KR100880562B1 - 진공 채널 트랜지스터 및 전계 방출형 평판 표시 장치 - Google Patents
진공 채널 트랜지스터 및 전계 방출형 평판 표시 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공 채널 트랜지스터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 진공 채널 트랜지스터는 반도체 기판, 반도체 기판상에 형성된 채널 절연층, 채널 절연층 상에서 진공채널을 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 소스 및 드레인, 채널 절연층 밑에 형성된 게이트, 및 소스와 게이트 사이 영역의 채널 절연층 상에 형성된 전자 방출층을 포함한다.
본 발명에 의해 작은 크기의 게이트 전압으로도 드레인으로 전달되는 전자의 양을 증가시켜 진공 전계 트랜지스터의 전류 특성을 향상시킬 수 있고, 전계 방출형 평판 표시 장치의 전류 특성을 향상시켜 영상의 밝기 및 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
진공 채널 트랜지스터, 전계 방출 표시장치, 평판 디스플레이, 2차 전자 방출
Description
본 발명은 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공 채널 트랜지스터에 관한 것이다.
도 1은 종래의 진공 채널 트랜지스터(100)를 나타낸 도면이다. 진공 채널을 사이에 두고 소스(103)와 드레인(104)이 형성되고, 소스(103)와 드레인(104) 아래에 얇은 채널 절연체(102)가 형성되고, 그 밑에 일정한 폭으로 게이트(105)가 형성되어 있다. 게이트(105)와 소스(103) 사이에 전압이 인가되면, 소스(103)에서 전자가 방출되고, 소스(103)와 드레인(104) 사이의 전압에 의해 전자가 드레인(104)으로 전달되어 소스(103)와 드레인(104) 사이에 전류가 흐른다. 이때, 소스(103)와 드레인(104) 사이에 전자가 이동하는 공간은 진공상태이다.
도 2는 종래의 수직형 진공 채널 트랜지스터(200)의 단면도이다. 이러한 수직 구조에 있어서는 수직으로 형성된 진공 채널을 사이에 두고 상부에 드레인(204)이 형성되고, 하부에 소스(203)가 형성된다. 소스(203) 밑에는 채널 절연체(202)가 형성되고, 그 밑에 게이트(205)가 형성된다. 게이트(205)와 소스(203) 사이에 전압 이 인가되면 소스(203)로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자는 소스(203)와 드레인(204) 사이의 전압에 의해 진공 채널을 통해 드레인(204)으로 전달되어, 소스(203)와 드레인(204) 사이에 전류가 흐른다.
도 3은 종래의 전계 방출형 평판 표시 장치(300)의 단면도이다. 기존의 마이크로 팁(tip)을 이용한 캐소드 대신에 평면 형상의 캐소드(303) 구조를 채택하고, 캐소드 밑에 채널 절연층(302)이 형성되고, 채널 절연층(302) 밑에 게이트(305)가 형성되어 있다. 게이트(305)와 캐소드(303) 사이에 인가된 전압에 의해 캐소드(303)로부터 방출된 전자가 애노드(304)의 강한 전계에 의해 애노드(304)측으로 이동하고, 애노드(304)의 하면에 도포된 형광물질에 충돌하여 빛을 발생시킨다.
진공 채널 트랜지스터 및 전계 방출 표시 장치의 성능 향상을 위해 작은 게이트 전압으로도 소스와 드레인 사이의 전류를 크게할 것이 요구된다. 특히, 전계 방출 표시 장치에서는 드레인 전류가 증가할수록 표시 장치의 밝기가 밝아져 시인성이 좋아지는 효과를 얻을 수 있다.
[문헌 1] WO 99/049520 A1
[문헌 2] WO 99/049492 A1
본 발명은 작은 크기의 게이트 전압으로도 드레인으로 전달되는 전자의 양을 증가시켜 진공 전계 트랜지스터의 전류 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전계 방출형 평판 표시 장치의 전류 특성을 향상시켜 영상의 밝기 및 장치의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터는, 반도체 기판, 반도체 기판상에 형성된 채널 절연층, 채널 절연층 상에서 진공채널을 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 소스 및 드레인, 채널 절연층 밑에 형성된 게이트, 및 소스와 게이트 사이 영역의 채널 절연층 상에 형성된 전자 방출층을 포함한다.
여기서, 바람직하게는, 소스에서 전자가 방출되는 영역에 저일함수 물질이 도포될 수도 있다.
여기서, 바람직하게는, 채널 절연층의 소스 및 드레인 하부 영역의 두께는 나머지 영역의 두께보다 더 두꺼울 수도 있다.
여기서, 바람직하게는, 전자 방출층은 은(Ag) 또는 마그네슘(Mg)으로 형성될 수도 있다.
여기서, 바람직하게는, 전자 방출층은 소스에서 방출된 전자가 통과하여 드레인으로 도달할 수 있도록 동공을 포함할 수도 있다.
여기서, 바람직하게는, 게이트는 소스와 드레인 사이의 영역의 하부에 형성될 수도 있다.
여기서, 바람직하게는, 게이트는 소스측으로 치우쳐 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터는, 반도체 기판, 반도체 기판상에 형성된 채널 절연층, 채널 절연층상에 형성되고 중심부는 비워둔채 주변으로 연결된 소스, 소스 상부에 소스와 이격되어 형성된 드레인, 채널 절연층 밑에 형성된 게이트, 및 소스의 중앙 영역의 채널 절연층 상에 형성된 전자 방출층을 포함하고, 소스와 드레인 사이의 전자가 통과하는 공간은 진공상태이다.
여기서, 바람직하게는, 소스에서 전자가 방출되는 영역에 저일함수 물질이 도포될 수도 있다.
여기서, 바람직하게는, 전자 방출층은 은(Ag) 또는 마그네슘(Mg)으로 형성될 수도 있다.
여기서, 바람직하게는, 게이트는 소스의 중심부의 하부에 형성될 수도 있다
여기서, 바람직하게는, 게이트는 중심부는 비워둔채 주변으로 연결되어 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출형 평판 표시 장치는, 반도체 기판, 반도체 기판상에 형성된 채널 절연층, 채널 절연층상에 형성되고 중심부는 비워둔채 주변으로 연결된 캐소드, 캐소드 상부에 캐소드와 이격되어 형성되고, 하면에 형광물질이 도포된 애노드층, 채널 절연층 밑에 형성된 게이트, 및 캐소드의 중앙 영역의 채널 절연층 상에 형성된 전자 방출층을 포함하고, 캐소드와 애노드 사이의 전자가 통과하는 공간은 진공상태이다.
본 발명에 의해 작은 크기의 게이트 전압으로도 드레인으로 전달되는 전자의 양을 증가시켜 진공 전계 트랜지스터의 전류 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 전계 방출형 평판 표시 장치의 전류 특성을 향상시켜 영상의 밝기 및 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 동일한 구성요소는 동일한 식별부호를 이용하여 나타내었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터(400)를 나타낸 도면이다. 진공 채널 트랜지스터(400)는 반도체 기판(401), 채널 절연층(402), 소스(403), 드레인(404), 게이트(405) 및 2차 전자 방출층(406)을 포함한다. 반도체 기판(401)의 표면에 공지된 방법을 이용하여 게이트(405)가 형성되고, 그 위에 채널 절연층(402)이 형성된다. 채널 절연층(402)은 소스(403)와 게이트(405) 사이의 아크 방전을 방지하는 역할을 한다. 채널 절연층(405)은 그 두께를 충분히 얇게 함으로써 낮은 게이트 전압으로도 소스(403)의 전자 방출이 가능하게 할 수 있다. 다음으로, 채널 절연층(405) 상에 공지된 방법을 이용하여 소스(403) 및 드레인(404)이 서로 이격되어 형성된다. 소스(403)는 전자가 잘 방출될 수 있도록 낮은 일함수 특성을 갖는 물질인 것이 바람직하며, 전자 방출을 더욱 용이하게 하기 위하여 소 스(403)의 구성 물질보다 일함수(work function)가 더 낮은 물질이 소스(403)의 전자 방출 영역에 도포될 수도 있다. 또한, 소스(403)의 전자 방출 부위의 경계의 곡률 반경을 작게해 전계 강도를 증가시켜 전자 방출을 용이하게 할 수 있다. 소스(403)와 드레인(404) 사이의 공간은 통상의 트랜지스터와 같이 유전체로 채워지는 것이 아니라 실질적으로 진공상태이다. 이러한 진공 상태는 소스(403)와 드레인(404) 사이의 공간을 밀폐시키는 종래의 방법을 이용하여 획득할 수 있다. 이러한 진공 상태의 공간을 본 명세서에서는 진공 채널이라고 칭한다. 소스(403)로부터 방출된 전자는 진공 채널을 통해 드레인(404)으로 전달된다. 소스(403)와 드레인(404) 사이 영역의 채널 절연층(402) 상에 2차 전자 방출층(406)이 형성된다. 소스(403)로부터 방출된 전자는 드레인(404)으로 이동하는 도중에 2차 전자 방출층(406)에 충돌하게 되고, 이때의 충돌 에너지로 인해 2차 전자 방출층(406)에서도 전자가 방출된다. 따라서, 2차 전자 방출층(406)이 없는 경우에 비하여 동일한 게이트 전압으로 드레인(404)으로 전달되는 전자의 양을 증가시킬 수 있어 소자의 전류 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 동일한 전류 특성을 얻기 위해 게이트 전압을 낮출 수 있으므로 저전력 저전압 IC를 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 전체적인 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 진공 채널 트랜지스터를 전계 방출형 평판 표시 장치에 사용하는 경우 화소의 밝기를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터(500)를 나타낸 도면이다. 진공 채널 트랜지스터(500)는 도 4에 나타낸 진공 채널 트랜지스 터(400)와 달리, 채널 절연층(502)의 두께를 부분적으로 상이하게 한 것에 특징이 있다. 채널 절연층(502)의 두께는 소스(503) 및 드레인(504) 하부 영역에서 그 외의 영역에서보다 더 두껍다. 따라서, 소스(503)에서 전자가 방출되는 모서리의 높이가 증가됨으로써, 소스(503)에서 방출된 전자가 더욱 높은 비율로 2차 전자 방출층(506)에 충돌한다. 따라서, 2차 전자 방출층(506)으로부터 더욱 많은 전자가 방출되어 드레인(504)으로 전달되는 전자의 양이 증가한다. 또한, 도 5를 참조하면, 2차 전자 방출층(505)을 채널 절연층(505) 상에 별개의 층으로 형성함으로써, 전자 방출층(505)을 더욱 용이하게 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 진공 채널 트랜지스터(600)의 2차 전자 방출 현상을 설명하기 위한 도면이다. 소스(603)와 게이트(605) 사이의 전압에 의해 높은 전계가 형성되면 소스(603)에서 전자가 진공 터널링 현상에 의해 방출된다. 이러한 전자는 높은 속도를 가지고 방출하게 되며, 그러한 속도에 의해 2차 전자 방출층(606)에 충돌하게 되고, 이 충돌 에너지에 의해 2차 전자 방출층(606)에서 전자가 방출된다. 이렇게 소스(603)에서 방출된 전자와 2차 전자 방출층(606)에서 방출된 2차 전자는 이들의 이동 방향과 드레인(604)의 전계에 의해 드레인(604)으로 수집된다. 따라서, 드레인(604)으로 수집되는 전자의 양이 증가하는 효과가 있다.
이러한 2차 전자 방출 현상은 전자 또는 이온과 같이 전하를 가진 입자가 충분한 에너지를 가지고 물질에 충돌하면 그 물질의 표면에서 새로운 전자들이 방출되는 현상이다. 2차 전자 방출 효율이 좋은 물질로는 Ag(은), Mg(마그네슘) 등이 있다. 따라서, 2차 전자 방출층(606)을 은 또는 마그네슘 등의 금속으로 형성하는 경우 2차 전자 방출 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터(700)를 나타낸 도면이다. 이것은 앞서 도 4 및 도 5에 나타낸 진공채널 트랜지스터(400, 500)와 비교해서 2차 전자 방출층(706)의 위치를 드레인(704) 보다 소스(703)에 가깝도록 조정한 것이다. 또한, 게이트(705)의 형상 및 위치를 조정하여, 소스(703)로부터 방출된 전자 및 2차 전자 방출층(706)으로부터 방출된 전자가 게이트(705) 쪽으로 수집되지 않고 드레인(704) 쪽으로 수집되도록 한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터(800)를 나타낸 도면이다. 진공 채널 트랜지스터(800)의 2차 전자 방출층(806)은 가운데가 뚫인 육면체 형태를 갖는다. 소스(803)에서 방출된 전자가 2차 전자 방출층(806)의 뚫린 영역을 통과하여 드레인(804)으로 전달된다. 전자가 2차 전자 방출층(806)의 뚫린 영역을 통과하면서 2차 전자 방출층(806)과 충돌함으로써 2차 전자 방출층(806)으로부터 2차 전자가 방출되어 드레인(804)으로 전달된다. 2차 전자 방출층(806)은 가운데가 뚫린 형상을 가짐으로서 소스(803)에서 방출된 전자와 충돌 횟수가 증가하게 되고 따라서 2차 전자의 방출량이 증가함으로써 소자의 특성이 향상되는 효과를 가진다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터(900)를 나타낸 도면이다. 진공 채널 트랜지스터(900)는 수직형 진공 채널을 갖는다. 소자의 작동 원리는 도 3에 나타낸 진공 채널 트랜지스터(300)와 동일하다. 도 9에 나타낸 진공 채널 트랜지스터(900)는 2차 전자 방출층(906)을 더 포함한다. 소스(903)와 게이트(905) 사이에 전압이 가해지면 소스(903)로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자는 드레인(904)과 소스(903) 사이에 가해지는 전압에 의해 드레인(904)으로 전달된다. 소스(903)로부터 전자가 방출되는 순간 2차 전자 방출층(906)에 전자가 충돌하여 그때의 충돌 에너지에 의해 2차 전자가 방출된다. 따라서 2차 전자 방출층(906)이 없는 경우에 비해 더욱 많은 전자가 드레인(904)으로 전달되어 소자의 특성이 향상된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터(1000)를 나타낸 도면이다. 도면과 같이 전계 방출된 전자가 2차 전자 방출층(1006)에 충돌하기 용이하도록 2차 전자 방출층(1006)의 위치 및 소스(1003) 구조의 모양과 높이를 변형한 구조이다. 또한, 게이트(1005)의 형상 및 위치를 조정하여 소스(1003) 및 2차 전자 방출층(1006)에서 방출된 전자가 게이트(1005) 영역에 수집되지 않고 드레인(1004)으로 용이하게 이동할 수 있도록 한 구조이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 전계 방출형 평판 표시 장치(1100)를 나타낸 도면이다. 전계 방출형 평판 표시 장치(1100)는 반도체 기판(1101), 반도체 기판(1101)상에 형성된 채널 절연층(1102), 채널 절연층(1102)상에 형성되고 중심부는 비워둔채 주변으로 연결된 캐소드(1103), 캐소드(1103) 상부 에 이격되어 형성되고, 하면에 형광물질이 도포된 애노드층(1104), 채널 절연층(1102) 밑에 형성된 게이트(1105), 및 캐소드(1103)의 중앙 영역의 채널 절연층(1102) 상에 형성된 전자 방출층(1106)을 포함한다. 도면에 나타내진 않았지만, 공지된 방법을 이용하여 애노드(1104)와 캐소드(1103) 사이의 공간을 공지된 방법을 이용하여 밀폐시켜 진공 상태를 유지시킨다.
캐소드(1103)와 게이트(1105) 사이에 전압이 가해지면 캐소드(1103)로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자는 애노드(1104)와 캐소드(1103) 사이에 형성된 전계에 의해 애노드(1104)로 전달된다. 이때, 애노드(1104)의 하면에는 형광물질이 도포되어 있으므로, 전자가 충돌하여 빛이 발생한다. 본 발명에 따른 평면 전계 방출형 평판 표시 장치(1100)는 캐소드(1103)로부터 전자가 방출되는 순간 2차 전자 방출층(1106)에 전자가 충돌하여 그때의 충돌 에너지에 의해 2차 전자 방출층(1106)으로부터 2차 전자가 방출되고, 2차 전자도 애노드(1104)에 의한 전계에 의해 애노드(1104) 측으로 이동하고 애노드(1104)의 하면에 도포된 형광물질에 의해 빛이 발생한다. 따라서 2차 전자 방출층(1106)이 없는 경우에 비해 영상의 밝기가 증가하여 선명한 고품질의 영상을 디스플레이할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터(1200)를 나타낸 도면이다. 도면과 같이 전계 방출된 전자가 2차 전자 방출층(1206)에 충돌하기 용이하도록 2차 전자 방출층(1206)의 위치 및 캐소드(1203) 구조의 모양과 높이를 변형한 구조이다. 또한, 게이트(1205)의 형상 및 위치를 조정하여 캐소드(1203) 및 2차 전자 방출층(1206)에서 방출된 전자가 게이트 영역(1205)에 수집되지 않고 드레 인(1204)으로 용이하게 이동할 수 있도록 한 구조이다.
이상 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 평면형 진공 채널 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
도 2은 종래의 수직형 진공 채널 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
도 3는 종래의 전계 방출형 평판 표시 장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면형 진공 채널 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 평면형 진공 채널 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터의 2차 전자 방출 현상을 나타내는 도면이다.
도 7는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터의 2차 전자 방출 현상을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 진공 채널 트랜지스터의 2차 전자 방출 현상을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 진공 채널 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수직형 진공 채널 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출형 평판 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계 방출형 평판 표시 장치를 나타낸 도면이다.
Claims (13)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판상에 형성된 채널 절연층;상기 채널 절연층 상에서 진공채널을 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 소스 및 드레인;상기 채널 절연층 밑에 형성된 게이트; 및상기 소스와 게이트 사이 영역의 상기 채널 절연층 상에 형성된 전자 방출층을 포함하는, 진공 채널 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,상기 소스에서 전자가 방출되는 영역에 저일함수 물질이 도포된, 진공 채널 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,상기 채널 절연층의 상기 소스 및 드레인 하부 영역 중 일부의 두께는 나머지 영역의 두께보다 더 두꺼운, 진공 채널 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,상기 전자 방출층은 은(Ag) 또는 마그네슘(Mg)으로 형성된, 진공 채널 트랜 지스터.
- 제1항에 있어서,상기 전자 방출층은 상기 소스에서 방출된 전자가 통과하여 상기 드레인으로 도달할 수 있도록 동공을 포함하는, 진공 채널 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,상기 게이트는 상기 소스와 드레인 사이의 영역의 하부에 형성된, 진공 채널 트랜지스터.
- 제6항에 있어서,상기 게이트는 상기 소스측으로 치우쳐 형성된, 진공 채널 트랜지스터.
- 반도체 기판;상기 반도체 기판상에 형성된 채널 절연층;상기 채널 절연층상에 형성되고 중심부는 비워둔채 주변으로 연결된 소스;상기 소스 상부에 상기 소스와 이격되어 형성된 드레인;상기 채널 절연층 밑에 형성된 게이트; 및상기 소스의 중앙 영역의 상기 채널 절연층 상에 형성된 전자 방출층을 포함하고, 상기 소스와 상기 드레인 사이의 전자가 통과하는 공간은 진공상태인, 진공 채널 트랜지스터.
- 제6항에 있어서,상기 소스에서 전자가 방출되는 영역에 저일함수 물질이 도포된, 진공 채널 트랜지스터.
- 제6항에 있어서,상기 전자 방출층은 은(Ag) 또는 마그네슘(Mg)으로 형성된, 진공 채널 트랜지스터.
- 제6항에 있어서,상기 게이트는 상기 소스의 중심부의 하부에 형성된, 진공 채널 트랜지스터.
- 제11항에 있어서,상기 게이트는 중심부는 비워둔채 주변으로 연결되어 형성된, 진공 채널 트랜지스터.
- 반도체 기판;상기 반도체 기판상에 형성된 채널 절연층;상기 채널 절연층상에 형성되고 중심부는 비워둔채 주변으로 연결된 캐소드;상기 캐소드 상부에 상기 캐소드와 이격되어 형성되고, 하면에 형광물질이 도포된 애노드층;상기 채널 절연층 밑에 형성된 게이트; 및상기 캐소드의 중앙 영역의 상기 채널 절연층 상에 형성된 전자 방출층을 포함하고, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이의 전자가 통과하는 공간은 진공상태인, 전계 방출형 평판 표시 장치.
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