KR100290137B1 - Field emission device manufacturing method - Google Patents

Abstract

본 발명은 저전압하에서 높은 전자방출 효율을 얻을수 있도록 구성된 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission device configured to obtain high electron emission efficiency under low voltage and a method of manufacturing the same.

본 발명에 따른 전계방출소자는, 기판의 상부에 형성된 이미터전극과, 이미터전극의 상부에 형성된 다이아몬드 박막과, 전자방출부에서 방출된 전자를 집속시키는 게이트전극과, 다이아몬드 박막과 상기 게이트전극을 전기적으로 격리시키는 절연층과, 방출된 전자를 유도하는 애노드 전극을 구비한다.The field emission device according to the present invention includes an emitter electrode formed on the substrate, a diamond thin film formed on the emitter electrode, a gate electrode to focus electrons emitted from the electron emission unit, a diamond thin film and the gate electrode An insulating layer for electrically isolating the anode, and an anode electrode for inducing emitted electrons.

이에따라, 본 발명에 따른 전계방출소자는 저전압 구동이 가능함과 아울러, 전자방출 효율을 향상시키게 된다.Accordingly, the field emission device according to the present invention enables low voltage driving and improves the electron emission efficiency.

Description

전계방출소자 및 그 제조방법 (Field Emission Element and Fabrication Method Thereof)Field Emission Element and Fabrication Method Thereof

본 발명은 평면 표시장치에 관한 것으로, 특히 저전압하에서 높은 전자방출 효율을 얻을수 있도록 구성된 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat panel display, and more particularly, to a field emission device configured to obtain high electron emission efficiency under low voltage, and a manufacturing method thereof.

통상적으로, 전계방출 표시장치(Field Emission Display ; 이하 ″FED″라 함)는 구동전압을 공급하는 로오 드라이버(Raw Driver)와, 화상데이터를 공급하는 칼럼 드라이버(Column Driver)와, 상기 로오 및 칼럼 드라이버의 교차부에 매트릭스(Matrix) 구조로 형성된 화소(Pixel)를 구비한다. FED는 로오 드라이버(Raw Driver) 또는 칼럼 드라이버(Column Driver)로부터 공급되는 구동전압 또는 화상데이터에 따라 매트릭스 구조로 형성된 화소에서 전자가 방출되어 화상을 표시하게 된다. 이때, 각각의 화소(Pixel)에는 적색(Red; 이하 ″R″라 함), 녹색(Green; 이하 ″G″라 함), 청색(Blue;이하 ″B″라 함)의 서브픽셀(Sub-Pixel)을 갖도록 구성되어 있으며, 상기 R, G, B 서브픽셀 각각에 형성된 캐소우드(Cathode) 전극과 상기 서브픽셀의 상부에 형성된 애노드 전극 사이에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의하여 전자가 방출되도록 한다. 상기 방출된 전자는 게이트 전압에 의해 가속되어 애노드(Anode) 전극의 하부에 형성된 형광체막과 충돌하여 형광체를 여기. 발광시켜 화상을 표시하게 된다. 이러한, FED는 마이크로 팁(Micro Tip)방식 및 평면 전자원 방식등의 여러방식들이 현재 개발중에 있으며 이하, 마이크로 팁방식에 대해서 살펴 보기로 한다.In general, a field emission display (hereinafter referred to as "FED") includes a row driver for supplying a driving voltage, a column driver for supplying image data, the row and column A pixel formed in a matrix structure is provided at the intersection of the driver. In the FED, electrons are emitted from pixels formed in a matrix structure according to a driving voltage or image data supplied from a raw driver or a column driver to display an image. At this time, each pixel Pixel has a sub-pixel of red (hereinafter referred to as ″ R ″), green (hereinafter referred to as ″ G ″), and blue (hereinafter referred to as ″ B ″). And a high-density field between a cathode electrode formed on each of the R, G, and B subpixels, and an anode electrode formed on the subpixel, and a quantum mechanical tunnel effect. By means of emitting electrons. The emitted electrons are accelerated by the gate voltage and collide with the phosphor film formed under the anode electrode to excite the phosphor. The light is emitted to display an image. In this, FED is a variety of methods such as a micro tip method and a planar electron source method is currently being developed, and will be described below.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 전계방출소자의 제조공정 수순이 도시되어 있다.Referring to Figure 1, the manufacturing process procedure of the field emission device according to the prior art is shown.

유리기판(2)의 상부에 이미터 전극(4)을 형성한다. 유리기판(2)의 상부에 금속막을 적층한후, 상기 금속막의 상부에 포토 레지스터(PR)를 도포하여 사진식각법(Photo Lithography)으로 패터닝한후, 식각(Etching)함에 의해 이미터 전극(4)을 형성하게 된다. 이어서, 이미터 전극(4)이 형성된 유리기판(2)에 저항층(6) 및 절연층(8)을 순차적으로 적층시킨후, 게이트 전극을 형성한다. 유리기판(2)의 상부에 이미터 전극(4), 저항층(6), 절연층(8) 및 금속막을 순차적으로 형성시킨후, 금속막에 상부에 포토 레지스터(PR)를 도포하여 사진식각법으로 패터닝한후 식각함에 의해 게이트 전극(10)을 형성하게 된다. 다음, 전계방출 팁(12)이 형성될 공간을 마련한다. 상기 게이트 전극(10)을 통하여 절연층(8)을 식각하여 도 1의 (a)에 도시된 바와같이 원추형의 전계방출 팁(12, 즉 이미터 팁)이 형성될 공간을 마련하게 된다. 이어서, 유리기판(2)을 회전시키면서 게이트 전극(10)의 상부에 분리금속층(16)을 형성한다. 유리기판(2)을 회전시키면서 금속물질을 소정각도(θ)로 입사시킴에 의해 도 1의 (b)에 도시된 바와같이 게이트 전극(10)의 표면에 분리금속층(16)이 형성된다. 이때, 분리금속층(13)은 중심부에 인입홈을 가지게 되며, 후술하는 팁물질층(14) 제거시 게이트 전극(10)을 보호하게 된다. 이어서, 유리기판(2)을 회전시키면서 전계방출 팁물질(14)을 증착하여 원추형의 전계방출 팁을 형성한다. 유리기판(2)을 회전시키면서 경사지게 전계방출 팁물질(14)을 증착시킴에 따라 순차적으로 팁물질이 들어가는 인입홈이 줄어들게 되고 전계방출 팁 형성공간에는 도 1의 (c)에 도시된 바와같이 원추형의 전계방출 팁(12)이 형성된다. 마지막으로, 분리금속층(13)과 전계방출 팁물질층(14)을 제거하여 전계방출 소자를 형성한다. 상기 전계방출 팁 형성과정의 전계방출 팁물질층(14)과, 분리금속층(16)을 제거함에 의해 도 1의 (d)에 도시된 바와같이 전계방출 소자를 형성하게 된다. 상기와 같은 제조방법을 회전증착법(즉, 스핀트(Spindt)법) 이라 한다. 한편, 상기와 같이 박막 및 식각공정을 활용한 스핀트 법에 의해 전계방출 소자를 제조하는 경우에는 그 공정이 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 구동시 게이트로 흘러가는 전자의 양이 많아져 디스플레이 효율이 저하되는 단점이 있다. 또한, 저전압에서 구동하기 위해 게이트와 이미터의 거리를 마이크로 미터 이하의 단위로 정밀하게 제어하여야 하는데 그 거리가 가까워질수록 이의 제어가 어려워지는 단점이 있다. 또한, 상기 전계방출팁은 주로 금속으로 이루어지며 팁상단부의 고에너지 상태에 기인하는 화학적 불안정성으로 인하여 주위가스와 반응을 일으켜 화학적 안정성이 저하되는 단점들을 가지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 저전압에서도 높은 방출전류를 얻을수 있으며 화학적 안정성이 뛰어난 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본을 이용한 전계방출소자가 제안되고 있다.The emitter electrode 4 is formed on the glass substrate 2. After depositing a metal film on the upper surface of the glass substrate 2, applying a photoresist (PR) to the upper portion of the metal film is patterned by photolithography (Photo Lithography), and then the emitter electrode (4) by etching (Etching) ). Subsequently, the resistive layer 6 and the insulating layer 8 are sequentially stacked on the glass substrate 2 on which the emitter electrode 4 is formed, and then a gate electrode is formed. The emitter electrode 4, the resistive layer 6, the insulating layer 8 and the metal film were sequentially formed on the glass substrate 2, and then photoresist PR was applied on the metal film to etch the photo. After the patterning method, the gate electrode 10 is formed by etching. Next, a space in which the field emission tip 12 is to be formed is prepared. The insulating layer 8 is etched through the gate electrode 10 to provide a space for forming a conical field emission tip 12 (ie, an emitter tip) as shown in FIG. Subsequently, the separation metal layer 16 is formed on the gate electrode 10 while rotating the glass substrate 2. By separating the metal material at a predetermined angle θ while rotating the glass substrate 2, a separation metal layer 16 is formed on the surface of the gate electrode 10 as shown in FIG. At this time, the separation metal layer 13 has an inlet groove in the center, and protects the gate electrode 10 when the tip material layer 14 to be described later is removed. Subsequently, the field emission tip material 14 is deposited while rotating the glass substrate 2 to form a conical field emission tip. By depositing the field emission tip material 14 at an angle while rotating the glass substrate 2, the inlet groove into which the tip material enters sequentially decreases, and in the field emission tip forming space, as shown in FIG. Field emission tips 12 are formed. Finally, the separation metal layer 13 and the field emission tip material layer 14 are removed to form a field emission device. By removing the field emission tip material layer 14 and the separation metal layer 16 in the process of forming the field emission tip, the field emission device is formed as shown in FIG. Such a manufacturing method is referred to as a rotary deposition method (ie, Spindt method). On the other hand, when manufacturing a field emission device by the spin method using the thin film and the etching process as described above has the disadvantage that the process is complicated. In addition, there is a disadvantage in that the amount of electrons flowing to the gate during the driving is increased, thereby reducing the display efficiency. In addition, in order to drive at a low voltage, the distance between the gate and the emitter must be precisely controlled in units of micrometer or less. In addition, the field emission tip is mainly made of a metal and due to the chemical instability due to the high energy state of the tip upper end has a disadvantage that the chemical stability due to the reaction with the ambient gas. In order to solve this problem, a field emission device using diamond and diamond phase carbon having high emission current and excellent chemical stability at low voltage has been proposed.

도 2를 참조하면, 종래기술에 따른 다이아몬드 전계방출소자의 제조방법이 도시되어 있다.2, a method of manufacturing a diamond field emission device according to the prior art is shown.

기판(2)의 상부에 이미터 전극(4), 절연층(6) 및 게이트 전극(8)을 순차적으로 형성한다. (제1 단계) 먼저, 기판(2)의 상부에 소정의 두께로 이미터 전극(4)을 형성한다. 이어서, 이미터 전극(4)의 상부에 소정의 두께로 절연층(6)을 형성한다. 다음으로, 절연층(6)의 상부에 소정의 두께로 게이트 전극(8)을 형성한다. 게이트 전극(8) 및 절연층(6)을 원하는 형태로 식각하여 전자방출부가 형성될 공간을 마련한다. (제2 단계) 먼저, 게이트 전극(8)의 상부에 포토 레지스터(PR)를 도포하여 사진식각법(Photo Lithography)으로 원하는 형태로 패터닝한후, 식각(Etching)하게 된다. 이어서 절연층(6)을 원하는 깊이로 식각함에 의해 전자방출부(10)가 형성될 공간을 마련하게 된다. 이때, 전계방출소자의 구조가 도 2의 (a)에 도시되어 있다. 이미터 전극(4)의 상부에 다이아몬드를 선택적으로 성장시켜 전자방출부를 형성한다. (제3 단계) 도 2의 (b)와 결부하여 설명하면, 기상화학증착법(Chemical Vapor Deposition Method)에 의해 게이트를 마스크(Mask)로 사용하여 이미터 전극(4)의 상부에 다이아몬드를 선택적으로 성장시켜 전자방출부를 형성하게 된다. 한편, 도 2의 (b)에 도시된 전자방출부를 형성하기 위해 다이아몬드를 선택적으로 성장시키는 경우에 다이아몬드의 성장이 불균일하게 되어 게이트전극과 이미터 전극의 거리를 조절하는 것이 불가능하여 전자방출이 불균일하게 되는 문제점이 도출되고 있다.The emitter electrode 4, the insulating layer 6, and the gate electrode 8 are sequentially formed on the substrate 2. (First Step) First, the emitter electrode 4 is formed on the substrate 2 to have a predetermined thickness. Subsequently, the insulating layer 6 is formed on the emitter electrode 4 with a predetermined thickness. Next, the gate electrode 8 is formed in a predetermined thickness on the insulating layer 6. The gate electrode 8 and the insulating layer 6 are etched to a desired shape to provide a space in which the electron emission portion is to be formed. (Second Step) First, photoresist PR is coated on the gate electrode 8 to be patterned into a desired shape by photolithography, followed by etching. Subsequently, the insulating layer 6 is etched to a desired depth, thereby providing a space in which the electron emission unit 10 is to be formed. At this time, the structure of the field emission device is shown in Fig. 2A. Diamonds are selectively grown on top of the emitter electrode 4 to form electron emission portions. (Third Step) Referring to FIG. 2 (b), diamond is selectively formed on the upper part of the emitter electrode 4 using the gate as a mask by the chemical vapor deposition method. It grows and forms an electron emission part. On the other hand, in the case where the diamond is selectively grown to form the electron emitting portion shown in FIG. 2 (b), the growth of the diamond becomes uneven, so that it is impossible to control the distance between the gate electrode and the emitter electrode, resulting in uneven electron emission. Problems are being derived.

도 3를 참조하면, 종래기술에 따른 또 다른 다이아몬드 전계방출소자의 제조방법이 도시되어 있다. 기판(2)의 상부에 이미터 전극(4), 절연층(6) 및 게이트 전극(8)을 순차적으로 형성한다. (제11 단계) 게이트 전극(8) 및 절연층(6)을 원하는 형태로 식각하여 전자방출부가 형성될 공간을 마련한다. (제12 단계) 상기 제11 및 제12 단계는 도 2의 제1 및 제2 단계와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, 전계방출소자의 구조가 도 3의 (a)에 도시되어 있다. 이미터 전극(4)의 상부에 다이아몬드상 카본을 증착시켜 전자방출부를 형성한다. (제13 단계) 도 3의 (b)와 결부하여 설명하면, 기상물리증착법(Physical Vapor Deposition Method)에 의해 게이트를 마스크(Mask)로 사용하여 이미터 전극(4)의 상부에 다이아몬드상 카본을 증착시켜 전자방출부를 형성하게 된다. 한편, 다이아몬드상 카본의 경우는 게이트로 흘러가는 전자의 양이 많을뿐 아니라 그 특성이 다이아몬드에 비해 저하되는 문제점이 도출되고 있다.Referring to Figure 3, there is shown another method of manufacturing a diamond field emission device according to the prior art. The emitter electrode 4, the insulating layer 6, and the gate electrode 8 are sequentially formed on the substrate 2. (Step 11) The gate electrode 8 and the insulating layer 6 are etched in a desired shape to prepare a space in which the electron emission portion is to be formed. (Twelfth Step) Since the eleventh and twelfth steps are the same as the first and second steps of FIG. 2, detailed descriptions thereof will be omitted. At this time, the structure of the field emission device is shown in Fig. 3A. Diamond-like carbon is deposited on the emitter electrode 4 to form an electron emitting portion. (Thirteenth Step) Referring to FIG. 3B, diamond-like carbon is formed on the emitter electrode 4 by using a gate as a mask by a physical vapor deposition method. Deposition is performed to form the electron emission unit. On the other hand, in the case of diamond-like carbon, not only the amount of electrons flowing to the gate is large, but also the problem that the characteristic is lowered compared with diamond has been derived.

따라서, 본 발명의 목적은 저전압하에서 높은 전자방출 효율을 얻을수 있도록 구성된 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공 하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a field emission device and a method for manufacturing the same, which are configured to obtain high electron emission efficiency under low voltage.

도 1은 마이크로 팁형 전계방출소자의 제조방법 수순을 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing a procedure for manufacturing a micro tip type field emission device.

도 2는 다이아몬드형 전계방출소자의 제조방법 수순을 도시한 도면.2 is a diagram showing a procedure for manufacturing a diamond type field emission device.

도 3은 도 2의 다른예를 도시한 도면.3 shows another example of FIG. 2;

도 4는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법 수순을 도시한 도면.4 is a view showing a procedure for manufacturing a field emission device according to the present invention.

도 5는 다이아몬드의 표면의 형태를 도시한 도면.5 shows the shape of the surface of a diamond;

도 6은 다이아몬드의 전류-전압 특성을 도시한 특성도.Fig. 6 is a characteristic diagram showing current-voltage characteristics of diamonds.

도 7은 본 발명에 따른 전계방출소자를 도시한 도면.7 is a view showing a field emission device according to the present invention.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

2,20,34 : 기판 4,32 : 이미터 전극2,20,34: substrate 4,32: emitter electrode

6,28 : 절연층 8,26 : 게이트 전극6,28 insulation layer 8,26 gate electrode

10,36 : 전자방출부 12 : 전계방출 팁10,36: electron emission unit 12: field emission tip

14 : 팁물질 16,24 : 분리금속층14 tip material 16, 24 separation metal layer

22 : 금속박막층 30 : 다이아몬드 박막층22: metal thin film layer 30: diamond thin film layer

38 : 애노드 전극 40 : 투명기판38: anode electrode 40: transparent substrate

42 : 형광체42 phosphor

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출소자는, 기판의 상부에 형성된 이미터전극과, 이미터전극의 상부에 형성된 다이아몬드 박막과, 전자방출부에서 방출된 전자를 집속시키는 게이트전극과, 다이아몬드 박막과 상기 게이트전극을 전기적으로 격리시키는 절연층과, 방출된 전자를 유도하는 애노드 전극을 구비한다.In order to achieve the above object, the field emission device according to the present invention includes an emitter electrode formed on the substrate, a diamond thin film formed on the emitter electrode, a gate electrode condensing electrons emitted from the electron emission unit, An insulating layer electrically insulating the diamond thin film and the gate electrode, and an anode electrode for inducing emitted electrons.

또한, 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법은 성장기판의 상부에 금속막 및 분리층을 순차적으로 형성하는 제1 단계와, 분리층의 상부에 게이트전극, 절연층, 다이아몬드 박막 및 이미터 전극을 순차적으로 형성하는 제2 단계와, 이미터 전극의 상부에 기판을 접합한후, 상기 금속막과 상기 분리층을 분리시키는 제3 단계와, 분리층, 게이트 전극 및 절연층을 원하는 형태로 식각하여 전자를 방출하는 전자방출부가 형성될 공간을 마련하는 제4 단계와, 다이아몬드 박막층의 상부에 전자방출부를 형성하는 제5 단계와, 게이트 전극을 임의의 깊이로 식각한후, 상기 분리층을 제거하는 제6 단계를 포함한다.In addition, the method for manufacturing a field emission device according to the present invention comprises the first step of sequentially forming a metal film and a separation layer on the growth substrate, and a gate electrode, an insulating layer, a diamond thin film and an emitter electrode on the separation layer. The second step of sequentially forming a, and after bonding the substrate on top of the emitter electrode, the third step of separating the metal film and the separation layer, and etching the separation layer, the gate electrode and the insulating layer in a desired shape A fourth step of providing a space in which an electron emission unit for emitting electrons is to be formed, a fifth step of forming an electron emission unit on the diamond thin film layer, and etching the gate electrode to an arbitrary depth, and then removing the separation layer A sixth step.

상기 목적외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention other than the above object will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.4 to 7, a preferred embodiment of the present invention will be described.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법 수순이 도시되어 있다.4, the procedure of the method for manufacturing the field emission device according to the present invention is shown.

성장기판(20)의 상부에 금속막(22)을 형성한다. (제31 단계) 도 4의 (a)를 결부하여 설명하면, 스퍼터링법 또는 진공증착법에 의해 성장기판(20)의 상부에 스테인레스 스틸 또는 크롬(Cr)재질의 금속막(22)을 형성한다. 금속막(22)의 상부에 분리층(24)을 형성한다.(제32 단계) 도 4의 (b)를 결부하여 설명하면, 금속막(22)과 분리가 용이한 니켈(Ni) 또는 텅스텐(W)을 전기도금법에 의해 금속막(22)의 상부에 성막하여 분리층(24)을 형성한다. 상기 금속막(22)과 분리층(24)은 소정의 물리적인 힘을 가하거나, 식각 등의 화학적인 방법에 의해서 분리가 가능하다. 상기 분리층(24)의 상부에 게이트전극(26), 절연층(28), 다이아몬드 박막(30) 및 이미터 전극(32)을 순차적으로 형성한다. (제33 단계) 도 4의 (c)를 결부하여 설명하면, 분리층(24)의 상부에 게이트 전극(26)을 소정의 두께로 형성한다. 도 4의 (d)를 결부하여 설명하면, 게이트 전극(26)의 상부에 소정의 두께로 절연층(28)을 형성한다. 이 경우, 설계자의 의도에 따라 후술하는 다이아몬드 박막(30)의 형성을 용이하게 하기위해 소정의 금속막을 절연층(28)의 상부에 형성하는 것도 가능하다. 도 4의 (e)를 결부하여 설명하면, 절연층(28)의 상부에 다이아몬드 박막(30)을 형성하게 된다. 이 경우, 다이아몬드 박막(30)은 전도성을 갖도록 하기위해 전자가 다수 캐리어인 N타입 또는 정공이 다수 캐리어인 P타입을 도핑하는 것이 바람직하다. 이때, 형성된 다이아몬드 박막의 표면은 도 5에 도시된 바와같이 불규칙적인 형상을 가지게 된다. 도 4의 (f)와 결부하여 설명하면, 다이아몬드 박막(30)의 상부에 소정의 두께로 이미터 전극(32)을 형성한다. 이미터 전극(34)의 상부에 기판(34)을 접합시킨다. (제34 단계) 도 4의 (g)를 결부하여 설명하면, 이미터 전극(34)과 기판(30)을 정전접합 또는 유기접착제를 사용한 접합에 의해 기판(30)을 이미터 전극(34)의 상부에 접합하게 된다. 금속막(22)과 분리층(24)을 분리시킨후, 분리된 부분중 다이아몬드 박막(30)이 형성된 부분을 뒤집는다. (제35 단계) 도 4의 (h)를 결부하여 설명하면, 물리적인 힘에 의하거나 화학적인 방법에 의해 금속층(22)과 분리층(24)을 분리한다. 다음으로, 분리된 부분중 다이아몬드 박막(30)이 형성된 부분을 뒤집어서 후술하는 공정들을 수행하게 된다. 도 4의 (i)를 결부하여 설명하면, 다이아몬드 박막(30)의 불규칙적인 면은 이미터 전극(32)의 상부에 위치하게 되고, 다이아몬드 박막(30)의 균일한 면은 절연층(28)의 상부에 위치하게 된다. 이로인해, 다이아몬드의 계면이 불규칙적인 구조(Rough Structure)를 가지게 되어 다이아몬드를 통한 전자공급이 원할하게 된다. 도 6과 결부하여 이를 상세히 설명하면, 다이아몬드의 계면이 불규칙적인 구조를 가질 경우, 낮은 전압에서도 많은 양의 전자가 방출된다. 이로인해, 저전압에서 전자방출 효율을 높이게 된다. 분리층(24), 게이트 전극(26) 및 절연층(28)을 원하는 형태로 식각하여 전자방출부가 형성될 공간을 마련한다. (제36 단계) 도 4의 (j)를 결부하여 설명하면, 먼저 분리층(24)을 게이트 전극(26)이 드러날때까지 원하는 형태로 식각한다. 이어서, 게이트 전극(26)을 절연층(28)이 드러날때까지 원하는 형태로 식각한다. 다음으로, 절연층(28)을 다이아몬드 박막(30)이 드러날때까지 원하는 형태로 식각한다. 다이아몬드 박막층(30)의 상부에 전자방출부(36)를 형성한다. (제37 단계) 도 4의 (k)를 결부하여 설명하면, 식각된 부위를 통하여 수소 플라즈마를 반응시켜 다이아몬드 박막(30)의 표면을 개질시키거나 적절한 불순물을 이온주입시켜 전자방출부(36)를 형성한다. 이때, 플라즈마 처리된 부분 또는 적절한 불순물을 이온주입한 부분에는 일함수(Work Function)가 낮아지게 되어 저전압에서도 전자 방출효율이 높아지게 된다. 게이트 전극(26)을 임의의 깊이로 재식각 한다. (제38 단계) 도 4의 (l)을 결부하여 설명하면, 게이트 전극(26)을 임의의 깊이로 식각하게 된다. 이로인해, 다이아몬드 박막(30)에 형성된 전자방출부(36)에서 방출된 전자가 바로 게이트 전극(26)으로 유도되는 것을 방지하게 된다. 즉, 애노드 전극에 많은 량의 방출전자가 유도되도록하여 전자방출 효율을 향상하게 된다. 분리층(26)을 식각하여 제거한다. (제39 단계) 도 4의 (m)을 결부하여 설명하면, 분리층(24)을 식각함에 의해 전계방출소자를 형성하게 된다. 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법은 박막제조공정 또는 식각공정 등의 일반화된 공정을 이용하므로 종래의 스핀트법에 비해 고가의 공정이나 고정밀 공정을 필요로 하지않아 제조공정이 용이하다. 또한, 전자방출부로 다이아몬드 박막을 이용하므로 박형화 할수 있다.The metal film 22 is formed on the growth substrate 20. (Step 31) Referring to Fig. 4A, the metal film 22 made of stainless steel or chromium (Cr) is formed on the growth substrate 20 by sputtering or vacuum deposition. A separation layer 24 is formed over the metal film 22. (Step 32) Referring to FIG. 4 (b), nickel (Ni) or tungsten, which are easily separated from the metal film 22, are easily described. (W) is formed on the upper portion of the metal film 22 by the electroplating method to form a separation layer 24. The metal layer 22 and the separation layer 24 may be separated by applying a predetermined physical force or by a chemical method such as etching. The gate electrode 26, the insulating layer 28, the diamond thin film 30, and the emitter electrode 32 are sequentially formed on the separation layer 24. (Step 33) Referring to FIG. 4C, the gate electrode 26 is formed on the separation layer 24 to have a predetermined thickness. Referring to FIG. 4D, the insulating layer 28 is formed on the gate electrode 26 to have a predetermined thickness. In this case, according to the intention of the designer, in order to facilitate the formation of the diamond thin film 30 described later, a predetermined metal film may be formed on the insulating layer 28. Referring to FIG. 4E, the diamond thin film 30 is formed on the insulating layer 28. In this case, the diamond thin film 30 is preferably doped with an N-type carrier having a majority carrier or a P-type carrier having a majority carrier to have conductivity. At this time, the surface of the formed diamond thin film has an irregular shape as shown in FIG. Referring to FIG. 4F, the emitter electrode 32 is formed to have a predetermined thickness on the diamond thin film 30. The substrate 34 is bonded on the emitter electrode 34. (Step 34) Referring to FIG. 4G, the emitter electrode 34 and the substrate 30 are electrostatically bonded to each other or the organic adhesive is bonded to the substrate 30 by the emitter electrode 34. Joined to the top of the. After the metal film 22 and the separation layer 24 are separated, the portion where the diamond thin film 30 is formed is reversed. (Step 35) Referring to Fig. 4H, the metal layer 22 and the separation layer 24 are separated by physical force or by chemical methods. Next, the portions of the separated portions in which the diamond thin film 30 is formed are reversed to perform the processes described below. 4 (i), the irregular surface of the diamond thin film 30 is positioned above the emitter electrode 32, and the uniform surface of the diamond thin film 30 is the insulating layer 28. It is located at the top of the. As a result, the diamond interface has a rough structure, so that the electron supply through the diamond is desired. Referring to FIG. 6 in detail, when the diamond interface has an irregular structure, a large amount of electrons are emitted even at a low voltage. This increases the electron emission efficiency at low voltage. The separation layer 24, the gate electrode 26, and the insulating layer 28 are etched in a desired shape to provide a space in which the electron emission unit is to be formed. (Step 36) Referring to FIG. 4 (j), the separation layer 24 is first etched into a desired shape until the gate electrode 26 is exposed. Subsequently, the gate electrode 26 is etched into a desired shape until the insulating layer 28 is exposed. Next, the insulating layer 28 is etched into a desired shape until the diamond thin film 30 is exposed. The electron emission part 36 is formed on the diamond thin film layer 30. (Step 37) Referring to FIG. 4 (k), the hydrogen plasma is reacted through the etched portion to modify the surface of the diamond thin film 30, or ion implantation of an appropriate impurity to emit electrons. To form. At this time, the work function is lowered in the plasma-treated portion or the portion in which the appropriate impurity is ion-implanted to increase the electron emission efficiency even at a low voltage. The gate electrode 26 is reetched to an arbitrary depth. (Step 38) Referring to Fig. 4 (l), the gate electrode 26 is etched to an arbitrary depth. As a result, the electrons emitted from the electron emission units 36 formed in the diamond thin film 30 are prevented from being directly induced to the gate electrode 26. That is, a large amount of emission electrons are induced to the anode electrode to improve the electron emission efficiency. The separation layer 26 is etched away. (Step 39) Referring to FIG. 4M, the field emission device is formed by etching the separation layer 24. Since the method of manufacturing the field emission device according to the present invention uses a generalized process such as a thin film manufacturing process or an etching process, the manufacturing process is easy without requiring an expensive process or a high precision process as compared with the conventional spin method. In addition, since the diamond thin film is used as the electron emission unit, the thickness can be reduced.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전계방출소자는 기판(34)의 상부에 형성된 이미터전극(32)과, 이미터전극(32)의 상부에 형성되어 전자방출부를 갖는 다이아몬드 박막(30)과, 방출된 전자를 집속시키는 게이트전극(26)과, 다이아몬드 박막(30)과 게이트전극(26)을 전기적으로 격리시키는 절연층(28)과, 방출된 전자에 충돌되어 빛을 발생하는 형광체(40)와, 형광체(40)의 상부에 형성되어 방출된 전자를 유도하는 애노드전극(38)과, 애노드전극(38)의 상부에 형성된 투명기판(42)을 구비한다. 게이트 전극(26)과 이미터 전극(32) 사이에 구동전압이 인가되면, 이미터 전극(32)의 상부에 형성된 다이아몬드 박막(30)에 많은 량의 전류가 흐르게 된다. 즉, 다이아몬드 박막(30)에서는 이미터 전극(32)의 상부에 형성된 다이아몬드의 계면이 불규칙적인 구조를 가지게 되어 다이아몬드 박막(30)에서는 저전압에서도 많은 양의 전류가 흐르게 된다. 또한, 다이아몬드 박막(30)은 다수 캐리어가 전자인 N타입 또는 다수 캐리어가 정공인 P타입을 도핑하여 형성되어 있으므로 전도성을 가지게 된다. 다이아몬드 박막(30)의 전류는 일함수가 낮은 전자방출부(36)로 흐르게 되어 전자방출부(36)에서는 전자가 방출된다. 상기 방출된 전자는 애노드 전극(38)에 유도되어 형광체(40)와 충돌하여 빛을 발생하게 된다. 상기 형광체(40)에서 발생된 빛은 투명기판(42)을 경유하여 화상을 표시하게 된다. 본 발명에 따른 전계방출소자는 저전압에서 높은 방출전류를 얻을수 있는 다이아몬드를 사용하여 저전압 구동이 가능함과 아울러 전자의 방출효율이 향상된다.Referring to FIG. 7, the field emission device according to the present invention includes an emitter electrode 32 formed on the substrate 34 and a diamond thin film 30 formed on the emitter electrode 32 and having an electron emission portion. And a gate electrode 26 that focuses the emitted electrons, an insulating layer 28 that electrically isolates the diamond thin film 30 and the gate electrode 26, and a phosphor that collides with the emitted electrons to generate light. 40, an anode electrode 38 formed on the phosphor 40 to induce emitted electrons, and a transparent substrate 42 formed on the anode electrode 38. When a driving voltage is applied between the gate electrode 26 and the emitter electrode 32, a large amount of current flows in the diamond thin film 30 formed on the emitter electrode 32. That is, in the diamond thin film 30, the diamond interface formed on the upper part of the emitter electrode 32 has an irregular structure, so that a large amount of current flows in the diamond thin film 30 even at a low voltage. In addition, since the diamond thin film 30 is formed by doping an N-type carrier having a majority carrier or a P-type carrier having a majority carrier, the diamond thin film 30 has conductivity. The current of the diamond thin film 30 flows to the electron emission unit 36 having a low work function, and electrons are emitted from the electron emission unit 36. The emitted electrons are induced by the anode electrode 38 to collide with the phosphor 40 to generate light. The light generated by the phosphor 40 displays an image via the transparent substrate 42. The field emission device according to the present invention uses a diamond capable of obtaining a high emission current at a low voltage, thereby enabling low voltage driving and improving electron emission efficiency.

상술한 바와같이, 본 발명에 따른 전계방출소자는, 저전압 구동이 가능함과 아울러, 전자방출 효율을 향상시킬수 있는 장점이 있다.As described above, the field emission device according to the present invention has the advantage of being capable of low voltage driving and improving the electron emission efficiency.

또한, 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법은 제조공정이 용이함과 아울러, 박형화 할수 있는 장점이 있다.In addition, the manufacturing method of the field emission device according to the present invention has the advantage that the manufacturing process is easy and can be thinned.

이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (6)

성장기판의 상부에 금속막, 분리층, 게이트전극, 절연층, 다이아몬드 박막, 이미터 전극을 순차적으로 형성하는 단계와,Sequentially forming a metal film, a separation layer, a gate electrode, an insulating layer, a diamond thin film, and an emitter electrode on the growth substrate; 상기 이미터 전극 상에 기판을 접합한 후 상기 금속박과 상기 분리층을 분리시키는 단계와,Bonding the substrate to the emitter electrode and separating the metal foil from the separation layer; 상기 분리층, 게이트 전극 및 절연층을 상기 다이아몬드 박막이 노출될 때까지 원하는 형태로 식각하는 단계와,Etching the separation layer, the gate electrode and the insulating layer into a desired shape until the diamond thin film is exposed; 상기 노출된 다이아몬드 박막 상에 전자방출부를 형성하는 제5 단계와,A fifth step of forming an electron emission unit on the exposed diamond thin film; 상기 게이트 전극을 상기 절연층 보다 수평방향으로 깊게 식각한 후 상기 분리층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.And etching the gate electrode deeper in a horizontal direction than the insulating layer, and then removing the separation layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속막의 재질은 스테인레스 스틸 및 크롬 중 적어도 하나 이상이고,The material of the metal film is at least one of stainless steel and chromium, 상기 분리층의 재질은 니켈 및 그 합금 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The material of the separation layer is a method of manufacturing a field emission device, characterized in that at least one of nickel and its alloys. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리층은 전기도금법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The separation layer is a method of manufacturing a field emission device characterized in that formed by the electroplating method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속막과 상기 분리층은 물리적인 힘을 가하거나 화학적인 방법을 이용하여 분리시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The metal film and the separation layer is a method of manufacturing a field emission device characterized in that the separation by applying a physical force or using a chemical method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다이아몬드 박막 형성 후 그 다이아몬드 박막에 불순물을 토핑하여 전도성을 부여하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.And forming a diamond thin film to impart conductivity by topping impurities in the diamond thin film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자방출부는 상기 노출된 다이아몬드 박막의 표면을 플라즈마와 반응하게 하여 형성하거나 불순물을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The electron emission unit is a method of manufacturing a field emission device, characterized in that formed on the surface of the exposed diamond thin film reacts with plasma or formed by injecting impurities.