KR20050048852A - Field emitter having thin and uniform protective layer - Google Patents

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KR20050048852A
KR20050048852A KR1020030082588A KR20030082588A KR20050048852A KR 20050048852 A KR20050048852 A KR 20050048852A KR 1020030082588 A KR1020030082588 A KR 1020030082588A KR 20030082588 A KR20030082588 A KR 20030082588A KR 20050048852 A KR20050048852 A KR 20050048852A
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정경택
조석현
김명수
전관구
이영희
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삼성코닝 주식회사
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Abstract

본 발명은 원자층 증착법을 이용하여 얇고 균일한 두께를 갖는 보호층이 형성된 전계방출원에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 탄소나노튜브 등의 전계방출원에 코팅된 보호층의 두께는 20nm 미만으로 얇고 균일하기 때문에 탄소나노튜브 특유의 낮은 개시(turn-on) 전압 및 우수한 전계방출특성을 유지하면서 잔류 가스에 의한 손상을 감소시켜 전계방출원으로서의 수명 및 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a field emission source in which a protective layer having a thin and uniform thickness is formed using atomic layer deposition. According to the present invention, since the thickness of the protective layer coated on the field emission source such as carbon nanotubes is thin and uniform, less than 20 nm, the carbon nanotubes retain their low turn-on voltage and excellent field emission characteristics peculiar to carbon nanotubes. By reducing the damage caused by the gas, it is possible to greatly improve the life and stability as a field emission source.

Description

얇고 균일한 보호층을 갖는 전계방출원 {FIELD EMITTER HAVING THIN AND UNIFORM PROTECTIVE LAYER} Field emitter with thin, uniform protective layer {FIELD EMITTER HAVING THIN AND UNIFORM PROTECTIVE LAYER}

본 발명은 얇고 균일한 보호층을 갖는 전계방출원에 관한 것으로, 구체적으로 전계방출원의 팁(tip) 표면에 원자층 증착법을 이용하여 종래보다 얇은 두께를 갖는 균일한 보호층이 형성된 전계방출원에 관한 것이다. The present invention relates to a field emission source having a thin and uniform protective layer, specifically, a field emission source in which a uniform protective layer having a thinner thickness is formed by using an atomic layer deposition method on the tip surface of the field emission source. It is about.

전계방출 디스플레이의 핵심기술은 전계방출원의 가공기술과 안정성에 바탕을 두고 있다. 전계방출을 위해 방출원에 인가되어야할 전기장은 3 내지 7×107 V/cm 정도로 매우 높기 때문에 인가되어야 할 전기장을 낮추기 위해서 방출원의 말단 팁(tip)의 반경을 줄이기 위한 많은 노력이 이루어져 왔다. 이를 위해, 초기에는 실리콘 또는 몰리브덴을 리소그라피 기술로 식각하여 전계방출 팁으로 사용하였다. 그러나, 이 경우에는 전계 집중 효과가 낮아 높은 전압을 인가하여야만 하고, 단위 면적당 팁의 수가 적어서 수명과 안정성에 큰 문제가 있는 것으로 나타났다.The core technology of the field emission display is based on the processing technology and stability of the field emission source. Since the electric field to be applied to the source for field emission is very high, 3 to 7 × 10 7 V / cm, much effort has been made to reduce the radius of the distal tip of the source to lower the field to be applied. . For this purpose, silicon or molybdenum was initially etched by lithography technology and used as field emission tips. However, in this case, a low electric field concentration effect has to be applied to a high voltage, and the number of tips per unit area is small, indicating that there is a big problem in life and stability.

한편, 높은 전도성, 예리한 팁 및 큰 종횡비를 갖는 탄소나노튜브를 전계방출 팁으로 사용하면 인가 전압을 줄일 수 있고, 다수의 팁으로 인해 안정성이 큰 것으로 밝혀지면서 그에 관한 많은 연구가 진행되었지만, 탄소나노튜브 전계방출원의 경우에도 잔류 가스와의 반응성 및 대전류에 의한 팁 손상으로 수명이 짧아 실용화에는 문제가 있으며, 이의 해결을 위해 탄소나노튜브에 보호막을 씌우는 방법, 진공도를 높이는 방법 등의 연구가 진행되고 있다. On the other hand, when carbon nanotubes having high conductivity, sharp tips and large aspect ratios are used as field emission tips, the applied voltage can be reduced, and many studies have been conducted to find that the stability is large due to many tips. Even in the case of tube field emission sources, there is a problem in practical use due to short life due to reactivity with residual gas and tip damage caused by large current.In order to solve this problem, research on applying a protective film to carbon nanotubes and increasing vacuum degree is carried out. It is becoming.

예를 들어, 국내 특허 출원 공개 제 2003-60611호(공개일 2003.07.16)는 보호막을 갖는 탄소나노튜브를 구비한 전계방출소자에 관한 것으로, 구체적으로 탄소나노튜브를 아킹(arcing)이나 잔류 가스로 인한 손상으로부터 보호함으로써 전계방출소자의 전계방출특성 및 안정성을 향상시키기 위한 목적으로 탄소나노튜브에 보호막을 코팅하는 것을 제시하였다. 이때 사용가능한 보호막은 니트라이드계, 탄소계 및 옥사이드계로부터 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어진 것이며, 보호막의 코팅 방법으로는 스퍼터링법, 전자빔 또는 레이저 증착기를 이용하는 방법, 화학기상증착법, 졸 또는 겔을 이용하는 방법 등을 이용하였다.For example, Korean Patent Application Publication No. 2003-60611 (published on July 16, 2003) relates to a field emission device having carbon nanotubes having a protective film, and specifically, arcing or residual gas of carbon nanotubes. In order to improve the field emission characteristics and stability of the field emission device by protecting from the damage caused by the present invention was proposed to coat a protective film on the carbon nanotubes. At this time, the protective film that can be used is made of any one material selected from nitride-based, carbon-based and oxide-based, the coating method of the protective film is a sputtering method, a method using an electron beam or a laser evaporator, chemical vapor deposition, sol or gel The method used was used.

그러나, 상기의 코팅 방법으로 탄소나노튜브를 코팅하는 경우 보호막의 코팅 두께가 균일하지 않아 탄소나노튜브의 말단을 모두 감싸기 위해서는 평균 수십 내지 수백 ㎚의 코팅막을 형성하게 된다. 이와 같은 보호막은 탄소나노튜브를 보호하기는 하지만, 말단 팁에서 발생하는 전기장의 집중 효과를 감소시켜 개시(Turn-on) 전압을 상승시키는 현상 및 방출 전자와의 충돌로 인해 차폐제로 작용하는 부작용을 수반한다.However, in the case of coating the carbon nanotubes by the above coating method, the coating thickness of the protective film is not uniform, so that an average of several tens to several hundred nm of coating film is formed to cover all the ends of the carbon nanotubes. Such a protective film protects the carbon nanotubes, but reduces the concentration effect of the electric field generated at the end tip, thereby increasing the turn-on voltage and impacts as a shielding agent due to collisions with emission electrons. Entails.

이에 본 발명자들은 종래에 사용되었던 박막 코팅 방법과는 다른 원자층 증착법을 이용하여 탄소나노튜브에 종래보다 얇은 두께, 20nm 미만의 두께를 갖는 균일한 보호층을 형성함으로써 탄소나노튜브 자체의 낮은 개시 저압과 대전류에 대한 안정성을 유지시키면서 잔류 가스로 인한 부작용의 방지는 물론 전계방출원으로서의 안정성과 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors formed a uniform protective layer having a thinner thickness and a thickness of less than 20 nm in the carbon nanotubes by using an atomic layer deposition method different from the thin film coating method used in the prior art. The present invention was found to be able to significantly improve the stability and lifespan as an electric field emission source as well as preventing side effects due to residual gas while maintaining stability against overcurrent.

본 발명의 목적은 원자층 증착법을 이용하여 형성된 얇고 균일한 두께의 보호층을 가짐으로써 전계방출 효과가 증가된 전계방출원을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a field emission source having an increased field emission effect by having a thin, uniform thickness protective layer formed using atomic layer deposition.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서는 원자층 증착법을 이용하여 형성된 20nm 미만의 두께의 보호층을 갖는 전계방출원을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a field emission source having a protective layer having a thickness of less than 20nm formed by using an atomic layer deposition method.

또한, 본 발명에서는 상기 전계방출원을 구비한 전계방출소자 또는 전계방출디스플레이를 제공한다.In addition, the present invention provides a field emission device or a field emission display having the field emission source.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 막 형성에 필요한 원소를 한번에 한가지씩 증발 또는 가스분해시켜 한층씩 박막을 형성하는 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)을 이용하여 형성된 얇고 균일한 보호층을 갖는 전계방출원에 관한 것이다. The present invention relates to a field emission source having a thin and uniform protective layer formed by atomic layer deposition (ALD), which forms a thin film one by one by evaporating or gas-decomposing one element at a time.

본 발명에 따른 보호층 형성 방법이 적용될 수 있는 전계방출원으로는 탄소나노튜브, 플러렌, 탄소 나노혼, 탄소 필름 등의 탄소 나노구조체 및 질화갈륨(gallium nitride), 탄화규소(silicon carbide), 규소(silicon), 금, 은, 철, 니켈, 코발트 등의 나노와이어가 포함된다.Field emission sources to which the method for forming a protective layer according to the present invention can be applied include carbon nanostructures such as carbon nanotubes, fullerenes, carbon nanohorns, carbon films, gallium nitride, silicon carbide, and silicon. (silicon), gold, silver, iron, nickel, cobalt and other nanowires are included.

본 발명에서 이용하는 원자층 증착법은 매우 얇으면서도 기판의 면적 및 증착 대상의 요철에 관계없이 균일한 두께의 막을 형성할 수 있기 때문에 단차 피복성이 매우 좋고 형성된 막에 핀홀이 없어 치밀한 막의 형성이 가능하며, 증착은 통상의 방법에 따라, 예를 들어 원자층 증착장치에 탄소나노튜브가 성장된 실리콘 기판을 설치하고 보호막의 원료를 공급한 후 원자층 증착장치를 일정한 사이클로 작동시킴으로써 이루어진다.Since the atomic layer deposition method used in the present invention is very thin and can form a film having a uniform thickness irrespective of the area of the substrate and the unevenness of the target to be deposited, the step coverage is very good and there is no pinhole in the formed film. The deposition is performed according to a conventional method, for example, by installing a silicon substrate on which carbon nanotubes are grown in an atomic layer deposition apparatus, supplying a protective film, and then operating the atomic layer deposition apparatus in a constant cycle.

본 발명에 따라 전계방출원에 코팅될 수 있는 보호층의 재질로는 순금속(예컨대, Ag, Fe, Cu, Ni, Mg, W, Si, Al 등), 금속들의 합금(예컨대, FeWX, AlWX, FeMoX, NiSiX, CoSiX 등), 질화물(예컨대, 보론니트라이드, 보론카본니트라이드, 갈륨 니트라이드, 알루미늄 니트라이드 등), 탄소계 물질(예컨대, 다이아몬드, 다이아몬드 유사물질, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드 등) 및 금속산화물(예컨대, 해프늄 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드 등)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 포함된다.The material of the protective layer which can be coated on the field emission source according to the present invention is a pure metal (eg, Ag, Fe, Cu, Ni, Mg, W, Si, Al, etc.), an alloy of metals (eg FeW X , AlW X , FeMo X , NiSi X , CoSi X, etc.), nitrides (e.g. boron nitride, boron carbon nitride, gallium nitride, aluminum nitride, etc.), carbonaceous materials (e.g. diamond, diamond-like material, tungsten carbide , Titanium carbide, and the like) and metal oxides (eg, hafnium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, aluminum oxide, and the like).

상기 보호층은 전계방출원의 말단이나 벽면에 모두 형성될 수 있으며, 벽면에 형성된 보호층은 말단 보호층의 분리를 방지하며 결함 부위가 잔류 가스와 반응하는 것을 막아주는 역할을 한다.The protective layer may be formed at both the end or the wall surface of the field emission source, the protective layer formed on the wall prevents the separation of the terminal protective layer and serves to prevent the defect site reacts with the residual gas.

본 발명에 따라 원자층 증착법을 이용하여 보호층을 형성하는 경우 전계방출원, 예컨대 팁과 부착면과의 단차가 수십 ㎛에 이르는 탄소 나노구조체 어레이에 20nm 미만, 바람직하게는 1 내지 10nm 두께의 균일한 보호층 형성이 가능하며, 이에 따라 탄노 나노구조체의 전계방출특성, 수명 및 안정성을 향상시킬 수 있다.When forming the protective layer using the atomic layer deposition method according to the present invention, a uniform thickness of less than 20 nm, preferably 1 to 10 nm, in an array of carbon nanostructures having a step difference between a field emission source, such as a tip, and an attachment surface of several tens of micrometers. It is possible to form a protective layer, thereby improving the field emission characteristics, lifetime and stability of the tanno nanostructures.

이하에서는 본 발명을 실시예들에 의거하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 단, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 국한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments. However, the scope of the present invention is not limited to the following Examples.

실시예 1Example 1

20㎛ 길이의 다층벽 탄소나노튜브가 수직 성장된 실리콘 기판을 원자층 증착 장치에 설치한 후, 원자층 증착 장치를 300분 동안 100회의 사이클로 작동시켜 탄소나노튜브를 HfO2로 코팅시켰다.After mounting a silicon substrate on which a 20 μm-long multi-walled carbon nanotube was vertically grown in an atomic layer deposition apparatus, the atomic layer deposition apparatus was operated in 100 cycles for 300 minutes to coat the carbon nanotubes with HfO 2 .

증착이 완료된 후 탄소나노튜브에 코팅된 두께를 투과전자현미경으로 측정한 결과, 도 1a 및 1b에 나타난 바와 같이, 탄소나노튜브 말단에 형성된 HfO2 코팅막의 두께는 약 4nm 였으며, 탄소나노튜브의 중간 부분에 형성된 HfO2 코팅막의 두께는 약 7nm 였다. 즉, 탄소나노튜브에 10nm 미만의 보호층이 형성된 것으로, 이러한 얇은 보호층은 기존의 두꺼운 보호막과는 달리 탄소나노튜브 자체의 전계방출특성에 변화를 주지 않는다.After the deposition was completed, the thickness of the coated carbon nanotubes was measured by transmission electron microscopy. As shown in FIGS. 1A and 1B, the thickness of the HfO 2 coated film formed at the ends of the carbon nanotubes was about 4 nm. The thickness of the HfO 2 coating film formed in the portion was about 7 nm. That is, less than 10nm protective layer is formed on the carbon nanotubes, the thin protective layer, unlike the conventional thick protective film does not change the field emission characteristics of the carbon nanotubes themselves.

비교예 1Comparative Example 1

20㎛ 길이의 다층벽 탄소나노튜브가 수직 성장된 실리콘 기판을 전자빔 증착 장치의 상단에 설치한 후, 하단의 MgO 타겟을 전자빔으로 가열하여 탄소나노튜브에 60분 동안 증착시켰다. After the silicon substrate on which the 20-micrometer-long multi-walled carbon nanotubes were vertically grown was installed on the top of the electron beam deposition apparatus, the MgO target at the bottom was heated with an electron beam and deposited on the carbon nanotubes for 60 minutes.

증착이 완료된 후, 탄소나노튜브에 코팅된 두께를 투과전자현미경으로 측정한 결과, 도 1c에 나타난 바와 같이, 탄소나노튜브 말단에 형성된 MgO 코팅막의 두께는 상단과 하단이 불균일하여, 그 두께가 20 내지 80nm 정도였으며, 코팅된 탄소나노튜브의 직경은 70 내지 200nm 였다.After the deposition was completed, the thickness of the carbon nanotubes was measured by transmission electron microscopy. As shown in FIG. 1C, the thickness of the MgO coating film formed at the ends of the carbon nanotubes was uneven at the top and the bottom thereof. To about 80 nm, and the diameter of the coated carbon nanotubes was 70 to 200 nm.

한편, 도 1d에는 실시예 1 및 비교예 1 에 따라 보호층이 형성된 탄소나노튜브를 개략적으로 도시하였다. 도 1d로부터 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 원자층 증착법에 의한 코팅은 균일하게 이루어져 팁을 감싸기 위한 두꺼운 막이 필요없는 반면, 비교예 1에 따른 전자빔 증착법에 의한 코팅은 균일성이 좋지 않아 팁을 감싸기 위한 두꺼운 막이 필요하다. 전자빔 증착법으로 원자층 증착법과 같이 탄소나노튜브의 말단 부분에 약 4nm의 코팅막을 형성하는 경우 균일한 막을 기대할 수 없으며, 상당 부분이 잔류 가스에 노출된다.Meanwhile, FIG. 1D schematically illustrates carbon nanotubes having a protective layer according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG. As can be seen from FIG. 1D, the coating by the atomic layer deposition method according to Example 1 is uniform and does not require a thick film to cover the tip, whereas the coating by the electron beam deposition method according to Comparative Example 1 is not uniform. A thick film is needed to wrap the tip. When the coating film of about 4 nm is formed on the end portion of the carbon nanotubes as in the atomic layer deposition method by the electron beam deposition method, a uniform film cannot be expected, and a substantial part is exposed to the residual gas.

실험예 1: 보호층이 형성된 탄소나노튜브의 전계방출특성 평가Experimental Example 1: Evaluation of Field Emission Characteristics of Carbon Nanotubes with a Protective Layer

실시예 1 및 비교예 1에 따라 보호층이 형성된 탄소나노튜브를 갖고 있는 실리콘 기판 각각에서, 가장자리에 150㎛의 스페이서를 올리고 그 위에 산화인듐주석(ITO) 및 형광체가 코팅된 평면 유리를 올렸다. 하단의 실리콘 기판에는 음극을, 상단의 유리 기판에는 양극을 실버 페이스트를 사용하여 부착하고 진공 챔버에 넣고 배기시켰다. 진공도가 1x10-6 torr에 이르면 상판과 하판 사이에 전압을 올려 각각의 탄소나노튜브 말단에 전계를 가하며 상판을 통해 나오는 전류량을 측정하였다. 전류값이 일정해지면 고순도의 순수 가스 주입 라인을 열어서 챔버내를 1x10-5 torr로 하여 방출 전류량을 측정하였다.In each of the silicon substrates having the carbon nanotubes having the protective layer formed thereon according to Example 1 and Comparative Example 1, a spacer having a thickness of 150 μm was placed on the edge, and the indium tin oxide (ITO) and the phosphor-coated flat glass were placed thereon. The negative electrode was attached to the lower silicon substrate, and the positive electrode was attached to the upper glass substrate using silver paste, placed in a vacuum chamber, and evacuated. When the degree of vacuum reached 1x10 -6 torr, the voltage was increased between the upper and lower plates, and an electric field was applied to each end of each carbon nanotube, and the amount of current flowing through the upper plate was measured. When the current value was constant, a high purity pure gas injection line was opened and the discharge current amount was measured in the chamber as 1 × 10 −5 torr.

도 2a에는 실시예 1에 따라 원자층 증착법으로 보호층이 형성된 탄소나노튜브 및 보호층을 갖지 않는 탄소나노튜브의 전계방출특성을 나타내었다. 2가지 탄소나노튜브 모두 1.3V/μm의 낮은 개시전압 및 거의 근사한 진공 상태에서의 방출 전류량을 나타냈다. 즉, 본 발명에 따라 얇은 보호층을 갖는 탄소나노튜브는 전계방출원으로서 뛰어난 탄소나노튜브 자체의 특징인 낮은 개시전압 및 우수한 전계방출특성을 나타냈다.2A shows the field emission characteristics of carbon nanotubes having a protective layer and carbon nanotubes having no protective layer by atomic layer deposition according to Example 1; Both carbon nanotubes showed a low onset voltage of 1.3 V / μm and an amount of discharge current in near vacuum. That is, according to the present invention, carbon nanotubes having a thin protective layer exhibited low starting voltage and excellent field emission characteristics, which are characteristics of carbon nanotubes, which are excellent as field emission sources.

반면에, 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 비교예 1에 따라 전자빔 증착법으로 보호층이 형성된 탄소나노튜브의 개시전압은 3.3 V/㎛로 탄소나노튜브 자체의 개시전압 보다 크게 증가하였으며, 실시예 1의 경우보다 낮은 방출 전류량을 나타내고 있다.On the other hand, as can be seen in Figure 2b, the start voltage of the carbon nanotubes with the protective layer formed by the electron beam deposition method in accordance with Comparative Example 1 was 3.3 V / ㎛ increased significantly than the start voltage of the carbon nanotubes themselves, Example The emission current amount is lower than that in the case of 1.

실험예 2: 보호층이 형성된 탄소나노튜브의 잔류 가스와의 반응성 평가Experimental Example 2: Evaluation of Reactivity with Residual Gas of Carbon Nanotubes with a Protective Layer

보호층이 없는 탄소나노튜브 및 실시예 1에 따라 원자층 증착법으로 보호층이 형성된 탄소나노튜브 각각이 산소에 노출되었을 때의 전류 방출량 변화를 측정하였다. 이때, 진공 챔버내의 압력이 1x10-6 torr에 이르렀을 때 산소를 주입하여 압력을 1x10-5 torr로 상승시킨 후 산소를 제거하여 초기의 진공 상태로 만들었다. 각각의 탄소나노튜브에 대해서 측정된 결과를 도 3a 및 3b에 나타내었다.The carbon nanotubes without the protective layer and the carbon nanotubes in which the protective layer was formed by the atomic layer deposition method according to Example 1 were measured for changes in the amount of current emission when exposed to oxygen. At this time, when the pressure in the vacuum chamber reached 1x10 -6 torr, oxygen was injected to raise the pressure to 1x10 -5 torr, and oxygen was removed to make an initial vacuum state. The results measured for the respective carbon nanotubes are shown in FIGS. 3A and 3B.

도 3a는 보호층이 없는 탄소나노튜브에 대한 전류 방출량을 나타낸 것으로, 산소 주입후 초기 방출 전류량은 전계방출 전자와 산소의 많은 충돌에 의해 크기 감소하였으며, 시간의 경과에 따른 방출량도 점점 감소하였는데 그 이유는 산소와 탄소의 반응에 의해 탄소나노튜브의 길이가 점점 줄어들기 때문이다. 이러한 경우, 특히 탄소나노튜브 말단의 산화가 모두 이루어져 산소 가스를 제거하여도 방출 전류량이 회복되지 않았다.Figure 3a shows the current emission amount for the carbon nanotubes without a protective layer, the initial emission current after oxygen injection was reduced in size due to a large collision of the field emission electrons and oxygen, the emission amount gradually decreased over time This is because the length of carbon nanotubes is gradually reduced by the reaction of oxygen and carbon. In this case, in particular, all the oxidation of the carbon nanotube ends is made and the amount of emitted current does not recover even when oxygen gas is removed.

한편, 도 3b에 도시된 실시예 1에 따라 원자층 증착법으로 보호층이 형성된 탄소나노튜브의 경우에는 산소 주입후 초기 방출 전류량은 도 3a에서와 같이 산소의 전자 차폐 효과에 의해 감소하였으나, 산소를 제거한 후 원래의 진공 상태가 되었을 때는 방출 전류량이 상당히 회복되었다. 즉, 본 발명에 따른 보호층은 탄소나노튜브 말단에서 산소와 같은 잔류 가스에 대한 영향을 감소시킴을 확인할 수 있다. Meanwhile, in the case of carbon nanotubes in which a protective layer is formed by atomic layer deposition according to Example 1 shown in FIG. 3B, the initial emission current after oxygen injection is reduced by the electron shielding effect of oxygen as in FIG. After removal, when the original vacuum was reached, the amount of discharge current was significantly recovered. That is, the protective layer according to the present invention can be seen to reduce the effect on the residual gas, such as oxygen at the end of the carbon nanotubes.

본 발명에 따라 원자층 증착법으로 탄소나노튜브에 얇고 균일한 보호층을 형성하게 되면, 탄소나노튜브 자체의 낮은 개시 전압 및 우수한 전계방출특성을 유지하면서 잔류 가스에 의한 손상을 감소시켜 전계방출원으로서의 수명 및 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, when a thin and uniform protective layer is formed on the carbon nanotubes by the atomic layer deposition method, it is possible to reduce the damage caused by the residual gas while maintaining the low starting voltage and the excellent field emission characteristics of the carbon nanotubes. It can greatly improve the service life and stability.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시예 1에 따라 원자층 증착법에 의해 HfO2 코팅된 탄소나노튜브의 말단 및 벽면에 대한 투과전자현미경(TEM) 사진이고,1A and 1B are transmission electron microscope (TEM) photographs of ends and walls of HfO 2 coated carbon nanotubes by atomic layer deposition according to Example 1 of the present invention, respectively.

도 1c는 종래의 전자빔 증착법에 의해 MgO 코팅된 탄소나노튜브에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이고,1c is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a MgO-coated carbon nanotube by a conventional electron beam deposition method,

도 1d는 원자층 증착법 및 전자빔 증착법에 의해 보호층이 형성된 탄소나노튜브를 개략적으로 나타낸 것이고, 1D schematically illustrates carbon nanotubes having a protective layer formed by atomic layer deposition and electron beam deposition;

도 2a는 보호층이 없는 탄소나노튜브와 HfO2 코팅된 탄소나노튜브의 전계방출특성을 비교한 그래프이고,Figure 2a is a graph comparing the field emission characteristics of the carbon nanotubes and HfO 2 coated carbon nanotubes without a protective layer,

도 2b는 전자빔 증착법에 의해 MgO 코팅된 탄소나노튜브의 전계방출특성을 나타낸 그래프이며, 2b is a graph showing field emission characteristics of MgO-coated carbon nanotubes by electron beam deposition;

도 3a 및 3b는 각각 보호층이 없는 탄소나노튜브 및 HfO2 코팅된 탄소나노튜브의 전계방출 말단이 산소에 노출됐을 때의 전류 방출량 변화를 나타낸 그래프이다.3A and 3B are graphs showing changes in the amount of current emission when the field emission ends of the carbon nanotubes and the HfO 2 coated carbon nanotubes without the protective layer are exposed to oxygen, respectively.

Claims (7)

원자층 증착법을 이용하여 형성된 20nm 미만의 두께의 보호층을 갖는 전계방출원.A field emission source having a protective layer of less than 20 nm thick formed using atomic layer deposition. 제 1항에 있어서, 전계방출원이 탄소 나노구조체 또는 나노와이어인 것을 특징으로 하는 전계방출원.The field emission source of claim 1, wherein the field emission source is a carbon nanostructure or nanowire. 제 2항에 있어서, 탄소 나노구조체가 탄소나노튜브, 플러렌, 탄소 나노혼 또는 탄소 필름인 것을 특징으로 하는 전계방출원.The field emission source of claim 2, wherein the carbon nanostructures are carbon nanotubes, fullerenes, carbon nanohorns, or carbon films. 제 1항에 있어서, 보호층이 순금속, 금속들의 합금, 질화물, 탄소계 물질 및 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 된 것임을 특징으로 하는 전계방출원.The field emission source of claim 1, wherein the protective layer is made of at least one material selected from the group consisting of pure metals, alloys of metals, nitrides, carbonaceous materials and metal oxides. 제 1항에 있어서, 보호층의 두께가 1 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 전계방출원.The field emission source of claim 1, wherein the protective layer has a thickness of 1 to 10 nm. 제 3항에 있어서, 탄소나노튜브가 3.3 V/㎛ 미만의 개시전압을 갖는 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 전계방출원.4. The field emission source of claim 3, wherein the carbon nanotubes are carbon nanotubes having an onset voltage of less than 3.3 V / µm. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 전계방출원을 구비한 전계방출소자 또는 전계방출디스플레이.A field emission device or field emission display having a field emission source according to any one of claims 1 to 6.
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CN114428180A (en) * 2022-01-17 2022-05-03 中国科学院物理研究所 Preparation method of STEM sample of two-dimensional nano material

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