KR20010057162A - 전계방출소자의 제조방법 - Google Patents

전계방출소자의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20010057162A
KR20010057162A KR1019990058952A KR19990058952A KR20010057162A KR 20010057162 A KR20010057162 A KR 20010057162A KR 1019990058952 A KR1019990058952 A KR 1019990058952A KR 19990058952 A KR19990058952 A KR 19990058952A KR 20010057162 A KR20010057162 A KR 20010057162A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
field emission
layer
emission device
transition metal
energy source
Prior art date
Application number
KR1019990058952A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100371161B1 (ko
Inventor
이동구
강남석
Original Assignee
구자홍
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구자홍, 엘지전자 주식회사 filed Critical 구자홍
Priority to KR10-1999-0058952A priority Critical patent/KR100371161B1/ko
Publication of KR20010057162A publication Critical patent/KR20010057162A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100371161B1 publication Critical patent/KR100371161B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 전계방출소자의 제조방법에 관한 것으로, 종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제조방법은 탄소 나노튜브의 성장온도가 600[℃] 이상이기 때문에 열변형 온도가 510[℃] 이하인 통상의 소다라임 유리기판을 적용하지 못하는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 유리기판 상에 하부전극, 저항층, 절연막 및 게이트층을 순차적으로 형성하고, 사진식각을 통해 게이트층 및 절연막의 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 홀 바닥의 저항층 상부에 촉매전이금속층을 형성하는 공정과; 상기 유리기판을 100∼500[℃]의 낮은 온도로 유지하고, 선택적으로 상기 촉매전이금속층을 외부 에너지원을 통해 가열함으로써, 그 촉매전이금속층 상부에 선택적으로 탄소 나노튜브를 형성하는 공정으로 이루어지는 전계방출소자의 제조방법을 통해 기판을 낮은 온도로 유지하면서, 높은 온도로 양질의 탄소 나노튜브를 성장시킬 수 있게 되어 전계방출형 표시소자에 보편적으로 사용되는 유리기판을 적용할 수 있는 효과가 있으며, 낮은 온도에서 탄소 나노튜브의 성장을 제어할 수 있게 되어 구조재료나 수소저장재료 또는 반도체소자의 응용에 있어 다양한 효과를 기대할 수 있다.

Description

전계방출소자의 제조방법{FABRICATING METHOD OF FIELD EMISSION DEVICE}
본 발명은 전계방출소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전계방출 팁(tip)으로 적용되는 탄소 나노튜브를 저온에서 성장시키기에 적당하도록 한 전계방출소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 탄소 나노튜브가 기계적으로 강하고, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계방출소자의 중요성이 인식되고 있다. 이와같은 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 spindt형 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. 종래 전계방출소자의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도1은 종래 spindt형 3전극 전계방출소자를 보인 단면도로서, 그 제조방법은 유리기판(1) 상부에 순차적으로 하부전극(2), 저항층(3), 절연층(4) 및 게이트층(5)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트층(5) 및 절연층(4) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 전자빔증착 방법을 통해 희생층(미도시)과 에미터막을 형성하고, 선택적 식각을 실시하여 예리한 에미터 팁(6)을 형성한다.
그러나, 상기한 바와같은 spindt형 3전극 전계방출소자는 일정한 형태와 크기를 갖는 에미터 팁(6)을 형성시키기에 공정상의 어려움이 있고, 이는 대면적의 소자에 적용되는 경우에는 더욱 심각해진다. 또한, 에미터 팁(6)의 반경이 탄소 나노튜브에 비해 크기 때문에 임계 전계가 약 10[V/㎛] 정도로, 전력손실 및 생산단가 측면에서 탄소 나노튜브에 비해 불리한 단점이 있다.
한편, 도2는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 실리콘기판(11) 상부에 순차적으로 하부전극(12), 저항층(13), 절연층(14) 및 게이트층(15)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트층(15) 및 절연층(14) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 증착(evaporation)을 통해 홀 바닥의 저항층(13) 상부에 촉매전이금속층(16)을 형성하고, 실리콘기판(11) 전체를 600∼900[℃] 정도의 온도범위로 가열하여 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 이용한 열(thermal) 화학기상증착 또는 플라즈마(plasma) 화학기상증착 방법을 통해 촉매전이금속층(16) 상부에만 선택적으로 탄소 나노튜브(17)을 형성한다.
이때, 상기 탄소 나노튜브(17)를 형성하기 위한 다른 방법으로는 600[℃] 이상의 온도에서 아크 방전법이나 레이저 박리(ablation) 방법을 적용할 수 있으며, 탄소 나노튜브(17)는 촉매전이금속층(16) 상부에만 선택적으로 형성되므로, 촉매전이금속층(16)의 면적이 클수록 탄소 나노튜브(17)의 면적도 커진다.
그러나, 상기한 바와같은 종래 전계방출소자의 제조방법은 탄소 나노튜브의 성장온도가 600[℃] 이상이기 때문에 열변형 온도가 510[℃] 이하인 통상의 소다라임(soda lime) 유리기판을 적용하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 평판표시소자(flat panel display)에서 통상적으로 적용되는 소다라임 유리기판 상에 탄소 나노튜브를 저온으로 성장시킬 수 있는 전계방출소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
도1은 종래 spindt형 3전극 전계방출소자를 보인 단면도.
도2는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자를 보인 단면도.
도3은 본 발명의 일 실시예를 보인 단면도.
도4는 본 발명의 다른 실시예를 보인 단면도.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 단면도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
21:유리기판 22:하부전극
23:저항층 24:절연막
25:게이트층 26:촉매전이금속층
27:세라믹절연체 28:전도성코일
29:탄소 나노튜브
상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전계방출소자의 제조방법은 유리기판 상에 하부전극, 저항층, 절연막 및 게이트층을 순차적으로 형성하고, 사진식각을 통해 게이트층 및 절연막 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 홀 바닥의 저항층 상부에 촉매전이금속층을 형성하는 공정과; 상기 유리기판을 100∼500[℃]의 낮은 온도로 유지하고, 선택적으로 상기 촉매전이금속층을 외부 에너지원을 통해 가열함으로써, 그 촉매전이금속층 상부에 선택적으로 탄소 나노튜브를 형성하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 전계방출소자 제조방법의 실시예들을 첨부한 도3 내지 도5의 단면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도3은 본 발명의 일 실시예를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 유리기판(21) 상에 하부전극(22), 저항층(23), 절연막(24) 및 게이트층(25)을 순차적으로 형성하고, 사진식각을 통해 게이트층(25) 및 절연막(24) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 홀 바닥의 저항층(23) 상부에 촉매전이금속층(26)을 형성한다.
상기와 같이 만들어진 소자를 세라믹절연체(27) 위에 위치시키고, 그 세라믹절연체(27)의 하부면에는 나선형으로 감긴 전도성코일(28)을 위치시킨다.
그리고, CXHY, C2H2, C2H4, CH4및 C2H6, 또는 COX등과 같은 탄소 함유가스와 Ar 또는 He 등과 같은 불활성가스 또는 질소가스를 혼합하여 열 화학기상증착법이나 플라즈마 화학기상증착법을 통해 탄소 나노튜브(29)를 형성하되, 유리기판(21)은 100∼500[℃] 정도로 낮게 온도를 유지하면서, 상기 전도성코일(28)에 고주파(radio frequency : RF) 또는 마이크로파(microwave)의 주파수를 수[MHz]∼수[GHz] 정도 인가하여 상기 촉매전이금속층(26)에 와전류(eddy current)에 의한 발열이 선택적으로 일어나도록 함으로써, 탄소 나노튜브(29)가 국부적으로 가열된 600∼900[℃]의 촉매전이금속층(26) 상부에 형성되도록 한다.
한편, 도4는 본 발명의 다른 실시예를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 상기 도3의 공정진행을 통해 촉매전이금속층(26)을 형성한 다음 유리기판(21)은 100∼500[℃] 정도로 낮게 온도를 유지하면서, 상기 세라믹절연체(27)와 전도성코일(28) 대신에 외부 에너지원으로 자외선 램프(ultraviolet : UV lamp, 31) 또는 레이저(laser)등과 같은 광에너지를 조사하여 상기 촉매전이금속층(26) 뿐만 아니라 탄소원자에도 에너지를 전달함으로써, 탄소의 이동을 원할하게 하여 탄소 나노튜브(32)을 형성한다.
그리고, 도5는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 유리기판(41) 상에 하부전극(42), 저항층(43), 금속층(44), 절연막(45) 및 게이트층(46)을 순차적으로 형성하고, 사진식각을 통해 게이트층(46), 절연막(45) 및 금속층(44) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 홀 바닥의 저항층(43) 상부에 촉매전이금속층(47)을 형성한다.
이때, 상기 하부전극(42)의 양 측면에는 전도콘택(48)이 형성되며, 상기 금속층(44)의 두께 또는 저항값 조절을 통해 촉매전이금속층(47) 형성영역의 저항값을 증가시킨다.
그리고, CXHY, C2H2, C2H4, CH4및 C2H6, 또는 COX등과 같은 탄소 함유가스와 Ar 또는 He 등과 같은 불활성가스 또는 질소가스를 혼합하여 열 화학기상증착법이나 플라즈마 화학기상증착법을 통해 탄소 나노튜브(49)를 형성하되, 유리기판(41)은 100∼500[℃] 정도로 낮게 온도를 유지하면서, 상기 전도콘택(48)을 통해 하부전극(42)에 직류전압(direct voltage : DC)을 인가하여 상기 저항값이 증가된 촉매전이금속층(47)에 줄(Joule) 발열이 선택적으로 일어나도록 함으로써, 탄소 나노튜브(49)가 600∼900[℃]의 온도로 국부적으로 가열된 촉매전이금속층(47) 상부에 형성되도록 한다.
이때, 촉매전이금속층(47)으로는 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 적용하는 것이 바람직하다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 전계방출소자의 제조방법은 기판을 낮은 온도로 유지하면서, 금속층의 국부적 가열에 의해 높은 온도로 양질의 탄소 나노튜브를 성장시킬 수 있게 되어 전계방출형 표시소자에 보편적으로 사용되는 유리기판을 적용할 수 있는 효과가 있으며, 낮은 온도에서 탄소 나노튜브의 성장을 제어할 수 있게 되어 구조재료나 수소저장재료 또는 반도체소자의 응용에 있어 다양한 효과를기대할 수 있다.

Claims (9)

  1. 유리기판 상에 탄소 나노튜브를 성장시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법에 있어서, 상기 성장부위에만 외부 에너지원을 이용해 국부적으로 가열하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유리기판 상에는 하부전극, 저항층, 절연막 및 게이트층을 순차적으로 형성하고, 사진식각을 통해 게이트층 및 절연막의 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 홀 바닥의 저항층 상부에 촉매전이금속층을 형성하는 공정과; 상기 촉매전이금속층을 외부 에너지원을 통해 가열함으로써, 그 촉매전이금속층 상부에 선택적으로 탄소 나노튜브를 형성하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 에너지원을 통해 유리기판을 100∼500[℃]의 낮은 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 에너지원은 고주파(RF) 또는 마이크로파(mirowave)를 인가하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 외부 에너지원은 상기 유리기판의 하부면에 세라믹절연체를 형성하고, 그 세라믹절연체의 하부면에는 나선형으로 감긴 전도성코일을 형성하여 그 전도성코일에 고주파(RF) 또는 마이크로파(microwave)를 인가함으로써, 상기 촉매전이금속층에 와전류(eddy current)에 의한 발열이 선택적으로 일어나도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 에너지원은 광에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 외부 에너지원으로 자외선 램프(UV lamp) 또는 레이저(laser)등과 같은 광에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 에너지원으로 직류전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 직류전압은 금속막의 두께 또는 저항값의 조절을 통해 인가하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
KR10-1999-0058952A 1999-12-18 1999-12-18 전계방출소자의 제조방법 KR100371161B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-1999-0058952A KR100371161B1 (ko) 1999-12-18 1999-12-18 전계방출소자의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-1999-0058952A KR100371161B1 (ko) 1999-12-18 1999-12-18 전계방출소자의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010057162A true KR20010057162A (ko) 2001-07-04
KR100371161B1 KR100371161B1 (ko) 2003-02-07

Family

ID=19626911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1999-0058952A KR100371161B1 (ko) 1999-12-18 1999-12-18 전계방출소자의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100371161B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003011755A1 (en) * 2001-07-27 2003-02-13 University Of Surrey Production of carbon nanotubes
KR100382879B1 (ko) * 2000-09-22 2003-05-09 일진나노텍 주식회사 탄소 나노튜브 합성 방법 및 이에 이용되는 탄소 나노튜브합성장치.
CN1294077C (zh) * 2001-08-30 2007-01-10 Tda研究有限公司 一种使用多环芳香族碳氢化合物制备碳纳米材料的方法
US9334167B2 (en) 2005-05-11 2016-05-10 Surrey Nanosystems Limited Nanostructure production methods and apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3008852B2 (ja) * 1996-06-21 2000-02-14 日本電気株式会社 電子放出素子およびその製造方法
US6630772B1 (en) * 1998-09-21 2003-10-07 Agere Systems Inc. Device comprising carbon nanotube field emitter structure and process for forming device
KR20000066907A (ko) * 1999-04-21 2000-11-15 장진 탄소 나노튜브의 제조방법
KR20000074609A (ko) * 1999-05-24 2000-12-15 김순택 카본 나노 튜브를 이용한 전계 방출 어레이 및 그 제조방법
KR19990073590A (ko) * 1999-07-27 1999-10-05 이철진 플라즈마 화학기상증착법에 의한 고순도 탄소나노튜브의 대량합성.
KR100314094B1 (ko) * 1999-08-12 2001-11-15 김순택 전기 영동법을 이용한 카본나노튜브 필드 에미터의 제조 방법
KR20010056153A (ko) * 1999-12-14 2001-07-04 구자홍 카본나노 튜브막을 갖는 전계방출형 디스플레이 소자 및그의 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100382879B1 (ko) * 2000-09-22 2003-05-09 일진나노텍 주식회사 탄소 나노튜브 합성 방법 및 이에 이용되는 탄소 나노튜브합성장치.
WO2003011755A1 (en) * 2001-07-27 2003-02-13 University Of Surrey Production of carbon nanotubes
CN1294077C (zh) * 2001-08-30 2007-01-10 Tda研究有限公司 一种使用多环芳香族碳氢化合物制备碳纳米材料的方法
US9334167B2 (en) 2005-05-11 2016-05-10 Surrey Nanosystems Limited Nanostructure production methods and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR100371161B1 (ko) 2003-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6448701B1 (en) Self-aligned integrally gated nanofilament field emitter cell and array
US7794793B2 (en) Carbon nanotube arrays for field electron emission and methods of manufacture and use
US20040192153A1 (en) Method for making a carbon nanotube-based field emission display
KR20060092771A (ko) 탄소나노튜브 구조체 및 그 제조방법과, 탄소나노튜브 구조체를 이용한 전계방출소자 및 그 제조방법
US7115013B2 (en) Method for making a carbon nanotube-based field emission display
US7221087B2 (en) Carbon nanotube-based field emission display
KR20020003782A (ko) 탄소나노튜브의 제작 방법
KR100371161B1 (ko) 전계방출소자의 제조방법
JP2006294387A (ja) ナノカーボンエミッタ及びその製造方法
Jang et al. Fabrication and characteristics of field emitter using carbon nanotubes directly grown by thermal chemical vapor deposition
KR20010088087A (ko) 탄소 나노튜브의 선택적 증착방법
EP1455376B1 (en) Electron-emitting device, electron source, and image display apparatus
KR100926219B1 (ko) 전자방출 특성이 향상된 필드 에미터의 제조방법
KR20010049547A (ko) 촉매금속 미세 패턴들을 이용하여 탄소나노튜브의 직경을조절하는 합성법
KR101253262B1 (ko) 기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법
KR100762590B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법
KR20010055227A (ko) 카본 나노튜브를 이용한 전계방출소자 및 그 제조방법
KR100317362B1 (ko) 전계방출소자 및 그 제조방법
KR20020057636A (ko) 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법
KR100322611B1 (ko) 카본 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제조 방법
JP2000268705A (ja) 電子放出素子
KR100372168B1 (ko) 삼극형 탄소나노튜브의 전계 방출 표시소자의 제조방법
KR100416492B1 (ko) 탄소 나노튜브를 가진 삼극 구조의 전자소자에 대한제조방법
JP3594850B2 (ja) 冷陰極の製造方法
KR100379620B1 (ko) 탄소나노튜브 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20061220

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee