KR19980034432A

KR19980034432A - 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자

Info

Publication number: KR19980034432A
Application number: KR1019960052473A
Authority: KR
Inventors: 유병곤
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-08-05

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

전자방출 진공소자

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

본 발명은 보다 우수한 특성과 공정의 용이함을 가지는 전자방출 진공소자를 제공하고자 함.

3. 발명의 해결 방법의 요지

절연성 기판 상에 펄스(pulse) 전압을 인가할 수 있는 하부전극을 형성한 후에 강유전체막을 형성하고 상부에 패턴된 상부전극을 형성한 후 하부전극에 펄스(pulse) 전압을 인가함으로써 강유전체의 잔류분극을 급작스럽게 반전시킨다. 이때 발생되는 강전계로 전자가 방출되는데 이 전자가 상판에 형성되어 있는 형광체를 때려 발광하게하며, 상판에 전압을 인가하여 강유전체에서 방출된 전자를 가속시켜 발광휘도를 높인다.

4. 발명의 중요한 용도

전자방출 진공소자

Description

강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자

본 발명은 전자방출 진공소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 공정을 이용하여 전자방출 진공소자를 제작함에 있어서 강유전체 박막을 사용한 새로운 공정을 도입하여 종래의 진공소자 보다도 우수한 특성을 가지며 공정이 용이한 전자방출 진공소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 미세진공소자에는 봉입 가스의 방전에 의하여 발생하는 자외선으로 형광체를 여과시켜 이로인해 발생된 3원색 광원을 사용하는 플라즈마 디스플레이가 있고, 발광물질을 반도체 모체에 도핑시켜 고전장을 인가하여 발광시키는 일렉트론 루미네센스(EL)와, 가열된 필라멘트 표면으로부터 방출되는 열전자 혹은 냉음극선에 강한 전장을 걸어주어 방출된 전자를 형광체에 조사시키므로써 발광시키는 미세진공소자 등이 있다.

그 중에서 전자방출 원리를 이용하는 미세진공소자는 10^-7Torr 이하의 고진공에서 F-N 턴넬링(F-N tunneling)에 의한 전자 방출을 이용하고자 하는 것으로, 실리콘 또는 메탈(Mo, Ti) 계통의 뾰족한 팁이 형성된 전자방출소자를 사용하고 있다.

그러나, 이러한 뾰족한 팁을 만들기 위해서는 복잡한 공정을 필요로 하며, 고진공의 동작 조건이 필요하여 패키지 기술도 필요하게 된다.

본 발명은 보다 우수한 특성과 공정의 용이함을 가지는 전자방출 진공소자를 제공하는데 목적이 있다.

통상적으로, 강유전체막은 소결에 의한 세라믹 재료를 40um 이하의 얇은 막으로 만들어 사용하기 때문에 높은 동작 전압이 필요하였다. 그러나, 본 발명은 박막 기술을 이용하여 강유전체 막을 5um 이하로 얇게 형성함으로써 낮은 전압에서도 진공소자의 동작이 가능하게 되며, 반도체공정의 사진전사 식각공정을 이용하여 어레이(array) 형태로 만들게 됨으로써 구동이 용이하게 될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자방출 메카니즘이 턴넬링(F-N tunneling)에 의한 것이 아니기 때문에 뾰족한 팁을 형성하는 복잡한 공정이 필요없을 뿐 아니라 10^-7Torr 이하의 고 진공에서 동작시켜야 하는 어려운 패키지 기술도 필요없다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자방출 미세 진공소자의 전자방출 모식도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 전자방출 미세 진공소자의 픽셀 어레이 평면도 및 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 실리콘 기판 2: 실리콘 산화막(SiO₂)

3: 하부전극 4: 강유전체 박막

5: 상부전극 6: 형광체(R, G, B)

7: 아노드 투명전극 8: 유리판

9: 절연막 10: 패드

11: 콘택 12: 픽셀(Pixel)

본 발명은, 전자를 방출하는 하판과, 상기 방출된 전자에 의해 구비된 형광체를 발광시키는 상판으로 이루어지는 진공소자에 있어서, 상기 하판은 제1절연기판과, 상기 제1절연기판 상에 형성되어 펄스 전압을 인가받는 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성된 강유전체 박막, 및 상기 강유전체 박막 상에 형성되어 제1정전압을 인가받는 제2전극을 포함하여 이루어지며, 상기 상판은 제2절연기판과, 상기 제2절연기판 상에 형성되어 제2정전압을 인가받는 투명재질의 제3전극, 및 상기 제3전극 상에 형성되는 형광체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자방출 진공소자의 전자방출 모식도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 전자방출 미세 진공소자의 픽셀 어레이 평면도이며, 도 2b는 도 2a의 A-A' 단면도로서, 이를 통해 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 전자방출 진공소자는 하판(100)과 상판(200)으로 형성되는데, 상판(200)과 하판(100)을 접착된 후 진공상태로 만들어지게 된다.

하판(100)은 실리콘 기판(1) 상에 예컨데 실리콘산화막(2)과 같은 절연막이 형성되고, 그 상부에 하부전극(3)과 강유전체막(4) 및 상부전극(5)이 차례로 형성된다. 하부전극(3)과 상부전극(5)은 각각 X,Y 방향으로 패터닝된다.

상판(200)은 유리판(8) 상에 기존의 디스플레이에 사용되는 아노드 투명전극(ITO)(7)과 저전력용 형광체(6)로 형성되며, 칼라 디스플레이를 실현하기 위해서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 형광체(6)를 각 픽셀(12)마다 형성한다.

상기와 같은 진공소자의 구동 및 발광원리는 다음과 같다.

먼저, 하부전극(3)에 예컨데 ±20V의 펄스(pulse) 전압을 인가하고 상부전극(5)은 접지시켰을 때, 갑자기 펄스전압이 음으로 향하면 강유전체막(4) 표면에 전자가 유기된다. 이때 방출되는 전자가 상판에 형성되어 있는 형광체(6)를 때려 발광하게되는데, 아노드 투명전극(7)에 예컨데 100V 전압을 인가하여 강유전체에서 방출된 전자를 가속시켜 발광휘도를 높인다. 전자방출은 다른 전계방출 소자보다 낮은 전계 즉 30kV/cm에서 일어난다. 그리고, 도 2와 같이 직교배열 형태로 픽셀(12)을 형성하면, 원하는 위치의 픽셀(12)을 선택적으로 발광시킬 수 있다.

미설명 도면부호, '9'는 절연막, '10'은 패드, '11'은 콘택을 각각 나타낸다.

상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 전자방출 진공소자의 제작 공정을 살펴본다.

먼저, 실리콘(1) 상에 200nm 정도의 두께를 갖는 실리콘 산화막(SiO₂, 2)을 증착한 기판이나 또는 유리기판 상에 하부전극(3)인 백금(Pt)을 스퍼터링법 또는 전자빔(E-beam) 증착법으로 형성하는데, 이때 접착(adhesion)이 좋도록 하기위해 티타늄(Ti)을 50nm 형상한다. 강유전체막(4)은 솔-젤(Sol-Gel)법이나 스퍼터(sputter)법, 또는 유기화학기상증착(MOCVD)법으로 두께 500nm∼2μm 정도로 증착한다. 강유전체막은 Pb(ZrTi)O₃[PZT] 또는 (PbLa)(ZrTi)O₃[PLZT] 등을 이용한다. 상부전극(5)은 전자빔(E-beam) 증착법 또는 스퍼터법으로 백금을 증착한 후 리소그라피 공정에 의해 패턴을 형성하여 하판(100)제작을 완료한다. 상판(200)은 기존의 디스플레이에 사용되는 투명전극(ITO)(7)상에 저전력용 형광체(6)를 도포하여 제작한다. 그 후에 상판과 하판을 접착한 후에 진공으로 만들어 준다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명은 박막 기술을 이용하여 강유전체막을 5um 이하로 얇게 형성함으로써 낮은 전압에서도 진공소자의 동작이 가능하게 하고, 반도체공정의 사진전사 식각공정을 이용하여 어레이(array) 형태로 만들게 됨으로써 구동이 용이하게 될 수 있다.

또한, 적층구조체의 박막화와 픽셀의 미세화 및 공정의 용이성 때문에 평면 박막형 디스플레이 소자 제작이 가능하다. 또한 전자 방출 메카니즘도 타 전계방출소자(실리콘 또는 몰리브덴 팁을 사용하는 소자)와 같은 턴넬링(F-N tunneling)에 의한 것이 아니기 때문에 뾰족한 팁을 형성하는 복잡한 공정이 필요 없을 뿐 아니라 10^-7Torr 이하의 고진공에서 동작시켜야 하는 어려운 패키지기술도 필요없게 된다.

본 발명은 박막의 강유전체를 사용함으로써 낮은 전압으로도 강한 전계를 얻을 수 있으므로 비교적 낮은 구동전압을 사용할 수 있고 적층구조체의 박막화와 픽셀의 미세화등으로 평면 박막형 디스플레이 소자 제작이 가능하다. 또한 공정에서도 타 디스플레이의 복잡한 공정이나 대화면에서의 높은 균일성을 요구하지도 않기 때문에 제조공정이 용이할뿐만 아니라 제조단가 측면에서도 큰 장점이 있다.

Claims

전자를 방출하는 하판과, 상기 방출된 전자에 의해 구비된 형광체를 발광시키는 상판으로 이루어지는 진공소자에 있어서,

상기 하판은 제1절연기판과, 상기 제1절연기판 상에 형성되어 펄스 전압을 인가받는 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성된 강유전체 박막, 및 상기 강유전체 박막 상에 형성되어 제1정전압을 인가받는 제2전극을 포함하여 이루어지며,

상기 상판은 제2절연기판과, 상기 제2절연기판 상에 형성되어 제2정전압을 인가받는 투명재질의 제3전극, 및 상기 제3전극 상에 형성되는 형광체를 포함하여 이루어지는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 제2전극은 리소그라피 공정에 의해 패터닝되어 상기 제1전극과 직교배열된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 강유전체 박막은 Pb(ZrTi)O₃또는 (PbLa)(ZrTi)O₃를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제3항에 있어서,

상기 강유전체 박막은 솔-젤(Sol-Gel)법, 스퍼터(sputter)법, 또는 유기화학기상증착(MOCVD)법 중 어느한 방법에 의해 형성된 박막인 것을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제4항에 있어서,

상기 강유전체막은 500nm∼2μm 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 제1절연기판은 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 절연막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 제1절연기판은 유리기판 임을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 제1전극 및 제2전극은 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 제1전극 상에 인가되는 펄스 전압은 ±20V임을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제7항에 있어서,

상기 제2전극상에 인가되는 제1정전압은 접지전압임을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 제3전극에 인가되는 제2정전압은 100V 임을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.
제1항에 있어서,

상기 형광체는 칼라 디스플레이를 실현하기 위한 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 형광체임을 특징으로 하는 강유전체 박막을 사용한 전자방출 진공소자.