KR100586740B1 - 탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법 - Google Patents

탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100586740B1
KR100586740B1 KR1020030089373A KR20030089373A KR100586740B1 KR 100586740 B1 KR100586740 B1 KR 100586740B1 KR 1020030089373 A KR1020030089373 A KR 1020030089373A KR 20030089373 A KR20030089373 A KR 20030089373A KR 100586740 B1 KR100586740 B1 KR 100586740B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electron beam
electrode
conductive substrate
carbon nanotubes
metal film
Prior art date
Application number
KR1020030089373A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050057713A (ko
Inventor
김대용
최상국
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020030089373A priority Critical patent/KR100586740B1/ko
Publication of KR20050057713A publication Critical patent/KR20050057713A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100586740B1 publication Critical patent/KR100586740B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/06—Electron sources; Electron guns
    • H01J37/073—Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path

Abstract

본 발명은 자기 정렬된 카본나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로소스, 전자빔 마이크로소스 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 캐소드 전극으로 사용되는 전도성 기판, CNT 에미터, 그라운드 전극을 포함하고, 전도성 기판 상부에 CNT 에미터를 에워싸는 마이크로 캐비티를 형성하고 CNT 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 형성되되, CNT 에미터는 금속 촉매의 표면으로부터 상기 전도성 기판과 수직한 방향으로 성장되어 홀의 중앙부에 자동 정렬된 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스를 제공한다.
탄소나노튜브(CNT) 팁(Tip), 전계방출소자, 전자빔 마이크로컬럼, 자기정렬(Self-aligned) 소스 팁, 전자렌즈(Electrostatic Lens)

Description

탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔 마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법{E-Beam Micro-Source Using CNT tip, E-Beam Microcoulum module and method thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스의 개략적인 구성도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스를 제작하기 위한 공정 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스에 부착되는 구조물의 제작방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 도 4g의 공정 진행 이후 실리콘 멤브레인의 일예에 대한 사시도이다.
본 발명은 자기 정렬된 카본나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로소스, 전자빔 마이크로소스 컬럼모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전 계 방출과 정전 전자렌즈를 기반으로 하는 캐소드, 디스플레이 및 진공 마이크로 전자소자(Vacuum Microelectronic Devices)들에 응용할 수 있도록 마이크로 크기의 미소화(Micro-miniaturization)한 전자빔 마이크로 소스와 전자빔 마이크로 컬럼모듈 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
종래 기술은 텅스텐 팁(Tungsten Tip)을 사용한 STM(Scanning Tunneling Microscope)에 정렬된 전계방출(SAFE: STM Aligned Field Emission) 마이크로 전자빔소스(Electron Beam Source)로 사용하여 전자빔 마이크로 컬럼(Electron Beam Microcolumn)을 제작하여 사용되었다.
또한, 전자빔 마이크로 소스(Electron Beam Source)는 단결정 텅스텐 팁, 단결정 실리콘 기판과 유전체 박막인 파이렉스 등으로 구성되어 있으며, 이들 부품은 팁 가공 공정 및 MEMS 가공기술을 이용하여 각 각을 독립적으로 가공하고, 애노딕본딩(Anodic Bonding)기술을 이용하여 그 부품을 접합시켜 결합하여 모듈로 구성하여 사용하였다.
그런데, 이와 같은 종래 기술의 텅스텐 팁에 마이크로 컬럼모듈에 정렬된 전계방출(Field Emission) 마이크로 전자빔소스(Electron Beam Source)는 단결정 텅스텐 팁, 단결정 실리콘 기판과 유전체 박막인 파이렉스 등으로 구성되어 있으며, 이들 부품은 팁 가공 공정 및 반도체공정인 MEMS 가공기술을 이용하여 각각을 독립적으로 가공할 수가 있어서 부품의 개별 성능을 높일 수 있지만 그 부품을 결합하여 모듈로 구성할 경우, 애노딕본딩(Anodic Bonding)기술을 이용하여 접합시킴으로 팁의 위치, 부품 사이의 간격, 정렬 오차 등이 발생하여 완성된 모듈인 마이크로 전자빔소스들의 성능이 저하되거나 특성이 달라지는 문제점이 있었다.
또한, 마이크로 전자빔소스들이 어레이 구조로 배열되어 사용되기 때문에 완성된 마이크로 전자빔소스 모듈의 특성이 균일하여야 하며 제작공정이 용이해야 일반적으로 사용될 수 있음에도 종래 기술은 그렇지 못한 문제점이 있었다.
따라서 본 발명이 이루고자하는 기술적인 과제는 전자빔 방출 팁인 에미터와 엑스트렉터(Extractor) 전자렌즈의 전극과의 간격 조정과 정렬을 용이하게 하며, 알려진 반도체 공정기술을 이용하여 간편하게 제작할 수 있는 구조와 방법을 제공하는데 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면은 캐소드 전극으로 사용되는 전도성 기판; 전도성 기판 상의 일정 영역에 순차적으로 형성된 베리어 메탈막, 촉매금속막 및 CNT 에미터; 상기 전도성 기판 상부에, 상기 베리어 메탈막, 촉매 금속막 및 CNT 에미터를 둘러싸는 구조로 형성되어 쉴드 시켜주기 위한 그라운드 전극; 및 전도성 기판 상부에, 상기 베리어 메탈막, 촉매금속막 및 CNT 에미터를 에워싸는 마이크로 캐비티를 형성하고 상기 CNT 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 형성되며 상기 전도성 기판으로부터 차례로 형성된 절연막, 엑스트렉터 전극을 구비하는 구조물을 포함하여 구성되되, CNT 에미터는 상기 금속 촉매의 표면으로부터 상기 전도성 기판과 수직한 방향으로 성장되어 상기 홀의 중앙부에 자동 정렬된 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 상술한 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스; 상기 엑스트렉터 전극을 에워싸게 되고 상기 CNT 에미터로 부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 형성되며 상기 엑스트렉터 전극으로부터 차례로 형성된 절연막, 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극을 에워싸게 되고 상기 CNT 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 형성되며 상기 애노드 전극 전극으로부터 차례로 형성된 절연막, 빔리미터 전극을 포함하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로컬럼 모듈를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스의 제조 방법에 있어서, 전도성 기판 상의 절연막, 그라운드전극을 증착하여 둥근 고리 모양으로 패터닝하는 단계; 상기 전도성 기판과 마이크로 캐비티 형상을 가지고 상기 CNT 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 절연막, 엑스트렉터 전극이 차례로 형성된 구조물을 상기 전도성 기판에 에노딕 본딩하는 단계; 상기 홀을 통하여 전도성 기판 상부 일영역에 베리어 금속막과 촉매 금속막을 선택적으로 형성하는 단계; 및 상기 금속 촉매막의 표면으로부터 상기 전도성 기판과 수직한 방향으로 상기 CNT를 성장시키는 단계를 포함하며, 상기 CNT는 상기 홀의 중앙부에 자동 정렬되는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스의 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 탄소 나노 튜브(CNT)를 이용한 전계 방출 소자 형태인 전자빔 마이크로소스는 전도성 기판(110)을 캐소드 전극으로 사용하고, 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 베리어 메탈막(140), 촉매금속막(150), CNT기둥인 CNT 에미터(160), 전도성 기판(110)과 단결정 실리콘 멤브레인(180)사이에 위치하여 전기적 고립을 위한 파이렉스 절연막(170), 에미터 전극 주위를 쉴드(Shield) 시켜주는 산화막(120), 그리고 그 상에 형성된 폴리실리콘 박막의 그라운드 전극(130), 방출된 전자빔을 제어하는 단결정 실리콘 박막의 엑스트렉터 전극(180)을 포함한다.
전도성 기판(110)은 모재로 작용하는 붕소(Boron)가 고농도(~1018/cm3 이상)로 도우핑(Doping)된 단결정 실리콘 기판을 사용하는 것이 가능하다. 전도성 기판(110)은 캐소드 전극으로 사용된다.
산화막(120)은 전도성 기판(110)의 일부분을 노출시키면서 형성되어 마이크로 케비티(Microcavity)와 전기적 고립을 위한 절연층이다.
전도성 기판(110)의 노출된 일부분 위로 선택적으로 단계별로 도포된 베리어 메탈(140)과 촉매금속막(150) 및 이에 접착되어 전도성 기판(110)과 수직 방향으로 성장시킨 탄소 나노 튜브 에미터(160)가 형성되어 있다. 촉매금속막(150)은 탄소 나노 튜브(CNT) 에미터(160)와 전도성 기판(110)을 전기적으로 연결시킨다.
CNT 에미터(160)와 엑스트렉터 전극(180)의 간격은 약 40um~100um 정도로 파이렉스 절연막(170)의 두께를 조절하거나, 성장된 탄소 나노 튜브의 길이와 패터닝에 의해 조절 가능하고, 또한, CNT 에미터(160)와 엑스트렉터 전극(180)이 공정 단계별로 중앙에 자동 정렬되므로 쉽게 자기 정렬(Self-aligned)된 전계 방출 소자를 제작할 수 있다.
한편, 베리어 메탈막(140)은 타이나이트라이드(TiN)을 주로 사용하며, 금속 촉매(150)가 직접 실리콘 표면에 닿을 경우 실리사이드가 형성되어 CNT성장을 방해하므로 이를 제거하기 위하여 실리콘 표면에 베리어 메탈막(140)을 먼저 증착 도포하고 난 후 연속적으로 촉매금속막(150)을 증착 도포한다. 촉매금속막(150)은 탄소 나노튜브가 성장하는 반응에서 촉매작용을 하는데, 주로 Ni, Fe, Co와 같은 전이 금속 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.
다음으로 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스의 제작방법을 상세히 설명한다. 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스를 제작하기 위한 공정 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 전도성 기판인 캐소드 전극(110)에 절연체인 산화막(120) 및 도프드(Doped) 다결정 실리콘 박막(130)을 CVD(Chemically Vapour Deposition)방법으로 박막을 각각 형성한다. 전도성 기판은 모재인 실리콘 기판에 붕소를 1018/cm3 이상으로 도핑한 실리콘 웨이퍼를 이용할 수 있다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 상기 전체 구조 상에 포토레지스트막(132)을 증착하고 마스크(134)를 이용하여 노광하고 포토 레지스트막(132)을 이용하여 패터닝한 후, 이방성 에칭을 통하여 예컨대 둥근 고리 모양의 그라운드 전극(130) 및 산화막(120)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 상기 기판 상에 U자 형상의 구조물을 에노닉 본딩(Anodic Bonding)으로 부착한다. U자 형상의 구조물은 파이렉스 절연막(170), 단결정 실리콘 멤브레인의 엑스트렉터 전극(180) 및 파이렉스 절연막(190)을 포함하여 구성된다.
구체적으로는, 파이렉스 절연막(170), 단결정 실리콘 멤브레인의 엑스트렉터 전극(180) 및 파이렉스 절연막(190)을 순서적으로 에노딕 본딩으로 구조물을 부착한다. 부착하는 구체적인 방법은 상세히 후술한다. 멤브레인의 홀(10)을 통해서 마이크로 케비티 내부에 알루미늄(Al)입자가 들어가지 않도록 적당한 각도의 사각 앵글(Glancing Angle)로 알루미늄(Al) 박막 증착 공정을 수행하여 마이크로케비티 내부로 알루미늄(Al) 박막이 증착되지 않도록 한다. 이러한 고정을 통해서 알루미늄막(192)이 형성된다.
한편, 실리콘 기판(110) 상의 CNT 에미터와 엑스트렉터 전극사이의 간격인 약 50um를 파이렉스 박막(170)의 두께로 조절할 수 있다.
다음으로, 도 2e를 참조하면, 마이크로케비티 내부의 멤브레인의 홀(Hole)의 수직방향으로 노출된 전도성 기판(110)위에 실리사이드막이 형성되는 것을 억제하기 위해 베리어 메탈(140)과 CNT가 선택적으로 성장할 수 있는 촉매금속막(150)를 멤브레인 홀(10)과 수직한 방향으로 단계별로 증착시킨다.
이를 상세히 설명하면, 마이크로케비티 내부의 노출된 전도성 기판(110) 위의 베리어 메탈막(140)/촉매금속막(150)는 금속 박막 증착 공정을 통해 패턴의 한쪽면 일부(10um 이내의 크기의 돗(Dot))에 선택적으로 도포할 수 있다. 한쪽면 일부에 베리어 메탈(140)/촉매금속막(150)를 선택적으로 증착하기 위해서는 도 2e에서 보는 바와 같이 먼저 수 나노미터 두께의 베리어 메탈/금속 박막을 증착시킨 후, 선택적 식각을 통해 한쪽 일부에만 베리어 메탈막/촉매 금속막가 남아 있게 하거나, 도 2d에서와 같이 적당한 사각 각도의 글랜싱 앵글(Glancing Angle) 금속 박막 증착 공정을 사용할 수 있다.
이와 같이 제조된 촉매금속막(140)은 전도성 기판(110)과 전기적으로 접촉되어 있다. 이때, 한쪽면 일부(10um 이내 크기의 돗(Dot))의 면적은 한가닥의 CNT가 생성될 수 있도록 크기에 따라 패턴 공정을 통하여 자유롭게 제어할 수 있다. 반면, 베리어 메탈막/촉매금속막의 두께는, CNT가 일부(10um 이내 크기의 돗(Dot))에만 수평 방향으로 선택적으로 성장시키기 위해서 수 나노미터 이하로 하는 것이 바람직하다. 베리어 메탈막/촉매금속막의 두께가 두꺼우면, 탄소 나노 튜브가 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 성장할 수 있기 때문에 가능한 한 두께가 작을수록 이후의 공정에 유리하다.
도 2f를 참조하면, 마이크로케비티 내부의 노출된 단결정 실리콘 기판(110)위의 베리어 메탈막(140)/촉매금속막(150)만을 남기고 식각한다.
도 2g를 참조하면, 모재의 전도성 기판(110)에 600V 내지 700V의 DC Bias를 인가할 수 있는 열화학 증착법 또는 플라즈마 화학 증착법을 사용하여 탄소 나노 튜브(160)를 전도성 기판(110)의 표면과 수직 방향으로 성장하도록 유도시킨다.
이 때, 성장된 CNT 에미터(160)의 길이는 불규칙하지만, 부도체 보호막(예컨대, Silicon-on-glass)을 도포하여 리소그라피 및 식각 과정을 통하여 불균일하게 성장한 CNT 에미터(160)의 길이를 정형화시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 마이크로소스 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 전자빔 마이크로소스 모듈은 도 1의 전자빔 마이크로소스에 추가적으로 애노드 전극(200), 스페이서 기능을 수행하는 파이렉스 절연막들(210, 230) 및 빔리미터 전극(220)을 포함하여 진공 패키징되어 구성된다. 전자빔 마이크로 소스에 추가적으로 부착되는 애노드 전극(200), 파이렉스 절연막들(210, 230) 및 빔리미터 전극(220)은 에노닉 본딩(Anodic Bonding)으로 부착가능하다.
파이렉스 절연막(210)과 애노드 전극(200)은 엑스트렉터 전극(180)을 에워싸 고 CNT 에미터(160)로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀(20)을 구비하는 구조로 형성되며, 파이렉스 절연막(230)과 빔리미터 전극(220)은 애노드 전극(200)을 에워싸고 CNT 에미터(160)로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀(30)을 구비하는 구조로 형성된다.
한편, 상기에서는 칩 크기의 단일 전자빔 마이크로컬럼 모듈로 구성하는 경우에 대해서만 설명하고 있지만, 칩 하나에 여러개의 전자빔 마이크로컬럼 모듈을 어레이 구조로 구성할 수도 있고 웨이퍼 스케일로 확장할 수도 있다. 예컨대 칩하나에 여러개의 전자빔 마이크로컬럼 모듈을 어레이 구조로 형성하는 구조에서는 동일한 실리콘 기판을 캐소드 전극으로 하고 단결정 실리콘 멤브레인의 엑스트렉터 전극 등은 일체형으로 제작하여 에노닉 본딩(Anodic Bonding)으로 부착하고, 애노드 전극, 빔리미터 전극 등도 모두 일체형으로 제작하여 에노드 본딩하여 부착하는 방식을 이용할 수 있다.
다음으로, 첨부한 도 4a 내지 도 4i를 참조하여 에노딕 본딩을 사용하여 전술한 U자 형상의 구조물을 제조하는 방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 전극으로 사용하는 경우 소정의 도핑이 되어 있는 실리콘 기판(300) 상에 절연막(310)을 형성한다. 예컨대 에노드 전극으로 이용하기 위해서 실리콘 기판은 고농도(~1018/cm3 이상)로 도핑된 단결정 실리콘 멤브란 박막을 사용한다. 다음으로, 식각마스크(312)를 이용하여 절연막(310) 및 실리콘 기판(300)의 일부를 식각한다. 식각된 부위는 도면부호 315로 나타내었다. 다 음으로, 전체적으로 절연막(310)을 식각하고 그 후에 다시 절연막을 기판의 상부면 및 하부면 전체에 증착하여 각각 상부절연막(320) 및 하부 절연막(340)을 형성한다.
도 4d를 참조하면, 하부 절연막(340) 상에 식각 마스크(322)를 이용하여 하부 절연막(340) 및 실리콘 기판(300)을 식각한다. 이 때 도면부호 315의 식각부위가 하부절연막(340)으로부터 노출될 수 있도록 식각하여 실리콘 멤브레인 형상의 구조를 갖도록 한다.
도 4e는 하부 절연막(340) 및 실리콘 기판(300)을 식각한 이후의 상황을 도시하고 있다. 즉, 식각 부위(315)가 노출되어 있다. 다음으로 하부 절연막(340) 및 상부 절연막(320)을 식각하여 식각부위(315)가 형성된 실리콘 멤브레인(300) 만 잔류하게 된다. 도 4f는 실리콘 멤브레인 만 잔류한 상황을 도시하고 있다. 도 5는 도 4f의 공정 진행 이후 실리콘 멤브레인의 일예에 대한 사시도이다.
도 4g를 참조하면, 실리콘 멤브레인(300)의 상부에 피렉스 절연막(350)을 본딩한다. 실리콘 기판(300)을 열판(400) 상부에 올려놓고 피렉스 절연막(350)과 열판(400) 사이에 전압을 인가한다. 이 때 인가되는 DC 전압은 약 -450 ~ -400V정도이고, 열판의 온도는 350 ~ 400℃ 정도이다.
도 4h를 참조하면, 피렉스 절연막과 실리콘 멤브레인이 본딩된 도 4g의 구조물들을 서로 본딩할 수도 있다. 이 때 인가되는 DC 전압은 약 -600 정도이고, 열판의 온도는 600 ~ 700℃ 정도이다.
다음으로, 도 2를 참조하여 전계 방출 마이크로전자빔 소스 모듈의 동작원리를 설명한다.
1~2kV의 음전압을 캐소드 전극(110)으로 CNT 에미터(160)에 인가하고 엑스트렉터전극(180)에 300-500V의 전압을 인가하고, 아노드 전극(200)과 빔리미터 전극(220)에 각각 0-100V를 인가하여 동작시키면 CNT 에미터(160)에서 방출된 전자빔이 엑스트렉터 전극(220)에 있는 원통형 홀(30)을 통하여 가속되어 아노드 전극(200)의 홀(20)에 집속되고 빔리미터 전극(220)의 홀(30)을 통하여 방출되는 원리로서 전계 방출 마이크로 전자빔 소스로 사용할 수 있다.
한편, 상기한 구조에서 CNT 에미터에서 방출된 전자빔들이 통과하는 전극의 주변이나 통로 측벽에 차징(Charging)되어 있으면 전자빔이 통과하는 내부의 전위가 달라져 오동작하게 되므로 이를 방지하기 위해서 전도성이 좋은 고농도 (~1018/cm3 이상)로 도핑된 단결정 실리콘 기판이나 멤브레인 박막을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 전계 방출 마이크로 전자빔 소스를 이용하면, 전계 방출과 정전 전자렌즈를 기반으로 하는 캐소드, 디스플레이 및 진공 마이크로 전자소자(Vacuum Microelectronic Devices)들에 응용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, CNT 에미터를 증착 공정을 통해 모재에 부착시킴으로써, 이후의 반도체 공정을 자유롭게 적용시킬 수 있게 되어 CNT 팁 전계방출 소스 에미터(Emitter)와 자동 정렬되어 공정된 고정세 박막형 단 결정 실리콘 멤브랜 들을 각각 엑스트랙터전극, 에노드전극과 리미터전극으로 사용하여 고밀도 전자 방출을 조절가능하게 된다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
(1) Dot 크기의 금속촉매가 엑스트렉터 렌즈의 구멍 중앙부에 위치하여 에미터 전극인 수직으로 성장한 CNT 소스의 팁이 엑스트렉터 렌즈에 자동으로 정렬되기 때문에 종래기술로 개별 부품을 별도로 가공하여 애노닉본딩 방법으로 제작되는 마이크로 소스보다 정밀하게 정렬됨으로 공정방법이 간단하고 정확한 효과가 있다.
(2) 전계방출과 정전 전자렌즈를 기반으로 하는 캐소드(Cathode), 디스플레이(Display) 및 마이크로전자소자(Vacuum Microelectronic Devices)들은 일반적으로 어레이 구조로 구성되기 때문에 이 분야에 응용할 수 있도록 하기 위해서는 제작된 마이크로 미소화(Micro-miniaturization)한 전자빔 마이크로 소스(E-beam Microsource)들의 특성이 균일해야 하는 바, 본 발명은 널리 알려진 반도체 양산공정을 이용할 수 있어 수율이 높은 균일도를 쉽게 얻을 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 반도체 평면 공정(Planar Process Technology) 등과 같은 안정화된 반도체 공정을 이용할 수 있어 관련 공정 기술을 별도로 개발할 필요가 없으므로, 제조 비용이 저렴하고 간단해지는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 캐소드 전극으로 사용되는 붕소가 1010/cm3 ~ 1020/cm3으로 도핑된 실리콘 웨이퍼인 전도성 기판;
    상기 전도성 기판 상의 일정 영역에 순차적으로 형성된 베리어 금속막, 촉매금속막 및 탄소나노튜브 에미터;
    상기 전도성 기판 상부에, 상기 베리어 금속막, 촉매 금속막 및 탄소나노튜브 에미터를 둘러싸는 구조로 형성되어 쉴드 시켜주기 위한 그라운드 전극; 및
    상기 전도성 기판 상부에, 상기 베리어 금속막, 촉매 금속막 및 탄소나노튜브 에미터를 에워싸는 마이크로 캐비티를 형성하고 상기 탄소나노튜브 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 형성되며 상기 전도성 기판으로부터 차례로 형성된 절연막, 엑스트렉터 전극을 구비하는 구조물을 포함하여 구성되되,
    상기 탄소나노튜브 에미터는 상기 금속 촉매의 표면으로부터 상기 전도성 기판과 수직한 방향으로 성장되어 상기 홀의 중앙부에 자동 정렬된 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라운드 전극과 상기 전도성 기판 사이에는 추가로 절연막이 더 포함된 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑스트렉터 전극 상부에는 절연막이 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베리어 금속막과 촉매 금속막의 두께는, 상기 탄소나노튜브가 일부에만 수직 방향으로 선택적으로 성장시키기 위해서 9.9 나노미터 이하로 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 에미터와 상기 엑스트렉터 전극의 간격은 40um~100um 정도인 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 베리어 금속은 타이나이트라이드(TiN)이며, 상기 촉매 금속막은 Ni, Fe, Co 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 기판과 상기 절연막 및 엑스트렉터 전극을 구비하는 구조물은 에노딕본딩으로 부착된 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연막 및 엑스트렉터 전극을 구비하는 구조물에서 상기 엑스트렉터 전극은 실리콘 멤브레인 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 하나의 항에 의한 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스;
    상기 엑스트렉터 전극을 에워싸되고 상기 탄소나노튜브 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 형성되며 상기 엑스트렉터 전극으로부터 차례로 형성된 절연막, 애노드 전극; 및
    상기 애노드 전극을 에워싸되고 상기 탄소나노튜브 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 형성되며 상기 애노드 전극 전극으로부터 차례로 형성된 절연막, 빔리미터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로컬럼 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극에는 1~2kV의 음전압을 인가하고, 상기 엑스트렉터 전극에는 300-500V의 전압을 인가하고, 상기 아노드 전극과 상기 빔리미터 전극에 각각 0-100V를 인가하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로컬럼 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로컬럼 모듈은 칩 하나 또는 웨이퍼에 여러개의 전자빔 마이크로컬럼 모듈을 어레이 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로컬럼 모듈.
  13. 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스의 제조 방법에 있어서,
    붕소가 1010/cm3 ~ 1020/cm3으로 도핑된 실리콘 웨이퍼인 전도성 기판 상의 절연막, 그라운드전극을 증착하여 둥근 고리 모양으로 패터닝하는 단계;
    상기 전도성 기판과 마이크로 캐비티 형상을 가지고 상기 탄소나노튜브 에미터로부터 방출된 전자를 관통할 수 있는 홀을 구비하는 구조로 절연막, 엑스트렉터 전극이 차례로 형성된 구조물을 상기 전도성 기판에 에노딕 본딩하는 단계;
    상기 홀을 통하여 전도성 기판 상부 일영역에 베리어 금속막과 촉매 금속막을 선택적으로 형성하는 단계; 및
    상기 금속 촉매막의 표면으로부터 상기 전도성 기판과 수직한 방향으로 상기 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하며,
    상기 탄소나노튜브는 상기 홀의 중앙부에 자동 정렬된 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는 상기 전도성 기판에 600 내지 700 V 바이아스를 걸어주는 열화학 증착법 또는 플라즈마 화학 증착법을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 베리어 금속막과 촉매 금속막을 선택적으로 형성하는 단계는, 9.9 나노미터 두께의 베리어 메탈/금속 박막을 증착시킨 후 선택적 식각을 통해 한쪽 일부에만 베리어 메탈/금속 촉매가 남아 있게 하거나, 사각 각도의 글랜싱 앵글(Glancing Angle) 금속 박막 증착 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브를 이용한 전자빔 마이크로소스의 제조방법.
KR1020030089373A 2003-12-10 2003-12-10 탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법 KR100586740B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030089373A KR100586740B1 (ko) 2003-12-10 2003-12-10 탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030089373A KR100586740B1 (ko) 2003-12-10 2003-12-10 탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050057713A KR20050057713A (ko) 2005-06-16
KR100586740B1 true KR100586740B1 (ko) 2006-06-08

Family

ID=37251434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030089373A KR100586740B1 (ko) 2003-12-10 2003-12-10 탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100586740B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100950915B1 (ko) 2008-06-17 2010-04-01 삼성전기주식회사 웨이퍼 레벨 카메라 모듈 및 그 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008041289A (ja) * 2006-08-02 2008-02-21 Hitachi High-Technologies Corp 電界放出型電子銃およびそれを用いた電子線応用装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100950915B1 (ko) 2008-06-17 2010-04-01 삼성전기주식회사 웨이퍼 레벨 카메라 모듈 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050057713A (ko) 2005-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6762543B1 (en) Diamond diode devices with a diamond microtip emitter
JP4648807B2 (ja) カーボンナノチューブエミッタ及びその製造方法とそれを応用した電界放出素子及びその製造方法
US7274138B2 (en) Spacers for field emission displays
KR100480773B1 (ko) 카본 나노 튜브를 이용한 3극 전계방출소자의 제작방법
JPH0595140A (ja) ドープされた半導体材料から成る導電性先端の製造方法
US5627427A (en) Silicon tip field emission cathodes
KR100438835B1 (ko) 기판에서 들뜬 구조물의 형성 방법 및 이를 적용한 들뜬구조의 게이트 전극 및 ｆｅｄ 제조방법
JPH07192616A (ja) シリコンフィールドエミッタアレイの製造方法
KR100243990B1 (ko) 전계방출 캐소드와 그 제조방법
KR100586740B1 (ko) 탄소나노튜브 팁을 이용한 전자빔 마이크로 소스, 전자빔마이크로컬럼 모듈 및 그 제작 방법
JPH08329824A (ja) 電界放射型冷陰極装置及びその製造方法
US6246069B1 (en) Thin-film edge field emitter device
JP3579127B2 (ja) 電界電子放出素子、この電界電子放出素子を用いた電子放出源および平面ディスプレイ装置、および電界電子放出素子の製造方法
JP3223650B2 (ja) 電界放出カソード
KR100486613B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 전자빔 소스 모듈 및 그 제조 방법
JPH06111712A (ja) 電界放出陰極およびその製法
JP3221425B2 (ja) 微小開口の形成方法及び電界放出型冷陰極の製造方法
EP1755137A1 (en) A method of forming a carbon nanotube emitter, carbon nanotube emitter with applications in nano-printing and use thereof
RU2678192C1 (ru) Способ изготовления полевого эмиссионного элемента
JPH0362432A (ja) 電界放射装置の形成方法およびその方法で形成された電界放射装置
JPH03295130A (ja) 電子放出素子
KR100290136B1 (ko) 전계방출소자제조방법
KR100628961B1 (ko) 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법
KR100286454B1 (ko) 전계방출 이미터 및 그 제조방법
JPH1154025A (ja) 冷電子放出素子及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110511

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee