KR102123029B1 - 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법 - Google Patents

고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102123029B1
KR102123029B1 KR1020180154087A KR20180154087A KR102123029B1 KR 102123029 B1 KR102123029 B1 KR 102123029B1 KR 1020180154087 A KR1020180154087 A KR 1020180154087A KR 20180154087 A KR20180154087 A KR 20180154087A KR 102123029 B1 KR102123029 B1 KR 102123029B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
tungsten wire
inorganic metal
mixed
mole
Prior art date
Application number
KR1020180154087A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200067327A (ko
Inventor
이광섭
김란희
정주형
박승규
김대준
김도윤
Original Assignee
한남대학교 산학협력단
(주)브이에스아이
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 한남대학교 산학협력단, (주)브이에스아이 filed Critical 한남대학교 산학협력단
Priority to KR1020180154087A priority Critical patent/KR102123029B1/ko
Publication of KR20200067327A publication Critical patent/KR20200067327A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102123029B1 publication Critical patent/KR102123029B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H01J29/04—Cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/04—Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
    • H01J9/042—Manufacture, activation of the emissive part

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

본 발명은 정전기를 제거하기 위해 사용되는 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법 관한 것으로, 보다 상세하게는 고진공과 저온에서도 높은 열전자 방출이 가능한 정전기 제거 기능을 갖는 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법 {Metal oxide-coated tungsten wires for highly efficient electron emitter and preparation method the same}
본 발명은 정전기 제거 기능을 가지는 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 저온에서도 높은 열전자 방출이 가능한 열전자 방출 소자에 관한 것이다.
반도체나 디스플레이를 생산하는 제조공정에서 정전기는 소자의 절연막 파괴 또는 미세입자의 흡착 등을 통하여 생산 수율에 부정적인 영향을 끼친다. 생산 공정 중 유기박막을 진공챔버 내에서 증착할 때 발생되는 정전기로 인해 국부적인 전위차가 발생하여 고압방전이 일어나 표면손상을 야기하거나 정전기로 인한 증착속도의 국부적인 차이로 인해 생산성 저하 및 불량이 다량 야기되어 생산 수율이 저하될 수 있다. 따라서 유기발광소자 (organic light emitting diode; OLED), 액정디스플레이 (liquid crystal display; LCD), 퀸텀닷 디스플레이 (quantum dot display; QDD) 등의 차세대 디스플레이, 반도체 및 필름 등의 생산 공정에서 정전기 제거 이오나이저는 생산 수율의 향상을 위한 핵심 장비로 쓰이고 있다. 정전기를 제거하기 위한 이오나이저에는 코로나 방전식 (corona discharge), 연엑스선 (soft X-ray), 이온블로워 (ion blower) 등이 있다. 그러나 코로나 방전식 이오나이저는 정전기 제거효과는 검증되었으나 코로나 방전시 전극팁 (electrode tip)에 극성을 띠는 미세 입자들이 흡착되는 단점이 있으며, 코로나 방전식 이오나이저는 방전팁 주변에 발생한 이온을 압축공기를 통하여 대전체로 이동시키는 방식을 사용하기 때문에 공기압이 낮은 환경에서는 사용이 불가능하다는 약점이 있다. 또한 이온의 생성과정에서 방전침에 미세입자가 생성되는 등 2차적인 오염을 유발할 수 있다. 한편, 연엑스선 (soft X-ray) 이오나이저는 광원으로 연엑스선을 사용하며, 대기 중에 떠다니는 가스 입자에 연엑스선을 조사하여 가스입자를 하전시키고 이온화된 가스입자가 정전기를 제거하는 방식으로 작동하나, 고진공 중에서는 사용할 수 없다는 단점이 있다. 이는 입자를 이온화시키는 이온화 효율이 낮아, 기체가 거의 없는 고진공 중에서는 이온화되는 입자가 매우 적기 때문에 정전기 제거가 거의 이루어지지 않기 때문이다. 반면 진공 UV (vacuum UV; VUV)를 이용하는 VUV 이오나이저는 이온화 효율이 높아 고진공하에서도 기체를 이온화시킴으로써 정전기를 효과적으로 제어할 수 있다. VUV 이오나이저의 원리는 핵심부품인 VUV관을 수 mPa의 낮은 압력하에서 중수소를 봉입하고 밀봉한 관 내부의 양극과 음극 사이의 작은 구멍을 통해 전자를 이동시키되 수백 mA의 전류가 흐르도록 하여 음극에서 양극으로 이동하는 전자가 중수소를 여기시켰다가 떨어지면서 VUV를 생성시키는 것이다. 여기서 기존의 크로마토그라피용 VUV 발생장치로는 충분한 효과의 제전 성능을 기대하기 어렵기 때문에, 이온화가 가능한 정도의 VUV를 방출시킬 수 있는 필라멘트의 성능을 크게 개선할 필요성이 대두되어 왔다.
열전자 방출원이 되는 필라멘트 (filament, cathode electrons)는 전극 골격 재료로 텅스텐이 사용되며, 텅스텐 필라멘트의 높은 일함수로 인한 낮은 열전자 방출 성능 개선을 위해 필라멘트에 금속산화물을 코팅하여 사용한다. 낮은 일함수를 갖는 금속산화물 (CaO, SrO, BaO 등)로 코팅된 필라멘트는 순수한 텅스텐으로 사용되었을 때보다 비교적 낮은 작동온도에서 높은 열전자 방출을 가능하게 한다. 하지만 텅스텐 필라멘트와의 접촉 강도와 이온에 의한 손상으로 수명과 성능에서 여전히 개선이 필요하다.
KR 10-0776699 B1
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 정전기 제거 이오나이저에서 중요한 핵심장치인 열전자 방출을 만들어내는 텅스텐 와이어에 일함수가 낮은 무기금속산화물을 적용하여, 고진공에서도 사용이 가능하고, 낮은 온도에서 높은 열전자 방출이 가능한 정전기 제거 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여,
칼슘, 스트론튬 및 바륨 산화물을 포함하는 혼합물과 무기금속산화물이 포함된 혼합산화물로 표면이 코팅된 텅스텐 와이어에 있어서, 상기 무기금속은 이트륨 (Y), 네오디뮴 (Nd), 유로퓸 (EU), 가돌리늄 (Gd) 및 인듐 (In) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘이 혼합된 것을 특징으로 하는 정전기 제거 기능을 갖는 고효율 전자방출용 텅스텐 와이어를 제공한다.
상기 칼슘, 스트론튬 및 바륨 산화물은 상기 혼합물에서 칼슘, 스트론튬 및 바륨 금속 몰비가 17:35:48로 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 무기금속산화물의 일함수는 2.3 내지 2.9 eV이며, 상기 무기금속산화물은 상기 혼합산화물 전체에서 0.1 내지 10 mole%로 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 텅스텐 와이어의 지름은 50 내지 300 ㎛이며, 단일 혹은 이중코일로 코팅되고, 1.0×10-5 내지 9.0×10-6 torr의 고진공에서 소성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 다른 측면에서, 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr) 및 바륨 (Ba)을 17:35:48 mole% 비율로 혼합하고 무기금속염화물을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제조된 혼합물을 텅스텐 와이어에 코팅하는 단계; 상기 텅스텐 와이어를 전기가열로를 통해 소성 (calcination)시키는 단계;를 포함하며, 상기 소성 단계에 의해 생성된 무기금속산화물의 일함수는 2.3 내지 2.9 eV인 것을 특징으로 하는 정전기 제거 기능을 갖는 고효율 전자방출용 텅스텐 와이어의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 텅스텐 와이어는 일함수가 낮은 무기금속산화물이 코팅되어 열전자 방출 효율이 우수하며, 저온에서도 열전자 방출 효율이 향상되어 차세대 반도체 및 디스플레이 소자 제작시 수율 향상을 위한 정전기 제거 이오나이저로 응용이 가능하다.
도 1은 에미터의 소성 (calcination) 과정 모식도이다.
도 2는 에미터의 열중량 분석 (TGA) 그래프이다.
도 3은 열전자 방출 측정을 위한 실험장치의 모식도이다.
도 4는 음극전압 변화에 따른 양극전류 측정 그래프이다.
도 5는 양극전압 변화에 따른 양극전류 측정 그래프이다.
도 6은 (a) 소결 후 대조군, (b) 측정 후 대조군, (c) 소결 후 실시예 1-1 및 (d) 측정 후 실시예 1-1의 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명의 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 정전기 제거 기능을 갖는 고효율 전자방출용 텅스텐 와이어는 칼슘, 스트론튬 및 바륨 산화물을 포함하는 혼합물과 무기금속산화물이 포함된 혼합산화물로 표면이 코팅되며, 상기 무기금속은 이트륨 (Y), 네오디뮴 (Nd), 유로퓸 (EU), 가돌리늄 (Gd) 및 인듐 (In) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘이 혼합된 것이 바람직하다.
상기 칼슘, 스트론튬 및 바륨 산화물은 상기 혼합물에서 칼슘, 스트론튬 및 바륨 금속 몰비가 17:35:48로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 무기금속산화물의 일함수는 2.3 내지 2.9 eV인 것이 바람직하다. 금속의 일함수는 금속 내에 존재하는 전자 한 개가 에너지를 받아 금속 외부로 방출되는데 필요한 최소에너지를 의미하며, 금속마다 고유의 진동수가 다르기 때문에 금속마다 각기 고유의 일함수가 존재한다. 방출전류밀도 식인 J=AGTne-W/kT에서, J (A/m2)는 방출전류밀도, W는 일함수, k는 볼츠만 상수, T는 절대온도, A는 리차드슨 상수를 의미하며, 지수 n은 금속은 2, 반도체는 1.25로 알려져 있다. 금속 재료의 일함수는 대략 4 내지 5 eV 값을 가지므로 충분한 전자밀도를 얻기 위해서는 가열온도가 2,000 K 이상 되어야 한다. 온도 (T), 지수 (n) 및 일함수 (W)를 조정하여 J 값을 증가시킬 수 있으며, n의 경우 금속 여부에 따라 결정되기 때문에 조절 가능한 인자는 T와 W로 압축된다. 따라서 절대온도 (T) 값이 클수록, 일함수 (W)의 값이 작을수록 더 낮은 에너지 준위로 인해 적은 에너지로도 쉽게 전자를 방출할 수 있기 때문에 높은 열전자 방출 성능을 가질 수 있다. 텅스텐은 융점이 매우 높으나 높은 일함수를 가지므로, 텅스텐 와이어에 코팅되는 무기금속산화물의 일함수는 2.3 내지 2.9 eV인 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기금속산화물은 상기 혼합산화물 전체에서 0.1 내지 10 mole%로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 텅스텐 와이어의 지름은 50 내지 300 ㎛이며, 단일 혹은 이중코일로 코팅되고, 1.0×10-5 내지 9.0×10-6 torr의 고진공에서 소성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 다른 측면에서, 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr) 및 바륨 (Ba)을 17:35:48 mole% 비율로 혼합하고 무기금속염화물을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제조된 혼합물을 텅스텐 와이어에 코팅하는 단계; 상기 텅스텐 와이어를 전기가열로를 통해 소성 (calcination)시키는 단계;를 포함하며, 상기 소성 단계를 통해 생성된 무기금속산화물의 일함수는 2.3 내지 2.9 eV인 것을 특징으로 하는 정전기 제거 기능을 갖는 고효율 전자방출용 텅스텐 와이어의 제조방법을 제공한다.
상기 무기금속산화물은 혼합물 전체에 대하여 0.1 내지 10 mole%로 혼합되며, 상기 무기금속산화물의 금속은 이트륨 (Y), 네오디뮴 (Nd), 유로퓸 (EU), 가돌리늄 (Gd) 및 인듐 (In) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘이 혼합된 것이 바람직하고, 상기 소성은 1.0×10-5 내지 9.0×10-6 torr의 고진공에서 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1. 에미터 제조
먼저, 탄산칼슘 (calcium carbonate), 탄산스트론튬 (strontium carbonate), 탄산바륨 (barium carbonate)을 17:35:48의 몰비율로 혼합하고, 이를 부틸 아세테이트 (n-butyl acetate)와 니트로셀룰로오스 (nitrocellulose)에 첨가하여 에미터 현탁액 (emitter suspension; Ca:Sr:Ba=17:35:48)을 제조하였다. Yttrium(III) chloride, Neodymium(III) chloride 및 Indium(III) chloride를 각각 ethanol에 녹여 1 mg/ml 농도로 제조한 뒤 전체의 x mole% (하기 표 1에 따른 혼합 비율)가 되도록 상기 에미터 현탁액 0.5 ml에 각각 첨가하였다. Vortex mixer에서 1분 동안 혼합시킨 후 초음파 세척기에서 5분 동안 초음파 처리한 다음 블로워 (blower)를 이용하여 용매를 제거하였다.
혼합 비율 (x mole%)
실시예 1-1 Y 1 mole%
실시예 1-2 Y 5 mole%
실시예 1-3 Y 10 mole%
실시예 1-4 Y 15 mole%
실시예 1-5 Y 30 mole%
실시예 1-6 In 15 mole%
실시예 1-7 Nd 15 mole%
실시예 1-8 Y 1 mole% + Nd 15 mole%
실시예 1-9 Y 1 mole% + In 15 mole%
실시예 2. 와이어 코팅 및 소성
상기 제조한 다양한 에미터 (실시예 1-1 내지 1-9)를 디핑 (dipping)을 통해 텅스텐 와이어의 표면에 코팅한 후, 코팅된 텅스텐 와이어를 1.0×10-5 내지 9.0×10-6 torr의 고진공 중에서 전기가열로를 통해 소성시켰으며, 전기가열로의 승온속도는 분당 4℃로 동일하게 유지하였다. 도 1을 참고하면, 먼저 250℃로 가열한 후 온도를 1시간 동안 유지하였으며, 이때 바인더와 용매는 분해되어 제거되고 금속염들만이 와이어 위에 남아있게 된다. 이어서 500℃, 900℃, 1,000℃ 순으로 가열하여 각 온도마다 1시간씩 온도를 유지한 뒤 소성을 종결시켰다. 이 과정에서 금속의 탄산염과 염화물은 각각 이산화탄소와 염소 기체를 배출하며 금속산화물의 형태로 전환하게 된다.
시험예 1. 열중량 분석 ( thermogravimetric analysis; TGA )
탄산염 및 염화물 상태의 금속염들이 산화물로 형성되는 온도를 확인하기 위해 열중량분석기 (TGA/DSC 1, Mettler- Toledo)를 이용하여 상기 실시예 1-1, 실시예 1-6 및 실시예 1-7에 대한 각 성분들의 분해온도를 확인하였으며, 질소가스 분위기에서 승온속도를 10℃/min으로 하여 25 내지 1,000℃까지 가열하면서 분석하였다. 도 2에 도시한 바와 같이, 바인더로 사용된 니트로셀룰로오스와 용매인 부틸아세테이트는 약 200℃ 전후로 모두 분해되었으며, 약 600℃ 전후로 각각의 탄산염들과 추가로 도입한 염화물들이 열분해 되어 금속산화물 형태로 변형되기 시작하였다. 온도를 1,000℃까지 승온시킬 때 분해가 계속 진행되는 것을 확인할 수 있는데 이것은 각각의 혼합물이 분해되는 온도가 다르기 때문이다. 대조군 (에미터 현탁액)의 기반이 되는 Ca의 분해는 약 800℃ 전후로 진행되고, Sr과 Ba의 분해는 약 700℃ 내지 1,000℃에 진행되며, 추가로 혼합한 염화물 형태의 Y은 약 600℃, In은 700℃, Nd은 900℃로, 모두 600℃ 내지 1,000℃까지 분해되어 금속산화물로 전환됨을 확인하였다.
시험예 2. 양극전류 측정
상기 실시예 2에서 제조한 금속산화물로 코팅된 텅스텐 와이어의 양극전류를 측정하기 위해 도 3과 같이 음극과 양극에 각각의 전원공급 장치를 연결한 후 양극과 양극 전원공급 장치 사이에 전류계를 설치하여 음극에서 생성되어 양극으로 흘러가는 전류의 세기를 측정하였다. 이때 양극전류의 측정은 1.0×10-5 내지 9.0×10-6 torr의 고진공에서 진행하였으며, 진공환경은 진공게이지를 통해서 확인하였다. 또한 음극전압은 1.5-10 V, 양극전압은 30-400 V 범위로 조절하였다.
1) 음극전압 변화에 따른 양극전류 측정
낮은 일함수를 갖는 무기금속산화물의 열전자 방출을 확인하기 위해 비교적 낮은 전압에서 실험을 진행하였다. 양극전압을 30 V로 고정한 후 음극전압을 1.5-10 V까지 조절하며 양극전류를 측정하였으며, 이에 대한 측정값을 도 4 및 하기 표 2에 나타내었다. 도 4와 같이, 대조군 (에미터 현탁액)은 음극전압이 증가하는 초기에는 큰 변화가 없지만 6 V 전후로 미세하게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 최대값은 10 V에서 0.353 mA로 측정되었다. 상기 실시예 1-6 및 실시예 1-7은 대조군과 마찬가지로 음극전압 6 V 전후로 양극전류가 증가하는 양상을 보였으며, 실시예 1-6 (In 15 mole%)은 음극전압이 10 V일 때 양극전류의 최댓값이 1.011 mA, 실시예 1-7 (Nd 15 mole%)은 0.995 mA로, 대조군에 비해 더 높은 열전자 방출 효율을 보였다.
코팅 물질 양극전류 최댓값 (mA, 음극전압 10 V)
대조군 (에미터 현탁액) 0.353
실시예 1-6 (In 15%) 1.011
실시예 1-7 (Nd 15%) 0.995
2) 양극전압 변화에 따른 양극전류 측정
와이어에서 발생하는 열전자 방출량은 이오나이저로의 사용에 매우 중요한 요소로, 상기 음극전압 조절을 통해 얻은 결과를 바탕으로 음극전압을 10 V로 고정한 후 양극전압을 30-400 V까지 상승시켜가며 양극전류 값을 측정하였으며, 이를 하기 표 3 및 도 5에 나타내었다. 그 결과, 대조군 (에미터 현탁액으로 코팅된 와이어)은 양극전압이 증가함에 따라 점차 양극전류가 증가하다가 400 V에서 21.72 mA의 최댓값을 나타내었다. 실시예 1-1 (Y 1 mole%)은 53.45 mA, 실시예 1-7 (Nd 15 mole%)은 52.73 mA로, 대조군의 2배가 넘는 값을 나타내어 우수한 성능 향상을 확인하였다. 반면 실시예 1-2 내지 실시예 1-5는 양극전류 값이 급격히 감소하였는데, 이는 이트륨 (Y)의 농도가 높아질수록 와이어에 금속산화물 고착화가 어려워지기 때문인 것으로 사료된다. 한편, 실시예 1-8 (Y 1 mole% + Nd 15 mole%)은 21.72 mA, 실시예 1-9 (Y 1 mole% + In 15 mole%)는 28.95 mA를 나타내어 두 종류의 금속산화물을 혼합했을 때보다 하나의 금속산화물만을 코팅하였을 때 더 높은 효율을 나타내었다.
코팅 물질 양극전류 최댓값 (mA, 양극전압 400 V)
대조군 (에미터 현탁액) 21.72
실시예 1-1 (Y 1%) 53.45
실시예 1-2 (Y 5%) 10.99
실시예 1-3 (Y 10%) 3.25
실시예 1-4 (Y 15%) 1.47
실시예 1-5 (Y 30%) 0.40
실시예 1-7 (Nd 15%) 52.73
실시예 1-8 (Y 1% + Nd 15%) 21.72
실시예 1-9 (Y 1% + In 15%) 28.95
시험예 3. SEM 분석
금속 첨가에 의한 성능 향상 요인을 분석하기 위해 주사전자현미경 (SEM; Scanning Electron Microscope, LYRA3 TESCAN)과 EDS (Energy Dispersive Spectrometer)를 이용하여 복합금속산화물의 형태 및 조성을 조사하였다. 도 6 (a) 및 (c)에서 보는 바와 같이, 소성 후 실시예 1-1은 대조군 (에미터 현탁액)에 비해 보다 구조화 된 표면 상태를 가졌으며, 이를 통해 조성의 변화는 서로 다른 활성화 (activation) 공정으로 인해 금속산화물의 구조 및 형태에 영향을 미침을 확인하였다. 도 6 (b) 및 (d)는 양극전류 측정 후의 SEM 이미지로, 관찰 결과, 대조군은 금속산화물의 입자가 작고 밀도가 낮은 반면, 실시예 1-1은 금속산화물의 입자가 크고 밀도가 높게 나타났으며, 대조군과 실시예 1-1 모두 입자 모양이 균일하지 않았으나, 대조군이 실시예 1-1에 비해 전류 측정 후 구조의 변화가 더 크게 나타났다. 이를 통해 전류 측정에 의한 금속산화물의 구조 변화는 소성에 의한 변화보다 더 현저하게 나타남을 확인하였다.
종합해 볼 때, 활성화는 구성에 따라 서로 다른 메커니즘으로 진행되며, 산화물 구조의 다공성은 금속 표면상의 결합을 약화시키고, 이온 충격 (ion bombardment)에 의한 드롭아웃 (dropout)을 가속화시키므로, 실시예 1-1은 표면이 매끄럽고 밀집된 구조를 가짐에 따라 우수한 방출 효율을 나타내며, 대조군보다 더 적은 다공성 구조 및 더 긴 수명을 가질 것으로 기대된다.
한편, 동일한 소성 조건이 모든 음극에 적용되면 일부 음극에는 잔류 탄소가 포함된다. 하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 대조군과 실시예 1-1 모두에서 소성 후에 잔류 탄소가 여전히 남아있으며, 전류 측정 후 대조군의 잔류 탄소는 전류 측정에 의해 더욱 활성화되어 제거됨을 확인하였다. 반면 실시예 1-1은 측정 후 잔류 탄소가 감소하였으나 여전히 남아있으며, 이에 따라 음극의 복합금속산화물의 활성화는 측정 중 텅스텐 와이어로부터 전달되는 전기와 열에 의한 소성 및 다른 메커니즘에 의해 더 진행되는 것으로 사료된다.
상기 SEM 및 EDS 결과를 통해 조성의 변화는 활성화 메커니즘에 영향을 미치며, 결과적으로 전자 방출 성능을 향상시키는 주요 요인인 음극의 형상 변화를 유도한다는 것을 확인하였다.
대조군 실시예1-1 (Y 1 mole%)
측정 전 (소성 후) 측정 후 측정 전 (소성 후) 측정 후
성분 Weight% Atomic% Weight% Atomic% Weight% Atomic% Weight% Atomic%
C 5.57 21.18 - - 11.17 22.20 3.52 10.95
O 14.76 42.13 24.57 63.38 41.05 61.28 25.03 58.52
Sr 5.59 2.91 38.49 18.13 27.42 7.47 31.60 13.49
Ca 11.34 12.92 10.13 10.43 12.61 7.51 9.04 0.58
Ba 62.73 20.85 26.81 8.06 5.82 1.01 29.44 8.44
Y - - - - 1.93 0.52 1.37 8.02
이상, 본 발명을 예시적으로 설명하였으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 개념과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 칼슘, 스트론튬 및 바륨 산화물을 포함하는 혼합물과 무기금속산화물을 포함하는 혼합산화물로 표면이 코팅된 텅스텐 와이어에 있어서,
    상기 칼슘, 스트론튬 및 바륨 산화물은 상기 혼합물에서 칼슘, 스트론튬 및 바륨 금속 몰비가 17:35:48로 혼합되어 있고,
    상기 무기금속산화물의 일함수는 2.3 내지 2.9 eV이며,
    상기 무기금속산화물은 상기 혼합산화물 전체에서 0.1 내지 10 mole%로 혼합되어 있고,
    상기 무기금속은 이트륨 (Y), 네오디뮴 (Nd), 유로퓸 (EU), 가돌리늄 (Gd) 및 인듐 (In) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘이 혼합된 것을 특징으로 하는 정전기 제거 기능을 갖는 고효율 전자방출용 텅스텐 와이어
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 텅스텐 와이어는 1.0×10-5 내지 9.0×10-6 torr의 고진공에서 소성된 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 텅스텐 와이어의 지름은 50 내지 300 ㎛이며, 단일 혹은 이중코일로 코팅된 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어
  7. 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr) 및 바륨 (Ba)을 17:35:48 mole% 비율로 혼합하고 무기금속염화물을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 제조된 혼합물을 텅스텐 와이어에 코팅하는 단계;
    상기 텅스텐 와이어를 전기가열로를 통해 1.0×10-5 내지 9.0×10-6 torr의 고진공에서 소성 (calcination)하는 단계;를 포함하며,
    상기 소성 단계에 의해 생성된 무기금속산화물의 일함수는 2.3 내지 2.9 eV이고,
    상기 무기금속산화물은 상기 혼합물 전체에 대하여 0.1 내지 10 mole%로 혼합되어 있고,
    상기 무기금속산화물의 금속은 이트륨 (Y), 네오디뮴 (Nd), 유로퓸 (EU), 가돌리늄 (Gd) 및 인듐 (In) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘이 혼합된 것을 특징으로 하는 정전기 제거 기능을 갖는 고효율 전자방출용 텅스텐 와이어의 제조방법

  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020180154087A 2018-12-04 2018-12-04 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법 KR102123029B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180154087A KR102123029B1 (ko) 2018-12-04 2018-12-04 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180154087A KR102123029B1 (ko) 2018-12-04 2018-12-04 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200067327A KR20200067327A (ko) 2020-06-12
KR102123029B1 true KR102123029B1 (ko) 2020-06-15

Family

ID=71081875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180154087A KR102123029B1 (ko) 2018-12-04 2018-12-04 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102123029B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005259606A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Anelva Corp 熱電子放出用フィラメント

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10045406A1 (de) * 2000-09-14 2002-03-28 Philips Corp Intellectual Pty Kathodenstrahlröhre mit dotierter Oxidkathode

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005259606A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Anelva Corp 熱電子放出用フィラメント

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200067327A (ko) 2020-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6458727B2 (ja) 低仕事関数及び高い化学的安定性を備えた電極材料
JP5534073B2 (ja) 蛍光ランプ
JP5347345B2 (ja) 導電性マイエナイト型化合物の製造方法
JP4792404B2 (ja) 電子源の製造方法
US7556749B2 (en) Electron source
KR20110014713A (ko) 전기 램프용 전자 방출 전극재 및 그의 제조방법
KR102123029B1 (ko) 고효율 전자방출용 금속산화물이 코팅된 텅스텐 와이어 및 이의 제조방법
KR102123028B1 (ko) 이오나이저용 금속산화물 텅스텐 필라멘트 및 이의 제조방법
Skellett et al. The magnesium oxide cold cathode and its application in vacuum tubes
JP5363413B2 (ja) 電子源
JP4032057B2 (ja) 電子源の製造方法
Wenger et al. Transition of electron field emission to normal glow discharge
JP2011076753A (ja) 電子源及び電子機器
Sinclair et al. Dramatic reduction of DC field emission from large area electrodes by plasma-source ion implantation
JP2008004411A (ja) 電子源
JP2002022899A (ja) 電子線照射装置
JPWO2004073010A1 (ja) 電子銃
JP3965298B2 (ja) 発光構造体、発光方法及び照明体
RU2505882C1 (ru) Состав материала для изготовления электродов генераторов низкотемпературной плазмы
KR100246293B1 (ko) 전자방출용 음극 및 그 제조방법
US9196452B2 (en) Methods and apparatus for carbon ion source head
DE102020107795A1 (de) Elektronen emittierende Keramik
JP2005332677A (ja) 電子源の製造方法と使用方法
Surplice Emission of negative ions of oxygen from dispenser cathodes Part 2.-Cathodes of barium aluminate in sintered tungsten
JP2006196186A (ja) 電子放出材料およびその製造方法とそれを用いた電界放出素子および画像描画素子

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant