KR20010029785A - Field Emitter Having Carbon Nanotube Film and Method of fabricating the same, Field Emission Display Device Using the same - Google Patents

Field Emitter Having Carbon Nanotube Film and Method of fabricating the same, Field Emission Display Device Using the same Download PDF

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KR20010029785A
KR20010029785A KR1020000030803A KR20000030803A KR20010029785A KR 20010029785 A KR20010029785 A KR 20010029785A KR 1020000030803 A KR1020000030803 A KR 1020000030803A KR 20000030803 A KR20000030803 A KR 20000030803A KR 20010029785 A KR20010029785 A KR 20010029785A
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Abstract

PURPOSE: Provided is a field emitter equipped with a carbon nanotube film with which a thin film transistor is used in manufacturing a field emission display device having high density of electricity and operating at low voltage. CONSTITUTION: A field emitter includes a substrate (8), a thin film transistor section formed on the substrate (8) and composed of a semiconductor layer (7), especially polycrystalline silicon layer, source electrode (3), drain electrode (4), and gate electrode (2), and a current discharge section composed of carbon nanotube films formed on the drain electrode (4) of the thin film transistor section. The structure of the thin film transistor section is among a plane, stacker, and counter stacker form. And the surface of the drain electrode (4) which the carbon nanotube film connects to includes transition metals like nickel or cobalt for the growth of the carbon nanotube or the drain electrode (4) is made of catalytic metals.

Description

탄소 나노튜브막을 구비하는 전계방출 에미터 및 그의 제조방법과, 이를 이용한 전계방출 표시소자{Field Emitter Having Carbon Nanotube Film and Method of fabricating the same, Field Emission Display Device Using the same}Field Emitter Having Carbon Nanotube Film and Method of fabricating the same, Field Emission Display Device Using the same}

본 발명은 탄소 나노튜브막(Carbon Nanotube Film)을 구비하는 전계방출 에미터(Field Emitter) 및 그의 제조방법과, 이를 이용한 전계방출 표시소자(Field Emission Display Device)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 탄소 나노튜브막을 전자방출부로 사용하는 전계방출 에미터 및 그의 제조방법과, 이를 이용한 전계방출 표시소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emitter including a carbon nanotube film, a method for manufacturing the same, and a field emission display device using the same. A field emission emitter using a nanotube film as an electron emission unit, a method for manufacturing the same, and a field emission display device using the same.

현재 차세대 평판 표시소자로 많은 연구가 진행되고 있는 전계방출 표시소자는 진공 속에서 전자의 방출을 기초로 하고 있으며, 강한 전기장에 의해 마이크론 크기의 팁에서 방출된 전자가 가속되어 형광물질과의 충돌에 의해 발광하는 것으로서, 밝기와 해상도가 우수하면서도 얇고 가볍다는 장점을 가지고 있다.The field emission display device, which is currently being researched as a next-generation flat panel display device, is based on the emission of electrons in a vacuum, and electrons emitted from a micron-sized tip are accelerated by a strong electric field to collide with a fluorescent material. By emitting light, it has the advantage of being thin and light while being excellent in brightness and resolution.

종래에 주로 사용되고 있는 전계방출 표시소자용 전자방출 에미터는 금속 혹은 실리콘으로 된 팁을 사용하고 있으나 그 구조가 매우 복잡할 뿐만아니라 화소간의 전류밀도가 균일하지 않다는 단점이 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 각 단위화소에 능동회로서, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 이용하는 것이 일본인 가네마루씨등의 논문, "Active Matrix of Si Field Emitters Driven by Built-in MOSFETS" (IDW'97, pp735-738, 1997)에 개시되어 있으며, 박막트랜지스터를 이용하는 것이 일본인 카모씨등의 논문 "Actively-Controllable Field Emitter Arrays with Built-in Thin-Film Transistors on Glass for Active-Matrix FED Applications" (IDW'98, pp 667-670, 1998)에 개시되어 있다. 그러나, 상기 논문등에 개시된 구조는 기존의 전계방출 표시소자의 제조공정에 다른 공정들을 첨가함으로써 더욱 복잡한 구조가 된다는 단점이 있다.The electron emission emitter for a field emission display device, which is mainly used in the related art, uses a tip made of metal or silicon, but has a disadvantage in that the structure is very complicated and the current density between pixels is not uniform. In order to solve this drawback, the use of MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) as an active circuit for each unit pixel is described in Japanese paper by Kanemaru et al., "Active Matrix of Si Field Emitters Driven by Built-in MOSFETS" (IDW '). 97, pp735-738, 1997), and the use of thin film transistors in Japanese paper by Kamo et al. "Actively-Controllable Field Emitter Arrays with Built-in Thin-Film Transistors on Glass for Active-Matrix FED Applications" (IDW). '98, pp 667-670, 1998). However, the structure disclosed in the above paper has the disadvantage that the structure becomes more complicated by adding other processes to the manufacturing process of the existing field emission display device.

본 발명의 제1 목적은 탄소 나노튜브막을 이용하여 낮은 전압하에서도 높은 전류밀도를 갖는 전계방출 에미터를 제공하는 데 있다.It is a first object of the present invention to provide a field emission emitter having a high current density even under low voltage using a carbon nanotube film.

본 발명의 제2 목적은 간단한 공정에 의하여 탄소 나노튜브막을 갖는 전계방출 에미터의 제조방법을 제공하는 데 있다.A second object of the present invention is to provide a method for producing a field emission emitter having a carbon nanotube film by a simple process.

본 발명의 제3 목적은 탄소 나노튜브막을 이용하여 낮은 전압하에서도 높은 전류밀도를 갖는 전계방출 에미터를 구비하는 전계방출 표시소자를 제공하는 데 있다.It is a third object of the present invention to provide a field emission display device having a field emission emitter having a high current density even under low voltage using a carbon nanotube film.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면형 박막트랜지스터와 탄소 나노튜브 화소를 갖는 전계방출 에미터를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a field emission emitter having a planar thin film transistor and a carbon nanotube pixel according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태커드형 박막트랜지스터와 탄소 나노튜브 화소를 갖는 전계방출 에미터를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a field emission emitter having a stackable thin film transistor and a carbon nanotube pixel according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 역스태커드형 박막트랜지스터와 탄소 나노튜브 화소를 갖는 전계방출 에미터를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a field emission emitter having a reverse stack type thin film transistor and a carbon nanotube pixel according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 에미터를 이용한 전계방출 표시소자의 등가회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of a field emission display device using a field emission emitter according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 성장된 탄소 나노튜브막의 주사전자현미경 사진이다.5A is a scanning electron micrograph of a carbon nanotube film grown according to an embodiment of the present invention.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 전계방출 표시소자의 각 단위화소위에 증착된 탄소 나노튜브막의 투사전자현미경의 사진이다.5B is a photograph of a projection electron microscope of a carbon nanotube film deposited on each unit pixel of a field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 표시소자의 단면구조를 나타낸 도면이다.6 illustrates a cross-sectional structure of a field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

1 ; 탄소 나노튜브막 2 ; 게이트전극One ; Carbon nanotube membrane 2; Gate electrode

3 ; 소오스전극 4 ; 드레인전극3; Source electrode 4; Drain electrode

5 ; 게이트절연막 6 ; 보호절연막5; Gate insulating film 6; Protective insulation film

7 ; 반도체층 8 ; 절연기판7; Semiconductor layer 8; Insulation Board

9 ; 데이터라인 10 ; 게이트라인9; Data line 10; Gate line

11 ; 박막트랜지스터부 12 ; 형광체11; Thin film transistor section 12; Phosphor

13 ; 상부전극13; Upper electrode

상기 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터는, 절연기판과, 상기 절연기판상에 형성되며, 반도체층, 소오스전극, 드레인전극 및 게이트전극을 구비하는 박막트랜지스터부 및 상기 박막트랜지스터부의 드레인전극상에 형성된 탄소 나노튜브막으로 이루어진 전자방출부를 포함한다.The field emission emitter having the carbon nanotube film according to the present invention for achieving the first object of the present invention is formed on an insulating substrate, the insulating substrate, and the semiconductor layer, source electrode, drain electrode and gate electrode And an electron emission unit including a carbon nanotube film formed on the thin film transistor unit and the drain electrode of the thin film transistor unit.

상기 박막트랜지스터부의 반도체층은 다결정 실리콘층 또는 비정질 실리콘층일 수 있으며, 상기 박막트랜지스터부의 구조는 평면형, 스태커형 또는 역스태커형중의 어느 하나일 수 있다.The semiconductor layer of the thin film transistor portion may be a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer, and the structure of the thin film transistor portion may be one of a planar type, a stacker type, or an inverse stacker type.

또한, 상기 탄소 나노튜브막과 접하는 상기 드레인전극의 표면이 탄소 나노튜브 성장을 위한 니켈 또는 코발트등의 전이금속으로 된 촉매금속을 포함하거나, 상기 드레인전극 자체가 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속으로 이루어질 수도 있다.In addition, the surface of the drain electrode in contact with the carbon nanotube film includes a catalyst metal of a transition metal such as nickel or cobalt for carbon nanotube growth, or the drain electrode itself is a catalyst metal for carbon nanotube growth. It may be done.

상기 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법은, 절연기판상에 반도체층, 소오스전극, 드레인전극 및 게이트전극을 구비하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막트랜지스터가 형성된 절연기판의 전면에 보호절연막을 형성하는 단계, 상기 드레인전극의 일부가 노출되도록 상기 보호절연막의 일부를 식각하는 단계 및 상기 노출된 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브막을 형성시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a field emission emitter having a carbon nanotube film according to the present invention for achieving the second object of the present invention, a thin film transistor having a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode and a gate electrode on an insulating substrate Forming a protective insulating film on an entire surface of the insulating substrate on which the thin film transistor is formed; etching a portion of the protective insulating film to expose a portion of the drain electrode; and carbon on the exposed drain electrode surface. Forming a nanotube film.

상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 박막트랜지스터가 평면형인 경우, 상기 절연기판상에 반도체층을 형성하는 단계, 상기 반도체층상에 일정 거리만큼 이격된 소오스전극 패턴 및 드레인전극 패턴을 형성하는 단계 및 상기 소오스전극 패턴과 드레인전극 패턴 사이에 게이트절연막과 게이트전극으로 이루어진 게이트전극 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 또한 상기 박막트랜지스터가 스태커드형인 경우, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 절연기판상에 일정 거리만큼 이격된 소오스전극 패턴 및 드레인전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 소오스전극 패턴과 드레인전극 패턴 사이를 매립하면서 측면으로 일정 길이만큼 연장된 반도체층 패턴을 형성하는 단계 및 상기 소오스전극 패턴과 드레인전극 패턴 사이의 상기 반도체층 패턴상에 게이트절연막과 게이트전극으로 이루어진 게이트전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 박막트랜지스터가 역스태거드형인 경우, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 절연기판상에 게이트전극과 게이트절연막으로 이루어진 게이트전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 게이트전극 패턴을 덮는 반도체층 패턴을 형성하는 단계 및 상기 반도체층 패턴상에 일정 거리만큼 이격된 소오스전극 패턴 및 드레인전극 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.The forming of the thin film transistor may include forming a semiconductor layer on the insulating substrate when the thin film transistor is planar, forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern spaced by a predetermined distance on the semiconductor layer; And forming a gate electrode pattern including a gate insulating layer and a gate electrode between the source electrode pattern and the drain electrode pattern. In addition, when the thin film transistor is a stack type, the forming of the thin film transistor may include forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern spaced apart by a predetermined distance on the insulating substrate, between the source electrode pattern and the drain electrode pattern. Forming a semiconductor layer pattern extending laterally by a predetermined length while filling the gap; and forming a gate electrode pattern including a gate insulating layer and a gate electrode on the semiconductor layer pattern between the source electrode pattern and the drain electrode pattern. When the thin film transistor is an inverted staggered type, the forming of the thin film transistor may include forming a gate electrode pattern including a gate electrode and a gate insulating layer on the insulating substrate, and forming a semiconductor layer pattern covering the gate electrode pattern. Forming a semiconductor layer And a step of forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern separated by a predetermined distance in teonsang.

상기 노출된 드레인전극상에 탄소 나노튜브막을 형성하는 단계는 노출된 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브막을 입히는 것이거나, 노출된 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브막을 직접 성장시키는 것일 수 있다. 이때는, 상기 탄소 나노튜브막과 접촉하는 상기 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속층을 형성하는 단계를 더 구비하며, 상기 촉매금속층을 형성하는 단계는 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계에서 수행되거나 또는 상기 보호절연막의 일부를 식각하는 단계 후에 수행될 수 있다.Forming the carbon nanotube film on the exposed drain electrode may be coating the carbon nanotube film on the exposed drain electrode surface, or directly growing the carbon nanotube film on the exposed drain electrode surface. In this case, the method may further include forming a catalyst metal layer for carbon nanotube growth on the surface of the drain electrode in contact with the carbon nanotube film, wherein the forming of the catalyst metal layer may include forming the thin film transistor. Or may be performed after the etching of a part of the protective insulating layer.

상기 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는, 서로 직교하는 복수개의 게이트라인과 데이터라인에 의해 구분되는 단위화소가 매트릭스형으로 배열된 전계방출 표시소자에 있어서, 상기 각 단위화소는, 절연기판상에 형성되며, 반도체층, 소오스전극, 드레인전극 및 게이트전극을 구비하는 박막트랜지스터부와, 상기 박막트랜지스터부의 드레인전극상에 형성된 탄소 나노튜브막으로 이루어진 전자방출부와, 상기 절연기판과 대향하여 형성된 상부전극 및 상기 상부전극의 내측면상에 상기 전자방출부와 대향하여 형성된 형광체를 포함한다.In the field emission display device according to the present invention for achieving the third object of the present invention, in the field emission display device in which unit pixels divided by a plurality of orthogonal gate lines and data lines are arranged in a matrix form, Each unit pixel is formed on an insulating substrate, and includes a thin film transistor unit including a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode, and an electron emission unit formed of a carbon nanotube film formed on the drain electrode of the thin film transistor unit. And an upper electrode formed to face the insulating substrate and a phosphor formed to face the electron emitting portion on an inner surface of the upper electrode.

본 발명에 따르면, 탄소 나노튜브막을 전계방출 에미터의 전자방출부로 사용하기 때문에 낮은 전압에서도 높은 전류 밀도를 갖는 전계방출 에미터를 간단한 제작공정에 의해 구현할 수 있으며, 박막트랜지스터로 구동되기 때문에 각 화소에 균일한 전류밀도를 갖는 전계방출 표시소자를 구현할 수 있다.According to the present invention, since the carbon nanotube film is used as the electron emitting portion of the field emission emitter, the field emission emitter having a high current density even at a low voltage can be realized by a simple manufacturing process, and each pixel is driven by a thin film transistor. A field emission display device having a uniform current density can be implemented.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것은 아니라 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be embodied in various forms within the scope of the appended claims, the present embodiment merely to make the disclosure of the present invention complete, and at the same time It is intended to facilitate the practice of the invention to those skilled in the art.

본 발명은 기본적으로 전계방출 에미터에서 전자를 방출하는 전자방출부를 탄소 나노튜브로 형성하는 것과 관련있다. 일반적으로 산소, 수소, 질소 등과 결합하여 인체를 비롯한 모든 생물체의 가장 중요한 구성요소인 탄소는 다이아몬드(Diamond), 흑연(Graphite), 플러렌(Fullerene), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube)의 네가지 결정질 구조를 가지며, 이러한 탄소의 네가지 결정구조는 각기 톡특한 특성을 가진다. 이 중에서 탄소 나노튜브는, 하나의 탄소원자가 3개의 다른 탄소와 결합되어 형성된 육각형 벌집 무늬의 구조가 둥굴게 말려 튜브 형태로 된 것으로서, 튜브의 직경이 수 내지 수백 나노미터 정도로 극히 작으며, 단일벽(single wall) 구조나 다중벽(multi-wall)구조 등으로 성장한다. 이러한 탄소 나노튜브는 감긴 형태 및 직경에 따라 금속과 같은 전기적 도체가 되기도 하며, 전기가 잘 통하지 않는 반도체의 성질을 갖기도 하며, 속이 비어 있고 길이가 길기 때문에 기계적, 전기적, 화학적 특성이 우수하여 전계방출소자, 수소저장용기, 2차전지 전극 등에 이용이 가능한 재료로 알려져 있다.The present invention basically relates to the formation of carbon nanotubes as electron emitting portions for emitting electrons in field emission emitters. In general, carbon, the most important component of all living things including the human body, combined with oxygen, hydrogen, nitrogen, etc., forms the four crystalline structures of diamond, graphite, fullerene, and carbon nanotubes. These four crystal structures of carbon each have unique characteristics. Among them, carbon nanotubes have a hexagonal honeycomb structure formed by combining one carbon atom with three other carbons to form a tube shape, and the diameter of the tube is extremely small, ranging from several nanometers to several hundred nanometers. It grows into a single wall structure or a multi-wall structure. These carbon nanotubes may be electrical conductors, such as metals, depending on the shape and diameter of the coil. They may also have properties of poorly conducting semiconductors, and because of their hollow and long lengths, they are excellent in mechanical, electrical, and chemical properties. It is known as a material that can be used for devices, hydrogen storage containers, secondary battery electrodes and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면형 박막트랜지스터와 탄소 나노튜브 화소를 갖는 전계방출 에미터를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 유리기판 등의 견고성을 갖는 절연기판(8)상에 반도체층(7)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(7)상에는 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴이 소정 거리만큼 이격되어 형성되어 있다. 상기 반도체층(7)은 불순물이온이 도핑되거나 도핑되지 않은 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 형성할 수 있으며, 상기 소오스전극(3) 패턴 및 드레인전극(4) 패턴은 통상의 반도체소자 제조공정에 사용되는 사진식각공정에 의해 형성된다.1 is a cross-sectional view showing a field emission emitter having a planar thin film transistor and a carbon nanotube pixel according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a semiconductor layer 7 is formed on an insulating substrate 8 having rigidity, such as a glass substrate, and a source electrode 3 pattern and a drain electrode 4 pattern on the semiconductor layer 7. It is formed spaced apart by this predetermined distance. The semiconductor layer 7 may be formed of amorphous silicon or polycrystalline silicon doped with or without impurity ions, and the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern may be used in a conventional semiconductor device manufacturing process. It is formed by a photolithography process.

상기 소오스전극(3) 및 드레인전극(4)은 알루미늄이나 텅스텐 또는 내화금속실리사이드등의 도전성물질로 형성될 수 있으며, 이들이 단층구조로 형성되거나 복층구조로 형성될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 탄소 나노튜브막을 드레인전극상에 직접 성장시키는 경우, 적어도 탄소 나노튜브막(1)과 접촉하는 상기 드레인전극(4)의 표면에는 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속층(도시안됨), 예를 들어 니켈 또는 코발트층을 포함할 수 있다. 즉, 촉매금속층이 상기 탄소 나노튜브막(1)과 접촉하는 부분에서만 형성될 수도 있으며, 상기 드레인전극(4)의 전 표면에 형성될 수도 있으며, 상기 공정의 편이상 상기 소오스전극(3) 및 드레인전극(4)의 상부 표면상에 형성될 수도 있다. 다른 한편으로는, 상기 드레인전극(4) 자체를 촉매금속으로 형성시킬 수도 있다.The source electrode 3 and the drain electrode 4 may be formed of a conductive material such as aluminum, tungsten, or refractory metal silicide, and they may be formed in a single layer structure or a multilayer structure. In addition, when the carbon nanotube film is grown directly on the drain electrode, as described below, at least a surface of the drain electrode 4 in contact with the carbon nanotube film 1 is a catalyst metal layer for growing carbon nanotubes (not shown). ), For example nickel or cobalt layers. That is, a catalyst metal layer may be formed only at a portion in contact with the carbon nanotube film 1, or may be formed on the entire surface of the drain electrode 4, and at least part of the process may include the source electrode 3 and the drain. It may be formed on the upper surface of the electrode 4. On the other hand, the drain electrode 4 itself may be formed of a catalyst metal.

한편, 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴 사이의 노출된 반도체층(7)상으로는 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴과 이격되어 게이트절연막(5)을 개재하여 게이트전극(2) 패턴이 형성되어 있다. 상기 소오스전극(3),게이트전극(2) 및 드레인전극(4) 사이에는 이들 사이를 절연시키며 보호하는 보호절연막(6)이 형성되어 있으며, 상기 드레인전극(4)의 일부 표면상에는 탄소 나노튜브막(1)이 형성되어 있다.On the other hand, on the exposed semiconductor layer 7 between the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern, the gate electrode layer 5 is spaced apart from the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern. Thus, the gate electrode 2 pattern is formed. A protective insulating film 6 is formed between the source electrode 3, the gate electrode 2, and the drain electrode 4 to insulate and protect the source electrode 3, and carbon nanotubes are formed on a portion of the drain electrode 4. The film 1 is formed.

상기 게이트절연막(5)은 산화막 또는 질화막이나 이들의 복합막으로 형성할 수 있으며, 상기 게이트전극(2)은 알루미늄이나 불순물이 도핑된 폴리실리콘등으로 형성할 수 있으며, 보호절연막(6)은 산화막계열이나 질화막 계열의 평탄화 능력이 우수한 절연물질로 형성할 수 있다.The gate insulating film 5 may be formed of an oxide film, a nitride film, or a composite film thereof. The gate electrode 2 may be formed of aluminum or an impurity doped polysilicon, and the protective insulating film 6 may be an oxide film. It can be formed of an insulating material having excellent planarization capability of the series or nitride film series.

이어서, 도 1에 도시된 전계방출 에미터의 제작과정을 구체적으로 설명하면, 절연기판(8)상에 반도체층(7)을 화학적 기상증착법이나 스퍼터링을 이용한 물리적 기상증착법 등에 의해 형성시킨다. 이어서, 반도체층(7)상의 전면에 도전성물질층을 형성한 후 통상의 사진식각공정에 일정 거리만큼 서로 이격된 소오스전극(3) 패턴 및 드레인전극(4) 패턴을 형성시킨다. 이때 전술한 바와 같이, 상기 도전성물질층으로서 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속층을 사용할 수도 있으며, 일반적인 도전성물질상에 촉매금속층을 복층적으로 형성하는 경우 도전성물질상에 촉매금속층을 형성한 후 상기 사진식각공정을 수행한다.Next, the manufacturing process of the field emission emitter shown in FIG. 1 will be described in detail. The semiconductor layer 7 is formed on the insulating substrate 8 by chemical vapor deposition or physical vapor deposition using sputtering. Subsequently, after the conductive material layer is formed on the entire surface of the semiconductor layer 7, a source electrode 3 pattern and a drain electrode 4 pattern spaced apart from each other by a predetermined distance are formed in a normal photolithography process. In this case, as described above, a catalyst metal layer for growing carbon nanotubes may be used as the conductive material layer, and when the catalyst metal layer is formed in multiple layers on a general conductive material, the catalyst metal layer is formed on the conductive material. Perform the etching process.

이어서, 기판의 전면에 게이트절연막(5)과 게이트전극(2) 물질층을 형성시킨 후, 사진식각공정에 의해 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴 사이에 게이트절연막(5)과 게이트전극(2)으로 이루어진 게이트전극전극(2) 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판의 전면에 보호절연막(6)을 형성한 후, 상기 드레인전극(4)의 일부가 노출되도록 상기 보호절연막(6)의 일부를 식각한다. 이어서, 상기 노출된 드레인전극(4)의 표면상에 탄소 나노튜브막(1)을 형성시킨다.Subsequently, after the gate insulating film 5 and the gate electrode 2 material layer are formed on the entire surface of the substrate, the gate insulating film 5 is formed between the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern by a photolithography process. And a gate electrode electrode 2 pattern formed of the gate electrode 2. Subsequently, after the protective insulating film 6 is formed on the entire surface of the substrate on which the thin film transistor is formed, a portion of the protective insulating film 6 is etched to expose a portion of the drain electrode 4. Subsequently, a carbon nanotube film 1 is formed on the exposed surface of the drain electrode 4.

상기 탄소 나노튜브막(1)을 형성시키는 단계는 적어도 두가지 방법에 의해서 수행한다. 첫째는 상기 노출된 드레인전극(4) 상에 외부에서 성장된 탄소 나노튜브막(1)을 입히는 방식이며, 둘째는 상기 반도체층(7), 소오스전극(3), 드레인전극(4) 및 게이트전극(2)으로 이루어진 박막트랜지스터가 형성되고, 상기 드레인전극(4)의 일부가 노출된 기판을 탄소 나노튜브 성장을 위한 장치에 로딩시킨 후, 직접 상기 노출된 드레인전극(4)상에 탄소 나노튜브막(1)을 성장시키는 방식이다.Forming the carbon nanotube film 1 is performed by at least two methods. First, the carbon nanotube film 1 grown externally is coated on the exposed drain electrode 4, and second, the semiconductor layer 7, the source electrode 3, the drain electrode 4, and the gate are coated. A thin film transistor comprising an electrode 2 is formed, and a substrate on which a part of the drain electrode 4 is exposed is loaded into a device for growing carbon nanotubes, and then directly on the exposed drain electrode 4. The tube film 1 is grown.

이러한 탄소 나노튜브를 성장시키는 방법으로서는, 두 흑연봉 사이에 아아크 방전을 통하여 생성된 것이 최초로 발견되었으며, 일본인 수미오 이지마(Sumio Iijima)씨에 의해 발표된 논문 "Helical microtubules of graphitic carbon"(NATURE, VOL 354, 7 NOVEMBER 1991, pp 56-58)에 개시되어 있으며, 탄소 나노튜브를 제조하는 다른 방법으로서, 레이저를 흑연이나 탄화규소에 비추면 흑연의 경우 약 1200℃ 이상에서, 탄화규소의 경우 1600 ℃ 내지 1700 ℃ 정도의 고온에서 탄소 나노튜브가 생성되는 것으로 일본인 미치코 쿠스노키(Michiko Kusunoki)씨 등의 논문 "Epitaxial carbon nanotube film self-organized by sublimation decomposition of silicon carbide"(Appl. Phys. Lett. Vol 71, 2620, 1977)에 보고되어 있다. 이 밖에 탄화수소 계열의 가스를 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)법을 통하여 열분해시켜 탄소 나노튜브를 제조하는 방법이 더불유.제트.리(W.Z.Li)씨 등에 의한 논문 "Large-Scale Synthesis of Aligned Carbon Nanotubes" (Science, Vol.274, 6 December 1996, pp 1701-1703)에 개시되어 있다.As a method of growing such carbon nanotubes, the first one produced through arc discharge between two graphite rods was first discovered, and the article "Helical microtubules of graphitic carbon" (NATURE, published by Sumio Iijima, Japan) VOL 354, 7 NOVEMBER 1991, pp 56-58), another method for producing carbon nanotubes, wherein the laser is illuminated on graphite or silicon carbide at about 1200 ° C. or higher for graphite and 1600 for silicon carbide. The production of carbon nanotubes at a high temperature of about 1 ° C. to 1700 ° C. has been described in Japanese paper, Michiko Kusunoki et al., "Epitaxial carbon nanotube film self-organized by sublimation decomposition of silicon carbide" (Appl. Phys. Lett. Vol. 71, 2620, 1977). In addition, a method of producing carbon nanotubes by pyrolyzing a hydrocarbon-based gas through chemical vapor deposition method is described in the paper by Large-Scale Synthesis of Aligned Carbon. Nanotubes "(Science, Vol. 274, 6 December 1996, pp 1701-1703).

본 발명에서의 탄소 나노튜브의 성장은 상기한 바와 같이, 아크방전을 이용할 수도 있으며, 레이져를 이용할 수도 있으며, 화학기상증착법을 이용할 수도 있으며, 고밀도 플라즈마를 이용할 수도 있다.As described above, the growth of carbon nanotubes in the present invention may use arc discharge, laser, chemical vapor deposition, or high density plasma.

본 발명의 실시예로서, 고밀도 플라즈마 화학기상증착법을 이용하였으며, 사용된 플라즈마 화학기상장치는 RF(Radio Frequency)전력을 인가하여 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 장치를 사용하였다. 탄소 나노튜브막(1)을 성장시키기 위한 플라즈마의 소오스가스로서 탄소원자를 포함하는 아세틸렌이나 벤젠등의 탄화수소계열의 가스를 사용할 수 있으나, 본 실시예에서는 메탄(CH4)을 사용하였으며, 공급되는 메탄의 유량은 10 SCCM 정도로 하였으며, 비활성가스인 헬륨(He)을 10 SCCM 정도로 함께 공급하였다. RF 전력은 1 Kw로 고정하였으며, 기판의 온도는 600 내지 900 ℃, 내부 압력은 10 내지 1000 mTorr하에서 탄소 나노튜브막(1)을 성장시켰다. 한편, 반응을 촉진시키기 위해 질소(N2)가스 또는 수소(H2)가스를 함께 사용할 수도 있다. 본 실시예의 증착 플라즈마는 1011cm-3이상의 고밀도로 유지되도록 하였다.As an embodiment of the present invention, a high density plasma chemical vapor deposition method was used, and the used plasma chemical vapor deposition apparatus used an inductively coupled plasma (ICP) device capable of generating high density plasma by applying RF (Radio Frequency) power. . As a source gas of plasma for growing the carbon nanotube film 1, hydrocarbon-based gas such as acetylene or benzene containing carbon atoms may be used, but in this embodiment, methane (CH 4 ) is used, and methane supplied The flow rate of was about 10 SCCM, helium (He) was supplied with an inert gas of about 10 SCCM. The RF power was fixed at 1 Kw, and the carbon nanotube film 1 was grown under a temperature of 600 to 900 ° C. and an internal pressure of 10 to 1000 mTorr. Meanwhile, nitrogen (N 2 ) gas or hydrogen (H 2 ) gas may be used together to promote the reaction. The deposition plasma of this example was maintained at a high density of 10 11 cm −3 or more.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스태커드형 박막트랜지스터와 탄소 나노튜브 화소를 갖는 전계방출 에미터를 나타내는 단면도이며, 도 1에 도시된 것과 동일한 부재는 동일한 참조번호로 표시하며, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 2를 참조하면, 절연기판(8)상에 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴이 소정 거리만큼 이격되어 형성되어 있으며, 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴 사이의 이격부분을 매립하며 측면으로 일정 길이만큼 연장된 반도체층(7)이 형성되어있다. 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴 사이의 이격부분 위로 상기 반도체층(7)상에는 게이트절연막(5)과 게이트전극(2)으로 이루어진 게이트전극(2) 패턴이 형성되며, 상기 게이트전극(2) 패턴을 덮는 형태로 보호절연막(6)이 형성되어 있다. 상기 드레인전극(4)의 표면상 일부에는 탄소 나노튜브막(1)이 형성되어 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing a field emission emitter having a stackable thin film transistor and a carbon nanotube pixel according to another embodiment of the present invention, wherein the same members as shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof Is omitted. Referring to FIG. 2, the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern are formed on the insulating substrate 8 so as to be spaced apart by a predetermined distance, and the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern are formed. A semiconductor layer 7 is formed to fill a spaced portion between them and extend by a predetermined length to the side. A gate electrode 2 pattern including a gate insulating film 5 and a gate electrode 2 is formed on the semiconductor layer 7 over a spaced portion between the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern. The protective insulating film 6 is formed to cover the pattern of the gate electrode 2. A carbon nanotube film 1 is formed on a part of the surface of the drain electrode 4.

전술한 바와 같이, 상기 소오스전극(3) 및 드레인전극(4)은 도전성물질의 단층구조로 형성되거나 복층구조로 형성될 수 있다. 또한, 탄소 나노튜브막을 드레인전극상에 직접 성장시키는 경우, 적어도 탄소 나노튜브막(1)과 접촉하는 상기 드레인전극(4)의 표면에는 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속층(도시안됨)을 포함할 수 있다. 즉, 촉매금속층이 상기 탄소 나노튜브막(1)과 접촉하는 부분에서만 형성될 수도 있으며, 상기 드레인전극(4)의 전 표면에 형성될 수도 있으며, 상기 공정의 편이상 상기 소오스전극(3) 및 드레인전극(4)의 상부 표면상에 형성될 수도 있다. 다른 한편으로는, 상기 드레인전극(4) 자체를 촉매금속으로 형성시킬 수도 있다.As described above, the source electrode 3 and the drain electrode 4 may be formed in a single layer structure or a multilayer structure of a conductive material. In addition, when the carbon nanotube film is directly grown on the drain electrode, at least a surface of the drain electrode 4 in contact with the carbon nanotube film 1 may include a catalyst metal layer (not shown) for carbon nanotube growth. Can be. That is, a catalyst metal layer may be formed only at a portion in contact with the carbon nanotube film 1, or may be formed on the entire surface of the drain electrode 4, and at least part of the process may include the source electrode 3 and the drain. It may be formed on the upper surface of the electrode 4. On the other hand, the drain electrode 4 itself may be formed of a catalyst metal.

이어서, 도 2에 도시된 전계방출 에미터의 제작과정을 구체적으로 설명하면, 절연기판(8)상의 전면에 도전성물질층을 형성한 후 통상의 사진식각공정에 일정 거리만큼 서로 이격된 소오스전극(3) 패턴 및 드레인전극(4) 패턴을 형성시킨다. 이때 전술한 바와 같이, 상기 도전성물질층으로서 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속층을 사용할 수도 있으며, 알루미늄 등의 일반적인 도전성물질상에 촉매금속층을 복층적으로 형성하는 경우 도전성물질상에 촉매금속층을 형성한 후 상기 사진식각공정을 수행한다. 이어서, 전면에 반도체층(7)을 화학적 기상증착법이나 스퍼터링을 이용한 물리적 기상증착법 등에 의해 형성시킨 후, 사진식각공정에 의해 패터닝하여 상기 소오스전극(3)과 드레인전극(4) 사이를 매립하며 측면으로 일정 길이만큼 연장된 반도체층(7) 패턴을 형성시킨다.Next, the manufacturing process of the field emission emitter illustrated in FIG. 2 will be described in detail. After forming a conductive material layer on the entire surface of the insulating substrate 8, source electrodes spaced apart from each other by a predetermined distance in a normal photolithography process ( 3) A pattern and a drain electrode 4 pattern are formed. In this case, as described above, a catalyst metal layer for growing carbon nanotubes may be used as the conductive material layer, and when the catalyst metal layer is formed in multiple layers on a common conductive material such as aluminum, a catalyst metal layer is formed on the conductive material. After performing the photolithography process. Subsequently, the semiconductor layer 7 is formed on the front surface by chemical vapor deposition or physical vapor deposition using sputtering, and then patterned by photolithography to fill the side between the source electrode 3 and the drain electrode 4. To form a pattern of the semiconductor layer 7 extending by a predetermined length.

이어서, 기판의 전면에 게이트절연막(5)과 게이트전극(2) 물질층을 형성시킨 후, 사진식각공정에 의해 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴 사이의 상기 반도체층(7) 상에 게이트절연막(5)과 게이트전극(2)으로 이루어진 게이트전극전극(2) 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판의 전면에 보호절연막(6)을 형성한 후, 상기 드레인전극(4)의 일부가 노출되도록 상기 보호절연막(6)의 일부를 식각한다. 이어서, 상기 노출된 드레인전극(4)의 표면상에 탄소 나노튜브막(1)을 형성시킨다. 상기 탄소 나노튜브막(1)을 형성시키는 단계는 도 1의 실시예와 동일하다.Subsequently, after the gate insulating film 5 and the gate electrode 2 material layer are formed on the entire surface of the substrate, the semiconductor layer 7 between the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern is formed by a photolithography process. A pattern of the gate electrode 2 composed of the gate insulating film 5 and the gate electrode 2 is formed. Subsequently, after the protective insulating film 6 is formed on the entire surface of the substrate on which the thin film transistor is formed, a portion of the protective insulating film 6 is etched to expose a portion of the drain electrode 4. Subsequently, a carbon nanotube film 1 is formed on the exposed surface of the drain electrode 4. Forming the carbon nanotube film 1 is the same as the embodiment of FIG.

도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 역스태커드형 박막트랜지스터와 탄소 나노튜브 화소를 갖는 전계방출 에미터를 나타내는 단면도이며, 도 1에 도시된 것과 동일한 부재는 동일한 참조번호로 표시하며, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 3을 참조하면, 절연기판(8)상에 게이트전극(2)과 게이트절연막(5)으로 이루어진 게이트전극(2) 패턴이 형성되며, 상기 게이트전극(2) 패턴을 덮는 형태로 반도체층(7) 패턴이 형성되어 있다. 상기 반도체층(7) 패턴 상에 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴이 소정 거리만큼 이격되어 형성되어 있으며, 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴 사이의 이격부분을 매립하면서 덮는 형태로 보호절연막(6)이 형성되어 있다. 상기 드레인전극(4)의 표면상 일부에는 탄소 나노튜브막(1)이 형성되어 있다.3 is a cross-sectional view showing a field emission emitter having a reverse stack type thin film transistor and a carbon nanotube pixel according to another embodiment of the present invention, wherein the same member as shown in FIG. Detailed description will be omitted. Referring to FIG. 3, a gate electrode 2 pattern including a gate electrode 2 and a gate insulating film 5 is formed on an insulating substrate 8, and a semiconductor layer (eg, a pattern covering the gate electrode 2 pattern) is formed. 7) A pattern is formed. A source electrode 3 pattern and a drain electrode 4 pattern are formed on the semiconductor layer 7 pattern by a predetermined distance, and are spaced apart between the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern. The protective insulating film 6 is formed in such a manner as to cover the gap. A carbon nanotube film 1 is formed on a part of the surface of the drain electrode 4.

이어서, 도 3에 도시된 전계방출 에미터의 제작과정을 구체적으로 설명하면, 절연기판(8)상의 전면에 게이트전극(2)과 게이트절연막(5) 물질층을 형성시킨 후, 사진식각공정에 의해 게이트전극(2)과 게이트절연막(5)으로 이루어진 게이트전극(2) 패턴을 형성한다. 이어서, 기판의 전면에 반도체층(7)을 형성시킨 후, 사진식각공정에 의해 패터닝하여 상기 게이트전극(2) 패턴을 덮는 형태로 반도체층(7) 패턴을 형성시킨다. 이어서, 전면에 도전성물질층을 형성한 후 통상의 사진식각공정에 일정 거리만큼 서로 이격된 소오스전극(3) 패턴 및 드레인전극(4) 패턴을 형성시킨다. 이어서, 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판의 전면에 보호절연막(6)을 형성한 후, 상기 드레인전극(4)의 일부가 노출되도록 상기 보호절연막(6)의 일부를 식각한다. 이어서, 상기 노출된 드레인전극(4)의 표면상에 탄소 나노튜브막(1)을 형성시킨다. 상기 탄소 나노튜브막(1)을 형성시키는 단계는 도 1의 실시예와 동일하게 할 수 있다.Next, the manufacturing process of the field emission emitter shown in FIG. 3 will be described in detail. After forming the material layers of the gate electrode 2 and the gate insulating film 5 on the entire surface of the insulating substrate 8, the photolithography process is performed. The gate electrode 2 pattern which consists of the gate electrode 2 and the gate insulating film 5 is formed by this. Subsequently, the semiconductor layer 7 is formed on the entire surface of the substrate, and then patterned by a photolithography process to form the semiconductor layer 7 pattern to cover the gate electrode 2 pattern. Subsequently, after the conductive material layer is formed on the entire surface, the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern are spaced apart from each other by a predetermined distance in a conventional photolithography process. Subsequently, after the protective insulating film 6 is formed on the entire surface of the substrate on which the thin film transistor is formed, a portion of the protective insulating film 6 is etched to expose a portion of the drain electrode 4. Subsequently, a carbon nanotube film 1 is formed on the exposed surface of the drain electrode 4. Forming the carbon nanotube film 1 may be the same as the embodiment of FIG.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 에미터를 이용한 능동행렬형 전계방출 표시소자의 등가회로도이다. 도 4를 참조하면, 복수개의 게이트라인(10)과 데이터라인(9)이 서로 직교하도록 배치되며, 이들 게이트라인(10)과 데이터라인(9)에 의해 단위화소가 결정되며, 이들 단위화소들이 매트릭스상으로 배치된다. 각 단위화소에는 전자방출부인 탄소 나노튜브막(1)이 형성되며, 이들 전자방출부를 구동하는 스위칭소자로서 박막트랜지스터(11)가 구비된다. 상기 각 박막트랜지스터(11)의 게이트전극은 게이트라인(10)에 연결되며, 소오스전극은 데이터라인(9)에 각기 연결되고, 게이트전극은 전자방출부인 탄소 나노튜브막(1)에 연결된다. 상기 박막트랜지스터(11)와 탄소 나노튜브막(1)을 갖는 전자방출 에미터의 단면구조는 도 1 내지 도3의 평면형, 스태커드형 또는 역스태커드형의 어느 하나일 수 있다.4 is an equivalent circuit diagram of an active matrix field emission display device using a field emission emitter according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the plurality of gate lines 10 and the data lines 9 are arranged to be orthogonal to each other, and unit pixels are determined by the gate lines 10 and the data lines 9, and these unit pixels are Arranged in a matrix. Each unit pixel is formed with a carbon nanotube film 1 as an electron emission unit, and a thin film transistor 11 is provided as a switching element for driving these electron emission units. The gate electrode of each thin film transistor 11 is connected to the gate line 10, the source electrode is connected to the data line 9, and the gate electrode is connected to the carbon nanotube film 1, which is an electron emission unit. The cross-sectional structure of the electron emission emitter having the thin film transistor 11 and the carbon nanotube film 1 may be any one of the planar, stacker, or inverse stacker types of FIGS. 1 to 3.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 성장된 탄소 나노튜브막의 주사전자현미경 사진으로서, 나노튜브의 번들이 한쪽 방향으로 잘 정열되어 있는 것을 볼 수 있다. 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 전계방출 표시소자의 각 단위화소에서 각 드레인전극상에 형성된 탄소 나노튜브막의 투사전자현미경의 사진이다. 탄소 나노튜브막들이 노출된 드레인전극의 표면상에만 선택적으로 성장되어 있음을 알 수 있다.Figure 5a is a scanning electron micrograph of the carbon nanotube film grown in accordance with an embodiment of the present invention, it can be seen that the bundle of nanotubes are well aligned in one direction. 5B is a photograph of a projection electron microscope of a carbon nanotube film formed on each drain electrode at each unit pixel of the field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention. It can be seen that the carbon nanotube films are selectively grown only on the exposed surface of the drain electrode.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 표시소자의 단면구조를 나타낸 도면으로서, 도 4의 능동행렬형으로 배치된 각 화소에서 단위화소의 단면구조를 개략적으로 나타낸 것이며, 스위칭소자인 박막트랜지스터(11)는 도 1에 도시된 평면형 박막트랜지스터를 사용하였다.6 is a cross-sectional view of a field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention, and schematically illustrates a cross-sectional structure of a unit pixel in each pixel arranged in the active matrix of FIG. The transistor 11 used the planar thin film transistor shown in FIG.

도 6을 참조하면, 절연기판(8)과 대향하여 상부전극(13)이 일정한 공간을 확보하면서 형성되어 있다. 상기 절연기판(8)상에 반도체층(7)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(7)상에는 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴이 소정 거리만큼 이격되어 형성되어 있다. 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴 사이의 노출된 반도체층(7)상으로는 상기 소오스전극(3) 패턴과 드레인전극(4) 패턴과 이격되어 게이트절연막(5)을 개재하여 게이트전극(2) 패턴이 형성되어 있다. 상기 소오스전극(3),게이트전극(2) 및 드레인전극(4) 사이에는 이들 사이를 절연시키며 보호하는 보호절연막(6)이 형성되어 있으며, 상기 드레인전극(4)의 일부 표면상에는 탄소 나노튜브막(1)이 형성되어 있다. 한편, 상기 상부전극(13)의 내측에는 형광체(12)가 상기 탄소 나노튜브막(1)과 대향하여 일정한 간격을 두고 이격되어 있다.Referring to FIG. 6, the upper electrode 13 is formed to face the insulating substrate 8 while ensuring a constant space. The semiconductor layer 7 is formed on the insulating substrate 8, and the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern are formed on the semiconductor layer 7 by a predetermined distance. On the exposed semiconductor layer 7 between the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern, the gate is spaced apart from the source electrode 3 pattern and the drain electrode 4 pattern via a gate insulating film 5. The electrode 2 pattern is formed. A protective insulating film 6 is formed between the source electrode 3, the gate electrode 2, and the drain electrode 4 to insulate and protect the source electrode 3, and carbon nanotubes are formed on a portion of the drain electrode 4. The film 1 is formed. On the other hand, inside the upper electrode 13, the phosphors 12 are spaced apart at regular intervals to face the carbon nanotube film 1.

상기 전자방출 표시소자는 도 4에 도시된 바와 같이 게이트라인(10)과 데이터라인(9)에 의한 신호전달에 의해 선택된 화소에 구비되는 박막트랜지스터(11)의 구동에 의해 상기 탄소 나노튜브막(1)으로부터 전자가 방출되며, 방출된 전자들은 상기 상부전극(13)과 드레인전극(4)간의 강한 전기장에 의해 가속되어 형광체(12)와의 충돌에 의해 발광되어 표시기능을 수행하게 된다. 탄소 나노튜브는 그 크기가 나노미터급으로써, 종래의 전계방출 에미터에서 이용되는 팁과 유사하거나 작지만, 전자방출소자로 사용할 시 원자선 효과를 인해 팁보다 더 좋은 전계방출 특성을 나타낸다.As shown in FIG. 4, the electron emission display device is driven by driving the thin film transistor 11 provided in the pixel selected by the signal transmission by the gate line 10 and the data line 9. Electrons are emitted from 1), and the emitted electrons are accelerated by a strong electric field between the upper electrode 13 and the drain electrode 4 to emit light by collision with the phosphor 12 to perform a display function. Carbon nanotubes are nanometers in size, similar to or smaller than those used in conventional field emission emitters, but exhibit better field emission characteristics than the tips due to the effect of the atomic beam when used as an electron emission device.

이상과 같이, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위내에서의 실시가 가능함은 물론이다. 예를 들어, 본 실시예에서는 탄소 나노튜브를 고밀도 플라즈마를 이용하여 간단히 형성하였지만, 아크방식, 레이저방식이나 화학기상증착방식등을 이용하여 형성할 수 있음은 물론이다.As described above, the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art may implement the invention within various modifications and equivalent scope therefrom. Of course it is possible. For example, in the present embodiment, the carbon nanotubes are simply formed using high density plasma, but can be formed using an arc method, a laser method, or a chemical vapor deposition method.

본 발명에 따르면, 탄소 나노튜브와 박막트랜지스터를 이용하여 능동행렬형 전계방출 표시소자를 제작함으로써 높은 전류밀도를 가지며 낮은 전압에서 구동하는 전계방출 표시소자를 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 본 발명의 능동형 전계방출 표시소자는 박막트랜지스터로 전류를 조정함으로써 균일하고 안정적인 방출 전류를 유지할 수 있어 일반적인 전계방출 표시소자에서는 구현하기 어려운 전류구동형 전계방출 표시소자를 용이하게 구현할 수 있다.According to the present invention, an active matrix field emission display device using carbon nanotubes and a thin film transistor can be easily manufactured to manufacture a field emission display device having a high current density and driving at a low voltage. In addition, the active field emission display device of the present invention can maintain a uniform and stable emission current by adjusting the current with a thin film transistor, so that it is possible to easily implement a current driven field emission display device that is difficult to implement in a general field emission display device.

Claims (21)

절연기판;Insulating substrate; 상기 절연기판상에 형성되며, 반도체층, 소오스전극, 드레인전극 및 게이트전극을 구비하는 박막트랜지스터부; 및A thin film transistor unit formed on the insulating substrate and having a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode; And 상기 박막트랜지스터부의 드레인전극상에 형성된 탄소 나노튜브막으로 이루어진 전자방출부를 포함하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터.A field emission emitter having a carbon nanotube film including an electron emission section including a carbon nanotube film formed on a drain electrode of the thin film transistor unit. 제 1 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터부의 반도체층은 다결정 실리콘층임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터.The field emission emitter of claim 1, wherein the semiconductor layer of the thin film transistor portion is a polycrystalline silicon layer. 제 1 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터부의 구조는 평면형, 스태커드형 또는 역스태커드형중의 어느 하나임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터.The field emission emitter having a carbon nanotube film according to claim 1, wherein the structure of the thin film transistor portion is one of a planar type, a stacked type, and an inverted stacked type. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막과 접하는 상기 드레인전극의 표면은 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터.The field emission emitter having the carbon nanotube film according to claim 1, wherein the surface of the drain electrode in contact with the carbon nanotube film includes a catalyst metal for growing carbon nanotubes. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막과 접하는 상기 드레인전극은 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터.2. The field emission emitter of claim 1, wherein the drain electrode in contact with the carbon nanotube film is made of a catalyst metal for growing carbon nanotubes. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속은 니켈 또는 코발트임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터.6. The field emission emitter of claim 4 or 5, wherein the catalyst metal for growing carbon nanotubes is nickel or cobalt. 절연기판상에 반도체층, 소오스전극, 드레인전극 및 게이트전극을 구비하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계;Forming a thin film transistor having a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on an insulating substrate; 상기 박막트랜지스터가 형성된 절연기판의 전면에 보호절연막을 형성하는 단계;Forming a protective insulating film on an entire surface of the insulating substrate on which the thin film transistor is formed; 상기 드레인전극의 일부가 노출되도록 상기 보호절연막의 일부를 식각하는 단계; 및Etching a portion of the protective insulating layer to expose a portion of the drain electrode; And 상기 노출된 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브막을 형성시키는 단계를 포함하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.A method of manufacturing a field emission emitter having a carbon nanotube film comprising the step of forming a carbon nanotube film on the exposed surface of the drain electrode. 제 7 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는,The method of claim 7, wherein the forming of the thin film transistor, 상기 절연기판상에 반도체층을 형성하는 단계;Forming a semiconductor layer on the insulating substrate; 상기 반도체층상에 일정 거리만큼 이격된 소오스전극 패턴 및 드레인전극 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern spaced apart by a predetermined distance from the semiconductor layer; And 상기 소오스전극 패턴과 드레인전극 패턴 사이에 게이트절연막과 게이트전극으로 이루어진 게이트전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.And forming a gate electrode pattern consisting of a gate insulating film and a gate electrode between the source electrode pattern and the drain electrode pattern. 제 7 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는,The method of claim 7, wherein the forming of the thin film transistor, 상기 절연기판상에 일정 거리만큼 이격된 소오스전극 패턴 및 드레인전극 패턴을 형성하는 단계;Forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern spaced apart by a predetermined distance from the insulating substrate; 상기 소오스전극 패턴과 드레인전극 패턴 사이를 매립하면서 측면으로 일정 길이만큼 연장된 반도체층 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a semiconductor layer pattern extending by a predetermined length from the side while filling the source electrode pattern and the drain electrode pattern; And 상기 소오스전극 패턴과 드레인전극 패턴 사이의 상기 반도체층 패턴상에 게이트절연막과 게이트전극으로 이루어진 게이트전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.And forming a gate electrode pattern comprising a gate insulating film and a gate electrode on the semiconductor layer pattern between the source electrode pattern and the drain electrode pattern. . 제 7 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는,The method of claim 7, wherein the forming of the thin film transistor, 상기 절연기판상에 게이트전극과 게이트절연막으로 이루어진 게이트전극 패턴을 형성하는 단계;Forming a gate electrode pattern including a gate electrode and a gate insulating film on the insulating substrate; 상기 게이트전극 패턴을 덮는 반도체층 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a semiconductor layer pattern covering the gate electrode pattern; And 상기 반도체층 패턴상에 일정 거리만큼 이격된 소오스전극 패턴 및 드레인전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.And forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern spaced apart by a predetermined distance from the semiconductor layer pattern. 제 7 항에 있어서, 상기 노출된 드레인전극상에 탄소 나노튜브막을 형성하는 단계는 노출된 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브막을 입히는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.The method of claim 7, wherein the forming of the carbon nanotube film on the exposed drain electrode comprises coating a carbon nanotube film on a surface of the exposed drain electrode. Way. 제 7 항에 있어서, 상기 노출된 드레인전극상에 탄소 나노튜브막을 형성하는 단계는 노출된 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브막을 직접 성장시키는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.8. The field emission emitter having a carbon nanotube film according to claim 7, wherein the forming of the carbon nanotube film on the exposed drain electrode comprises directly growing the carbon nanotube film on the exposed drain electrode. Manufacturing method. 제 12 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막과 접촉하는 상기 드레인전극의 표면상에 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속층을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.13. The field emission emitter with carbon nanotube films according to claim 12, further comprising forming a catalyst metal layer for carbon nanotube growth on the surface of the drain electrode in contact with the carbon nanotube film. Method of manufacturing the foundation. 제 13 항에 있어서, 상기 촉매금속층을 형성하는 단계는 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계에서 수행되는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.15. The method of claim 13, wherein the forming of the catalytic metal layer is performed in the forming of the thin film transistor. 제 13 항에 있어서, 상기 촉매금속층을 형성하는 단계는 상기 보호절연막의 일부를 식각하는 단계 후에 수행되는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.The method of claim 13, wherein the forming of the catalyst metal layer is performed after etching a portion of the protective insulating layer. 제 12 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막과 접하는 상기 드레인전극은 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속으로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.The method of claim 12, wherein the drain electrode in contact with the carbon nanotube film is formed of a catalyst metal for growing carbon nanotubes. 제 12 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막 성장을 위한 공정조건으로서, 플라즈마의 소오스가스로서는 탄화수소계열의 가스를 사용하며, 상기 공정온도는 600 ∼ 900℃이며, 1011cm-3이상의 고밀도 플라즈마 화학기상증착법을 사용하는 것임을 특징으로 하는 탄소 나노튜브막을 구비한 전계방출 에미터의 제조방법.13. The method of claim 12, wherein the carbon nanotube film growth conditions, hydrocarbon-based gas is used as the source gas of the plasma, the process temperature is 600 ~ 900 ℃, high density plasma chemistry of 10 11 cm -3 or more A method for producing a field emission emitter with a carbon nanotube membrane, characterized in that the vapor deposition method is used. 서로 직교하는 복수개의 게이트라인과 데이터라인에 의해 구분되는 단위화소가 매트릭스형으로 배열된 전계방출 표시소자에 있어서, 상기 각 단위화소는,In a field emission display device in which unit pixels divided by a plurality of orthogonal gate lines and data lines are arranged in a matrix, each unit pixel includes: 절연기판상에 형성되며, 반도체층, 소오스전극, 드레인전극 및 게이트전극을 구비하는 박막트랜지스터부;A thin film transistor unit formed on the insulating substrate and having a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode; 상기 박막트랜지스터부의 드레인전극상에 형성된 탄소 나노튜브막으로 이루어진 전자방출부;An electron emission unit including a carbon nanotube film formed on the drain electrode of the thin film transistor unit; 상기 절연기판과 대향하여 형성된 상부전극; 및An upper electrode formed to face the insulating substrate; And 상기 상부전극의 내측면상에 상기 전자방출부와 대향하여 형성된 형광체를 포함하는 전계방출 표시소자.And a phosphor formed on the inner surface of the upper electrode to face the electron emitting portion. 제 18 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터부의 구조는 평면형, 스태커드형 또는 역스태커드형중의 어느 하나임을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.19. The field emission display device of claim 18, wherein the structure of the thin film transistor portion is any one of a planar type, a stacked type, and an inverted stacked type. 제 18 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막과 접하는 상기 드레인전극의 표면은 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.19. The field emission display device of claim 18, wherein a surface of the drain electrode in contact with the carbon nanotube film comprises a catalyst metal for growing carbon nanotubes. 제 18 항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막과 접하는 상기 드레인전극은 탄소 나노튜브 성장을 위한 촉매금속으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.19. The field emission display device of claim 18, wherein the drain electrode in contact with the carbon nanotube layer is made of a catalyst metal for growing carbon nanotubes.
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