KR100274864B1 - 전계방사형 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계방사형 음극구조체 및 그 제조방법을 개시한다.

본 발명은 기판의 상면에 소정패턴으로 형성된 캐소오드층과, 이 캐소오드 층의 상면에 적층되며 다수의 핀홀이 형성된 절연층과, 상기 핀홀의 내에 상기 캐소오드 층과 전기적으로 접속되는 급속팁을 구비하여 된 전계방사형 음극 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 팁의 단부를 화산부화구의 형상으로 형성하는 것에 그 특징이 있으며 이는 종래의 실리콘 팁에 비하여 그 표면적을 넓혀 전자의 방출특정을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.

Description

전계방사형 음극 및 그 제조방법

제1도는 종래 전계방사형 음극을 나타내 보인 입단면도.

제2도는 제1도에 도시된 실리콘 팁을 발췌하여 도시한 측면도.

제3도는 본 발명에 따른 전계방사형 음극을 나타내 보인 입단면도.

제4도는 본 발명에 따른 전계방사형 음극의 제조방법을 공정별로 나타내 보인 입단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 실리콘 팁 21 : 기판

36 : 절연층 36 : 케이트 전극층

36a : 핀홀 37a : 관통공

본 발명은 전계방사형 음극구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 전자방출 면적이 넓어 높은 전자방 특성을 얻을수 있으며 팁의 마모를 극소화 할 수 있는 전계방사형 음극구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 각종 디스 플레이, 마이크로 센서 고속 스위칭 소자등에 사용되는 전계방사형 음극구조체는 제1도에 나타내 보인바와 같이 기판(2)의 내측 기저면에 캐소오드(3)가 적층되고 이의 상면에는 소정의 패턴으로 핀흘(4a)이 형성된 절연층(4)이 적층되며 이 절연층(4)에 형성된 핀홀(4a)의 내부에는 캐소오드(3)과 전기적으로 접속되는 침상의 실리콘 팁(5)이 고정설치된다. 그리고 상기 절연층(4)의 상면에는 상기 핀홀(4a)과 대응되는 부위에 관통공(6a)이 형성된 스트라이프 상의 게이트 전극(6)이 형성된다.

이와같이 구성된 종래의 전계방사형 음극 구조체는 상기 실리콘 팁 (5)에 소정의 전위가 인가되고 게이트 전극에 설정된 전위가 인가되면 고전위의 전계효과에 의해 상기 캐소오드(3)에 피착된 실리콘 팁(5)으로부터 전자가 방출되게 된다.

상술한 바와 같이 구성된 전계방사형 음극구조체는 상기 캐소오드(3)에 피착된 실리콘 팁(5)이 단일의 침상으로 되어 있으므로 전자방출 면적이 적어 전자빔의 방출특성이 낮을 뿐만아니라 제2도에 나타내 보인 바와 같이 실리콘 팁(5)의 단부가 파손된 경우에는 상기 실리콘 팁(5)의 단부로부터의 전자방출 능력이 급격히 저하되게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전자를 방출하는 실리콘 팁의 단면적을 넓혀 전자방출 특성을 향상시킬 수 있으며, 실리콘 팁의 수명을 종래에 비하여 상대적으로 늘릴수 있는 전계방사형 음극구조체를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 전계방사형 음극구조체를 제조하기 위한 전계방사형 음극구조체의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판과, 이 기판에 불순물을 주입하여 형성된 캐소오드 전극층과, 이 캐소오드 전극층의 상면에 적층된 절연층과, 상기 절연층의 상부에 위치되며 관통공이 형성된 게이트 전극층과, 상기 관통공에 위치되며 캐소오드 전극층과 전기적으로 접속되는 실리콘 팁을 구비하여 된 전계방사형 음극 구조체에 있어서,

상기 실리콘 팁(20)은 단부가 화산분화구의 형상으로 형성되며 실리콘 또는 금속중 적어도 하나로 기판과 일체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전계방사형 음극구조체를 제조하기 위한 방법은 전계방사형 음극구조체의 제조방법에 있어서,

기판의 상면의 실리콘 팁이 형성되는 부위에 마스크를 형성하는 마스크 형성공정과, 상기 기판에 형성된 마스크를 중심으로 수직에칭하는 제1에칭공정과, 에칭된 기판의 상면에 질화막을 형성하는 질화막 형성공정과, 상기 질화막을 마스크 형성된 측벽을 남기고 에칭하는 제2에칭공정과, 상기 마스크를 웨트 에칭하는 제3에칭공정과, 상기 기판을 이방성 건식 에칭하는 제4에칭 공정과, 상기 측벽에 형성된 질화막을 에칭하는 제5에칭공정과, 에칭이 완료되어 실리콘 팁이 형성된 기판에 도전층과 게이트 전극층을 순차적으로 증착형성 하는 증착공정을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제3도에는 본 발명에 따른 전계방사형 음극구조체의 일 실시예가 도시 되어 있다.

이것은 기판(21)의 상면에 캐소오드층(35)이 형성되고 캐소오드층(35)의 상면에는 절연층(36)이 형성되며, 이 절연층의 상면에는 관통공(37a)이 형성된 게이트 전극층(37)이 형성된다. 그리고 상기 관통공(37a)에는 실리콘 팁 (20)이 위치되는데, 이 실리콘 팁 (20)은 본 발명의 특징에 따라 그 상단부 화산의 분화구 형상으로 형성된다. 즉, 그 상단면의 중앙부(20a)가 인입되고 그 가장자리가 첨예한 돌기부(20b)를 가진다. 여기에서 상기 실리콘 팁(20)의 재질은 실리콘이나 금속을 사용함이 바람직하다.

그리고 상기와같이 구성된 본 발명에 따른 전계방사형 음극구조체의 제조방법을 제4도에 도시된 공정별 도면을 참조하면서 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 따른 전계방사형 음극구조제의 제조방법은 실리콘으로 이루어진 기판(21)에 고농도의 불순물을 주입하여 케소오드전극(35)를 형성한 다음 열산화법을 이용하여 열산화 시킴으로써 산화물막을 형성하고 이 산화물 막을 사진식각법(Photo lithogroaphy)을 통하여 소정의 마스크 패턴(31) 즉, 후술하는 실리콘 팁이 형성되는 부위에 마스크 패턴을 형성하는 마스크 패턴 형성공정(제4(a)도)을 수행하고 상기 마스크 패턴(31)이 형성된 기판(21)을 이방성 수직에칭하는 제1차 에칭공정(제4(b)도)을 수행하여 기판(21)에 형성된 마스크(31) 형성부위가 상대적으로 돌출되게 한다. 이 상태에서 상기 기판(21)의 표면에 저압 화학 기상 증착법을 이용하여 질화막(32)를 형성하는 질화막 형성공정(제4(c)도)을 수행한후 이 질화막(32)을 건식 에칭하는 제2차 에칭공정(제4(d)도)을 수행하여 마스크(31)이 형성되어 돌출된 측벽(32′) 만을 제외한 부위의 질화막(32)를 제거한다. 상기와 같이 마스크(31)가 형성된 부위가 돌출되어 형성된 부위의 측벽에 질화막(32′)가 형성된 기판(21)을 HF를 이용하여 제3차 에칭(제4(e)도)함으로써 마스크 패턴을 제거하여 기판(21)으로부터 돌출된 부위의 측벽에 질화막(32′)만 남도록 한다. 여기에서 상기 제3차 에칭은 습식 에칭(wet etch)함이 바람직하다. 그리고 돌출부의 측벽에 질화막(32′)이 형성된 기판(21)을 SF₆또는 CF₄를 이용하여 등방성 제4차 에칭(제4(f)도)을 수행하여 상부가 화산의 분화구(volcano) 형상을 가지며 질화막(32′)이 마련된 하부의 측면이 소정깊이 인입된 형상을 가지는 실리콘 팁(20)을 형성한다. 그리고 인산용액을 이용하여 상기 실리콘 팁(20)이 마련된 기판(21)을 제5차 에칭(제4(g)도)함으로써 실리콘 팁(20)의 외주면에 부착된 질화막(32′)를 제거한다. 그리고 상기 실리콘 팁(20)이 형성된 기판(21)에 스파터링법 또는 화학기상 증착법을 이용하여 기판(21)의 상면에 절연층(36)과 케이트 전극층(37)을 순차적을 적층하는 절연층 형성공정과 게이트 전극형성공정을 순차적으로 수행하고 이 기판(21)의 상면에 감광막을 형성하고 이를 제6차에칭(제4(h))하여 실리콘 팁(20)의 수직 상부에 위치되는 게이트 전극층(37)에 관통공(37a)를 형성하고 이 관통공(37a)를 이용하여 상기 절연층(36)을 에칭하여 실리콘 팁(20) 가장자리의 절연층(36)을 제거한다.

상술한 바와 같이 전계방사형 음극구조체의 제조방법에 의해 제조된 전계방사형 음극구조체는 그 상단부가 화산의 분화구의 형상 즉, 그 상단부가 인입되고 그 가장자리는 첨예한 돌기부가 형성된 형상을 가지므로 종래 실리콘 팁에 비하여 그 표면적을 매우 넓게 할 수 있으므로 전자의 방출특성을 향상시킬 수 있다. 그리고 각 장치에 상기 전계방사형 음극 구조체의 적용시 양이온에 의해 상기 실리콘 팁의 일부가 파손된다하여도 첨예한 돌출부가 환형으로 형성되어 있으므로 전자의 방출이 가능하다.

이와같이 본 발명 전계방사형 음극구조체 및 그 제조방법은 실리콘 팁의 단부를 화산의 분화구와 같은 형상으로 형성함으로써 종래에 비하여 출력 전류특성을 대폭 향상시킬 수 있으며, 나아가서는 화상형성장치, 마이크로 쎈서, 스위치 소자등에 적용시 이들 장치의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.

Claims (2)

1. 기판과, 이 기판에 불순물을 주입하여 형성된 캐소오드 전극층과, 이 캐소오드 전극층의 상면에 적층된 절연층과, 상기 절연층의 상부에 위치되며 관통공이 형성된 게이트 전극층과, 상기 관통공에 위치되며 캐소오드 전극층과 전기적으로 접속되는 실리콘 팁을 구비하여 된 전계방사형 음극 구조체에 있어서, 상기 실리콘 팁(20)은 단부가 화산분화구의 형상으로 형성되며 실리콘 또는 금속중 적어도 하나로 기판과 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방사형 음극구조체.
2. 전계방사형 음극구조체의 제조방법에 있어서, 기판에 고농도의 불순물을 주입하여 캐소오드 전극층을 형성하는 공정과, 기판의 상면의 실리콘 팁이 형성되는 부위에 마스크를 형성하는 마스크 형성공정과, 상기 기판에 형성된 마스크를 중심으로 수직에칭하는 제1에칭공정과, 에칭된 기판의 상면에 질화막을 형성하는 질화막 형성공정과, 상기 질화막을 마스크 형성된 측벽을 남기고 에칭하는 제2에칭공정과, 상기 마스크를 웨트 에칭하는 제3에칭공정과, 상기 기판을 이방성 건식 에칭하는 제4에칭 공정과, 상기 측벽에 형성된 질화막을 에칭하는 제5에칭공정과, 에칭이 완료되어 급속팁이 형성된 기판에 절연층과 게이트 전극층을 순차적으로 증착형성하는 증착공정을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전계방사형 음극 구조체.