KR20060136358A

KR20060136358A - 전계전자 방출특성에 유리한 자기조형적 표면형상을 가지는ｓｐ3 결합성 질화붕소박막과 그 제조방법 및 그 용도

Info

Publication number: KR20060136358A
Application number: KR1020067004101A
Authority: KR
Inventors: 쇼지로 고마츠; 유스케 모리요시; 요시키 시미즈; 가츠유키 오카다
Original assignee: 도쿠리츠교세이호징 붓시쯔 자이료 겐큐키코
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2007-01-02

Abstract

높은 내(耐)전계강도를 가지고, 큰 전류밀도로 전자를 방출하는, 재료열화가 없는 전계전자(電界電子) 방출성에 있어서 뛰어난 재료를 제공한다.

그 해결수단은, 붕소원(源) 및 질소원(源)을 포함하는 반응가스를 도입하고, 반응공간 내의 기판온도를 실온(室溫)∼1300℃의 범위로 조정하여, 플라스마를 발생하여, 혹은 발생하지 않게 하고서, 기판 상에 자외광을 조사하여, 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서 기판 상에, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이 자기조형(自己造形)적으로 형성된, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막(膜)체를 생성시킴으로써 해결한다.

Description

전계전자 방출특성에 유리한 자기조형적 표면형상을 가지는 ｓｐ3 결합성 질화붕소박막과 그 제조방법 및 그 용도{sp3 bonding boron nitride thin film having self-forming surface shape being advantageous in exhibiting property of emitting electric field electrons, method for preparation thereof and use thereof}

본 발명은, 일반식 BN으로 나타나고, sp³ 결합을 가지는 질화붕소에 의해서 형성되고, 전계전자(電界電子) 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상을 가지고 있는 질화붕소막(膜)체와 그 제조방법 및 그 용도에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 본 발명은, 전계방출 전자원(源)을 이용한 램프형 광원 디바이스, 전계발광(Field Emission)형 디스플레이 등의 분야에 응용되는 목적ㆍ용도를 가지는, 파격적인 전계전자 방출특성(전류밀도가 종래비 1000배 이상)을 가지는 상기 특유의 구성을 하여 이루어지는 신규(新規) 박막재료와 그 제조방법 및 그 용도에 관한 것이다.

근년에, 전자방출재료에 관련된 기술분야에 있어서는, 각종 전자방출재료가 제안되고 있다. 높은 내(耐)전압강도, 큰 전류밀도를 가지는 것이 요구되고 있다. 그와 같은 조건을 만족시키는 재료의 하나로 근년 주목받고 있는, 카본나노튜브를 들 수 있는데, 이 재료를 이용하여 전자방출재료를 설계함에 있어서는, 더욱이 전자방출성을 높이고, 전류밀도를 향상하는 고안이 필요하다.

이를 위하여, 나노튜브를 패턴화하여 박막 성장시키거나, 프린트 전사기술을 이용하여, 전자방출성에 적합한 형상으로 에칭하거나 하는 등의 가공을 실시하거나 하는 것이 이루어지고 있다.

그러나, 이와 같은 노력을 요하는 곤란한 가공을 시행하여도, 그 결과 얻어지는 성능은, 전류밀도가 겨우 ㎃/㎠ 오더에 머물러 있음에 지나지 않는 것이었다. 게다가 사용 전계강도에는 한계가 있어서, 이를 넘는 지점에서는, 재료의 열화, 박락(剝落; 벗겨져 떨어짐)이 생겨서, 고전압, 장시간에 걸친 사용에는 견딜 수 없는 것이었다.

본 발명은, 이와 같은 현상을 감안하여, 또한 금후 이 종류의 전계전자 방출기술이 금후, 더욱더 번창하게 될 것이므로 이에 부응하고자 하는 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 높은 내(耐)전계강도를 가지고, 장시간 사용하여 전자를 큰 전류밀도로 안정되게 방출할 수 있으며, 게다가 재료의 열화, 손상이 없는 안정된 높은 전계전자방출을 가능하게 하는 신규의 재료를 제공하는 것에 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

이를 위해서, 본 발명자들은, 내열, 내마모성 재료로서 사용되고, 또한 최근에는 신규의 창생(創生)재료로서 주목을 받고 있는 질화붕소에 대하여 주목하고, 이 재료에 근거하여 전자방출재료를 설계하기 위해서 예의 연구한 결과, 특정 조건 하에서 제작한 질화붕소 중에는, 이를 막(膜) 형상으로 생성한 경우, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상을 나타내게 되는 것이 생성되고, 강한 내(耐)전계강도를 가지는 것을 발견하였다.

즉, 질화붕소를 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서 기판 상에 생성 퇴적하는 경우, 기판 근방에 에너지가 높은 자외광을 조사하면 기판 상에 질화붕소가 막 형상으로 형성되며, 또한 막 표면 상에는, 선단이 뾰족한 상태를 띤 형상의 질화붕소가 적절하게 간격을 두고 광(光)방향으로 자기(自己)조직(組織)적으로 생성, 성장하는 것, 그리고 그 얻어지게 되는 막은, 이것에 전계를 가하면 용이하게 전자를 방출하고, 게다가 지금까지의 이 종류의 재료에서 생각하면, 파격적이라고 해도 좋을 큰 전류밀도를 유지하면서, 재료의 열화, 손상, 탈락(脫落)이 없는 지극히 안정된 상태, 성능을 유지할 수 있는, 매우 뛰어난 전자방출 재료인 것을 확인, 알게 된 것이다.

본 발명은, 이 발견에 근거하여 이루어진 것으로서, 이하 ⑴∼⑾에 기재한 기술적 구성을 강구함으로써, 지금까지 없는 신규의 물리적 표면상태를 가지고, 이로써 전자방출 성능에 있어서 뛰어난 성질ㆍ용도를 가진 질화붕소막(膜)과 그를 위한 제조방법을 제공하고, 또한, 그 특유의 성질을 이용한 새로운 용도개발에 성공한 것이다.

즉, 그 강구하여 이루어지는 기술적 구성은, 이하 ⑴∼⑾에 기재한 요건사항에 근거하여 이루어지는 것이다.

⑴ 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이 기상(氣相)반응에 의하여 자기조형(自己造形)적으로 형성되어 이루어지는, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막(膜)체.

⑵ 이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이, 선단이 뾰족한 상태를 띤 형상인, 상기 ⑴항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.

⑶ 이 선단이 뾰족한 상태를 띤 형상이, 전계전자 방출특성에 적합한 간격, 밀도로 분포하고 있는, 상기 ⑴ 또는 ⑵항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.

⑷ 이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체가 5H형 또는 6H형 등의 다형(多形) 질화붕소를 포함하고 있는, 상기 ⑴ 내지 ⑶ 중 어느 1항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.

⑸ 이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체가 자외광에 의해서 여기(勵起)되는 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서 기판 상에 생성하여 얻어지는, 상기 ⑴ 내지 ⑷ 중 어느 1항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.

⑹ 반응용기 속에, 0.001∼760 Torr의 압력으로 조정하여 붕소원(源) 및 질소원(源)을 포함하는 반응가스를 도입하여, 반응공간 내의 기판온도를 실온(室溫)∼1300℃의 범위로 조정하여, 플라스마를 발생하여, 혹은 발생하지 않게 하고서, 기판 상에 자외광을 조사하여, 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서 기판 상에, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이 자기조형(自己造形)적으로 형성되게 되는, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체를 생성한 것을 특징으로 하는, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.

⑺ 이 반응가스가 희(希)가스, 또는 수소가스 단독 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 희석가스에 의해서 희석되고, 그 비율이, 희석가스 100에 대하여 반응가스가 0.0001∼100 체적％인, 상기 ⑹에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.

⑻ 이 반응가스가, 디보란(diborane)을 붕소원, 암모니아를 질소원으로 하여 조제되어 있는, 상기 ⑹ 또는 ⑺항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.

⑼ 이 자외광이 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 상기 ⑹에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.

⑽ 이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상을 가지게 되는 sp³ 결합성 질화붕소막체가 5H형 또는 6H형 등 다형(多形) 질화붕소를 주로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 상기 ⑹ 내지 ⑼ 중 어느 1항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.

⑾ 전자방출재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 상기 ⑴ 내지 ⑷ 중 어느 1항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상을 가지게 되는 sp³ 결합성 질화붕소막체.

＜발명의 효과＞

본 발명에 의해서 제공된 선단이 뾰족한 형상을 가지는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체는,

⑴ 전계전자 방출 역치가 낮다,

⑵ 전류밀도가 높다,

⑶ 전계전자 방출수명이 길다,

등의 특징을 가지며, 전계전자 방출재료로서는, 종래 수준을 상회하고 있다. 그 중에서도 특히 ⑵ 및 ⑶에 있어서 두드러지게 뛰어난 특성(종래의 1000배 이상의 전류밀도와 BN에 특유한 극히 뛰어난 구조적 강도ㆍ내구성)을 가지므로, 램프형 광원 디바이스, 전계발광형 디스플레이 등에 획기적인 기술적 비약 전진(breakthrough)을 가져오는 것이 예측되며, 그 의의는 매우 크다.

도 1은, 본 발명의 반응장치의 개략도와 개요를 나타낸 도면.

도 2는, 실시예 1에서 제작한 박막에 있어서의 전계전자 방출에 적합한 표면형상의 자기조형(自己造形)적 형성을 확인한 주사(走査)형 전자현미경 상(像)을 나타낸 도면.

도 3은, 실시예 1에서 제작한 박막을 더욱 고배율로 촬영한 주사형 전자현미경 상(像)을 나타낸 도면.

도 4는, 실시예 1에서 제작한 박막에 있어서의 전계전자 방출특성을 나타낸 도면.

도 5는, 실시예 1에서 제작한 박막에 있어서의 전계전자 방출전류의 시간적 안정성을 나타낸 도면.

도 6은, 비교예에서 제작된 자외광 조사(照射)가 이루어지지 않는 박막의 전계전자 방출특성을 나타낸 도면.

도 7은, 비교예에서 제작된 자외광 조사가 이루어지지 않는 박막의 전계전자 방출실험에서 재료파괴가 발생한 것을 나타낸 주사형 전자현미경 상(像).

도 8은, 실시예 2에서 제작한 박막에 있어서의 전계전자 방출에 적합한 표면형상의 자기조형(自己造形)적 형성을 확인한 주사형 전자현미경 상(傷).

도 9는, 실시예 2에서 제작한 박막에 있어서의 전계전자 방출특성을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 반응용기(반응로)

2 : 가스도입구

3 : 가스유출구

4 : 질화붕소 석출기판

5 : 광학창(光學窓)

6 : 엑시머 자외(紫外) 레이저장치

7 : 플라스마 토치

이하, 본 발명의 실시형태를 도면 혹은 실시예에 근거하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 발명의 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체를 얻는 기상(氣相)반응을 실시함에 사용되는 반응장치를 나타낸다. 도 1에 있어서, 반응장치(1)는, 반응가스 및 그 희석가스를 도입하기 위한 가스도입구(2)와, 도입된 반응가스 등을 용기 밖으로 배기(排氣)하기 위한 가스유출구(3)를 구비하고, 진공펌프에 접속되며, 대기압 이하로 감압 유지되어 있다. 용기 내의 가스의 유로(流路)에는 질화붕소 석출기판(4)이 설정되고, 그 기판에 면한 반응용기 벽체(壁體)의 일부에는 광학창(5)이 장착되고, 이 창을 통하여 기판에 자외광이 조사되도록, 엑시머 자외광 레이저장치(6)가 설정되어 있다.

반응장치에 도입된 반응가스는, 기판표면에 있어서 조사되는 자외광에 의해서 여기(勵起)되어, 반응가스 중의 질소원과 붕소원이 기상(氣相)반응하여, 기판 상에, 일반식 ; BN으로 나타나고, 5H형 또는 6H형 다형(多形)구조를 가지고서 이루 어지는 sp³ 결합형 질화붕소가 생성하고, 석출하여, 막(膜) 형상으로 성장한다.

그 경우의 반응장치 내의 압력은, 0.001∼760 Torr의 넓은 범위에 있어서 실시 가능하고, 또한, 반응공간에 배치된 기판의 온도는, 실온(室溫)∼1300℃의 넓은 범위에서 실시 가능하다는 것이 실험의 결과 분명하게 되었지만, 목적으로 하는 반응생성물을 고(高)순도로 얻기 위해서는, 압력은 낮고, 높은 온도로 실시하는 편이 바람직하다.

다만, 기판표면 내지 그 근방 공간영역에 대해서 자외광을 조사하여 여기(勵起)할 때, 플라스마를 더불어 조사하는 태양(態樣)도 하나의 실시태양이다. 도 1에 있어서, 플라스마 토치(7)는, 이 태양을 나타낸 것으로서, 반응가스 및 플라스마가 기판을 향하여 조사되도록, 반응가스 도입구와, 플라스마 토치가 기판을 향하여 일체로 설정되어 있다.

이 발명의 질화붕소박막은, 상기 반응장치를 이용하여 실시되는데, 이하에 더욱 도면 및 구체적인 실시예에 근거하여 설명한다. 다만, 이들의 실시예는, 어디까지나 본 발명을 용이하게 이해하기 위한 일조(一助)로서 개시하는 것으로서, 이것에 의해서 본 발명은 한정되는 것은 아니다.

즉, 본 발명의 목표로 하는 바는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이 기상(氣相)반응에 의해서 자기조형(自己造形)적으로 형성되어 이루어지는, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체와 그 제조방법을 제공하고, 또한, 전자방출 재료로서의 용도발명을 제공하는 것이며, 그 목적이 달성하는 조건은 일의적(一義的)으로 규정할 수 있는 것은 아니며, 적절하게 변경할 수 있다. 본 발명은, 이 태양을 포함하는 것이다.

실시예 1 ;

아르곤 유량(流量) 2SLM, 수소 유량 50sccm의 혼합 희석가스 흐름 속에 디보란 유량 10sccm 및, 암모니아 유량 20sccm을 도입하고, 동시에 펌프에 의해서 배기함으로써 압력 30 Torr로 유지한 분위기 속에서, 가열에 의해서 800℃로 유지한 실리콘 기판 상에, 엑시머 레이저 자외광을 조사하였다(도 1 참조). 60분의 합성시간에 의해서, 목적으로 하는 박막을 얻었다. 박막생성물을 X선 회절법에 의해서 동정(同定)한 결과, 이 시료의 결정계는 육방정(六方晶)이며, sp³ 결합에 의한 5H형 다형(多形)구조인 것을 알 수 있었다. 격자상수는, a＝2.52Å, c＝10.5Å이었다.

주사형 전자현미경에 의해서 관찰한 결과를 도 2 및 도 3에 나타낸다. 이들 도면에 의한 관찰결과, 본 발명에서 얻어진 박막에는, 전계 집중이 발생하기 쉬운 선단이 뾰족한 원추 형상의 돌기구조물(수 미크론에서 수십 미크론미터의 길이)로 덮여진 특이한 표면형상이 자기조형(自己造形)적으로 형성되어 있는 것이 분명하게 되었다. 다만, 도 3은, 도 2를 더욱 확대한 SEM 상(像)이다.

이 박막의 전계전자 방출특성을 조사하기 위해서, 지름 1㎜의 원주 형상의 금속전극을 표면으로부터 30㎛ 떨어뜨려 진공 중에서 박막 - 전극 사이에 전압을 인가하여, 전자방출량을 측정하였다.

그 결과, 도 4에 나타낸 특성을 가지고 있는 것이 분명하게 되었다. 즉, 이 도면에 의하면, 본 발명의 질화붕소박막은, 전계강도 15-20(V/㎛)에 있어서, 전류밀도의 증대가 보여지고, 20(V/㎛)에 있어서, 측정용 고압전원의 한계전류값(1.3 A/㎠ 상당)에서 포화(飽和)하고 있는 것이 분명하게 되었다.

다음으로, 이때의 전류값의 시간적 변화를 측정한 결과를 도 5에 나타낸다. 약 900sec(15분) 동안, 전류값에 다소의 요동이 보였지만, 거의 평균적인 전류값이 유지되고, 재료열화에 의한 전류값의 감소는 보이지 않아, 안정된 재료라는 것이 확인되었다.

비교예 1 ;

비교를 위해서, 자외광의 조사 이외에는 실시예 1의 조건과 마찬가지의 조건으로 동시에 제작한 박막에서, 자외광이 조사되지 않은 부분의 전계전자 방출특성을 조사하였다. 그 결과는 도 6에 결과를 나타낸다. 전자방출 개시의 역치 전계강도가 42(V/㎛)가 되어, 자외광 조사된 경우의 동(同) 역치 전계강도(15 V/㎛)에 비하여, 대폭으로 높아져 있는 것이 분명하게 되었다.

또한, 이 비교예 시험 후의 박막시료에는, 도 7의 주사형 현미경이 나타낸 바와 같이, 전계전자 방출에 의한 박막의 손상ㆍ박리가 보였다. 한편, 자외광 조사 하에서 성장한 돌기 형상 표면형상을 나타낸 부분에는, 전계전자 방출실험 후, 이와 같은 손상은 발견되지 않았다.

실시예 2 ;

실시예 1에서 사용한 동일 반응장치를 사용하여, 이 장치에, 아르곤 유량 2SLM, 수소 유량 50sccm의 혼합 희석가스 흐름 속에 디보란 유량 10sccm 및, 암모니아 유량 20sccm을 도입하고, 동시에 펌프에 의해서 배기함으로써 용기 내의 압력을 30 Torr로 유지하고, 이 분위기 압력 하에서, 출력 800w, 주파수 13.56㎒의 RF플라스마를 발생하고, 900℃로 가열한 실리콘기판 상에, 엑시머 레이저 자외광을 60분간 조사하여 질화붕소를 합성하였다(도 1 참조).

그 결과, 박막생성물을 얻었다. 이 생성물을 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 동정(同定)한 결과, 그 생성물은 육방정계에 속하는 결정인 것, sp³ 결합에 의한 5H형 다형(多形)구조를 가지고 있는 것이 분명하게 되었다. 격자상수는, a＝2.5Å, c＝10.4Å이었다.

주사형 전자현미경 상(像)에 의해서 관찰한 결과는 도 8에 나타낸 바와 같았다. 이 도면으로부터, 생성된 박막에는, 전계 집중이 발생하기 쉬운 선단이 뾰족한 원추 형상의 돌기구조물(수 미크론에서 수십 미크론미터의 길이)이 생성하고, 기판표면은, 이 돌기물에 의해서 덮여져 있는 것이 분명하게 되었다. 즉, 이 실시예에 의해서, 특이한 표면형상이 자기조형(自己造形)적으로 형성된 것이 분명하게 되었다.

이 박막의 전계전자 방출특성을 조사하기 위해서, 지름 1㎜의 원주 형상의 금속전극을 표면으로부터 40㎛ 떨어뜨려 진공 중에서 박막 - 전극 사이에 전압을 인가하고, 전자방출량을 측정하였다. 그 결과, 도 9에 나타낸 데이터가 얻어졌다. 즉, 전계강도 18-22(V/㎛)에 있어서, 전류밀도의 증대가 보여지고, 22(V/㎛)에 있어서, 측정용 고압전원의 한계전류값(1.3 A/㎠ 상당)에서 포화(飽和)하고 있는 것이 분명하게 되었다. 이에 따라서, 실시예 1과 마찬가지로, 안정된 재료가 얻어진 것이 확인되었다.

이상의 결과, 본 발명에 의한 특유의 조건에 의한 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상을 가지고 질화붕소박막이 자기조형(自己造形)적으로 형성되는 것이 분명하게 되었다. 그 조건으로서는, 자외광의 조사가 필요하다는 것이 분명하게 되었다. 이것은, 상술하는 실시예와 비교예를 비교하면 양측의 차이는 분명하지만, 이 조건의 차이에 의해서 생성물과 그 특성에 어찌하여 이와 같은 차이가 발생하는 것인지, 현단계에서는 그 이유는 명확하지 않다.

그러나, 반응 메카니즘을 다음과 같이 생각함으로써, 설명을 할 수 있다고 사료된다.

일반적으로, 자기(自己)조직(組織)화에 의한 표면형태의 형성은, 일리야 프리고진(Ilya Prigogine)(노벨상 수상자) 등에 의한 지적에 의하면, 「튜링 구조」로서 파악되고, 전구체(前驅體)물질의 표면확산과 표면화학반응이 경합하는 어떤 종류의 조건에 있어서 출현한다. 본 발명의 경우, 자외광 조사가 그 양자의 광화학적 촉진에 관련되어, 초기핵(核)의 규칙적인 분포에 영향을 미치고 있다고 생각된다.

자외광 조사에 의해서 표면에서의 성장반응이 촉진되지만, 이것은 광강도에 반응속도가 비례하는 것을 의미한다. 초기핵이 반구형(半球形)이라고 가정하면, 정점(頂点) 부근에서는 광강도가 크게 작용하고, 이로써 성장이 촉진되는 것에 반하여, 둘레부분에서는 광강도가 약해져 성장이 늦어진다. 이것이 선단이 뾰족한 표면형성물의 형성요인의 하나라고 생각된다.

여하튼 본 발명에 있어서는, 자외광 조사가 극히 중요한 작용을 이루고 있고, 이것이 중요한 포인트라는 것은 부정할 수 없다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명은, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상, 즉, 선단이 뾰족한 상태를 띤 형상이 자기조형(自己造形)적으로 형성되어 이루어지는 특이한 구성을 가지고서 이루어지는 sp³ 결합성 질화붕소막체를 제공하는 것으로서, 이로써, 전계전자 방출 역치가 낮고, 전류밀도가 높은, 또한, 전자방출 수명이 긴 극히 양호한 전계전자 방출재료로서의 뛰어난 특징을 완전하게 구비하고 있는 이상적인 신규 재료를, 특단의 가공수단, 가공 프로세스에 의하지 않고서 제공하는 것이 가능하게 된 것으로서, 그 의의는 극히 크다.

본 발명에 의해서 제공된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체는, 상술한 바와 같이 각별한 의의를 가지는 것으로서, 그 이용범위, 응용범위는 이하에 열기(列記)하는 바와 같이 극히 다양하고 넓어서, 금후 각종 기술분야에 크게 이용되어, 산업의 발전에 기여할 것이 기대된다.

즉, 본 발명에 의해서 제공된 박막체는, 종래의 전계전자 방출재료에 비하여 1000배 이상의 전류밀도로 전자선을 방출함으로써 초고휘도 또한 고효율의 조명 시스템의 구축, 미소(微少)전자방출 면적에서 충분한 전류값이 얻어지는 것을 이용한 초고정세(超高精細) 디스플레이 등의 실현(휴대전화, 웨어러블 컴퓨터(Wearable Computer) 등에의 응용), 성장시에 있어서의 자외광 조사면만이 전자방출특성에 있어서 뛰어난 것을 이용한, 특유의 전자방출 패턴의 형성, 혹은, 초고휘도 나노 전자원(源)으로서의 이용, 더욱이 또한, 초소형 전자빔원(源), 등등으로의 길을 열고, 그 결과, 조명, 디스플레이를 비롯하여 현대의 일상생활의 구석구석에 두루 미치고 있는 각종 전기기기ㆍ디바이스의 혁신으로 이어지는 것을 생각할 수 있고, 이로 인하여, 그 이용가능성은 극히 넓고, 대체로 인간생활의 모든 범위에 관계하며, 그 기술적, 경제적 효과는 글로벌하며 또한 방대하다.

더욱 서술하면, 본 발명은, 광 조사(照査) 하(下)의 박막의 자기(自己)조직(組織)적 성장현상에 있어서 특유한 형상의 것이 자연스럽게 발현한다고 하는 특유한 현상을 발견해 내고, 또한 이 현상을 이용한 것으로서, 성장박막 자체가 미가공(as grown)인 그대로이더라도, 전계전자 방출특성이 현저한 촉진효과가 있는 표면형태를 가지는 것이고, 게다가, 박막재료 자체의 물리적 특성에 의해서, 큰 전류밀도를 유지하면서, 재료의 방전에 의한 손상이 거의 없고, 상기 목적에 응용되는 경우의 기능의 수명이 반영구적인 것을 고려하면, 이것을 전계전자 방출에 적합한 형상이나 패턴으로 하는 공정을 요하고 있던 지금까지의 수준과 비교하면 그 의의는, 단순히 프로세스의 차이만으로는 되지 않는, 본질적으로 큰 차이에 의한 의의가 인 정된다.

즉, 본 발명에 의해서 표면형상의 자기조형(自己造形) 효과와 재료 자체의 탁월한 물리적 특성의 상승효과에 의해서, 전계전자 방출의 전류밀도가, 정상(定常)적으로 종래의 1000배 이상의 A/㎠ 오더이고, 또한 내구성에 있어서 뛰어난 박막과, 그 제조방법 및 그 용도를 제공한 것은, 현재상태의 기술수준에 비하여 그 벽을 단숨에 뛰어넘은 획기적이라고도 할 수 있는 신규 재료를 제공하는 것이다.

Claims

전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서 자기조형(自己造形)적으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막(膜)체.
청구항 1에 있어서,

이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이, 선단이 뾰족한 상태를 띤 형상인 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

이 선단이 뾰족한 상태를 띤 형상이, 전계전자 방출특성에 적합한 간격, 밀도로 분포하고 있는 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체가 5H형 또 는 6H형 등의 다형(多形) 질화붕소를 주로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체가 자외광에 의해서 여기(勵起)되는 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서 기판 상에 생성하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체.
반응용기 속에, 0.001∼760 Torr의 압력으로 조정하여 붕소원(源) 및 질소원(源)을 포함하는 반응가스를 도입하여, 반응공간 내의 기판온도를 실온(室溫)∼1300℃의 범위로 조정하고, 플라스마를 발생하여, 혹은 발생하지 않게 하고서, 기판 상에 자외광을 조사(照査)하여, 기상(氣相)으로부터의 반응에 의해서 기판 상에, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상이 자기조형(自己造形)적으로 형성되게 되는, 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체를 생성한 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.
청구항 6에 있어서,

이 반응가스가 희(希)가스, 또는 수소가스 단독 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 희석가스에 의해서 희석되고, 그 비율이, 희석가스 100에 대하여 반응가스가 0.0001∼100 체적％인 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

이 반응가스가, 디보란(diborane)을 붕소원(源), 암모니아를 질소원(源)으로 하여 조제되어 있는 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.
청구항 6에 있어서,

이 자외광이 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.
청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,

이 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상을 가지게 되는 sp³ 결합성 질화붕소막체가 5H형 또는 6H형 등 다형(多形) 질화붕소를 주로 포함하고 있는 것 을 특징으로 하는 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 sp³ 결합성 질화붕소막체의 제조방법.
전자방출 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 전계전자 방출특성에 있어서 뛰어난 표면형상을 가지게 되는 sp³ 결합성 질화붕소막체.