KR20060029078A - 전자방출소자의 제조방법 - Google Patents

전자방출소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자방출소자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자방출소자의 제조방법은 기판 상에 제1 전극, 절연층, 및 제 2 전극을 순차적으로 적층하여 형성하는 단계와, 제 1 전극의 일부가 노출되도록 홀을 형성하는 단계와, 홀 내부에서 전자방출영역을 정의하도록 소정의 형상으로 광 차단 금속층을 형성하는 단계와, 광 차단 금속층을 포함한 영역에 전자방출 물질을 도포하는 단계와, 광 차단 금속층을 마스크로 하여 전자방출 물질을 노광하고 현상하는 단계와, 광 차단 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 전자방출소자의 제조방법을 제공한다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명은 전자방출부를 형성하는 공정에서 노광되지 않은 전자방출물질의 잔류물로 인한 전자방출부 및 전극간 전기적 단락을 방지할 수 있다.
전자방출소자, 광 차단 금속층

Description

전자방출소자의 제조방법{METHOD OF FABRICATING ELECTRON EMISSION DEVICE}
도 1a 내지 1c는 종래기술에 의한 전자방출소자의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 2i는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자방출소자의 제조 공정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자방출소자의 제조공정에 의한 전자방출소자를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자방출소자의 제조 공정을 이중 게이트 구조에 적용한 전자방출소자의 단면도이다.
본 발명은 전자방출소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 전자방출물질의 잔류물로 인한 전자방출부 및 전극간 전기적 단락과, 이로 인한 누설전류를 억제할 수 있는 전자방출소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
일반적으로, 전자방출소자는 캐소드전극과 게이트전극 사이에 인가된 전계에 의한 양자 역학적인 터널링 효과(Tunneling effect)에 의해서, 캐소드전극에 전기적으로 접속된 전자방출부로부터 전자를 방출시키는 구조는 가진다. 한편, 전자방출소자(Electron Emission Device)는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자방출소자로는 FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal-Insulator-Metal)형 및 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다. 이와 같은 전자방출소자는, 이를 이용한 전자원, 전자방출 표시장치, 각종 백라이트, 리소그라피용 전자빔 장치, TV 방송용 표시장치, 비디오회의 시스템, 또는 컴퓨터 표시장치 등을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같은 전자방출소자의 제조공정을 나타내는 일예가 한국 공개 특허공보 제2004-0065006호에 개시되어 있으며, 이하에서는 종래 기술에 의한 전자방출소자의 제조공정을 설명한다.
도 1a 내지 1c는 종래 기술에 의한 전자방출소자의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 1a 내지 1c를 참조하면, 순차적으로 적층된 제1 절연층(31)과 제1 게이트전극층(40), 및 제2 절연층(32)과 제2 게이트전극층(60)을 관통하여 형성된 개구부의 내벽, 및 이러한 적층구조 상부에 포토레지스트(PR)를 도포한 후 패터닝하여 기판(11) 상에서 형성된 캐소드전극층(20)의 일부가 노출되도록 한다(1a). 이후, 탄 소나노튜브(CNT;CarbonNano Tube) 페이스트(91)를 스크린 프린팅하여 도포한다. 기판(11)의 후면에서 자외선(UV)를 조사하여 CNT 페이스트(91)를 선택적으로 노광시킨다(1b). 아세톤 등의 현상제를 사용하여 포토레지스트(PR)를 제거하면, 포토레지스트(PR)가 제거되면서 노광되지 않은 CNT 페이스트(91)도 함께 제거되고, 노광된 부위의 CNT 페이스트만 남아 CNT 이미터(90)를 형성하게 된다. 소정의 온도, 예컨대 460 ℃ 정도의 온도에서 소성 공정을 거치게 되면, CNT 이미터(90)는 소성과 동시에 수축하면서 원하는 높이를 가지게 된다(1c). 이로써, 이중 게이트 구조를 가지며 제1 게이트층(40)이 제1 및 2 절연층(31,32) 내부에 형성되는 전자방출소자를 완성한다.
하지만, 상술한 바와 같이 CNT 이미터(90)의 희생층으로 포토레지스트(PR)를 사용하게되면, 자외선(UV)을 완전히 차단하지 못하여서 원하는 패턴의 CNT 이미터(90)를 형성하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 포토레지스트(PR)는 CNT 페이스트와 반응하여 잔존하는 잔류물이 현상제의 의해 완전히 제거되지 않는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 노광시 자외선을 완전히 차단하는 금속층을 사용하여 노광되지 않은 전자방출 물질의 잔류물을 완전히 제거하며, 원하는 패턴의 전자방출부를 형성하는 전자방출소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명은 기판 상에 제1 전극, 절연층, 및 제 2 전극을 순차적으로 적층하여 형성하는 단계와, 상기 제 1 전극의 일부가 노출되도록 홀을 형성하는 단계와, 상기 홀 내부에서 전자방출영역을 정의하도록 소정의 형상으로 광 차단 금속층을 형성하는 단계와, 상기 광 차단 금속층을 포함한 영역에 전자방출 물질을 도포하는 단계와, 상기 광 차단 금속층을 마스크로 하여 상기 전자방출 물질을 노광하고 현상하는 단계와, 상기 광 차단 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 전자방출소자의 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 전자방출소자의 제조방법에서, 상기 광 차단 금속층은 광투과성이 없는 금속으로 이루어진다. 상기 광 차단 금속층은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 재료로 이루어진다. 상기 전자방출 물질은 카본 나노튜브; 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 또는 이들의 조합의 나노튜브; 또는 Si, SiC의 나노 와이어로 이루어진다. 상기 광 차단 금속층 상부에 소정의 형상으로 희생층을 적층하는 단계를 추가적으로 포함한다. 상기 희생층을 제거하는 단계를 추가적으로 포함한다. 상기 전자방출 물질을 소성하여 전자방출부를 형성하는 단계를 추가적으로 포함한다. 상기 절연층 상부에 제2 전극을 형성하는 단계에서(가), 상기 제2 전극 상부에 다른 절연층, 및 제3 전극을 적층하여 형성하는 단계를 추가적으로 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도 2a 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 2i는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자방출소자의 제조 공정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2i를 참조하면, 본 발명은 기판(110) 상에 캐소드전극(120), 절연층(130), 및 캐소드전극(120)과 교차하는 게이트전극(140)을 순차적으로 적층하여 형성하는 단계와, 캐소드전극(120)의 일부가 노출되도록 홀(132)을 형성하는 단계와, 홀(132) 내부에서 전자방출영역을 정의하도록 소정의 형상으로 광 차단 금속층(142)을 형성하는 단계와, 광 차단 금속층(142)을 포함한 영역에 전자방출 물질(150a,150b)을 도포하는 단계와, 광 차단 금속층(142)을 마스크로 하여 전자방출 물질(150a,150b)을 노광하고 현상하는 단계와, 광 차단 금속층(142)의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 전자방출소자(100)의 제조방법을 제공한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 캐소드전극(120)은 기판(110) 상에 소정의 형상으로, 예컨대 스트라이프 상으로 캐소드전극(120)을 형성하는 바, 이는 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상에 의한 식각 마스크의 형성과, 이 식각 마스크를 이용한 라인 패터닝 공정에 의해 형성될 수 있다.
한편, 기판(110)은 통상 사용되는 유리 또는 실리콘 기판이지만, 전자방출부(미도시)로 감광성을 가지는 CNT(Carbon NanoTube) 페이스트를 이용하여 후면 노광공정을 실시하므로 유리 기판과 같은 투명 기판이 바람직하다. 캐소드전극(120)은 데이터 구동부(미도시) 또는 주사 구동부(미도시)로부터 인가되는 각각의 데이터 신호 또는 주사 신호를 각 화소로 공급한다. 여기서, 화소는 캐소드전극(120)과 게이트전극(미도시)이 교차하는 영역으로 정의한다. 캐소드전극(120)은 기판(110)과 동일한 이유로 도전성을 가지는 ITO(Indium Tin Oxide)가 사용된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 절연층(130)을 기판(110)과 캐소드전극(120) 상부에 소정의 두께로 형성한다. 이를 후막 공정에 의해 형성하는 경우에는, 페이스트 상태의 절연 물질을 스크린 프린팅법에 의해 소정의 두께로 도포한 후, 소정의 온도에서 소성하여 형성하며, 이를 박막 공정에 의해 형성하는 경우에는, 화학기상증착법에 의해 절연막을 소정의 두께로 증착하여 형성한다. 여기서, 절연층(130)은 캐소드전극(120)과 게이트전극(미도시)을 전기적으로 절연하여, 캐소드전극(120)과 게이트전극 사이에 누설 전류가 흐르는 것을 방지한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 절연층(130) 상부에 도전성이 있는 금속을 스퍼터링에 의해 소정의 두께로 증착하여 형성한다. 게이트전극(140)은 도전성이 양호하며 패턴형성이 용이한 금속, 예컨대 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 재료로 이루어 진다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상에 의한 식각 마스크를 형성하며 이 식각 마스크를 이용하여, 캐소드전극(120)의 일부가 노출되도록 게이트전극(140)과 절연층(130)을 식각함으로써, 소정의 직경을 가지는 적어도 하나의 홀(132)을 형성한다. 홀(132)은 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)의 교차영역에 형성된다. 이후, 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상에 의한 소정 형상의 식각 마스크를 형성하며 이 식각 마스크를 이용하여, 소정 형상, 예컨대 스트라이프 상으로 게이트전극(140)을 라인 패터닝한다.
여기서, 게이트전극(140)은 절연층(130) 상에 캐소드전극(120)과 실질적으로 교차하는 방향으로 형성되며, 데이터 구동부 또는 주사 구동부로부터 인가되는 각각의 데이터 신호 또는 주사 신호를 각 화소로 공급한다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 2d의 결과물 전면에 금속층을 도포한 후, 전자방출 영역(146)을 정의하도록 금속층을 패터닝하여 캐소드전극(120)의 일부를 노출하는 광차단 금속층(142)을 형성한다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 2e의 결과물 전면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 패터닝하여 희생층(144)을 형성한다. 이와 같이 광차단 금속층(142) 상부에 희생층(144)을 적층한 이중구조의 마스크층으로 구성할 수도 있다. 하지만, 광차 단 금속층(142) 만으로 전자방출물질(미도시)을 노광하기 위한 마스크층으로서 역할을 할 수 있으므로, 포토레지스트로 이루어지는 희생층(144)을 형성하는 공정은 선택적이다. 다시 말해, 전자방출 물질과 희생층(144)의 포토레지스트가 접촉하여 화학적인 반응을 할 가능성이 적은 것이 바람직하므로, 공정의 편의상, 희생층(144) 형성 공정은 생략될 수도 있다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 2e 또는 2f의 결과물 전면에 감광성을 가지는 전자방출 물질(150a,150b)을 스크린 프린팅법에 의해 도포한다. 이후, 기판(110)의 후면에서 광차단 금속층(142)을 마스크로하여 자외선(UV)를 조사함으로써 전자방출 물질(150a,150b)을 선택적으로 노광한다. 여기서, 전자방출 물질(150a,150b)은 자외선에 의해 노광된 부분이 현상액에 용해되지 않는 네거티브 극성을 가진다.
광차단 금속층(142)의 제조 공정에서, 광차단 금속층(142)은 후면 노광을 위한 마스크로 이용되므로, 자외선(UV)이 전혀 투과할 수 없는 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
광차단 금속층(142)의 제조 공정에서, 광차단 금속층(142)으로는 전자방출영역(146)의 패턴 형성이 용이하며, 전자방출 물질(150a,150b)과 화학적인 반응을 하지 않는 금속, 예컨대 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
전자방출 물질은 카본 나노튜브; 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 또는 이들의 조합의 나노튜브; 또는 Si, SiC의 나노 와이어로 이루어지는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는, 감광성 카본 나노튜브가 바람직하다.
도 2h에 도시된 바와 같이, 노광된 전자방출 물질(150a)은 경화되며, 노광의 깊이는 자외선의 노광량에 따라 조절된다. 광차단 금속층(142)은 인산, 불산등의 용액으로 식각되어 제거되며, 희생층(144)과 노광되지 않은 전자방출 물질(150b)은 아세톤 등의 현상액을 사용하여 제거된다.
도 2i에 도시된 바와 같이, 노광된 전자방출 물질을 소정의 온도에서 소성 공정을 실시하여 원하는 높이의 전자방출부(150)를 형성한다.
이와 같이, 예시한 제조 공정을 통해서 전자방출소자(100)를 형성하면, 후면 노광시 자외선을 완전히 차단하는 금속층을 사용하므로 원하는 패턴의 전자방출부를 형성할 수 있으며, 불필요한 잔류물을 완전히 제거하므로 전자방출부와 전극간, 또는 캐소드전극과 게이트전극 사이의 전기적인 단락을 억제할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자방출소자의 제조공정에 의한 전자방출소자를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 광차단 금속층(142)의 적어도 일부만을 인산, 불산 등의 식각액으로 제거한 후, 제거되지 않은 나머지 광차단 금속층(142)을 게이트 보조전 극으로 이용하여 게이트전극(140)의 도전성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 광차단 금속층(142)은 게이트전극(140)을 이루는 금속보다 더 높은 도전성을 가지는 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자방출소자의 제조 공정을 이중 게이트 구조에 적용한 전자방출소자의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 후면노광을 위해 광차단 금속층(142)을 마스크로 이용하는 공정이 절연층(130) 및 게이트전극(140)을 형성한 후, 다른 절연층(135) 및 다른 게이트전극(145)을 적층한 이중 게이트 구조의 전자방출소자에 용이하게 적용가능함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 전자방출소자의 제조방법에 따라 전자방출소자를 구성하면, 전자방출부와 전극들, 또는 게이트전극과 캐소드전극간의 전기적 단락이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 전자방출소자의 제조방법은 노광시 자외선을 완전히 차단하는 금속층을 사용하여 노광되지 않은 전자방출 물질의 잔류물을 완전히 제거하며, 원하는 패턴의 전자방출부를 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 전자방출소자의 제조방법은 게이트전극의 도전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 가) 기판 상에 제1 전극, 절연층, 및 제 2 전극을 순차적으로 적층하여 형성하는 단계와,
    나) 상기 제 1 전극의 일부가 노출되도록 홀을 형성하는 단계와,
    다) 상기 홀 내부에서 전자방출영역을 정의하도록 소정의 형상으로 광 차단 금속층을 형성하는 단계와,
    라) 상기 광 차단 금속층을 포함한 영역에 전자방출 물질을 도포하는 단계와,
    마) 상기 광 차단 금속층을 마스크로 하여 상기 전자방출 물질을 노광하고 현상하는 단계와,
    바) 상기 광 차단 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 전자방출소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 차단 금속층은 광투과성이 없는 금속으로 이루어지는 전자방출소자의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 차단 금속층은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 재료로 이루어지는 전자방출소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자방출 물질은 카본 나노튜브; 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 또는 이들의 조합의 나노튜브; 또는 Si, SiC의 나노 와이어로 이루어지는 전자방출소자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 차단 금속층 상부에 소정의 형상으로 희생층을 적층하는 단계를 추가적으로 포함하는 전자방출소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생층을 제거하는 단계를 추가적으로 포함하는 전자방출소자의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자방출 물질을 소성하여 전자방출부를 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 전자방출소자의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층 상부에 제2 전극을 형성하는 단계에서(가)), 상기 제2 전극 상부에 다른 절연층, 및 제3 전극을 적층하여 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 전자방출소자의 제조방법.
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