KR101558731B1 - Apparatus and method for converting the properties of thin film using electron beam - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 서로 이격되게 마련된 애노드 및 상기 애노드 상의 캐소드; 상부에 박막을 구비하며, 상기 애노드 상에 마련된 기판; 상기 캐소드 하부에 마련된 다수의 에미터; 상기 에미터와 이격되게 마련된 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to the present invention includes a chamber; An anode disposed to be spaced apart from each other in the chamber, and a cathode on the anode; A substrate provided on the anode, the substrate having a thin film thereon; A plurality of emitters provided below the cathode; And a gate spaced apart from the emitter.

Description

전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치 및 방법{Apparatus and method for converting the properties of thin film using electron beam} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for converting a thin film characteristic using an electron beam,

본 발명은 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전자방출에 의해 전자빔을 조사하여 기판에 형성된 박막의 특성을 변환하는 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for converting thin film characteristics using an electron beam, and more particularly, to an apparatus and a method for changing characteristics of a thin film formed on a substrate by irradiating an electron beam by electron emission.

액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display)는 인가전압에 따라 변화되는 액정의 투과도를 이용하는 디스플레이 장치로서, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 화소 전극의 스위칭 소자로 사용하는 TFT-LCD가 대표적이다. TFT-LCD는 TFT 어레이 및 화소전극을 구비하는 하부기판, 컬러필터를 구비하는 상부기판, 상기 상부 기판 및 하부 기판의 사이에 충진되는 액정층을 포함하며, 이러한 TFT-LCD는 구동 드라이브 IC 및 회로기판과 연결되어 하나의 모듈로서 완성된다.2. Description of the Related Art A liquid crystal display (LCD) is a display device that uses transmittance of a liquid crystal that changes according to an applied voltage, and a TFT-LCD that uses a thin film transistor (TFT) as a switching element of a pixel electrode is typical . The TFT-LCD includes a lower substrate having a TFT array and pixel electrodes, an upper substrate having a color filter, and a liquid crystal layer filled between the upper substrate and the lower substrate. The TFT- And is connected to the substrate as a single module.

일반적으로, TFT-LCD의 상부 및 하부 기판은 석영 등의 값비싼 기판 대신에 상대적으로 저가인 유리 기판이 사용된다. 하지만, 유리 기판은 570℃ 이상의 고온에서는 연화가 일어나 표면의 강도가 떨어지면서 공정중에 표면 평활도가 저하되고 뒤틀림이나 수축 현상이 발생하게 된다. 따라서, TFT-LCD는 400℃ 이하의 저온 공정에서 증착이 가능한 비정질 실리콘 박막(a-Si)으로 박막트랜지스터를 형성한다. 하지만, 비정질 실리콘의 경우 전자 이동도가 낮아 고해상도와 고집적화를 실현하는데 어려움이 있으며, 제조공정이 복잡하고 비경제적이다.In general, the upper and lower substrates of the TFT-LCD use relatively inexpensive glass substrates instead of costly substrates such as quartz. However, the glass substrate is softened at a high temperature of 570 占 폚 or higher, and the surface strength is lowered, so that the surface smoothness is lowered during the process, and warping or shrinking phenomenon occurs. Therefore, the TFT-LCD forms a thin film transistor with an amorphous silicon thin film (a-Si) which can be deposited in a low temperature process of 400 ° C or less. However, in the case of amorphous silicon, the electron mobility is low and it is difficult to realize high resolution and high integration, and the manufacturing process is complicated and uneconomical.

이러한 단점들을 극복하는 방안으로서, 박막트랜지스터를 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)으로 형성하는 방법이 있다. 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)은 비정질 실리콘에 비하여 전자이동도가 수백 배 이상 크기 때문에 고해상도, 대화면 TFT-LCD의 제조에 적합할 뿐만 아니라 Memory, CPU, Controller와 Interface를 유리 위에 직접 집적화할 수 있는 차세대 SOG(System On Glass) 구현이 가능하여 제조공정의 단순화는 물론 소자의 크기를 축소하여 집적도 면에서 크게 유리한 장점이 있다.As a method for overcoming these disadvantages, there is a method of forming a thin film transistor into polycrystalline silicon. Since polycrystalline silicon has a electron mobility more than several hundred times larger than amorphous silicon, it is suitable for manufacturing of high-resolution, large-screen TFT-LCD, and is capable of directly integrating memory, CPU, (System On Glass) can be realized, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the size of the device, which is advantageous in terms of integration degree.

한편, 다결정 실리콘(polycrystalline silicon) 박막을 형성하기 위해서는 기판에 먼저 비정질 실리콘을 증착한 후에 이를 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)으로 결정화하게 된다. 즉, 기판에 손상을 주지 않는 400℃ 내외의 저온으로 유지한 상태에서 기판에 비정질 실리콘을 증착한 후 후속적인 급속 열처리나 레이저 스캐닝 등과 같은 방법을 통해 재결정화 단계를 거쳐 다결정질화하는 과정을 거치게 된다. 이와 같은 방법을 통해 형성되는 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)을 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Polycrystalline Silicon, 'LTPS')이라 한다.On the other hand, in order to form a polycrystalline silicon thin film, amorphous silicon is first deposited on a substrate and then crystallized into polycrystalline silicon. That is, amorphous silicon is deposited on the substrate while maintaining the substrate at a low temperature of about 400 ° C., which does not damage the substrate, and is subjected to a process of polycrystallization through a subsequent recrystallization step such as rapid thermal annealing or laser scanning . The polycrystalline silicon formed through such a method is referred to as a low temperature polycrystalline silicon (LTPS).

이러한 poly-Si TFT는 높은 전자이동도로 인해 구동IC를 유리 기판 내에 집적화할 수 있어 슬림한 장치의 구현이 가능하다. 또한 빠른 응답속도로 인해 대면적, 고밀도 디스플레이에 사용가능하다는 장점을 가진다. 그 밖에 미세한 금속 배선 공정이 가능하므로 비정질 Si TFT보다 상대적으로 화소 개구율이 높고 광이나 온도 등의 외부 환경에 대해서도 안정적이다.Such a poly-Si TFT can integrate a driving IC into a glass substrate due to a high electron mobility, thereby realizing a slim device. Also, because of its fast response speed, it can be used for large area and high density display. In addition, since it is possible to conduct a fine metal wiring process, the pixel aperture ratio is relatively higher than that of an amorphous Si TFT, and it is stable against external environments such as light and temperature.

비정질 실리콘층을 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)으로 결정화하는 방법에는, 반응로(furnace) 속에서 로(爐)가열법을 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 고상결정화법(Solid Phase Crystallization, SPC법), 빛을 이용하여 급속히 가열하는 방법으로 결정화시키는 고속열처리(Rapid Thermal Annealing, RTA)법, 엑시머 레이저를 순간 조사하여 비정질 실리콘층을 1400℃ 정도까지 순간적으로 가열하여 결정화하는 엑시머 레이저 어닐링(Eximer Laser Annealing, ELA)법, 비정질 실리콘층 상에 선택적으로 증착된 금속을 씨드로 하여 결정화를 유도하는 금속유도결정화(Metal Induced Crystallization, MIC)법 등이 있다.Methods for crystallizing the amorphous silicon layer into polycrystalline silicon include solid phase crystallization (SPC), crystallization of amorphous silicon using a furnace heating method in a furnace, Rapid Thermal Annealing (RTA), which is a rapid thermal annealing method using a rapid thermal annealing method, and Eximer Laser Annealing (ELA) method in which an amorphous silicon layer is instantaneously heated to about 1400 ° C. by irradiation with an excimer laser, ), A metal induced crystallization (MIC) method in which crystallization is induced using a metal selectively deposited on an amorphous silicon layer as a seed.

구체적으로, 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization, SPC)이나 고속열처리법(Rapid Thermal Annealing, RTA)은 저압화학증착방법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)이나 플라즈마 화학증착방법(Plasma Enhanced CVD, PECVD), 스퍼터링 방법 등으로 비교적 저온인 200℃ ~ 400℃에서 유리기판상에 비정질 실리콘을 형성한 다음, 약 600℃ 이상의 열을 가하는 방법이다. 하지만, 이 방법은 후속 열처리 온도가 유리 기판에 사용하기에는 지나치게 높고 결정립 성장방향 및 균일성이 좋지 않아 높은 수율을 기대하기 어려운 문제점이 있다.Specifically, Solid Phase Crystallization (SPC) or Rapid Thermal Annealing (RTA) may be performed by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. , A sputtering method, or the like, amorphous silicon is formed on a glass substrate at a relatively low temperature of 200 ° C to 400 ° C, and then heat of about 600 ° C or more is applied. However, this method has a problem in that it is difficult to expect a high yield because the subsequent heat treatment temperature is too high for use in a glass substrate and grain growth direction and uniformity are poor.

또한, 금속유도 결정화법(Metal Induced Crystallization)은 실리콘의 핵생성을 유도하는 금속을 박막 성장시에 첨가하는 방법으로서, 일반적으로 실리콘과 공정계를 이루는 금, 알루미늄 등이나 실리사이드를 형성하는 니켈, 티타늄을 함께 첨가하는 방법이다. 하지만 이 방법은, 첨가된 금속들이 실리콘에 도펀트로 작용하여 박막의 전기적 성질을 변화시키고, 실리사이드 반응이 발생할 경우에는 박막 상당 부분이 전기적으로 통전되어 누설전류(leakage current)가 발생하는 등 박막 트랜지스터의 특성을 열화시키는 문제점이 있다.Metal Induced Crystallization (Metal Induced Crystallization) is a method of adding a metal that induces nucleation of silicon during the growth of a thin film. Generally, a metal such as gold, aluminum or silicide forming nickel, Are added together. In this method, however, the added metals change the electrical properties of the thin film by acting as a dopant on the silicon, and when a silicide reaction occurs, a substantial portion of the thin film is electrically energized to generate a leakage current. There is a problem that the characteristics are deteriorated.

또한, 1980년대 중반에 소니 연구진에 의해서 개발된 엑시머 레이저 결정화(Excimer Laser Crystallization, ELC) 방법은, 유리 기판의 상부에 비정질 실리콘을 형성한 후 비정질 실리콘 위에 높은 에너지를 갖는 레이저 펄스를 조사하여 비정질 실리콘 박막의 부분 또는 전체를 용융시킴으로써 결정화시키는 방법으로서, 실리콘의 공정온도만 올라가고 그 하부의 기판온도는 크게 올라가지 않는다는 장점을 가진다. In addition, the excimer laser crystallization (ELC) method developed by Sony researchers in the mid-1980s is a method of forming amorphous silicon on a glass substrate and then irradiating a laser pulse having high energy on amorphous silicon to form amorphous silicon As a method of crystallizing a part or whole of a thin film by melting it, there is an advantage that only the process temperature of the silicon increases and the temperature of the substrate below the silicon does not greatly increase.

한편, 우수한 성능의 디스플레이를 얻기 위해서는 다결정 실리콘의 결정의 크기가 커야 하며, 결정 결함 및 표면의 거칠기가 작아야 한다. 이와 같은 다결정 실리콘 막을 얻기 위해서는 사용되는 레이저의 에너지 밀도를 임계 에너지 밀도에 근접하도록 하여 최소한의 결정핵 역할을 할 수 있는 비정질 실리콘 박막을 남겨두어야 한다. On the other hand, in order to obtain a display of excellent performance, the crystal size of polycrystalline silicon must be large, and crystal defects and surface roughness must be small. In order to obtain such a polycrystalline silicon film, it is necessary to leave an amorphous silicon thin film capable of serving as a minimum crystal nucleus by making the energy density of the laser used close to the critical energy density.

하지만, 엑시머 레이저 결정화법은 레이저의 에너지 밀도 구간이 매우 좁아 공정 진행시 허용되는 오차 내에서 레이저가 조사되도록 제어하는 것이 쉽지 않을 뿐만 아니라, 레이저 자체의 균일성 부족으로 박막 전체에 고른 에너지 전달이 어렵고, 이에 따라 형성된 다결정 실리콘 막에도 그레인이 임의로 위치하는 등 균일한 소자 특성을 확보하기 어려운 문제점이 있다. However, in the excimer laser crystallization method, it is not easy to control the laser to be irradiated within an allowable error in the course of the process because the energy density range of the laser is very narrow, and it is difficult to transfer uniform energy to the entire thin film due to the lack of uniformity of the laser itself , There is a problem that it is difficult to ensure uniform device characteristics such that the grain is arbitrarily located in the polycrystalline silicon film thus formed.

또한, 엑시머 레이저 결정화법은 최대 빔폭이 수십 밀리미터인 레이저를 이용하므로 대면적의 박막을 형성할 경우, 수많은 빔이 필요하여 각 빔을 적절하게 제어해야 하는 어려움이 발생하고, 각 빔의 조사 시점에 따른 빔의 균일성 문제가 발생하는 등 대면적의 결정화된 박막을 얻기 어려울 뿐만 아니라, 시스템의 가격 상승으로 제조 비용이 비싸지는 문제점이 발생한다. In addition, since the excimer laser crystallization method uses a laser beam having a maximum beam width of several tens of millimeters, when forming a thin film of a large area, a large number of beams are required, and it is difficult to control each beam appropriately. There arises a problem that it is difficult to obtain a crystallized thin film having a large area due to the problem of uniformity of the beam due to the increase of the cost of the system.

즉, 엑시머 레이저 결정화법은 레이저 빔의 한계, 고가의 시스템, 고가의 운영비, 불균일한 특성, 대면적화의 어려움으로 인해 고정세 대면적의 디스플레이 장치를 구현할 수 없어 이를 대체할 수 있는 새로운 박막 결정화 방법이 요청되고 있다.That is, the excimer laser crystallization method can not implement a fixed three-dimensional display device due to limitations of a laser beam, an expensive system, an expensive operation cost, uneven characteristics, This is being requested.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 전자방출 특성을 향상시켜 안정적이고 균일한 대면적의 결정화된 박막을 얻을 수 있도록 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for converting thin film characteristics using an electron beam, which is capable of obtaining stable and uniform large-area crystallized thin films by improving electron emission characteristics.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는, (1) 챔버, (2) 상기 챔버 내에 서로 이격되게 마련된 애노드 및 상기 애노드 상의 캐소드, (3) 상부에 박막을 구비하며, 상기 애노드 상에 마련된 기판, (4) 상기 캐소드 하부에 마련된 다수의 에미터, (5) 상기 에미터와 이격되게 마련된 게이트를 포함하여 구성된다. In order to achieve the above object, an electron beam-based thin film property converting apparatus according to an embodiment of the present invention includes: (1) a chamber, (2) an anode and a cathode on the anode, (4) a plurality of emitters provided below the cathode, and (5) a gate spaced apart from the emitter.

이때, 상기 박막은 실리콘 박막, 절연 필름, 산화물 반도체, 전도성 필름 및 투명전극으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the thin film is at least one selected from the group consisting of a silicon thin film, an insulating film, an oxide semiconductor, a conductive film and a transparent electrode.

특히, 상기 게이트는 다수의 개구홈을 구비한 메쉬 구조로 형성되는 것이 바람직하다.In particular, it is preferable that the gate is formed in a mesh structure having a plurality of opening grooves.

또한, 상기 각 에미터는 상기 게이트의 개구홈 상에 위치하는 것이 바람직하다.It is preferable that each of the emitters is located on the opening groove of the gate.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는, 2개 이상의 상기 에미터로 이루어진 다수의 에미터 그룹을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 각 에미터 그룹은 상기 개구홈 상에 위치하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the thin film characteristic converting apparatus using an electron beam according to an embodiment of the present invention may further include a plurality of emitter groups composed of two or more of the emitters, .

특히, 상기 각 에미터 그룹 내의 각 에미터는 해당 에미터 그룹 상에 위치한 개구홈의 중심점을 기준으로 서로 대칭이 되게 배열되는 것이 바람직하다.In particular, it is preferable that each of the emitters in each emitter group is symmetrically arranged with respect to a center point of the opening groove located on the corresponding emitter group.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상기 캐소드와 에미터 사이에 마련된 전계방출기판을 더 포함할 수 있다. The apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention may further include a field emission substrate provided between the cathode and the emitter.

또한, 상기 전계방출기판 상부에 마련된 금속성의 제1캐리어층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1캐리어층은 상기 전계방출기판에 열합착되는 것이 바람직하다.The field emission device may further include a first metallic carrier layer provided on the field emission substrate. At this time, the first carrier layer is preferably thermally adhered to the field emission substrate.

특히, 상기 제1캐리어층은 금, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 니켈, 아연, 백금, 몰리브텐, 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.Particularly, it is preferable that the first carrier layer is made of at least one of metals selected from the group consisting of gold, silver, copper, tin, aluminum, nickel, zinc, platinum, molybdenum and titanium or alloys of these metals Do.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상부에 요철이 형성된 제1요철부를 구비하고, 상기 제1캐리어층의 상부에 마련된 금속성의 제2캐리어층을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 캐소드는 상부에 상기 제2캐리어층의 제1요철부에 대응하는 반대 요철이 형성된 제2요철부를 구비하고, 상기 제2요철부가 상기 제2캐리어층의 제1요철부에 요철 결합되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to another embodiment of the present invention may further include a metallic second carrier layer provided on an upper portion of the first carrier layer, the first concave- have. Wherein the cathode has a second concavo-convex portion having an opposite concavo-convex portion corresponding to the first concavo-convex portion of the second carrier layer formed on the upper portion thereof, and the second concavo-convex portion is convex- desirable.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상부에 요철이 형성된 제3요철부를 구비하며, 상기 전계방출기판의 상부에 마련된 금속성의 제3캐리어층을 포함할 수 있다. 이때 상기 캐소드는 상부에 상기 제3캐리어층의 제3요철부에 대응하는 반대 요철이 형성된 제4요철부를 구비하고, 상기 제4요철부가 상기 제3캐리어층의 제3요철부에 요철 결합되는 것이 바람직하다.According to still another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam, the apparatus including a third concavo-convex portion having concave and convex portions on an upper portion thereof and a third metallic carrier layer provided on the electron- . Wherein the cathode has a fourth concavo-convex portion having an opposite concavo-convex portion corresponding to the third concavo-convex portion of the third carrier layer formed on the upper portion thereof, and the fourth concavo-convex portion is concavo-convex coupled to the third concavo-convex portion of the third carrier layer desirable.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상기 박막에서 발생하는 음극선 발광의 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지나 조사시간을 조절할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the thin film characteristic converting apparatus using an electron beam can control the energy or irradiation time of the electron beam according to the spectrum of the cathode ray emission generated in the thin film.

즉, 본 발명의 상기 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 (1) 상기 음극선 발광의 스펙트럼을 분석하는 스펙트럼 분석장치, (2) 상기 스펙트럼 분석장치에 의해 분석된 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지 또는 조사시간을 조절하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
That is, the apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to the above embodiment of the present invention comprises: (1) a spectrum analyzer for analyzing the spectrum of the cathode ray emission; (2) an energy of an electron beam according to the spectrum analyzed by the spectrum analyzer; Or a control device for controlling the irradiation time.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 서로 이격되게 마련된 애노드와 상기 애노드 상의 캐소드, 상부에 박막을 구비하고 상기 애노드 상에 마련된 기판, 상기 캐소드 하부에 마련된 다수의 에미터 및 상기 에미터와 이격되게 마련된 게이트를 각각 내부에 포함하는 챔버를 이용하며, 구체적으로 상기 박막에 전자빔을 조사하여 상기 박막의 특성을 변화시키는 제1단계를 포함한다.Meanwhile, a thin film characteristic conversion method using an electron beam according to an embodiment of the present invention includes an anode, a cathode on the anode, a thin film on the anode, a substrate provided on the anode, And a gate that is spaced apart from the emitter are used. In detail, the first step includes irradiating the thin film with an electron beam to change the characteristics of the thin film.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 상기 제1단계 전에 소정의 박막 증착법을 이용하여 상기 기판의 상부에 박막을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 박막 증착법은 스퍼터링법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법인 것이 바람직하다.In addition, the thin film characteristic conversion method using an electron beam according to an embodiment of the present invention may further include a step of depositing a thin film on the substrate using a predetermined thin film deposition method before the first step. At this time, the thin film deposition method is preferably a sputtering method or a plasma chemical vapor deposition method.

또한, 상기 전자빔은 10초 내지 60초 동안 조사되는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the electron beam is irradiated for 10 seconds to 60 seconds.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 상기 박막에서 발생하는 음극선 발광의 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지나 조사시간을 조절하는 제2단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the thin film characteristic conversion method using an electron beam according to another embodiment of the present invention may further include a second step of controlling the energy or the irradiation time of the electron beam according to the spectrum of the cathode luminescence generated in the thin film.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치 및 및 방법은, 캐소드와 전계방출기판 간의 접착이 균일하게 유지되고 접촉 저항도 크게 감소시킬 수 있어 전자방출 특성을 향상시킬 수 있으며, 전자방출 특성이 향상된 전자빔을 이용함에 따라 균일한 대면적의 결정화된 박막을 얻을 수 있다.The apparatus and method for converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention configured as described above are capable of uniformly maintaining adhesion between the cathode and the field emission substrate and greatly reducing contact resistance, And a uniform large-area crystallized thin film can be obtained by using an electron beam with improved electron emission characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에미터와 전계방출기판을 나타낸 도면.
도 3은 전자방출 효율을 향상시키기 위한 본 발명의 제1실시예로서, 에미터와 에미터의 부가된 구성을 나타낸 도면.
도 4는 전자방출 효율을 향상시키기 위한 본 발명의 제2실시예로서, 에미터와 에미터의 부가된 구성을 나타낸 도면.
도 5는 전자방출 효율을 향상시키기 위한 본 발명의 제3실시예로서, 에미터와 에미터의 부가된 구성을 나타낸 도면.
도 6은 실리콘 웨이퍼로 형성된 전계방출기판 상에 에미터를 성장시키는 과정을 나타낸 도면.
도 7(a),(b)는 탄소나노튜브 에미터를 성장시키는 챔버 내의 구성 및 상기 챔버 내에서 탄소나노튜브 에미터를 성장시키는 조건을 나타낸 도면.
도 8은 성장된 탄소나노튜브 에미터를 전자 주사 현미경(SEM)으로 캡처한 이미지를 나타낸 도면.
도 9(a),(b)는 도 6 및 도 7에 따라 성장된 탄소나노튜브 에미터를 구비한 박막 특성 변환 장치의 구성과 사양 및 전자빔을 조사하는 조건을 나타낸 도면.
도 10(a),(b)는 도 6 및 도 7에 따라 성장된 탄소나노튜브 에미터 그룹과 다수의 개구홈을 구비한 게이트를 나타낸 도면.
도 11(a),(b)는 전자빔을 조사하기 전의 비정질 실리콘 박막과 도 9의 박막 특성 변환 장치를 이용하여 전자빔을 조사한 후의 실리콘 박막을 캡처한 이미지를 나타낸 도면.
도 12(a),(b)는 전자빔을 조사하기 전의 비정질 실리콘 박막과 도 9의 박막 특성 변환 장치를 이용한 전자빔 조사에 의해 변환된 다결정 실리콘 박막을 전자 주사 현미경(SEM)으로 캡처한 이미지를 나타낸 도면.
도 13(a),(b)는 전자빔을 조사하기 전의 비정질 실리콘 박막과 도 9의 박막 특성 변환 장치를 이용하여 전자빔을 조사한 후의 다결정 실리콘 박막의 X－선 회절분석(XRD : X－ray Diffraction Analysis) 결과를 나타낸 도면.
도 14(a),(b),(c)는 도 9의 박막 특성 변환 장치를 이용한 전자빔 조사에 의해 변환된 다결정 실리콘에 대한 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 및 그 결과값을 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치에서 비정질 실리콘 박막에 전자빔을 조사하여 다결정 실리콘 박막으로 변환시키는 모습을 나타낸 사진.
도 16은 전자빔이 조사되지 않은 비정질 실리콘 박막의 영역과 전자빔이 조사된 비정질 실리콘 박막의 영역에서 나타나는 음극선 발광(Cathodoluminescence) 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 17(a),(b)는 전자빔이 조사된 비정질 실리콘 박막에서 나타나는 음극선 발광(Cathodoluminescence)의 스펙트럼을 디콘볼루션(deconvolution)한 결과를 나타낸 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a view showing an emitter and a field emission substrate according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an added structure of an emitter and an emitter as a first embodiment of the present invention for improving electron emission efficiency.
4 is a view showing an added structure of an emitter and an emitter as a second embodiment of the present invention for improving electron emission efficiency.
5 is a view showing an added structure of an emitter and an emitter as a third embodiment of the present invention for improving electron emission efficiency.
6 is a view showing a process of growing an emitter on a field emission substrate formed of a silicon wafer;
7 (a) and 7 (b) are views showing a configuration in a chamber for growing a carbon nanotube emitter and a condition for growing a carbon nanotube emitter in the chamber.
8 is a view showing an image captured by a scanning electron microscope (SEM) of a grown carbon nanotube emitter.
FIGS. 9A and 9B are views showing the configuration and specifications of a thin film property converting apparatus having carbon nanotube emitters grown according to FIGS. 6 and 7, and conditions for irradiating electron beams. FIG.
10 (a) and 10 (b) are views showing a group of carbon nanotube emitters grown according to FIGS. 6 and 7 and a gate having a plurality of opening grooves.
11A and 11B are views showing an image obtained by capturing an amorphous silicon thin film before electron beam irradiation and a silicon thin film after electron beam irradiation using the thin film property converting apparatus of FIG.
Figs. 12 (a) and 12 (b) show an image obtained by scanning electron microscopy (SEM) of an amorphous silicon thin film before electron beam irradiation and a polycrystalline silicon thin film converted by electron beam irradiation using the thin film property converting apparatus of Fig. 9 drawing.
13 (a) and 13 (b) illustrate X-ray diffraction analysis (XRD) of an amorphous silicon thin film before electron beam irradiation and a polycrystalline silicon thin film after electron beam irradiation using the thin film characteristic converting apparatus of FIG. Fig.
14 (a), 14 (b) and 14 (c) are diagrams showing Raman spectrum and resultant values of polycrystalline silicon converted by electron beam irradiation using the thin film property converting apparatus of FIG.
15 is a photograph showing a state in which an amorphous silicon thin film is irradiated with an electron beam and converted into a polycrystalline silicon thin film in an apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention.
16 is a diagram showing a cathode ray emission (Cathodoluminescence) spectrum appearing in a region of an amorphous silicon thin film not irradiated with an electron beam and a region of an amorphous silicon thin film irradiated with an electron beam.
FIGS. 17A and 17B show results of deconvolution of a spectrum of cathode ray emission (Cathodoluminescence) in an amorphous silicon thin film irradiated with an electron beam. FIG.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치를 나타낸다. FIG. 1 shows a thin film characteristic converting apparatus using an electron beam according to an embodiment of the present invention.

도 1에는 애노드(20)가 하부에 마련되고 캐소드(30)가 상부에 마련되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고 도 1과 반대로 애노드(20)가 상부에 마련되고 캐소드(30)가 하부에 마련될 수도 있다. 이하, 도 1을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.1, the anode 20 is provided at the lower portion and the cathode 30 is provided at the upper portion. However, the present invention is not limited thereto. Alternatively, the anode 20 may be provided on the upper portion and the cathode 30 may be provided on the lower portion . Hereinafter, the configuration of a thin film property converting apparatus using an electron beam according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(10), 상기 챔버(10) 내에 서로 이격되게 마련된 애노드(20) 및 상기 애노드 상의 캐소드(30), 상부에 박막(41)을 구비하며, 상기 애노드(20) 상에 마련된 기판(40), 상기 캐소드 하부에 마련된 다수의 에미터(50), 상기 에미터(50)와 이격되게 마련된 게이트(60)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.1, an apparatus for converting thin film characteristics using an electron beam according to an embodiment of the present invention includes a chamber 10, an anode 20 spaced apart from the chamber 10, and a cathode 30 A plurality of emitters 50 provided at the lower portion of the cathode and a plurality of emitters 50 disposed at a distance from the emitters 50, 60).

본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 냉음극 전자 방출(cold cathode emission)에 의해 전자빔을 조사하여 상기 기판(40) 상의 박막의 특성 변환시킨다. 전자빔에 의하여 박막이 결정화되는 원리는 다음과 같다. 즉, 상기 게이트(60)와 캐소드(30) 사이에 인가된 전압(VG -C)에 따라 상기 에미터(50)로 공급된 전자들은 상기 게이트(60)와 애노드(20) 사이에 인가된 전압(VG -A)에 의해 가속화되어 상기 챔버(10) 내에 방출되면서 운동 에너지를 가지게 되며, 이 전자들이 이후 상기 기판(40) 상의 박막(41)과 충돌하게 된다. 이때, 전자의 운동 에너지가 열에너지로 전환되면서 박막(41)을 녹이고 핵을 형성하게 된다. 그리고 온도가 하강하면서 이 핵을 중심으로 결정화가 발생한다.The apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention irradiates an electron beam by cold cathode emission to change the characteristics of the thin film on the substrate 40. The principle that the thin film is crystallized by the electron beam is as follows. That is, electrons supplied to the emitters 50 according to a voltage (V G -C ) applied between the gate 60 and the cathode 30 are applied between the gate 60 and the anode 20 Accelerated by the voltage V G -A and released into the chamber 10 to have kinetic energy, and these electrons then collide with the thin film 41 on the substrate 40. At this time, the kinetic energy of the electrons is converted into heat energy to melt the thin film 41 and form nuclei. As the temperature drops, crystallization occurs around the nucleus.

상기 챔버(10)는 진공 상태로 유지되는 것이 바람직하다.The chamber 10 is preferably maintained in a vacuum state.

상기 애노드(20) 및 캐소드(30)는 통상적으로 사용되는 양극 및 음극으로서, Au, Ni, Ti, Cr 등의 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide) 등의 투명전도성산화물(TCO), 도전성 폴리머, 그래핀 등의 전도성 있는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 애노드(20)에는 상기 기판(40)을 안치시키는 기판 홀더가 구비될 수도 있다.The anode 20 and the cathode 30 may be formed of a metal such as Au, Ni, Ti, or Cr, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum zinc oxide ), A transparent conductive oxide (TCO) such as indium zinc tin oxide (IZTO), a conductive polymer, and a graphene. Also, the anode 20 may be provided with a substrate holder for placing the substrate 40 thereon.

상기 기판(40)은 실리콘 웨이퍼, 금속 기판, 폴리머 기판, 유리(glass) 기판, 석영(quartz) 기판 및 사파이어(sapphire) 기판으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 상기 기판(40)이 폴리머 기판일 경우의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide; PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene; PS), 이축연신폴리스틸렌(K레진 함유 biaxially oriented PS; BOPS), 폴리프로필렌(PP), 트리아세틸셀룰로오스(TAC)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.The substrate 40 is preferably selected from the group consisting of a silicon wafer, a metal substrate, a polymer substrate, a glass substrate, a quartz substrate, and a sapphire substrate. When the substrate 40 is a polymer substrate, the material is not particularly limited. However, the substrate 40 may be formed of a material such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene naphthalate (PEN) (PES), a cyclic olefin polymer (COC), a TAC (triacetylcellulose) film, a polyvinyl alcohol (PVA) film, a polyimide (PI) film, a polystyrene (PS), a biaxially oriented polystyrene K resin-containing biaxially oriented PS (BOPS), polypropylene (PP), and triacetyl cellulose (TAC).

상기 박막(41)은 화학기상증착법(CVD), 플라즈마 여기 CVD(plasma enhanced CVD, PECVD), 저압 CVD(low pressure CVD, LPCVD), 물리기상증착법(physical vapor deposition, PVD), 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD) 등의 증착 방법에 의하여 상기 기판(40) 상에 형성될 수 있으나, 이러한 방법으로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 박막(41)은 비정질 실리콘 박막; 마이크로 실리콘 등의 실리콘 박막; 산화실리콘, 질화실리콘, 알루미늄산화막(AlOx) 등의 절연 필름; ZnO, InGaZnO, AlZnO 등의 산화물 반도체; CNT film, Graphene film, Metal mesh film 등의 전도성 필름; 및 ITO, IZO, ZnO 등의 투명전극으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 특히, 상기 박막(41)은 비정질 실리콘(amorphous silicon)인 것이 가장 바람직하며, 이때 상기 에미터(50)에서 조사된 전자빔은 비정질 실리콘(amorphous silicon)의 특성을 변환시켜 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)으로 결정화시킨다.The thin film 41 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a plasma enhanced CVD (PECVD) method, a low pressure CVD (LPCVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, a sputtering method, And may be formed on the substrate 40 by a deposition method such as atomic layer deposition (ALD), but the present invention is not limited thereto. Specifically, the thin film 41 may include an amorphous silicon thin film; Silicon thin films such as micro silicon; Insulating films such as silicon oxide, silicon nitride, and aluminum oxide (AlOx); Oxide semiconductors such as ZnO, InGaZnO, and AlZnO; Conductive films such as CNT film, Graphene film, and metal mesh film; And transparent electrodes such as ITO, IZO, ZnO, and the like. In particular, the thin film 41 is preferably amorphous silicon, and the electron beam irradiated from the emitter 50 converts the characteristic of the amorphous silicon into polycrystalline silicon Crystallize.

상기 에미터(50)는 상기 캐소드(30)에 의해 공급받은 전자를 상기 애노드(20)를 향해 방출시키는 구성으로서, 다수 개의 에미터(50)가 상기 캐소드(30) 상에 가로 방향 및 세로 방향으로 각각 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 바람직하다. 상기 에미터(50)는 탄소나노튜브(CNT) 외에도 탄소나노파이버, 반도체 나노와이어, 도전성 나노막대, 그래파이트 등으로 구성될 수 있으며, 침상의 형상 외에도 뿔형, 삼각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 탄소나노튜브로 제조된 에미터(50)가 사용됨으로써 탄소나노튜브 특유의 고효율 전계 방출 특성을 얻을 수 있다. 탄소나노튜브 에미터(50)는 레이저 기상증착법(laser vaporization), 아크방전법(arc discharge), 열-CVD(thermal-CVD), 플라즈마-CVD, HF-CVD(hot filament chemical vapor desposition) 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 그 외에 전자방출 특성을 향상시키기 위해 본 출원인의 특허 제10-0920296호, 제10-0916458호, 제10-0926219호 등에 개시된 탄소나노튜브 에미터 제조 공정을 이용할 수도 있다. The emitter 50 emits electrons supplied by the cathode 30 toward the anode 20 so that a plurality of emitters 50 are formed on the cathode 30 in the horizontal and vertical directions Respectively, at regular intervals. The emitter 50 may be formed of carbon nanofibers, semiconductor nanowires, conductive nanorods, graphite, etc. in addition to carbon nanotubes (CNTs). The emitters 50 may be formed in various shapes such as horns and triangles. Particularly, in the embodiment of the present invention, the emitter 50 made of carbon nanotubes is used, so that a highly efficient field emission characteristic peculiar to carbon nanotubes can be obtained. The carbon nanotube emitter 50 may be formed of a material selected from the group consisting of laser vaporization, arc discharge, thermal CVD, plasma CVD, and hot filament chemical vapor deposition In addition, in order to improve the electron emission characteristic, the manufacturing process of carbon nanotube emitters disclosed in the applicants' 10-0920296, 10-0916458, 10-0926219 and the like can be used .

상기 게이트(60)는 입력되는 전압에 따라 상기 에미터(50)에서 방출되는 전자의 흐름을 조절하는 구성으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 개구홈(61)을 구비한 메쉬 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 각 에미터(50)는 상기 개구홈(61) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 게이트(60)는 상기 에미터(50)에서 방출된 전자를 확산시켜 상기 기판(40)의 박막(41)에 전자가 골고루 부딪히도록 하는 역할을 한다. 상기 게이트(60)는 도전성을 가지는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 게이트(60)는 Au, Ni, Ti, Cr 등의 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide) 등의 투명전도성산화물(TCO), 도전성 폴리머, 그래핀 등의 전도성 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 1, the gate 60 has a mesh structure having a plurality of opening grooves 61. The gate 60 has a plurality of openings 61, . At this time, each of the emitters 50 is preferably located on the opening groove 61. Accordingly, the gate 60 diffuses the electrons emitted from the emitter 50, thereby causing electrons to hit the thin film 41 of the substrate 40 evenly. The gate 60 is preferably formed of a conductive material. Specifically, the gate 60 may be formed of a metal such as Au, Ni, Ti, or Cr, an indium tin oxide (ITO), an indium zinc oxide (IZO), an aluminum zinc oxide (AZO), or an indium zinc tin oxide A transparent conductive oxide (TCO), a conductive polymer, or a conductive material such as graphene.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 에미터(50)로 이루어진 다수의 에미터 그룹(EA, EB, EC …)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 각 에미터 그룹(EA, EB, EC …)은 상기 개구홈(61) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 에미터 그룹(EA, EB, EC …) 내의 각 에미터(50)는 해당 에미터 그룹(EA, EB, EC …) 상에 위치한 개구홈(61)의 중심점을 기준으로 서로 대칭이 되게 배열되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 각 에미터 그룹(EA, EB, EC …) 내의 각 에미터(60)에서 방출된 전자는 상기 기판(40)의 박막(41)에 골고루 분사되어, 상기 박막(41)의 특성이 균일하게 변화되도록 유도한다. 1, a plurality of emitter groups E A , E B , and E C (E A , E B , E C , E B , and E C ) of two or more emitters 50, ...). At this time, it is preferable that the respective emitter groups E A , E B , E C, ... are located on the opening grooves 61. Each of the emitters 50 in each of the emitter groups E A , E B , E C ... is connected to each of the emitter groups E A , E B , E C , It is preferable that they are arranged symmetrically with respect to the center point. Electrons emitted from the respective emitters 60 in the respective emitter groups E A , E B , E C ... are evenly injected into the thin film 41 of the substrate 40, So as to uniformly change the characteristics of the semiconductor device.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상기 박막(41)에서 발생하는 음극선 발광(Cathodoluminescence)의 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지 또는 전자빔의 조사시간을 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 전자빔이 상기 박막(41)에 조사됨에 따라 전자들이 상기 박막(41)과 부딪히면서 포톤(photon)이 방출되며, 이에 따라 발광하는 색은 상기 박막(41)의 재질에 따라 다르게 된다. 예를 들어 상기 박막(41)이 비정질 실리콘일 경우, 노란색의 음극선 발광(Cathodoluminescence)이 발생하게 된다. 따라서 음극선 발광(Cathodoluminescence)의 스펙트럼은 상기 박막(41)의 특성을 나타내므로, 상기 음극선 발광(Cathodoluminescence)의 스펙트럼에 따라 조사되는 전자빔의 에너지 또는 조사시간을 조절하여 상기 박막(41)의 특성을 변화시키는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상기 음극선 발광(Cathodoluminescence)의 스펙트럼을 분석하는 스펙트럼 분석장치와 상기 스펙트럼 분석장치에 의해 분석된 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지 또는 조사시간을 조절하는 제어장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
The thin film characteristic converting apparatus using the electron beam according to the embodiment of the present invention preferably adjusts the irradiation time of the energy of the electron beam or the electron beam in accordance with the spectrum of the cathode ray emission (Cathodoluminescence) generated in the thin film 41. That is, as the electron beam is irradiated on the thin film 41, electrons are bombarded with the thin film 41 to emit photons, and thus the color of emitted light differs depending on the material of the thin film 41. For example, when the thin film 41 is made of amorphous silicon, yellow cathode light emission (Cathodoluminescence) occurs. Therefore, since the spectrum of the cathode ray emission (Cathodoluminescence) shows the characteristics of the thin film 41, the energy of the electron beam irradiated according to the spectrum of the cathode ray emission (Cathodoluminescence) . To this end, the apparatus for converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention includes a spectrum analyzer for analyzing a spectrum of the cathode ray emission (Cathodoluminescence), and a spectrometer for analyzing energy or irradiation time of an electron beam according to a spectrum analyzed by the spectrum analyzer It is preferable to further include a control device for controlling the operation of the apparatus.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치에서 에미터(50)의 전자방출 특성을 향상시키기 위해 부가되는 구성에 관하여 설명한다.Hereinafter, a structure added to improve the electron emission characteristic of the emitter 50 in the thin film property converting apparatus using an electron beam according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. FIG.

먼저, 에미터(50)의 전자방출 특성을 향상시키기 위해, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 캐소드(30)와 에미터(50) 사이에 마련된 전계방출기판(70)을 더 포함한다.2, in order to improve the electron emission characteristic of the emitter 50, the thin film characteristic converting apparatus using the electron beam according to the present invention is characterized in that the thin film characteristic converting apparatus using the electron beam is provided between the cathode 30 and the emitter 50 And further includes a field emission substrate 70 provided.

상기 전계방출기판(70)은 전계방출소자에서 에미터를 구비하도록 마련되는 통상적인 웨이퍼이다. 즉, 상기 전계방출기판(70)은 상기 에미터(50)를 하부에 실장한다.The field emission substrate 70 is a typical wafer provided with an emitter in a field emission device. That is, the field emission substrate 70 mounts the emitter 50 at the bottom.

상기 전계방출기판(70) 하부에 형성된 에미터(50)의 전자방출 특성은 캐소드(30)와 전계방출기판(70) 간의 접촉 저항에 영향을 크게 받는다. 만일, 상기 캐소드(30)와 전계방출기판(70) 간의 접촉이 균일하지 않을 경우에는 접촉 저항의 증가로 인해 전자방출 특성이 크게 저하된다. 특히, 캐소드(30)와 전계방출기판(70)을 접착제를 이용하여 접착하게 되면 가스배출(outgasing)과 진공 접합 공정 중의 열에 의한 접착특성 저하, 접착제 확산에 의해 단선(Short) 또는 이물질에 의한 아킹(arcing)이 발생할 수도 있다.The electron emission characteristics of the emitter 50 formed under the field emission substrate 70 are greatly affected by the contact resistance between the cathode 30 and the field emission substrate 70. If the contact between the cathode 30 and the field emission substrate 70 is not uniform, the electron emission characteristic is significantly lowered due to an increase in contact resistance. Particularly, if the cathode 30 and the field emission substrate 70 are bonded together using an adhesive agent, it is possible to prevent short-circuiting due to gas outgassing, deterioration of adhesive properties due to heat during the vacuum bonding process, arcing may occur.

즉, 캐소드(30)와 전계방출기판(70)을 균일하게 안정적으로 접착시키면서 동시에 접착 저항을 감소시킴으로써, 전자방출의 특성을 향상시킬 필요가 있다.That is, it is necessary to improve the characteristics of electron emission by uniformly stably bonding the cathode 30 and the field emission substrate 70 while reducing the adhesive resistance.

이를 위한 제1실시예로서, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전계방출기판(70)의 상부에 마련된 금속성의 제1캐리어층(80)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, in the first embodiment, a thin film characteristic converting apparatus using an electron beam according to the present invention includes a first metallic carrier layer 80 provided on an upper portion of the field emission substrate 70, It is preferable to further comprise.

상기 제1캐리어층(80)은 금속층으로서, 균일하고 안정적으로 접착되고 접착 저항이 감소될 수 있도록 열합착 공정을 통해 상기 전계방출기판(70)에 접착되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제1캐리어층(80)은 금, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 니켈, 아연, 백금, 몰리브텐, 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.Preferably, the first carrier layer 80 is bonded to the field emission substrate 70 through a heat bonding process so that the first carrier layer 80 is uniformly and stably bonded to the metal layer and the adhesion resistance can be reduced. More specifically, the first carrier layer 80 may be formed of any one of a metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, tin, aluminum, nickel, zinc, platinum, molybdenum, .

또한, 전자방출의 특성을 향상시키기 위한 제2실시예로서, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상기 전계방출기판(70) 및 제1캐리어층(80) 외에도, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부에 요철이 형성된 제1요철부(101)를 구비하고, 상기 제1캐리어층(80)의 상부에 마련된 금속성의 제2캐리어층(100)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.As a second embodiment for improving the characteristics of electron emission, the thin film characteristic converting apparatus using an electron beam according to the present invention is characterized in that, in addition to the field emission substrate 70 and the first carrier layer 80, It is preferable to further include a metallic second carrier layer 100 provided on the first carrier layer 80 and having a first concavo-convex portion 101 having concave and convex portions formed thereon.

상기 제2실시예에 따라, 상기 캐소드(30)는, 하부에 상기 제2캐리어층(100)의 제1요철부(101)에 대응하는 반대 요철이 형성된 제2요철부(31)를 구비하고, 상기 제2요철부(31)가 상기 제2캐리어층(100)의 제1요철부(101)에 요철 결합된다.According to the second embodiment, the cathode 30 has a second concavo-convex portion 31 formed at the lower portion thereof with opposite concave-convex portions corresponding to the first concavo-convex portion 101 of the second carrier layer 100 The second concavo-convex portion 31 is concavo-convexly coupled to the first concavo-convex portion 101 of the second carrier layer 100.

상기 제2캐리어층(100)은 금속층으로서, 열합착 공정을 통해 상기 제1캐리어층(80)에 접착될 수 있으나, 중간재(90)를 이용하여 상기 제1캐리어층(80)에 접착되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제2캐리어층(100)은 금, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 니켈, 아연, 백금, 몰리브텐, 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 특히, 알루미늄, 서스(Sus), 코바(Covar)로 구성되는 것이 가장 바람직하다.The second carrier layer 100 may be bonded to the first carrier layer 80 through a heat bonding process but may be bonded to the first carrier layer 80 using the intermediate material 90 desirable. Specifically, the second carrier layer 100 may be formed of any one selected from the group consisting of gold, silver, copper, tin, aluminum, nickel, zinc, platinum, molybdenum, titanium, And most preferably composed of aluminum, Sus, and Covar.

상기 중간재(90)는 상기 제1캐리어층(80)과 제2캐리어층(100)을 라미네이팅하는 전도성 재질의 금속 접착제로서, 공지의 접착제, 탄성중합체 및 수지가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 중간재(90)는 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate) 접착제, 에폭시 접착제, 아크릴 접착제, 폴리우레탄 접착제, 나일론 수지 및 열경화성 수지인 페놀 수지일 수 있으며, 이것으로만 제한되는 것은 아니다.The intermediate member 90 is a metal adhesive of a conductive material for laminating the first carrier layer 80 and the second carrier layer 100, and known adhesives, elastomers, and resins may be used. For example, the intermediate member 90 may be, but is not limited to, a cyanoacrylate adhesive, an epoxy adhesive, an acrylic adhesive, a polyurethane adhesive, a nylon resin, and a thermosetting resin.

특히, 상기 요철 결합은 상기 제2캐리어층(100)과 캐소드(30) 간에 분리 및 재결합이 가능한 형태인 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2캐리어층(100)에 형성된 요철은 나사산이나 핀 형상으로 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상기 에미터(50)의 수명이 다할 경우에 새로운 에미터(50)로 교체할 수 있어 비용 경제적이다. 이와 같이, 상기 제2캐리어층(100)을 캐소드(30)에 결합할 때, 열합착 방식, 볼트·너트 결합방식, 또는 핀고정 방식 등을 이용하는 것이 바람직하다.Particularly, it is preferable that the concavo-convex coupling is a form in which the second carrier layer 100 and the cathode 30 can be separated and recombined. That is, the concavities and convexities formed in the second carrier layer 100 are formed into a thread or a pin. Accordingly, the thin film characteristic converting apparatus using an electron beam according to the present invention can be replaced with a new emitter 50 when the lifetime of the emitter 50 is short, which is cost effective. As described above, when the second carrier layer 100 is coupled to the cathode 30, it is preferable to use a heat bonding method, a bolt-nut coupling method, or a pin fixing method.

또한, 전자방출의 특성을 향상시키기 위한 제3실시예로서, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부에 요철이 형성된 제3요철부(111)를 구비하며, 상기 전계방출기판(70)의 상부에 마련된 금속성의 제3캐리어층(110)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.As a third embodiment for improving the characteristics of electron emission, the thin film characteristic converting apparatus using an electron beam according to the present invention has a third concave-convex portion 111 having concave and convex portions formed thereon as shown in Fig. 5 And a metallic third carrier layer 110 provided on the field emission substrate 70.

상기 제3실시예에 따라, 상기 캐소드(30)는, 하부에 상기 제3캐리어층(110)의 제3요철부(111)에 대응하는 반대 요철이 형성된 제4요철부(32)를 구비하고, 상기 제4요철부(32)가 상기 제3캐리어층(110)의 제3요철부(111)에 요철 결합된다.According to the third embodiment, the cathode 30 includes a fourth concave-convex portion 32 formed at the lower portion thereof with opposite concave-convex portions corresponding to the third concave-convex portion 111 of the third carrier layer 110 And the fourth concave-convex portion 32 is concavo-convex coupled to the third concave-convex portion 111 of the third carrier layer 110.

상기 제3캐리어층(110)은 금속층으로서, 균일하고 안정적으로 접착되고 접착 저항이 감소될 수 있도록 열합착 공정을 통해 상기 전계방출기판(70)에 접착되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제3캐리어층(110)은 금, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 니켈, 아연, 백금, 몰리브텐, 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 특히, 알루미늄, 서스(Sus), 코바(Covar)로 구성되는 것이 가장 바람직하다.The third carrier layer 110 is preferably a metal layer, and is preferably bonded to the field emission substrate 70 through a heat bonding process so that the third carrier layer 110 can be uniformly and stably bonded and reduced in adhesion resistance. Specifically, the third carrier layer 110 may be at least one of metals selected from the group consisting of gold, silver, copper, tin, aluminum, nickel, zinc, platinum, molybdenum, titanium, And most preferably composed of aluminum, Sus, and Covar.

특히, 상기 요철 결합은 상기 제3캐리어층(110)과 캐소드(30) 간에 분리 및 재결합이 가능한 형태인 것이 바람직하다. 즉, 상기 제3캐리어층(110)에 형성된 요철은 나사산이나 핀 형상으로 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치는 상기 에미터(50)의 수명이 다할 경우에 새로운 에미터(50)로 교체할 수 있어 비용 경제적이다. 이와 같이 상기 제3캐리어층(110)을 캐소드(30)에 결합할 때, 열합착 방식, 볼트·너트 결합방식, 또는 핀고정 방식 등을 이용하는 것이 바람직하다.Particularly, it is preferable that the concavo-convex coupling is a form in which the third carrier layer 110 and the cathode 30 can be separated and recombined. That is, the concavities and convexities formed on the third carrier layer 110 are formed in the form of a thread or a pin. Accordingly, the thin film characteristic converting apparatus using an electron beam according to the present invention can be replaced with a new emitter 50 when the lifetime of the emitter 50 is short, which is cost effective. When the third carrier layer 110 is coupled to the cathode 30, it is preferable to use a thermal bonding method, a bolt-nut coupling method, or a pin fixing method.

이상과 같이 설명한 상기 제1캐리어층(80), 제2캐리어층(100) 및 제3캐리어층(110)은 상기 캐소드(30)와 전계방출기판(70) 간의 접착을 균일하게 유지시키고, 저항을 감소시키며, 이에 따라 이들을 구비한 상기 에미터(70)는 전자방출 특성이 향상된다.The first carrier layer 80, the second carrier layer 100 and the third carrier layer 110 described above maintain uniform adhesion between the cathode 30 and the field emission substrate 70, So that the emitter 70 having the emitter 70 has improved electron emission characteristics.

또한, 서로 요철 결합되는 상기 제1요철부(101)와 제2요철부(31), 상기 제3요철부(111)와 제4요철부(32)는 각각 다수의 요철이 형성되어 요철 겹합될 수도 있다.
The first concavo-convex portion 101 and the second concavo-convex portion 31, which are concavo-convexly coupled to each other, and the third concavo-convex portion 111 and the fourth concavo-convex portion 32, It is possible.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a thin film characteristic conversion method using an electron beam according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 서로 이격되게 마련된 애노드와 상기 애노드 상의 캐소드, 상부에 박막을 구비하고 상기 애노드 상에 마련된 기판, 상기 캐소드 하부에 마련된 다수의 에미터 및 상기 에미터와 이격되게 마련된 게이트를 각각 내부에 포함하는 챔버를 이용하여 박막의 특성을 변환시킨다. 상기 애노드, 캐소드, 에미터, 기판 및 게이트에 대한 구체적인 내용은 본 발명의 상술한 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 장치에서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 구성과 동일하므로 이하 설명은 생략하도록 한다.First, a method of converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention includes a substrate provided on the anode, a cathode on the anode, a thin film on the anode, and a plurality of emitters And a chamber including a gate provided so as to be spaced apart from the emitter are used to convert the characteristics of the thin film. The details of the anode, the cathode, the emitter, the substrate and the gate are the same as those described with reference to Figs. 1 to 5 in the thin film characteristic apparatus using the electron beam according to the above-described embodiment of the present invention, do.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 상기 박막에 전자빔을 조사하여 상기 박막의 특성을 변화시키는 제1단계(S20)를 포함한다. 즉, 상기 애노드, 캐소드 및 게이트에 전압을 인가하여 상기 에미터로부터 전자빔이 조사되도록 한다. 예를 들어, 상기 애노드에는 8 kV 내지 10 kV 전압과 0.5 mA 내지 2 mA의 전류를 인가하고, 상기 게이트에는 1.5 kV 내지 3.5 kV의 전압을 인가하며, 상기 캐소드에는 전지전압을 연결한다. 이때, 상기 전자빔은 10초 내지 60초 동안 조사되는 것이 바람직하다.Specifically, the thin film characteristic conversion method using an electron beam according to an embodiment of the present invention includes a first step (S20) of changing the characteristics of the thin film by irradiating the thin film with an electron beam. That is, a voltage is applied to the anode, the cathode, and the gate so that the electron beam is irradiated from the emitter. For example, a voltage of 8 kV to 10 kV and a current of 0.5 mA to 2 mA are applied to the anode, a voltage of 1.5 kV to 3.5 kV is applied to the gate, and a cell voltage is connected to the cathode. At this time, it is preferable that the electron beam is irradiated for 10 seconds to 60 seconds.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 상기 제1단계(S20) 전에 소정의 박막 증착법을 이용하여 상기 기판의 상부에 박막을 증착하는 단계(S10)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 박막 증착법은 스퍼터링법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법인 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 상기 기판에 박막을 증착하는 단계와 상기 박막에 전자빔을 조사하는 단계를 동일한 챔버 속에서 이루어지게 함으로써, 박막의 특성을 변환하는 공정의 시간 및 비용을 줄일 수 있다. Particularly, the thin film characteristic conversion method using an electron beam according to an embodiment of the present invention may further include a step (S10) of depositing a thin film on the substrate using a predetermined thin film deposition method before the first step (S20) have. Specifically, the thin film deposition method is preferably a sputtering method or a plasma chemical vapor deposition method. Accordingly, the method of converting a thin film characteristic using an electron beam according to an embodiment of the present invention includes the steps of depositing a thin film on the substrate and irradiating the thin film with an electron beam in the same chamber, The time and cost of the process can be reduced.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법은 상기 박막에서 발생하는 음극선 발광의 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지나 조사시간을 조절하는 제2단계(S30)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2단계(S30)는 상기 박막에서 발생하는 음극선 발광의 스펙트럼을 측정하는 단계(S31)와 상기 측정된 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지나 조사시간을 조절하는 단계(S32)를 포함한다. 상기 전자빔의 에너지는 상기 애노드, 캐소드 및 게이트에 인가되는 전압 및 전류를 통해 조절한다.
According to another embodiment of the present invention, the thin film characteristic conversion method using an electron beam may further include a second step (S30) of controlling the energy or irradiation time of the electron beam according to the spectrum of the cathode luminescence generated in the thin film . That is, the second step S30 includes a step S31 of measuring the spectrum of the cathode luminescence generated in the thin film and a step S32 of adjusting the energy or irradiation time of the electron beam according to the measured spectrum. The energy of the electron beam is controlled through the voltage and current applied to the anode, the cathode, and the gate.

이하, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치의 바람직한 일 실시예와 이를 이용하여 실험한 결과에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a thin film property converting apparatus using an electron beam according to the present invention and results of experiments using the same will be described.

도 6은 실리콘(Si) 웨이퍼로 형성된 전계방출기판 상에 에미터를 성장시키는 과정을 나타낸다. 6 shows a process of growing an emitter on a field emission substrate formed of a silicon (Si) wafer.

본 발명의 일 실시예에서는 전이금속인 니켈(Ni) 박막을 실리콘 웨이퍼 상에 증착하고, 상기 증착된 니켈 박막 위에 감광성 레지스트를 도포한 후 패터닝하여 식각하고, 화학기상증착법에 따라 탄화수소 기체를 이용하여 상기 패터닝된 포토 레지스트 위에 탄소나노튜브 에미터를 성장시킨다.In an embodiment of the present invention, a nickel (Ni) thin film as a transition metal is deposited on a silicon wafer, a photosensitive resist is coated on the deposited nickel thin film, and patterned and etched. Then, A carbon nanotube emitter is grown on the patterned photoresist.

상기 니켈 박막은 실리콘(Si) 웨이퍼로 형성된 전계방출기판 상에 탄소나노튜브 에미터가 성장되도록 촉진하는 촉매 금속층으로서, 수 nm 내지 수백 nm, 바람직하게는 10 내지 100nm의 두께로 형성한다. 상기 촉매 금속층은 니켈 외에도 철(Fe) 또는 코발트(Co)와 같은 단일 금속이나, 코발트-니켈, 코발트-철, 니켈-철 또는 코발트-니켈-철이 합성된 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 촉매 금속층을 증착하는 방법은 화학기상 증착법 외에도 열증착(thermal evaporation)법, 스퍼터링(sputtering)법 또는 전자빔증착(electron beam evaporation)법 등을 이용할 수 있다.The nickel thin film is formed as a catalytic metal layer which promotes the growth of a carbon nanotube emitter on a field emission substrate formed of a silicon (Si) wafer, and has a thickness of several nm to several hundred nm, preferably 10-100 nm. The catalyst metal layer may be formed of a single metal such as iron (Fe) or cobalt (Co) or an alloy of cobalt-nickel, cobalt-iron, nickel-iron or cobalt-nickel-iron in addition to nickel. The catalyst metal layer may be deposited by a thermal evaporation method, a sputtering method, or an electron beam evaporation method in addition to the chemical vapor deposition method.

상기 감광성 레지스트로는 무기 레지스트, 유기 레지스트 및 유,무기 혼합형 레지스트, 또는 감광형 유리페이스트 중 어느 하나를 사용한다.As the photosensitive resist, any one of inorganic resist, organic resist, organic or inorganic mixed resist, or photosensitive glass paste is used.

도 7(a)는 도 6의 과정에 따라 탄소나노튜브 에미터를 화학기상 증착법에 따라 성장시키는 챔버 내의 구성을 나타내고, 도 7(b)는 상기 챔버 내에서 탄소나노튜브 에미터를 화학기상증착법에 따라 성장시키기 위한 조건을 나타낸다. 7 (a) shows a structure of a chamber in which a carbon nanotube emitter is grown according to a chemical vapor deposition method according to the process of FIG. 6, and FIG. 7 (b) shows a structure in which a carbon nanotube emitter is grown by chemical vapor deposition Lt; / RTI >

즉, 본 일 실시예에서 상기 탄소 나노튜브는 150 내지 800℃의 내부 온도 및 1.8 Torr의 내부 압력를 갖는 챔버에서 실리콘(Si) 웨이퍼로 형성된 상기 전계방출기판을 어닐링(annealing)한 후, 아세틸렌(C2H2) 등의 탄화수소 기체와 암모니아(NH3) 등의 질소 또는 수소함유 기체를 40:60 비율로 공급하여 120분간 형성한다. 상기 탄화수소 기체는 아세틸렌(C2H2) 외에도 메탄(CH4), 에틸렌 (C2H4), 프로필렌(C2H6) 또는 프로판(C3H8)을 사용할 수 있다.That is, in this embodiment, the carbon nanotubes anneal the field emission substrate formed of a silicon (Si) wafer in a chamber having an internal temperature of 150 to 800 ° C. and an internal pressure of 1.8 Torr, 2 H 2 ) and nitrogen or hydrogen-containing gas such as ammonia (NH 3 ) are supplied at a ratio of 40:60 for 120 minutes. The hydrocarbon gas may be methane (CH 4 ), ethylene (C 2 H 4 ), propylene (C 2 H 6 ), or propane (C 3 H 8 ) in addition to acetylene (C 2 H 2 ).

상기와 같이 챔버 내로 공급된 탄화수소 기체는 기체 상태에서 탄소 유닛(C=C 또는 C)과 자유 수소(H)로 플라즈마 및 열분해(pyrolysis)되고, 상기 분해된 탄소 유닛들은 노출된 촉매 금속층의 금속 입자의 표면에 흡착되며, 시간이 경과함에 따라 촉매 금속 입자의 내부로 확산되어 용해된다. 상기와 같은 상태에서 지속적으로 탄소 유닛들이 공급되면, 촉매 금속 입자의 촉매 작용에 의해 탄소나노튜브 에미터가 일정한 방향으로 성장한다. 상기 촉매 금속 입자의 형태가 둥글거나 뭉툭한 경우에는 탄소나노튜브 에미터의 말단 또한 원형 또는 뭉툭한 형태로 형성되고, 촉매 금속 입자의 말단이 뾰족한 경우에는 탄소나노튜브 에미터의 말단도 뾰족하게 침 형상으로 형성된다.As described above, the hydrocarbon gas supplied into the chamber is plasma-pyrolysed with a carbon unit (C = C or C) and free hydrogen (H) in a gaseous state, and the decomposed carbon units are decomposed into metal particles And dissolves into the interior of the catalytic metal particles as time passes. When the carbon units are continuously supplied in the above-described state, the carbon nanotube emitter grows in a certain direction due to the catalytic action of the catalytic metal particles. When the shape of the catalyst metal particles is round or blunted, the ends of the carbon nanotube emitter are also formed in circular or blunt shapes. When the ends of the catalytic metal particles are sharp, the ends of the carbon nanotube emitter are sharply tipped .

도 8은 도 6 및 도 7에 따라 실제 성장시킨 탄소나노튜브 에미터를 전자 주사 현미경(SEM)으로 캡처한 이미지를 나타낸다. 이를 참조하면, 전자방출이 용이한 침 형상의 탄소나노튜브 에미터가 실리콘(Si) 웨이퍼로 형성된 전계방출기판 상에 성장된다.FIG. 8 shows an image captured by an electron microscope (SEM) of a carbon nanotube emitter actually grown according to FIGS. 6 and 7. FIG. Referring to this, a needle-like carbon nanotube emitter which is easy to electron-emit is grown on a field emission substrate formed of a silicon (Si) wafer.

도 9(a)는 도 6 및 도 7에 따라 성장된 탄소나노튜브 에미터를 구비한 본 발명의 실시예에 따른 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치의 각 구성을 나타내고, 도 9(b)는 박막 특성 변환 장치의 각 구성의 사양 및 전자빔을 조사하는 조건을 나타낸다.FIG. 9 (a) shows the structure of a thin film property converting apparatus using an electron beam according to an embodiment of the present invention having carbon nanotube emitters grown according to FIGS. 6 and 7, and FIG. 9 (b) The specification of each constitution of the characteristic conversion apparatus and the condition for irradiating the electron beam.

상기 기판으로는 플라즈마 여기 CVD(plasma enhanced CVD, PECVD)에 의해 300㎚의 두께로 비정질 실리콘(amorphous silicon) 박막이 증착된 유리 기판을 사용하였다. 상기 탄소나노튜브 에미터는 직경이 7.5㎛, 길이가 40 내지 45㎛이며, 각 탄소나노튜브 에미터 간의 간격은 50㎛를 유지한다. 또한, 게이트와 비정질 실리콘 박막 간의 직선 거리는 14.7㎜를 유지하고, 게이트와 캐소드 간의 직선 거리는 0.15㎜를 유지하며, 챔버 내 압력은 3×10-7 Torr 이하로 유지된다. 게이트의 메쉬는 1개가 500㎛이며, 선의 두께는 115㎛로 하였다. 이때, 상기 탄소나노튜브 에미터를 통해 전자빔이 조사되도록, 애노드에는 전압이 9㎸, 전류가 1㎃로 공급되고, 게이트에는 전압이 2.5㎸로 공급된다. 또한, 상기 탄소나노튜브 에미터를 통해 전자빔이 조사되는 시간은 60초 이하이다.As the substrate, a glass substrate on which an amorphous silicon thin film was deposited to a thickness of 300 nm by plasma enhanced CVD (PECVD) was used. The carbon nanotube emitter has a diameter of 7.5 mu m and a length of 40 to 45 mu m, and the interval between the carbon nanotube emitters is 50 mu m. Further, the linear distance between the gate and the amorphous silicon thin film is maintained at 14.7 mm, the linear distance between the gate and the cathode is maintained at 0.15 mm, and the pressure in the chamber is maintained at 3 × 10 -7 Torr or less. One mesh of the gate has a thickness of 500 mu m and a thickness of the line is 115 mu m. At this time, a voltage of 9 kV, a current of 1 mA is supplied to the anode, and a voltage of 2.5 kV is supplied to the gate so that an electron beam is irradiated through the carbon nanotube emitter. Also, the irradiation time of the electron beam through the carbon nanotube emitter is 60 seconds or less.

도 9(a)에서 진공챔버 내에서 캐소드가 하부에 마련되고, 애노드가 상부에 마련되는 것으로 도시되었으나, 전자빔 조사 효율을 위해 이들의 위치를 서로 바꾸어 전자빔을 조사하는 것이 바람직하다.In FIG. 9 (a), the cathode is provided in the lower part in the vacuum chamber and the anode is provided in the upper part. However, it is preferable to irradiate the electron beams by changing their positions for electron beam irradiation efficiency.

도 10(a)는 도 6 및 도 7에 따라 성장된 탄소나노튜브 에미터가 그룹으로 이루어진 것을 나타내고, 도 10(b)는 상기 각 탄소나노튜브 에미터 그룹의 전자방출을 조절하도록 개구홈을 구비한 게이트를 나타낸다. 10 (a) shows a group of carbon nanotube emitters grown according to FIG. 6 and FIG. 7, and FIG. 10 (b) shows open grooves to control electron emission of each of the carbon nanotube emitter groups Lt; / RTI >

도 11(a)는 전자빔을 조사하기 전의 비정질 실리콘 박막을 나타내고, 도 11(b)는 도 9에 따라 전자빔을 조사한 후의 실리콘 박막을 나타낸다. 도 11(b)를 참조하면, 녹색으로 표시된 부분이 전자빔에 의해 다결정 실리콘으로 변환된 부분을 나타낸다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 변환 장치를 이용하여 단시간(60초 이하)에 낮은 전력(애노드의 전압 및 전류가 9㎸ 및 1㎃, 게이트의 전압이 2.5㎸)으로 다결정 실리콘을 형성할 수 있음을 알 수 있다.Fig. 11 (a) shows an amorphous silicon thin film before electron beam irradiation, and Fig. 11 (b) shows a silicon thin film after electron beam irradiation according to Fig. Referring to Fig. 11 (b), a portion indicated by green indicates a portion converted to polycrystalline silicon by an electron beam. That is, by using the thin film characteristic converting apparatus according to the embodiment of the present invention, polycrystalline silicon is formed at a low power (anode voltage and current of 9 kV and 1 mA and gate voltage of 2.5 kV) in a short time (60 seconds or less) It can be seen that

도 12(a)는 전자빔을 조사하기 전의 비정질 실리콘 박막을 전자 주사 현미경(SEM)으로 캡처한 이미지를 나타내고, 도 12(b)는 도 9에 따라 전자빔 조사에 의해 변환된 다결정 실리콘 박막을 전자 주사 현미경(SEM)으로 캡처한 이미지를 나타낸다. 도 12(b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 변환 장치를 이용하여 10 내지 30 ㎚의 균일한 그레인을 갖는 다결정 실리콘을 형성되는 것을 알 수 있다.Fig. 12 (a) shows an image obtained by capturing an amorphous silicon thin film before electron beam irradiation with a scanning electron microscope (SEM), Fig. 12 (b) Shows an image captured by a microscope (SEM). Referring to FIG. 12 (b), polycrystalline silicon having a uniform grain of 10 to 30 nm is formed using the thin film property converting apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 13(a)는 전자빔을 조사하기 전의 비정질 실리콘 박막의 X－선 회절분석(XRD : X－ray Diffraction Analysis) 결과를 나타내고, 13(b)는 도 9에 따라 전자빔을 조사한 후의 다결정 실리콘 박막의 X－선 회절분석(XRD : X－ray Diffraction Analysis) 결과를 나타낸다. 도 13(a),(b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 변환 장치를 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 변환시킨 것을 확인할 수 있다.13 (a) shows the X-ray diffraction analysis (XRD) results of the amorphous silicon thin film before the electron beam irradiation, and 13 (b) shows the result of the X- X-ray diffraction analysis (XRD). 13A and 13B, it can be seen that the amorphous silicon thin film is converted into the polycrystalline silicon thin film by using the thin film characteristic converting apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 14(a),(b),(c)는 도 9에 따라 전자빔 조사에 의해 변환된 다결정 실리콘에 대한 라만 분석 결과로서, 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 및 그 결과값을 각각 나타낸다. 도 14(a)에서 보이는 바와 같이, 520 cm- 1 의 파장에서 결정질 실리콘의 피크가 확인되었으며, 이를 분석하여 결정화도를 구하는 해석을 도 14(b)에 나타냈으며, 이에 따라 도 14(c)에 나타낸 바와 같이 99.2%의 결정화도를 얻을 수 있었다.14 (a), 14 (b) and 14 (c) show the Raman spectrum and the resultant values thereof, respectively, as a result of Raman analysis on polycrystalline silicon converted by electron beam irradiation according to FIG. As shown in Fig. 14 (a), a peak of crystalline silicon was observed at a wavelength of 520 cm <& quot ; 1 >, and an analysis for obtaining the crystallinity by analyzing the peak was shown in Fig. 14 (b) As shown, the degree of crystallization was 99.2%.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 변환 장치를 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막에 전자빔을 조사하여 다결정 실리콘 박막으로 변환시키는 사진을 나타낸다. 도 15를 참조하면, 상기 비정질 실리콘 박막에 전자빔이 조사됨에 따라 노란빛의 음극선 발광(Cathodoluminescence)을 나타나는 것을 확인할 수 있다.FIG. 15 is a photograph showing the transformation of an amorphous silicon thin film into an amorphous silicon thin film by irradiating the amorphous silicon thin film with an electron beam using the thin film property converting apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, as the electron beam is irradiated on the amorphous silicon thin film, yellow light emission (Cathodoluminescence) appears.

도 16은 전자빔이 조사되지 않은 비정질 실리콘 박막의 영역과 전자빔이 조사된 비정질 실리콘 박막의 영역에서 나타나는 음극선 발광(Cathodoluminescence)의 스펙트럼을 표시한다. 도 16을 참조하면, 전자빔이 조사된 비정질 실리콘 박막의 영역에서만 음극선 발광(Cathodoluminescence)이 나타나는 것을 확인할 수 있다.FIG. 16 shows a spectrum of a cathode ray emission (Cathodoluminescence) appearing in a region of an amorphous silicon thin film not irradiated with an electron beam and a region of an amorphous silicon thin film irradiated with an electron beam. Referring to FIG. 16, it can be seen that cathode light emission (Cathodoluminescence) appears only in the region of the amorphous silicon thin film irradiated with the electron beam.

도 17(a),(b)는 전자빔이 조사된 비정질 실리콘 박막의 영역에서 나타나는 음극선 발광(Cathodoluminescence)의 스펙트럼을 디콘볼루션(deconvolution)한 결과를 나타낸다. 즉, 음극선 발광 스펙트럼 분석결과 전자빔이 조사된 시료의 경우 전 가시광선(380~780nm) 영역에서 발광하는 특성을 보이며 이로부터 흰색의 빛이 발산됨을 알 수 있다. 이는 도 16의 흰색 발광을 확인한 사진과 일치하는 특성을 보여주고 있다. 하지만 전자빔이 조사되지 않은 시료의 경우(회색선)에서는 가시광선 영역에서의 발광특성을 보여주지 않는다.
17 (a) and 17 (b) show the result of deconvolution of the spectrum of cathode ray emission (Cathodoluminescence) in the region of the amorphous silicon thin film irradiated with the electron beam. That is, as a result of the cathode ray emission spectrum analysis, the sample irradiated with the electron beam shows a characteristic of emitting light in the full visible range (380 to 780 nm), and the white light is emitted therefrom. This shows the characteristics that coincide with the picture in which the white light emission of FIG. 16 is confirmed. However, in the case of the sample not irradiated with the electron beam (gray line), the luminescence characteristics in the visible light region are not shown.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be appreciated that one embodiment is possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the claims.

10 : 챔버 20 : 애노드
30 : 캐소드 31 : 제2요철부
32 : 제4요철부 40 : 기판
41 : 박막 50 : 에미터
60 : 게이트 61 : 개구홈
70 : 전계방출기판 80 : 제1캐리어층
90 : 중간재 100 : 제2캐리어층
101 : 제1요철부 110 : 제3캐리어층
111 : 제3요철부10: chamber 20: anode
30: cathode 31: second concave-convex portion
32: fourth concave-convex portion 40: substrate
41: Thin film 50: Emitter
60: gate 61: opening groove
70: field emission substrate 80: first carrier layer
90: intermediate member 100: second carrier layer
101: first concave / convex portion 110: third carrier layer
111: third concave-convex portion

Claims (18)

챔버;
상기 챔버 내에 서로 이격되게 마련된 애노드 및 상기 애노드 상의 캐소드;
상부에 박막을 구비하며, 상기 애노드 상에 마련된 기판;
상기 캐소드 하부에 마련된 다수의 에미터;
상기 에미터와 이격되게 마련된 게이트를 포함하되,
상기 캐소드와 에미터 사이에 마련된 전계방출기판과,
상기 전계방출기판 상부에 마련된 금속성의 제1캐리어층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.chamber;
An anode disposed to be spaced apart from each other in the chamber, and a cathode on the anode;
A substrate provided on the anode, the substrate having a thin film thereon;
A plurality of emitters provided below the cathode;
And a gate spaced apart from the emitter,
A field emission substrate provided between the cathode and the emitter,
Further comprising a metallic first carrier layer provided on the field emission substrate. 제1항에 있어서,
상기 박막은 실리콘 박막, 절연 필름, 산화물 반도체, 전도성 필름 및 투명전극으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the thin film is at least one selected from the group consisting of a silicon thin film, an insulating film, an oxide semiconductor, a conductive film, and a transparent electrode. 제1항에 있어서,
상기 게이트는 다수의 개구홈을 구비한 메쉬 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the gate is formed of a mesh structure having a plurality of open grooves. 제3항에 있어서,
상기 각 에미터는 상기 개구홈 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.The method of claim 3,
Wherein each of the emitters is located on the opening groove. 제3항에 있어서,
2개 이상의 상기 에미터로 이루어진 다수의 에미터 그룹을 더 포함하고,
상기 각 에미터 그룹은 상기 개구홈 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.The method of claim 3,
Further comprising a plurality of emitter groups of two or more of said emitters,
Wherein each of the emitter groups is located on the opening groove. 제4항에 있어서,
상기 각 에미터 그룹 내의 각 에미터는 해당 에미터 그룹 상에 위치한 개구홈의 중심점을 기준으로 대칭되게 배열된 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.5. The method of claim 4,
Wherein each of the emitters in each of the emitter groups is symmetrically arranged with respect to a center point of an opening groove located on the corresponding emitter group. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1캐리어층은 상기 전계방출기판에 열합착되는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first carrier layer is thermally adhered to the field emission substrate. 제1항에 있어서,
상기 제1캐리어층은 금, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 니켈, 아연, 백금, 몰리브텐, 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first carrier layer is composed of any one of a metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, tin, aluminum, nickel, zinc, platinum, molybdenum, titanium, Thin Film Characteristic Conversion Device Using. 제1항에 있어서,
상부에 요철이 형성된 제1요철부를 구비하고, 상기 제1캐리어층의 상부에 마련된 금속성의 제2캐리어층을 더 포함하며,
상기 캐소드는,
하부에 상기 제2캐리어층의 제1요철부에 대응하는 반대 요철이 형성된 제2요철부를 구비하고, 상기 제2요철부가 상기 제2캐리어층의 제1요철부에 요철 결합되는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.The method according to claim 1,
And a second concavo-convex portion formed on the first concavo-convex portion, the concavo-convex portion being provided on the first concavo-convex portion, and a second metallic carrier layer provided on the first carrier layer,
The cathode may further comprise:
And a second concavo-convex portion formed on the lower portion of the second carrier layer and having opposite concavities and convexities corresponding to the first concavo-convex portion of the second carrier layer, wherein the second concavo- Thin Film Characteristic Conversion Device Using. 챔버;
상기 챔버 내에 서로 이격되게 마련된 애노드 및 상기 애노드 상의 캐소드;
상부에 박막을 구비하며, 상기 애노드 상에 마련된 기판;
상기 캐소드 하부에 마련된 다수의 에미터;
상기 에미터와 이격되게 마련된 게이트를 포함하되,
상기 캐소드와 에미터 사이에 마련된 전계방출기판과,
상부에 요철이 형성된 제3요철부를 구비하며, 상기 전계방출기판의 상부에 마련된 금속성의 제3캐리어층을 더 포함하며,
상기 캐소드는,
하부에 상기 제3캐리어층의 제3요철부에 대응하는 반대 요철이 형성된 제4요철부를 구비하고, 상기 제4요철부가 상기 제3캐리어층의 제3요철부에 요철 결합되는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치.chamber;
An anode disposed to be spaced apart from each other in the chamber, and a cathode on the anode;
A substrate provided on the anode, the substrate having a thin film thereon;
A plurality of emitters provided below the cathode;
And a gate spaced apart from the emitter,
A field emission substrate provided between the cathode and the emitter,
Further comprising a third metallic carrier layer provided on a top of the field emission substrate, the third metallic carrier layer having a third concavo-
The cathode may further comprise:
And a fourth concavo-convex portion having a concave-convex portion corresponding to the third concavo-convex portion of the third carrier layer formed on the lower portion thereof, and the fourth concavo-convex portion is convex- concave-convex to the third concavo-convex portion of the third carrier layer. Thin Film Characteristic Conversion Device Using. 제1항에 있어서,
상기 박막에서 발생하는 음극선 발광의 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지나 조사시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 특성 변환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the energy of the electron beam and the irradiation time are controlled according to the spectrum of the cathode ray emission generated in the thin film. 제12항에 있어서,
상기 음극선 발광의 스펙트럼을 분석하는 스펙트럼 분석장치;
상기 스펙트럼 분석장치에 의해 분석된 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지 또는 조사시간을 조절하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 특성 변환 장치.13. The method of claim 12,
A spectrum analyzer for analyzing the spectrum of the cathode ray emission;
Further comprising a control device for controlling the energy of the electron beam or the irradiation time according to the spectrum analyzed by the spectrum analyzer. 제1항의 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 장치를 이용하여 박막의 특성을 변환시키는 방법으로서,
상기 박막에 전자빔을 조사하여 상기 박막의 특성을 변화시키는 제1단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법.A method for converting characteristics of a thin film using the thin film property converting apparatus using the electron beam according to claim 1,
And a first step of irradiating the thin film with an electron beam to change the characteristics of the thin film. 제14항에 있어서,
상기 제1단계 전에 소정의 박막 증착법을 이용하여 상기 기판의 상부에 박막을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법.15. The method of claim 14,
Further comprising the step of depositing a thin film on the substrate using a predetermined thin film deposition method before the first step. 제15항에 있어서,
상기 박막 증착법은 스퍼터링법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법인 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법.16. The method of claim 15,
Wherein the thin film deposition method is a sputtering method or a plasma chemical vapor deposition method. 제14항에 있어서,
상기 전자빔은 10초 내지 60초 동안 조사되는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the electron beam is irradiated for 10 to 60 seconds. 제14항에 있어서,
상기 박막에서 발생하는 음극선 발광의 스펙트럼에 따라 전자빔의 에너지나 조사시간을 조절하는 제2단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 박막 특성 변환 방법.15. The method of claim 14,
And a second step of controlling the energy of the electron beam and the irradiation time according to the spectrum of the cathode luminescence generated in the thin film.
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