KR100449071B1 - 전계 방출 소자용 캐소드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전계 방출 소자용 캐소드에 관한 것으로, 전계 방출 소자(Field Emission Device)를 구성하는 핵심 요소인 전자방출소자용 3극형 캐소드의 구조에서, 게이트 홀의 측면에 촉매층을 형성한 후 촉매층에서 에미터를 성장시킴으로써, 게이트 전극에 인가되는 전압에 의해 발생되는 전계가 에미터에 골고루 분포되도록 하여 낮은 애노드 전압에서도 명암 대비를 향상시킴과 동시에 에미터에서 방출되는 전자를 게이트 전압만으로 조절할 수 있는 전계 방출 소자용 캐소드가 개시된다.

Description

전계 방출 소자용 캐소드{Cathode for field emission device}
본 발명은 전계 방출 소자용 캐소드에 관한 것으로, 특히 애노드 전압에 상관없이 에미터에서 방출되는 전자의 양을 게이트 전압으로 조절할 수 있는 전계 방출 소자용 캐소드에 관한 것이다.
전계 방출 소자는 전계 방출 디스플레이의 캐소드를 구성하는 핵심소자(Core device)로써, 소자 구조, 에미터 물질 및 에미터 모양에 따라 전자 방출 효율이 크게 달라진다. 현재, 전계 방출 소자는, 구조에 따라, 캐소드 전극 및 애노드 전극으로 이루어진 2극형(Diode type)과, 캐소드 전극, 게이트 전극, 애노드 전극로 구성된 3극형(Triode type)으로 크게 분류할 수 있다. 에미터를 형성하기 위한 물질로는 금속, 실리콘, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(Diamond like carbon), 카본 나노튜브 (Carbon nanotube) 등이 주로 사용된다. 2극형 캐소드를 형성하기 위한 물질로는 막(Film) 혹은 입자(혹은 분말) 형태로 이루어지며, 작은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 다이아몬드 또는 카본 나노튜브를 사용한다. 2극형 캐소드는 3극형에 비해서 전자 방출의 제어성(Controllability) 및 저전압 구동 측면에서 불리하지만, 제조 공정이 간단하고 전자 방출의 신뢰성이 높다.
도 1은 종래 기술에 따른 캐소드를 사용한 전계 방출 소자를 설명하기 위한 단면 구조도이다.
도 1을 참조하면, 캐소드(100)는 하부 기판(110) 상에 유전체층(140)과 게이트 전극(150)이 순차적으로 형성되며, 유전체층(140)과 게이트 전극(150)의 소정 영역에는 게이트 홀(170)이 형성된다. 게이트 홀(170)을 통해 노출된 하부 기판(110) 상부에는 촉매층(Catalytic layer; 130)이 형성되며, 촉매층(130) 상부에는 에미터(180)가 형성된다.
한편, 캐소드(100)와 일정한 간격을 유지하면서 나란하게 마주보는 위치에는 애노드판(195)이 설치된다. 애노드판(195)은 상부 기판(196)에 애노드 전극(197)과 형광체(198)가 적층된 구조로 이루어진다.
상기에서, 하부기판(110)에는 캐소드 전극이 포함되며, 하부기판(110)의 재료로는 유리판, 실리콘웨이퍼 혹은 도전체가 코팅된 유전체 등이 사용된다. 유전체층(140)은 전자빔 증착(Electron beam evaporator) 혹은 플라즈마 화학증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방법으로 형성된다. 게이트전극(150)은 금속막으로 이루어지며, 스파터(Sputter) 혹은 전자빔 증착 방법으로 형성할 수 있다. 게이트 홀(170)은 사진 식각(Photolithography)공정 및 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching; RIE) 공정으로 형성된다. 촉매층(130)은 전이금속(Transition metal)류의 물질로 형성되며, 예로써, Ni, Fe 혹은 Co로도 촉매층(130)을 형성할 수 있다. 촉매층(130)은, 게이트 전극(150)을 형성하는 방법과 마찬가지로, 스파터 혹은 전자빔 증착법으로 형성된다. 에미터(180)는 탄소나노튜브(Carbon nanotube), 탄소나노입자(Carbon nanoparticle) 및 탄소나노파이브(Carbon fiber) 중 어느 하나로 이루어지며, 플라즈마 화학 증착법 또는 열 화학 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)으로 형성된다.
상기의 방법으로 형성된 캐소드(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
애노드 전극(197)에 인가되는 전압(Va)을 계속 증가시키면, 게이트 전극(150)에는 전압(Vg)을 인가하지 않더라도, 에미터(180)에서는 전자가 방출되며 방출된 전자는 형광체(198)와 충돌하면서 발광현상이 나타난다.
한편, 게이트 전극(150)에 전압(Vg)을 인가할 경우에는, 에미터(180)와 게이트전극(150) 사이의 간격이 에미터(180)와 애노드 전극(197)의 간격에 비해서 매우 작기 때문에, 작은 량의 전압(Vg)으로도 발광현상을 조절할 수 있다.
상기의 캐소드(100)는 3극형 케소드 구조로 이루어지므로 2극형 캐소드 구조에 비해서 아주 작은 구동전압(Operating voltage)을 갖는 장점이 있지만, 높은 휘도(Brightness)를 갖는 화면을 얻기 위해서는 게이트 전압(Vg)과 애노드 전압(Va)을 동시에 증가시켜야 한다. 더욱 높은 휘도를 얻기 위해서는 애노드 전압(Va)을더욱 증가시켜야 한다. 이럴 경우, 게이트 전극(150)과 가까운 에미터(180)의 모서리(Edge)에서 방출되는 전자는 게이트 전압(Vg)에 의해 제어(Control)된다. 하지만, 게이트 전극(150)으로 부터 상대적으로 멀리 떨어진 에미터(180)의 중앙(Center) 부분에서 발생되는 전자는 게이트 전압(Vg)으로 제어할 수 없으며, 오로지 애노드 전압(Va)에 의해서 전자가 방출된다.
상기에서 서술한 바와 같이, 종래의 3극형 캐소드는 애노드 전압(Va)을 증가시키면 고휘도를 얻을 수 있으나, 화면의 어둠 상태(Dark state)를 구현할 수가 없기 때문에 화면의 명암대비(Contrast) 특성이 저하된다.
또한, 종래의 3극형 캐소드는 2극형 캐소드에 비해서 구조는 복잡하지만, 구동 전압을 현격하게 낮출 수 있다. 하지만, 게이트 전압(Vg)을 인가하지 않은 경우에도 애노드 전압(Va)을 증가시키면 에미터(180)에서 전자가 방출되므로, 게이트 전압(Vg)만으로는 에미터(180)로부터 방출되는 전자의 양을 확실하게 조절할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 게이트 홀의 측면에 촉매층을 형성한 후 에미터를 촉매층에서 성장시킴으로써, 게이트 전극에 인가되는 전압에 의해 발생되는 전계가 에미터의 모든 부분에 골고루 분포되도록 하여 낮은 애노드 전압에서도 명암 대비를 향상시킴과 동시에 에미터에서 방출되는 전자를 게이트 전압으로 용이하게 조절할 수 있는 전계 방출 소자용 캐소드를 제공하는데 그목적이 있다.
본 발명에 따른 전계 방출 소자용 캐소드는 기판 상부에 유전체층과 함께 적층 구조로 형성된 촉매층 및 게이트 전극과, 에미터를 포함하여 이루어지며, 기판을 노출시키는 게이트 홀이 구비된 전계 방출 소자용 캐소드에 있어서, 에미터는 게이트 홀을 통해 노출된 촉매층의 측벽에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 게이트 전극과 촉매층은 게이트 홀을 중심으로 서로 다른 편에 형성될 수도 있으며, 서로 다른 높이에 위치할 수도 있다. 또한, 게이트전극은 에미터보다 기판에 더 가까이 설치된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드는 기판 상부에 적층 구조로 형성된 유전체층 및 촉매층과, 기판을 노출시키는 게이트 홀과, 노출된 기판의 소정 영역에 형성된 게이트 전극과, 게이트 홀을 통해 노출된 촉매층의 측벽에 형성된 에미터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기의 에미터는 카본을 주성분으로 하는 카본나노튜브, 카본나노입자 및 결함을 가진 다이아몬드 중 어느 하나로 이루어지며, 촉매층은 Fe, Co, Ni의 전이금속들 중 어느 하나 혹은 전이 금속들의 합금 혹은 화합물로 이루어진다. 촉매층은 캐소드 전극으로 이용될 수도 있으며, 촉매층 및 유전체층 사이에는 캐소드 전극이 더 포함된다.
도 1은 종래 기술에 따른 캐소드를 사용한 전계 방출 소자를 설명하기 위한 단면 구조도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드의 구성을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 400, 500, 600, 700, 800 : 캐소드
110, 210, 410, 510, 610, 710, 810 : 하부기판
220, 420 : 캐소드 전극
130, 230, 430, 530, 630, 730, 830 : 촉매층
140, 240, 440, 540, 640, 740, 840 : 유전체층
150, 250, 450, 550, 650, 750, 850 : 게이트전극
260 : 포토레지스트
170, 270, 470, 570, 670, 770, 870 : 게이트홀
180, 280, 480, 580, 680, 780, 880 : 에미터
490, 790, 890 : 버퍼층 195 : 애노드판
196 : 상부 기판 197 : 애노드 전극
198 : 형광체
본 발명은 전계 방출 소자용 캐소드에서 전계 방출 디스플레이(Field emission display)에 사용되는 3극형(Triode-type) 냉 음극 소자(Cold cathode device)에 관한 것이다.
본 발명과 종래의 기술의 가장 큰 차이점은 에미터를 게이트 홀의 측면에서 성장시켜 형성하는 것이다. 또한, 본 발명에서는 촉매층을 사용하여 에미터를 성장시킨다. 여기서, 촉매층이란 에미터를 형성하기 위한 물질이 성장하기에 적당한 금속 혹은 합금층을 의미한다. 전계 방출 소자용 캐소드에 있어서, 에미터는 원하는 위치에만 존재해야 한다. 따라서, 종래의 3극형 캐소드에서는 에미터가 게이트홀의 아래쪽 면에서 성장하지만, 본 발명에서는 에미터가 게이트홀의 측면에서 성장하는 것이 특징이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 더 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드의 구성을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 전계 방출 소자용 캐소드는 하부기판(210) 상에 띠 모양으로 형성된 금속로 이루어진 캐소드 전극(220)과, 캐소드 전극(220) 상부에 순차적으로 적층된 촉매층(230), 유전체층(240) 및 게이트 전극(250)과, 게이트전극(250), 유전체층(240) 및 촉매층(230)에 형성되어 캐소드 전극(220)을 노출시키는 게이트 홀(270)과, 게이트 홀(270)을 통해 노출된 촉매층(230)의 측벽에 형성된 에미터(280)로 이루어진다.
상기에서, 하부기판(210)으로는 전기적 부도체인 유리기판이 주로 사용되며, 캐소드 전극(220)은 전기적 도전성(Electrical conductivity)이 우수한 물질로 이루어지며, 물리적증착(Physical deposition) 또는 화학적증착(chemical deposition) 방법으로 형성된다. 전기적 도전성이 우수한 물질로는 일반적인 금속 재료를 사용할 수도 있다.
촉매층(230)은 Fe, Co, Ni의 전이금속들 중 어느 하나 혹은 상기 전이금속(Transition metal)들의 합금(Alloy) 혹은 화합물(Compound)로 형성된다.
게이트 홀(270)은 반도체 소자의 제조 공정에서 실시되는 사진식각 공정 과 건식 식각(Dry etching) 공정으로 게이트 전극(250), 유전체층(240) 및 촉매층(230)의 소정 영역에 목표 크기로 형성된다. 이때, 건식 식각 공정은 반응성 이온 에칭 방법으로 실시하는 것이 바람직하다.
에미터(280)는 튜브(Tube)형, 섬유(Fiber)형, 입자(Particle)형 혹은 박막(Film)형으로 이루어지며, 성장 공정을 통해 촉매층(230)의 측벽에 형성된다. 즉, 에미터(280)는 낮은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 재료로써 카본을 주성분으로 하는 카본나노튜브, 카본나노입자 및 결함을 갖는 다이아몬드 중 어느 하나를 플라즈마 화학증착 혹은 열화학 증착 방법으로 증착하여 형성한다. 또한, 세라믹 입자들(Ceramic particles), 예를 들면, 산화물 입자들, 질화물 입자들, 탄화물 입자들 및 반도체 재료로도 에미터(280)를 형성할 수 있다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 하부기판(210) 위에 캐소드 전극(220), 촉매층(230), 유전체층(240) 및 게이트 전극(250)을 순차적으로 형성한다. 이어서, 게이트 전극(250) 상부에 포토레지스트(260)막을 형성한다.
상기에서, 하부기판(210)으로는 평판형 유전체인 유리판을 사용하며, 캐소드 전극(220)과 게이트 전극(250)은 Mo, Ti, W, Ni, Cr, Pt의 금속들 중 어느 하나 혹은 상기 금속들의 합금 혹은 화합물로 이루어지며, 스퍼터 혹은 전자빔 증착법으로 형성된다. 촉매층(230)은 Fe, Co, Ni의 전이금속들 중 어느 하나 혹은 전이금속들의 합금 혹은 화합물로 형성된다. 유전체층(240)은 실리콘산화물(SiO2) 및 질화물(SiNx) 중 어느 한 가지로 이루어지며, 플라즈마기상 증착 혹은 전자빔 증착 방법으로 형성된다. 촉매층(230)의 측벽으로부터 성장되는 에미터(280)는 카본을 주성분으로 하는 카본나노튜브, 카본나노입자 혹은 결함을 가진 다이아몬드를 플라즈마화학 증착 혹은 열화학 증착 방법으로 성장시켜 형성한다.
도 3b를 참조하면, 사진 공정 및 식각 공정으로 포토레지스트(260)의 소정 영역을 제거하여 게이트 홀이 형성될 영역의 게이트 전극(250)을 노출시킨다.
도 3c를 참조하면, 포토레지스트막(260)이 제거된 영역의 게이트 전극(250), 유전체층(240) 및 촉매층(230)을 식각 공정으로 제거하여 게이트 홀(270)을 형성한다. 이로써, 게이트 홀(270)을 통해 캐소드 전극(220)이 노출된다.
도 3d를 참조하면, 게이트 홀(270)을 통해 노출된 촉매층(230)의 측벽에 에미터(280)를 형성한다. 이때, 에미터(280)는 촉매층(230)의 측벽으로부터 성장되는 것을 특징으로 하며, 게이트홀(270)로 돌출된다. 이로써, 3극형 구조를 갖는 캐소드(200)가 형성된다.
이후, 캐소드(200)와 일정한 간격을 가지면서 마주보도록 애노드판(도시되지 않음)을 설치하면 3극형 전계 방출 소자가 제조된다.
본 발명에 따른 전계 방출 소자용 캐소드는 상기에서 서술한 내용에만 그치지 않고, 몇 가지의 유사한 구조로도 형성될 수 있다.
이하. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 하부기판(410) 상부에 촉매층(430), 캐소드전극(420), 유전체층(440) 및 게이트전극(450)이 순차적으로 적층되며, 버퍼층(490)이 상기 게이트전극(450) 위에 코팅되어 있다. 게이트 홀(470)을 형성하기 위한 식각 공정 시 버퍼층(490) 및 유전체층(440)은 물론이고 캐소드 전극(420)과 촉매층(430)을 식각하여 게이트 홀(470)의 저면에 하부 기판(410)의 표면을 노출시킨다. 게이트 홀(470)을 통해 노출된 촉매층(430)의 측벽에는 에미터(480)가 형성된다. 이로써, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(400)가 형성된다.
상기에서, 게이트전극(450) 위에 버퍼층(490)을 코팅한 이유는 촉매층(430)에서 성장된 에미터(480)가 게이트 전극(450)과 단락되는 것을 방지하는데 목적이 있다. 이때, 게이트 전극(450) 상부에 형성된 버퍼층(490)은, 유전체층(440)과 같은, 실리콘산화물(SiO2)이나 질화물(SiNx)로 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(400)는 하부기판(410) 위에 촉매층(430)이 형성되고 그 상부에 캐소드 전극(420)이 형성된다. 즉, 도 2에 도시된 캐소드와는 달리, 촉매층(430)과 캐소드 전극(420)의 증착 순서를 바꿔서 캐소드 전극(420)이 촉매층(430) 상부에 위치한다. 캐소드 전극(420)은 외부의 전원 장치(도시되지 않음)에서 인가되는 전압을 에미터(480)로 공급해주는 도전체 역할을 한다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 케소드(500)는 촉매층(530)을 캐소드 전극으로 사용한다.
도 5를 참조하면, 하부기판(510) 상부에 촉매층(530), 유전체(540) 및 게이트전극(550)이 순차적으로 적층되며, 게이트 홀(570)을 형성하기 위한 식각 공정 시 게이트 전극(550), 유전체층(540) 및 촉매층(530)을 식각하여 게이트 홀(570)의 저면에 하부 기판(510)을 노출시킨다. 게이트 홀(570)을 통해 노출된 촉매층(530)의 측벽에는 에미터(580)가 형성된다. 이로써, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(500)가 형성된다.
상기에서는, 촉매층(530)을 전도성(Electrical conductivity)을 갖는 물질로 형성하여 촉매층(530)이 케소드 전극의 역할까지 수행한다. 따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(500)에서는 별도의 캐소드 전극을 형성하지 않는다.
이때, 촉매층(530)은 Fe, Co, Ni의 전이금속들 중 어느 하나 혹은 상기 전이금속들의 합금 혹은 화합물로 이루어지며, 20 나노미터(nm) 내지 5 미크론의 두께로 형성된다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하면 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 게이트 홀(670)을 기준으로 하부 기판(610) 상부의 한쪽에는 촉매층(630)과 유전체층(640)이 순차적으로 적층되고, 다른 쪽에는 유전체층(640)과 게이트 전극(650)이 순차적으로 적층된 구조로 형성되며, 촉매층(630)의 측벽에는 에미터(680)가 형성되어 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(600)가 제조된다.
즉, 촉매층(630)은 게이트 홀(670)을 기준으로 하부 기판(610)의 한쪽에 형성되며, 게이트전극(650)은 게이트홀(670)을 기준으로 촉매층(630)의 반대쪽에만 형성된다. 촉매층(630)은 Fe, Co, Ni의 전이금속들 중 어느 하나 혹은 상기 전이금속들의 합금 혹은 화합물로 이루어지며, 도 5에서와 같이, 캐소드 전극으로 사용된다. 한편, 게이트 홀(670)은 어떠한 형상(Shape)도 가질 수 있으며, 바람직하게는 원통 혹은 사각기둥의 형상을 갖는다.
상기와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(600)는 에미터(680)와 게이트 전극(650)이 게이트 홀(670)을 사이에 두고 서로 마주 보는 구조로 형성되므로, 에미터(680)와 게이트전극(650) 사이에서 누설 전류가 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하면 다음과 같다.
도 7을 참조하면, 하부기판(710)에 유전체층(740), 촉매층(730) 및 케소드 전극(790)이 순차적으로 적층된 구조로 형성되고, 소정 영역에는 케소드 전극(790), 촉매층(730) 및 유전체층(740)이 식각되어 게이트 홀(770)이 형성되어 하부 기판(710)의 표면이 노출된다. 노출된 하부 기판(710) 표면의 소정 영역에는 게이트 전극(750)이 형성되며, 게이트 홀(770)을 통해 노출된 촉매층(730)의 측벽에는 에미터(780)가 형성된다. 이로써, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전계 방출소자용 캐소드(700)가 제조된다.
촉매층(730)은 Fe, Co, Ni의 전이금속들 중 어느 하나 혹은 상기 전이금속들의 합금 혹은 화합물로 이루어지며, 20 나노미터(nm) 내지 5미크론의 두께로 형성된다. 한편, 게이트 홀(770)은 어떠한 형태로도 형성될 수 있으며, 바람직하게는 사각기둥의 형태로 형성된다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제 6 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드를 설명하면 다음과 같다.
도 8을 참조하면, 게이트 홀(870)을 기준으로 하부 기판(810) 상부의 한쪽에는 유전체(840), 촉매층(830) 및 버퍼층(890)이 순차적으로 적층되고, 다른 쪽에는 게이트전극(850), 유전체(840) 및 버퍼층(890)이 순차적으로 적층된 구조로 형성되며, 게이트 홀(870)을 통해 노출된 촉매층(830)의 측벽에는 에미터(880)가 형성되어 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(800)가 제조된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 촉매층(830)은 게이트 홀(870)을 기준으로 게이트 전극(850)과 마주보는 쪽에만 형성된다. 또한, 게이트 전극(850)은 에미터(880)를 기준으로 애노드 전극(도시되지 않음)과 반대쪽에 형성된다.
상기에서, 촉매층(830)의 재료로는 Fe, Co, Ni의 전이금속들 중 어느 하나 혹은 상기 전이금속들의 합금 혹은 화합물로 이루어지며, 게이트 홀(870)은 어떠한 형상(Shape)을 가질 수 있으며, 바람직하게는 원통 또는 사각기둥의 형상이 바람직하다.
본 발명의 도 8의 캐소드(800) 구조는 에미터(880)와 게이트전극(850)이 게이트홀(870)을 기준으로 마주 보는 쪽에 위치하기 때문에 에미터(880)와 게이트전극(850) 사이에 누설전류를 최소화하면서 3극형 캐소드를 제공한다. 도 8의 구조를 갖는 캐소드(800)의 제조는 도 2에서 설명한 바와 비슷한 방법을 사용하면 가능하다.
상기와 같이, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 전계 방출 소자용 캐소드(800)는 에미터(880)와 게이트 전극(850) 사이에서 누설 전류가 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 게이트 홀을 통해 노출되는 촉매층의 측벽에 에미터를 형성하므로, 에미터의 형태를 조절하는 것이 가능하고, 애노드 전압의 영향을 덜 받으면서 에미터에서 방출되는 전자의 양을 게이터 전극에 인가하는 전압으로 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 낮은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 물질로 에미터를 형성하므로 에미터에서 방출되는 전자의 양을 조절하기 위한 게이트 전압의 크기를 줄일 수 있다. 더욱이, 게이트 홀을 기준으로 에미터와 게이트전극을 서로 마주보는 위치에 형성함으로써 에미터와 게이트 전극간에 누설 전류가 발생되는 것을 억제할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 적층된 촉매층, 유전체층 및 게이트 전극층과,
    상기 기판의 소정 부분이 노출되도록 상기 촉매층, 유전체층 및 게이트 전극층에 형성된 게이트 홀과,
    상기 게이트 홀을 통해 노출되는 상기 촉매층의 측벽에 형성된 에미터와,
    상기 에미터와의 단락을 방지하기 위해 상기 게이트 전극층의 노출된 표면에 형성된 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매층과 상기 유전체층 사이에 형성되며 상기 게이트 홀을 통해 측벽이 노출되는 캐소드 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 전극층이 상기 에미터보다 상기 기판에 더 가까이 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  6. 기판 상에 적층된 유전체층 및 촉매층과,
    상기 기판의 소정 부분이 노출되도록 상기 유전체층 및 상기 촉매층에 형성된 게이트 홀과,
    상기 게이트 홀을 통해 노출되는 상기 기판 상에 형성된 게이트 전극층과,
    상기 게이트 홀을 통해 노출되는 상기 촉매층의 측벽에 형성된 에미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에미터는 카본을 주성분으로 하는 카본나노튜브, 카본나노입자 및 결함을 가진 다이아몬드 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매층은 Fe, Co, Ni의 전이 금속들 중 어느 하나 혹은 상기 전이 금속들의 합금 혹은 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  9. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 촉매층은 캐소드 전극으로 이용되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 촉매층 상에 형성된 캐소드 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자용 캐소드.
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