KR20010054431A - 전계방출소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

전계방출소자 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20010054431A
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정성재
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김덕중
사단법인 고등기술연구원 연구조합
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Abstract

마이크로팁이 산화되는 것을 최소화시키기 위한 전계방출소자 및 이의 제조방법이 게시되어 있다. 유리기판 상에는 캐소드 전극, 게이트 절연층 및 게이트 전극이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 게이트 절연층 및 게이트 전극에는 상기 캐소드 전극 일부가 노출된 게이트 홀이 형성되어 있다. 상기 게이트 홀 내에는 마이크로팁이 형성되어 있고, 상기 마이크로팁의 표면에는 몰리브덴카바이드가 코팅된다. 마이크로팁의 산화로 인하여 전계방출소자의 휘도 변형이 최소화되고 결국에는 전계방출소자의 수명이 연장된다.

Description

전계방출소자 및 이의 제조방법 {FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전계방출소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 마이크로팁(Microtips)의 표면을 코팅하여 마이크로팁이 산화되는 현상을 최소화시킨 전계방출소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근의 디스플레이장치는 고화질, 고해상도의 평면 디스플레이장치(Flat Panel Display Device)로 발전되어 가는 추세이다. 이와 같은 평면 디스플레이장치는 LCD(Liquid crystal Dislay), PDP(Plasma Display Panel), DMD(Digital Mirror Device) 등으로 다양하게 응용되는데, 이 중에서 전자의 방출을 이용하는 소자가 전계방출소자(Field Emission Display : FED)이다. 상기 전계방출소자는 캐소드 전극 상에 마이크로팁을 형성하고 게이트 전극을 마이크로팁에 근접하게 위치시킴으로써 상기 마이크로팁의 단부에 5×107V/Cm 정도의 전기장을 형성시켜 전자를 방출시키는 전계방출을 이용한다. 그리고 상기 마이크로팁에서 방출된 전자는 다시 캐소드 전극와 애노드 전극 간의 전계에 의해 가속되어 애노드 전극에 형성되어 있는 형광층에 충돌됨으로써 화상을 얻는다.
도 1은 종래의 전계방출소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유리기판(10) 상에 캐소드 전극(12)이 형성되어 있고, 캐소드 전극(12) 상에 게이트 절연층(14) 및 게이트 전극(16)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서 게이트 절연층(14) 및 게이트 전극(16)에는 캐소드 전극(12)이 일부 노출되는 게이트 홀이 형성되어 있다. 그리고 상기 게이트 홀 내에 마이크로팁(18)이 형성되어 있다. 여기서 마이크로팁(18)은 몰리브덴(Mo)이 화학기상증착으로 형성된다.
이와 같이 구성된 전계방출소자는 패키지(Package) 공정의 수행시 마이크로팁이 산화되는 상황이 빈번하게 발생하는데, 이는 상기 마이크로팁으로 형성된 몰리브덴은 반응성이 우수하고, 상기 패키지 공정은 고온분위기 하에서 수행되기 때문이다. 또한 전계방출소자의 작동시 상기 전계방출소자의 공간 내에는 가스가 발생되는데, 상기 가스에 의하여 상기 마이크로팁이 산화되기도 한다.
이러한 마이크로팁의 산화가 전자의 방출을 저하시킨다. 따라서 상기 산화된 마이크로팁의 일함수는 증가하게 된다. 상기 일함수의 증가로 인하여 상기 산화된 마이크로팁에는 산화되지 않은 마이크로팁 보다 높은 전계가 형성되어야 한다. 그러나 동일한 전계가 형성될 경우에는 전계방출소자의 휘도가 변형된다.
따라서 마이크로팁의 산화는 전계방출소자의 휘도를 감소시키기 때문에 소망하는 화상이 정확하게 디스플레이되지 못하는 문제점이 있었고 결국에는 전계방출소자의 수명을 단축시키는 원인으로 작용하였다.
본 발명의 제1 목적은, 마이크로팁이 산화되는 것을 최소화시키기 위한 전계방출소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은, 마이크로팁이 산화되는 것을 최소화시킨 전계방출소자를 제조하기 위한 전계방출소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 전계방출소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전계방출소자의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c은 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 3c의 마이크로팁의 표면에 코팅층을 형성시키는 플라즈마화학기상증착장치를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 20 : 유리기판 12, 22 : 케소드 전극
14, 24 : 게이트 절연층 16, 26 : 게이트 전극
18, 28 : 마이크로팁 29 : 코팅층
30 : 챔버 32 : 마그네틱 코일
34 : 척 F : 전계방출소자
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출소자는, 유리기판 상에형성된 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극이 일부 노출되는 게이트 홀을 가지면서 상기 캐소드 전극 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층 및 게이트 전극과, 상기 게이트 홀 내에 몰리브덴으로 형성된 마이크로팁과, 상기 마이크로팁의 표면에 몰리브덴카바이드가 코팅된 코팅층으로 이루어진다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출소자의 제조방법은, 유리기판 상에 캐소드 전극, 게이트 절연층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 캐소드 전극이 일부 노출되는 게이트 홀을 가지도록 상기 게이트 전극 및 게이트 절연층을 순차적으로 제거시키는 단계와, 상기 게이트 홀 내에 몰리브덴으로 이루어지는 마이크로팁을 형성시키는 단계와, 상기 마이크로팁의 표면에 몰리브덴카바이드를 코팅시키는 단계로 이루어진다.
상기 몰리브텐카바이드는 플라즈마소스로 이씨알을 이용하는 플라즈마화학기상증착공정을 수행하여 코팅된다.
즉, 상기 플라즈마화학기상증착과 같은 간단한 공정의 수행으로 마이크로팁의 표면에 몰리브덴카바이드가 코팅된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전계방출소자의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 3c의 마이크로팁의 표면에 코팅층을 형성시키는 플라즈마화학기상증착장치를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
도 2를 참조하면, 유리기판(20) 상에 캐소드 전극(22)이 형성되어 있다. 그리고 케소드 전극(22) 상에 게이트 절연층(24) 및 게이트 전극(26)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 게이트 절연층(24) 및 게이트 전극(26)은 케소드 전극(22)이 일부 노출되는 게이트 홀을 갖는 패턴이 형성되어 있다. 그리고 상기 게이트 홀 내에 마이크로팁(28)이 형성되어 있다. 상기 마이크로팁(28)은 몰리브덴이 형성된다. 또한 마이크로팁(28)의 표면에는 코팅층(29)이 형성되어 있다. 상기 코팅층으로는 몰리브덴카바이드(MoxCy)가 코팅된다.
이와 같이 구성된 전계방출소자의 제조방법은 다음과 같다. 먼저 도 3a를 참조하면, 소다 라임 글래스(Soda Lime Glass) 등과 같은 유리기판(20) 상에 캐소드 전극(22), 게이트 절연층(24) 및 게이트 전극(26)을 순차적으로 형성한다. 상기 캐소드 전극(22), 게이트 절연층(24) 및 게이트 전극(26)은 화학기상증착공정을 수행하여 형성된다.
이어서 도 3b를 참조하면, 상기 캐소드 전극(22)이 일부 노출되는 케이트 홀을 갖는 패턴이 형성되도록 상기 게이트 전극(26) 및 게이트 절연층(24)을 순차적으로 제거한다. 상기 게이트 홀을 갖는 패턴은 사진식각공정을 수행함으로써 형성된다.
그리고 도 3c를 참조하면, 상기 게이트 홀 내에 마이크로팁(28)을 형성한다. 상기 마이크로팁(28)은 몰리브덴을 수직으로 증착한다. 상기 마이크로팁(28)은 화학기상증착공정 및 식각공정을 순차적으로 수행함으로써 형성된다.
계속해서 상기 마이크로팁(28)의 표면에 몰리브덴카바이드를 코팅한다. 상기 몰리브덴카바이드는 플라즈마소스로써 이씨알(ECR : Electron Cyclotron Resonance)을 이용하는 플라즈마화학기상증착장치를 이용하여 코딩된다. 도 4를 참조하면, 상기 플라즈마화학기상증착장치에는 챔버(30) 및 상기 마이크로팁의 표면에 몰리브덴카바이드를 코팅하기 위한 전계방출소자(F)가 안착되는 척(34)이 구비되어 있다. 그리고 마이크로웨이브(Microwave)가 챔버(30)로 제공되는 경로 주변에는 마그네틱 코일(32)이 구비되어 있다.
이에 따라 상기 마그네틱 코일(32)를 이용하여 형성시킨 마이네틱 필드에 의해 강화된 플라즈마를 이용하여 상기 마이크로팁(28)의 표면에 몰리브덴카바이드가 증착되는 코팅층(29)을 형성한다.
상기 몰리브덴카바이드의 코팅시 마이크로팁(28)에 충돌되는 이온에너지에 의해 상기 마이크로팁(28)이 변형되는 것을 방지하기 위하여 상기와 같은 플라즈마화학기상증착장치를 이용한다. 즉, 상기 플라즈마화학기상증착장치는 이온에너지를 약하게 조절하여 공정을 수행할 수 있기 때문이다.
따라서 몰리브덴으로 형성된 마이크로팁(28)의 표면에 일함수값이 3.7eV인 몰리브덴카바이드가 코팅된다.
이에 따라 스패이서(Spacer)의 형성, 실링 및 배기 등의 패키징공정의 수행시 고온분위기로 인하여 마이크로팁(28)이 산화되는 상황이 최소화된다. 그리고 상기 전계방출소자의 공간 내에 발생되는 가스로 인하여 마이크로팁(28)이 산화되는 상황 또한 최소화된다. 이는 마이크로팁(28)에 코팅된 몰리브덴카바이드는 화학적으로 매우 안정하기 때문이다. 또한 몰리브덴카바이드의 일함수값이 몰리브덴보다 낮기 때문에 전자의 방출에도 영향을 끼치지 않다.
따라서 본 발명은 마이크로팁의 산화로 인하여 전계방출소자의 휘도 변형을 최소화시킴으로써 결국에는 전계방출소자의 수명이 연장되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

  1. 유리기판 상에 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극이 일부 노출되는 게이트 홀을 가지면서 상기 캐소드 전극 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층 및 게이트 전극;
    상기 게이트 홀 내에 몰리브덴으로 형성된 마이크로팁; 및
    상기 마이크로팁의 표면에 몰리브텐카바이드가 코팅된 코팅층을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 전계방출소자.
  2. (ⅰ) 유리기판 상에 캐소드 전극, 게이트 절연층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성시키는 단계;
    (ⅱ) 상기 캐소드 전극이 일부 노출되는 게이트 홀을 가지도록 상기 게이트 전극 및 게이트 절연층을 순차적으로 제거시키는 단계;
    (ⅲ) 상기 게이트 홀 내에 몰리브덴으로 이루어지는 마이크로팁을 형성시키는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 마이크로팁의 표면에 몰리브덴카바이드를 코팅시키는 단계;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 (ⅳ)의 몰리브텐카바이드는 플라즈마화학기상증착공정을 수행하여 코팅시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 플라즈마화학기상증착공정은 플라즈마를 형성시키는 플라즈마소스로 이씨알(ECR : Electron Cyclotron Resonance)을 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
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