KR102149750B1 - 전자방출 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전자방출 소자 - Google Patents

전자방출 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전자방출 소자 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명에 의한 전자방출 소자의 제조방법은, 금속성 재질의 기판을 마련하는 마련단계, 기판을 산화시킨 후에 냉각시켜 기판의 표면에 산화막을 형성시키는 산화단계 및, 산화된 기판의 산화막으로부터 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키는 성장단계를 포함하며, 산화막에는 불특정 패턴으로 갈라진 영역이 형성되며, 탄소나노튜브는 산화막의 갈라진 영역에서 성장된다. 이러한 구성에 의하면, 제조단가를 저감시켜 경제성이 우수하며, CNT의 성장 제어가 용이해진다.

Description

전자방출 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전자방출 소자{EMITTER MANUFACTURING METHOD AND PROCESSED EMITTER}
본 발명은 전자방출 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전자방출 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자를 방출시키기 위한 탄소나노튜브(CNT)의 성장 조절이 용이하며 경제적인 전자방출 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전자방출 소자에 관한 것이다.
일반적으로 엑스레이는 X선을 발생시키기 위한 진공관인 X선관(X-ray tube)을 구비하여, X선을 방출한다. 이러한 X선관의 음극은 텅스텐 필라멘트로 형성되며, 전류에 의해 가열되어 열 전자를 방출시킨다. 이에 대하여, 수만 볼트 이상의 고전압이 X선관의 양극에 인가되면, 음극에서 방출된 전자류가 고속으로 양극을 향해서 운동한다. 이때, 전자류가 양극의 텅스텐, 몰리브덴 등으로 만든 대항극에 충돌하였을 때 가지고 있는 에너지를 X선으로 방출한다.
한편, 근래에는 엑스레이의 전계 방출원으로 탄소나노튜브(CNT)의 성장을 이용한 엑스레이의 개발이 활발하게 진행 중이다. 탄소나노튜브(CNT)는 탄소로 이루어진 탄소 동소체(carbon allotrope)로서, 하나의 탄소 원자가 다른 탄소 원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있어 다양한 전기 전자 분야에서 응용되고 있다.
참고로, 탄소나노튜브(CNT)가 적용된 엑스레이는 촉매 금속층 상부에 레지스터를 이용하여 리소그라피 공정에 의해 원하는 패턴을 형성한 후, 그 패턴상에 전자방출 소자인 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 원하는 위치에 원하는 모양의 전자방출 소자를 형성하는 제조방식이 일반적이다. 이러한 리소그래피 제조법은 제조가 단순함에 비해, 비경제적이며 탄소나노튜브(CNT)의 성장 제어가 용이하지 않은 단점을 가진다.
이에 따라, 근래에는 리소그래피 제조법의 단점을 극복할 수 있는 다양한 방식의 탄소나노튜브(CNT) 성장 제어 방법에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.
한국등록특허 제10-0851950호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 전계를 방출하는 탄소나노튜브(CNT)의 성장 조절이 용이하며 경제적인 제조가 가능한 전자방출 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적이 달성된 전자방출 소자의 제조방법에 의해 제조된 전자방출 소자를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자방출 소자의 제조방법은, 금속성 재질의 기판을 마련하는 마련단계, 상기 기판을 산화시킨 후에 냉각시켜, 상기 기판의 표면에 산화막을 형성시키는 산화단계 및, 산화된 상기 기판의 산화막으로부터 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키는 성장단계를 포함하며, 상기 산화막에는 불특정 패턴으로 갈라진 영역이 형성되며, 상기 탄소나노튜브는 상기 산화막의 갈라진 영역에서 성장된다.
또한, 상기 기판은 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나를 포함되는 금속 합금의 플레이트 형상을 가지며, 상기 산화단계에서 상기 기판의 갈라진 영역에 상기 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나가 집중될 수 있다.
또한, 상기 산화단계는 상기 기판을 250℃ ~ 1000℃ 사이의 온도로 산소 분위기에서 가열하여 산화시킨 후에 상온으로 냉각시키며, 상기 성장단계는 상기 기판을 진공 분위기에서 성장시킬 수 있다.
또한, 상기 성장단계는, 상기 산화단계에서 산화된 상기 기판을 어닐링(annealing)시키는 어닐링단계 및 탄화수소(CxHy)류 기체, 암모니아(NH3), 질소, 수소함유 기체 중 선택된 적어도 하나를 공급하여, 어닐링된 상기 기판의 갈라진 영역에 상기 탄소나노튜브를 성장시키는 CNT 성장단계를 포함하며, 상기 성장단계는 진공의 분위기에서 이루어질 수 있다.
또한, 상기 마련단계에서 마련된 상기 기판을 진공 분위기에서 어닐링(annealing) 및 환원시키는 전처리단계를 더 포함하며, 상기 산화단계는 상기 전처리단계 이후에 전처리된 상기 기판을 산화시킬 수 있다.
또한, 상기 산화단계에서 산화시간이 증가하면 상기 기판의 갈라진 영역으로 집중되는 상기 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있는 시드(Seed)의 밀도가 증가할 수 있다.
또한, 상기 산화단계에서 상기 기판을 산화시키는 산화시간의 조절을 통해 상기 탄소나노튜브의 성장 밀도가 조절 가능할 수 있다.
또한, 상기 산화단계는 비진공의 산소 분위기에서 상기 기판을 가열하는 인덕션 히팅 또는 레이저 히팅방식 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자방출 소자는 상술한 전자방출 소자의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자방출 소자의 제조방법은, 금속성 재질의 기판을 마련하는 마련단계, 마련된 상기 기판을 산소 분위기에서 가열하여 산화시킨 후에 냉각시켜, 갈라진 영역이 형성된 산화막을 상기 기판의 표면에 형성시키는 산화단계 및, 산화된 상기 기판을 진공 분위기에서 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키는 성장단계를 포함하며, 상기 산화막의 갈라진 영역에 상기 탄소나노튜브의 성장을 위한 시드(Seed)가 집중된다.
또한, 상기 기판은 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나를 포함되는 금속 합금의 플레이트 형상을 가지며, 상기 산화단계에서 상기 기판의 갈라진 영역에 상기 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나가 집중될 수 있다.
또한, 상기 성장단계는, 상기 산화단계에서 산화된 상기 기판을 어닐링(annealing)시키는 어닐링단계 및 탄화수소(CxHy)류 기체, 암모니아(NH3), 질소, 수소함유 기체 중 선택된 적어도 하나를 공급하여, 어닐링된 상기 기판의 갈라진 영역에 상기 탄소나노튜브를 성장시키는 CNT 성장단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마련단계에서 마련된 상기 기판을 진공 분위기에서 어닐링(annealing) 및 환원시키는 전처리단계를 더 포함하며, 상기 산화단계는 상기 전처리단계 이후에 전처리된 상기 기판을 산화시킬 수 있다.
또한, 상기 산화단계에서 상기 기판을 산화시키는 산화시간의 조절을 통해 상기 탄소나노튜브의 성장 밀도가 조절 가능할 수 있다.
또한, 상기 산화단계는 비진공 분위기에서 상기 기판을 가열하는 인덕션 히팅 또는 레이저 히팅방식 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 금속 재질의 일종의 철판과 같은 기판을 산화시켜 갈라짐을 발생시키는 단순한 제조법에 의해, 제조 단가를 저감시킬 수 있어 경제성이 우수하다.
둘째, 산화시간의 조절을 통해 나노 파티클이 집중되는 밀도를 조절할 수 있어, 탄소나노튜브(CNT)의 성장 제어가 용이하다.
셋째, 산화에 의해 발생된 갈라진 영역에서만 탄소나노튜브(CNT)가 성장됨으로써, 광범위한 면적에서 탄소나노튜브(CNT)가 성장되어 상호 간섭됨에 따른 전자 방출 저하의 문제점을 개선할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 전자방출 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 순서도에 대응되는 전자방출 소자의 제조 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 전자방출 소자 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 산화 시간에 따른 CNT의 성장 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 산화 시간에 따른 나노 파티클 입자 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 일 실시예에 의한 전자방출 소자 제조방법에 의해 제조되는 전자방출 소자의 시간에 따른 성장 변화를 원자 현미경으로 촬영한 이미지들이다. 그리고,
도 7은 도 3에 도시된 다른 실시예에 의한 전자방출 소자 제조방법에 의해 제조되는 전자방출 소자의 시간에 따른 성장 변화를 원자 현미경으로 촬영한 이미지들이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 전자방출 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1에 도시된 순서도에 대응되는 전자방출 소자의 제조 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전자방출 소자의 제조방법(1)이 개략적으로 도시된다. 도 1의 도시와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자방출 소자의 제조방법(1)은 마련단계(10), 산화단계(20) 및 성장단계(30)를 포함한다.
마련단계(10)는 금속성 재질의 기판(A)을 마련한다. 여기서, 금속성 재질의 기판은 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 합금(Alloy)를 포함한다. 본 실시예에서는 마련단계(10)에서 마련되는 기판(A)이 스테인레스 스틸(SUS)에 크롬이 10% 가량 포함되며, 플레이트(Plate) 형상을 가지는 철판인 것으로 예시한다.
참고로, 금속성 재질의 기판(A)을 구성하는 크롬은 일종의 촉매 제어제로써, 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)(이하, CNT로 지칭함)의 성장을 위한 시드(Seed)로 구성될 수 있다.
산화단계(20)는 마련된 기판(A)을 산화 처리한 후, 냉각시켜 기판(A)에 녹을 발생시킨다. 즉, 산화단계(20)는 도 2의 도시와 같이, 기판(A)의 표면에 산화막(C)을 형성시킨다. 이러한 산화단계(20)는 마련된 기판(A)을 250℃ ~ 1000℃ 사이의 온도로 산소 분위기에서 가열시킨 후, 상온으로 냉각시킨다.
참고로, 본 실시예에서는 350℃의 온도로 산소 분위기에서 기판(A)을 가열하는 인덕션 히터(Inductor Heater)를 이용해 기판(A)을 산화시키는 것으로 예시한다. 또한, 인덕션 히터에 의해 가열된 기판(A)은 대략 25℃ 이하의 상온에서 냉각되는 것으로 예시한다. 그러나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니며, 산화단계(20)의 산화 온도 및 냉각 온도는 기 기재된 범위내에서 조정 가능하며, 인덕션 히터가 아닌 레이저 가열 방식 등과 같이 다양한 가열수단 중 어느 하나로 변경 가능하다.
한편, 본 실시예에서 설명하는 기판(A)이 크롬을 포함하는 것으로 예시함에 따라, 기판(A)의 표면에 형성된 산화막(C)은 크롬 성분을 갖는다.
또한, 산화막(C)은 가열 및 냉각 공정을 거침으로써, 도 2의 도시와 같이 갈라짐이 발생된다. 보다 구체적으로, 가열되었던 산화막(C)이 상온에서 냉각됨으로써, 평탄한 제1영역(R1)의 사이에 거북이 등껍질처럼 불특정 패턴으로 갈라지는 크랙(Crack)이 발생된 제2영역(R2)이 형성되게 된다. 이렇게 산화막(C)의 평탄한 영역인 제1영역(R1)은 입자(Grain)에 크롬이 상대적으로 감소된 영역(Depleted region)이며, 갈라진 영역인 제2영역(R2)은 크롬이 집중된 영역이다.
참고로, 본 실시예에서는 기판(A)이 크롬을 포함하는 것으로 예시함에 따라, 갈라진 제2영역(R2)에 크롬이 집중되는 것으로 예시한다. 그러나, 기판(A)을 형성하는 성분이 니켈(Ni), 철(Fe) 및 코발트(Co) 중 어느 하나로 변경될 경우, 제2영역(R2)에 집중되는 성분 또한, 변경될 수 있다.
성장단계(30)는 산화된 기판(A)의 산화막(C)으로부터 CNT(P)를 성장시키는 단계이다. 이러한 성장단계(30)는 도 2의 도시와 같이, 어닐링(annealing)단계(31)와 CNT 성장단계(32)를 포함한다.
어닐링단계(31)는 대략 25 내지 900℃의 내부 온도 및 10- 6Torr의 내부 압력을 가지는 진공상태의 챔버 내부에서 산화된 기판(A)을 어닐링한다. 본 실시예에서는 대략 900℃의 온도에서 기판(A)을 어닐링함으로써, 산화된 기판(A)을 환원시키는 것으로 예시한다.
이렇게 어닐링된 기판(A)은 CNT 성장단계(32)에서 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C2H6), 프로판(C3H8) 등과 같은 탄화수소(CxHy)류 기체, 암모니아(NH3), 질소, 수소함유 기체 중 선택된 적어도 하나의 기체 공급에 의해, CNT(P)가 성장된다. 본 실시예에서는, CNT 성장단계(32)가 900℃의 온도와 6Torr의 압력을 가지는 진공의 챔버 내부에서 이루어지며, 아세틸렌(C2H2) 및 암모니아(NH3)를 동시에 공급하여 CNT(P)를 성장시키는 것으로 예시한다.
참고로, 자세히 도시되지 않았으나, 어닐링단계(31)와 CNT 성장단계(32)의 사이에 900℃의 온도와 15Torr의 압력을 가지는 진공이 챔버에서 암모니아(NH3)를 공급하는 전처리단계가 마련될 수도 있다.
한편, 상술한 산화단계(20)를 거쳐 형성된 산화막(C) 중에서, 제1영역(R1)에 비해 상대적으로 크롬이 집중되는 제2영역(R2)에서 CNT(P)가 성장하게 된다. 보다 구체적으로, 산화막(C)의 갈라진 틈새인 제2영역(R2)으로 CNT(P)의 성장을 위한 씨드(seed)인 크롬이 이동함으로써, 제2영역(R2)에서만 CNT(P)가 집중되어 성장되게 된다. 이렇게, CNT(P)가 최종 성장됨으로써, 전자방출 소자의 제조가 완료된다.
참고로, 기판(A)의 산화막(C) 중에서 갈라진 제2영역(R2)에서만 크롬의 집중으로 인한 CNT(P)가 성장됨으로써, 기존 광범위하게 성장됨에 따른 CNT(P) 사이의 방해가 발생되지 않아 전자 방출 효율이 향상되게 된다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 전자방출 소자의 제조방법(100)가 도시된다.
도 3을 참고하면, 다른 실시예에 의한 전자방출 소자의 제조방법(100)은 마련단계(110), 전처리단계(115), 산화단계(120) 및 성장단계(130)를 포함한다.
다른 실시예에 의한 마련단계(110)는 금속 재질의 기판(A)을 마련하는 단계로써, 앞서 설명한 일 실시예와 같은 구성을 가짐에 따라, 자세한 설명은 생략한다.
전처리단계(115)는 마련된 기판(A)을 어닐링(annealing)한 후, 환원시킨다. 전처리단계(115)는 일 실시예의 어닐링단계(31)와 마찬가지로, 대략 25 내지 900℃의 온도 및 10- 6Torr의 압력으로 기판(A)을 어닐링한다. 또한, 전처리단계(115)는 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C2H6), 프로판(C3H8) 등과 같은 탄화수소류 기체, 암모니아(NH3), 질소, 수소함유 기체 중 선택된 적어도 하나의 기체를 어닐링된 기판(A)으로 공급함으로써, 기판(A)을 환원(reduction)시키는 공정도 포함한다.
참고로, 전처리단계(115)는 진공의 챔버 내부에서 이루어지며, 900℃의 온도로 가열한 후에 암모니아(NH3)를 공급하는 것으로 예시한다.
산화단계(120)는 전처리단계(115)된 기판(A)을 산화시켜, 표면에 산화막(C)을 형성시킨다. 이러한 산화단계(120)는 앞서 설명한 일 실시예에 의한 산화단계(20)와 동일하다. 즉, 산화단계(120)는 어닐링 및 환원 처리된 기판(A)을 산소 분위기에서 250℃ ~ 1000℃ 사이의 온도로 가열하여 산화시킨 후, 25℃ 이하의 상온으로 냉각시킨다. 이렇게 전처리단계(115)를 거쳐 산화단계(120)에서 산화된 기판(A) 또한, 도 2의 산화된 기판(A)과 마찬가지로, 표면에 불특정 패턴으로 갈라진 크랙이 형성되는 제2영역(R2)이 형성되게 되어, 크롬이 집중되게 된다.
참고로, 산화단계(120)는 전처리단계(115)가 이루어지는 진공의 챔버로부터 기판(A)을 배출시킨 상태에서 이루어질 수 있다. 즉, 산화단계(120)는 진공의 챔버 외부에서 이루어지는 것이다.
산화단계(120)에서 산화막(C)에 갈라짐을 형성시켜 크롬을 집중시킨 기판(A)은 성장단계(130)를 통해 CNT를 성장시키게 된다. 성장단계(130)는 자세히 도시되지 않았으나, 앞서 설명한 일 실시예에 의한 성장단계(130)와 마찬가지로, 어닐링단계와 CNT성장단계를 포함한다. 즉, 전처리단계(115)에서 일종의 어닐링단계와 유사하게 전처리된 기판(A)은 진공의 챔버 외부에서 산화단계(120)를 거쳐 산화된 후, 다시 진공의 챔버로 유입되어 CNT(P)가 성장된다. 이때. 성장단계(130)는 기판(A)을 대략 900℃의 온도로 가열한 후에 암모니아(NH3)를 공급하여 환원시킴으로써, 기판(A)의 갈라진 제2영역(R2)에 집중된 크롬으로부터 CNT가 성장하게 된다.
한편, 도 1 내지 3을 참고하여, 설명한 본 발명의 일 및 다른 실시예에 의한 전자방출 소자의 제조방법(1)(100)은 모두, 산화단계(20)(120)의 산화시간을 조절함으로써, CNT의 성장을 조절할 수 있다. 이러한 산화단계(20)(120)의 산화시간에 따른 CNT의 성장 조절을 도 4 및 도 5를 참고하여 설명하면, 다음과 같다.
도 4의 도시와 같이, 산화막(C)이 형성된 산화된 기판(A)의 산화시간이 0초(s)에서 20초(s), 30초(s) 및 40초(s)로 점점 길어질수록, 산화막(C)을 형성하는 크롬이 기판(A) 표면에 분산된 상태에서 갈라진 크랙부분인 제2영역(R2)으로 집중됨을 확인할 수 있다. 이러한 산화시간이 길어짐에 따라 넓은 영역에 분산되었던 크롬이 점차 집중되는 부분은 기판(A)의 경계영역(R3)에서도 발생된다.
한편, 도 5와 같이, 제2영역(R2)으로 집중된 크롬은 CNT(P)의 성장을 위한 시드(Seed)인 나노 파티클(Nano particles)을 만들어준다. 그로 인해, 나노 파티클에 대응되는 부분에서 CNT(P)가 성장하게 된다. 이에 따라, 도 5와 같이, 산화시간이 점차 길어질수록 크롬이 기판(A)의 갈라진 영역인 제2영역(R2)과 경계영역(R3)으로 집중됨으로써, 제2영역(R2)에서의 CNT(P)의 성장 밀도도 증가하게 된다.
이렇게 산화시간에 따른 기판(A)의 CNT(P) 성장을 비교한 이미지가 도 6 및 도 7에 도시된다.
도 6의 이미지들은 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예에 의한 전자방출 소자의 제조방법(1)에 의해 제조된 전자방출 소자를 원자 현미경(AFM)으로 촬영한 이미지들이다. 또한, 도 7의 이미지들은 도 3에 도시된 다른 실시예에 의한 전자방출 소자의 제조방법(100)에 의해 제조된 전자방출 소자를 원자 현미경(AFM)으로 촬영한 이미지들이다.
이러한 도 6 및 도 7의 이미지들과 같이, 산화시간이 0초(s)에서 20초(s), 30초(s) 및 40초(s)로 점차 길어질수록, 갈라진 영역인 제2영역(R2)에서 CNT(P)가 집중됨으로써 성장 밀도가 증가됨을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 금속 재질의 플레이트인 기판(A)을 산화시켜 갈라진 크랙이 형성된 산화막(C)을 형성시킨 후, CNT를 성장시키는 제조방법을 통해 제조된 전자방출 소자는 제조방법이 단순하여 경제성이 우수하며, CNT 성장 제어가 용이한 이점을 가진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
A: 기판 C: 산화막
P: CNT R1: 제1영역
R2: 제2영역 R3: 경계영역

Claims (15)

  1. 탄소나노튜브(CNT) 성장을 위한 시드 성분인 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나가 일부 포함된 금속 합금의 플레이트 형상의 기판을 마련하는 마련단계;
    상기 마련단계에서 마련된 상기 기판을 진공 챔버 내의 진공 분위기에서 어닐링(annealing) 및 환원시키는 전처리단계;
    상기 기판을 상기 진공 챔버에서 배출한 다음에, 상기 기판을 산화시킨 후에 냉각시켜, 상기 기판의 표면에 산화막을 형성시키는 산화단계; 및
    산화된 상기 기판의 산화막으로부터 상기 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키는 성장단계;
    를 포함하며,
    상기 산화막에는 불특정 패턴으로 갈라진 영역이 형성되어, 상기 산화단계에서 상기 기판의 갈라진 영역에 상기 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나가 상기 갈라진 영역 및 상기 기판의 테두리에 형성된 경계영역에 집중되며,
    상기 전처리 단계는 25 내지 900℃의 온도에서 기설정된 압력으로 상기 기판을 어닐링하고, 탄화수소류 기체, 암모니아, 질소, 수소함유 기체 중 선택된 적어도 하나의 기체를 어닐링된 기판으로 공급해서, 상기 기판을 환원시키고,
    상기 산화단계에서는 상기 기판을 인덕션 히터 또는 레이저를 이용하여 250℃ ~ 1000℃ 사이의 온도로 비진공의 산소 분위기에서 가열하여 산화시킨 후에 상온으로 냉각시키며,
    상기 성장단계는, 상기 산화단계에서 산화된 상기 기판을 어닐링(annealing)시키는 어닐링단계; 및
    탄화수소(CxHy)류 기체, 암모니아(NH3), 질소, 수소함유 기체 중 선택된 적어도 하나를 공급하여, 어닐링된 상기 기판의 갈라진 영역에 상기 탄소나노튜브를 성장시키는 CNT 성장단계; 를 포함하며,
    상기 성장단계는 상기 기판을 진공 분위기에서 성장시키고,
    상기 탄소나노튜브는 상기 산화막의 갈라진 영역 및 상기 기판의 테두리에 형성된 경계영역에서 성장되되, 상기 산화단계에서 산화시간을 조절하여 상기 탄소나노튜브의 성장 밀도가 조절되고,
    상기 산화단계에서 산화시간을 증가시키면 상기 기판의 갈라진 영역으로 이동되는 상기 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있는 상기 시드의 밀도가 증가하여 상기 갈라진 영역 및 상기 기판의 테두리에 형성된 경계영역에서의 CNT의 성장 밀도가 증가하는 전자방출 소자의 제조방법.
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  9. 제1항에 의해 제조된 전자방출 소자.
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