KR20170024743A - 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법 - Google Patents

탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법에 관한 것으로, 금속 기판 상부에 탄소나노튜브 필름을 코팅하는 단계; 상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 금속 패턴이 형성된 탄소나노튜브 필름을 접착 테이프로 테이핑하여, 상기 금속 패턴이 형성되지 않은 영역의 탄소나노튜브 필름은 제거하고, 상기 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역의 탄소나노튜브 필름은 상기 금속 기판에 대해서 상방으로 돌출시키는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 에미터를 형성함에 있어서 탄소나노튜브 페이스트를 별도로 생성할 필요가 없기 때문에 전계방출소자의 제작방법이 간단하고 편리하게 이루어질 수 있게 된다.

Description

탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법{METHOD FOR MANUFACTURING FIELD EMISSION DEVICE BY USING CARBON NANOTUBES}
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 필름의 상부에 금속 패턴을 형성한 뒤, 상기 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역에 대응하는 탄소나노튜브 필름을 돌출시켜 전계방출소자를 제작하는 방법에 관한 것이다.
전계방출소자는 전자가 진공 중에서 전계방출되는 원리를 이용한 소자로서, 그 전계방출의 방식에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 이 중 냉음극을 이용하는 방식의 전계방출소자는 일함수가 낮거나 전계강화효과 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용하며, 그 전자 방출원으로는 실리콘(Si)이나 몰리브덴(Mo) 등을 끝부분이 뾰족한 형태로 제작하여 사용하거나, 그라파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon), 탄소나노튜브(CNT; carbon nanotube)와 같은 카본 계열의 물질을 사용할 수 있다.
냉음극 방식의 전계방출소자는 일반적으로 기판, 상기 기판의 상부에 구비되는 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극의 상부에 구비되는 에미터를 포함하여 이루어지며, 그 전계방출소자의 전면에는 전면기판, 상기 전면기판의 하부에 구비되는 애노드 전극 및 상기 애노드 전극의 하부에 구비되는 자외선 형광체(또는, 특정 금속 타겟)가 배치되어, 상기 전계방출소자와 더불어 자외선 램프(또는, X-ray 튜브)를 구성할 수 있다.
전자 방출원으로 사용되는 카본계열의 물질 중에서 특히 탄소나노튜브(CNT; carbon nanotube)는 기계적으로 쉽게 변형되지 않으며, 화학적 안정성 및 음의 전자 친화도(NEA; negative electron affinity)가 크기 때문에, 전계방출소자 제작 시에는 이를 이용하여 에미터(즉, 탄소나노튜브 에미터)를 제작하는 것이 일반적인 추세이다.
탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법으로서, 우선 게이트 홀 안에 탄소나노튜브 에미터를 직접 성장(direct growth)시키는 방법이 있는데, 이러한 방법은 게이트 홀 안에 탄소나노튜브 에미터를 균일하게 형성시키기가 매우 어렵고 재현성도 떨어지는 문제점이 있다.
이에 따라 상기 직접 성장법의 문제점을 해결하기 위하여, 탄소나노튜브를 페이스트 형태로 만든 뒤 그 페이스트를 표면처리하는 방법을 통해 탄소나노튜브 에미터를 제작하는 방법이 고려되었다.
탄소나노튜브 페이스트는 바인더 등에 소정량의 탄소나노튜브 입자가 혼합된 물질로서, 스크린 프린팅 후 소성을 하게 되면 탄소나노튜브 입자가 바인더 등에 의해 묻혀져 전자를 방출할 수 없게 된다. 따라서, 탄소나노튜브에서 전자를 방출시키기 위해서는 페이스트의 표면 쪽에서 바인더의 일부를 선택적으로 제거함으로써 탄소나노튜브 입자를 페이스트의 표면 밖으로 노출시켜야 하며, 이처럼 탄소나노튜브 입자를 페이스트의 표면 밖으로 노출시키는 공정을 표면처리라고 한다. 그리고 이러한 표면처리의 대표적인 방법으로는 접착 테이프를 페이스트의 표면 쪽에 일정한 압력으로 접착시켰다가 떼어내는 테이핑 방법이 있다.
근래 들어 전계방출소자 제작 시 탄소나노튜브를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 탄소나노튜브를 에미터로 제작하는 방안이 예를 들어 특허문헌 1(한국 공개특허공보 제2007-0029959호)에 개시되어 있다. 특허문헌 1은 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 캐소드 전극상에 에미터로 사용하기 위한 탄소나노튜브 페이스트를 형성하고 이를 소성하며, 상기 소성된 탄소나노튜브 페이스트에 중성빔(neutral beam)을 조사하여 바인더 성분을 제거하는 표면처리 방법을 개시하고 있다.
한편, 특허문헌 2(한국 공개특허공보 제2014-0050540호)는 전계방출 에미터 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 탄소나노튜브, 무기 충전제, 유기 바인더 등이 혼합된 페이스트 층을 기판 위에 형성한 뒤 상기 페이스트 층을 표면처리하는 방법을 개시하고 있다.
하지만 상기 특허문헌에 개시된 방법들은 탄소나노튜브 에미터 제작 시 탄소나노튜브 페이스트를 필수적으로 생성하여야 한다는 점에서 공정의 복잡성을 초래한다는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제2007-0029959호(공개일: 2007.03.15) 한국 공개특허공보 제2014-0050540호(공개일: 2014.04.29)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탄소나노튜브 에미터를 형성함에 있어서 탄소나노튜브 페이스트를 생성할 필요 없이 탄소나노튜브만을 활용하는 방안을 제공함으로써, 전계방출소자의 제작방법을 단순화하는 것에 그 목적이 있다.
이와 함께, 본 발명은 안정성 및 재현성이 높은 탄소나노튜브 에미터를 형성할 수 있는, 전계방출소자의 제작방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법은, 금속 기판 상부에 탄소나노튜브 필름을 코팅하는 단계; 상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 금속 패턴이 형성된 탄소나노튜브 필름을 접착 테이프로 테이핑하여, 상기 금속 패턴이 형성되지 않은 영역의 탄소나노튜브 필름은 제거하고, 상기 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역의 탄소나노튜브 필름은 상기 금속 기판에 대해서 상방으로 돌출시키는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 금속 기판은 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성하는 단계는, 상기 금속 기판 상부에 코팅되어 있는 상기 탄소나노튜브 필름의 상부에 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크(shadow mask)를 위치시키는 단계; 상기 섀도우마스크에 구비된 다수의 구멍에 금속 또는 금속화합물을 증착하는 단계; 및 상기 섀도우마스크를 상기 탄소나노튜브 필름으로부터 제거하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법은, 베이스 기판 상부에 전극층을 형성하는 단계; 상기 전극층 상부에 탄소나노튜브 필름을 코팅하는 단계; 상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴 형성하는 단계; 및 상기 금속 패턴이 형성된 탄소나노튜브 필름을 접착 테이프로 테이핑하여, 상기 금속 패턴이 형성되지 않은 영역의 탄소나노튜브 필름은 제거하고, 상기 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역의 탄소나노튜브 필름은 상기 베이스 기판에 대해서 상방으로 돌출시키는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 전극층은 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성하는 단계는, 상기 전극층 상부에 코팅되어 있는 상기 탄소나노튜브 필름의 상부에 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크(shadow mask)를 위치시키는 단계; 상기 섀도우마스크에 구비된 다수의 구멍에 금속 또는 금속화합물을 증착하는 단계; 및 상기 섀도우마스크를 상기 탄소나노튜브 필름으로부터 제거하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성한 뒤 접착 테이프로 테이핑 처리를 수행하면, 상기 금속 패턴이 형성되지 않은 영역의 탄소나노튜브 필름은 제거되고, 상기 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역의 탄소나노튜브 필름은 기판에 대해서 상방으로 돌출되어 이를 에미터로서 사용할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 에미터를 형성함에 있어서 탄소나노튜브 페이스트를 별도로 생성할 필요가 없기 때문에 전계방출소자의 제작방법이 간단하고 편리하게 이루어질 수 있으며, 게다가 탄소나노튜브 에미터 형성에 있어서 높은 안정성 및 재현성도 보장해 줄 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작한 전계방출소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 3은 금속 기판에 인가되는 전계와 에미터에서 발생되는 전류밀도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제작한 전계방출소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법을 단계별로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 첨부한 도면들만으로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 기술적 사상을 변화시키지 않는 범위 내에서 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.
본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 하며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작한 전계방출소자의 단면도이다.
도 1에 나타낸 전계방출소자는 다이오드 타입의 전계방출소자를 나타낸 것으로서, 금속 기판(10), 탄소나노튜브 필름(20), 금속 패턴(30) 및 에미터(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
금속 기판(10)은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등과 같은 금속으로 이루어지며, 이에 전계가 인가됨에 따라 전극(즉, 캐소드 전극)으로서의 기능을 수행하게 된다.
금속 기판(10)의 상부에는 탄소나노튜브 필름(20)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 본 발명에서 탄소나노튜브 필름(20)은 탄소나노튜브가 박막 형태로 코팅된 것을 의미한다.
탄소나노튜브 필름(20)의 상부에는 금속 패턴(30)이 형성되어 있으며, 금속 패턴(30)의 하부는 탄소나노튜브 필름(20)의 상부와 서로 엉켜 있는 형태를 취하고 있다.
에미터(40)는 금속 패턴(30)의 가장자리에 대응하는 탄소나노튜브 필름(20)이 금속 기판(10)에 대해서 상방으로 돌출 형성된 부분에 해당하며, 금속 기판(10)에 전계가 인가될 경우 에미터(40)에서는 전자가 방출될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제작한 전계방출소자의 에미터(40)는 금속 기판(10)의 상부에 띄엄띄엄 형성되어 있는데, 이는 스크린 효과(screening effect)를 감소시켜 전계 분포를 균일하게 함으로써 에미터(40)에서의 전계방출 특성을 좋게 하기 위함이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법을 단계별로 도시한 도면이다. 도 2에서 단면도는 전계방출소자의 제작방법을 설명하기 위해 모식적으로 나타낸 도면이고, 평면도는 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 촬영한 도면이며, 확대도는 평면도에 나타낸 점선 박스 부분을 광학현미경을 이용하여 촬영한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법은, 금속 기판(10) 상부에 탄소나노튜브 필름(20)을 코팅하는 단계, 상기 탄소나노튜브 필름(20) 상부에 금속 패턴(30)을 형성하는 단계, 상기 금속 패턴(30)이 형성된 탄소나노튜브 필름(20)을 접착 테이프로 테이핑하여, 상기 금속 패턴(30)이 형성되지 않은 영역(A)의 탄소나노튜브 필름(20)은 제거하고, 상기 금속 패턴(30)이 형성된 영역(B) 중 가장자리 영역(C)의 탄소나노튜브 필름(20)은 상기 금속 기판(10)에 대해서 상방으로 돌출시키는 단계를 포함한다.
도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 금속 기판(10) 상부에 탄소나노튜브 필름(20)을 코팅하는 것은, 금속 기판(10) 상부에 대하여 탄소나노튜브를 스프레이 코팅함으로써 수행할 수 있다.
금속 기판(10)은 상술한 바와 같이 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있는데, 여기서 금속 기판(10)과 탄소나노튜브 필름(20) 사이의 접촉저항(contact resistance)을 고려해 볼 때 금속 중에서는 특히 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 3은 금속 기판(10)에 인가되는 전계와 에미터(40)에서 발생되는 전류밀도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3에 의하면, 금속 기판(10)이 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)으로 이루어진 경우에는 알루미늄(Al)으로 이루어진 경우에 비해, 동일한 전계 인가 시 에미터(40)에서 발생되는 전류밀도가 더 크다는 것을 알 수 있다. 이는 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)은 탄소나노튜브와 접촉할 때 그 접촉면에서의 전기 저항이 다른 금속에 비해 작기 때문이며, 따라서 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)으로 기판(10)을 형성하는 경우에는 다른 금속으로 기판(10)을 형성하는 경우에 비해 우수한 전계방출 특성을 나타낼 수 있게 된다.
탄소나노튜브 필름(20)을 금속 기판(10)의 상부에 코팅한 뒤에는, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 금속 패턴(30)을 형성한다. 금속 패턴(30)의 형성은 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크(shadow mask)를 이용하여 이루어질 수 있으며, 본 실시예에서 섀도우마스크는 구멍의 직경이 80μm이고 구멍들 사이의 간격은 10μm인 것을 이용하였다.
섀도우마스크를 이용한 금속 패턴(30)의 형성 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 우선 금속 기판(10) 상부에 코팅되어 있는 탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크를 위치시킨다. 다음으로, 금속 또는 금속 화합물을 고온으로 가열하여 증발시켜 상기 섀도우마스크에 구비된 구멍에 상기 금속 또는 금속 화합물을 증착한다. 그 뒤 상기 섀도우마스크를 탄소나노튜브 필름(20)으로부터 제거하면, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 소정의 크기 및 형태로 패터닝된 금속 패턴(30)을 형성할 수 있게 된다. 이와 같이 금속 패턴(30)을 형성함에 있어서 섀도우마스크를 이용할 경우에는 소정의 크기 및 형태를 갖는 금속 패터닝을 용이하게 수행할 수 있다는 이점이 있다.
탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 금속 패턴(30)이 형성됨에 따라 금속 패턴(30)의 하부와 탄소나노튜브 필름(20)의 상부는 서로 엉켜 있는 형태를 취하게 된다. 도 2의 (b)에서는 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위해 금속 패턴이 형성되지 않은 영역(A)과 금속 패턴이 형성된 영역(B)으로 구분하여 도시하였으며, 상기 금속 패턴이 형성되어 있는 영역(B)에 대응하는 탄소나노튜브 필름(20)은, 후속 공정인 테이핑 처리를 수행하더라도 금속 기판(10)으로부터 제거되지 않게 된다.
본 발명에서는 에미터(40)를 형성하기 위하여, 도 2의 (b)에 나타낸 금속 패턴(30)이 형성되어 있는 탄소나노튜브 필름(20)에 접착 테이프를 접착시킨 뒤 테이핑 처리를 함으로써 탄소나노튜브 필름(20) 중 일부를 에미터(40)로서 활성화시킨다.
보다 구체적으로, 금속 패턴(30)이 형성되어 있는 탄소나노튜브 필름(20)에 접착 테이프를 접착시킨 뒤 테이핑 처리를 하게 되면, 금속 기판(10)의 상부에 코팅된 탄소나노튜브 필름(20) 중 금속 패턴(30)이 형성되지 않은 영역(A)의 탄소나노튜브 필름(20)은 제거되고, 금속 패턴(30)이 형성된 영역(B)의 탄소나노튜브 필름(20)은 상기 금속 패턴(30)에 의해 보호되어 제거되지 않으며, 상기 금속 패턴(30)이 형성된 영역(B) 중 가장자리 영역(C)에 대응하는 탄소나노튜브 필름(20)은 금속 기판(10)에 대해서 상방으로 돌출되게 된다. 이 때 상기 금속 기판(10)에 대해서 상방으로 돌출된 탄소나노튜브 필름(20)이 에미터(40)가 되며, 그 에미터(40)의 높이는 금속 패턴(30)보다 높게 형성될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제작한 전계방출소자의 단면도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 제작한 전계방출소자는 상기 일 실시예에 따라 제작한 전계방출소자와 비교하여 기판(15)이 반드시 금속으로 한정되는 것은 아니며, 기판(15) 및 탄소나노튜브 필름(20) 사이에 전극층(50)이 개재되어 있다는 점에서 차이가 있다.
도 4에 나타낸 전계방출소자는 다이오드 타입의 전계방출소자를 나타낸 것으로서, 베이스 기판(15), 탄소나노튜브 필름(20), 금속 패턴(30), 에미터(40) 및 전극층(50)을 포함하여 구성될 수 있다.
베이스 기판(15)은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과 같은 금속뿐만 아니라, 유리, 실리콘, 사파이어 등과 같은 비금속으로도 이루어질 수다.
베이스 기판(15)의 상부에는 전극층(50)이 형성되어 있다. 전극층(50)은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등과 같은 금속으로 이루어지며, 전계가 인가됨에 따라 전극(즉, 캐소드 전극)으로서의 기능을 수행하게 된다.
전극층(50)의 상부에는 탄소나노튜브 필름(20)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 본 발명에서 탄소나노튜브 필름(20)은 탄소나노튜브가 박막 형태로 코팅된 것을 의미한다.
탄소나노튜브 필름(20)의 상부에는 금속 패턴(30)이 형성되어 있으며, 금속 패턴(30)의 하부는 탄소나노튜브 필름(20)의 상부와 서로 엉켜 있는 형태를 취하고 있다.
에미터(40)는 금속 패턴(30)의 가장자리에 대응하는 탄소나노튜브 필름(20)이 베이스 기판(15)에 대해서 상방으로 돌출 형성된 부분에 해당하며, 전극층(50)에 전계가 인가될 경우 에미터(40)에서는 전자가 방출될 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따라 제작한 전계방출소자의 에미터(40)는 전극층(50)의 상부에 띄엄띄엄 형성되어 있는데, 이는 스크린 효과를 감소시켜 전계 분포를 균일하게 함으로써 에미터(40)에서의 전계방출 특성을 좋게 하기 위함이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법을 단계별로 도시한 도면이다. 도 5에서 단면도는 전계방출소자의 제작방법을 설명하기 위해 모식적으로 나타낸 도면이고, 평면도는 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 촬영한 도면이며, 확대도는 평면도에 나타낸 점선 박스 부분을 광학현미경을 이용하여 촬영한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법은, 베이스 기판(15) 상부에 전극층(50)을 형성하는 단계, 상기 전극층(50) 상부에 탄소나노튜브 필름(20)을 코팅하는 단계, 상기 탄소나노튜브 필름(20) 상부에 금속 패턴(30)을 형성하는 단계, 상기 금속 패턴(30)이 형성된 탄소나노튜브 필름(20)을 접착 테이프로 테이핑하여, 상기 금속 패턴(30)이 형성되지 않은 영역(A)의 탄소나노튜브 필름(20)은 제거하고, 상기 금속 패턴이 형성된 영역(B) 중 가장자리 영역(C)의 탄소나노튜브 필름(20)은 상기 베이스 기판(15)에 대해서 상방으로 돌출시키는 단계를 포함한다.
도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 베이스 기판(15) 상부에 전극층(50)을 형성하는 것은, 베이스 기판(15) 상부에 대하여 금속을 스퍼터링 방법 또는 증착(evaporation) 방법 등을 이용하여 수행할 수 있다. 그리고 베이스 기판(15) 상부에 전극층(50)을 형성한 뒤에는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 상기 전극층(50)의 상부에 탄소나노튜브 필름(20)을 코팅하며, 상기 탄소나노튜브 필름(20)의 코팅은 전극층(50) 상부에 대하여 탄소나노튜브를 스프레이 코팅함으로써 수행할 수 있다.
전극층(50)은 상술한 바와 같이 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있는데, 전극층(50)과 탄소나노튜브 필름(20) 사이의 접촉저항을 고려해 볼 때 금속 중에서는 특히 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이는 앞서 도 3에 관하여 설명했던 사항이 유사하게 적용될 수 있다.
즉, 도 3을 참고해 볼 때, 전극층(50)이 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)으로 이루어진 경우에는 알루미늄(Al)으로 이루어진 경우에 비해, 동일한 전계 인가 시 에미터(40)에서 발생되는 전류밀도가 더 크다는 것을 알 수 있다. 이는 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)은 탄소나노튜브와 접촉할 때 그 접촉면에서의 전기 저항이 다른 금속에 비해 작기 때문이며, 따라서 텅스텐(W)이나 티타늄(Ti)으로 전극층(50)을 형성하는 경우에는 다른 금속으로 전극층(50)을 형성하는 경우에 비해 우수한 전계방출 특성을 나타낼 수 있게 된다.
탄소나노튜브 필름(20)을 전극층(50)의 상부에 코팅한 뒤에는, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이 탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 금속 패턴(30)을 형성한다. 금속 패턴(30)의 형성은 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크를 이용하여 이루어질 수 있으며, 본 실시예에서 섀도우마스크는 구멍의 직경이 80μm이고 구멍들 사이의 간격은 10μm인 것을 이용하였다.
섀도우마스크를 이용한 금속 패턴(30)의 형성 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 우선 전극층(50) 상부에 코팅되어 있는 탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크를 위치시킨다. 다음으로, 금속 또는 금속 화합물을 고온으로 가열하여 증발시켜 상기 섀도우마스크에 구비된 구멍에 금속 또는 금속 화합물을 증착한다. 그 뒤 상기 섀도우마스크를 탄소나노튜브 필름(20)으로부터 제거하면, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이 탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 소정의 크기 및 형태로 패터닝된 금속 패턴(30)을 형성할 수 있게 된다. 이와 같이 금속 패턴(30)을 형성함에 있어서 섀도우마스크를 이용할 경우에는 소정의 크기 및 형태를 갖는 금속 패터닝을 용이하게 수행할 수 있다는 이점이 있다.
탄소나노튜브 필름(20)의 상부에 금속 패턴(30)이 형성됨에 따라 금속 패턴(30)의 하부와 탄소나노튜브 필름(20)의 상부는 서로 엉켜 있는 형태를 취하게 된다. 도 5의 (c)에서는 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위해 금속 패턴(30)이 형성되지 않은 영역(A)과 금속 패턴이 형성된 영역(B)으로 구분하여 도시하였으며, 상기 금속 패턴이 형성된 영역(B)에 대응하는 탄소나노튜브 필름(20)은, 후속 공정인 테이핑 처리를 수행하더라도 전극층(50)으로부터 제거되지 않게 된다.
본 발명에서는 에미터(40)를 형성하기 위하여, 도 5의 (c)에 나타낸 금속 패턴(30)이 형성되어 있는 탄소나노튜브 필름(20)에 접착 테이프를 접착시킨 뒤 테이핑 처리를 함으로써 탄소나노튜브 필름(20) 중 일부를 에미터(40)로서 활성화시킨다.
보다 구체적으로, 금속 패턴(30)이 형성되어 있는 탄소나노튜브 필름(20)에 접착 테이프를 접착시킨 뒤 테이핑 처리를 하게 되면, 전극층(50)의 상부에 코팅된 탄소나노튜브 필름(20) 중 금속 패턴(30)이 형성되지 않은 영역(A)의 탄소나노튜브 필름(20)은 제거되고, 금속 패턴(30)이 형성된 영역(B)의 탄소나노튜브 필름(20)은 상기 금속 패턴(30)에 의해 보호되어 제거되지 않으며, 상기 금속 패턴(30)이 형성된 영역(B) 중 가장자리 영역(C)에 대응하는 탄소나노튜브 필름(20)은 베이스 기판(15)에 대해서 상방으로 돌출되게 된다. 이 때 상기 베이스 기판(15)에 대해서 상방으로 돌출된 탄소나노튜브 필름(20)이 에미터(40)가 되며, 그 에미터(40)의 높이는 금속 패턴(30)보다 높게 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 에미터를 형성함에 있어서 탄소나노튜브 페이스트를 별도로 생성할 필요가 없기 때문에 전계방출소자의 제작방법이 간단하고 편리하게 이루어질 수 있으며, 게다가 탄소나노튜브 에미터 형성에 있어서 높은 안정성 및 재현성도 보장해 줄 수 있게 된다.
본 발명에 따라 제작되는 전계방출소자는 에미터에서 방출되는 전자가 자외선 형광체에 입사될 때 자외선을 발생시키는 자외선 램프의 제작 또는 에미터에서 방출되는 전자가 특정 금속 타겟에 입사될 때 엑스선을 발생시키는 엑스선 튜브의 제작 등에 응용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예로만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 금속 기판
15: 베이스 기판
20: 탄소나노튜브 필름
30: 금속 패턴
40: 에미터
50: 전극층
A: 금속 패턴이 형성되지 않은 영역
B: 금속 패턴이 형성된 영역
C: 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역

Claims (6)

  1. 금속 기판 상부에 탄소나노튜브 필름을 코팅하는 단계;
    상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 패턴이 형성된 탄소나노튜브 필름을 접착 테이프로 테이핑하여, 상기 금속 패턴이 형성되지 않은 영역의 탄소나노튜브 필름은 제거하고, 상기 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역의 탄소나노튜브 필름은 상기 금속 기판에 대해서 상방으로 돌출시키는 단계;를 포함하는, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 기판은 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 금속 기판 상부에 코팅되어 있는 상기 탄소나노튜브 필름의 상부에 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크(shadow mask)를 위치시키는 단계;
    상기 섀도우마스크에 구비된 다수의 구멍에 금속 또는 금속화합물을 증착하는 단계; 및
    상기 섀도우마스크를 상기 탄소나노튜브 필름으로부터 제거하는 단계;를 포함하는, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법.
  4. 베이스 기판 상부에 전극층을 형성하는 단계;
    상기 전극층 상부에 탄소나노튜브 필름을 코팅하는 단계;
    상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴 형성하는 단계; 및
    상기 금속 패턴이 형성된 탄소나노튜브 필름을 접착 테이프로 테이핑하여, 상기 금속 패턴이 형성되지 않은 영역의 탄소나노튜브 필름은 제거하고, 상기 금속 패턴이 형성된 영역 중 가장자리 영역의 탄소나노튜브 필름은 상기 베이스 기판에 대해서 상방으로 돌출시키는 단계;를 포함하는, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극층은 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 필름 상부에 금속 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 전극층 상부에 코팅되어 있는 상기 탄소나노튜브 필름의 상부에 다수의 구멍이 구비된 섀도우마스크(shadow mask)를 위치시키는 단계;
    상기 섀도우마스크에 구비된 다수의 구멍에 금속 또는 금속화합물을 증착하는 단계; 및
    상기 섀도우마스크를 상기 탄소나노튜브 필름으로부터 제거하는 단계;를 포함하는, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제작방법.
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