KR102238574B1

KR102238574B1 - Field emission apparatus

Info

Publication number: KR102238574B1
Application number: KR1020170082825A
Authority: KR
Inventors: 최영철; 송윤호; 전효진; 강준태; 박소라; 이정웅; 고은솔; 신민식; 김재우; 정진우; 연지환; 김성희
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2021-04-12
Also published as: KR20180065861A

Abstract

본 발명은 전계 방출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 전계 방출 장치는 서로 이격된 캐소드 전극과 아노드 전극; 상기 캐소드 전극 상의 에미터; 상기 캐소드 전극과 상기 아노드 전극 사이에 위치되고, 상기 에미터와 중첩되는 게이트 개구를 갖는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극 상에 위치되고, 상기 게이트 개구와 중첩되는 복수의 미세 개구들을 갖는 전자 투과 시트를 포함한다. The present invention relates to a field emission device. The field emission device of the present invention includes a cathode electrode and an anode electrode spaced apart from each other; An emitter on the cathode electrode; A gate electrode positioned between the cathode electrode and the anode electrode and having a gate opening overlapping the emitter; And an electron transmitting sheet positioned on the gate electrode and having a plurality of fine openings overlapping the gate opening.

Description

Field emission apparatus

본 발명은 전계 방출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 빔의 집속 성능과 전자 투과 성능을 향상시킨 전계 방출 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a field emission device, and more particularly, to a field emission device with improved electron beam focusing performance and electron transmission performance.

전계 방출 장치(Field emission apparatus)는 전계 방출 디스플레이, 공학용 및 의료용 X-ray 튜브 등 다양한 디바이스에 응용이 가능하다. 따라서, 전계 방출된 전자 빔(electron beam)의 집속(focusing) 정도, 전류밀도(current density) 등의 특성을 제어하는 것이 전계 방출 장치의 성능에 매우 중요하게 작용한다. 예를 들어, 에미터의 재료를 통해 전자 빔의 특성을 제어하거나, 전계 방출 장치의 구조를 통해 전자 빔의 특성을 제어할 수 있다.Field emission apparatuses can be applied to various devices such as field emission displays, engineering and medical X-ray tubes. Therefore, controlling characteristics such as focusing degree and current density of the field-emitted electron beam is very important to the performance of the field emission device. For example, the characteristics of the electron beam may be controlled through the material of the emitter, or the characteristics of the electron beam may be controlled through the structure of the field emission device.

2개의 전극을 포함하는 이극(diode) 구조의 전계 방출 장치는 캐소드 전극과 아노드 전극을 구비하며, 캐소드 전극에 전자를 방출하기 위한 에미터가 부착된다. 따라서, 전계 방출 시에, 캐소드 전극과 아노드 전극간의 거리를 고려하여 상대적으로 큰 전압이 요구되며, 이로 인하여, 방출된 전자 빔을 제어하는데 어려움이 있다.A field emission device having a diode structure including two electrodes includes a cathode electrode and an anode electrode, and an emitter for emitting electrons is attached to the cathode electrode. Accordingly, during field emission, a relatively large voltage is required in consideration of the distance between the cathode electrode and the anode electrode, and thus, it is difficult to control the emitted electron beam.

이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것이 3개의 전극을 포함하는 3극(triode) 구조의 전계 방출 장치이다. 3극 구조의 전계 방출 장치는 캐소드 전극 및 아노드 전극 외에 추가적인 게이트 전극을 더 포함할 수 있다. 3극 구조의 전계 방출 장치는 게이트 전극을 이용하여 방출시키는 전류의 크기와 전자 빔의 크기(electron beam size), 전자 빔 집속 정도 등을 제어할 수 있다.To solve this problem, a field emission device having a triode structure including three electrodes is proposed. The field emission device having a three-pole structure may further include an additional gate electrode in addition to the cathode electrode and the anode electrode. The field emission device having a three-pole structure may control the amount of current emitted using the gate electrode, the size of the electron beam, and the degree of focusing of the electron beam.

게이트 전극은 전자 투과 특성을 갖도록 개구(aperture)가 있는 형태를 갖는다. 따라서, 에미터로부터 방출된 전자의 아노드 전극 도달 효율을 증가시킬 수 있다. 이때, 게이트 전극의 개구 크기 및 배열 등의 구조적 특성은 전자 빔의 특성에 큰 영향을 주게 된다. 개구의 크기가 클수록 게이트 전극을 투과하여 아노드 전극까지 도달하는 방출 전류의 크기가 증가할 수 있다. 하지만, 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 전위 분포는 게이트 전극의 개구에 의해 왜곡이 발생할 수 있다. 이에 따라, 에미터에 가해지는 전계 효과가 감소될 수 있다. 또한, 에미터로부터 방출된 전자 빔은 그의 궤적이 왜곡될 수 있다. 이에 따라, 에미터의 전자 방출이 감소되고, 전자 빔의 퍼짐 현상이 발생하여, 아노드 전극의 유효 면적에 도달하는 방출 전류의 크기가 감소될 수 있다. The gate electrode has a shape with an aperture so as to have electron transmission characteristics. Therefore, it is possible to increase the efficiency of the electrons emitted from the emitter reaching the anode electrode. At this time, structural characteristics such as the size and arrangement of the openings of the gate electrode have a great influence on the characteristics of the electron beam. As the size of the opening increases, the amount of the emission current passing through the gate electrode and reaching the anode electrode may increase. However, the potential distribution between the gate electrode and the cathode electrode may be distorted due to the opening of the gate electrode. Accordingly, the effect of the electric field applied to the emitter can be reduced. Also, the trajectory of the electron beam emitted from the emitter may be distorted. Accordingly, emission of electrons from the emitter is reduced, spreading of the electron beam may occur, and thus the magnitude of the emission current reaching the effective area of the anode electrode may be reduced.

따라서, 개구에서의 전위 분포 왜곡을 줄임으로써, 전자 빔의 집속 성능을 향상시키고, 높은 전자투과 특성을 갖는 전계 방출 장치가 요구된다.Accordingly, by reducing the distortion of the potential distribution at the aperture, there is a need for a field emission device that improves the focusing performance of an electron beam and has high electron transmission characteristics.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전자 빔의 집속 성능과 전자 투과 성능을 향상시킨 전계 방출 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a field emission device with improved focusing performance and electron transmission performance of an electron beam.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전자 투과 시트를 포함하는 제조 수율을 향상시킨 전계 방출 장치를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a field emission device including an electron transmitting sheet with improved manufacturing yield.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 전계 방출 장치는, 서로 이격된 캐소드 전극과 아노드 전극; 상기 캐소드 전극 상의 에미터; 상기 캐소드 전극과 상기 아노드 전극 사이에 위치되고, 상기 에미터와 중첩되는 게이트 개구를 갖는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극 상에 위치되고, 상기 게이트 개구와 중첩되는 복수의 미세 개구들을 갖는 전자 투과 시트를 포함한다. The field emission device according to the present invention comprises: a cathode electrode and an anode electrode spaced apart from each other; An emitter on the cathode electrode; A gate electrode positioned between the cathode electrode and the anode electrode and having a gate opening overlapping the emitter; And an electron transmitting sheet positioned on the gate electrode and having a plurality of fine openings overlapping the gate opening.

일 실시 예에서, 상기 전자 투과 시트는, 적어도 하나의 전자 투과 원자층을 포함하고, 상기 전자 투과 원자층은 2차원 물질을 포함할 수 있다. In an embodiment, the electron-transmitting sheet may include at least one electron-transmitting atomic layer, and the electron-transmitting atomic layer may include a two-dimensional material.

일 실시 예에서, 상기 2차원 물질은 그래핀(Graphene), 이황화몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 황화텅스텐(Tungsten disulfide, WS2), 질화붕소(hexagonal boron nitride,h-BN), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 및 전이금속칼코젠화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMDC) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment, the two-dimensional material is graphene, molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2), boron nitride (h-BN), molybdenum iteluride. (Molybdenum Ditelluride, MoTe2), and a transition metal chalcogen compound (Transition Metal Dichalcogenide, TMDC) may be included.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구의 폭은, 상기 에미터에서 방출된 전자 빔의 궤적이 상기 미세 개구에 따른 전위 분포 왜곡에 의해 실질적으로 왜곡되지 않는 범위 내의 값을 가질 수 있다.In an embodiment, the width of the fine opening may have a value within a range in which the trajectory of the electron beam emitted from the emitter is not substantially distorted by the distortion of the potential distribution according to the fine opening.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들의 각각의 폭은 서로 인접한 상기 미세 개구들 간의 이격 거리보다 작을 수 있다. In an embodiment, a width of each of the fine openings may be smaller than a separation distance between the fine openings adjacent to each other.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들의 각각의 폭은, 0(zero) 초과, 및 상기 게이트 개구의 폭을 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. In an embodiment, the width of each of the fine openings may be greater than 0 (zero) and less than or equal to a value obtained by dividing the width of the gate opening by 3.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들의 각각의 폭은, 상기 캐소드 전극과 게이트 전극 간의 이격 거리를 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. In an embodiment, a width of each of the fine openings may be equal to or less than a value obtained by dividing a separation distance between the cathode electrode and the gate electrode by 3.

일 실시 예에서, 상기 게이트 개구의 폭은, 상기 에미터의 폭보다 클 수 있다. In an embodiment, the width of the gate opening may be greater than the width of the emitter.

일 실시 예에서, 상기 아노드 전극과 상기 게이트 전극 사이에 위치된 적어도 하나의 집속 전극을 더 포함하고, 상기 집속 전극은 상기 게이트 개구와 수직하게 중첩되는 집속 전극 개구를 포함할 수 있다. In an embodiment, at least one focusing electrode positioned between the anode electrode and the gate electrode may be further included, and the focusing electrode may include a focusing electrode opening vertically overlapping with the gate opening.

일 실시 예에서, 상기 에미터는, 상기 아노드 전극에 대향된 상기 캐소드 전극의 일면 상에 위치될 수 있다. In an embodiment, the emitter may be positioned on one surface of the cathode electrode facing the anode electrode.

일 실시 예에서, 상기 아노드 전극은, 상기 캐소드 전극에 대향된 일면에 타겟을 포함할 수 있다. In an embodiment, the anode electrode may include a target on one surface opposite to the cathode electrode.

일 실시 예에서, 상기 게이트 전극은 상기 캐소드 전극과 대향된 제1 면과, 상기 아노드 전극에 대향된 제2 면을 포함하고, 상기 전자 투과 시트는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 상에 위치될 수 있다. In one embodiment, the gate electrode includes a first surface facing the cathode electrode and a second surface facing the anode electrode, and the electron transmitting sheet is on the first surface or the second surface. Can be located.

일 실시 예에서, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 간의 이격 거리는, 150㎛ 이상 및 500㎛ 이하일 수 있다. In an embodiment, a separation distance between the cathode electrode and the gate electrode may be 150 μm or more and 500 μm or less.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들 중 적어도 2개는 서로 다른 폭들을 가질 수 있다.In an embodiment, at least two of the fine openings may have different widths.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 전자 투과 시트는 복수의 미세 개구들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 장치의 제조 과정에서, 게이트 전극과 전자 투과 시트 사이에 발생하는 기계적, 열적 스트레스(stress)가 완화되어, 전계 방출 장치의 제조 수율이 향상될 수 있다. 또한, 미세 개구들을 포함하는 전자 투과 시트는 전위 분포의 왜곡 현상을 저감시켜 전자 빔의 집속 성능과 전자 투과 성능이 향상될 수 있다. According to embodiments of the present invention, the electron transmitting sheet may include a plurality of fine openings. Accordingly, during the manufacturing process of the field emission device, mechanical and thermal stress generated between the gate electrode and the electron-transmitting sheet may be alleviated, so that a manufacturing yield of the field emission device may be improved. In addition, the electron-transmitting sheet including fine openings may reduce the distortion of the potential distribution, thereby improving the focusing performance and the electron transmission performance of the electron beam.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2a는 도 1의 게이트 전극과 전자 투과 시트를 나타낸 평면도이다.
도 2b은 도 1의 게이트 전극과 전극 투과 시트의 변형 예를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 1의 A 영역의 확대도이다.
도 4은 도 1의 전계 방출 장치의 변형 예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 전자 투과 시트가 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 1의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다.
도 7은 아노드 전극 상의 도 5 및 도 6의 전자 빔들을 나타낸 평면도이다.
도 8은 전자 투과 시트의 유무에 따른 전계 방출 장치의 방출 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9는 전자 투과 시트에 미세 개구들이 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다.
도 10는 도 1의 전계 방출 장치의 전계 방출 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 4의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing a field emission device according to an embodiment of the present invention.
2A is a plan view illustrating a gate electrode and an electron transmitting sheet of FIG. 1.
2B is a plan view showing a modified example of the gate electrode and the electrode-transmitting sheet of FIG. 1.
3 is an enlarged view of area A of FIG. 1.
4 is a schematic diagram showing a modified example of the field emission device of FIG. 1.
5 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of a field emission device without an electron transmitting sheet.
6 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of the field emission device of FIG. 1.
7 is a plan view showing electron beams of FIGS. 5 and 6 on an anode electrode.
8 is a graph showing the emission current of the field emission device according to the presence or absence of an electron transmitting sheet.
9 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of a field emission device without fine openings in an electron transmitting sheet.
10 is a graph showing field emission characteristics of the field emission device of FIG. 1.
11 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of the field emission device of FIG. 4.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to describe in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement the technical idea of the present invention, a most preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치를 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing a field emission device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치(1)는 전자 빔을 방출하는 장치일 수 있다. 전계 방출 장치(1)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 게이트 전극(30), 에미터(15), 및 전자 투과 시트(40)를 포함할 수 있다. 전계 방출 장치(1)는 절연 부재(50)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the field emission device 1 according to an embodiment of the present invention may be a device that emits an electron beam. The field emission device 1 may include a cathode electrode 10, an anode electrode 20, a gate electrode 30, an emitter 15, and an electron transmitting sheet 40. The field emission device 1 may further include an insulating member 50.

캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20)은 서로 이격될 수 있다. 아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)으로부터 전자 빔이 방출되는 방향으로 이격될 수 있다. 예를 들면, 아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)으로부터 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. The cathode electrode 10 and the anode electrode 20 may be spaced apart from each other. The anode electrode 20 may be spaced apart from the cathode electrode 10 in a direction in which an electron beam is emitted. For example, the anode electrode 20 may be spaced apart from the cathode electrode 10 in the first direction D1.

캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20)은 서로 마주볼 수 있다. 캐소드 전극(10)은 아노드 전극(20)과 마주보는 상면(11)을 포함할 수 있다. 아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)과 마주보는 하면(21)을 포함할 수 있다. 캐소드 전극(10)의 상면(11)과 아노드 전극(20)의 하면(21)은 평행할 수 있다. 캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20)은 수직하게 중첩될 수 있다.The cathode electrode 10 and the anode electrode 20 may face each other. The cathode electrode 10 may include an upper surface 11 facing the anode electrode 20. The anode electrode 20 may include a lower surface 21 facing the cathode electrode 10. The upper surface 11 of the cathode electrode 10 and the lower surface 21 of the anode electrode 20 may be parallel. The cathode electrode 10 and the anode electrode 20 may be vertically overlapped.

캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)은 외부 전원(미도시)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10)은 음의 전압 소스 또는 양의 전압 소스와 연결되고, 아노드 전극(20)과 게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)에 연결된 전압 소스의 전위 보다 상대적으로 높은 전위를 인가할 수 있는 전압 소스와 연결될 수 있다. The cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may be connected to an external power source (not shown). For example, the cathode electrode 10 is connected to a negative voltage source or a positive voltage source, and the anode electrode 20 and the gate electrode 30 are relatively higher than the potential of the voltage source connected to the cathode electrode 10. It can be connected to a voltage source capable of applying a high potential.

아노드 전극(20)은 그의 하면(21)에 제공된 타겟(target, 25)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 타겟(25)은 형광체일 수 있다. 이에 따라, 에미터(15)에서 방출된 전자 빔이 형광체(25)에 충돌할 때, 형광체(25)는 발광할 수 있다. 다른 실시 예에서, 타겟(25)은 전자 빔이 충돌할 때, 엑스선(X-ray)을 방출하는 물질일 수 있다. 예를 들면, 타겟(25)은 텅스텐일 수 있다. The anode electrode 20 may include a target 25 provided on the lower surface 21 thereof. In an embodiment, the target 25 may be a phosphor. Accordingly, when the electron beam emitted from the emitter 15 collides with the phosphor 25, the phosphor 25 may emit light. In another embodiment, the target 25 may be a material that emits X-rays when an electron beam collides. For example, the target 25 may be tungsten.

게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20) 사이에 위치될 수 있다. 게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)의 상측으로 이격될 수 있다. 게이트 전극(30)은 아노드 전극(20)의 하측으로 이격될 수 있다. 게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)을 마주보는 제1 면(31)과, 아노드 전극(20)을 마주보는 제2 면(32)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 면들(31, 32)은 서로 대향될 수 있다. 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)은 캐소드 전극(10) 상의 에미터(15)의 특성 및/또는 게이트 전극(30)의 구조에 따라, 수십 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)는 대략 150㎛ 이상 및 대략 500㎛ 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 실시 예에서, 상기 이격 거리(L1)는 대략 200㎛일 수 있다. 상기 이격 거리(L1)는 캐소드 전극(10)의 상면(11)과, 게이트 전극(30)의 제1 면(31) 간의 거리일 수 있다. 또한, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)은 에미터(15)의 폭(W3) 및/또는 게이트 개구(35)의 폭(W1)에 대응하여 결정될 수 있다.The gate electrode 30 may be positioned between the cathode electrode 10 and the anode electrode 20. The gate electrode 30 may be spaced apart from the upper side of the cathode electrode 10. The gate electrode 30 may be spaced apart from the lower side of the anode electrode 20. The gate electrode 30 may include a first surface 31 facing the cathode electrode 10 and a second surface 32 facing the anode electrode 20. The first and second surfaces 31 and 32 may face each other. The separation distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 is tens to hundreds of micrometers ( Μm). For example, the separation distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 may be approximately 150 μm or more and approximately 500 μm or less, but is not limited thereto. In an embodiment, the separation distance L1 may be approximately 200 μm. The separation distance L1 may be a distance between the upper surface 11 of the cathode electrode 10 and the first surface 31 of the gate electrode 30. In addition, the separation distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 may be determined corresponding to the width W3 of the emitter 15 and/or the width W1 of the gate opening 35.

캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 물질을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20) 및 게이트 전극(30)은 원판 형으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 게이트 전극(30)은 그를 관통하는 적어도 하나의 게이트 개구(35)를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 게이트 전극(30)은 하나의 게이트 개구(35)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 게이트 전극(30)은 복수의 게이트 개구들(35)을 포함할 수 있다. 게이트 개구(35)에 대한 자세한 사항은 후술한다. The cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may include a conductive material. For example, the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may include a material such as copper (Cu), aluminum (Al), and molybdenum (Mo). In an embodiment, the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may be provided in a disk shape, but are not limited thereto. The gate electrode 30 may include at least one gate opening 35 penetrating therethrough. In an embodiment, the gate electrode 30 may include one gate opening 35. In another example, the gate electrode 30 may include a plurality of gate openings 35. Details of the gate opening 35 will be described later.

에미터(15)는 캐소드 전극(10) 상에 제공될 수 있다. 예를 들면, 에미터(15)는 캐소드 전극(10)의 상면(11) 상에 제공될 수 있다. 에미터(15)는 복수 개 제공될 수 있다. 에미터(15)는 도트 어레이(dot array) 형태로 배열된 적어도 하나의 탄소 나노 튜브일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 탄소 나노 튜브는 6각형 모양으로 결합된 탄소들이 서로 연결되어, 그의 내부에 중공을 갖는 튜브 형태일 수 있다. 에미터(15)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20) 및 게이트 전극(30)에 인가된 전압에 의해 형성된 전계에 의해 전자 및/또는 전자 빔(electron beam)를 방출할 수 있다. The emitter 15 may be provided on the cathode electrode 10. For example, the emitter 15 may be provided on the upper surface 11 of the cathode electrode 10. A plurality of emitters 15 may be provided. The emitter 15 may be at least one carbon nanotube arranged in a dot array, but is not limited thereto. The carbon nanotube may be in the form of a tube having a hollow inside the carbon nanotubes are connected to each other in a hexagonal shape. The emitter 15 may emit electrons and/or an electron beam by an electric field formed by a voltage applied to the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30.

전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30)의 제1 면(31) 상에 제공될 수 있다. 다른 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30)의 제2 면(32) 상에 제공될 수 있다. 전자 투과 시트(40)에 대한 자세한 사항은 도 3에서 후술한다. The electron transmitting sheet 40 may be provided on the gate electrode 30. In an embodiment, the electron transmitting sheet 40 may be provided on the first surface 31 of the gate electrode 30. In another embodiment, the electron transmitting sheet 40 may be provided on the second surface 32 of the gate electrode 30. Details of the electron transmitting sheet 40 will be described later in FIG. 3.

절연 부재(50)는 캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20) 사이에 위치될 수 있다. 절연 부재(50)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)을 전기적으로 절연할 수 있다. 절연 부재(50)는 진공 및/또는 절연 스페이서일 수 있다. 실시 예에서, 절연 부재(50)는 일단이 캐소드 전극(10)의 상면(11)과 연결되고, 타단이 아노드 전극(20)의 하면(21)과 연결될 수 있다. 절연 부재(50)는 상부와 하부가 개구된 튜브(tube) 형태로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 절연 부재(50)는 게이트 전극(30)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 절연 부재(50)는 게이트 전극(30)을 둘러쌀 수 있다. 절연 부재(50)는 절연 물질을 포함할 수 있다. The insulating member 50 may be positioned between the cathode electrode 10 and the anode electrode 20. The insulating member 50 may electrically insulate the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30. The insulating member 50 may be a vacuum and/or an insulating spacer. In an embodiment, the insulating member 50 may have one end connected to the upper surface 11 of the cathode electrode 10 and the other end connected to the lower surface 21 of the anode electrode 20. The insulating member 50 may be provided in the form of a tube with open upper and lower portions, but is not limited thereto. The insulating member 50 may be connected to the gate electrode 30. For example, the insulating member 50 may surround the gate electrode 30. The insulating member 50 may include an insulating material.

에미터(15)에서 방출된 전자 및/또는 전자 빔은 진공 상태에서 발생 및 가속될 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 장치(1)는 진공 펌프를 통해 내부 압력이 진공 상태로 될 수 있다. 절연 부재(50)는 진공 상태에서도 견고한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 절연 부재(50)는, 세라믹, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 유리 등을 포함할 수 있다.The electrons and/or electron beams emitted from the emitter 15 may be generated and accelerated in a vacuum state. Accordingly, the field emission device 1 may have an internal pressure in a vacuum state through a vacuum pump. The insulating member 50 may include a solid material even in a vacuum state. For example, the insulating member 50 may include ceramic, aluminum oxide, aluminum nitride, glass, or the like.

도 2a는 도 1의 게이트 전극과 전자 투과 시트를 나타낸 평면도이다. 도 2b은 도 1의 게이트 전극과 전극 투과 시트의 변형 예를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 1의 A 영역의 확대도이다. 2A is a plan view illustrating a gate electrode and an electron transmitting sheet of FIG. 1. 2B is a plan view showing a modified example of the gate electrode and the electrode-transmitting sheet of FIG. 1. 3 is an enlarged view of area A of FIG. 1.

도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 게이트 개구(35)는 에미터(15)로부터 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. 게이트 개구(35)는 에미터(15)와 수직하게 중첩될 수 있다. 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 에미터(15)의 폭(W3)보다 클 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 에미터(15)는 평면적 관점에서, 게이트 개구(35) 내에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 게이트 개구(35)는 평면적 관점에서, 대략 원형으로 제공될 수 있다. 다른 예에서, 게이트 개구(35)는 평면적 관점에서, 대략 다각형으로 제공될 수 있다. 1, 2A, 2B, and 3, the gate opening 35 may be spaced apart from the emitter 15 in the first direction D1. The gate opening 35 may vertically overlap the emitter 15. The width W1 of the gate opening 35 may be larger than the width W3 of the emitter 15. As shown in FIG. 2A, the emitter 15 may be positioned within the gate opening 35 in plan view. In an embodiment, the gate opening 35 may be provided in an approximately circular shape from a plan view. In another example, the gate opening 35 may be provided in an approximately polygonal shape in a plan view.

게이트 개구(35)의 폭(W1)은 캐소드 전극(10) 상의 에미터(15)의 특성 및 구조에 따라 수십 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 예를 들면, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 100㎛ 이상 및 대략 400㎛ 이하일 수 있다. 실시 예에서, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 350㎛일 수 있다. 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 상기 이격 거리(L1)보다 클 수 있다. 다른 예에서, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 상기 이격 거리(L1)과 동일하거나 작을 수 있다. The width W1 of the gate opening 35 may be tens to hundreds of micrometers (µm) depending on the characteristics and structure of the emitter 15 on the cathode electrode 10. For example, the width W1 of the gate opening 35 may be approximately 100 μm or more and approximately 400 μm or less. In an embodiment, the width W1 of the gate opening 35 may be approximately 350 μm. The width W1 of the gate opening 35 may be greater than the separation distance L1. In another example, the width W1 of the gate opening 35 may be equal to or smaller than the separation distance L1.

전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 전사(transfer) 공정을 통해 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 전자 투과 시트(40)의 전사 공정은 후술한다. 전자 투과 시트(40)가 게이트 개구(35)와 중첩될 때, 전자 투과 시트(40)와 게이트 전극(30) 사이에 열적, 기계적 스트레스(stress)가 발생할 수 있다.The electron transmitting sheet 40 may be provided on the gate electrode 30. In an embodiment, the electron transmitting sheet 40 may be provided on the gate electrode 30 through a transfer process, but is not limited thereto. The transfer process of the electron transmitting sheet 40 will be described later. When the electron transmitting sheet 40 overlaps the gate opening 35, thermal and mechanical stress may occur between the electron transmitting sheet 40 and the gate electrode 30.

전자 투과 시트(40)는 게이트 개구(35)와 수직하게 중첩된 복수의 미세 개구들(45)을 가질 수 있다. 복수의 미세 개구들(45)은 상기 스트레스(stress)를 완화할 수 있다. 실시 예에서, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 대략 원형으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 대략 다각형, 및 불규칙 형상으로 제공될 수 있다. The electron transmitting sheet 40 may have a plurality of fine openings 45 vertically overlapping with the gate opening 35. The plurality of fine openings 45 may relieve the stress. In an embodiment, the fine openings 45 may be provided in a substantially circular shape from a plan view. Alternatively, in another embodiment, the fine openings 45 may be provided in substantially polygonal and irregular shapes in plan view.

미세 개구들(45) 주변에도 전위 분포 왜곡이 발생할 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 폭(W2)이 전자 빔의 경로를 왜곡시키지 않는 범위 내로 설정되는 것이 중요하다. 이러한, 미세 개구들(45)의 폭(W2)은 미세 개구들(45) 주변의 국소 전위 분포 왜곡에 의한 전자 빔의 경로를 분석하여 도출될 수 있다. 예를 들면, 미세 개구들(45)의 폭(W2)은 전자 빔의 경로의 분석을 통해 전자 빔의 경로를 왜곡하지 않는 범위 내로 도출될 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 각각은 수 내지 수십 마이크로미터(㎛)의 폭(W2)을 가질 수 있다. Dislocation distribution distortion may also occur around the fine openings 45. Accordingly, it is important that the width W2 of the fine openings 45 is set within a range that does not distort the path of the electron beam. The width W2 of the fine openings 45 may be derived by analyzing the path of the electron beam due to the distortion of the local potential distribution around the fine openings 45. For example, the width W2 of the fine openings 45 may be derived within a range that does not distort the path of the electron beam through analysis of the path of the electron beam. Accordingly, each of the fine openings 45 may have a width W2 of several to tens of micrometers (㎛).

미세 개구들(45)에 의해 전자 빔의 경로가 왜곡되지 않기 위해서는 미세 개구들(45)의 각각의 폭(W2)은 0(zero) 초과, 및 게이트 개구(35)의 폭(W1)의 폭을 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. 예를 들면, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 100㎛ 이상 및 대략 400㎛ 이하일 수 있고, 미세 개구들(45)의 각각은 대략 5㎛ 이상 및 대략 45㎛의 폭(W2)을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 실시 예에서, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 350㎛일 수 있고, 미세 개구들(45)의 평균적인 폭(W2)은 대략 5㎛일 수 있다. In order not to distort the path of the electron beam by the fine openings 45, the width W2 of each of the fine openings 45 is greater than 0 (zero), and the width of the width W1 of the gate opening 35 It may be less than or equal to a value divided by 3. For example, the width W1 of the gate opening 35 may be approximately 100 μm or more and approximately 400 μm or less, and each of the fine openings 45 has a width W2 of approximately 5 μm or more and approximately 45 μm. It may have, but is not limited thereto. In an embodiment, the width W1 of the gate opening 35 may be approximately 350 μm, and the average width W2 of the fine openings 45 may be approximately 5 μm.

또한, 미세 개구들(45)에 의해 전자 빔의 경로가 왜곡되지 않기 위해서는 미세 개구들(45)의 각각의 폭(W2)은 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)를 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)는 대략 150㎛ 이상이고, 미세 개구들(45)의 각각은 대략 5㎛ 이상 및 대략 45㎛의 폭(W2)을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. In addition, in order not to distort the path of the electron beam by the fine openings 45, the width W2 of each of the fine openings 45 is a separation distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 It may be less than or equal to the value divided by 3. For example, the separation distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 is approximately 150 μm or more, and each of the fine openings 45 has a width W2 of approximately 5 μm or more and approximately 45 μm. It may have, but is not limited thereto.

미세 개구들(45) 중 적어도 두 개는 서로 다른 폭을 가질 수 있다. 미세 개구들(45)은 서로 이격될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 동심원 패턴으로 배열될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. At least two of the fine openings 45 may have different widths. The fine openings 45 may be spaced apart from each other. As shown in FIG. 2A, the fine openings 45 may be arranged in a regular pattern from a plan view. For example, the fine openings 45 may be arranged in a concentric pattern in a plan view. As shown in FIG. 2B, the fine openings 45 may be arranged in an irregular pattern from a plan view.

서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 이격 거리(L2, 이하, 제1 이격 거리)는 게이트 개구(35)의 폭(W1)에 대응하여, 수십 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 이격 거리(L2)는 대략 50㎛ 이상 및 대략 150㎛ 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 제1 이격 거리(L2)는 미세 개구들(45)의 폭(W2)보다 크게 제공될 수 있다. 실시 예에서, 서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 제1 이격 거리들(L2)은 모두 동일할 수 있다. 다른 예에서, 서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 제1 이격 거리들(L2) 중 적어도 두 개는 상이할 수 있다. The separation distance L2 (hereinafter, the first separation distance) between the adjacent fine openings 45 may be tens to hundreds of micrometers (µm), corresponding to the width W1 of the gate opening 35. For example, the first separation distance L2 may be approximately 50 μm or more and approximately 150 μm or less, but is not limited thereto. The first separation distance L2 between the fine openings 45 adjacent to each other may be provided larger than the width W2 of the fine openings 45. In an embodiment, the first separation distances L2 between the fine openings 45 adjacent to each other may be the same. In another example, at least two of the first separation distances L2 between the fine openings 45 adjacent to each other may be different.

전자 투과 시트(40)는 적어도 하나의 전자 투과 원자 층(41, 이하 원자 층)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 2개 이상의 원자 층들(41)이 적층된 구조를 가질 수 있다. The electron transmitting sheet 40 may include at least one electron transmitting atomic layer 41 (hereinafter referred to as an atomic layer). In an embodiment, the electron transmitting sheet 40 may have a structure in which two or more atomic layers 41 are stacked.

원자 층들(41)의 각각은 2차원 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 2차원 물질은 원자들이 2차원으로 배열된 물질을 의미할 수 있다. 예를 들면, 2차원 물질은 그래핀(Graphene), 이황화몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 황화텅스텐(Tungsten disulfide, WS2), 질화붕소(hexagonal boron nitride,h-BN), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 전이금속칼코젠화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMDC), 및 페롭스카이트(Perovskite) 구조 물질 등일 수 있다. Each of the atomic layers 41 may include a two-dimensional material. Here, the two-dimensional material may mean a material in which atoms are arranged in two dimensions. For example, two-dimensional materials include graphene, molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2), boron nitride (h-BN), and molybdenum iteluride (Molybdenum). Ditelluride, MoTe2), Transition Metal Dichalcogenide (TMDC), and Perovskite structural materials.

실시 예에서, 원자 층(41)은 그래핀을 포함할 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 2차원으로 결합된 구조를 가질 수 있다. 그래핀은 페르미 준위 근처에서 선형의 에너지 분포를 보이는 전자구조적 특성을 갖는다. 따라서, 그래핀을 포함하는 원자 층(41)은 평면 방향으로의 전하의 이동도가 높으며, 저항이 매우 낮은 전기적 특성을 보인다. 이에 따라, 게이트 전극(30)은 전자 투과 시트(40)에 의해, 에미터(15)로부터 방출된 전자의 축적을 방지할 수 있다. 이하, 원자 층(41)은 그래핀 층으로 지칭한다. In an embodiment, the atomic layer 41 may include graphene. Graphene may have a structure in which carbon atoms are bonded in two dimensions. Graphene has an electronic structural property that shows a linear energy distribution near the Fermi level. Accordingly, the atomic layer 41 including graphene exhibits high electric charge mobility in a plane direction and very low resistance. Accordingly, the gate electrode 30 can prevent accumulation of electrons emitted from the emitter 15 by the electron transmitting sheet 40. Hereinafter, the atomic layer 41 is referred to as a graphene layer.

이하, 전자 투과 시트(40)의 전사 과정과, 미세 개구들(45)의 형성 과정을 예를 들어 설명한다. 먼저, 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)의 박막 상에 다층(multiple layers) 또는 단층(single layer) 그래핀(Graphene)을 성장시킬 수 있다. 그래핀에 PMMA(Polymethyl metacrylate)를 코팅을 한 후, 그래핀을 니켈 또는 구리 박막으로부터 분리할 수 있다. 분리된 그래핀은 게이트 전극(30) 상에 전사될 수 있다. 전사된 그래핀은 진공 열처리를 통해 PMMA를 제거할 수 있다. 실시 예에서, 상기 전사 공정에서 다층 그래핀이 사용될 수 있다. 이에 따라, 복수의 그래핀 층들(41)이 적층된 전자 투과 시트(40)가 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. 다른 예에서, 상기 전사 공정에서 단층 그래핀이 사용될 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극(30) 상에 단층 그래핀을 전사시키는 전사 공정을 여러 번 반복하여, 복수의 그래핀 층들(41)이 게이트 전극(30) 상에 적층될 수 있다. 이에 따라, 복수의 그래핀 층들(41)이 적층된 전자 투과 시트(40)가 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. Hereinafter, a process of transferring the electron transmitting sheet 40 and a process of forming the fine openings 45 will be described by way of example. First, multiple layers or single layer graphene may be grown on a thin film of nickel (Ni) or copper (Cu). After coating the graphene with polymethyl metacrylate (PMMA), the graphene can be separated from the nickel or copper thin film. The separated graphene may be transferred onto the gate electrode 30. The transferred graphene can remove PMMA through vacuum heat treatment. In an embodiment, multilayer graphene may be used in the transfer process. Accordingly, the electron transmitting sheet 40 in which the plurality of graphene layers 41 are stacked may be provided on the gate electrode 30. In another example, single-layer graphene may be used in the transfer process. For example, by repeating a transfer process of transferring single-layer graphene onto the gate electrode 30 several times, a plurality of graphene layers 41 may be stacked on the gate electrode 30. Accordingly, the electron transmitting sheet 40 in which the plurality of graphene layers 41 are stacked may be provided on the gate electrode 30.

전사 공정 시, 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들은 1개 내지 3개의 그래핀 층들(41)을 포함할 수 있다. 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들은 4개 이상의 그래핀 층들(41)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들은 11개의 그래핀 층들(41)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 전자 투과 시트의 일부 영역들의 두께가 나머지 영역의 두께와 비교하여, 작을 수 있다. During the transfer process, some regions of the electron transmitting sheet 40 may include one to three graphene layers 41. The remaining regions of the electron transmitting sheet 40 may include four or more graphene layers 41. For example, the remaining regions of the electron transmitting sheet 40 may include 11 graphene layers 41. Accordingly, the thickness of some regions of the electron transmitting sheet may be smaller than that of the remaining regions.

전자 투과 시트(40)의 일부 영역들은 상기 스트레스(stress)에 의해 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들보다 쉽게 찢어질 수 있다. 즉, 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들에 미세 개구들(45)이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 미세 개구들(45)은 게이트 전극(30)과 전자 투과 시트(40) 사이의 열적, 기계적 스트레스(stress)를 완화시킬 수 있다. 상기 스트레스(stress)가 완화됨으로써, 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들은 상기 스트레스(stress)에 의해 찢어지지 않을 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 장치(1)의 제조 수율이 향상될 수 있다.Some areas of the electron-transmitting sheet 40 may be torn more easily than the rest of the electron-transmitting sheet 40 due to the stress. That is, fine openings 45 may be formed in some areas of the electron transmitting sheet 40. As described above, the fine openings 45 may relieve thermal and mechanical stress between the gate electrode 30 and the electron transmitting sheet 40. As the stress is relieved, the remaining regions of the electron transmitting sheet 40 may not be torn by the stress. Accordingly, the manufacturing yield of the field emission device 1 can be improved.

또한, 전사 공정시, 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들의 각각의 폭이 조절될 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 폭들(W2)이 조절될 수 있다. 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들의 각각의 폭을 조절함으로써, 미세 개구들(45)의 적어도 2개는 서로 다른 폭(W2)을 가질 수 있다. In addition, during the transfer process, the width of each of the partial regions of the electron transmitting sheet 40 may be adjusted. Accordingly, the widths W2 of the fine openings 45 may be adjusted. By adjusting the width of each of the partial regions of the electron transmitting sheet 40, at least two of the fine openings 45 may have different widths W2.

도 4은 도 1의 전계 방출 장치의 변형 예를 나타낸 개략도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 실시 예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.4 is a schematic diagram showing a modified example of the field emission device of FIG. 1. For the sake of brevity, descriptions of components that are substantially the same as those of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 will be omitted or briefly described.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치(2)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 게이트 전극(30), 에미터(15), 및 전자 투과 시트(40)를 포함할 수 있다. 전계 방출 장치(2)는 절연 부재(50), 및 집속 전극(60)을 더 포함할 수 있다. 4, the field emission device 2 according to the embodiment of the present invention includes a cathode electrode 10, an anode electrode 20, a gate electrode 30, an emitter 15, and an electron transmitting sheet ( 40). The field emission device 2 may further include an insulating member 50 and a focusing electrode 60.

집속 전극(60)은 다른 전극의 전위에 대한 상대적인 전위를 인가하여, 전자를 집속 시킬 수 있다. 예를 들면, 집속 전극(60)은 전계를 형성하여, 에미터(15)에서 방출된 전자 빔의 경로를 왜곡시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 빔은 집속될 수 있다. 집속 전극(60)은 게이트 전극(30)과 아노드 전극(20) 사이에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 집속 전극(60)은 한 개 제공될 수 있다. 다른 예에서, 집속 전극(60)은 복수 개 제공될 수 있다. The focusing electrode 60 may focus electrons by applying a potential relative to the potential of the other electrode. For example, the focusing electrode 60 may form an electric field to distort the path of the electron beam emitted from the emitter 15. Accordingly, the electron beam can be focused. The focusing electrode 60 may be positioned between the gate electrode 30 and the anode electrode 20. In an embodiment, one focusing electrode 60 may be provided. In another example, a plurality of focusing electrodes 60 may be provided.

집속 전극(60)은 원판 형으로 제공될 수 있다. 집속 전극(60)은 외부 전원(미도시)과 연결될 수 있다. 집속 전극(60)은 절연 부재(50)에 의해 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)과 전기적으로 절연될 수 있다. 실시 예에서, 집속 전극(60)은 절연 부재(50)에 의해 둘러싸일 수 있다. 집속 전극(60)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. The focusing electrode 60 may be provided in a disk shape. The focusing electrode 60 may be connected to an external power source (not shown). The focusing electrode 60 may be electrically insulated from the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 by the insulating member 50. In an embodiment, the focusing electrode 60 may be surrounded by the insulating member 50. The focusing electrode 60 may include a conductive material.

집속 전극(60)은 그를 관통하는 집속 전극 개구(65)를 포함할 수 있다. 집속 전극 개구(65)는 전자 빔의 경로 상에 위치될 수 있다. 이에 따라, 전자 빔은 집속 전극 개구(65)를 통과하여, 아노드 전극(20)에 도달할 수 있다. 집속 전극 개구(65)는 게이트 개구(35)와 수직하게 중첩될 수 있다. 실시 예에서, 집속 전극 개구(65)의 폭(W4)은 게이트 개구(35)의 폭과(W1, 도 3 참조) 대략 동일할 수 있다. 다른 예에서, 집속 전극 개구(65)의 폭(W4)은 게이트 개구(35)의 폭(W1)보다 크거나 작을 수 있다.The focusing electrode 60 may include a focusing electrode opening 65 therethrough. The focusing electrode opening 65 may be located on the path of the electron beam. Accordingly, the electron beam may pass through the focusing electrode opening 65 and reach the anode electrode 20. The focusing electrode opening 65 may vertically overlap the gate opening 35. In an embodiment, the width W4 of the focusing electrode opening 65 may be substantially the same as the width of the gate opening 35 (see W1, FIG. 3). In another example, the width W4 of the focusing electrode opening 65 may be larger or smaller than the width W1 of the gate opening 35.

아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)의 상면(11)과 마주보는 하면(21)을 포함할 수 있다. 아노드 전극(20)의 하면(21)은 전자 빔의 경로와 경사질 수 있다. 아노드 전극(20)의 하면(21)은 소정의 각도로 기울어질 수 있다. 아노드 전극(20)은 그의 하면(21) 상에 타겟(25)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 타겟(25)은 전자 빔이 충돌할 때, 엑스선(X-ray)을 방출하는 물질일 수 있다. The anode electrode 20 may include a lower surface 21 facing the upper surface 11 of the cathode electrode 10. The lower surface 21 of the anode electrode 20 may be inclined with the path of the electron beam. The lower surface 21 of the anode electrode 20 may be inclined at a predetermined angle. The anode electrode 20 may include a target 25 on its lower surface 21. In an embodiment, the target 25 may be a material that emits X-rays when an electron beam collides.

도 5는 전자 투과 시트가 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 6은 도 1의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 7은 아노드 전극 상의 도 5 및 도 6의 전자 빔들을 나타낸 평면도이다. 도 8은 전자 투과 시트의 유무에 따른 전계 방출 장치의 방출 전류를 나타낸 그래프이다. 도 7 및 도 8에 도시된 A1은 도 6의 전계 방출 장치(1)에 대한 것이고, A2는 도 5의 전계 방출 장치(3)에 대한 것이다. 5 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of a field emission device without an electron transmitting sheet. 6 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of the field emission device of FIG. 1. 7 is a plan view showing electron beams of FIGS. 5 and 6 on an anode electrode. 8 is a graph showing the emission current of the field emission device according to the presence or absence of an electron transmitting sheet. A1 shown in FIGS. 7 and 8 is for the field emission device 1 of FIG. 6 and A2 is for the field emission device 3 of FIG. 5.

도 5 및 도 6의 전계 방출 장치들(1, 3)은 대략 대략 200㎛의 게이트 전극(30)과 캐소드 전극(10) 간의 이격 거리(L1, 도 1 참조), 및 대략 350㎛의 게이트 개구(35)의 폭(W1, 도 3 참조)을 가질 수 있다. 에미터(15)의 폭(W3, 도 1 참조)은 게이트 개구(35)의 직경(W1)보다 작을 수 있다. 또한, 도 7의 전계 방출 장치(1)는 대략 5㎛의 미세 개구들(45)의 폭(W2), 및 대략 50㎛의 미세 개구들(45) 간의 이격 거리(L2, 도 3 참조)를 가질 수 있다. The field emission devices 1 and 3 of FIGS. 5 and 6 have a separation distance L1 between the gate electrode 30 and the cathode electrode 10 of approximately 200 μm (see FIG. 1 ), and a gate opening of approximately 350 μm. It may have a width of 35 (W1, see FIG. 3). The width W3 of the emitter 15 (refer to FIG. 1) may be smaller than the diameter W1 of the gate opening 35. In addition, the field emission device 1 of FIG. 7 has a width W2 of the fine openings 45 of approximately 5 μm, and a separation distance L2 between the fine openings 45 of approximately 50 μm (see FIG. 3 ). I can have it.

도 5를 참조하면, 전계 방출 장치(3)가 전자 투과 시트(40)를 포함하지 않는 때, 에미터(15)에서 방출된 전자 빔(B1)은 게이트 개구(35) 주변의 왜곡된 공간 전위 분포에 의해 수평 방향의 힘을 받을 수 있다. 여기서, 수평 방향은 제2 방향(D2)과 평행할 수 있다. 이에 따라, 전자 빔(B1)의 궤적이 퍼지게 된다. 또한, 전자 빔(B1)은 게이트 전극(30)의 제2 면(32)과 제1 각도(α1)를 형성할 수 있다. 전자 빔(B1)이 아노드 전극(20)에 도달할 때, 아노드 전극(20) 상에 제1 직경(d1)을 갖는 전자 빔(B1) 영역이 형성될 수 있다. 5, when the field emission device 3 does not include the electron transmitting sheet 40, the electron beam B1 emitted from the emitter 15 is distorted space potential around the gate opening 35 The force in the horizontal direction can be received by the distribution. Here, the horizontal direction may be parallel to the second direction D2. Accordingly, the trajectory of the electron beam B1 is spread. In addition, the electron beam B1 may form a first angle α1 with the second surface 32 of the gate electrode 30. When the electron beam B1 reaches the anode electrode 20, an electron beam B1 region having a first diameter d1 may be formed on the anode electrode 20.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 전계 방출 장치(1)는 미세 개구들(45)을 갖는 전자 투과 시트(40)를 포함할 수 있다. 전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30) 주위의 공간 전위 분포의 왜곡을 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 빔(B2)에 작용하는 상기 수평 방향의 힘은 도 5의 전계 방출 장치(3)와 비교하여, 감소될 수 있다. 즉, 도 6의 전계 방출 장치(4)의 전자 빔(B2)은 도 5의 전계 방출 장치(3)의 전자 빔(B1)보다 더 집속될 수 있다. 예를 들면, 전자 빔(B2)이 게이트 전극(30)의 제2 면(32)과 형성하는 제2 각도(α2)가 제1 각도(α1)보다 클 수 있다. 예를 들면, 제2 각도(α2)는 대략 87.6°[deg]이고, 제1 각도(α1)는 대략 82.9°[deg]일 수 있다. 아노드 전극(20) 상의 도 6의 전자 빔(B2) 영역은 상기 제1 직경(d1)보다 작은 제2 직경(d2)을 가질 수 있다. 6 to 8, the field emission device 1 may include an electron transmitting sheet 40 having fine openings 45. The electron transmitting sheet 40 can alleviate the distortion of the spatial potential distribution around the gate electrode 30. Accordingly, the force in the horizontal direction acting on the electron beam B2 can be reduced compared to the field emission device 3 of FIG. 5. That is, the electron beam B2 of the field emission device 4 of FIG. 6 may be more focused than the electron beam B1 of the field emission device 3 of FIG. 5. For example, the second angle α2 formed by the electron beam B2 with the second surface 32 of the gate electrode 30 may be greater than the first angle α1. For example, the second angle α2 may be approximately 87.6° [deg], and the first angle α1 may be approximately 82.9° [deg]. The region of the electron beam B2 of FIG. 6 on the anode electrode 20 may have a second diameter d2 smaller than the first diameter d1.

도 9는 전자 투과 시트에 미세 개구들이 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 10은 도 1의 전계 방출 장치의 전계 방출 특성을 나타낸 그래프이다. 도 9의 전계 방출 장치(4)는 미세 개구들(45)를 제외하고는 도 6의 전계 방출 장치(1)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 10의 실선은 도 6의 게이트 전극(30)에 인가되는 전압에 따라, 도 6의 아노드 전극(20)에 흐르는 전류 값에 도 6의 캐소드 전극(10)에 흐르는 전류 값을 나눈 값들을 나타낸 그래프이다. 9 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of a field emission device without fine openings in an electron transmitting sheet. 10 is a graph showing field emission characteristics of the field emission device of FIG. 1. The field emission device 4 of FIG. 9 may have the same structure as the field emission device 1 of FIG. 6 except for the fine openings 45. In addition, the solid line of FIG. 10 is obtained by dividing the current value flowing through the anode electrode 20 of FIG. 6 by the current value flowing through the cathode electrode 10 of FIG. 6 according to the voltage applied to the gate electrode 30 of FIG. 6. This is a graph showing the values.

도 6, 도 9 및 도 10을 참조하면, 도 6의 전계 방출 장치(1)의 전자 빔(B3)의 집속 성능은 도 9의 전계 방출 장치(4)의 전자 빔(B2)의 집속 성능과 대략 동일 또는 유사할 수 있다. 예를 들면, 전자 빔(B3)이 게이트 전극(30)의 제2 면(32)과 형성하는 제3 각도(α3)가 제2 각도(α2)와 대략 동일할 수 있다. 아노드 전극(20) 상의 도 6의 전자 빔(B3)의 영역은 상기 제2 직경(d2)과 대략 동일한 제3 직경(d3)을 가질 수 있다. 도 6의 미세 개구들(45)의 직경이 미세 개구들(45) 간의 이격 거리(L2, 도 3 참조)보다 작게 형성할 때, 미세 개구들(45)에 의한 게이트 전극(30) 주위의 공간 전위 분포의 왜곡이 미비할 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 유무는 전자 빔의 집속 성능에 거의 영향을 미치지 않을 수 있다. 6, 9 and 10, the focusing performance of the electron beam B3 of the field emission device 1 of FIG. 6 is compared with the focusing performance of the electron beam B2 of the field emission device 4 of FIG. They can be about the same or similar. For example, a third angle α3 formed by the electron beam B3 with the second surface 32 of the gate electrode 30 may be substantially the same as the second angle α2. The region of the electron beam B3 of FIG. 6 on the anode electrode 20 may have a third diameter d3 that is substantially the same as the second diameter d2. When the diameter of the fine openings 45 of FIG. 6 is smaller than the separation distance L2 between the fine openings 45 (see FIG. 3 ), the space around the gate electrode 30 due to the fine openings 45 The distortion of the dislocation distribution may be insufficient. Accordingly, the presence or absence of the fine openings 45 may hardly affect the focusing performance of the electron beam.

전술한 바와 같이, 전자 투과 시트(40)와 게이트 전극(30) 사이에 열적, 기계적 스트레스(stress)가 발생할 수 있다. 도 7의 전자 투과 시트(40)는 상기 스트레스(stress)에 의해 찢어질 수 있다. 하지만, 도 6의 전자 투과 시트는 미세 개구들(45)에 의해 찢어지지 않을 수 있다. 즉, 도 6의 전계 방출 장치(1)는 도 7의 전계 방출 장치(4)보다 제조 수율이 향상될 수 있다. As described above, thermal and mechanical stress may occur between the electron transmitting sheet 40 and the gate electrode 30. The electron transmitting sheet 40 of FIG. 7 may be torn by the stress. However, the electron-transmitting sheet of FIG. 6 may not be torn by the fine openings 45. That is, the field emission device 1 of FIG. 6 may have a higher manufacturing yield than the field emission device 4 of FIG. 7.

도 10을 참조하면, 도 6의 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 도 9의 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도보다 클 수 있다. 도 10에서, IC는 캐소드 전극(10)에 흐르는 전류를 의미할 수 있다. IA는 아노드 전극(20)에 흐르는 전류를 의미할 수 있다. Gate Voltage는 게이트 전극(30)에 인가된 전압을 의미할 수 있다. Referring to FIG. 10, the electron transmittance of the electron transmitting sheet 40 of FIG. 6 may be greater than the electron transmittance of the electron transmitting sheet 40 of FIG. 9. In FIG. 10, IC may mean a current flowing through the cathode electrode 10. IA may mean a current flowing through the anode electrode 20. Gate Voltage may mean a voltage applied to the gate electrode 30.

아노드 전극(20)에 흐르는 전류 값에 캐소드 전극(10)에 흐르는 전류 값을 나눈 값(이하, 산출 값)이 작을수록, 게이트 전극(30)으로 누설되는 누설 전류가 작을 수 있다. 즉, 상기 산출 값이 작을수록, 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 클 수 있다. 예를 들면, 도 6 및 도 9의 전자 투과 시트(40)는 3개의 그래핀 층들(41)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 전자의 에너지가 대략 1 [keV]일 때, 도 6의 미세 개구들(45)을 포함하는 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 대략 80%이상일 수 있다. 또한, 도 9의 미세 개구들(45)을 포함하지 않는 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 도 6의 미세 개구들(45)을 포함하는 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도보다 작을 수 있다. 이에 따라, 전자 투과 시트(40)의 미세 개구들(45)에 의해 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도가 향상될 수 있다. 여기서, eV는 전자 볼트(electron volt)의 약어로써, 전자 에너지의 크기를 의미할 수 있다.As a value obtained by dividing a current value flowing through the anode electrode 20 by a current value flowing through the cathode electrode 10 (hereinafter, a calculated value) is smaller, the leakage current leaking into the gate electrode 30 may be smaller. That is, the smaller the calculated value, the greater the electron transmittance of the electron transmitting sheet 40. For example, the electron transmitting sheet 40 of FIGS. 6 and 9 may have a structure in which three graphene layers 41 are stacked. When the electron energy is approximately 1 [keV], the electron transmittance of the electron transmitting sheet 40 including the fine openings 45 of FIG. 6 may be approximately 80% or more. Also, the electron transmittance of the electron transmitting sheet 40 not including the fine openings 45 of FIG. 9 may be smaller than the electron transmittance of the electron transmitting sheet 40 including the fine openings 45 of FIG. 6. . Accordingly, the electron transmittance of the electron transmitting sheet 40 may be improved by the fine openings 45 of the electron transmitting sheet 40. Here, eV is an abbreviation of electron volt, and may mean the magnitude of electron energy.

도 11은 도 4의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 11의 전계 방출 장치(2)는 집속 전극(60) 및 아노드 전극(20)의 형상을 제외하고는 도 6의 전계 방출 장치(1)와 동일한 구조를 가질 수 있다.11 is a schematic diagram showing a trajectory of an electron beam of the field emission device of FIG. 4. The field emission device 2 of FIG. 11 may have the same structure as the field emission device 1 of FIG. 6 except for the shape of the focusing electrode 60 and the anode electrode 20.

도 6 및 도 11을 참조하면, 전술한 바와 같이, 집속 전극(60)이 전자 빔(B4)의 경로를 왜곡시켜, 전자 빔(B4)를 집속시킬 수 있다. 이에 따라, 도 11의 전자 빔(B4)은 집속 전극(60)에 의해 도 6의 전자 빔(B3)보다 더 집속될 수 있다. 예를 들면, 아노드 전극(20) 상의 도 8의 전자 빔(B4) 영역은 상기 제3 직경(d3)보다 작은 제4 직경(d4)을 가질 수 있다. 6 and 11, as described above, the focusing electrode 60 may distort the path of the electron beam B4 to focus the electron beam B4. Accordingly, the electron beam B4 of FIG. 11 may be more focused by the focusing electrode 60 than the electron beam B3 of FIG. 6. For example, the region of the electron beam B4 of FIG. 8 on the anode electrode 20 may have a fourth diameter d4 smaller than the third diameter d3.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications may be possible by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.

1, 2, 3, 4: 전계 방출 장치 10: 캐소드 전극
11: 상면 15: 에미터
20: 아노드 전극 21: 하면
25: 타겟 30: 게이트 전극
31: 제1 면 32: 제2 면
35: 게이트 개구 40: 전자 투과 시트
45: 미세 개구들 50: 절연 부재
60: 집속 전극1, 2, 3, 4: field emission device 10: cathode electrode
11: top 15: emitter
20: anode electrode 21: lower surface
25: target 30: gate electrode
31: page 1 32: page 2
35: gate opening 40: electron transmitting sheet
45: fine openings 50: insulating member
60: focusing electrode

Claims

A cathode electrode and an anode electrode spaced apart from each other;
An emitter on the cathode electrode;
A gate electrode positioned between the cathode electrode and the anode electrode and having at least one gate opening overlapping the emitter; And
An electron transmitting sheet positioned on the gate electrode and having a plurality of fine openings overlapping the gate opening,
The gate electrode includes a first surface facing the cathode electrode and a second surface facing the anode electrode,
The electron-transmitting sheet is provided on any one of the first and second surfaces, and is in direct contact with any one of the first and second surfaces.

The method of claim 1,
The electron transmitting sheet includes at least one electron transmitting atomic layer,
The field emission device wherein the electron transmitting atomic layer includes a two-dimensional material.

The method of claim 2,
The two-dimensional material is graphene, molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2), boron nitride (h-BN), molybdenum iteluride (MoTe2). ), And a field emission device comprising any one of a transition metal chalcogen compound (Transition Metal Dichalcogenide, TMDC).

The method of claim 1,
The field emission device having a width of each of the fine openings is smaller than a separation distance between the fine openings adjacent to each other.

The method of claim 4,
A field emission device having a width of each of the fine openings greater than 0 (zero) and less than or equal to a value obtained by dividing the width of the gate opening by three.

The method of claim 5,
A field emission device having a width of each of the fine openings equal to or less than a value obtained by dividing a separation distance between the cathode electrode and the gate electrode by 3.

The method of claim 1,
The field emission device having a width of the gate opening is greater than that of the emitter.

The method of claim 1,
Further comprising at least one focusing electrode positioned between the anode electrode and the gate electrode,
The field emission device including a focusing electrode opening vertically overlapping with the gate opening.

The method of claim 1,
The emitter is a field emission device positioned on one surface of the cathode electrode opposite to the anode electrode.

The method of claim 1,
The field emission device including a target on one surface of the anode electrode facing the cathode electrode.

delete

The method of claim 1,
A field emission device having a separation distance between the cathode electrode and the gate electrode of 150 μm or more and 500 μm or less.

The method of claim 1,
At least two of the fine openings have different widths.

The method of claim 1,
The field emission device having a width of the fine opening has a value within a range in which a trajectory of an electron beam emitted from the emitter is not substantially distorted by a potential distribution distortion according to the fine opening.