JP3863781B2 - 三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低電圧電界放出物質のカーボンナノチューブを利用した電界放出アレイの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電界放出表示素子（フィールドエミッションディスプレイ）としては、主にＭｏ等の金属やＳｉ等の半導体物質を素材としたスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電界放出アレイ(ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ ａｒｒａｙ：ＦＥＡ)が使われている。これは一定の間隔で配列させたチップにゲートから強い電場を印加することによってチップから電子を放出させる方式のマイクロチップＦＥＤである。マイクロチップＦＥＤの場合には高価な半導体設備を必要とし、広い面積の電界放出表示素子の製造に難点がある。
【０００３】
金属や半導体で形成されたチップの場合には仕事関数が大きいために電子放出のためのゲート電圧が相対的にかなり高い。したがって、電子放出時に真空中の残留ガス粒子が電子と衝突してイオン化し、これらガスイオンがマイクロチップと衝突しつつ衝撃を与えて電子放出源を破壊させる。また、このような電子が蛍光体層に衝突し、蛍光体粒子が落ちればマイクロチップを汚すようになるので電子放出源の性能を低下させ、結果的にＦＥＡの性能と寿命を低下させる。
【０００４】
最近、新しい電界放出物質としてカーボンナノチューブが登場したことで、電子放出用チップとして金属チップなどを使用する代わりにカーボンナノチューブを使用する研究が試みられている。カーボンナノチューブは、アスペクト比が大きく、非常に優れた導電性を示す、安定した機械的特性を有する物質である。このような特性ゆえに、現在、多くの研究団体でカーボンナノチューブを電界放出物質として採用してより優れた電界放出素子を製造する方法の開発が進められている。このようなカーボンナノチューブは、電子放出電界が約２Ｖ／μｍであって非常に低く、また化学的安定性に優れているので、電界放出表示素子の製造に適している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンナノチューブを採用した二極管構造の電界放出素子の場合、従来の典型的な構造で容易に製造できる。しかし、放出電流の制御及び、動画像または多階調画像の実現に問題点がある。したがって、二極管構造の代わりに三極管構造が要求される。カーボンナノチューブを利用した電界放出表示素子に関する特許として、たとえばXu等（Xu et al.）の発明になる米国特許第5,973,444号があるが、そこではＣＶＤ法（化学蒸着法）によるカーボンナノチューブの成長に基づいて三極管構造及びマイクロチップの全工程が薄膜工程を通じて形成される。このように三極管構造を製造する場合、高価な半導体設備が必要となり、また広い面積の表示素子を製造するのは困難である。
【０００６】
既存の厚膜工程を採用した場合、厚膜工程が有する解像度の限界により、典型的な三極管構造を形成させ難いという問題点がある。また、広い面積の表示素子製造時に、厚膜の特性上、高温のアニール工程を経なければならないために、多層膜形成時に層間整列が難しいという問題点がある。
【０００７】
本発明では上記問題点を解決するために、感光性厚膜物質を使用してスクリーンプリンティングで全面を塗布し、エッチング工程を通じて三極管構造を製造するが、少数のマスク層を使用して多層膜の層間アライン問題を同時に解決できるカーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、(ａ)透明電極を成膜した透明基板上部に導電性薄膜層を形成するとともに、上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、(ｂ)上記透明電極の露出した所定部位に不透明薄膜層を形成する段階と、(ｃ)上記透明基板上面部を絶縁物質で全面被覆し、上記導電性薄膜層及び不透明薄膜層上面部の絶縁物質を除去して絶縁層を形成する段階と、(ｄ)上記絶縁層上部にゲート層を形成する段階と、(ｅ)上記不透明薄膜層を除去した後、上記露出した透明電極上部にカーボンナノチューブチップを形成する段階と、を有し、上記（ｅ）段階は、感光性カーボンナノチューブペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、上記透明基板に対して背面露光を実施して上記透明電極上部のみにカーボンナノチューブチップを形成する段階とよりなることを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供する。
【０００９】
本発明において、上記(ａ)段階は、上記透明基板の透明電極をパターニングしてストライプ状に形成する段階と、上記パターニングされた透明電極上部に導電性薄膜層を形成する段階と、上記導電性薄膜層の所定部位に上記透明電極を露出させるホールを形成する段階とよりなることが望ましい。あるいは、上記（ａ）段階は、透明電極層を形成した透明基板上部に導電性薄膜層を形成する段階と、上記導電性薄膜層及び透明電極層を同時にパターニングしてストライプ状に形成する段階と、上記導電性薄膜層の所定部位に上記透明電極を露出させるホールを形成する段階とよりなることが望ましい。
【００１０】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記透明基板上面部を絶縁物質で全面被覆した後、上記透明基板に対して背面露光を実施することによってなることが望ましい。
【００１１】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記透明基板上面部を上記絶縁物質でプリンティング工程により全面被覆して、乾燥する段階と、上記背面露光及び現像工程により上記導電性薄膜層及び不透明薄膜層上部の絶縁物質を除去する段階と、上記残存した絶縁物質を焼結する段階とを２回以上反復することによって上記絶縁層を形成することが望ましい。
【００１２】
上記(ｄ)段階は、陰極ゲートパターンスクリーンマスクを使用して上記絶縁層の中央上部領域に不透明絶縁層を形成する段階と、導電性感光ペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、上記透明基板に対して背面露光を実施してゲート層を形成する段階とよりなることが望ましい。
【００１３】
本発明において、前記感光性カーボンナノチューブペーストは陰性感光性ペーストであることが望ましい。
【００１４】
本発明において、上記導電性薄膜層はＣｒを含み、上記不透明薄膜層はＡｌを含み、上記絶縁層及び上記ゲート層は陰性感光性ペーストによって形成することが望ましい。
【００１５】
また本発明では、(ａ)透明電極を成膜した透明基板上部に導電性薄膜層を形成するとともに、上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、(ｂ)上記透明基板上部を絶縁物質で全面被覆する段階と、(ｃ)上記絶縁物質上部にゲート層を形成及びパターニングして上記透明電極上部の絶縁物質を露出させる段階と、(ｄ)上記透明電極上部の絶縁物質を除去して絶縁層を形成し、上記導電性薄膜層及び上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、(ｅ)上記露出された透明電極上部にカーボンナノチューブチップを形成する段階と、を有し、上記（ｅ）段階は、感光性カーボンナノチューブペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、上記透明基板に対して背面露光を実施して上記透明電極上部のみにカーボンナノチューブチップを形成する段階とよりなることを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供する。
【００１６】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記絶縁物質上部に薄膜装置によって導電性物質を成膜する段階と、上記透明電極に対応する部位の導電性物質をホール状にパターニングして絶縁物質を露出させ、ゲート層を形成する段階とよりなることが望ましい。
【００１７】
本発明において、上記(ｄ)段階は、透明基板上部で乾式エッチング工程により行われることが望ましい。
【００１８】
本発明において、前記感光性カーボンナノチューブペーストは陰性感光性ペーストであることが望ましい。
【００１９】
本発明において、上記ゲート層の導電性物質に対してＰＲ工程を実施してライン状のゲート層を形成する段階をさらに含むことが望ましい。
【００２０】
本発明において、上記導電性薄膜層はＣｒを含み、上記絶縁物質はポリイミドを含み、上記絶縁層及び上記ゲート層は陽性感光性ペーストを使用して形成することが望ましい。
【００２１】
また本発明では、三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法において、(ａ) 透明電極を成膜した透明基板上部に非晶質シリコン層及び絶縁層を順次に形成する段階と、(ｂ) 上記絶縁層上部に導電性ゲート層を形成し、上記非晶質シリコン層が露出されるように上記ゲート層及び上記絶縁層にホールを形成する段階と、(ｃ) 上記露出された非晶質シリコン層にホールを形成して上記透明電極層を露出させ、上記ゲート層及び上記ホールにカーボンナノチューブペーストを全面塗布する段階と、(ｄ) 上記基板背面から紫外線を走査して現像する段階とを含むことを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供する。
【００２２】
本発明において、上記(ｂ)段階は、フォトリソグラフィ工程で上記ゲート層にホールを形成し上記絶縁層を露出させる段階と、上記段階を経て形成された構造体をオキシドエッチング液に入れて上記非晶質シリコンが露出されるように上記酸化層にホールを形成する段階とを含むことが望ましい。
【００２３】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記非晶質シリコン層に対して乾式エッチングまたは湿式エッチングで上記透明電極が露出されるようにホールを形成する段階と、上記ゲート層に対してフォトリソグラフィ工程でラインパターニングを実施する段階と、上記ゲート層及び上記ホールを有する上記透明基板にカーボンナノチューブペーストをスクリーンプリンティングで全面に塗布する段階とを含むことが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００２５】
図１ないし図４を参照して、本発明に係る第１実施例による三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイについて説明する。ここでは絶縁層及び導電性厚膜を使用するゲート層を陰性工程を利用して製造する方法について説明する。
【００２６】
本発明では透明電極が形成された透明基板を使用する。例えば、通常使われるＩＴＯ(Ｉ：Ｉｎｄｉｕｍ、Ｔ：Ｔｉｎ、Ｏ：Ｏｘｉｄｅ)が成膜されているガラス基板１１でＩＴＯが形成されている部位にパターニングを実施することによって、ストライプ状のＩＴＯ電極１２を形成する。図１（ａ）はパターニング工程を経た基板に対してストライプ構造のＩＴＯ電極１２の幅方向に切断した断面を示したものである。
【００２７】
次に、ガラス基板１１及びＩＴＯ電極１２の上部にスパッタ装置等の薄膜装置を利用して全面にＣｒ薄膜層１３を形成する。上記形成されたＣｒ薄膜層１３に対して露光工程及び現像工程を実施して図１（ｂ）に示すようにＣｒ薄膜層１３をパターニングする。上記Ｃｒ薄膜層１３の形態は制限されていないが、以後の工程でカーボンナノチューブを成長させるために中央部上にホールが形成された形に製作することが望ましい。上記図１（ｂ）はガラス基板１１を垂直に切断した断面図であってＣｒ薄膜層１３は中央部分にホールが形成されているリング状になっている。
【００２８】
次に、スパッタ装置等の薄膜装置を利用してＡｌ薄膜層１４を上記ガラス基板１１、ＩＴＯ電極１２及びＣｒ薄膜層１３の上部の全面に形成する。このようなＡｌ薄膜層１４に対して露光工程及び現像工程を実施して、図１（ｃ）に示すように上記ＩＴＯ陰極電極１２及びＣｒ薄膜層１３を部分的に覆うドット状にパターニングする。ここで、上記Ｃｒ薄膜層１３及び上記Ａｌ薄膜層１４の材料はＣｒ及びＡｌに限定されず、エッチング工程時にエッチング選択性を有する物質であれば使用できる。
【００２９】
次に、陰性感光性ペーストを使用して製作した絶縁性物質をスクリーンプリンティング工程を使用してＣｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４が形成されたガラス基板１１の上部の全面に塗布する。このような工程を経た後、図２（ｄ）に示すようにガラス基板１１の背面から一般の露光工程に使用する紫外線を照射して露光させる。上記露光工程において、あらかじめ形成されたＣｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４は不透明であるためにマスク層の役割をする。したがって、上記露光時、上記Ｃｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４が形成されていない部位のみを照射光が通過可能となる。
【００３０】
上記露光工程を実施した後、現像工程を経れば、図２（ｅ）に示すように、ガラス基板１１の上部でマスクの役割をしたＣｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４が形成された部位の絶縁層１５’を除外した残りの部位の絶縁層１５だけが残存する。ここで、上記絶縁層１５’、１５は陰性感光性ペーストを使用して形成した。通常、厚膜絶縁層を形成する際にはマイクロピンホール等を考慮して優秀な絶縁特性を示しうるように、Ｐ／Ｄ／Ｅ＆Ｄ／Ｆ／Ｐ／Ｄ／Ｅ＆Ｄ／Ｆ(Ｐ：プリンティング、Ｄ：乾燥、Ｅ＆Ｄ：露光及び現像、Ｆ：焼結)の２回の反復工程を経ることが望ましい。この場合、上記絶縁物質は、通常露光工程に使われる紫外線(波長：約３５０ｎｍ)に対する透過率が７０％以上であるので、露光工程時に紫外線が通過できる。
【００３１】
このような工程を経て、図２（ｆ）に示すように、陰極ゲートパターンスクリーンマスク１６を使用して、上記絶縁層１５の上部に不透明絶縁層１６をプリンティングする。上記不透明絶縁層１６をプリンティングした後、乾燥工程のみを実施して、導電性感光ペーストをスクリーンプリンティング工程により上記ガラス基板１１の上部の全面に塗布する。その後、上記ガラス基板１１の背面で露光を実施して図３（ｇ）に示すようにゲート電極層１７を形成する。
【００３２】
上記ゲート電極層１７を形成した後で焼成工程を実施し、Ａｌエッチング液を利用してＩＴＯ陰極電極１２の上部のドット状のＡｌ薄膜層１４を除去することによって、図３（ｈ）に示すように、Ｃｒ薄膜層１３の中央部分に再びホールが形成される。
【００３３】
最後に、図３（ｉ）及び図４（ｊ）に示すように、感光性カーボンナノチューブペーストを上記ガラス基板１１の上部全面にプリンティング工程で塗布し、ガラス基板１１の背面で露光及び現像工程を実施する。ここで、上記カーボンナノチューブペーストは陰性感光性物質であることが望ましい。背面露光により露光ビームが通過するＩＴＯ電極層１２の上部に塗布されたカーボンナノチューブペーストだけが残存し、上記Ｃｒ薄膜層１３及びゲート電極層１７の上部に塗布された感光性カーボンナノチューブペーストは除去される。それでリング状のＣｒ薄膜層１３内部のホール部位にカーボンナノチューブチップ層１８が形成される。
【００３４】
上記工程では、Ｃｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４がフォトマスクの役割をするので、陰極電極形成時、基板上部にフォトマスクを別途に形成する必要がなく、その結果、その後の工程でアライナが要らなくなる。また、その上部に形成される多層膜がセルフ−アライン（自己整合）するので、多層膜形成時に各層ごとに必要な焼成工程に伴うガラスの変形による整列誤差及び各層ごとにアライナを使用する際に発生するアライナ自体の誤差も防止できるようになる。従って、カーボンナノチューブのチップとゲートとの距離を狭められるので電界放出電圧を大幅に下げることができる。
【００３５】
本発明の第２実施例を、図５（ａ）ないし図８（ｋ）を参照して、より詳細に説明する。図５（ａ）ないし図８（ｋ）は、絶縁物質及び導電性物質に陽性ペーストを使用して本発明による三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造工程を説明した断面図である。
【００３６】
まず、図５（ａ）に示すように、透明電極として通常使われるＩＴＯ ２２が成膜されたガラス基板２１の上部全面に、スパッタ装置等の薄膜製造装置を利用してＣｒ薄膜層２３を形成する。
【００３７】
このようなＣｒ薄膜層２３に対して露光及び現像工程を実施してＣｒ陰極電極層２３を形成する。図５（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、Ｃｒ電極層２３及びＩＴＯ電極層２２をストライプ状に形成した後で、再びＣｒ電極層２３がリング状となるように、その内部にホールを形成する。このようにＣｒ電極層２３を形成した後、上記ガラス基板２１に対してＩＴＯエッチング液を使用してエッチング工程を実施すると、図５（ｂ）に示すように、Ｃｒ電極層２３が形成されていない部位のＩＴＯ電極層２２がエッチングされる。その結果、Ｃｒ電極層２３とＩＴＯ電極層２２とが同じパターンに整列されて陰極電極を形成する。その後、図６（ｃ）に示すように、Ｃｒ電極層２３に対して露光及び現像工程を実施してホールを形成する。上記ホールは後工程でカーボンナノチューブを形成する領域となる。
【００３８】
次に、図６（ｄ）に示すように、上記ガラス基板２１の上部に絶縁物質２４を厚膜状に塗布する。上記絶縁物質としては、例えば、絶縁性及び温度特性に優れ、厚膜形成が容易なポリイミドを使用することが望ましい。上記絶縁層２４をスピンコーティング法を利用してガラス基板２１及びＣｒ電極層２３の上部全面に塗布した後、キュアリング工程を実施する。
【００３９】
次に、図６（ｅ）に示すように、上記絶縁層２４の上部に薄膜装置を利用して導電性物質２５を成膜した後、図７（ｆ）のように上記成膜した電導層２５をパターニングしてゲート層２５を形成する。ここで、電導層２５のうちＩＴＯ電極層２２が形成された部分がパターニングにより除去され、ホールを形成することが望ましい。したがって、残存した部分はゲート層２５としての役割をする。その後、図７（ｇ）に示すように、乾式エッチング工程によって、ゲート層をパターニングし、露出したホール部分の絶縁物質２４’を除去する。上記第１実施例では基板背面での露光により絶縁物質１５’を除去したが、ここでは基板上面の全面に乾式エッチング工程を施すことにより絶縁物質２４’を除去する。
【００４０】
絶縁物質２４’を除去すると、図７（ｈ）に示すように、Ｃｒ電極層２３のホール部分にＩＴＯ電極層２２が露出する。このような状態で、図８（ｉ）に示すように、感光性カーボンナノチューブペーストを上記ガラス基板２１の上面にスクリーンプリンティング工程で塗布し、上記ガラス基板２１の背面で露光及び現像工程を実施する。ここで、上記カーボンナノチューブペーストは、上記第１実施例と同様に、陰性感光性ペーストであることが望ましい。そこで図８（ｊ）に示すように、上記Ｃｒ電極層のホール部分にカーボンナノチューブチップ層２６が形成される。最後に、図８（ｋ）に示すように、上記ゲート層２５に対して通常のＰＲ工程を実施してライン状のゲート層２５を形成する。
【００４１】
このような陽性感光性絶縁物質及び導電性物質を使用した工程を上記陰性感光性絶縁物質及び導電性物質を使用した場合と比較すれば、上記ゲート層と絶縁層のホール部分は別途アラインさせねばならないが、カーボンナノチューブのチップは自己整合するため、他の工程をシンプルにできるという利点がある。
【００４２】
本発明による第３実施例を、図９（ａ）ないし図１２（ｊ）を参照して、より詳細に説明する。
【００４３】
図９（ａ）ないし図１２（ｊ）は、電界放出表示素子で抵抗層として使われる非晶質シリコン層の光学的特性を利用して三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を製造する過程を示した断面図である。
【００４４】
まず図９（ａ）に示すように、透明基板３１の上部に透明電極３２用物質を成膜する。上記透明基板３１としてはガラス基板を使用でき、上記透明電極３２としては通常使われるＩＴＯが使用できる。上記透明電極３２はフォトリソグラフィ工程を利用してストライプ状に形成させたものである。
【００４５】
次に、図９（ｂ）に示すように、非晶質シリコン３３を上記透明基板３１及び上記透明電極３２の表面にプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）装置などを利用して成膜する。それから、図９（ｃ）に示すように、インサイチュ（in-situ）で上記非晶質シリコン層３３の表面に絶縁層として使われる酸化層３４を形成する。上記酸化層３４を形成した後、図１０（ｄ）に示すように、その表面に導電性ゲート層３５、例えばＣｒを、薄膜装置を利用して成膜する。そして、図１０（ｅ）に示すように、上記ゲート層３５にフォトリソグラフィ工程でホール３５’を形成する。上記ホール３５’は、上記透明電極３２対応した位置に形成する。このように基板上に薄膜層が形成された状態で、オキシドエッチング液に入れて、図１０（ｆ）に示すように、非晶質シリコン層３３が露出するように、上記酸化層３４にホール３４’を形成する。このように露出した非晶質シリコン層３３に対して、乾式エッチングまたは湿式エッチングを施すことによって、図１１（ｇ）に示すように、上記透明電極３２を露出させるホール３３’を形成する。そして、上記酸化層３４上部のゲート層３５に対してフォトリソグラフィ工程を施すことによって、図１１（ｈ）に示すように、ライン状のパターニングを施す。
【００４６】
次に、図１１（ｉ）に示すように、上記構造上の全面に陰性感光性カーボンナノチューブペースト３６をスクリーンプリンティングで塗布する。最後に、上記透明基板３１の背面から紫外線ビームを走査し、現像工程を経て、図１２（ｊ）に示すような陰性感光性カーボンナノチューブ電界放出エミッタを形成する。ここでは、上記透明基板３１に背面から紫外線を走査する際に、他のフォトリソグラフィ工程のように別途パターニング用に用意したフォトマスクを使用せず、工程途中に形成される非晶質シリコン層３３を使用することを特徴とする。上記非晶質シリコン層３３で使用されている非晶質シリコンは、一般に電界放出ディスプレーで均一度の向上のために多用される物質である。図１３に示すところから明らかなように、非晶質シリコンは現像工程に使われる紫外線に対する透過度が非常に低い。
【００４７】
図１４は、本発明により製造された三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮ったＳＥＭ写真であって、絶縁性物質と導電性物質とを陰性感光性ペーストを使用して製作したものである。ＳＥＭ写真に示されているように、絶縁層１５及びゲート層１７等の多層膜は、特に整列させる必要なくセルフ−アラインされている。
【００４８】
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、絶縁性物質と導電性物質として陰性又は陽性感光性ペーストを使用して製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮った平面顕微鏡写真である。図１５（ａ）は、陰性感光性ペーストを使用したものであってホールの大きさが約６０μｍであり、まだカーボンナノチューブチップを形成してはいないが、ホール部位がＩＴＯ電極層１２により明るく示されている。図１５（ｂ）は、陽性感光性ペーストを使用したものであってホールの大きさが約４０μｍであった。ここでは、ホール内部にカーボンナノチューブチップ２６を形成したので、ホール部位が濃厚な色で示されている。図１５（ｂ）に示すように、Ｃｒ電極層２３がストライプ状にガラス基板２１上に形成されている。
【００４９】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、本発明により製造された三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮ったＳＥＭ写真であって、両者とも絶縁物質及び導電性物質は陽性感光性ペーストを使用して製作したものである。ここで、図１６（ａ）は素子の表面を約３０°の角度で撮った写真であってゲート電極ラインパターン２５に形成されたホール内部にカーボンナノチューブチップ２６が形成されていることがわかる。ここでホールの直径が約４０μｍである。図１６（ｂ）は、その断面を撮った写真であって、ホール内部に形成されたカーボンナノチューブチップ２６を直接示しており、ポリイミドで形成した絶縁層２４及びゲート層２５がよく整列されていることがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、陰性または陽性感光性ペーストを使用してスクリーンプリンティング工程及びエッチング工程を実施する際に、別途のアライナを使用せずとも多層膜のアライン問題を解消でき、また製造工程中に形成される薄膜層自体をマスク層として使用することによって少数のマスク層を使用して三極管構造のカーボンナノチューブ電界放出アレイを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図２】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｄ）〜（ｆ）である。
【図３】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｇ）〜（ｉ）である。
【図４】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｊ）である。
【図５】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ａ）〜（ｂ）である。
【図６】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｃ）〜（ｅ）である。
【図７】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｆ）〜（ｈ）である。
【図８】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｉ）〜（ｋ）である。
【図９】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１０】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ｄ）〜（ｆ）である。
【図１１】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ｇ）〜（ｉ）である。
【図１２】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ｊ）である。
【図１３】非晶質現像工程に使われる紫外線の非晶質シリコンに対する透過度を示すグラフである。
【図１４】本発明の第１実施例により製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮ったＳＥＭ写真である。
【図１５】絶縁性物質と導電性物質を陰性及び陽性工程により製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出素子の顕微鏡写真である。
【図１６】本発明の第３実施例により製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイを撮ったＳＥＭ写真である。
＜符号の説明＞
１１、２１、３１ ガラス基板
１２、２２、３２ ＩＴＯ電極層
１３、２３ Ｃｒ電極層
１４ Ａｌ薄膜層
１５ 厚膜絶縁層
１６ 不透明絶縁層
１７、２５、３５ ゲート層
１８、２６、３６ カーボンナノチューブ
３３ 非晶質シリコン層
２４、３４ 薄膜絶縁層
３３’、３４’、３５’ ホール
【発明の属する技術分野】
本発明は低電圧電界放出物質のカーボンナノチューブを利用した電界放出アレイの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電界放出表示素子（フィールドエミッションディスプレイ）としては、主にＭｏ等の金属やＳｉ等の半導体物質を素材としたスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電界放出アレイ(ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ ａｒｒａｙ：ＦＥＡ)が使われている。これは一定の間隔で配列させたチップにゲートから強い電場を印加することによってチップから電子を放出させる方式のマイクロチップＦＥＤである。マイクロチップＦＥＤの場合には高価な半導体設備を必要とし、広い面積の電界放出表示素子の製造に難点がある。
【０００３】
金属や半導体で形成されたチップの場合には仕事関数が大きいために電子放出のためのゲート電圧が相対的にかなり高い。したがって、電子放出時に真空中の残留ガス粒子が電子と衝突してイオン化し、これらガスイオンがマイクロチップと衝突しつつ衝撃を与えて電子放出源を破壊させる。また、このような電子が蛍光体層に衝突し、蛍光体粒子が落ちればマイクロチップを汚すようになるので電子放出源の性能を低下させ、結果的にＦＥＡの性能と寿命を低下させる。
【０００４】
最近、新しい電界放出物質としてカーボンナノチューブが登場したことで、電子放出用チップとして金属チップなどを使用する代わりにカーボンナノチューブを使用する研究が試みられている。カーボンナノチューブは、アスペクト比が大きく、非常に優れた導電性を示す、安定した機械的特性を有する物質である。このような特性ゆえに、現在、多くの研究団体でカーボンナノチューブを電界放出物質として採用してより優れた電界放出素子を製造する方法の開発が進められている。このようなカーボンナノチューブは、電子放出電界が約２Ｖ／μｍであって非常に低く、また化学的安定性に優れているので、電界放出表示素子の製造に適している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンナノチューブを採用した二極管構造の電界放出素子の場合、従来の典型的な構造で容易に製造できる。しかし、放出電流の制御及び、動画像または多階調画像の実現に問題点がある。したがって、二極管構造の代わりに三極管構造が要求される。カーボンナノチューブを利用した電界放出表示素子に関する特許として、たとえばXu等（Xu et al.）の発明になる米国特許第5,973,444号があるが、そこではＣＶＤ法（化学蒸着法）によるカーボンナノチューブの成長に基づいて三極管構造及びマイクロチップの全工程が薄膜工程を通じて形成される。このように三極管構造を製造する場合、高価な半導体設備が必要となり、また広い面積の表示素子を製造するのは困難である。
【０００６】
既存の厚膜工程を採用した場合、厚膜工程が有する解像度の限界により、典型的な三極管構造を形成させ難いという問題点がある。また、広い面積の表示素子製造時に、厚膜の特性上、高温のアニール工程を経なければならないために、多層膜形成時に層間整列が難しいという問題点がある。
【０００７】
本発明では上記問題点を解決するために、感光性厚膜物質を使用してスクリーンプリンティングで全面を塗布し、エッチング工程を通じて三極管構造を製造するが、少数のマスク層を使用して多層膜の層間アライン問題を同時に解決できるカーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、(ａ)透明電極を成膜した透明基板上部に導電性薄膜層を形成するとともに、上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、(ｂ)上記透明電極の露出した所定部位に不透明薄膜層を形成する段階と、(ｃ)上記透明基板上面部を絶縁物質で全面被覆し、上記導電性薄膜層及び不透明薄膜層上面部の絶縁物質を除去して絶縁層を形成する段階と、(ｄ)上記絶縁層上部にゲート層を形成する段階と、(ｅ)上記不透明薄膜層を除去した後、上記露出した透明電極上部にカーボンナノチューブチップを形成する段階と、を有し、上記（ｅ）段階は、感光性カーボンナノチューブペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、上記透明基板に対して背面露光を実施して上記透明電極上部のみにカーボンナノチューブチップを形成する段階とよりなることを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供する。
【０００９】
本発明において、上記(ａ)段階は、上記透明基板の透明電極をパターニングしてストライプ状に形成する段階と、上記パターニングされた透明電極上部に導電性薄膜層を形成する段階と、上記導電性薄膜層の所定部位に上記透明電極を露出させるホールを形成する段階とよりなることが望ましい。あるいは、上記（ａ）段階は、透明電極層を形成した透明基板上部に導電性薄膜層を形成する段階と、上記導電性薄膜層及び透明電極層を同時にパターニングしてストライプ状に形成する段階と、上記導電性薄膜層の所定部位に上記透明電極を露出させるホールを形成する段階とよりなることが望ましい。
【００１０】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記透明基板上面部を絶縁物質で全面被覆した後、上記透明基板に対して背面露光を実施することによってなることが望ましい。
【００１１】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記透明基板上面部を上記絶縁物質でプリンティング工程により全面被覆して、乾燥する段階と、上記背面露光及び現像工程により上記導電性薄膜層及び不透明薄膜層上部の絶縁物質を除去する段階と、上記残存した絶縁物質を焼結する段階とを２回以上反復することによって上記絶縁層を形成することが望ましい。
【００１２】
上記(ｄ)段階は、陰極ゲートパターンスクリーンマスクを使用して上記絶縁層の中央上部領域に不透明絶縁層を形成する段階と、導電性感光ペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、上記透明基板に対して背面露光を実施してゲート層を形成する段階とよりなることが望ましい。
【００１３】
本発明において、前記感光性カーボンナノチューブペーストは陰性感光性ペーストであることが望ましい。
【００１４】
本発明において、上記導電性薄膜層はＣｒを含み、上記不透明薄膜層はＡｌを含み、上記絶縁層及び上記ゲート層は陰性感光性ペーストによって形成することが望ましい。
【００１５】
また本発明では、(ａ)透明電極を成膜した透明基板上部に導電性薄膜層を形成するとともに、上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、(ｂ)上記透明基板上部を絶縁物質で全面被覆する段階と、(ｃ)上記絶縁物質上部にゲート層を形成及びパターニングして上記透明電極上部の絶縁物質を露出させる段階と、(ｄ)上記透明電極上部の絶縁物質を除去して絶縁層を形成し、上記導電性薄膜層及び上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、(ｅ)上記露出された透明電極上部にカーボンナノチューブチップを形成する段階と、を有し、上記（ｅ）段階は、感光性カーボンナノチューブペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、上記透明基板に対して背面露光を実施して上記透明電極上部のみにカーボンナノチューブチップを形成する段階とよりなることを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供する。
【００１６】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記絶縁物質上部に薄膜装置によって導電性物質を成膜する段階と、上記透明電極に対応する部位の導電性物質をホール状にパターニングして絶縁物質を露出させ、ゲート層を形成する段階とよりなることが望ましい。
【００１７】
本発明において、上記(ｄ)段階は、透明基板上部で乾式エッチング工程により行われることが望ましい。
【００１８】
本発明において、前記感光性カーボンナノチューブペーストは陰性感光性ペーストであることが望ましい。
【００１９】
本発明において、上記ゲート層の導電性物質に対してＰＲ工程を実施してライン状のゲート層を形成する段階をさらに含むことが望ましい。
【００２０】
本発明において、上記導電性薄膜層はＣｒを含み、上記絶縁物質はポリイミドを含み、上記絶縁層及び上記ゲート層は陽性感光性ペーストを使用して形成することが望ましい。
【００２１】
また本発明では、三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法において、(ａ) 透明電極を成膜した透明基板上部に非晶質シリコン層及び絶縁層を順次に形成する段階と、(ｂ) 上記絶縁層上部に導電性ゲート層を形成し、上記非晶質シリコン層が露出されるように上記ゲート層及び上記絶縁層にホールを形成する段階と、(ｃ) 上記露出された非晶質シリコン層にホールを形成して上記透明電極層を露出させ、上記ゲート層及び上記ホールにカーボンナノチューブペーストを全面塗布する段階と、(ｄ) 上記基板背面から紫外線を走査して現像する段階とを含むことを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を提供する。
【００２２】
本発明において、上記(ｂ)段階は、フォトリソグラフィ工程で上記ゲート層にホールを形成し上記絶縁層を露出させる段階と、上記段階を経て形成された構造体をオキシドエッチング液に入れて上記非晶質シリコンが露出されるように上記酸化層にホールを形成する段階とを含むことが望ましい。
【００２３】
本発明において、上記(ｃ)段階は、上記非晶質シリコン層に対して乾式エッチングまたは湿式エッチングで上記透明電極が露出されるようにホールを形成する段階と、上記ゲート層に対してフォトリソグラフィ工程でラインパターニングを実施する段階と、上記ゲート層及び上記ホールを有する上記透明基板にカーボンナノチューブペーストをスクリーンプリンティングで全面に塗布する段階とを含むことが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００２５】
図１ないし図４を参照して、本発明に係る第１実施例による三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイについて説明する。ここでは絶縁層及び導電性厚膜を使用するゲート層を陰性工程を利用して製造する方法について説明する。
【００２６】
本発明では透明電極が形成された透明基板を使用する。例えば、通常使われるＩＴＯ(Ｉ：Ｉｎｄｉｕｍ、Ｔ：Ｔｉｎ、Ｏ：Ｏｘｉｄｅ)が成膜されているガラス基板１１でＩＴＯが形成されている部位にパターニングを実施することによって、ストライプ状のＩＴＯ電極１２を形成する。図１（ａ）はパターニング工程を経た基板に対してストライプ構造のＩＴＯ電極１２の幅方向に切断した断面を示したものである。
【００２７】
次に、ガラス基板１１及びＩＴＯ電極１２の上部にスパッタ装置等の薄膜装置を利用して全面にＣｒ薄膜層１３を形成する。上記形成されたＣｒ薄膜層１３に対して露光工程及び現像工程を実施して図１（ｂ）に示すようにＣｒ薄膜層１３をパターニングする。上記Ｃｒ薄膜層１３の形態は制限されていないが、以後の工程でカーボンナノチューブを成長させるために中央部上にホールが形成された形に製作することが望ましい。上記図１（ｂ）はガラス基板１１を垂直に切断した断面図であってＣｒ薄膜層１３は中央部分にホールが形成されているリング状になっている。
【００２８】
次に、スパッタ装置等の薄膜装置を利用してＡｌ薄膜層１４を上記ガラス基板１１、ＩＴＯ電極１２及びＣｒ薄膜層１３の上部の全面に形成する。このようなＡｌ薄膜層１４に対して露光工程及び現像工程を実施して、図１（ｃ）に示すように上記ＩＴＯ陰極電極１２及びＣｒ薄膜層１３を部分的に覆うドット状にパターニングする。ここで、上記Ｃｒ薄膜層１３及び上記Ａｌ薄膜層１４の材料はＣｒ及びＡｌに限定されず、エッチング工程時にエッチング選択性を有する物質であれば使用できる。
【００２９】
次に、陰性感光性ペーストを使用して製作した絶縁性物質をスクリーンプリンティング工程を使用してＣｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４が形成されたガラス基板１１の上部の全面に塗布する。このような工程を経た後、図２（ｄ）に示すようにガラス基板１１の背面から一般の露光工程に使用する紫外線を照射して露光させる。上記露光工程において、あらかじめ形成されたＣｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４は不透明であるためにマスク層の役割をする。したがって、上記露光時、上記Ｃｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４が形成されていない部位のみを照射光が通過可能となる。
【００３０】
上記露光工程を実施した後、現像工程を経れば、図２（ｅ）に示すように、ガラス基板１１の上部でマスクの役割をしたＣｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４が形成された部位の絶縁層１５’を除外した残りの部位の絶縁層１５だけが残存する。ここで、上記絶縁層１５’、１５は陰性感光性ペーストを使用して形成した。通常、厚膜絶縁層を形成する際にはマイクロピンホール等を考慮して優秀な絶縁特性を示しうるように、Ｐ／Ｄ／Ｅ＆Ｄ／Ｆ／Ｐ／Ｄ／Ｅ＆Ｄ／Ｆ(Ｐ：プリンティング、Ｄ：乾燥、Ｅ＆Ｄ：露光及び現像、Ｆ：焼結)の２回の反復工程を経ることが望ましい。この場合、上記絶縁物質は、通常露光工程に使われる紫外線(波長：約３５０ｎｍ)に対する透過率が７０％以上であるので、露光工程時に紫外線が通過できる。
【００３１】
このような工程を経て、図２（ｆ）に示すように、陰極ゲートパターンスクリーンマスク１６を使用して、上記絶縁層１５の上部に不透明絶縁層１６をプリンティングする。上記不透明絶縁層１６をプリンティングした後、乾燥工程のみを実施して、導電性感光ペーストをスクリーンプリンティング工程により上記ガラス基板１１の上部の全面に塗布する。その後、上記ガラス基板１１の背面で露光を実施して図３（ｇ）に示すようにゲート電極層１７を形成する。
【００３２】
上記ゲート電極層１７を形成した後で焼成工程を実施し、Ａｌエッチング液を利用してＩＴＯ陰極電極１２の上部のドット状のＡｌ薄膜層１４を除去することによって、図３（ｈ）に示すように、Ｃｒ薄膜層１３の中央部分に再びホールが形成される。
【００３３】
最後に、図３（ｉ）及び図４（ｊ）に示すように、感光性カーボンナノチューブペーストを上記ガラス基板１１の上部全面にプリンティング工程で塗布し、ガラス基板１１の背面で露光及び現像工程を実施する。ここで、上記カーボンナノチューブペーストは陰性感光性物質であることが望ましい。背面露光により露光ビームが通過するＩＴＯ電極層１２の上部に塗布されたカーボンナノチューブペーストだけが残存し、上記Ｃｒ薄膜層１３及びゲート電極層１７の上部に塗布された感光性カーボンナノチューブペーストは除去される。それでリング状のＣｒ薄膜層１３内部のホール部位にカーボンナノチューブチップ層１８が形成される。
【００３４】
上記工程では、Ｃｒ薄膜層１３及びＡｌ薄膜層１４がフォトマスクの役割をするので、陰極電極形成時、基板上部にフォトマスクを別途に形成する必要がなく、その結果、その後の工程でアライナが要らなくなる。また、その上部に形成される多層膜がセルフ−アライン（自己整合）するので、多層膜形成時に各層ごとに必要な焼成工程に伴うガラスの変形による整列誤差及び各層ごとにアライナを使用する際に発生するアライナ自体の誤差も防止できるようになる。従って、カーボンナノチューブのチップとゲートとの距離を狭められるので電界放出電圧を大幅に下げることができる。
【００３５】
本発明の第２実施例を、図５（ａ）ないし図８（ｋ）を参照して、より詳細に説明する。図５（ａ）ないし図８（ｋ）は、絶縁物質及び導電性物質に陽性ペーストを使用して本発明による三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造工程を説明した断面図である。
【００３６】
まず、図５（ａ）に示すように、透明電極として通常使われるＩＴＯ ２２が成膜されたガラス基板２１の上部全面に、スパッタ装置等の薄膜製造装置を利用してＣｒ薄膜層２３を形成する。
【００３７】
このようなＣｒ薄膜層２３に対して露光及び現像工程を実施してＣｒ陰極電極層２３を形成する。図５（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、Ｃｒ電極層２３及びＩＴＯ電極層２２をストライプ状に形成した後で、再びＣｒ電極層２３がリング状となるように、その内部にホールを形成する。このようにＣｒ電極層２３を形成した後、上記ガラス基板２１に対してＩＴＯエッチング液を使用してエッチング工程を実施すると、図５（ｂ）に示すように、Ｃｒ電極層２３が形成されていない部位のＩＴＯ電極層２２がエッチングされる。その結果、Ｃｒ電極層２３とＩＴＯ電極層２２とが同じパターンに整列されて陰極電極を形成する。その後、図６（ｃ）に示すように、Ｃｒ電極層２３に対して露光及び現像工程を実施してホールを形成する。上記ホールは後工程でカーボンナノチューブを形成する領域となる。
【００３８】
次に、図６（ｄ）に示すように、上記ガラス基板２１の上部に絶縁物質２４を厚膜状に塗布する。上記絶縁物質としては、例えば、絶縁性及び温度特性に優れ、厚膜形成が容易なポリイミドを使用することが望ましい。上記絶縁層２４をスピンコーティング法を利用してガラス基板２１及びＣｒ電極層２３の上部全面に塗布した後、キュアリング工程を実施する。
【００３９】
次に、図６（ｅ）に示すように、上記絶縁層２４の上部に薄膜装置を利用して導電性物質２５を成膜した後、図７（ｆ）のように上記成膜した電導層２５をパターニングしてゲート層２５を形成する。ここで、電導層２５のうちＩＴＯ電極層２２が形成された部分がパターニングにより除去され、ホールを形成することが望ましい。したがって、残存した部分はゲート層２５としての役割をする。その後、図７（ｇ）に示すように、乾式エッチング工程によって、ゲート層をパターニングし、露出したホール部分の絶縁物質２４’を除去する。上記第１実施例では基板背面での露光により絶縁物質１５’を除去したが、ここでは基板上面の全面に乾式エッチング工程を施すことにより絶縁物質２４’を除去する。
【００４０】
絶縁物質２４’を除去すると、図７（ｈ）に示すように、Ｃｒ電極層２３のホール部分にＩＴＯ電極層２２が露出する。このような状態で、図８（ｉ）に示すように、感光性カーボンナノチューブペーストを上記ガラス基板２１の上面にスクリーンプリンティング工程で塗布し、上記ガラス基板２１の背面で露光及び現像工程を実施する。ここで、上記カーボンナノチューブペーストは、上記第１実施例と同様に、陰性感光性ペーストであることが望ましい。そこで図８（ｊ）に示すように、上記Ｃｒ電極層のホール部分にカーボンナノチューブチップ層２６が形成される。最後に、図８（ｋ）に示すように、上記ゲート層２５に対して通常のＰＲ工程を実施してライン状のゲート層２５を形成する。
【００４１】
このような陽性感光性絶縁物質及び導電性物質を使用した工程を上記陰性感光性絶縁物質及び導電性物質を使用した場合と比較すれば、上記ゲート層と絶縁層のホール部分は別途アラインさせねばならないが、カーボンナノチューブのチップは自己整合するため、他の工程をシンプルにできるという利点がある。
【００４２】
本発明による第３実施例を、図９（ａ）ないし図１２（ｊ）を参照して、より詳細に説明する。
【００４３】
図９（ａ）ないし図１２（ｊ）は、電界放出表示素子で抵抗層として使われる非晶質シリコン層の光学的特性を利用して三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を製造する過程を示した断面図である。
【００４４】
まず図９（ａ）に示すように、透明基板３１の上部に透明電極３２用物質を成膜する。上記透明基板３１としてはガラス基板を使用でき、上記透明電極３２としては通常使われるＩＴＯが使用できる。上記透明電極３２はフォトリソグラフィ工程を利用してストライプ状に形成させたものである。
【００４５】
次に、図９（ｂ）に示すように、非晶質シリコン３３を上記透明基板３１及び上記透明電極３２の表面にプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）装置などを利用して成膜する。それから、図９（ｃ）に示すように、インサイチュ（in-situ）で上記非晶質シリコン層３３の表面に絶縁層として使われる酸化層３４を形成する。上記酸化層３４を形成した後、図１０（ｄ）に示すように、その表面に導電性ゲート層３５、例えばＣｒを、薄膜装置を利用して成膜する。そして、図１０（ｅ）に示すように、上記ゲート層３５にフォトリソグラフィ工程でホール３５’を形成する。上記ホール３５’は、上記透明電極３２対応した位置に形成する。このように基板上に薄膜層が形成された状態で、オキシドエッチング液に入れて、図１０（ｆ）に示すように、非晶質シリコン層３３が露出するように、上記酸化層３４にホール３４’を形成する。このように露出した非晶質シリコン層３３に対して、乾式エッチングまたは湿式エッチングを施すことによって、図１１（ｇ）に示すように、上記透明電極３２を露出させるホール３３’を形成する。そして、上記酸化層３４上部のゲート層３５に対してフォトリソグラフィ工程を施すことによって、図１１（ｈ）に示すように、ライン状のパターニングを施す。
【００４６】
次に、図１１（ｉ）に示すように、上記構造上の全面に陰性感光性カーボンナノチューブペースト３６をスクリーンプリンティングで塗布する。最後に、上記透明基板３１の背面から紫外線ビームを走査し、現像工程を経て、図１２（ｊ）に示すような陰性感光性カーボンナノチューブ電界放出エミッタを形成する。ここでは、上記透明基板３１に背面から紫外線を走査する際に、他のフォトリソグラフィ工程のように別途パターニング用に用意したフォトマスクを使用せず、工程途中に形成される非晶質シリコン層３３を使用することを特徴とする。上記非晶質シリコン層３３で使用されている非晶質シリコンは、一般に電界放出ディスプレーで均一度の向上のために多用される物質である。図１３に示すところから明らかなように、非晶質シリコンは現像工程に使われる紫外線に対する透過度が非常に低い。
【００４７】
図１４は、本発明により製造された三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮ったＳＥＭ写真であって、絶縁性物質と導電性物質とを陰性感光性ペーストを使用して製作したものである。ＳＥＭ写真に示されているように、絶縁層１５及びゲート層１７等の多層膜は、特に整列させる必要なくセルフ−アラインされている。
【００４８】
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、絶縁性物質と導電性物質として陰性又は陽性感光性ペーストを使用して製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮った平面顕微鏡写真である。図１５（ａ）は、陰性感光性ペーストを使用したものであってホールの大きさが約６０μｍであり、まだカーボンナノチューブチップを形成してはいないが、ホール部位がＩＴＯ電極層１２により明るく示されている。図１５（ｂ）は、陽性感光性ペーストを使用したものであってホールの大きさが約４０μｍであった。ここでは、ホール内部にカーボンナノチューブチップ２６を形成したので、ホール部位が濃厚な色で示されている。図１５（ｂ）に示すように、Ｃｒ電極層２３がストライプ状にガラス基板２１上に形成されている。
【００４９】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、本発明により製造された三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮ったＳＥＭ写真であって、両者とも絶縁物質及び導電性物質は陽性感光性ペーストを使用して製作したものである。ここで、図１６（ａ）は素子の表面を約３０°の角度で撮った写真であってゲート電極ラインパターン２５に形成されたホール内部にカーボンナノチューブチップ２６が形成されていることがわかる。ここでホールの直径が約４０μｍである。図１６（ｂ）は、その断面を撮った写真であって、ホール内部に形成されたカーボンナノチューブチップ２６を直接示しており、ポリイミドで形成した絶縁層２４及びゲート層２５がよく整列されていることがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、陰性または陽性感光性ペーストを使用してスクリーンプリンティング工程及びエッチング工程を実施する際に、別途のアライナを使用せずとも多層膜のアライン問題を解消でき、また製造工程中に形成される薄膜層自体をマスク層として使用することによって少数のマスク層を使用して三極管構造のカーボンナノチューブ電界放出アレイを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図２】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｄ）〜（ｆ）である。
【図３】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｇ）〜（ｉ）である。
【図４】本発明の第１実施例による、陰性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｊ）である。
【図５】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ａ）〜（ｂ）である。
【図６】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｃ）〜（ｅ）である。
【図７】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｆ）〜（ｈ）である。
【図８】本発明の第２実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイ製造方法を示す断面図（ｉ）〜（ｋ）である。
【図９】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１０】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ｄ）〜（ｆ）である。
【図１１】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ｇ）〜（ｉ）である。
【図１２】本発明の第３実施例による、陽性工程を利用した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法を示す断面図（ｊ）である。
【図１３】非晶質現像工程に使われる紫外線の非晶質シリコンに対する透過度を示すグラフである。
【図１４】本発明の第１実施例により製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出素子を撮ったＳＥＭ写真である。
【図１５】絶縁性物質と導電性物質を陰性及び陽性工程により製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出素子の顕微鏡写真である。
【図１６】本発明の第３実施例により製造した三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイを撮ったＳＥＭ写真である。
＜符号の説明＞
１１、２１、３１ ガラス基板
１２、２２、３２ ＩＴＯ電極層
１３、２３ Ｃｒ電極層
１４ Ａｌ薄膜層
１５ 厚膜絶縁層
１６ 不透明絶縁層
１７、２５、３５ ゲート層
１８、２６、３６ カーボンナノチューブ
３３ 非晶質シリコン層
２４、３４ 薄膜絶縁層
３３’、３４’、３５’ ホール
Claims (21)
- 三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法において、
（ａ）透明電極を成膜した透明基板上部に導電性薄膜層を形成するとともに、上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、
（ｂ）上記透明電極の露出した所定部位に不透明薄膜層を形成する段階と、
（ｃ）上記透明基板上面部を絶縁物質で全面被覆し、上記導電性薄膜層及び上記不透明薄膜層上面部の絶縁物質を除去して絶縁層を形成する段階と、
（ｄ）上記絶縁層上部にゲート層を形成する段階と、
（ｅ）上記不透明薄膜層を除去した後、上記露出した透明電極上部にカーボンナノチューブチップを形成する段階と、を有し、
上記（ｅ）段階は、
感光性カーボンナノチューブペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、
上記透明基板に対して背面露光を実施して上記透明電極上部のみにカーボンナノチューブチップを形成する段階とよりなることを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ａ)段階は、
上記透明基板の透明電極をパターニングしてストライプ状に形成する段階と、
上記パターニングされた透明電極上部に導電性薄膜層を形成する段階と、
上記導電性薄膜層の所定部位に上記透明電極を露出させるホールを形成する段階とよりなることを特徴とする請求項１に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ａ)段階は、
透明電極層を形成した透明基板上部に導電性薄膜層を形成する段階と、
上記導電性薄膜層及び透明電極層を同時にパターニングしてストライプ状に形成する段階と、
上記導電性薄膜層の所定部位にホールを形成して上記透明電極層を露出させる段階とよりなることを特徴とする請求項１に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ｃ)段階は、上記透明基板上面部を絶縁物質で全面に被覆した後、上記透明基板に対して背面露光を実施することによってなることを特徴とする請求項１に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 上記(ｃ)段階は、
上記透明基板上面部を上記絶縁物質でプリンティング工程により全面被覆して、乾燥する段階と、
上記背面露光及び現像工程により上記導電性薄膜層及び不透明薄膜層上部の絶縁物質を除去する段階と、
上記残存した絶縁物質を焼結する段階とを２回反復することによって上記絶縁層を形成することを特徴とする請求項４に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ｄ)段階は、
陰極ゲートパターンスクリーンマスクを使用して上記絶縁層の中央上部領域に不透明絶縁層を形成する段階と、
導電性感光ペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、
上記透明基板に対して背面露光を実施してゲート層を形成する段階とよりなることを特徴とする請求項１に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 前記感光性カーボンナノチューブペーストは陰性感光性ペーストであることを特徴とする請求項１に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 上記導電性薄膜層はＣｒを含み、上記不透明薄膜層はＡｌを含むことを特徴とする請求項１に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 上記絶縁層及び上記ゲート層は陰性感光性ペーストによって形成することを特徴とする請求項１に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法において、
（ａ）透明電極を成膜した透明基板上部に導電性薄膜層を形成するとともに、上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、
（ｂ）上記透明基板上部を絶縁物質で全面被覆する段階と、
（ｃ）上記絶縁物質上部にゲート層を形成及びパターニングして上記透明電極上部の絶縁物質を露出させる段階と、
（ｄ）上記透明電極上部の絶縁物質を除去して絶縁層を形成し、上記導電性薄膜層及び、上記透明電極の所定部位を露出させる段階と、
（ｅ）上記露出された透明電極上部にカーボンナノチューブチップを形成する段階と、を有し、
上記（ｅ）段階は、
感光性カーボンナノチューブペーストを上記透明基板上部の全面に塗布する段階と、
上記透明基板に対して背面露光を実施して上記透明電極上部のみにカーボンナノチューブチップを形成する段階とよりなることを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ａ)段階は、
上記透明基板の透明電極をパターニングしてストライプ状に形成する段階と、
上記パターニングされた透明電極上部に導電性薄膜層を形成する段階と、
上記導電性薄膜層の所定部位に上記透明電極を露出させるホールを形成する段階とよりなることを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ａ)段階は、
透明電極が形成された透明基板上部に導電性薄膜層を形成する段階と、
上記導電性薄膜層及び透明電極を同時にパターニングしてストライプ状に形成する段階と、
上記導電性薄膜層の所定部位にホールを形成して上記透明電極を露出させる段階とよりなることを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ｃ)段階は、
上記絶縁物質上部に薄膜装置によって導電性物質を成膜する段階と、
上記透明電極に対応する部位の導電性物質をホール状にパターニングして絶縁物質を露出させ、ゲート層を形成する段階とよりなることを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ｄ)段階は、上記透明基板上部で乾式エッチング工程により行われることを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 前記感光性カーボンナノチューブペーストは陰性感光性ペーストであることを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 上記ゲート層の導電性物質に対してＰＲ工程を実施してライン状のゲート層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 上記導電性薄膜層はＣｒを含み、上記絶縁物質はポリイミドを含むことを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 上記絶縁層及び上記ゲート層は陽性感光性ペーストを使用して形成することを特徴とする請求項１０に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
- 三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法において、
（ａ）透明電極を成膜した透明基板上部に非晶質シリコン層及び絶縁層を順次に形成する段階と、
（ｂ）上記絶縁層上部に導電性ゲート層を形成し、上記非晶質シリコン層が露出するように上記ゲート層及び上記絶縁層にホールを形成する段階と、
（ｃ）上記露出された非晶質シリコン層にホールを形成して上記透明電極層を露出させ、上記ゲート層及び上記ホールに陰性感光性カーボンナノチューブペーストを全面塗布する段階と、
（ｄ）上記透明基板背面から紫外線を走査して現像する段階とを含むことを特徴とする三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ｂ)段階は、
フォトリソグラフィ工程で上記ゲート層にホールを形成し上記絶縁層を露出させる段階と、
上記段階を経て形成された構造体をオキシドエッチング液に入れて上記非晶質シリコンが露出されるように上記酸化層にホールを形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の三極管カーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。 - 上記(ｃ)段階は、
上記非晶質シリコン層に対して乾式エッチングまたは湿式エッチングで上記透明電極が露出するようにホールを形成する段階と、
上記ゲート層に対してフォトリソグラフィ工程でラインパターニングを実施する段階と、
上記ゲート層及び上記ホールを有する上記透明基板にカーボンナノチューブペーストをスクリーンプリンティングで全面に塗布する段階とを含むことを特徴とする請求項１９に記載のカーボンナノチューブ電界放出アレイの製造方法。
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