WO2012096499A2 - 횡형 전계 방출 소자 - Google Patents

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WO2012096499A2
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anode
cathode
substrate
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이철진
신동훈
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고려대학교 산학협력단
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    • H01J1/316—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field parallel to the surface, e.g. thin film cathodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
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    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)

Definitions

  • CNT Carbon Nano Tube
  • a needle-like electron-emitting material is a highly applicable material in various applications because of its excellent physical, mechanical, chemical, and thermal properties.
  • CNTs are easy to emit electrons at low electric fields because they have a low work function, high aspect ratio and large field enhancement factor ( ⁇ ) due to the small radius of curvature of the nanoscale tip.
  • Mechanical and chemical stability and thermal and electrical conductivity are very high.
  • field emission research using plate-like electron-emitting materials having excellent physical properties, for example, graphene and graphite has been actively conducted.
  • the conventional field electron emission device has a vertical vertical structure in which the cathode portion and the anode portion are arranged in the vertical direction with respect to the plane of the substrate (front plate, back plate).
  • the characteristics of this structure should be provided with a spacer for securing the electron traveling space between the cathode and the anode electrode.
  • Such spacers require complicated manufacturing processes and are also an obstacle to the integration of devices.
  • a lateral field emission device is provided.
  • a lateral field emission device comprising: a substrate; Electron-emitting materials oriented in one direction side by side with respect to the substrate; A supporter supporting the electron-emitting material on a substrate; A cathode electrically connected to the electron-emitting material provided on the substrate; And an anode provided on the substrate to face the electron-emitting material.
  • a gate is provided between the electron-emitting material and the anode.
  • the gate may be located under an electron transfer path between the electron-emitting material and the anode.
  • the gate may include gate members positioned at both sides of the electron path between the electron emission material and the anode.
  • the anode may have a side at which electrons from the electron-emitting material collide.
  • the electron-emitting material may include at least one of carbon nanotubes, nanocarbon materials, semiconductor nanowires, metal nanowires, carbon nanoplates, graphene, and graphene oxide.
  • the cathode, anode and gate may be formed of the same material.
  • a lateral field emission device includes a substrate; A cathode structure including a support provided on one side of a substrate, a cathode formed on the support, and an electron-emitting material electrically connected to the cathode; And an anode provided on the other side of the substrate so as to face the cathode structure.
  • the cathode may cover a portion of the electron-emitting material.
  • a gate may be further provided between the cathode structure and the anode.
  • the gate may include gate members provided at both sides of an electron traveling path between the cathode structure and the anode.
  • Spacers that have been required in conventional vertical structures are excluded and thus the process of forming the spacers can be omitted.
  • the entire structure is formed on one substrate, the entire manufacturing process can be shortened compared to the prior art.
  • an integrated multi-field electron emission device array structure can be obtained, and a large amount of individual field emission devices can be manufactured by separating these arrays into individual device units as necessary.
  • the field electron emission device having such a structure includes, for example, a lamp, a display device, a backlight device for a flat panel display, an electron source for a high power microwave, and the like.
  • integrated vacuum electron-emitting devices similar to those of solid-state semiconductor devices can be realized.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a bilateral lateral field emission device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the lateral field emission device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a triode transverse field emission device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing the lateral field emission device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a lateral field emission device having a three-pole structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view schematically illustrating the lateral field emission device illustrated in FIG. 5.
  • FIGS. 7 to 13 show a manufacturing process of the horizontal field emission device according to one embodiment of the present invention shown in FIGS.
  • FIGS. 14 to 20 show a manufacturing process of the lateral field emission device according to another embodiment of the present invention shown in FIGS.
  • FIGS. 21 to 27 show a manufacturing process of a lateral field emission device according to still another embodiment of the present invention shown in FIGS.
  • the element When an element is described as being disposed or connected on another element or layer, the element may be placed or connected directly on the other element, and other elements or layers may be placed therebetween. It may be. Alternatively, where one element is described as being directly disposed or connected on another element, there may be no other element between them. Terms such as first, second, third, etc. may be used to describe various items such as various elements, compositions, regions, layers and / or parts, but the items are not limited by these terms. Will not.
  • Embodiments of the invention are described with reference to cross-sectional illustrations that are schematic illustrations of ideal embodiments of the invention. Accordingly, changes from the shapes of the illustrations, such as changes in manufacturing methods and / or tolerances, are those that can be expected. Accordingly, embodiments of the invention are not to be described as limited to the particular shapes of the areas described as the illustrations, but include deviations in the shapes, and the areas described in the figures are entirely schematic and their shapes. Are not intended to describe the precise shape of the region nor are they intended to limit the scope of the invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a lateral field emission device according to the present invention having a basic diode structure required for electric field emission
  • FIG. 2 is a side view.
  • a conductive material for example, metals such as Au and Ag
  • the electron-emitting material 40 may be a needle-like electron-emitting material or a plate-like electron-emitting material.
  • the acicular electron emission material may include a carbon nanotube or a nano carbon material or a semiconductor nanowire or a metal nanowire.
  • the plate-like electron-emitting material may include carbon nanoplates, graphene, graphene oxide, and the like.
  • the support part 50 is formed of an insulating material such as poly methyl methacrylate (PMMA) resin or silicon nitride (SiNx), and an anode facing the tip of the electron-emitting material 40 (emission end where electron emission occurs). Electrons traveling along the electron propagation path P from the electron-emitting material 40 so as to correspond to the middle portion of the one side 30a of the 30 impinge on the middle portion of the one side 30a of the anode 30. (Or landing). The rear end of the electron-emitting material 40 is electrically connected to the cathode 20. At this time, the rear end of the electron-emitting material 40 is physically contacted and fixed to one side (or inner side, 20a) of the cathode 20.
  • PMMA poly methyl methacrylate
  • SiNx silicon nitride
  • the substrate 10 may have a multilayer structure instead of a single layer.
  • the lower portion may be formed of a silicon substrate or Si wafer as the substrate body 10a of the substrate 10
  • the upper portion may be formed of a silicon oxide film as the insulating layer 10b.
  • the substrate 10 may also be formed of other well-known insulating materials such as glass.
  • the field emission device having the two-pole structure having the above structure is electrically connected to the cathode 20 when power is applied to the cathode 20 and the anode 30, and the tip of the electron-emitting material corresponding to the actual cold cathode. Electrons are emitted from the electrons and the electrons collide with the inner surface of the anode 30.
  • FIG. 3 schematically shows a lateral field emission device according to the present invention having a triode structure as an improved structure of the field emission device shown in FIG. 1, and
  • FIG. 4 is a side view thereof.
  • the support part 50 and the gate 60 which support the above-mentioned electron-emitting material 40 are provided.
  • the support 50 and the gate 60 are spaced apart by a certain distance, and the height thereof may be similar to each other, or the gate 60 may be slightly lower.
  • the height of the gate 60 has a height such that an appropriate gate (control) electric field can be formed on the electron propagation path P between the electron-emitting material 40 and the anode 30, and the height is designed. It can be adjusted appropriately as required.
  • the gate 60 may be formed of a material such as Au or Ag, such as the cathode 20 or the anode 30.
  • the support 50 is also formed of an insulating material such as poly methyl methacrylate (PMMA) resin or silicon nitride (SiNx).
  • PMMA poly methyl methacrylate
  • SiNx silicon nitride
  • the rear end of the electron-emitting material 40 is electrically connected to the cathode 20. At this time, the rear end of the electron-emitting material 40 is physically in contact with and fixed to one side of the cathode 20. When the rear end of the electron-emitting material 40 is fixed to the cathode 20, a portion of the rear end may be embedded in the cathode 20.
  • the buried structure may have a structure in which the cathode 20 has a double upper and lower layers, and the rear end of the electron-emitting material 40 may be sandwiched between the layers, and the structure may be described with reference to FIGS. 1 and 2. Optionally applicable to the structure.
  • the substrate 10 may have a multilayer structure instead of a single layer as in the above-described embodiment, for example, a silicon wafer having an oxide film formed on the surface of the substrate 10 may be applied.
  • the wafer corresponds to the main body 10a of the substrate 10 and the oxide film corresponds to the insulating layer 10b.
  • FIG. 5 schematically shows a lateral field emission device having a gate structure different from that of the tripolar field emission device shown in FIGS. 3 and 4, and
  • FIG. 6 is a plan view thereof.
  • an anode 31 made of metal such as Au and Ag is formed on one side (right side in the drawing) of the substrate 11, and the cathode 21 and electron emission on the opposite side thereof.
  • the cathode structure K is provided with a material 41 and a support portion 51 having a predetermined thickness (height) for supporting the cathode 21 and the electron-emitting material 41 at the bottom thereof.
  • gate members 61a and 61a positioned at both sides of the electron propagation path between the electron-emitting material 41 and the anode 31 and a gate connection portion (or gate address line 61b) interconnecting them.
  • the gate 61 which has is provided.
  • the gate members 61a and 61a are conductive materials and are formed of a material such as the anode 31, for example, a metal such as Au or Ag.
  • the gate members 61a and 61a are positioned at a thickness (height) to sufficiently cover the electron traveling path P at both sides of the electron traveling path P, thereby controlling predetermined electrons on the electron traveling path P. To form an electric field.
  • the cathode 21 and the electron-emitting material 41 are formed on the support 51 formed of an insulating material such as poly methyl methacrylate (PMMA) resin or silicon nitride (SiNx).
  • PMMA poly methyl methacrylate
  • SiNx silicon nitride
  • the cathode 21 covers the rear end of the electron-emitting material 41.
  • This structure shows that the cathode 31 is formed so that a portion of the electron-emitting material 41 is first arranged on the support 51 and then partially covers the electron-emitting material 41.
  • the gate 61 may be excluded (omitted) to have a bipolar, that is, a diode structure.
  • the lateral field electron emission device described through various embodiments as described above excludes the spacers required in the conventional vertical structure, and thus the process of forming the spacers can be omitted.
  • the entire structure is formed on one substrate, the entire manufacturing process can be simplified.
  • it is formed on one substrate it is possible to obtain a structure of a plurality of field emission device arrays, and to manufacture a large amount of individual field emission devices by separating them by individual devices as necessary.
  • the field electron emission device having such a structure can be applied to various fields. For example, there are lamps, displays, backlight devices for flat panel displays, electron sources for high power microwaves, and the like.
  • integrated vacuum electron-emitting devices similar to those of solid-state semiconductor devices can be realized.
  • FIGS. 7 to 13 schematically show a manufacturing process of the field emission device shown in FIGS.
  • the substrate 10 is prepared.
  • Substrate 10 may be made of a material having an insulating surface, such as glass or sapphire. Meanwhile, the substrate 10 may have a structure in which an oxide film 10b is formed on the silicon body 10a as a silicon wafer.
  • an insulation material layer Mi is formed on the substrate 10 to manufacture the support 50 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the insulating material layer Mi may be formed by physical vapor deposition such as sputtering PMMA or silicon nitride (SiNx), or chemical vapor deposition (CVD) involving chemical reaction.
  • the insulating material layer Mi is patterned to have a semi-finished support 50s of an initial form for forming the support 50.
  • the length of the semi-finished support 50s corresponds to the gap between the cathode 20 and the anode 30, and the width thereof has a width such that the electron-emitting material 40 can be arranged.
  • the patterning of the semi-finished support portion 50s may be formed by applying a conventional wet patterning method or a dry patterning method, and in particular, a patterning method using a conventional photolithography method or electron beam etching may be applied.
  • a conductive material layer (Mc) for manufacturing the cathode 20 and the anode 30 on the substrate 10 on which the semi-finished support 50s is formed for example, Au, Form an Ag layer.
  • the conductive material layer Mc may be subjected to physical vapor deposition such as thermal vapor deposition, electron beam vapor deposition, or sputtering.
  • the conductive material layer Mc is patterned to form cathodes 20 and anodes 30 located on both sides of the semi-finished support 50s. Formation of the cathode 20 and the anode 30 can be applied to the existing dry method or wet method.
  • the electron-emitting material 40 is arranged between the cathode 20 and the anode 30 on the semi-finished support 50s.
  • the arrangement can be arranged on the semi-finished support 50s by electrophoresis. That is, in the electrolyte in which the electron-emitting material is dispersed, the electron-emitting material 40s is disposed in the direction of electric field formation in which an appropriate voltage is applied between the cathode 20 and the anode 30. Since the electrophoresis is performed in the electrolyte, the drying may be performed after the electron emission material 40s is formed.
  • the electron emitting material may be directly mounted on the support.
  • the technical scope of the present invention is not limited by various methods of forming the electron-emitting material on the support.
  • the semi-finished support 50s and the electron-emitting material 40s are patterned to form the support 50 and the electron-emitting material 40 spaced apart from the anode 30 by a predetermined distance, as shown in FIG. 13.
  • a field emission device having a bipolar structure is obtained.
  • the electron-emitting material 40 maintains an electrically connected state with respect to the cathode 20.
  • FIGS. 14 to 20 schematically show a manufacturing process of the field emission device of the three-pole structure shown in FIGS.
  • the substrate 10 is prepared.
  • Substrate 10 may be made of a material having an insulating surface, such as glass or sapphire. Meanwhile, the substrate 10 may have a structure in which an oxide film 10b is formed on the silicon body 10a as a silicon wafer.
  • an insulating material layer Mi for forming the support part 50 is formed on the substrate 10.
  • the insulating material layer Mi may be formed by physical vapor deposition such as sputtering PMMA or silicon nitride (SiNx), or chemical vapor deposition (CVD) involving chemical reaction.
  • the insulating material layer Mi may have a semi-finished support 50s of an initial form for forming the support 50 shown in FIGS. 3 and 4. Pattern.
  • the length of the semi-finished support 50s corresponds to the distance between the cathode 20 and the anode 30, and the width thereof has a width such that the electron-emitting material 40 can be arranged.
  • the patterning of the semi-finished support portion 50s may be formed by applying a conventional wet patterning method or a dry patterning method, and in particular, a patterning method using a conventional photolithography method or electron beam etching may be applied.
  • a conductive material layer (Mc) for manufacturing the cathode 20, the anode 30, and the gate 60 therebetween is formed on the substrate 10 on which the semi-finished support 50s is formed.
  • Material for example Au and Ag layers.
  • the conductive material layer Mc may be subjected to physical vapor deposition such as thermal vapor deposition, electron beam vapor deposition, or sputtering.
  • the conductive material layer Mc is patterned to form a cathode 20, an anode 30, and a semi-finished gate 60s therebetween.
  • the cathode 20 and the semi-finished gate 60s are located on both sides of the semi-finished support 50s.
  • the patterning of the cathode 20, the anode 30, and the semi-finished gate 60s therebetween may apply the existing dry method or the wet method.
  • the electron-emitting material 40 is arranged between the cathode 20 and the semi-finished data 60s on the semi-finished support 50s.
  • the arrangement can be arranged on the semi-finished support 50s by electrophoresis. That is, in the electrolyte in which the electron-emitting material is dispersed, the electron-emitting material 40 is disposed in the electric field formation direction to which an appropriate voltage is applied between the cathode 20 and the semi-finished gate 60s. Since the electrophoresis is performed in the electrolyte, drying may be performed after the electron-emitting material 40 is formed.
  • the electron emitting material may be directly mounted on the support.
  • the technical scope of the present invention is not limited by various methods of forming the electron-emitting material on the support.
  • the semi-finished support 50s and the electron-emitting material 40s are patterned, and the thickness of the semi-finished gate 60s is lowered to complete the gate 60 positioned below the electron beam propagation path, as shown in FIG. 20.
  • a field emission device having a three-pole structure as described above is obtained.
  • the gate 60 and the support 50 and the electron-emitting material 40 thereon is patterned to be spaced apart by a predetermined distance.
  • the above process is a patterning process of etching the upper portion of the gate 60 to a predetermined depth so that the thickness of the gate 60 is less than or equal to the thickness of the support 50, and the support 50 and the above
  • the patterning process for forming the electron-emitting material 40 may be performed separately.
  • 21 to 27 schematically show a manufacturing process of the field emission device of the three-pole structure shown in FIGS.
  • the substrate 11 is prepared as shown in FIG. 21.
  • the substrate 11 may be made of a material having an insulating surface, for example glass or sapphire. Meanwhile, the substrate 11 may have a structure in which an oxide film 11b is formed on the silicon body 11a as a silicon wafer.
  • the anode 31 and the substrate are formed on the substrate 11 by using a conductive material layer (Mc) such as Au and Ag.
  • a conductive material layer (Mc) such as Au and Ag.
  • An intermediate gate forming material layer Mg is formed. They may form the anode 1 and the gate layer material (Mg) by a conventional wet method or a dry method after forming a metal layer using a conductive material such as thermal evaporation, electron beam evaporation, or sputtering.
  • the gate forming material layer Mg is patterned to form a semi-finished gate 60s.
  • Semi-finished gate 60s has two gate members 61a and a gate connection 61b connecting them.
  • the gate connection 61b is reduced in thickness by selective etching.
  • a selective etching method that cuts only the gate connection portion 61b by a predetermined depth using a mask is suitable.
  • the thickness of the gate connection portion (or gate address line 61b) is preferably as thin as possible, but it is possible to connect both gate members 61a with the lowest possible electrical resistance.
  • the support part 51 is formed on the other side (left side in the drawing) on the substrate 11 to have a predetermined thickness. This can be obtained by depositing PMMA or silicon nitride (SiNx) by physical vapor deposition such as sputtering, or chemical vapor deposition (CVD) involving chemical reaction, and then etching the wet or dry method.
  • the gate connection part 61b may be covered by the support part 51.
  • the support 51 has a depth and a width such that the cathode 21 and the electron-emitting material 41 can be arranged.
  • the electron-emitting material 41 is disposed on the support 51 so that its longitudinal direction is directed between the gate members 61a, that is, parallel to the electron propagation path P as described above.
  • the cathode 21 is formed on the other side (outside in the figure) of the support portion 51 to obtain a three-pole field emission device having a structure as shown in FIG. At this time, the cathode 21 covers the rear end portion of the electron-emitting material 41 to a predetermined width.
  • a cathode 21 can be formed by a vapor deposition method using a mask or by screen printing of a conductive paste using a mask.
  • the spacer that was required in the existing vertical structure is excluded and thus the process of forming the spacer can be omitted.
  • the entire structure is formed on one substrate, the entire manufacturing process can be shortened compared to the prior art.
  • an integrated multi-field electron emission device array structure can be obtained, and a large amount of individual field emission devices can be manufactured by separating these arrays into individual device units as necessary.
  • the field electron emission device having such a structure includes, for example, a lamp, a display device, a backlight device for a flat panel display, an electron source for a high power microwave, and the like.
  • integrated vacuum electron-emitting devices similar to those of solid-state semiconductor devices can be realized.

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

기판에 나란한 방향으로 전자가 방출되는 횡형 전계 방출 소자에 관련하여 기술된다. 기판에 대해 나란하게 일 방향으로 배향되는 전자방출물질은 기판에 대해 소정 높이의 두께를 가지는 지지부에 형성되며, 기판의 타측에 전자방출물질에 대응하는 애노드가 형성된다.

Description

횡형 전계 방출 소자
전계 방출 소자에 관련되며, 상세하게 기판에 나란한 방향으로 전자의 방출이 일어나는 횡형 전계 방출 소자에 관해 기술된다.
침상 전자방출물질인 CNT(Carbon Nano Tube)는 전기적, 기계적, 화학적, 열적 특성 등의 우수한 물성 때문에 다양한 응용분야에서 활용도가 매우 높은 물질이다. CNT는 낮은 일 함수(work function)와 높은 종횡 비 및 나노 크기의 선단부의 작은 곡률 반경에 의한 큰 전계 강화인자(field enhancement factor, β)를 갖기 때문에 CNT는 낮은 전계에서 전자 방출이 용이하고, 또한 기계적, 화학적 안정성과 열적, 전기적 전도도가 매우 높다. 최근에는 침상형 뿐만 아니라 우수한 물성을 지닌 판상 전자방출물질, 예를 들면 그래핀(Graphene), 그라파이트(Graphite) 등을 이용한 전계방출 연구도 활발히 진행되고 있다. 종래 전계 전자방출 소자는 음극부와 양극부가 기판(전면판, 배면판)의 평면에 대해 수직방향으로 배열되는 수직적 종형(縱形) 구조를 가진다. 이러한 구조의 특성은 음극부과 양극부 전극 사이에 전자 진행 공간 확보를 위한 스페이서가 마련되어야 한다. 이러한 스페이서는 복잡한 제조공정을 요구하며 또한 소자의 집적화에 장애요소가 된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 횡형 전계 방출 소자가 제공된다.
본 발명의 한 유형에 따른 횡형 전계 방출 소자는, 기판; 기판에 대해 나란하게 일 방향으로 배향되는 전자방출물질; 상기 전자방출물질을 기판 상에 지지하는 지지부; 상기 기판 상에 마련되는 상기 전자방출물질에 전기적으로 연결되는 캐소드; 그리고 상기 전자방출물질에 대향하게 상기 기판 상에 마련되는 애노드를 구비한다.
한 실시예에 따르면, 상기 전자방출물질과 애노드의 사이에 게이트가 마련된다.
상기 게이트는 상기 전자방출물질과 애노드 사이의 전자 이동 경로 하방에 위치할 수 있다.
또한, 상기 게이트는 전자방출물질과 상기 애노드 사이의 전자진행경로의 양측에 위치하는 게이트 부재를 구비할 수 있다.
상기 애노드는 상기 전자방출물질로부터의 전자가 충돌하는 측면을 가질 수 있다.
상기 전자방출물질은 탄소 나노 튜브, 나노카본 소재, 반도체 나노와이어, 금속 나노와이어, 카본나노플레이트, 그래핀 및 그래핀 옥사이드 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 캐소드, 애노드 및 게이트는 동일 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 유형에 따른 횡형 전계 방출 소자는, 기판; 기판의 일측에 소정 두께로 마련되는 지지부와 지지부 상에 형성되는 캐소드 및 캐소드에 전기적으로 연결되는 전자방출물질을 포함하는 캐소드 구조체; 그리고 상기 기판의 타측에 상기 캐소드 구조체에 대향하게 마련되는 애노드를 구비한다.
상기 캐소드 구조체에서, 캐소드는 상기 전자방출물질의 일부분을 덮을 수 있다.
상기 캐소드 구조체와 상기애노드의 사이에 게이트가 더 구비될 수 있다. 특히 상기 게이트는 상기 캐소드 구조체와 상기애노드 사이의 전자 진행 경로의 양측에 마련되는 게이트 부재를 구비할 수 있다.
기존의 종형 구조에서 요구되었던 스페이서가 배제되며 따라서 스페이서를 형성하는 공정이 생략할 수 있다. 특히 전체 구조가 하나의 기판 상에 형성되기 때문에 전체 제조 공정이 종래에 비해 단축될 수 있다. 또한 하나의 기판에 형성되므로 집적화된 다수 전계 전자방출 소자 어레이 구조를 얻을 수 있고, 필요에 따라 이들 어레이를 개별 소자 단위로 분리함으로써 대량의 개별 전계 방출 소자의 제조가 가능하다. 이러한 구조의 전계 전자방출 소자는 예를 들어, 램프, 표시장치, 평판 디스플레이용 백라이트 장치, 고출력 마이크로웨이브용 전자 소스 등이 있다. 또한 선택적인 개별 소자의 독립 구동이 가능하고 개별 소자 간의 연결이 가능함으로써 고체 반도체 소자와 유사한 형태의 집적화된 진공 전자방출소자 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 2 극(diode)구조의 횡형 전계 방출 소자를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 횡형 전계 방출 소자를 개략적으로 보이는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3 극(triode)구조의 횡형 전계 방출 소자를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 횡형 전계 방출 소자를 개략적으로 보이는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3 극 구조의 횡형 전계 방출 소자를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 횡형 전계 방출 소자를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 7 내지 도 13은 도 1 및 2에 도시된 본 발명의 한 실시예에 따른 횡형 전계 방출 소자의 제조 공정을 나타내 보인다.
도 14 내지 도 20은 도 3 및 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡형 전계 방출 소자의 제조 공정을 나타내 보인다.
도 21 내지 도 27은 도 5 및 6에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 횡형 전계 방출 소자의 제조 공정을 나타내 보인다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 전계 방출(electric field emission)에 필요한 기본적인 2극(diode) 구조를 가지는 것으로서, 본 발명에 따른 횡형 전계 방출 소자를 개략적으로 보이는 사시도이며, 도 2는 측면도이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 도전성 물질, 예를 들어 Au, Ag와 같은 금속으로 된 캐소드(20)와 애노드(30)가 상호 마주 대하게 일정 거리를 두고 마련된다. 한편, 애노드(30)를 마주 대하는 캐소드(20)의 일 측면 가까이에는 애노드(30)를 향하여 정렬된 전자방출물질(40)이 마련되고, 이들 하부에는 절연성 지지부(50)가 마련되어 있다. 여기에서 상기 전자방출물질(40)은 침상 전자방출물질 또는 판상 전자방출물질일 수 있다. 침상 전자방출물질은 탄소 나노 튜브 또는 나노 카본 소재 또는 반도체 나노와이어 또는 금속 나노와이어 등을 포함할 수 있다. 판상 전자방출물질은 카본나노플레이트, 그래핀(graphene), 그래핀 옥사이드(graphene oxide) 등을 포함할 수 있다.
이 지지부(50)는 PMMA(Poly methyl methacrylate) 수지 또는 실리콘 질화물(SiNx)등의 절연물질로 형성되며, 상기 전자방출물질(40)의 선단(전자 방출이 일어나는 단부, emission end)이 마주 보는 애노드(30)의 일 측면(30a)의 중간 부분에 대응하도록 하여 전자방출물질(40)로부터의 전자 진행 경로(P)를 따라 진행하는 전자가 애노드(30)의 일 측면(30a) 중간 부분에 충돌(또는 랜딩)될 수 있게 하기 위한 것이다. 상기 전자방출물질(40)의 후단은 상기 캐소드(20)에 전기적으로 연결되어 있다. 이때에 전자방출물질(40)의 후단은 캐소드(20)의 일 측면(또는 내측면, 20a)에 대해 물리적으로 접촉 및 고정된다. 전자방출물질(40)의 후단이 캐소드(20)에 일 측면(20a)에 고정되는 경우는 후단 일부가 캐소드(20)의 일 측면(20a)에 매립될 수 있다. 한편, 상기 기판(10)은 단일층이 아닌 다중층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 하부는 기판(10)의 기판 본체(10a)로서 실리콘 기판(silicon substrate or Si wafer)으로 형성될 수 있고, 그리고 상부는 절연층(10b)으로서 실리콘 산화막(Silicon Oxide)으로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예 따르면 상기 기판(10)은 유리와 같이 잘 알려진 다른 절연재료로도 형성될 수 있다.
위와 같은 구조의 2 극 구조의 전계방출 소자는 캐소드(20)와 애노드(30)에 전원이 인가되면 캐소드(20)에 전기적으로 연결된 것으로 실제 냉음극(cold cathode)에 해당하는 전자방출물질의 선단으로부터 전자(電子)의 방출이 일어나고 이 전자는 애노드(30)의 내측면에 충돌하게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 전계방출 소자의 개량 구조체로서 3 극(triode) 구조를 가지는 본 발명에 따른 횡형 전계방출 소자를 개략적으로 도시하며, 도 4는 그 측면도이다.
도 3 및 4를 참조하면, 기판(10) 상에 도전성 물질, 예를 들어 Au, Ag와 같은 금속으로 된 캐소드(20)와 애노드(30)가 상호 마주 대하게 일정 거리를 두고 마련된다. 캐소드(20)와 애노드(30) 사이에는 전술한 바와 같은 전자방출물질(40)을 지지하는 지지부(50) 및 게이트(60)가 마련되어 있다. 지지부(50)와 게이트(60)는 일정 거리 이격되어 있으며, 그 높이는 양자가 비슷하거나, 게이트(60)가 약간 낮을 수 있다. 여기에서, 게이트(60)의 높이는 전자방출물질(40)과 애노드(30) 사이의 전자 진행 경로(P) 상에 적절한 게이트(제어) 전계를 형성할 수 있는 정도의 높이를 가지며, 이 높이는 설계 요구에 따라 적절히 조절될 수 있다. 이러한 게이트(60)는 캐소드(20) 나 애노드(30)와 같이 Au 또는 Ag 와 같은 물질로 형성될 수 있다.
상기 지지대(50)는 역시 PMMA(Poly methyl methacrylate) 수지 또는 실리콘 질화물(SiNx)등의 절연물질로 형성된다.
상기 전자방출물질(40)의 후단은 상기 캐소드(20)에 전기적으로 연결되어 있다. 이때에 전자방출물질(40)의 후단은 캐소드(20)의 일 측면에 대해 물리적으로 접촉 및 고정된다. 전자방출물질(40)의 후단이 캐소드(20)에 고정되는 경우는 후단 일부분이 캐소드(20)에 매립될 수 있다. 여기에서 매립되는 구조는 캐소드(20)가 상하 2 중층의 구조를 가질 수 있으며, 이들 층 사이에 상기 전자방출물질(40)의 후단부가 끼어있을 수 있으며, 이러한 구조는 전술한 도 1 및 2의 구조에도 선택적으로 적용 가능하다.
한편, 상기 기판(10)은 전술한 실시예에서와 마찬가지로 단일층이 아닌 다중층 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 기판(10)의 그 표면에 산화막이 형성된 실리콘 웨이퍼가 적용될 수 있다. 여기에서 웨이퍼는 기판(10)의 본체(10a), 그리고 산화막은 절연층(10b)에 해당한다.
도 5는 도 3 및 4에 도시된 3 극 구조의 전계방출 소자와는 다른 게이트구조를 가지는 횡형 전계방출 소자를 개략적으로 도시하며, 도 6은 그 평면도이다.
도 5 및 6을 참조하면, 기판(11)의 일측(도면에서 오른쪽)에는 전술한 바와 같이 Au, Ag와 같은 금속으로 된 애노드(31)가 형성되고, 그 반대측에는 캐소드(21), 전자방출물질(41) 및 이들을 캐소드(21)와 전자방출물질(41)을 하부에서 지지하는 소정 두께(높이)의 지지부(51)가 구비된 캐소드 구조체(K)가 마련되어 있다. 그리고 기판(11)의 중앙에는 상기 전자방출물질(41)과 애노드(31) 간의 전자 진행 경로 양측에 위치하는 게이트 부재(61a, 61a) 및 이들을 상호 연결하는 게이트 연결부(또는 게이트 어드레스 라인, 61b)를 갖는 게이트(61)가 마련되어 있다.
게이트 부재(61a, 61a)는 도전성 물질로써, 애노드(31)와 같은 물질, 예를 들어 Au, Ag와 같은 금속으로 형성된다. 상기 양 게이트 부재(61a, 61a)는 전자 진행 경로(P)의 양측에서 전자 진행 경로(P)를 충분히 커버할 수 있는 두께(높이)로 위치하여 전자 진행 경로(P) 상에서 소정의 전자를 제어하는 전계를 형성한다.
캐소드 구조체(K)를 좀 더 살펴보면, PMMA(Poly methyl methacrylate) 수지 또는 실리콘 질화물(SiNx)등의 절연물질로 형성된 지지부(51) 위에 캐소드(21)와 전자방출물질(41)이 형성되어 있다. 여기에서, 캐소드(21)는 전자방출물질(41)의 후단부를 덮고 있다. 이 구조는 지지부(51) 위에 먼저 전자방출물질(41)이 배열된 후, 일부분이 전자방출물질(41)을 덮도록 캐소드(31)가 형성됨을 보인다. 도 5 및 6에 도시된 형태의 캐소드 구조체를 가지는 횡형 전계 방출 소자의 경우, 상기 게이트(61)가 제외(생략)됨으로써 2극, 즉 다이오드 구조를 가질 수 도 있다.
상기한 바와 같은 다양한 실시예를 통해 설명된 횡형 전계 전자방출 소자는 기존의 종형 구조에서 요구하였던 스페이서가 배제되며 따라서 스페이서를 형성하는 공정이 생략할 수 있다. 특히 전체 구조가 하나의 기판 상에 형성되기 때문에 전체 제조공정이 간략화될 수 있다. 더욱이 하나의 기판에 형성되므로 다수 전계 전자방출 소자 어레이의 구조를 얻을 수 있고, 필요에 따라 이를 개별 소자별로 분리함으로써 대량의 개별 전계 방출 소자의 제조가 가능하다. 이러한 구조의 전계 전자방출 소자는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 램프, 표시장치, 평판 디스플레이용 백라이트 장치, 고출력 마이크로웨이브용 전자 소스 등이 있다. 또한 선택적인 개별 소자의 독립 구동이 가능하고 개별 소자 간의 연결이 가능함으로써 고체 반도체 소자와 유사한 형태의 집적화된 진공 전자방출소자 구현이 가능하다.
이하에서는 전술한 실시예들에 따른 횡형 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명한다.
도 7 내지 도 13은 도 1 및 2에 도시된 전계 방출 소자의 제조 공정을 개략적으로 보인다.
도 7에 도시된 바와 같이 기판(10)을 준비한다. 기판(10)은 절연성 표면을 가지는 재료, 예를 들어 유리나 사파이어로 제조될 수 있다. 한편, 이러한 기판(10)은 실리콘 웨이퍼로서 실리콘 본체(10a) 위에 산화막(10b)이 형성된 구조를 가질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10) 위에 도 1 및 2에 도시된 지지부(50)를 제조하기 위한 절연물질층(Mi, Insulation Material)을 형성한다. 절연물질층(Mi)은 PMMA 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 스퍼터링과 같은 물리적 증착법, 또는 화학적 반응이 수반되는 화학기상증착법(CVD) 등으로 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 상기 절연물질층(Mi)을 상기 지지부(50)를 형성하기 위한 초기 형태의 반가공(semi-finished) 지지부(50s)를 가지도록 패터닝한다. 이때에 반가공 지지부(50s)의 길이는 캐소드(20)와 애노드(30) 간의 간격에 대응하며, 그 폭은 전술한 전자방출물질(40)이 배열될 수 있는 정도의 폭을 가진다.
반가공 지지부(50s)의 패터닝은 기존의 습식 패터닝법이나 건식 패터닝법을 적용하여 형성할 수 있으며, 구체적으로 기존의 포토리소그래피법이나 전자빔 에칭을 이용한 패터닝이 적용될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 반가공 지지부(50s)가 형성된 기판(10) 위에 캐소드(20)와 애노드(30)의 제조를 위한 도전성 물질층(Mc, Conductive Material), 예를 들어 Au, Ag 층을 형성한다. 도전성 물질층(Mc)은 열 증착법, 전자빔 증착법, 또는 스퍼터링법 등의 물리적 증착법을 적용할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 물질층(Mc)을 패터닝하여, 상기 반가공 지지부(50s)의 양측 면에 위치하는 캐소드(20)와 애노드(30)를 형성한다. 캐소드(20)와 애노드(30)의 형성은 기존의 건식법이나 습식법을 적용할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이 상기 반가공 지지부(50s) 위에 전자방출물질(40)을 캐소드(20)와 애노드(30) 사이에 배열한다. 이때의 배열은 전기영동법에 의해 상기 반가공 지지부(50s) 상에 배치할 수 있다. 즉, 전자방출물질이 분산된 전해액 내에서, 상기 캐소드(20)와 애노드(30) 사이에 적절한 전압을 인가한 전기장 형성방향으로 전자방출물질(40s)이 배치된다. 전기 영동법은 전해액 내에서 진행되므로 전자방출물질(40s)을 형성한 후에는 건조가 진행되어야 할 것이다.
이러한 전기 영동법 외에 직접 전자방출물질을 지지부에 올릴 수 있을 것이다. 본 발명의 기술적 범위는 전자방출물질을 지지부에 형성하는 다양한 방법에 의해 제한되지 않는다.
이어서, 상기 반가공 지지부(50s)와 전자방출물질(40s)을 패터닝하여, 애노드(30)와 소정거리 이격되는 지지부(50)와 전자방출물질(40)을 형성하여 도 13에 나타낸 바와 같은 목적하는 2 극 구조의 전계 방출 소자를 얻는다. 이때에 전자방출물질(40)은 캐소드(20)에 대해 전기적으로 연결된 상태를 유지한다.
도 14 내지 도 20은 도 3 및 4에 도시된 3 극 구조의 전계 방출 소자의 제조 공정을 개략적으로 보인다.
도 14에 도시된 바와 같이 기판(10)을 준비한다. 기판(10)은 절연성 표면을 가지는 재료, 예를 들어 유리나 사파이어로 제조될 수 있다. 한편, 이러한 기판(10)은 실리콘 웨이퍼로서 실리콘 본체(10a) 위에 산화막(10b)이 형성된 구조를 가질 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10) 위에 상기 지지부(50)를 제조하기 위한 절연물질층(Mi)을 형성한다. 절연물질층(Mi)은 PMMA 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 스퍼터링과 같은 물리적 증착법, 또는 화학적 반응이 수반되는 화학기상증착법(CVD) 등으로 형성될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이 상기 절연물질층(Mi, Insulation Material)을 도 3 및 4에 도시된 지지부(50)를 형성하기 위한 초기 형태의 반가공(semi-finished) 지지부(50s)를 가지도록 패터닝한다. 이때에 반가공 지지부(50s) 의 길이는 캐소드(20)와 애노드(30) 간의 간격에 대응하며, 그 폭은 전술한 전자방출물질(40)이 배열될 수 있는 정도의 폭을 가진다.
반가공 지지부(50s)의 패터닝은 기존의 습식 패터닝법이나 건식 패터닝법을 적용하여 형성할 수 있으며, 구체적으로 기존의 포토리소그래피법이나 전자빔 에칭을 이용한 패터닝이 적용될 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 상기 반가공 지지부(50s)가 형성된 기판(10) 위에 캐소드(20), 애노드(30) 및 이들 사이의 게이트(60)를 제조하기 위한 도전성 물질층(Mc, Conductive Material), 예를 들어 Au, Ag 층을 형성한다. 도전성 물질 층(Mc)은 열 증착법, 전자빔 증착법, 또는 스퍼터링법 등의 물리적 증착법을 적용할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 물질층(Mc)을 패터닝하여, 캐소드(20), 애노드(30) 및 이들 사이의 반가공 게이트(60s)를 형성한다. 한편, 상기 반가공 지지부(50s)의 양측에는 캐소드(20)와 반가공 게이트(60s)가 위치한다. 이러한 캐소드(20), 애노드(30)및 이들 사이의 반가공 게이트(60s)의 패터닝은 기존의 건식법이나 습식법을 적용할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이 상기 반가공 지지부(50s) 위에 전자방출물질(40)을 캐소드(20)와 반가공 데이트(60s) 사이에 배열한다. 이때의 배열은 전기영동법에 의해 상기 반가공 지지부(50s) 상에 배치할 수 있다. 즉, 전자방출물질이 분산된 전해액 내에서, 상기 캐소드(20)와 반가공 게이트(60s) 사이에 적절한 전압을 인가한 전기장 형성방향으로 전자방출물질(40)이 배치된다. 전기영동법은 전해액 내에서 진행되므로 전자방출물질(40)을 형성한 후에는 건조가 진행되어야 할 것이다.
이러한 전기 영동법 외에 직접 전자방출물질을 지지부에 올릴 수 있을 것이다. 본 발명의 기술적 범위는 전자방출물질을 지지부에 형성하는 다양한 방법에 의해 제한되지 않는다.
상기 반가공 지지부(50s)와 전자방출물질(40s)을 패터닝하고, 그리고 반가공 게이트(60s)의 두께를 낮추어, 전자빔 진행 경로 상의 하방에 위치하는 게이트(60)를 완성하여 도 20에 도시된 바와 같은 3 극 구조의 전계 방출 소자를 얻는다. 이때에 상기 게이트(60)와 지지부(50)와 이 위의 전자방출물질(40)이 소정 거리 이격되도록 패터닝한다. 위와 같은 과정은 상기 게이트(60)의 두께를 지지부(50)의 두께와 같거나 이 보다 작도록 게이트(60)의 상부를 일정한 깊이로 에칭하는 패터닝 과정과, 상기 지지부(50)와 이 위의 전자방출물질(40)을 형성하기 위한 패터닝 과정이 별도로 진행될 수 있다.
도 21 내지 도 27은 도 5 및 6에 도시된 3 극 구조의 전계 방출 소자의 제조 공정을 개략적으로 보인다.
도 21에 도시된 바와 같이 기판(11)을 준비한다. 기판(11)은 절연성 표면을 가지는 재료, 예를 들어 유리나 사파이어로 제조될 수 있다. 한편, 이러한 기판(11)은 실리콘 웨이퍼로서 실리콘 본체(11a) 위에 산화막(11b)이 형성된 구조를 가질 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 기판(11) 위에 도전성 물질층(Mc, Conductive Material), 예를 들어 Au, Ag 을 이용하여 기판(11) 일측(도면에서 오른쪽)의 애노드(31)와 기판(11) 중간의 게이트 형성용 물질층(Mg)을 형성한다. 이들은 도전성 물질 을 열 증착법, 전자빔 증착법, 또는 스퍼터링법 등의 물리적 증착법을 금속층을 형성한 후 기존의 습식법 도는 건식법에 의해 상기 애노드(1) 및 게이트 형성용 물질층(Mg)을 형성할 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 형성물질층(Mg)을 패터닝하여 반가공 게이트(60s)를 형성한다. 반가공 게이트(60s)는 두 개의 게이트 부재(61a)와 이들을 연결하는 게이트 연결부(61b)를 가진다.
도 24에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 연결부(61b)를 선택적 에칭에 의해 그 두께를 낮춘다. 이러한 에칭에는 마스크를 이용하여 게이트 연결부(61b)만을 소정 깊이 깍아내는 선택적 에칭법이 적합하다. 게이트 연결부(또는 게이트 어드레스 라인, 61b)의 두께는 가급적 얇으면서도 양 게이트 부재(61a)를 가급적 낮은 전기적 저항으로 연결할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 25에 도시된 바와 같이, 상기 기판(11) 위의 타측(도면에서 왼쪽)에 상기 지지부(51)를 소정 두께로 형성한다. 이는 PMMA 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 스퍼터링과 같은 물리적 증착법, 또는 화학적 반응이 수반되는 화학기상증착법(CVD) 등으로 증착한 후 이를 습식 또는 건식법으로 에칭함으로써 얻을 수 있다. 이때에 상기 게이트 연결부(61b)는 지지부(51)에 의해 덮일 수 있다. 상기 지지부(51)는 캐소드(21)와 전자방출물질(41)이 배열될 수 있는 정도의 깊이와 폭을 가진다.
도 26에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(51) 위에 그 길이방향이 상기 게이트부재(61a)들의 사이를 향하도록, 즉 전술한 바와 같이 전자 진행 경로(P)에 나란하도록 전자방출물질(41)을 배열한다.
상기 지지부(51)의 타측(도면에서 외쪽)에 캐소드(21)를 형성하여 도 27에 도시된 바와 같은 구조의 3 극 구조의 전계 방출 소자를 얻는다. 이때에 캐소드(21)는 상기 전자방출물질(41)의 후단부분을 일정 폭 덮는다. 이러한 캐소드(21)는 마스크를 이용한 증착법의 이용하거나, 아니면 마스크를 이용한 도전성 페이스트의 스크린 프린팅에 의해서도 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 종형 구조에서 요구되었던 스페이서가 배제되며 따라서 스페이서를 형성하는 공정을 생략할 수 있다. 특히 전체 구조가 하나의 기판 상에 형성되기 때문에 전체 제조 공정이 종래에 비해 단축될 수 있다. 또한 하나의 기판에 형성되므로 집적화된 다수 전계 전자방출 소자 어레이 구조를 얻을 수 있고, 필요에 따라 이들 어레이를 개별 소자 단위로 분리함으로써 대량의 개별 전계 방출 소자의 제조가 가능하다. 이러한 구조의 전계 전자방출 소자는 예를 들어, 램프, 표시장치, 평판 디스플레이용 백라이트 장치, 고출력 마이크로웨이브용 전자 소스 등이 있다. 또한 선택적인 개별 소자의 독립 구동이 가능하고 개별 소자 간의 연결이 가능함으로써 고체 반도체 소자와 유사한 형태의 집적화된 진공 전자방출소자 구현이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 기판;
    기판에 대해 일 방향으로 배향되는 전자방출물질;
    상기 전자방출물질을 기판 상에 지지하는 지지부;
    상기 기판 상에 마련되는 상기 전자방출물질에 전기적으로 연결되는 캐소드; 그리고
    상기 전자방출물질에 대향하게 상기 기판 상에 마련되는 애노드;를 구비하는 횡형 전계 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부와 애노드 사이에 게이트가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트는 상기 전자방출물질과 상기 애노드 사이의 전자진행 경로의 하방에 마련되는 것을 특징으로 하는 횡형 전계방출소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트는 상기 전자방출물질과 상기 애노드 사이의 전자진행 경로의 양측에 위치하는 게이트 부재를 구비하는 특징으로 하는 횡형 전계방출소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드는 상기 전자방출물질로부터의 전자가 충돌하는 측면을 가지는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자방출물질은 탄소 나노 튜브, 나노카본 소재, 반도체 나노와이어, 금속 나노와이어, 카본나노플레이트, 그래핀 및 그래핀 옥사이드 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자방출물질은 탄소 나노 튜브, 나노카본 소재, 반도체 나노와이어, 금속 나노와이어, 카본나노플레이트, 그래핀 및 그래핀 옥사이드 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  8. 제 2 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드, 애노드 및 게이트는 전도성을 갖는 동일 물질 또는 다른 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  9. 기판;
    기판의 일측에 소정 두께로 마련되는 지지부와 지지부 상에 형성되는 캐소드 및 캐소드에 전기적으로 연결되는 전자방출물질을 포함하는 캐소드 구조체; 그리고
    상기 기판의 타측에 상기 캐소드 구조체에 대향하게 마련되는 애노드;를 구비하는 횡형 전계 방출 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 캐소드 구조체에서, 캐소드는 상기 전자방출물질의 일부분을 덮는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 캐소드 구조체와 상기 애노드의 사이에 게이트가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 게이트는 상기 캐소드 구조체와 상기 애노드 사이의 전자 진행 경로의 양측에 마련되는 게이트 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 애노드는 상기 전자방출물질로부터의 전자가 충돌하는 측면을 가지는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 캐소드, 애노드 및 게이트는 전도성을 갖는 동일 물질 또는 다른 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
  15. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 전자방출물질은 탄소 나노 튜브, 나노카본 소재, 반도체 나노와이어, 금속 나노와이어, 카본나노플레이트, 그래핀 및 그래핀 옥사이드 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡형 전계 방출 소자.
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