KR20180065861A

KR20180065861A - Field emission apparatus

Info

Publication number: KR20180065861A
Application number: KR1020170082825A
Authority: KR
Inventors: 최영철; 송윤호; 전효진; 강준태; 박소라; 이정웅; 고은솔; 신민식; 김재우; 정진우; 연지환; 김성희
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2018-06-18
Also published as: KR102238574B1

Abstract

The present invention relates to a field emission apparatus. According to the present invention, the field emission apparatus includes: a cathode electrode and an anode electrode spaced apart from each other; an emitter on the cathode electrode; a gate electrode located between the cathode electrode and the anode electrode and including a gate opening overlapping the emitter; and an electron transmission sheet located on the gate electrode and including a plurality of micro apertures overlapping the gate opening. Accordingly, the present invention can increase electron transmission performance and electron beam focus performance.

Description

FIELD EMBODIMENT APPARATUS

본 발명은 전계 방출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 빔의 집속 성능과 전자 투과 성능을 향상시킨 전계 방출 장치에 관한 것이다. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a field emission device, and more particularly, to a field emission device having improved focusing performance and electron transmission performance of an electron beam.

전계 방출 장치(Field emission apparatus)는 전계 방출 디스플레이, 공학용 및 의료용 X-ray 튜브 등 다양한 디바이스에 응용이 가능하다. 따라서, 전계 방출된 전자 빔(electron beam)의 집속(focusing) 정도, 전류밀도(current density) 등의 특성을 제어하는 것이 전계 방출 장치의 성능에 매우 중요하게 작용한다. 예를 들어, 에미터의 재료를 통해 전자 빔의 특성을 제어하거나, 전계 방출 장치의 구조를 통해 전자 빔의 특성을 제어할 수 있다.Field emission apparatuses are applicable to various devices such as field emission displays, engineering and medical X-ray tubes. Therefore, it is very important to control the characteristics such as the degree of focusing of the electron beam emitted from the field emission device, the current density, etc., to the performance of the field emission device. For example, the characteristics of the electron beam can be controlled through the material of the emitter, or the characteristics of the electron beam can be controlled through the structure of the field emission device.

2개의 전극을 포함하는 이극(diode) 구조의 전계 방출 장치는 캐소드 전극과 아노드 전극을 구비하며, 캐소드 전극에 전자를 방출하기 위한 에미터가 부착된다. 따라서, 전계 방출 시에, 캐소드 전극과 아노드 전극간의 거리를 고려하여 상대적으로 큰 전압이 요구되며, 이로 인하여, 방출된 전자 빔을 제어하는데 어려움이 있다.A field emission device having a diode structure including two electrodes has a cathode electrode and an anode electrode, and an emitter for emitting electrons is attached to the cathode electrode. Therefore, a relatively large voltage is required in consideration of the distance between the cathode electrode and the anode electrode at the time of field emission, which makes it difficult to control the emitted electron beam.

이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것이 3개의 전극을 포함하는 3극(triode) 구조의 전계 방출 장치이다. 3극 구조의 전계 방출 장치는 캐소드 전극 및 아노드 전극 외에 추가적인 게이트 전극을 더 포함할 수 있다. 3극 구조의 전계 방출 장치는 게이트 전극을 이용하여 방출시키는 전류의 크기와 전자 빔의 크기(electron beam size), 전자 빔 집속 정도 등을 제어할 수 있다.To solve this problem, a field emission device having a triode structure including three electrodes is proposed. The field emission device having a triode structure may further include an additional gate electrode in addition to the cathode electrode and the anode electrode. The field emission device having a triode structure can control the magnitude of the current to be emitted using the gate electrode, the electron beam size, and the electron beam convergence degree.

게이트 전극은 전자 투과 특성을 갖도록 개구(aperture)가 있는 형태를 갖는다. 따라서, 에미터로부터 방출된 전자의 아노드 전극 도달 효율을 증가시킬 수 있다. 이때, 게이트 전극의 개구 크기 및 배열 등의 구조적 특성은 전자 빔의 특성에 큰 영향을 주게 된다. 개구의 크기가 클수록 게이트 전극을 투과하여 아노드 전극까지 도달하는 방출 전류의 크기가 증가할 수 있다. 하지만, 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 전위 분포는 게이트 전극의 개구에 의해 왜곡이 발생할 수 있다. 이에 따라, 에미터에 가해지는 전계 효과가 감소될 수 있다. 또한, 에미터로부터 방출된 전자 빔은 그의 궤적이 왜곡될 수 있다. 이에 따라, 에미터의 전자 방출이 감소되고, 전자 빔의 퍼짐 현상이 발생하여, 아노드 전극의 유효 면적에 도달하는 방출 전류의 크기가 감소될 수 있다. The gate electrode has a shape with an aperture to have an electron transmission characteristic. Therefore, the efficiency of reaching the anode electrode of the electrons emitted from the emitter can be increased. At this time, the structural characteristics such as the opening size and the arrangement of the gate electrode greatly affect the characteristics of the electron beam. As the size of the opening increases, the size of the emission current passing through the gate electrode and reaching the anode electrode may increase. However, the potential distribution between the gate electrode and the cathode electrode may be distorted by the opening of the gate electrode. Thus, the field effect on the emitter can be reduced. Further, the electron beam emitted from the emitter can be distorted in its trajectory. As a result, the electron emission of the emitter is reduced, and the spreading of the electron beam occurs, so that the magnitude of the emission current reaching the effective area of the anode electrode can be reduced.

따라서, 개구에서의 전위 분포 왜곡을 줄임으로써, 전자 빔의 집속 성능을 향상시키고, 높은 전자투과 특성을 갖는 전계 방출 장치가 요구된다.Therefore, there is a demand for a field emission device that improves the focusing performance of an electron beam by reducing the distortion of potential distribution in the aperture, and has a high electron transmission characteristic.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전자 빔의 집속 성능과 전자 투과 성능을 향상시킨 전계 방출 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a field emission device having improved focusing performance and electron transmission performance of an electron beam.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전자 투과 시트를 포함하는 제조 수율을 향상시킨 전계 방출 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a field emission device including an electron permeable sheet with improved manufacturing yield.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 전계 방출 장치는, 서로 이격된 캐소드 전극과 아노드 전극; 상기 캐소드 전극 상의 에미터; 상기 캐소드 전극과 상기 아노드 전극 사이에 위치되고, 상기 에미터와 중첩되는 게이트 개구를 갖는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극 상에 위치되고, 상기 게이트 개구와 중첩되는 복수의 미세 개구들을 갖는 전자 투과 시트를 포함한다. A field emission device according to the present invention includes a cathode electrode and an anode electrode spaced apart from each other; An emitter on the cathode electrode; A gate electrode positioned between the cathode electrode and the anode electrode and having a gate opening overlapping with the emitter; And an electron permeable sheet positioned on the gate electrode and having a plurality of micro apertures overlapping the gate opening.

일 실시 예에서, 상기 전자 투과 시트는, 적어도 하나의 전자 투과 원자층을 포함하고, 상기 전자 투과 원자층은 2차원 물질을 포함할 수 있다. In one embodiment, the electron-permeable sheet comprises at least one electron-permeable atomic layer, and the electron-permeable atomic layer may comprise a two-dimensional material.

일 실시 예에서, 상기 2차원 물질은 그래핀(Graphene), 이황화몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 황화텅스텐(Tungsten disulfide, WS2), 질화붕소(hexagonal boron nitride,h-BN), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 및 전이금속칼코젠화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMDC) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment, the two-dimensional material is selected from the group consisting of graphene, molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2), hexagonal boron nitride (h-BN), itelluride molybdenum (Molybdenum Ditelluride, MoTe2), and a transition metal chalcogen compound (TMDC).

일 실시 예에서, 상기 미세 개구의 폭은, 상기 에미터에서 방출된 전자 빔의 궤적이 상기 미세 개구에 따른 전위 분포 왜곡에 의해 실질적으로 왜곡되지 않는 범위 내의 값을 가질 수 있다.In one embodiment, the width of the fine opening may have a value within a range such that the trajectory of the electron beam emitted from the emitter is not substantially distorted by potential distribution distortion along the fine opening.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들의 각각의 폭은 서로 인접한 상기 미세 개구들 간의 이격 거리보다 작을 수 있다. In one embodiment, the width of each of the micro-apertures may be less than the spacing distance between the micro-apertures adjacent to each other.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들의 각각의 폭은, 0(zero) 초과, 및 상기 게이트 개구의 폭을 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. In one embodiment, the width of each of the fine openings may be greater than zero and less than or equal to the width of the gate opening divided by three.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들의 각각의 폭은, 상기 캐소드 전극과 게이트 전극 간의 이격 거리를 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. In one embodiment, the width of each of the fine openings may be less than a value obtained by dividing the separation distance between the cathode electrode and the gate electrode by three.

일 실시 예에서, 상기 게이트 개구의 폭은, 상기 에미터의 폭보다 클 수 있다. In one embodiment, the width of the gate opening may be greater than the width of the emitter.

일 실시 예에서, 상기 아노드 전극과 상기 게이트 전극 사이에 위치된 적어도 하나의 집속 전극을 더 포함하고, 상기 집속 전극은 상기 게이트 개구와 수직하게 중첩되는 집속 전극 개구를 포함할 수 있다. In one embodiment, the apparatus further comprises at least one focusing electrode positioned between the anode electrode and the gate electrode, wherein the focusing electrode may include a focusing electrode opening that overlaps the gate opening perpendicularly.

일 실시 예에서, 상기 에미터는, 상기 아노드 전극에 대향된 상기 캐소드 전극의 일면 상에 위치될 수 있다. In one embodiment, the emitter may be located on one side of the cathode electrode facing the anode electrode.

일 실시 예에서, 상기 아노드 전극은, 상기 캐소드 전극에 대향된 일면에 타겟을 포함할 수 있다. In one embodiment, the anode electrode may include a target on one side opposite to the cathode electrode.

일 실시 예에서, 상기 게이트 전극은 상기 캐소드 전극과 대향된 제1 면과, 상기 아노드 전극에 대향된 제2 면을 포함하고, 상기 전자 투과 시트는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 상에 위치될 수 있다. In one embodiment, the gate electrode includes a first surface opposed to the cathode electrode and a second surface opposed to the anode electrode, and the electron-permeable sheet is provided on the first surface or the second surface Lt; / RTI >

일 실시 예에서, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 간의 이격 거리는, 150㎛ 이상 및 500㎛ 이하일 수 있다. In one embodiment, the distance between the cathode electrode and the gate electrode may be 150 mu m or more and 500 mu m or less.

일 실시 예에서, 상기 미세 개구들 중 적어도 2개는 서로 다른 폭들을 가질 수 있다.In one embodiment, at least two of the micro-apertures may have different widths.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 전자 투과 시트는 복수의 미세 개구들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 장치의 제조 과정에서, 게이트 전극과 전자 투과 시트 사이에 발생하는 기계적, 열적 스트레스(stress)가 완화되어, 전계 방출 장치의 제조 수율이 향상될 수 있다. 또한, 미세 개구들을 포함하는 전자 투과 시트는 전위 분포의 왜곡 현상을 저감시켜 전자 빔의 집속 성능과 전자 투과 성능이 향상될 수 있다. According to embodiments of the present invention, the electron-permeable sheet may comprise a plurality of micro-apertures. Accordingly, in the manufacturing process of the field emission device, the mechanical and thermal stress generated between the gate electrode and the electron-permeable sheet is alleviated, and the yield of manufacturing the field emission device can be improved. Further, the electron-permeable sheet including the fine openings can reduce the distortion phenomenon of the potential distribution, and the focusing performance and the electron transmission performance of the electron beam can be improved.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2a는 도 1의 게이트 전극과 전자 투과 시트를 나타낸 평면도이다.
도 2b은 도 1의 게이트 전극과 전극 투과 시트의 변형 예를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 1의 A 영역의 확대도이다.
도 4은 도 1의 전계 방출 장치의 변형 예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 전자 투과 시트가 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 1의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다.
도 7은 아노드 전극 상의 도 5 및 도 6의 전자 빔들을 나타낸 평면도이다.
도 8은 전자 투과 시트의 유무에 따른 전계 방출 장치의 방출 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9는 전자 투과 시트에 미세 개구들이 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다.
도 10는 도 1의 전계 방출 장치의 전계 방출 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 4의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic view showing a field emission device according to an embodiment of the present invention.
2A is a plan view showing the gate electrode and the electron transmitting sheet of FIG.
2B is a plan view showing a modified example of the gate electrode and the electrode transparent sheet of FIG.
3 is an enlarged view of the area A in Fig.
4 is a schematic view showing a modified example of the field emission device of FIG.
5 is a schematic view showing the locus of the electron beam of the field emission device without the electron-permeable sheet.
6 is a schematic view showing the trajectory of the electron beam of the field emission device of FIG.
7 is a plan view showing the electron beams of FIGS. 5 and 6 on the anode electrode.
8 is a graph showing the emission current of the field emission device depending on the presence or absence of the electron-permeable sheet.
9 is a schematic view showing the locus of the electron beam of the field emission device in which there are no fine openings in the electron-permeable sheet.
10 is a graph showing the field emission characteristics of the field emission device of FIG.
11 is a schematic view showing the trajectory of an electron beam of the field emission device of Fig.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치를 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic view showing a field emission device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치(1)는 전자 빔을 방출하는 장치일 수 있다. 전계 방출 장치(1)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 게이트 전극(30), 에미터(15), 및 전자 투과 시트(40)를 포함할 수 있다. 전계 방출 장치(1)는 절연 부재(50)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a field emission device 1 according to an embodiment of the present invention may be an apparatus that emits an electron beam. The field emission device 1 may include a cathode electrode 10, an anode electrode 20, a gate electrode 30, an emitter 15, and an electron permeable sheet 40. The field emission device (1) may further include an insulating member (50).

캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20)은 서로 이격될 수 있다. 아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)으로부터 전자 빔이 방출되는 방향으로 이격될 수 있다. 예를 들면, 아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)으로부터 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. The cathode electrode 10 and the anode electrode 20 may be spaced apart from each other. The anode electrode 20 may be spaced away from the cathode electrode 10 in the direction in which the electron beam is emitted. For example, the anode electrode 20 may be spaced from the cathode electrode 10 in the first direction D1.

캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20)은 서로 마주볼 수 있다. 캐소드 전극(10)은 아노드 전극(20)과 마주보는 상면(11)을 포함할 수 있다. 아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)과 마주보는 하면(21)을 포함할 수 있다. 캐소드 전극(10)의 상면(11)과 아노드 전극(20)의 하면(21)은 평행할 수 있다. 캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20)은 수직하게 중첩될 수 있다.The cathode electrode 10 and the anode electrode 20 may face each other. The cathode electrode 10 may include an upper surface 11 facing the anode electrode 20. The anode electrode 20 may include a bottom surface 21 facing the cathode electrode 10. The upper surface 11 of the cathode electrode 10 and the lower surface 21 of the anode electrode 20 may be parallel. The cathode electrode 10 and the anode electrode 20 may be vertically overlapped.

캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)은 외부 전원(미도시)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10)은 음의 전압 소스 또는 양의 전압 소스와 연결되고, 아노드 전극(20)과 게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)에 연결된 전압 소스의 전위 보다 상대적으로 높은 전위를 인가할 수 있는 전압 소스와 연결될 수 있다. The cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may be connected to an external power source (not shown). For example, the cathode electrode 10 is connected to a negative voltage source or a positive voltage source, and the anode electrode 20 and the gate electrode 30 are connected to each other with respect to the potential of the voltage source connected to the cathode electrode 10 And can be connected to a voltage source capable of applying a high potential.

아노드 전극(20)은 그의 하면(21)에 제공된 타겟(target, 25)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 타겟(25)은 형광체일 수 있다. 이에 따라, 에미터(15)에서 방출된 전자 빔이 형광체(25)에 충돌할 때, 형광체(25)는 발광할 수 있다. 다른 실시 예에서, 타겟(25)은 전자 빔이 충돌할 때, 엑스선(X-ray)을 방출하는 물질일 수 있다. 예를 들면, 타겟(25)은 텅스텐일 수 있다. The anode electrode 20 may include a target 25 provided on its lower surface 21. In an embodiment, the target 25 may be a phosphor. Accordingly, when the electron beam emitted from the emitter 15 collides with the phosphor 25, the phosphor 25 can emit light. In another embodiment, the target 25 may be a material that emits X-rays when the electron beam collides. For example, the target 25 may be tungsten.

게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20) 사이에 위치될 수 있다. 게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)의 상측으로 이격될 수 있다. 게이트 전극(30)은 아노드 전극(20)의 하측으로 이격될 수 있다. 게이트 전극(30)은 캐소드 전극(10)을 마주보는 제1 면(31)과, 아노드 전극(20)을 마주보는 제2 면(32)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 면들(31, 32)은 서로 대향될 수 있다. 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)은 캐소드 전극(10) 상의 에미터(15)의 특성 및/또는 게이트 전극(30)의 구조에 따라, 수십 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)는 대략 150㎛ 이상 및 대략 500㎛ 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 실시 예에서, 상기 이격 거리(L1)는 대략 200㎛일 수 있다. 상기 이격 거리(L1)는 캐소드 전극(10)의 상면(11)과, 게이트 전극(30)의 제1 면(31) 간의 거리일 수 있다. 또한, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)은 에미터(15)의 폭(W3) 및/또는 게이트 개구(35)의 폭(W1)에 대응하여 결정될 수 있다.The gate electrode 30 may be positioned between the cathode electrode 10 and the anode electrode 20. The gate electrode 30 may be spaced above the cathode electrode 10. The gate electrode 30 may be spaced apart below the anode electrode 20. The gate electrode 30 may include a first surface 31 facing the cathode electrode 10 and a second surface 32 facing the anode electrode 20. The first and second surfaces 31, 32 may be opposed to each other. The distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 is in the range of several tens to several hundreds of micrometers depending on the characteristics of the emitter 15 on the cathode electrode 10 and / Mu m). For example, the distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 may be about 150 mu m or more and about 500 mu m or less, but is not limited thereto. In an embodiment, the spacing distance L1 may be approximately 200 mu m. The distance L1 may be a distance between the top surface 11 of the cathode electrode 10 and the first surface 31 of the gate electrode 30. [ The distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 may be determined corresponding to the width W3 of the emitter 15 and / or the width W1 of the gate opening 35. [

캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 물질을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20) 및 게이트 전극(30)은 원판 형으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 게이트 전극(30)은 그를 관통하는 적어도 하나의 게이트 개구(35)를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 게이트 전극(30)은 하나의 게이트 개구(35)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 게이트 전극(30)은 복수의 게이트 개구들(35)을 포함할 수 있다. 게이트 개구(35)에 대한 자세한 사항은 후술한다. The cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may include a conductive material. For example, the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may include a material such as copper (Cu), aluminum (Al), and molybdenum (Mo). In the embodiment, the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 may be provided in a disc shape, but are not limited thereto. The gate electrode 30 may include at least one gate opening 35 therethrough. In an embodiment, the gate electrode 30 may comprise one gate opening 35. In another example, the gate electrode 30 may comprise a plurality of gate openings 35. Details of the gate opening 35 will be described later.

에미터(15)는 캐소드 전극(10) 상에 제공될 수 있다. 예를 들면, 에미터(15)는 캐소드 전극(10)의 상면(11) 상에 제공될 수 있다. 에미터(15)는 복수 개 제공될 수 있다. 에미터(15)는 도트 어레이(dot array) 형태로 배열된 적어도 하나의 탄소 나노 튜브일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 탄소 나노 튜브는 6각형 모양으로 결합된 탄소들이 서로 연결되어, 그의 내부에 중공을 갖는 튜브 형태일 수 있다. 에미터(15)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20) 및 게이트 전극(30)에 인가된 전압에 의해 형성된 전계에 의해 전자 및/또는 전자 빔(electron beam)를 방출할 수 있다. The emitter 15 may be provided on the cathode electrode 10. For example, the emitter 15 may be provided on the upper surface 11 of the cathode electrode 10. A plurality of emitters 15 may be provided. The emitter 15 may be at least one carbon nanotube arranged in a dot array form, but is not limited thereto. The carbon nanotubes may be in the form of a tube having cavities in hexagonal shape connected to each other and having a hollow therein. The emitter 15 may emit electrons and / or electron beams by an electric field formed by voltages applied to the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30.

전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30)의 제1 면(31) 상에 제공될 수 있다. 다른 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30)의 제2 면(32) 상에 제공될 수 있다. 전자 투과 시트(40)에 대한 자세한 사항은 도 3에서 후술한다. The electron-permeable sheet 40 may be provided on the gate electrode 30. In an embodiment, the electron-permeable sheet 40 may be provided on the first side 31 of the gate electrode 30. In another embodiment, the electron-permeable sheet 40 may be provided on the second side 32 of the gate electrode 30. Details of the electro-permeable sheet 40 will be described later with reference to FIG.

절연 부재(50)는 캐소드 전극(10)과 아노드 전극(20) 사이에 위치될 수 있다. 절연 부재(50)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)을 전기적으로 절연할 수 있다. 절연 부재(50)는 진공 및/또는 절연 스페이서일 수 있다. 실시 예에서, 절연 부재(50)는 일단이 캐소드 전극(10)의 상면(11)과 연결되고, 타단이 아노드 전극(20)의 하면(21)과 연결될 수 있다. 절연 부재(50)는 상부와 하부가 개구된 튜브(tube) 형태로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 절연 부재(50)는 게이트 전극(30)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 절연 부재(50)는 게이트 전극(30)을 둘러쌀 수 있다. 절연 부재(50)는 절연 물질을 포함할 수 있다. The insulating member 50 may be positioned between the cathode electrode 10 and the anode electrode 20. The insulating member 50 can electrically insulate the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30. [ The insulating member 50 may be a vacuum and / or an insulating spacer. The insulating member 50 may have one end connected to the upper surface 11 of the cathode electrode 10 and the other end connected to the lower surface 21 of the anode electrode 20. The insulating member 50 may be provided in the form of a tube having open top and bottom, but is not limited thereto. The insulating member 50 may be connected to the gate electrode 30. For example, the insulating member 50 may surround the gate electrode 30. The insulating member 50 may include an insulating material.

에미터(15)에서 방출된 전자 및/또는 전자 빔은 진공 상태에서 발생 및 가속될 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 장치(1)는 진공 펌프를 통해 내부 압력이 진공 상태로 될 수 있다. 절연 부재(50)는 진공 상태에서도 견고한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 절연 부재(50)는, 세라믹, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 유리 등을 포함할 수 있다.Electrons and / or electron beams emitted from the emitters 15 can be generated and accelerated in a vacuum state. Accordingly, the field emission device 1 can be brought to a vacuum state through the vacuum pump. The insulating member 50 may include a rigid material even in a vacuum state. For example, the insulating member 50 may include ceramic, aluminum oxide, aluminum nitride, glass, and the like.

도 2a는 도 1의 게이트 전극과 전자 투과 시트를 나타낸 평면도이다. 도 2b은 도 1의 게이트 전극과 전극 투과 시트의 변형 예를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 1의 A 영역의 확대도이다. 2A is a plan view showing the gate electrode and the electron transmitting sheet of FIG. 2B is a plan view showing a modified example of the gate electrode and the electrode transparent sheet of FIG. 3 is an enlarged view of the area A in Fig.

도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 게이트 개구(35)는 에미터(15)로부터 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. 게이트 개구(35)는 에미터(15)와 수직하게 중첩될 수 있다. 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 에미터(15)의 폭(W3)보다 클 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 에미터(15)는 평면적 관점에서, 게이트 개구(35) 내에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 게이트 개구(35)는 평면적 관점에서, 대략 원형으로 제공될 수 있다. 다른 예에서, 게이트 개구(35)는 평면적 관점에서, 대략 다각형으로 제공될 수 있다. Referring to Figures 1, 2A, 2B and 3, the gate opening 35 may be spaced from the emitter 15 in a first direction D1. The gate opening 35 may overlap vertically with the emitter 15. The width W1 of the gate opening 35 may be larger than the width W3 of the emitter 15. [ As shown in FIG. 2A, the emitter 15 can be positioned within the gate opening 35, in plan view. In an embodiment, the gate opening 35 may be provided in a substantially circular shape in plan view. In another example, the gate opening 35 may be provided in a substantially polygonal shape in plan view.

게이트 개구(35)의 폭(W1)은 캐소드 전극(10) 상의 에미터(15)의 특성 및 구조에 따라 수십 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 예를 들면, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 100㎛ 이상 및 대략 400㎛ 이하일 수 있다. 실시 예에서, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 350㎛일 수 있다. 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 상기 이격 거리(L1)보다 클 수 있다. 다른 예에서, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 상기 이격 거리(L1)과 동일하거나 작을 수 있다. The width W1 of the gate opening 35 may be several tens to several hundreds of micrometers depending on the characteristics and structure of the emitter 15 on the cathode electrode 10. [ For example, the width W1 of the gate opening 35 may be about 100 mu m or more and about 400 mu m or less. In an embodiment, the width W1 of the gate opening 35 may be approximately 350 mu m. The width W1 of the gate opening 35 may be larger than the separation distance L1. In another example, the width W1 of the gate opening 35 may be equal to or smaller than the spacing distance L1.

전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 전사(transfer) 공정을 통해 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 전자 투과 시트(40)의 전사 공정은 후술한다. 전자 투과 시트(40)가 게이트 개구(35)와 중첩될 때, 전자 투과 시트(40)와 게이트 전극(30) 사이에 열적, 기계적 스트레스(stress)가 발생할 수 있다.The electron-permeable sheet 40 may be provided on the gate electrode 30. In an embodiment, the electron-permeable sheet 40 may be provided on the gate electrode 30 through a transfer process, but is not limited thereto. The transferring process of the electro-permeable sheet 40 will be described later. Thermal and mechanical stress may occur between the electron transmitting sheet 40 and the gate electrode 30 when the electron transmitting sheet 40 overlaps with the gate opening 35. [

전자 투과 시트(40)는 게이트 개구(35)와 수직하게 중첩된 복수의 미세 개구들(45)을 가질 수 있다. 복수의 미세 개구들(45)은 상기 스트레스(stress)를 완화할 수 있다. 실시 예에서, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 대략 원형으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 대략 다각형, 및 불규칙 형상으로 제공될 수 있다. The electron permeable sheet 40 may have a plurality of micro-apertures 45 superimposed perpendicular to the gate opening 35. The plurality of fine openings 45 may mitigate the stress. In an embodiment, the micro-apertures 45 may be provided in a substantially circular shape in plan view. Alternatively, in other embodiments, the fine openings 45 may be provided in a planar view, in a substantially polygonal, and irregular shape.

미세 개구들(45) 주변에도 전위 분포 왜곡이 발생할 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 폭(W2)이 전자 빔의 경로를 왜곡시키지 않는 범위 내로 설정되는 것이 중요하다. 이러한, 미세 개구들(45)의 폭(W2)은 미세 개구들(45) 주변의 국소 전위 분포 왜곡에 의한 전자 빔의 경로를 분석하여 도출될 수 있다. 예를 들면, 미세 개구들(45)의 폭(W2)은 전자 빔의 경로의 분석을 통해 전자 빔의 경로를 왜곡하지 않는 범위 내로 도출될 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 각각은 수 내지 수십 마이크로미터(㎛)의 폭(W2)을 가질 수 있다. Dislocation distribution distortion may also occur around the fine openings 45. Accordingly, it is important that the width W2 of the fine openings 45 is set within a range that does not distort the path of the electron beam. Such a width W2 of the fine openings 45 can be derived by analyzing the path of the electron beam due to the local potential distribution distortion around the fine openings 45. [ For example, the width W2 of the fine openings 45 can be derived within a range that does not distort the path of the electron beam through analysis of the path of the electron beam. Accordingly, each of the fine openings 45 may have a width W2 of several to several tens of micrometers (占 퐉).

미세 개구들(45)에 의해 전자 빔의 경로가 왜곡되지 않기 위해서는 미세 개구들(45)의 각각의 폭(W2)은 0(zero) 초과, 및 게이트 개구(35)의 폭(W1)의 폭을 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. 예를 들면, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 100㎛ 이상 및 대략 400㎛ 이하일 수 있고, 미세 개구들(45)의 각각은 대략 5㎛ 이상 및 대략 45㎛의 폭(W2)을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 실시 예에서, 게이트 개구(35)의 폭(W1)은 대략 350㎛일 수 있고, 미세 개구들(45)의 평균적인 폭(W2)은 대략 5㎛일 수 있다. In order not to distort the path of the electron beam by the fine openings 45, the width W2 of each of the fine openings 45 is greater than zero and the width W1 of the gate opening 35 May be less than or equal to the value divided by 3. For example, the width W1 of the gate opening 35 may be greater than or equal to about 100 microns and less than or equal to about 400 microns, and each of the micro-apertures 45 may have a width W2 of about 5 microns or greater and about 45 microns But is not limited thereto. In an embodiment, the width W1 of the gate opening 35 may be approximately 350 microns and the average width W2 of the micro-apertures 45 may be approximately 5 microns.

또한, 미세 개구들(45)에 의해 전자 빔의 경로가 왜곡되지 않기 위해서는 미세 개구들(45)의 각각의 폭(W2)은 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)를 3으로 나눈 값 이하일 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(30) 간의 이격 거리(L1)는 대략 150㎛ 이상이고, 미세 개구들(45)의 각각은 대략 5㎛ 이상 및 대략 45㎛의 폭(W2)을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. In order not to distort the path of the electron beam by the fine openings 45, the width W2 of each of the fine openings 45 is set to a distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30, May be less than or equal to the value divided by 3. The spacing distance L1 between the cathode electrode 10 and the gate electrode 30 is about 150 mu m or more and each of the fine openings 45 has a width W2 of about 5 mu m or more and about 45 mu m, But is not limited thereto.

미세 개구들(45) 중 적어도 두 개는 서로 다른 폭을 가질 수 있다. 미세 개구들(45)은 서로 이격될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 동심원 패턴으로 배열될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 미세 개구들(45)은 평면적 관점에서, 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. At least two of the fine openings 45 may have different widths. The fine openings 45 may be spaced apart from each other. As shown in Fig. 2A, the fine openings 45 may be arranged in a regular pattern, in a plan view. For example, the fine openings 45 may be arranged in a concentric pattern from a plan viewpoint. As shown in Fig. 2B, the micro-apertures 45 may be arranged in an irregular pattern, in plan view.

서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 이격 거리(L2, 이하, 제1 이격 거리)는 게이트 개구(35)의 폭(W1)에 대응하여, 수십 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 이격 거리(L2)는 대략 50㎛ 이상 및 대략 150㎛ 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 제1 이격 거리(L2)는 미세 개구들(45)의 폭(W2)보다 크게 제공될 수 있다. 실시 예에서, 서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 제1 이격 거리들(L2)은 모두 동일할 수 있다. 다른 예에서, 서로 인접한 미세 개구들(45) 간의 제1 이격 거리들(L2) 중 적어도 두 개는 상이할 수 있다. The spacing distance L2 between the adjacent fine openings 45 may be from several tens to several hundreds of micrometers (mu m), corresponding to the width W1 of the gate opening 35. For example, the first separation distance L2 may be about 50 mu m or more and about 150 mu m or less, but is not limited thereto. The first spacing distance L2 between the adjacent fine apertures 45 may be greater than the width W2 of the fine apertures 45. [ In an embodiment, the first spacing distances L2 between adjacent micro-apertures 45 may all be the same. In another example, at least two of the first spaced distances L2 between adjacent micro-apertures 45 may be different.

전자 투과 시트(40)는 적어도 하나의 전자 투과 원자 층(41, 이하 원자 층)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 전자 투과 시트(40)는 2개 이상의 원자 층들(41)이 적층된 구조를 가질 수 있다. The electron-permeable sheet 40 may include at least one electron-transmitting atomic layer 41 (atomic layer). In the embodiment, the electron-permeable sheet 40 may have a structure in which two or more atomic layers 41 are laminated.

원자 층들(41)의 각각은 2차원 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 2차원 물질은 원자들이 2차원으로 배열된 물질을 의미할 수 있다. 예를 들면, 2차원 물질은 그래핀(Graphene), 이황화몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 황화텅스텐(Tungsten disulfide, WS2), 질화붕소(hexagonal boron nitride,h-BN), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 전이금속칼코젠화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMDC), 및 페롭스카이트(Perovskite) 구조 물질 등일 수 있다. Each of the atomic layers 41 may comprise a two-dimensional material. Here, a two-dimensional material may mean a material in which atoms are arranged in two dimensions. For example, the two-dimensional material may be selected from the group consisting of graphene, molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2), hexagonal boron nitride (h-BN), molybdenum Ditelluride, MoTe2, Transition Metal Dichalcogenide (TMDC), and Perovskite structural materials.

실시 예에서, 원자 층(41)은 그래핀을 포함할 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 2차원으로 결합된 구조를 가질 수 있다. 그래핀은 페르미 준위 근처에서 선형의 에너지 분포를 보이는 전자구조적 특성을 갖는다. 따라서, 그래핀을 포함하는 원자 층(41)은 평면 방향으로의 전하의 이동도가 높으며, 저항이 매우 낮은 전기적 특성을 보인다. 이에 따라, 게이트 전극(30)은 전자 투과 시트(40)에 의해, 에미터(15)로부터 방출된 전자의 축적을 방지할 수 있다. 이하, 원자 층(41)은 그래핀 층으로 지칭한다. In an embodiment, the atomic layer 41 may comprise graphene. Graphene can have a structure in which carbon atoms are bonded in two dimensions. Graphene has electronic structural properties that show a linear energy distribution near the Fermi level. Therefore, the atomic layer 41 including graphene has a high mobility of charges in the planar direction, and exhibits a very low electrical resistance. Thus, the gate electrode 30 can prevent accumulation of electrons emitted from the emitter 15 by the electron-permeable sheet 40. [ Hereinafter, the atomic layer 41 is referred to as a graphene layer.

이하, 전자 투과 시트(40)의 전사 과정과, 미세 개구들(45)의 형성 과정을 예를 들어 설명한다. 먼저, 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)의 박막 상에 다층(multiple layers) 또는 단층(single layer) 그래핀(Graphene)을 성장시킬 수 있다. 그래핀에 PMMA(Polymethyl metacrylate)를 코팅을 한 후, 그래핀을 니켈 또는 구리 박막으로부터 분리할 수 있다. 분리된 그래핀은 게이트 전극(30) 상에 전사될 수 있다. 전사된 그래핀은 진공 열처리를 통해 PMMA를 제거할 수 있다. 실시 예에서, 상기 전사 공정에서 다층 그래핀이 사용될 수 있다. 이에 따라, 복수의 그래핀 층들(41)이 적층된 전자 투과 시트(40)가 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. 다른 예에서, 상기 전사 공정에서 단층 그래핀이 사용될 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극(30) 상에 단층 그래핀을 전사시키는 전사 공정을 여러 번 반복하여, 복수의 그래핀 층들(41)이 게이트 전극(30) 상에 적층될 수 있다. 이에 따라, 복수의 그래핀 층들(41)이 적층된 전자 투과 시트(40)가 게이트 전극(30) 상에 제공될 수 있다. Hereinafter, the process of transferring the electron-permeable sheet 40 and the process of forming the micro-apertures 45 will be described. First, multiple layers or single layer graphene can be grown on a thin film of nickel (Ni) or copper (Cu). After graphene is coated with polymethyl methacrylate (PMMA), graphene can be separated from the nickel or copper foil. The separated graphene may be transferred onto the gate electrode 30. [ Transferred graphene can remove PMMA through vacuum heat treatment. In an embodiment, multilayer graphene may be used in the transfer process. Thus, the electron-permeable sheet 40 in which the plurality of graphene layers 41 are laminated can be provided on the gate electrode 30. [ In another example, single-layer graphene may be used in the transfer process. For example, a plurality of graphene layers 41 may be stacked on the gate electrode 30 by repeating the transfer process of transferring the single-layer graphene onto the gate electrode 30 several times. Thus, the electron-permeable sheet 40 in which the plurality of graphene layers 41 are laminated can be provided on the gate electrode 30. [

전사 공정 시, 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들은 1개 내지 3개의 그래핀 층들(41)을 포함할 수 있다. 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들은 4개 이상의 그래핀 층들(41)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들은 11개의 그래핀 층들(41)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 전자 투과 시트의 일부 영역들의 두께가 나머지 영역의 두께와 비교하여, 작을 수 있다. In the transfer process, some areas of the electro-permeable sheet 40 may include one to three graphene layers 41. The remaining areas of the electron-permeable sheet 40 may include four or more graphene layers 41. For example, the remaining areas of the electron-permeable sheet 40 may include eleven graphene layers 41. Accordingly, the thickness of some regions of the electron-permeable sheet can be smaller than the thickness of the remaining regions.

전자 투과 시트(40)의 일부 영역들은 상기 스트레스(stress)에 의해 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들보다 쉽게 찢어질 수 있다. 즉, 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들에 미세 개구들(45)이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 미세 개구들(45)은 게이트 전극(30)과 전자 투과 시트(40) 사이의 열적, 기계적 스트레스(stress)를 완화시킬 수 있다. 상기 스트레스(stress)가 완화됨으로써, 전자 투과 시트(40)의 나머지 영역들은 상기 스트레스(stress)에 의해 찢어지지 않을 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 장치(1)의 제조 수율이 향상될 수 있다.Some areas of the electro-permeable sheet 40 can be more easily torn than the remaining areas of the electro-permeable sheet 40 by the stress. That is, micro-apertures 45 may be formed in some regions of the electron-permeable sheet 40. As described above, the fine openings 45 can alleviate the thermal and mechanical stress between the gate electrode 30 and the electron-permeable sheet 40. As the stress is relaxed, the remaining areas of the electro-permeable sheet 40 may not be torn by the stress. Thus, the production yield of the field emission device 1 can be improved.

또한, 전사 공정시, 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들의 각각의 폭이 조절될 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 폭들(W2)이 조절될 수 있다. 전자 투과 시트(40)의 일부 영역들의 각각의 폭을 조절함으로써, 미세 개구들(45)의 적어도 2개는 서로 다른 폭(W2)을 가질 수 있다. Further, in the transferring step, the width of each of the partial areas of the electro-permeable sheet 40 can be adjusted. Thus, the widths W2 of the fine openings 45 can be adjusted. By adjusting the width of each of the portions of the electron-permeable sheet 40, at least two of the micro-apertures 45 can have a different width W2.

도 4은 도 1의 전계 방출 장치의 변형 예를 나타낸 개략도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 실시 예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.4 is a schematic view showing a modified example of the field emission device of FIG. For the sake of brevity of description, description of components substantially the same as those described with reference to Figs. 1 to 3 will be omitted or briefly explained.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전계 방출 장치(2)는 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 게이트 전극(30), 에미터(15), 및 전자 투과 시트(40)를 포함할 수 있다. 전계 방출 장치(2)는 절연 부재(50), 및 집속 전극(60)을 더 포함할 수 있다. 4, the field emission device 2 according to the embodiment of the present invention includes a cathode electrode 10, an anode electrode 20, a gate electrode 30, an emitter 15, 40). The field emission device (2) may further include an insulating member (50) and a focusing electrode (60).

집속 전극(60)은 다른 전극의 전위에 대한 상대적인 전위를 인가하여, 전자를 집속 시킬 수 있다. 예를 들면, 집속 전극(60)은 전계를 형성하여, 에미터(15)에서 방출된 전자 빔의 경로를 왜곡시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 빔은 집속될 수 있다. 집속 전극(60)은 게이트 전극(30)과 아노드 전극(20) 사이에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 집속 전극(60)은 한 개 제공될 수 있다. 다른 예에서, 집속 전극(60)은 복수 개 제공될 수 있다. The focusing electrode 60 can apply a potential relative to the potential of the other electrode to focus the electrons. For example, the focusing electrode 60 may form an electric field to distort the path of the electron beam emitted from the emitter 15. Thus, the electron beam can be focused. The focusing electrode 60 may be positioned between the gate electrode 30 and the anode electrode 20. In the embodiment, one focusing electrode 60 may be provided. In another example, a plurality of focusing electrodes 60 may be provided.

집속 전극(60)은 원판 형으로 제공될 수 있다. 집속 전극(60)은 외부 전원(미도시)과 연결될 수 있다. 집속 전극(60)은 절연 부재(50)에 의해 캐소드 전극(10), 아노드 전극(20), 및 게이트 전극(30)과 전기적으로 절연될 수 있다. 실시 예에서, 집속 전극(60)은 절연 부재(50)에 의해 둘러싸일 수 있다. 집속 전극(60)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. The focusing electrode 60 may be provided in a disc shape. The focusing electrode 60 may be connected to an external power source (not shown). The focusing electrode 60 can be electrically insulated from the cathode electrode 10, the anode electrode 20, and the gate electrode 30 by the insulating member 50. [ In an embodiment, the focusing electrode 60 may be surrounded by an insulating member 50. The focusing electrode 60 may comprise a conductive material.

집속 전극(60)은 그를 관통하는 집속 전극 개구(65)를 포함할 수 있다. 집속 전극 개구(65)는 전자 빔의 경로 상에 위치될 수 있다. 이에 따라, 전자 빔은 집속 전극 개구(65)를 통과하여, 아노드 전극(20)에 도달할 수 있다. 집속 전극 개구(65)는 게이트 개구(35)와 수직하게 중첩될 수 있다. 실시 예에서, 집속 전극 개구(65)의 폭(W4)은 게이트 개구(35)의 폭과(W1, 도 3 참조) 대략 동일할 수 있다. 다른 예에서, 집속 전극 개구(65)의 폭(W4)은 게이트 개구(35)의 폭(W1)보다 크거나 작을 수 있다.The focusing electrode 60 may include a focusing electrode opening 65 therethrough. The focusing electrode openings 65 may be located on the path of the electron beam. Thus, the electron beam can pass through the focusing electrode opening 65 and reach the anode electrode 20. The focusing electrode openings 65 may overlap vertically with the gate openings 35. In an embodiment, the width W4 of the focusing electrode openings 65 may be approximately the same as the width W1 of the gate opening 35 (see Fig. 3). In another example, the width W4 of the focusing electrode opening 65 may be larger or smaller than the width W1 of the gate opening 35. [

아노드 전극(20)은 캐소드 전극(10)의 상면(11)과 마주보는 하면(21)을 포함할 수 있다. 아노드 전극(20)의 하면(21)은 전자 빔의 경로와 경사질 수 있다. 아노드 전극(20)의 하면(21)은 소정의 각도로 기울어질 수 있다. 아노드 전극(20)은 그의 하면(21) 상에 타겟(25)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 타겟(25)은 전자 빔이 충돌할 때, 엑스선(X-ray)을 방출하는 물질일 수 있다. The anode electrode 20 may include a bottom surface 21 facing the top surface 11 of the cathode electrode 10. The lower surface 21 of the anode electrode 20 may be inclined to the path of the electron beam. The lower surface 21 of the anode electrode 20 can be inclined at a predetermined angle. The anode electrode 20 may include a target 25 on its lower surface 21. In an embodiment, the target 25 may be a material that emits X-rays when the electron beam collides.

도 5는 전자 투과 시트가 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 6은 도 1의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 7은 아노드 전극 상의 도 5 및 도 6의 전자 빔들을 나타낸 평면도이다. 도 8은 전자 투과 시트의 유무에 따른 전계 방출 장치의 방출 전류를 나타낸 그래프이다. 도 7 및 도 8에 도시된 A1은 도 6의 전계 방출 장치(1)에 대한 것이고, A2는 도 5의 전계 방출 장치(3)에 대한 것이다. 5 is a schematic view showing the locus of the electron beam of the field emission device without the electron-permeable sheet. 6 is a schematic view showing the trajectory of the electron beam of the field emission device of FIG. 7 is a plan view showing the electron beams of FIGS. 5 and 6 on the anode electrode. 8 is a graph showing the emission current of the field emission device depending on the presence or absence of the electron-permeable sheet. 7A and 8 are for the field emission device 1 of Fig. 6, and A2 is for the field emission device 3 of Fig.

도 5 및 도 6의 전계 방출 장치들(1, 3)은 대략 대략 200㎛의 게이트 전극(30)과 캐소드 전극(10) 간의 이격 거리(L1, 도 1 참조), 및 대략 350㎛의 게이트 개구(35)의 폭(W1, 도 3 참조)을 가질 수 있다. 에미터(15)의 폭(W3, 도 1 참조)은 게이트 개구(35)의 직경(W1)보다 작을 수 있다. 또한, 도 7의 전계 방출 장치(1)는 대략 5㎛의 미세 개구들(45)의 폭(W2), 및 대략 50㎛의 미세 개구들(45) 간의 이격 거리(L2, 도 3 참조)를 가질 수 있다. The field emission devices 1 and 3 of Figs. 5 and 6 have a gap distance L1 (see Fig. 1) between the gate electrode 30 and the cathode electrode 10 of approximately 200 mu m, (W1, see Fig. 3). The width W3 of the emitter 15 (see FIG. 1) may be smaller than the diameter W1 of the gate opening 35. In FIG. The field emission device 1 of Fig. 7 also has a width W2 of the fine openings 45 of approximately 5 mu m and a distance L2 (see Fig. 3) between the fine openings 45 of approximately 50 mu m Lt; / RTI >

도 5를 참조하면, 전계 방출 장치(3)가 전자 투과 시트(40)를 포함하지 않는 때, 에미터(15)에서 방출된 전자 빔(B1)은 게이트 개구(35) 주변의 왜곡된 공간 전위 분포에 의해 수평 방향의 힘을 받을 수 있다. 여기서, 수평 방향은 제2 방향(D2)과 평행할 수 있다. 이에 따라, 전자 빔(B1)의 궤적이 퍼지게 된다. 또한, 전자 빔(B1)은 게이트 전극(30)의 제2 면(32)과 제1 각도(α1)를 형성할 수 있다. 전자 빔(B1)이 아노드 전극(20)에 도달할 때, 아노드 전극(20) 상에 제1 직경(d1)을 갖는 전자 빔(B1) 영역이 형성될 수 있다. 5, when the field emission device 3 does not include the electron-permeable sheet 40, the electron beam B1 emitted from the emitter 15 is distorted by the distorted spatial potential around the gate opening 35 It is possible to receive the force in the horizontal direction by the distribution. Here, the horizontal direction may be parallel to the second direction D2. As a result, the locus of the electron beam B1 spreads. Further, the electron beam B1 can form a first angle alpha 1 with the second surface 32 of the gate electrode 30. An electron beam B1 region having a first diameter d1 may be formed on the anode electrode 20 when the electron beam B1 reaches the anode electrode 20. [

도 6 내지 도 8을 참조하면, 전계 방출 장치(1)는 미세 개구들(45)을 갖는 전자 투과 시트(40)를 포함할 수 있다. 전자 투과 시트(40)는 게이트 전극(30) 주위의 공간 전위 분포의 왜곡을 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 빔(B2)에 작용하는 상기 수평 방향의 힘은 도 5의 전계 방출 장치(3)와 비교하여, 감소될 수 있다. 즉, 도 6의 전계 방출 장치(4)의 전자 빔(B2)은 도 5의 전계 방출 장치(3)의 전자 빔(B1)보다 더 집속될 수 있다. 예를 들면, 전자 빔(B2)이 게이트 전극(30)의 제2 면(32)과 형성하는 제2 각도(α2)가 제1 각도(α1)보다 클 수 있다. 예를 들면, 제2 각도(α2)는 대략 87.6°[deg]이고, 제1 각도(α1)는 대략 82.9°[deg]일 수 있다. 아노드 전극(20) 상의 도 6의 전자 빔(B2) 영역은 상기 제1 직경(d1)보다 작은 제2 직경(d2)을 가질 수 있다. Referring to Figs. 6 to 8, the field emission device 1 may include an electron-permeable sheet 40 having fine openings 45. Fig. The electron permeable sheet 40 can alleviate the distortion of the spatial potential distribution around the gate electrode 30. [ Accordingly, the force in the horizontal direction acting on the electron beam B2 can be reduced as compared with the field emission device 3 in Fig. That is, the electron beam B2 of the field emission device 4 of FIG. 6 can be focused more than the electron beam B1 of the field emission device 3 of FIG. For example, the second angle? 2 formed by the electron beam B2 with the second surface 32 of the gate electrode 30 may be larger than the first angle? 1. For example, the second angle alpha 2 may be approximately 87.6 deg., And the first angle alpha 1 may be approximately 82.9 deg deg.. The electron beam B2 region of FIG. 6 on the anode electrode 20 may have a second diameter d2 that is smaller than the first diameter d1.

도 9는 전자 투과 시트에 미세 개구들이 없는 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 10은 도 1의 전계 방출 장치의 전계 방출 특성을 나타낸 그래프이다. 도 9의 전계 방출 장치(4)는 미세 개구들(45)를 제외하고는 도 6의 전계 방출 장치(1)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 10의 실선은 도 6의 게이트 전극(30)에 인가되는 전압에 따라, 도 6의 아노드 전극(20)에 흐르는 전류 값에 도 6의 캐소드 전극(10)에 흐르는 전류 값을 나눈 값들을 나타낸 그래프이다. 9 is a schematic view showing the locus of the electron beam of the field emission device in which there are no fine openings in the electron-permeable sheet. 10 is a graph showing field emission characteristics of the field emission device of FIG. The field emission device 4 of FIG. 9 may have the same structure as the field emission device 1 of FIG. 6 except for the fine openings 45. The solid line in Fig. 10 shows the current value flowing through the anode electrode 20 of Fig. 6 divided by the current flowing through the cathode electrode 10 of Fig. 6 according to the voltage applied to the gate electrode 30 of Fig. &Lt; / RTI >

도 6, 도 9 및 도 10을 참조하면, 도 6의 전계 방출 장치(1)의 전자 빔(B3)의 집속 성능은 도 9의 전계 방출 장치(4)의 전자 빔(B2)의 집속 성능과 대략 동일 또는 유사할 수 있다. 예를 들면, 전자 빔(B3)이 게이트 전극(30)의 제2 면(32)과 형성하는 제3 각도(α3)가 제2 각도(α2)와 대략 동일할 수 있다. 아노드 전극(20) 상의 도 6의 전자 빔(B3)의 영역은 상기 제2 직경(d2)과 대략 동일한 제3 직경(d3)을 가질 수 있다. 도 6의 미세 개구들(45)의 직경이 미세 개구들(45) 간의 이격 거리(L2, 도 3 참조)보다 작게 형성할 때, 미세 개구들(45)에 의한 게이트 전극(30) 주위의 공간 전위 분포의 왜곡이 미비할 수 있다. 이에 따라, 미세 개구들(45)의 유무는 전자 빔의 집속 성능에 거의 영향을 미치지 않을 수 있다. 6, 9 and 10, the focusing performance of the electron beam B3 of the field emission device 1 of FIG. 6 is the same as the focusing performance of the electron beam B2 of the field emission device 4 of FIG. May be approximately the same or similar. For example, the third angle? 3 formed by the electron beam B3 with the second surface 32 of the gate electrode 30 may be approximately the same as the second angle? 2. The area of the electron beam B3 in Fig. 6 on the anode electrode 20 may have a third diameter d3 substantially equal to the second diameter d2. When the diameter of the fine openings 45 in FIG. 6 is smaller than the distance L2 between the fine openings 45 (see FIG. 3), the space around the gate electrode 30 by the fine openings 45 The distortion of the potential distribution may be insufficient. Accordingly, the presence or absence of the fine openings 45 may have little influence on the focusing performance of the electron beam.

전술한 바와 같이, 전자 투과 시트(40)와 게이트 전극(30) 사이에 열적, 기계적 스트레스(stress)가 발생할 수 있다. 도 7의 전자 투과 시트(40)는 상기 스트레스(stress)에 의해 찢어질 수 있다. 하지만, 도 6의 전자 투과 시트는 미세 개구들(45)에 의해 찢어지지 않을 수 있다. 즉, 도 6의 전계 방출 장치(1)는 도 7의 전계 방출 장치(4)보다 제조 수율이 향상될 수 있다. As described above, thermal and mechanical stress may occur between the electron-permeable sheet 40 and the gate electrode 30. The electro-permeable sheet 40 of Fig. 7 can be torn by the stress. However, the electron-permeable sheet of Fig. 6 may not be torn by the fine openings 45. Fig. That is, the field emission device 1 of FIG. 6 can be improved in manufacturing yield than the field emission device 4 of FIG.

도 10을 참조하면, 도 6의 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 도 9의 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도보다 클 수 있다. 도 10에서, IC는 캐소드 전극(10)에 흐르는 전류를 의미할 수 있다. IA는 아노드 전극(20)에 흐르는 전류를 의미할 수 있다. Gate Voltage는 게이트 전극(30)에 인가된 전압을 의미할 수 있다. Referring to Fig. 10, the electron transmittance of the electro-permeable sheet 40 of Fig. 6 may be larger than that of the electro-permeable sheet 40 of Fig. In Fig. 10, the IC may mean a current flowing in the cathode electrode 10. Fig. IA may refer to the current flowing through the anode electrode 20. The gate voltage may refer to a voltage applied to the gate electrode 30.

아노드 전극(20)에 흐르는 전류 값에 캐소드 전극(10)에 흐르는 전류 값을 나눈 값(이하, 산출 값)이 작을수록, 게이트 전극(30)으로 누설되는 누설 전류가 작을 수 있다. 즉, 상기 산출 값이 작을수록, 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 클 수 있다. 예를 들면, 도 6 및 도 9의 전자 투과 시트(40)는 3개의 그래핀 층들(41)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 전자의 에너지가 대략 1 [keV]일 때, 도 6의 미세 개구들(45)을 포함하는 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 대략 80%이상일 수 있다. 또한, 도 9의 미세 개구들(45)을 포함하지 않는 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도는 도 6의 미세 개구들(45)을 포함하는 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도보다 작을 수 있다. 이에 따라, 전자 투과 시트(40)의 미세 개구들(45)에 의해 전자 투과 시트(40)의 전자 투과도가 향상될 수 있다. 여기서, eV는 전자 볼트(electron volt)의 약어로써, 전자 에너지의 크기를 의미할 수 있다.The smaller the value obtained by dividing the current value flowing through the anode electrode 20 by the current flowing through the cathode electrode 10 (hereinafter referred to as the calculated value), the smaller the leakage current leaking to the gate electrode 30. [ That is, the electron transmittance of the electro-permeable sheet 40 may be larger as the calculated value is smaller. For example, the electro-permeable sheet 40 of Figs. 6 and 9 may have a structure in which three graphene layers 41 are laminated. When the energy of electrons is approximately 1 [keV], the electron permeability of the electron-permeable sheet 40 including the fine openings 45 of Fig. 6 may be approximately 80% or more. 9 can be smaller than that of the electro-permeable sheet 40 including the micro-apertures 45 of Fig. 6 (see Fig. 6) . Thus, the electron transmittance of the electro-permeable sheet 40 can be improved by the fine openings 45 of the electro-permeable sheet 40. Here, eV is abbreviation of electron volt, which may mean the magnitude of the electron energy.

도 11은 도 4의 전계 방출 장치의 전자 빔의 궤적을 나타낸 개략도이다. 도 11의 전계 방출 장치(2)는 집속 전극(60) 및 아노드 전극(20)의 형상을 제외하고는 도 6의 전계 방출 장치(1)와 동일한 구조를 가질 수 있다.11 is a schematic view showing the trajectory of an electron beam of the field emission device of Fig. The field emission device 2 of FIG. 11 may have the same structure as the field emission device 1 of FIG. 6, except for the shape of the focusing electrode 60 and the anode electrode 20.

도 6 및 도 11을 참조하면, 전술한 바와 같이, 집속 전극(60)이 전자 빔(B4)의 경로를 왜곡시켜, 전자 빔(B4)를 집속시킬 수 있다. 이에 따라, 도 11의 전자 빔(B4)은 집속 전극(60)에 의해 도 6의 전자 빔(B3)보다 더 집속될 수 있다. 예를 들면, 아노드 전극(20) 상의 도 8의 전자 빔(B4) 영역은 상기 제3 직경(d3)보다 작은 제4 직경(d4)을 가질 수 있다. 6 and 11, focusing electrode 60 can distort the path of electron beam B4 and converge electron beam B4, as described above. Accordingly, the electron beam B4 in Fig. 11 can be focused by the focusing electrode 60 more than the electron beam B3 in Fig. For example, the electron beam B4 region of FIG. 8 on the anode electrode 20 may have a fourth diameter d4 that is smaller than the third diameter d3.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It should be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.

1, 2, 3, 4: 전계 방출 장치 10: 캐소드 전극
11: 상면 15: 에미터
20: 아노드 전극 21: 하면
25: 타겟 30: 게이트 전극
31: 제1 면 32: 제2 면
35: 게이트 개구 40: 전자 투과 시트
45: 미세 개구들 50: 절연 부재
60: 집속 전극1, 2, 3, 4: field emission device 10: cathode electrode
11: upper surface 15: emitter
20: anode electrode 21:
25: target 30: gate electrode
31: first side 32: second side
35: gate opening 40: electron transmitting sheet
45: fine openings 50: insulating member
60: focusing electrode

Claims

A cathode electrode and an anode electrode spaced apart from each other;
An emitter on the cathode electrode;
A gate electrode positioned between the cathode electrode and the anode electrode and having at least one gate opening overlapping the emitter; And
And an electron-permeable sheet positioned on the gate electrode and having a plurality of fine openings overlapping the gate opening.

The method according to claim 1,
Wherein the electron-transmitting sheet comprises at least one electron-transmitting atomic layer,
Wherein the electron-permeable atomic layer comprises a two-dimensional material.

3. The method of claim 2,
The two-dimensional material may be selected from the group consisting of Graphene, Molybdenum Disulfide (MoS2), Tungsten disulfide (WS2), hexagonal boron nitride (h-BN), Molybdenum Ditelluride, MoTe2 ), And a transition metal chalcogen compound (TMDC).

The method according to claim 1,
Wherein a width of each of the fine openings is smaller than a distance between adjacent fine openings.

5. The method of claim 4,
Wherein the width of each of the fine openings is greater than zero and less than or equal to a width of the gate opening divided by three.

6. The method of claim 5,
Wherein a width of each of the fine openings is equal to or smaller than a value obtained by dividing a separation distance between the cathode electrode and the gate electrode by three.

The method according to claim 1,
Wherein a width of the gate opening is larger than a width of the emitter.

The method according to claim 1,
Further comprising at least one focusing electrode positioned between the anode electrode and the gate electrode,
Wherein the focusing electrode comprises a focusing electrode opening that overlaps the gate opening vertically.

The method according to claim 1,
Wherein the emitter is positioned on one surface of the cathode electrode facing the anode electrode.

The method according to claim 1,
Wherein the anode electrode comprises a target on one surface opposite to the cathode electrode.

The method according to claim 1,
Wherein the gate electrode includes a first surface opposed to the cathode electrode and a second surface opposed to the anode electrode,
And the electron-permeable sheet is positioned on the first surface or the second surface.

The method according to claim 1,
Wherein a distance between the cathode electrode and the gate electrode is 150 mu m or more and 500 mu m or less.

The method according to claim 1,
Wherein at least two of the fine openings have different widths.

The method according to claim 1,
Wherein the width of the fine opening has a value within a range in which the trajectory of the electron beam emitted from the emitter is not substantially distorted by the potential distribution distortion along the fine opening.