KR20010058663A - Field emitter array using carbon nanotube and Manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3극관 구조를 갖는 전계 방출 에미터 어레이(field emitter array)의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전자 방출 특성이 우수한 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 이용하여 전계 방출 에미터 어레이(field emitter array)를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emitter array having a triode structure, and more particularly, to a field emitter array using carbon nanotubes having excellent electron emission characteristics. to an emitter array).
기존의 전계 방출 표시소자(field emission dispay; FED)에서는 주로 Mo 등 금속이나 Si 등의 반도체 물질로 만들어진 스핀트(Spindt)형 전계 방출 어레이(field emitter array; FEA), 즉 일정한 간격으로 배열된 팁(tip)에 게이트로부터 강한 전기장을 걸어 주므로서 팁으로부터 전자를 방출시킨다. 이렇게 방출된 전자는 수백 내지 수천 볼트(volt)의 전압이 걸려 있는 양극(anode)판으로 가속되어 양극(anode)판에 도포되어 있는 형광체와 충돌하므로서 빛을 발하게 된다. 이러한 기존의 방식에 사용되는 금속이나 반도체 물질은 일함수가 크기 때문에 전자방출을 위한 게이트 전압이 상당히 높고, 진공중의 잔류 가스 입자들이 전자들과 충돌하여 이온화되고 이들 가스 이온들이 팁들을 두들김(bombard)으로서 손상(damage)을 주게 되어 전계 방출 표시소자를 파괴시키기도 한다. 또한 전자에 의해 충돌된 형광체 입자가 떨어져 팁을 오염시킴으로서 전계 방출 표시소자의 성능을 저하시키기도 한다. 이러한 일련의 문제점들은 FEA의 성능과 수명을 저하시키기도 한다.In the conventional field emission dispensing (FED), a spindt type field emitter array (FEA) mainly made of a metal such as Mo or a semiconductor material such as Si, that is, tips arranged at regular intervals The electrons are emitted from the tip by applying a strong electric field from the gate to the tip. The electrons thus emitted are accelerated to an anode plate with a voltage of several hundred to thousands of volts, and emit light by colliding with a phosphor coated on the anode plate. The metal or semiconductor material used in this conventional method has a large work function, so the gate voltage for electron emission is quite high, residual gas particles in vacuum collide with electrons and ionize, and these gas ions bombard the tips. May damage the field emission display device. In addition, the phosphor particles collided with the electrons fall and contaminate the tip, thereby degrading the performance of the field emission display device. This series of problems can also degrade the performance and lifetime of the FEA.
카본 나노튜브(Carbon nanotube)를 증착하는 기술로는 현재 아크 방전(arc discharge), 레이저 용발(laser ablation) 등이 가장 보편적으로 사용되고 있으며 이러한 방법은 낮은 가격으로 대량의 카본 나노 튜브(carbon nanotube)를 증착할 수 있는 장점이 있으나 구조 제어(structure control)가 어려운 문제점이 있다. 최근들어 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 기상증착법이 개발되고 있으며 이러한 방법에는 열 화학 기상 증착(thermal CVD)(Appl. Phys. Lett. 67, 2477 (1995)), dc plasma CVD(Sience 282, 1105(1999)), MPECVD(Appl. Phys. Lett. 72, 3437 (1998)), 이온 빔 방사(ion beam irradiation)(Appl. Phys. Lett. 69, 4174 (1996)) 등이 있다.As a technique for depositing carbon nanotubes, arc discharge and laser ablation are the most commonly used techniques. This method uses a large amount of carbon nanotubes at low cost. Although there is an advantage that can be deposited, there is a problem that structure control (structure control) is difficult. Recently, vapor deposition has been developed as a method to overcome these problems, including thermal CVD (Appl. Phys. Lett. 67, 2477 (1995)), dc plasma CVD (Sience 282, 1105). (1999)), MPECVD (Appl. Phys. Lett. 72, 3437 (1998)), ion beam irradiation (Appl. Phys. Lett. 69, 4174 (1996)), and the like.
전계 방출 에미터의 재료로 각광을 받아온 다이아몬드 막(diamond film)의 전자 방출 전계가 대략 10V/μm 정도인데 비하여 카본 나노 튜브는 1V/μm 이하의 전계에서도 전자가 쉽게 방출되는 특성을 가지고 있어 차세대 에미터 재료로 각광을 받고 있다. 문제는 카본 나노튜브를 제어할 수 있는 방법을 사용하여 대면적에 낮은 가격으로 증착하는 것인데 이러한 목적을 위해서는 기상증착법을 사용하여야할 것으로 판단된다. 기상증착법에서도 아크 방전(arc discharge)나 레이저 용발(laser ablation)법과 마찬가지로 Ni, Fe, Co 등의 천이 금속(transition metal)이나 CoSi2등의 실리사이드(silicide)를 촉매로 사용하고 있다. 아직까지는 어떤 패터닝된(patterning)된 구조 위가 이나라 랜덤(random)한 형태로 나노튜브를 증착하고 있는 실정이다. 이러한 제어된(controlled) 구조의 카본 나노튜브를 이용한 전계 에미터(field emitter) 관련 특허는 현재 1건 등록(미국 5,773,834)되어 있으며, 그 특허에서는 게이트 전극으로 그물(net) 형태의 그리드(grid)를 사용하고 있다.Although the electron emission field of the diamond film, which has been spotlighted as the material of the field emission emitter, is about 10V / μm, carbon nanotubes have the property of easily emitting electrons even in the electric field of 1V / μm or less. It is attracting much attention as a raw material. The problem is to deposit carbon nanotubes at low cost using a method that can control the carbon nanotubes, and for this purpose, vapor deposition should be used. In the vapor deposition method, similar to the arc discharge or laser ablation method, a transition metal such as Ni, Fe, Co, or silicide such as CoSi 2 is used as a catalyst. So far, the nanotubes are deposited in a random form on a patterned structure. One patent related to field emitters using such controlled carbon nanotubes is currently registered (US 5,773,834), in which a gate-shaped grid is formed as a gate electrode. I'm using.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 창안한 것으로, 기존의 금속이나 반도체 물질 대신 전계 방출 전압이 낮고 화학적 안정성이 뛰어난 카본 나노 튜브(carbon nanotube)를 패터닝된 기판 위에 기상증착법으로 증착시킴으로써 기존의 방법과 다른 카본 나노 튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이 및 그 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to overcome the above problems, and by depositing carbon nanotubes having low field emission voltage and excellent chemical stability instead of conventional metals or semiconductor materials by vapor deposition on a patterned substrate, It is an object of the present invention to provide a field emission emitter array using carbon nanotubes and a method of fabricating the same.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 카본 나노튜브(Carbon nanotube)를 이용한 3극(triode) 전계 방출 소자의 제조 방법을 공정 단계별로 보여주는 수직 단면도를이고,1a to 1e is a vertical cross-sectional view showing a step-by-step process of manufacturing a triode field emission device using carbon nanotubes (Carbon nanotube) according to the present invention,
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 카본 나노튜브(Carbon nanotube)를 이용한 3극(triode) 전계 방출 소자의 또 다른 제조 방법을 공정 단계별로 보여주는 수직 단면도들이며,2A to 2C are vertical cross-sectional views illustrating another method of manufacturing a triode field emission device using the carbon nanotubes of FIG.
그리고 도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 카본 나노튜브(Carbon nanotube)를 이용한 또 다른 3극(triode) 전계 방출 소자의 제조 방법을 공정 단계별로 보여주는 수직 단면도를이다.3A to 3D are vertical cross-sectional views illustrating another method of manufacturing a triode field emission device using carbon nanotubes according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1. 기판 2. 음극 라인(Cathode line)1. Substrate 2. Cathode line
3. 촉매층 4. 절연층3. Catalyst layer 4. Insulation layer
5. 게이트 6. 카본 나노튜브(carbon nanotube)5. Gate 6. Carbon nanotube
7. 분리층7. Separation layer
11. 기판 12. 음극 라인(Cathode line)11. Substrate 12. Cathode line
13. 원추형 마이크로팁 13'. 평두형 마이크로팁13. Conical microtip 13 '. Flat Head Microtip
14. 절연층 15. 게이트14. Insulation layer 15. Gate
16. 카본 나노튜브(carbon nanotube)16. carbon nanotubes
21. 기판 22. 음극 라인(Cathode line)21. Substrate 22. Cathode line
23. 촉매층 24. 절연층23. Catalyst layer 24. Insulation layer
25. 게이트 26. 카본 나노튜브(carbon nanotube)25. Gate 26. Carbon nanotube
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이는, 기판; 상기 기판 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극들; 상기 음극들을 노출시키는 홀들이 일정한 간격으로 갖도록 상기 기판 및 음극들 상에 적층된 절연층; 상기 홀들에 의해 노출된 음극들 상에 형성된 촉매층들; 상기 촉매층 상에 형성된 전자 방출용 카본 나노튜브들; 및 상기 홀들에 대응하는 개구부들을 갖도록 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 게이트들;을 구비한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a field emission emitter array using carbon nanotubes according to the present invention includes a substrate; Cathodes formed in a stripe shape on the substrate; An insulating layer stacked on the substrate and the cathodes such that the holes exposing the cathodes are provided at regular intervals; Catalyst layers formed on the cathodes exposed by the holes; Carbon nanotubes for electron emission formed on the catalyst layer; And gates formed in a stripe shape in a direction crossing the cathodes on the insulating layer to have openings corresponding to the holes.
본 발명에 있어서, 상기 촉매층은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 의 천이 금속들 어느 하나 혹은 상기 천이 금속들의 합금 혹은 화합물로 형성된 것이 바람직하다.In the present invention, the catalyst layer is preferably formed of any one of transition metals of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu or an alloy or compound of the transition metals.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이의 제작 방법은, (가) 기판 위에 음극들을 형성하고, 상기 음극들 위에 카본 나노튜브의 성장을 촉진하는 촉매층을 형성하는 단계; (나) 상기 촉매층 위로 절연층과 게이트층을 증착한 후, 상기 촉매층이 드러나도록 홀을 패터닝하여 게이트와 절연층을 에칭시키는 단계; (다) 상기 게이트층 상에 분리층을 상기 홀들 내부로 들어가지 않도록 경사 증착한 후 카본 나노튜브를 증착하고 분리층을 에칭시켜 제거하여 상기 촉매층 위에만 카본 나노튜브가 증착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the manufacturing method of the field emission emitter array using the carbon nanotubes according to the present invention, (A) to form a cathode on the substrate, to promote the growth of carbon nanotubes on the cathode Forming a catalyst layer; (B) depositing an insulating layer and a gate layer over the catalyst layer, and then etching the gate and the insulating layer by patterning holes to expose the catalyst layer; (C) depositing carbon nanotubes on the gate layer so as not to enter the holes, and depositing carbon nanotubes and etching and removing the separation layer to deposit carbon nanotubes only on the catalyst layer; It is characterized by.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 음극들은 ITO나 금속을 포토리소그래피(photolithography)법으로 형성하고, 상기 (나) 단계에서 상기 카본 나노튜브의 성장을 제어할 수 있도록 상기 촉매층을 300-1000℃에서 열처리하여 나노미터 사이즈(nanometer size)의 입자(particle)로 만드는 단계;를 더 포함하기도 하며, 상기 촉매층으로 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 의 천이 금속들 어느 하나 혹은 상기 천이 금속들의 합금 혹은 화합물을 사용하며, 상기 (다) 단계에서 상기 카본 나노튜브는 열(thermal) CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ionbeam assisted CVD, 이온 빔 증착(ion beam deposition), 고주파 스퍼터링(rf-sputtering), dc-스퍼터링(sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 레이저 용발(laser ablation), 필터 음극 아크(filtered cathodic arc)법들 중 어느 한 방법 혹은 이들 중 둘 이상의 방법이 서로 조합된 방법을 사용하여 증착하는 것이 바람직하다.In the present invention, in the step (a), the cathodes are formed by ITO or metal by photolithography, and in step (b), the catalyst layer is 300- so as to control the growth of the carbon nanotubes. Heat-treating at 1000 ° C. to form nanometer-sized particles; and may further include transition metals of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu as the catalyst layer. One or more alloys or compounds of the transition metals are used, and in step (c) the carbon nanotubes are thermal CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ionbeam assisted CVD, ion beam One of the following methods: ion beam deposition, high frequency sputtering, dc-sputtering, magnetron sputtering, laser ablation, and filtered cathodic arc methods Two or more of these This method is preferably deposited using a combination of methods with each other.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이의 제작 방법은, (가) 기판 위에 음극들을 형성하고, 상기 음극들 위에 카본 나노튜브의 성장을 촉진하는 촉매층을 형성하는 단계; (나) 상기 촉매층 위에 카본 나노튜브를 증착시키는 단계; (다) 상기 기판, 음극, 촉매층 및 카본 나노튜브 상에 절연층과 게이트 금속층을 형성하는 단계; 및 (라) 상기 게이트 금속층과 절연층을 순차로 패터닝하여 전계 방출 에미터 어레이를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, a method of fabricating a field emission emitter array using another carbon nanotube according to the present invention includes: (A) forming cathodes on a substrate and growing carbon nanotubes on the cathodes; Forming a catalyst layer to promote the catalyst; (B) depositing carbon nanotubes on the catalyst layer; (C) forming an insulating layer and a gate metal layer on the substrate, the cathode, the catalyst layer, and the carbon nanotubes; And (d) patterning the gate metal layer and the insulating layer sequentially to form a field emission emitter array.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 음극들은 ITO나 금속을 포토리소그래피(photolithography)법으로 형성하고, 상기 카본 나노튜브의 성장을 제어할 수 있도록 상기 촉매층을 300-1000℃에서 열처리하여 나노미터 사이즈(nanometer size)의 입자(particle)로 만드는 단계;를 더 포함하기도 하며, 상기 촉매층으로 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 의 천이 금속들 어느 하나 혹은 상기 천이 금속들의 합금 혹은 화합물을 사용하며, 상기 (나) 단계에서 상기 카본 나노튜브는 열(thermal) CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, 이온 빔 증착(ion beam deposition), 고주파 스퍼터링(rf-sputtering), dc-스퍼터링(sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 레이저 용발(laser ablation), 필터 음극 아크(filtered cathodic arc)법들 중 어느 한 방법 혹은 이들 중 둘 이상의 방법이 서로 조합된 방법을 사용하여 증착하는 것이 바람직하다.In the present invention, in the step (a), the cathodes are formed by photolithography of ITO or metal, and heat treatment of the catalyst layer at 300-1000 ° C. to control the growth of the carbon nanotubes. The method may further include the step of forming particles of a nanometer size. The catalyst layer may further include any one of transition metals of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, or the transition metals. An alloy or a compound is used, and in the step (b), the carbon nanotubes may be thermal CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, ion beam deposition. ), High frequency sputtering, rf-sputtering, dc-sputtering, magnetron sputtering, laser ablation, filter cathodic arc methods, or two or more of them. Two of each other Using the method it is preferred to deposit.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이는, 기판; 상기 기판 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극들; 상기 음극들을 노출시키는 홀들이 일정한 간격으로 갖도록 상기 기판 및 음극들 상에 적층된 절연층; 상기 홀들에 의해 노출된 음극들 상에 형성된 마이크로팁들; 상기 마이크로팁들 상에 형성된 전자 방출용 카본 나노튜브들; 및 상기 홀들에 대응하는 개구부들을 갖도록 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 게이트들;을 구비한 것을 특징으로 한다.In addition, another field emission emitter array using another carbon nanotube according to the present invention for achieving the above object, the substrate; Cathodes formed in a stripe shape on the substrate; An insulating layer stacked on the substrate and the cathodes such that the holes exposing the cathodes are provided at regular intervals; Microtips formed on the cathodes exposed by the holes; Carbon nanotubes for electron emission formed on the microtips; And gates formed in a stripe shape in a direction crossing the cathodes on the insulating layer to have openings corresponding to the holes.
본 발명에 있어서, 상기 마이크로팁들은 평두면이고, 상기 카본 나노튜브들은 상기 평두면 상에 형성된 것이 바람직하다.In the present invention, the microtips are flat surfaces, and the carbon nanotubes are preferably formed on the flat surface.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이의 제작 방법은, (가) 기판 위에 음극들을 형성하는 단계; (나) 상기 기판 및 음극들 상에 절연층과 게이트층을 순차로 증착한 후, 상기 음극들이 드러나도록 홀을 패터닝하여 게이트와 절연층을 에칭시키는 단계; (다) 상기 게이트층 상에 분리층을 상기 홀들 내부로 들어가지 않도록 경사 증착한 후 마이크로팁을 증착하여 상기 홀에 의해 노출된 음극들 위에만 마이크로팁을 형성하는 단계; 및 (라) 상기 마이크로팁 위에 카본 나노튜브를 증착시킨 다음 분리층을 식각하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a field emission emitter array using carbon nanotubes according to the present invention in order to achieve the above object, (A) forming a cathode on a substrate; (B) sequentially depositing an insulating layer and a gate layer on the substrate and the cathodes, and then etching the gate and the insulating layer by patterning holes to expose the cathodes; (C) depositing a microtip on the gate layer so as not to enter the holes and depositing a microtip to form a microtip only on the cathodes exposed by the hole; And (d) depositing carbon nanotubes on the microtips and then etching and removing the separation layer.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 음극들은 ITO나 금속을 포토리소그래피(photolithography)법으로 형성하고, 상기 (다) 단계에서 상기 마이크로팁은 평두면 형태로 형성하고, 상기 (라) 단계에서 상기 평두면 상에 상기 카본 나노튜브를 증착하되, 상기 카본 나노튜브는 열(thermal) CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, 이온 빔 증착(ion beam deposition), 고주파 스퍼터링(rf-sputtering), dc-스퍼터링(sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 레이저 용발(laser ablation), 필터 음극 아크(filtered cathodic arc)법들 중 어느 한 방법 혹은 이들 중 둘 이상의 방법이 서로 조합된 방법을 사용하여 증착하는 것이 바람직하다.In the present invention, in the step (a), the cathodes are formed of ITO or metal by photolithography, and in the step (c), the microtips are formed in a flat surface shape, and the step (d) Depositing the carbon nanotubes on the flat surface, wherein the carbon nanotubes are thermal CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, and ion beam deposition. any one or more of deposition, high frequency sputtering, dc-sputtering, magnetron sputtering, laser ablation, filtered cathodic arc methods or two or more thereof It is preferable to deposit using a method in which the methods are combined with each other.
이하 도면을 참조하면서 전자방출 특성이 좋은 카본 나노 튜브(carbon nanotube)를 이용한 전계 방출 에미터 어레이 및 그 제작 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a field emission emitter array using carbon nanotubes having good electron emission characteristics and a method of fabricating the same will be described in detail.
본 발명에 따른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이의 제1실시예는, 도 1e에 도시된 바와 같이, 기판(1)과, 이 기판(1) 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극들(2)과, 이 음극들(2)을 노출시키는 홀들을 일정한 간격으로 갖도록 기판(1) 및 음극들(2) 상에 적층된 절연층(4)과, 홀들에 의해 노출된 음극들(2) 상에 형성된 촉매층들(3)과, 이 촉매층들(3) 상에 형성된 전자 방출용 카본 나노튜브들(6)과, 홀들에 대응하는 개구부들을 갖도록 절연층(4) 상에 음극들(2)과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 게이트들(5)을 구비한다. 이러한 구성의 제1실시예에서, 촉매층(3)은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 의 천이 금속들 어느 하나 혹은 상기 천이 금속들의 합금 혹은 화합물로 형성된 것이 바람직하다.A first embodiment of a field emission emitter array using carbon nanotubes according to the present invention, as shown in FIG. 1E, includes a substrate 1 and cathodes 2 formed in a stripe shape on the substrate 1. ), An insulating layer 4 laminated on the substrate 1 and the cathodes 2 so as to have the holes exposing the cathodes 2 at regular intervals, and on the cathodes 2 exposed by the holes. Cathodes 2 on the insulating layer 4 to have catalyst layers 3 formed on the substrates, carbon nanotubes 6 for electron emission on the catalyst layers 3, and openings corresponding to the holes; Gates 5 are formed on the stripe in the crossing direction. In the first embodiment of this configuration, the catalyst layer 3 is preferably formed of any one of transition metals of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, or an alloy or compound of the transition metals.
이러한 제1실시예의 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이의 제작 방법은 다음과 같다.The method of fabricating the field emission emitter array using the carbon nanotubes of the first embodiment is as follows.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 기판 위에 포토리소그래피(photolithography)법에 의해 ITO나 금속 등의 전도성 음극 라인(cathode line)을 형성하고, 그 위에 카본 나노튜브(carbon nanotube)의 성장을 촉진하는 촉매층(catalytic layer)을 증착한 후 포토리소그래피법으로 촉매층을 패터닝(patterning)한다.First, as shown in FIG. 1A, a conductive cathode line such as ITO or a metal is formed by photolithography on a substrate, and the growth of carbon nanotubes is promoted thereon. After the deposition of the catalyst layer (catalytic layer), the catalyst layer is patterned by photolithography.
다음에, 도 1b에 도시된 바와 같이, 패터닝(Patterning)된 촉매층 위로 절연층과 게이트층을 증착한 후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 촉매층이 드러나도록 홀을 패터닝하여 게이트와 절연층을 에칭시킨다. 카본 나노튜브(Carbon nanotube)의 성장을 제어할 수 있도록 필요시 본 구조를 300-1000℃에서 열처리하여 촉매층(3)을 나노미터 사이즈(nanometer size)의 입자(particle)로 만들 수 있다.Next, as shown in FIG. 1B, an insulating layer and a gate layer are deposited over the patterned catalyst layer, and then, as shown in FIG. 1C, the holes are patterned to expose the catalyst layer to etch the gate and the insulating layer. Let's do it. In order to control the growth of carbon nanotubes, the structure of the catalyst layer 3 may be heat-treated at 300-1000 ° C. to make particles of nanometer size.
다음에, 도 1d에 도시된 바와 같이, 카본 나노튜브(Carbon nanotube)가 게이트 위에 증착되는 것을 막기위해 분리층(parting layer)(7)을 홀(hole) 내부로 경사 증착한 후 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 증착하고 분리층(parting layer)을 에칭(etching)시켜 제거하면, 도 1e에 도시된 바와 같은 홀 내부의 촉매층 위에만 카본 나노튜브가 증착된 3극(triode) 형태의 전자 방출 에미터 어레이가 제작된다.(제1제조 방법).Next, as shown in FIG. 1D, the carbon nanotubes may be obliquely deposited after the deposition of a parting layer 7 into the hole to prevent the carbon nanotubes from being deposited on the gate. When the carbon nanotubes are deposited and the parting layer is etched and removed, a triode-type electron-emitting emitter in which carbon nanotubes are deposited only on the catalyst layer inside the hole as shown in FIG. 1E. The rotor array is manufactured (first manufacturing method).
상기와 같은 제1실시예의 카본 나노튜브를 이용한 3극 전자 방출 에미터 어레이의 또 다른 제조 방법(제2제조 방법)은 다음과 같다.Another manufacturing method (second manufacturing method) of the tripolar electron emission emitter array using the carbon nanotubes of the first embodiment as described above is as follows.
도 2a에 도시된 바와 같이, 촉매층(23)이 형성된 도 1a에 도시된 바와 같은 구조에서 카본 나노튜브(26)를 촉매층(23) 위에 증착시킨다.As shown in FIG. 2A, carbon nanotubes 26 are deposited on the catalyst layer 23 in the structure as shown in FIG. 1A on which the catalyst layer 23 is formed.
다음에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 그 위에 절연층(24)과 게이트 전극(25)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 2B, an insulating layer 24 and a gate electrode 25 are deposited thereon.
다음에, 도 2c에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피(Photolithography)법에 의해 게이트(25)와 절연층을 패터닝(patterning)하고 에칭하여 전계 방출 에미터 어레이를 완성한다. 이와 같은 제3의 제조 방법에서 카본 나노튜브(carbon nanoube)의 성장을 촉진하기 위해 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 증착하기 전에 촉매층을 300-1000℃에서 진공 열처리하기도 한다.Next, as shown in FIG. 2C, the gate 25 and the insulating layer are patterned and etched by photolithography to complete the field emission emitter array. In the third manufacturing method, the catalyst layer may be vacuum heat treated at 300-1000 ° C. before depositing the carbon nanotubes in order to promote the growth of the carbon nanotubes.
본 발명에서 카본 나노튜브를 증착시키기 위한 촉매층으로는 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 등의 천이 금속(transition metal) 및 이들의 합금, 화합물을 사용한다. 또한 카본 나노튜브(carbon nanotube) 증착법으로는 열(thermal) CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, 이온 빔 증착(ion beam deposition), 고주파 스퍼터링(rf-sputtering), dc-스퍼터링(sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 레이저 용발(laser ablation), 필터 음극 아크(filtered cathodic arc)법 등과 이들이 서로 조합된 방법을 사용한다.As the catalyst layer for depositing carbon nanotubes in the present invention, transition metals such as Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and alloys and compounds thereof are used. Carbon nanotube deposition also includes thermal CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, ion beam deposition, and high frequency sputtering (rf-). sputtering, dc-sputtering, magnetron sputtering, laser ablation, filtered cathodic arc, and the like and combinations thereof.
한편, 본 발명에 따른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이의 제2실시예는, 도 3c 또는 도 3d에 도시된 바와 같이, 기판(11)과, 이 기판(11) 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극들(12)과, 이 음극들(12)을 노출시키는 홀들이 일정한 간격으로 갖도록 기판(11) 및 음극들(12) 상에 적층된 절연층(14)과, 홀들에 의해 노출된 음극들(12) 상에 형성된 마이크로팁들(13, 13')과, 이 마이크로팁들(13, 13') 상에 형성된 전자 방출용 카본 나노튜브들(16) 및 홀들에 대응하는 개구부들을 갖도록 절연층(14) 상에 음극들(12)과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 게이트들(15)을 구비한다.On the other hand, the second embodiment of the field emission emitter array using the carbon nanotube according to the present invention, as shown in Fig. 3c or 3d, on the substrate 11 and the stripe on the substrate (11) The cathodes 12 formed, the insulating layer 14 stacked on the substrate 11 and the cathodes 12 such that the holes exposing the cathodes 12 are provided at regular intervals, and the cathode exposed by the holes Insulation to have microtips 13, 13 ′ formed on the holes 12, and openings corresponding to the electron emitting carbon nanotubes 16 and holes formed on the microtips 13, 13 ′. The gates 15 are formed on the layer 14 in the form of stripes in the direction crossing the cathodes 12.
이러한 구성의 제2실시예에 있어서, 마이크로팁들은 도 3c에 도시된 바와 같이, 원추형의 구조(13)를 갖거나, 도 3d에 도시된 바와 같이, 평두면 구조(13')를 갖는다. 카본 나노튜브들(16)은 평두면 마이크로팁 상에 형성되는 것이 더욱 바람직하다.In a second embodiment of this configuration, the microtips have a conical structure 13, as shown in FIG. 3C, or a flat head structure 13 ', as shown in FIG. 3D. More preferably, the carbon nanotubes 16 are formed on the flat microtip.
이와 같은 구조의 제2실시예의 카본 나노튜브를 이용한 3극 전자 방출 에미터 어레이를 제작하는 방법은 다음과 같다.A method of fabricating a three-pole electron emission emitter array using the carbon nanotubes of the second embodiment having such a structure is as follows.
먼저, 일반적인 스핀트(Spindt)형 전계 방출 에미터 구조에서 도 3a에 도시된 바와 같은 마이크로팁(microtip)(13)이나, 도 3b에 도시된 바와 같은 평두 마이크로팁(flat-top microtip)(13')을 게이트 라인(gate line)(15) 아래에 형성되도록 한다.First, in a typical Spindt type field emission emitter structure, a microtip 13 as shown in FIG. 3A, or a flat-top microtip 13 as shown in FIG. 3B. ') Is formed under the gate line (15).
다음에, 분리층(parting layer)(미도시)을 게이트 전극(15) 위에만 증착되도록 경사 증착시킨 후, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 마이크로팁(13) 혹은 절두형 마이크로팁(13')의 평탄면 위에 카본 나노튜브(16)를 성장시키고 나서 분리층(parting layer)(미도시)을 제거함으로써 마이크로팁(13) 위에만 카본나노튜브(16)가 형성되도록 한다.Next, after depositing a parting layer (not shown) to be deposited only on the gate electrode 15, as shown in FIGS. 3C and 3D, the microtip 13 or the truncated microtip ( The carbon nanotubes 16 are grown on the planar surface of 13 'and then the separating layer (not shown) is removed so that the carbon nanotubes 16 are formed only on the microtips 13.
여기서, 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 증착하기 위한 방법으로는 열(thermal) CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, 이온 빔 증착(ion beam deposition), 고주파 스퍼터링(rf-sputtering), dc-스퍼터링(sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 레이저 용발(laser ablation), 필터 음극 아크(filtered cathodic arc)법 등을 이용하거나 이들을 서로 조합하는 방법을 이용한다.The method for depositing carbon nanotubes may include thermal CVD, rf-CVD, dc plasma CVD, MPECVD, ECR-CVD, ion beam assisted CVD, ion beam deposition, High frequency sputtering, dc-sputtering, magnetron sputtering, laser ablation, filtered cathodic arc, or a combination thereof is used.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 에미터 어레이는 음극들 상에 카본 나노튜브의 성장을 촉진하는 천이금속의 촉매층을 구비하거나, 음극들 상에 형성된 원추형 혹은 평두형 마이크로팁 상에 카본 나노튜브들을 증착한 구조를 가짐으로써, 구조가 간단하면서도 천이 금속의 촉매층 형성 공정과 진공 열처리 공정 등을 한 두 공정을 제외하면 기존의 제작 장치로 기존의 제작 공정을 거의 그대로 이용하여 전자 방출 특성이 우수한 전계 방출 에미터 어레이를 제작할 수 있는 장점이 있다.As described above, the field emission emitter array using the carbon nanotubes according to the present invention includes a catalyst layer of transition metal for promoting the growth of the carbon nanotubes on the cathodes, or a conical or flat head micrometer formed on the cathodes. With a structure in which carbon nanotubes are deposited on the tip, the structure is simple and the existing manufacturing apparatus is almost used as it is, except for one or two processes such as a catalyst layer forming process and a vacuum heat treatment process of a transition metal. There is an advantage in that a field emission emitter array having excellent electron emission characteristics can be manufactured.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020060422A (en) * | 2001-01-11 | 2002-07-18 | 엘지전자 주식회사 | FED using carbon nanotube and manufacturing method thereof |
KR20030097165A (en) * | 2002-06-19 | 2003-12-31 | (주)서브나노 | field emitter of field emission display device and the manufacturing method thereof |
WO2004012218A1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-05 | Postech Foundation | Electric field emission device having a triode structure fabricated by using an anodic oxidation process and method for fabricating same |
US6812635B2 (en) | 2001-12-28 | 2004-11-02 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Cathode for field emission device |
KR100490480B1 (en) * | 2002-06-04 | 2005-05-17 | 충남대학교산학협력단 | Method of manufacturing field emission display device using carbon nanotubes |
KR100492509B1 (en) * | 2002-07-30 | 2005-05-31 | 학교법인 포항공과대학교 | An electric field emission element having an integrated triode structure which is fabricated by using anodic oxidation process and fabricating method thereof |
KR100493696B1 (en) * | 2002-10-24 | 2005-06-02 | 엘지전자 주식회사 | the manufacturing method for FED by CNTs |
KR100822799B1 (en) * | 2006-04-25 | 2008-04-17 | 삼성전자주식회사 | Selective Catalyst Formation Method for Nanosized Conductive Structures and Selective Methods for Forming Nanoscale Conductive Structures |
KR100898071B1 (en) * | 2008-08-27 | 2009-05-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electron emitting device, electron emitting display device having same and manufacturing method thereof |
-
1999
- 1999-12-30 KR KR1019990066017A patent/KR20010058663A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020060422A (en) * | 2001-01-11 | 2002-07-18 | 엘지전자 주식회사 | FED using carbon nanotube and manufacturing method thereof |
US6812635B2 (en) | 2001-12-28 | 2004-11-02 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Cathode for field emission device |
KR100490480B1 (en) * | 2002-06-04 | 2005-05-17 | 충남대학교산학협력단 | Method of manufacturing field emission display device using carbon nanotubes |
KR20030097165A (en) * | 2002-06-19 | 2003-12-31 | (주)서브나노 | field emitter of field emission display device and the manufacturing method thereof |
WO2004012218A1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-05 | Postech Foundation | Electric field emission device having a triode structure fabricated by using an anodic oxidation process and method for fabricating same |
KR100492509B1 (en) * | 2002-07-30 | 2005-05-31 | 학교법인 포항공과대학교 | An electric field emission element having an integrated triode structure which is fabricated by using anodic oxidation process and fabricating method thereof |
US7554255B2 (en) | 2002-07-30 | 2009-06-30 | Postech Foundation | Electric field emission device having a triode structure fabricated by using an anodic oxidation process and method for fabricating same |
KR100493696B1 (en) * | 2002-10-24 | 2005-06-02 | 엘지전자 주식회사 | the manufacturing method for FED by CNTs |
KR100822799B1 (en) * | 2006-04-25 | 2008-04-17 | 삼성전자주식회사 | Selective Catalyst Formation Method for Nanosized Conductive Structures and Selective Methods for Forming Nanoscale Conductive Structures |
US7659624B2 (en) | 2006-04-25 | 2010-02-09 | Samsung Electronics Co,., Ltd. | Semiconductor device having a nanoscale conductive structure |
KR100898071B1 (en) * | 2008-08-27 | 2009-05-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electron emitting device, electron emitting display device having same and manufacturing method thereof |
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