KR100464007B1 - 전계 방출 소자의 ｍｉｍ 에미터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계 방출 소자의 MIM(Metal/Insulator/Metal) 에미터의 절연막을 구성하는 원소를 포함하는 전구체들간의 표면화학반응을 이용하여 절연막을 형성하는 전계 방출 소자 MIM 에미터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해서, 본 발명은 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 트리메틸알루미늄 및 물을 포함하는 전구체들 간의 표면화학반응을 통하여 알루미늄옥사이드로 절연막을 형성하는 단계, 및 절연막 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 방출 소자의 MIM 에미터 및 그 제조방법을 제시한다.
이와 같은 구성을 통해서, 간단한 공정방법으로 특성이 우수한 에미터를 제조할 수 있고, 다양한 종류의 도전성 물질을 제 1 전극에 채용할 수 있으며, 제 1 전극과 절연막 사이의 계면 특성도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전계 방출 소자의 MIM(Metal/Insulator/Metal) 에미터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 MIM 에미터의 절연막 구성원소를 포함하는 전구체들 간의 표면화학반응을 이용하여 절연막을 형성하는 전계 방출 소자 MIM 에미터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display; FED)는 크게 전자 방출원인 에미터(Emitter) 전극(또는, 캐소드 전극)과 투명 전극 상에 형광체가 도포된 애노드(Anode)로 구성된 2극형(Diode) 구조와 에미터 근처에 전압을 인가할 수 있도록 게이트(Gate)를 첨가한 3극형(Triode) 구조로 분리된다. 3극형 구조는 2극형에 비해 저전압 구동이 용이하고, 게이트로 방출 전류를 쉽게 제어할 수 있어 현재 많이 개발되고 있다. 이러한 전계 방출 소자의 동작원리를 살려보면, 애노드에 전압, 예를 들어 500V∼10㎸ 정도의 전압이 인가되어 에미터(캐소드)의 첨점부에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드에 의해 가속되어 애노드에 도포 되어있는 형광물질을 발광시키고, 게이트는 전자의 방향 및 양을 조절한다.
한편, 전계 방출 소자의 에미터는 몰리브데늄(Molybdenum; Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 원뿔 모양의 팁으로 형성하는 스핀트(Spindt) 타입이 주로 이용되어 왔다. 그러나, 스핀트 타입의 에미터 전극은 대구경의 팁 어레이를 제작하기 위해 막대한 크기의 전자빔 증착 장비가 필요하며, 소모하는 소스의 양이 많고 공정의 복잡성으로 인해 수율이 낮아지는 등의 많은 문제점을 안고 있어 다른 대체 에미터가 필요하게 되었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 새로 개발된 에미터가 MIM 구조의 에미터 전극이다.
이하, 일반적인 MIM 구조의 에미터 전극을 갖는 전계 발광 소자의 발광원리에 대해 설명한다.
MIM 구조에서는, 절연막에 1 내지 10MV/cm의 전계가 인가되면, 하부 전극의 페르미 준위에 있던 전자가 터널링 효과에 의해 절연막의 컨덕션(Conduction) 밴드로 주입되도록 여기하는 동시에, 상부 전극의 컨덕션 밴드로 주입된 충분한 에너지를 갖게 된 전자들(Hot Electrons)이 상부 전극의 일함수(Work Function)보다 큰 에너지를 갖는 경우 진공 상태로 방출되게 된다.
이때, 절연막과 상부 전극을 통해 흘러가는 전류의 양을 다이오드 전류(Diode Current;Jd)라 하고, 진공으로 방출된 전류를 방출 전류(Emission Current;Je)라 하며, 다이오드 전류와 방출 전류 간의 비 'Je/Jd'를 방출효율 'a' 이라 한다. 이러한 원리에 의한 MIM 구조의 에미터 전극의 경우 스핀트 타입에 비해 공정이 간단하고, 낮은 구동전압을 가지며, 대면적으로의 확대가 용이하다.
또한, 소자의 표면 오염에 의한 전자 방출의 민감도가 낮아 일정한 양의 전자를 지속적으로 방출할 수 있으며, 전자빔의 퍼짐 현상이 적은 장점을 가진 반면, 절연막에 고전계를 가하기 때문에 높은 파괴전압을 갖는 양질의 절연막 특성을 요구하며, 낮은 방출효율의 문제점을 안고 있다
이와 같은 MIM 구조의 에미터의 특성을 개선하기 위한 방안으로 제안된 것으로는, 첫째, 상부 전극의 선택과 상부 전극을 균일하게 최대한 얇게 증착할 수 있는 공정 기술이 필요하고, 둘째, 절연막이 가능한 얇고 일정한 절연 특성을 갖도록 해야 하며, 특히, 절연막과 금속 전극간의 계면 특성이 균일하게 제작되어야 한다.
먼저, 상부 전극을 통한 에미터의 특성 개선에 대해서 설명한다. 상부 전극으로는 산화가 덜되고 일함수가 낮은 특성을 가져야 하는데 현재 금(Gold; Au)을 많이 사용한다. 그러나, 금의 경우 절연막으로 파고들어가 절연막의 특성을 악화시키는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 상술한 상부 전극의 특성을 개선시키기 위한 방안은 다양하게 제시되고 있다. 이러한 예들은 1997년 3월 21일자로 등록된 미국 특허 제 5,936,257호('Thin-film electron emitter device having a multi-layer top electrode for suppressing degradation of an insulating layer and application apparatus using the same')와, 2000년 8월 'T.Kusunoki et al'에 의해 'IEEE Transactions on Electron Devices'에 게재된 'Increasing Emission Current from MIM Cathodes by using an Ir-Pt-Au Multilayer Top Electrode'와, 2000년 'T.Kusunoki et al'에 의해 'IDW'OO'에 게재된 'Transfer Ratio Enhancement of an MIM Tunneling Cathode Through Self-thinning Process of the Top Electrode'에서 찾아볼 수 있다.
상기에서 제시된 방안들은 상부 전극의 특성을 개선시키기 위하여 Ir-Pt-Au 등으로 형성된 전체 6nm 두께를 갖는 삼층 구조의 상부 전극을 제안하며, 이런 삼층 구조의 상부 전극을 사용할 경우 전계 방출 디스플레이 패널의 패키징을 위한 열처리 공정시 저절로 금속막이 아주 얇게 되는 과정(Self-Thinning Process)을 거치게 되어 방출 효율을 4배 이상 증가시킬 수 있다고 보고하고 있다.
다음으로, 절연막을 통한 에미터 특성의 개선에 대해 설명한다.
MIM 구조의 절연막으로는 전통적으로 알루미늄 하부 전극을 애노다이징(Anodizing)한 알루미늄옥사이드(Al2O3)를 사용하고 있다. 애노다이즈드 알루미늄옥사이드는 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)의 게이트 옥사이드용으로 사용하기 위해 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 전계 방출 디스플레이의 에미터로 이용하기 위해 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다. 최근, 히타치 연구소의 'M. Suzuki' 등의 보고에 의하면 0.37 nm/min 속도로 하여 5.5nm 두께의 알루미늄옥사이드를 형성하여 제작한 MIM 구조가 보고되었다. 그러나, 절연특성이 좋고 파괴전압이 높은 양질의 알루미늄옥사이드막을 만들기 위해서는 가능한 한 적은 양의 전류로 애노다이징 속도를 줄여야 한다. 따라서, 보다 높은 특성을 갖는 알루미늄옥사이드막을 형성하기 위해서는 증착 시간이 늘어나게 되는데 이는 실제 양산에서 생산성을 저하시키는 요소가 된다.
그리고, 애노다이즈드 옥사이드 제작 시 표면에 약간의 파티클(불순물 또는 절연체등)이 있을 경우 그 부분에는 알루미늄옥사이드가 제대로 형성되지 않거나 얇게 형성되어 소자 제작 후 상하 전극의 쇼트(Short) 또는 누설전류 (Leakage current) 증가 등의 소자 불량의 원인이 될 수 있다.
또한, 애노다이즈드 옥사이드의 경우, F-N 터널링(Fowler-Nordheim Tunneling)에 의한 방출 전류량도 여전히 만족할 만한 수준은 아니기 때문에 이를 대체할 수 있는 정도의 양질의 절연막이 필요하며, 또한, 애노다이즈드 알루미늄옥사이드를 사용하기 위해서는 MIM 구조의 에미터 하부 전극을 알루미늄만 사용해야 하는 제한이 있으므로, 하부 전극을 다양한 금속으로 제작할 수 있는 절연막 형성 방법이 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비교적 간단한 공정방법으로 MIM 에미터의 절연막으로 사용하기에 우수한 특성을 갖는 절연막을 형성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 알루미늄 전극 이외의 금속을 하부 전극으로 이용하여 그 상부에 알루미늄옥사이드를 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 방법에서 표면상태에 따라 발생하는 애노다이즈드 옥사이드의 불량을 줄이는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 양질의 절연막을 형성함과 더불어 공정 시간을 단축시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 동일 챔버내에서 하부 전극 형성 공정과 절연막 형성공정을 연속공정으로 진행하여 절연막의 계면 특성을 향상시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 전계 방출 소자의 단면도이다.
도 2는 상기 도 1에 도시된 전계 방출 소자의 에미터 전극의 절연막을 원자층 증착법을 이용하여 제조할 경우의 제조 공정도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 절연성 기판 12 : 하부 전극
14 : 절연막 16 : 상부 전극
18 : 에미터 전극
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 기판 상에 제 1 전극을 형성하는단계, 제 1 전극 상에 원자층 증착법으로 절연막을 형성하는 단계, 절연막 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 형성된 제 1 전극, 제 1 전극 상에 원자층 증착법으로 형성된 절연막, 절연막 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 MIM 에미터 단면도이다.
도 1의 MIM 에미터는 기판(10), 기판 (10) 상에 도전성 물질로 이루어진 하부 전극(12), 하부 전극(12) 상에 원자층 증착법을 이용하여 형성된 절연막(14), 및 절연막(14) 상에 형성된 상부 전극(16)을 포함한다.
상기 도 1 에서는 MIM 에미터에 대한 부분만 도시하였지만, 실제 전계 방출 소자는 에미터 이외에 애노드(미도시)를 더 포함한다. 즉, 도 1의 에미터가 형성된 기판과는 다른 기판 상에 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide)가 형성되고, 그 위에 형광체를 도포하여 구성된 애노드를 형성하고 도 1 의 MIM 에미터와 전술한 애노드를 서로 진공 패키징하여 전계방출 디스플레이를 제조하게 된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 MIM 에미터 부분에 대해서만 설명한다.
기판(10)은 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 가능하며, 예를 들어 산화막, 질화막, 석영, 세라믹 또는 유리 기판을 예로 들 수 있다.
하부 전극(12)은 종래의 MIM 전계 방출 소자에서 채용되는 알루미늄 등의 금속 물질 뿐 아니라, 비저항이 작은 다른 금속물질을 사용할 수 있고 , 도핑된 실리콘 또는 ITO와 같은 도전성 물질로 형성할 수도 있다.
또한 금속막 위에 도핑된 실리콘 또는 ITO와 같이 이중으로 된 전극을 사용 할 수도 있다.
MIM 소자는 전계방출 효율이 수% 이하이며, 대부분의 전류가 상부전극으로 흐르는데 이 때문에 많은 전류가 소자에 흐르게 되고 이에 따라 전압강하에 따른 방출전류의 불균일이 발생한다.
상기 전압강하는 하부전극의 저항에 비례하는데 이 전압강하를 줄이기 위하여 저항이 작은 재료를 사용하여야 한다. 그러나 종래의 방법에서는 알류미늄전극을 반드시 사용해야 하기 때문에 비저항이 작은 구리(Cu) 또는 APC(AgPtCu)합금 같은 재료를 사용할 수 없었다.
그러나, 본 발명에서는 알루미늄옥사이드를 원자층 증착법으로 증착함으로써, 종래 기술의 알루미늄옥사이드를 채용할 때 하부 전극으로 알루미늄만을 사용해야 하는 문제를 해결하고, 다양한 도전성 물질로 하부 전극을 형성할 수 있게 된다.
본 발명에서 채용한 하부 전극(12)의 두께는 대략 2000 내지 3000Å 이다. 또한 금속막과 ITO 또는 도핑된 Si등의 이중전극을 사용하여 전극저항을 줄이고 우수한 원자층 증착법으로 형성된 절연막을 제조 할 수 있다.
상부 전극(16)은 특별히 한정되지 않는 다양한 종류가 가능하며, 예컨대 금,또는 Ar/Pt/Ir 삼중막 등으로 형성할 수 있으며, 본 실시예에서는 대략 30 내지 100Å 정도의 두께로 형성한다.
절연막(14)은 상술한 바와 같은 원자층 증착법으로 전구체들간의 표면화학반응을 이용하여 알루미늄옥사이드로 이루어진다. 이하 상기 절연막(14)의 형성방법에 대해서 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
절연막(14)은 300 내지 400℃ 에서 원자층 증착법을 이용하여 30 내지 200Å 의 두께로 형성하며, 그 절연막(14)은 알루미늄옥사이드이다.
이때, 알루미늄의 전구체로는 주로 안정적이고 비교적 저가인 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum) 또는 트리에틸알루미늄(triethylaluminum)을 사용하거나, 이 외에도 다른 유기금속 알루미늄 전구체를 사용할 수 있다. 또한, 산소의 전구체로는 예들 들어 물이나 오존(O3)을 이용하고 플라즈마 증착의 경우는 산소 플라즈마를 이용한다.
또한, 본 발명의 원자층 증착법은 특별히 한정되지 않는다. 원자층 증착법에 대해 설명하면, 크게 트레블링 웨이브 리액터형 증착법(Traveling wave reactor type)과 플라즈마 인핸스드 원자층 증착법(Plasma-enhanced atomic layer deposition)으로 나뉘어지며, 후자의 경우 플라즈마 발생장치에 따라 리모트 플라즈마 원자층 증착법(Remote plasma atomic layer deposition-down stream plasma ALD)과, 다이렉트 플라즈마 원자층 증착법(Direct plasma atomic layer deposition)으로 다시 나뉘어진다. 다만, 본 실시예에서는 트레블링 웨이브 리액터형 증착법에 의해 알루미늄 옥사이드 박막을 증착한다.
도 2는 전계 방출 소자의 에미터 전극의 절연막을 원자층 증착법을 이용하여 제조할 경우의 제조 공정도로서, 이에 도시한 바와 같이 먼저, 하부 전극(12)이 형성된 기판(10)을 온도가 300 내지 400℃로 유지되는 반도체 증착 장비의 챔버에 배치시킨 상태에서(S101), 챔버 안으로 질소 또는 아르곤 등과 같은 운반 기체(Carrier Gas)와 함께 트리메틸알루미늄 증기를 챔버 내로 주입한다(S103). 이로써, Al-전구체 반응물이 하부 전극(15)의 표면에 흡착된다.
다음으로, 챔버의 가스 밸브를 열고 질소 또는 불활성 기체를 주입한다(S105). 이와 같은 공정에 의해, Al-전구체 반응물 중 하부 전극의 표면에 흡착되지 않은 분자들은 모두 제거된다.
다음으로, 챔버의 가스 밸브를 열고 H2O 기체를 주입한다(S107). 이 때, H2O 기체가 기판에 흡착되어 있는 Al-전구체 반응물과 표면 반응하여 알루미늄옥사이드박막이 성장되어 휘발성 부산물이 생성된다.
그 다음, 챔버의 가스 밸브를 열고 질소 또는 불활성 기체를 주입한다(S109). 상기 S105 단계에서 설명한 바와 동일하게 이 단계에서 여분의 H2O분자들을 포함한 Al-전구체와 H2O 간의 휘발성 반응 생성물이 제거된다.
바람직하게는, 상술한 일련의 공정(S103 내지 S109)을 수회 반복하여 실시함으로써 원하는 알루미늄옥사이드 박막의 두께를 얻을 수 있다.
이와 같은 원자층 증착법에 의해 형성된 절연막(14)은 상기 공정(S103 내지S109)의 한 사이클을 몇 번 실시하는가에 따라서 증착 두께가 달라진다. 또한, 한 사이클에 따른 증착 시간은 전구체들의 주입량이 얼마인지에 따라서 결정된다.
그리고, 전구체들의 주입량은 기판(10)의 크기에 좌우되는 양이다. 한편, 원자층 증착법으로 알루미늄옥사이드 절연막을 형성하는 경우에는, 알루미늄옥사이드의 성장 속도가 빠르고, 주입해야하는 전구체의 양이 적어도 대면적 기판에 균일하게 박막이 성장되기 때문에 종래의 기술인 애노다이징 기술 보다 짧은 증착 시간을 확보할 수 있다.
이와 같이 증착 시간 면에서의 감축 효과는 생산성 향상에 도움을 줄 수 있는데, 참고로 5인치의 대각선을 갖는 기판에서, 동일한 두께로 종래의 애노다이징 기술과 본 실시예에 의한 원자층 증착법으로 절연막을 형성했을 때의 시간을 비교하면, 원자층 증착법의 경우가 애노다이징에 의한 경우 보다 1/3 정도 감소된 것으로 확인되었다.
이와 같이 형성된 절연막(14)의 상부에는 상부 전극(16)이 형성되어, MIM 에미터가 제조된다.
한편, 상술한 하부 전극(12)과 절연막(14)을 형성하는 공정은 동일 챔버내에서 연속공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 전극으로 알루미늄막, 절연막을 알루미늄옥사이드막으로 사용하는 경우, 챔버 내에서 알루미늄을 형성한 후, 알루미늄이 형성된 기판을 공기 중에 노출하지 않고 연속공정으로 도 2의 절연막 증착공정을 실시할 수 있다.
이 경우, 하부 전극과 절연막 사이의 계면 특성이 향상되어 전자를 포획하거나 산란 시키는 결함이 줄어들어 상부 전극으로의 터널링을 증가시켜 방출효율이 향상될 수 있으며, 절연막 파괴로 인한 소자의 파손도 막을 수 있다.
한편, 도면에서의 막두께 등은 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되어진 것이다. 또한 어떤 막이 다른 막 또는 기판 "상" 에 있다고 기재된 경우, 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 기판상에 직접 접촉하여 존재 할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다.
결론적으로, 본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 상기 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 간단한 공정방법이 가능하고 공정 시간이 단축되며 특성이 우수한 에미터를 갖는 전계 방출 소자를 제조할 수 있다.
또한, 애노다이징에 의해서 절연막을 형성하지 않고 원자층 증착법을 이용함으로써 다양한 종류의 하부 전극을 사용할 수 있고, 우수한 절연막을 형성함으로써, 하부 전극과 절연막 간의 계면 특성이 향상되어 전자를 트랩(Trap)하거나, 산란시키는 결함(Defects) 들이 적어 상부 전극으로의 방출 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 원자층 증착법에 의한 절연막의 형성은 400℃ 이하에서 가능하므로 저가격, 대면적의 유리 기판 사용에 전혀 제한을 받지 않게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전자 방출소자의 특성을 향상시키는 것과 더불어, 저가격, 대면적화가 용이한 전계방출 디스플레이를 제조할 수 있는 효과가 있다.
Claims (15)
- 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계와;상기 제 1 전극 상에 트레블링 웨이브 리액터 타입, 리모트 플라즈마 원자층 증착법, 및 다이렉트 플라즈마 원자층 증착법 중 선택된 하나의 원자층 증착법으로 알루미늄 전구체와 산소 전구체들간의 표면화학반응을 통하여 알루미늄옥사이드의 절연막을 형성하는 단계와;상기 절연막 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상기 알루미늄 전구체는 트리메틸알루미늄 또는 트리에틸알루미늄, 상기 산소 전구체는 물(H2O), 오존 또는 산소 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 ITO막인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 제1항에 있어서 상기 제 1전극은 2중막으로 금속막과 기타 전도성 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연막은 30 내지 200Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극을 형성하는 단계 및 상기 절연막을 형성하는 단계는 챔버 내에서 연속공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 알루미늄으로 형성하고, 상기 절연막은 알루미늄옥사이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 절연막을 형성하는 단계는,상기 제 1 전극이 형성된 상기 기판을 챔버 내에 배치하는 제 1 단계;운반기체와 함께 트리메틸알루미늄을 챔버 내에 주입하여 상기 제 1 전극 상에 알루미늄 전구체 반응물을 흡착하는 제 2 단계;질소 또는 불활성 기체를 주입하여 미흡착 분자들을 제거하는 제 3 단계;물 또는 오존을 주입하여 상기 트리메틸알루미늄과 표면화학반응을 통해 알루미늄옥사이드 박막을 형상하는 제 4 단계; 및질소 또는 불활성 기체를 주입하여 미흡착 분자들을 제거하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 절연막을 형성하는 단계는, 상기 제 1 내지 제 5 단계를 복수 회 반복 실시하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터 제조방법.
- 기판 상에 형성된 제 1 전극과;상기 제 1 전극 상에 원자층 증착법으로 알루미늄 전구체와 산소 전구체들간의 표면화학반응을 통하여 알루미늄옥사이드로 형성된 절연막과;상기 절연막 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 ITO막인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터.
- 제 11 항에 있어서, 상기 절연막은 30 내지 200Å 두께인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터.
- 제11항에 있어서, 상기 제 1전극은 2중 막이며, 금속막 위에 기타 다른 전도성 박막이 위치하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터
- 제 11 항에 있어서, 상기 알루미늄전구체는 트리메틸알루미늄 또는 트리에틸알루미늄, 상기 산소 전구체는 물(H2O), 오존 또는 산소 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 MIM 에미터.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5374570A (en) * | 1989-03-17 | 1994-12-20 | Fujitsu Limited | Method of manufacturing active matrix display device using insulation layer formed by the ale method |
| JPH08180794A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Hitachi Ltd | 面状冷陰極の構造，駆動方法、およびそれを用いた電子線放出装置 |
| JPH097499A (ja) * | 1995-06-14 | 1997-01-10 | Akira Tazaki | Ｍｉｍ／ｍｉｓ電子源およびその製造方法 |
| KR20010063475A (ko) * | 1999-12-22 | 2001-07-09 | 박종섭 | 반도체 소자의 캐패시터 제조방법 |
| KR20020094933A (ko) * | 2001-06-13 | 2002-12-18 | 닛본 덴기 가부시끼가이샤 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
-
2002
- 2002-05-08 KR KR10-2002-0025366A patent/KR100464007B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5374570A (en) * | 1989-03-17 | 1994-12-20 | Fujitsu Limited | Method of manufacturing active matrix display device using insulation layer formed by the ale method |
| JPH08180794A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Hitachi Ltd | 面状冷陰極の構造，駆動方法、およびそれを用いた電子線放出装置 |
| JPH097499A (ja) * | 1995-06-14 | 1997-01-10 | Akira Tazaki | Ｍｉｍ／ｍｉｓ電子源およびその製造方法 |
| KR20010063475A (ko) * | 1999-12-22 | 2001-07-09 | 박종섭 | 반도체 소자의 캐패시터 제조방법 |
| KR20020094933A (ko) * | 2001-06-13 | 2002-12-18 | 닛본 덴기 가부시끼가이샤 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
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