)과 캐소드 전극(220)에 애노드 전원(230)으로 부터 애노드 전압을 인가하고, 캐소드 전극(220)과 게이트 전극(270)에 게이트 전원(310)으로부터 게이트 전압을 인가하면 전계방출 원리에 의하여 다이아몬드 에미터의 에지부분에서 전자가 방출된다. 상기 방출된 전자는 애노드 전압이 인가된 애노드 전극으로 가속되어 형광체를 자극함으로써 화상을 구현하여 전계방출 표시소자의 기능을 수행하게 된다.An anode voltage is applied from the anode power supply 230 to the anode electrode 290 and the cathode electrode 220 of the field emission display device having the edge type diamond emitter 250 completed as described above, and the cathode electrode 220 When the gate voltage is applied from the gate power source 310 to the gate electrode 270, electrons are emitted from the edge portion of the diamond emitter by the field emission principle. The emitted electrons are accelerated to an anode electrode to which an anode voltage is applied, thereby stimulating a phosphor to implement an image to perform a function of a field emission display device.

상술한 바와 같이 다이아몬드 에미터를 에지형으로 제조함으로써, 박막형보다 전자를 방출하기 위한 구동전압을 낮출 수 있으므로 구동회로의 제조가 간단해진다. 따라서 전계방출 표시소자의 제조단가를 낮출 수 있다. 또한 에미션의 자리가 증가하여 전류밀도가 증가하므로 전계방출 표시소자의 휘도와 전자방출의 균일도가 증가한다.As described above, by manufacturing the diamond emitter in the edge type, the driving voltage for emitting electrons can be lowered than in the thin film type, thereby simplifying the manufacture of the driving circuit. Therefore, the manufacturing cost of the field emission display device can be reduced. In addition, since the position of the emission increases and the current density increases, the luminance and uniformity of electron emission of the field emission display device increase.

또한 필드 에미터를 3극 구조로 제조함으로써 전계방출 표시소자의 분해능을 향상시킬 수 있으며, 게이트 전극이 존재함으로 구동전압을 낮출 수 있다.In addition, since the field emitter is manufactured in a three-pole structure, the resolution of the field emission display device can be improved, and the driving voltage can be reduced due to the presence of the gate electrode.

Claims (3)

하부기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 제1단계와, 제1단계에 의해 형성된 캐소드 전극 상부에 실리콘 질화막을 형성한 후, 반응성이온 식각법으로 비등방성 식각하여 원기둥 모양의 패턴을 형성하는 제2단계와, 제2단계에 의해 형성된 원기둥 모양으로 패턴화된 실리콘 질화막 상부로부터 다이아몬드 박막을 노출된 표면의 모든면에 같은 두께로 등각증착하는 제3단계와, 제3단계에 의해 증착된 캐소드 전극 상부의 다이아몬드 박막과 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥 상부의 다이아몬드 박막을 제거하여 원통형의 에지형 다이아몬드 에미터를 형성하는 제4단계와, 제4단계에 의해 노출된 패턴화된 실리콘 질화막 원기둥 상부로 부터 절연체를 등각증착하는 제5단계와, 제5단계에 의해 증착된 에지형 다이아몬드 에미터 주위의 절연체를 부분식각하여 에지형 다이아몬드 에미터와 실리콘 질화막 원기둥의 측면이 완전히 노출되도록 하는 제6단계와, 제6단계에 의해 형성된 절연체 상부에 게이트 전극을 형성하는 제7단계와, 제6단계와 제7단계에 의해 절연체와 게이트 전극이 증착되어 있는 패턴화된 실리콘 질화막을 리프트-오프 방법을 사용하여 제거하는 제8단계를 포함하는 3극 에지형 다이아몬드 필드 에미터의 제조방법.A first step of forming a cathode electrode on the lower substrate and a second step of forming a silicon nitride film on the cathode electrode formed by the first step, and then anisotropically etching by reactive ion etching to form a cylindrical pattern And a third step of isometrically depositing the diamond thin film from the top of the cylindrical patterned silicon nitride film formed by the second step with the same thickness on all surfaces of the exposed surface, and the top of the cathode electrode deposited by the third step. The fourth step of forming a cylindrical edge-type diamond emitter by removing the diamond thin film on the diamond thin film and the patterned silicon nitride cylinder, and the insulator is conformal from the top of the patterned silicon nitride cylinder exposed by the fourth step. The fifth step of deposition and the partial insulator around the edge-type diamond emitter deposited by the fifth step A sixth step of completely exposing the side surfaces of the topography diamond emitter and the silicon nitride film cylinder; a seventh step of forming a gate electrode on the insulator formed by the sixth step; A method of manufacturing a three-pole edge type diamond field emitter comprising an eighth step of removing a patterned silicon nitride film on which a gate electrode is deposited using a lift-off method. 제1항에 있어서, 상기 절연체를 부분식각하여 에지형 다이아몬드 에미터를 노출시키는 방법으로 에치백 공정을 사용하는 것을 특징으로 하는 3극 에지형 다이아몬드 필드 에미터의 제조방법.The method of manufacturing a three-pole edge type diamond field emitter according to claim 1, wherein an etch back process is used as a method of partially etching the insulator to expose an edge type diamond emitter. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드는 다이아몬드상 탄소인 것을 특징으로 하는 3극 에지형 다이아몬드 필드 에미터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the diamond is diamond-like carbon.
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