KR100317362B1 - Field emission device and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 일 예는 촉매전이금속층의 면적을 최소화하는데 한계가 있기 때문에 탄소 나노튜브의 면적이 증가하여 게이트전극을 통하여 가해지는 전계가 집중되지 않아 방출전자의 빔이 퍼지게 될 뿐만 아니라 전자방출영역도 고르지 못하여 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 또한 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극으로의 누설전류가 많은 문제점을 안고 있다. 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예는 게이트전극으로 적용되는 금속 그리드의 이격영역과 패터닝된 캐소드전극과의 정렬이 어렵고, 탄소 나노튜브에서 방출되는 전자들의 많은 양이 금속 그리드의 게이트전극을 통하여 누설되기 때문에 방출전자의 효율이 낮은 문제점이 있었다.The present invention relates to a field emission device and a method for manufacturing the same. An example of a three-electrode field emission device using conventional carbon nanotubes has a limitation in minimizing the area of the catalyst transition metal layer, so that the area of the carbon nanotubes is increased so that the gate is increased. Since the electric field applied through the electrode is not concentrated, not only the beam of emitting electrons is spread, but also the electron emission area is uneven, so the electron emission is likely to occur only around the hole with the strongest electric field. Leakage current to the electrode has many problems. Another example of a three-electrode field emission device using conventional carbon nanotubes is that it is difficult to align the patterned cathode electrode with the separation region of the metal grid applied as the gate electrode, and a large amount of electrons emitted from the carbon nanotubes There is a problem that the efficiency of the emission electrons are low because they leak through the gate electrode.
따라서, 본 발명은 탄소 나노튜브와 게이트전극을 동일 평면상에 형성하는 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하여 단순화된 제조공정 및 용이한 공정제어를 통해 낮은 구동전압을 갖는 전계방출소자의 제작이 가능한 효과와; 균일하고 안정된 전자방출특성을 실현할 수 있게 되어 대면적의 적용이 가능한 효과가 있다.Accordingly, the present invention provides a field emission device for forming carbon nanotubes and a gate electrode on the same plane, and a method of manufacturing the same. Thus, it is possible to fabricate a field emission device having a low driving voltage through a simplified manufacturing process and easy process control. Possible effects; It is possible to realize a uniform and stable electron emission characteristics, there is an effect that can be applied to a large area.
Description
본 발명은 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전계방출 팁(tip)으로 적용되는 탄소 나노튜브의 단순화된 제조공정 및 용이한 공정제어를 실현하기에 적당하도록 한 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emission device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a field emission device suitable for realizing a simplified manufacturing process and easy process control of carbon nanotubes applied as a field emission tip. The method
최근 들어 탄소 나노튜브가 기계적으로 강하고, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계방출소자의 중요성이 인식되고 있다. 이와같은 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 spindt형 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. 종래 전계방출소자 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Recently, the importance of field emission devices using carbon nanotubes has been recognized because of their strong mechanical and chemical stability and excellent electron emission characteristics at relatively low vacuum. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nanometers), the field enhancement factor is considerably superior to conventional spindt field emission tips, so that the electron emission has a low critical field (turn). -on field, since it can be made in about 1 to 5 [V / ㎛]), there is an advantage that can reduce the power loss and production cost. Referring to the conventional field emission device and a method of manufacturing the same in detail with reference to the accompanying drawings as follows.
먼저, 도1은 종래 spindt형 3전극 전계방출소자를 보인 단면도로서, 그 제조방법은 유리기판(1) 상부에 순차적으로 저항층(2), 절연층(3) 및 게이트전극(4)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트전극(4) 및 절연층(3) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 전자빔증착 방법을 통해 희생층(미도시)과 에미터막을 형성하고, 선택적 식각을 실시하여 예리한 에미터 팁(5)을 형성한다.First, Figure 1 is a cross-sectional view showing a conventional spindt type three-electrode field emission device, the method of manufacturing the resistive layer (2), insulating layer (3) and gate electrode (4) sequentially formed on the glass substrate (1) In addition, a portion of the gate electrode 4 and the insulating layer 3 are etched through photolithography to form a hole, and then a sacrificial layer (not shown) and an emitter layer are formed through an electron beam deposition method. Form the emitter tip 5.
그러나, 상기한 바와같은 spindt형 3전극 전계방출소자는 일정한 형태와 크기를 갖는 에미터 팁(5)을 형성시키기에 공정상의 어려움이 있고, 이는 대면적의 소자에 적용되는 경우에는 더욱 심각해진다. 또한, 에미터 팁(5)의 반경이 탄소 나노튜브에 비해 크기 때문에 임계 전계가 약 10[V/㎛] 정도로, 전력손실 및 생산단가 측면에서 탄소 나노튜브에 비해 불리한 단점이 있다.However, the spindt type three-electrode field emission device as described above has a difficulty in forming an emitter tip 5 having a constant shape and size, which becomes more serious when applied to a large-area device. In addition, since the radius of the emitter tip 5 is larger than that of the carbon nanotubes, the critical electric field is about 10 [V / μm], which is disadvantageous compared to the carbon nanotubes in terms of power loss and production cost.
한편, 도2는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 일 예를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 실리콘기판(11) 상부에 순차적으로 저항층(12), 절연층(13) 및 게이트전극(14)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트전극(14) 및 절연층(13) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 증착(evaporation)을 통해 홀 바닥의 저항층(12) 상부에 촉매전이금속층(15)을 형성하고, 실리콘기판(11) 전체를 600∼900[℃] 정도의 온도범위로 가열하여 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 이용한 열(thermal) 화학기상증착 또는 플라즈마(plasma) 화학기상증착 방법을 통해 촉매전이금속층(15)의 상부에만 선택적으로 탄소 나노튜브(16)를 형성한다.2 is a cross-sectional view showing an example of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube, as shown in this order, the resistive layer 12, the insulating layer 13, and the silicon substrate 11 sequentially. The gate electrode 14 is formed, and a portion of the gate electrode 14 and the insulating layer 13 are etched through photolithography to form a hole, and then a catalyst is formed on the upper portion of the resistive layer 12 at the bottom of the hole through evaporation. The transition metal layer 15 is formed, and the entire silicon substrate 11 is heated to a temperature range of about 600 to 900 [deg.] C., and thermal chemical vapor deposition or plasma chemical vapor phase using a hydrocarbon gas. Through the deposition method, the carbon nanotubes 16 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 15.
이때, 상기 탄소 나노튜브(16)는 촉매전이금속층(15) 상부에만 선택적으로 형성되므로, 촉매전이금속층(15)의 면적이 클수록 탄소 나노튜브(16)의 면적도 커진다. 이와같이 탄소 나노튜브(16)의 면적이 커지게 되면, 게이트전극(14)을 통하여 가해지는 전계가 집중되지 않아 방출전자의 빔이 퍼지게 될 뿐만 아니라 전자방출영역도 고르지 못하여 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 또한 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극(14)으로의 누설전류가 많은 문제점을 안고 있다.In this case, since the carbon nanotubes 16 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 15, the larger the area of the catalyst transition metal layer 15, the larger the area of the carbon nanotubes 16. As such, when the area of the carbon nanotubes 16 becomes large, the electric field applied through the gate electrode 14 is not concentrated, so that the beam of emitted electrons is spread and the electron emission region is not even. Local emission of electrons is likely to occur, and the leakage current to the gate electrode 14 is problematic due to an asymmetric electric field distribution.
따라서, 촉매전이금속층(15)을 홀의 중심부에만 형성하여 탄소 나노튜브(16)를 집중시키는 것이 상당히 중요한 요소이다.Therefore, it is important to concentrate the carbon nanotubes 16 by forming the catalyst transition metal layer 15 only at the center of the hole.
그리고, 도3은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 제1 기판(21) 상에 스크린 프린팅(screen printing) 또는 박막 패턴 등의 방법을 통해 일정하게 이격되는 캐소드전극(22)을 형성한 다음 탄소 나노튜브 분말을 바인더(binder) 및 전도성 필러(filler) 등과 혼합하여 슬러리(slurry) 형태로 만들어 스크린 프린팅 등과 같은 방법으로 도포하고, 일련의 바인더 제거과정을 거쳐 캐소드전극(22) 상부에 탄소 나노튜브(23)가 노출되도록 한다.3 is a cross-sectional view showing another example of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube, and as shown therein, a method such as screen printing or a thin film pattern on the first substrate 21 is shown. After forming the cathode electrode 22 that is spaced at regular intervals through the carbon nanotube powder mixed with a binder and a conductive filler (sinder) to form a slurry (slurry) and applied by a method such as screen printing, a series of Through the binder removal process, the carbon nanotubes 23 are exposed on the cathode electrode 22.
상기 캐소드전극(22) 및 탄소 나노튜브(23)가 형성된 결과물의 상부에 일정한 공간이 이격되도록 금속 그리드(metal grid)를 형성하여 게이트전극(24)으로 적용하며, 이때 게이트전극(24)으로 적용되는 금속 그리드는 탄소 나노튜브(23)가 형성된 영역이 이격되도록 정렬하여야 한다.A metal grid is formed on the upper part of the resultant product in which the cathode electrode 22 and the carbon nanotubes 23 are formed to be applied to the gate electrode 24, and then applied to the gate electrode 24. The metal grids should be aligned so that the areas where the carbon nanotubes 23 are formed are spaced apart from each other.
한편, 제2 기판(25) 상에 순차적으로 ITO(indium tin oxide) 애노드전극(26)과 발광층(27)을 적층하여 일정하게 이격되도록 형성한 다음 상기 게이트전극(24)이 형성된 결과물의 상부에 일정한 공간이 이격되며, 발광층(27)이 상기 탄소 나노튜브(23)와 마주보도록 정렬한다.Meanwhile, the indium tin oxide (ITO) anode electrode 26 and the light emitting layer 27 are sequentially stacked on the second substrate 25 so as to be uniformly spaced apart, and then the gate electrode 24 is formed on the top of the resultant product. A predetermined space is spaced apart, and the light emitting layer 27 is aligned to face the carbon nanotubes 23.
상기한 바와같은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예는 상기 게이트전극(24)으로 적용되는 금속 그리드의 이격영역과 패터닝된 캐소드전극(22)과의 정렬이 어렵고, 탄소 나노튜브(23)에서 방출되는 전자들의 많은 양이 금속 그리드의 게이트전극(24)을 통하여 누설되기 때문에 방출전자의 효율이 낮은 문제점이 있었다.Another example of the three-electrode field emission device using the conventional carbon nanotubes as described above is difficult to align the spaced area of the metal grid applied to the gate electrode 24 and the patterned cathode electrode 22, and the carbon nanotubes. Since a large amount of electrons emitted from 23 leaks through the gate electrode 24 of the metal grid, there is a problem in that the efficiency of emitted electrons is low.
종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 일 예는 촉매전이금속층의 면적을 최소화하는데 한계가 있기 때문에 탄소 나노튜브의 면적이 증가하여 게이트전극을 통하여 가해지는 전계가 집중되지 않아 방출전자의 빔이 퍼지게 될 뿐만 아니라 전자방출영역도 고르지 못하여 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 또한 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극으로의 누설전류가 많은 문제점을 안고 있다.One example of a three-electrode field emission device using conventional carbon nanotubes has a limitation in minimizing the area of the catalyst transition metal layer, so that the area of the carbon nanotubes is increased so that the electric field applied through the gate electrode is not concentrated. Not only does this spread, but the electron emission region is uneven, local electron emission is likely to occur only around the hole with the strongest electric field, and asymmetric electric field distribution causes a lot of leakage current to the gate electrode.
종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예는 게이트전극으로 적용되는 금속 그리드의 이격영역과 패터닝된 캐소드전극과의 정렬이 어렵고, 탄소 나노튜브에서 방출되는 전자들의 많은 양이 금속 그리드의 게이트전극을 통하여 누설되기 때문에 방출전자의 효율이 낮은 문제점이 있었다.Another example of a three-electrode field emission device using conventional carbon nanotubes is that it is difficult to align the patterned cathode electrode with the separation region of the metal grid applied as the gate electrode, and a large amount of electrons emitted from the carbon nanotubes There is a problem that the efficiency of the emission electrons are low because they leak through the gate electrode.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 전계방출 팁으로 적용되는 탄소 나노튜브의 단순화된 제조공정 및 용이한 공정제어를 실현할 수 있는 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention is a field emission device that can realize a simplified manufacturing process and easy process control of carbon nanotubes applied to the field emission tip and It is to provide a method of manufacturing the same.
도1은 종래 spindt형 3전극 전계방출소자를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional spindt type three-electrode field emission device.
도2는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 일 예를 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing an example of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube.
도3은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예를 보인 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing another example of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube.
도4는 본 발명에 의한 전계방출소자의 일 실시 예시도.Figure 4 is an exemplary embodiment of a field emission device according to the present invention.
도5a 내지 도5d는 본 발명에 의한 전계방출소자의 제조방법을 보인 수순단면도.5a to 5d are cross-sectional views showing a method of manufacturing a field emission device according to the present invention.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
31:제1기판 32:캐소드전극31: first substrate 32: cathode electrode
33:게이트전극 34:촉매전이금속층33: gate electrode 34: catalyst transition metal layer
35:탄소 나노튜브 36:제2기판35: carbon nanotube 36: second substrate
37:애노드전극 38:발광층37: anode electrode 38: light emitting layer
먼저, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전계방출소자는 제1기판 상에 일정한 거리 이격되어 형성된 캐소드전극 및 게이트전극과; 상기 캐소드전극상의 일부에 적층된 촉매전이금속층 및 탄소 나노튜브와; 제2기판 상에 적층된애노드전극 및 발광층이 상기 결과물 상부에 일정한 공간 이격되어 마주보도록 구성된 것을 특징으로 한다.First, the field emission device for achieving the object of the present invention as described above comprises a cathode electrode and a gate electrode formed at a predetermined distance apart from the first substrate; A catalyst transition metal layer and carbon nanotubes stacked on a portion of the cathode electrode; The anode electrode and the light emitting layer stacked on the second substrate is characterized in that it is configured to face at a predetermined space above the resultant.
그리고, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전계방출소자의 제조방법은 제1기판 상에 순차적으로 전극층과 촉매전이금속층을 형성하는 공정과; 상기 촉매전이금속층을 패터닝 및 식각하는 공정과; 상기 잔류하는 촉매전이금속층과 전극층을 패터닝 및 식각하여 캐소드전극과 게이트전극을 서로 이격되도록 형성하되, 상기 캐소드전극 상의 일부에 촉매전이금속층이 적층되도록 형성하는 공정과; 상기 촉매전이금속층 상에 선택적으로 탄소 나노튜브를 성장시키는 공정과; 상기 결과물 상부에 일정한 공간 이격되어 마주보도록 제2기판 상에 애노드전극 및 발광층을 적층 형성하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for manufacturing a field emission device for achieving the object of the present invention as described above comprises the steps of sequentially forming an electrode layer and a catalyst transition metal layer on the first substrate; Patterning and etching the catalyst transition metal layer; Patterning and etching the remaining catalyst transition metal layer and the electrode layer to form a cathode electrode and a gate electrode spaced apart from each other, and forming a catalyst transition metal layer on a portion of the cathode electrode; Selectively growing carbon nanotubes on the catalyst transition metal layer; And forming an anode electrode and a light emitting layer on the second substrate so as to face each other at a predetermined space from the upper portion of the resultant.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 전계방출소자 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 일 실시예로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The field emission device and the method of manufacturing the same according to the present invention as described above will be described in detail with reference to an embodiment as follows.
도4는 본 발명에 의한 전계방출소자의 일 실시 예시도로서, 이에 도시한 바와같이 제1기판(31) 상에 일정한 거리 이격되어 형성된 캐소드전극(32) 및 게이트전극(33)과; 상기 캐소드전극(32) 상의 일부에 적층된 촉매전이금속층(34) 및 탄소 나노튜브(35)와; 제2기판(36) 상에 적층된 애노드전극(37) 및 발광층(38)이 상기 결과물 상부에 일정한 공간 이격되어 마주보도록 구성된다.4 is a diagram illustrating an embodiment of the field emission device according to the present invention, which includes a cathode electrode 32 and a gate electrode 33 formed on the first substrate 31 at a predetermined distance from each other; A catalyst transition metal layer 34 and carbon nanotubes 35 stacked on a portion of the cathode electrode 32; The anode electrode 37 and the light emitting layer 38 stacked on the second substrate 36 are configured to face each other at a predetermined space above the resultant product.
상기한 바와같은 전계방출소자는 게이트전극(33)에 일정한 전압이 인가되면, 캐소드전극(32) 상부에 성장된 탄소 나노튜브(35)에서 전자방출이 이루어져 게이트전극(33)으로 전자들이 이동한다.In the field emission device as described above, when a constant voltage is applied to the gate electrode 33, electrons are emitted from the carbon nanotubes 35 grown on the cathode electrode 32 to move the electrons to the gate electrode 33. .
이때, 제2기판(36) 상에 형성된 애노드전극(37)에 높은 전압의 전계가 걸리면, 캐소드전극(32)으로부터 게이트전극(33)으로 이동하던 전자의 일부가 애노드전극(37)으로 끌려가게 되고, 애노드전극(37) 상에 형성된 발광층(38)을 때려 발광이 이루어지며, 애노드전극(37)에 인가되는 전압은 캐소드전극(32)과 게이트전극(33)의 이격거리로 결정된다.At this time, when a high voltage electric field is applied to the anode electrode 37 formed on the second substrate 36, some of the electrons traveling from the cathode electrode 32 to the gate electrode 33 are attracted to the anode electrode 37. The light is emitted by striking the light emitting layer 38 formed on the anode electrode 37, and the voltage applied to the anode electrode 37 is determined as the separation distance between the cathode electrode 32 and the gate electrode 33.
본 발명의 도면에서 알 수 있는 바와같이 캐소드전극(32)과 게이트전극(33)이 동일한 평면상에 일정한 거리 이격되어 형성됨에 따라 전계가 수평으로 걸리게 되므로, 탄소 나노튜브(35)의 수직배향은 요구되지 않는다.As can be seen in the drawings of the present invention, since the cathode electrode 32 and the gate electrode 33 are formed at a predetermined distance apart on the same plane, the electric field is taken horizontally, so that the vertical orientation of the carbon nanotubes 35 Not required.
한편, 상기 탄소 나노튜브(35)의 임계 전압이 1[V/㎛]이기 때문에 캐소드전극(32)과 게이트전극(33)의 이격거리가 10[㎛] 정도에서도 10[V] 범위의 전압으로 구동이 가능하여 캐소드전극(32)과 게이트전극(33)의 이격거리가 미세화되는 것이 요구되지 않는다.On the other hand, since the threshold voltage of the carbon nanotubes 35 is 1 [V / µm], even when the distance between the cathode electrode 32 and the gate electrode 33 is about 10 [µm], the voltage is in the range of 10 [V]. Since the driving is possible, the separation distance between the cathode electrode 32 and the gate electrode 33 is not required to be miniaturized.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 전계방출소자의 제조방법을 첨부한 도5a 내지 도5d의 수순단면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.If described in detail with reference to the cross-sectional view of Figure 5a to 5d attached to the method for manufacturing a field emission device according to the present invention as described above.
먼저, 도5a에 도시한 바와같이 제1기판(41) 상에 순차적으로 전극층(42)과 촉매전이금속층(43)을 형성한다. 이때, 제1기판(41)은 후속 공정을 통해 형성되는 탄소 나노튜브(46)의 성장온도에 견딜수 있고, 절연이 가능한 Si, Al2O3, SiO2, 뮬라이트 또는 세라믹재료 중에서 선택하여 적용할 수 있으며, 탄소 나노튜브(46)를 저온에서 성막하는 경우에는 유리기판도 적용할 수 있다. 한편, 전극층(42)으로는 탄소 나노튜브(46)가 성장되지 않는 물질로 Al, Cr, Nb, Cu, Ag 또는 금속 합금 등을 선택하여 적용할 수 있고, 촉매전이금속층(43)으로는 탄소 나노튜브(46)의 성장이 가능한 Fe, Ni, Co 또는 그 합금을 선택하여 적용할 수 있다.First, as shown in FIG. 5A, the electrode layer 42 and the catalyst transition metal layer 43 are sequentially formed on the first substrate 41. In this case, the first substrate 41 may withstand the growth temperature of the carbon nanotubes 46 formed through the subsequent process, and may be selected from Si, Al 2 O 3 , SiO 2 , mullite, or ceramic materials that can be insulated. In the case where the carbon nanotubes 46 are formed at a low temperature, a glass substrate may also be applied. Meanwhile, Al, Cr, Nb, Cu, Ag, or a metal alloy may be selected and applied as the material in which the carbon nanotubes 46 are not grown as the electrode layer 42, and carbon may be used as the catalyst transition metal layer 43. Fe, Ni, Co or alloys thereof capable of growing the nanotubes 46 may be selected and applied.
그리고, 도5b에 도시한 바와같이 상기 촉매전이금속층(43)의 상부에 감광막(미도시) 코팅 및 사진식각을 통해 마스크(미도시)를 형성하고, 상기 촉매전이금속층(43)을 플라즈마 건식식각이나 화학적인 습식식각을 통해 선택적으로 식각한다.As shown in FIG. 5B, a mask (not shown) is formed on the catalyst transition metal layer 43 through a photoresist coating (not shown) and photolithography, and the catalyst transition metal layer 43 is plasma dry etched. Or selective etching through chemical wet etching.
그리고, 도5c에 도시한 바와같이 상기 잔류하는 촉매전이금속층(43)과 전극층(42)의 상부에 다시 감광막(미도시) 코팅 및 사진식각을 통해 마스크(미도시)를 형성하고, 전극층(42)을 플라즈마 건식식각이나 화학적인 습식식각을 통해 식각하여 캐소드전극(44)과 게이트전극(45)을 서로 이격되도록 형성하되, 캐소드전극(44) 상의 일부에 상기 촉매전이금속층(43)이 적층되도록 형성한다.As shown in FIG. 5C, a mask (not shown) is formed on the remaining catalyst transition metal layer 43 and the electrode layer 42 by a photoresist coating (not shown) and photolithography, and the electrode layer 42 is formed. ) And the cathode electrode 44 and the gate electrode 45 are formed to be spaced apart from each other by plasma dry etching or chemical wet etching, so that the catalyst transition metal layer 43 is stacked on a portion of the cathode electrode 44. Form.
그리고, 도5d에 도시한 바와같이 상기 잔류하는 촉매전이금속층(43) 상에 CXHY, C2H2, C2H4, CH4, C2H6및 COX등과 같은 탄소 함유가스와 Ar 및 He 등과 같은 불활성가스나 질소가스를 혼합하여 열 화학기상증착법이나 플라즈마 화학기상증착법을 통해 300∼900[℃]의 온도범위로 탄소 나노튜브(46)를 성장시킨다. 이때, 성장된 탄소 나노튜브(46)의 직경이나 밀도는 주로 촉매전이금속층(43)의 표면재질에 의한 촉매금속의 입자나 분산정도에 영향을 받고, 성장길이는 시간에 의해 결정되며, 수직배향이 요구되지 않기 때문에 성장조건이 까다롭지 않다.As shown in FIG. 5D, carbon-containing gases such as C X H Y , C 2 H 2 , C 2 H 4 , CH 4 , C 2 H 6 , CO X, and the like are present on the remaining catalyst transition metal layer 43. The carbon nanotubes 46 are grown in a temperature range of 300 to 900 [deg.] C by thermal chemical vapor deposition or plasma chemical vapor deposition by mixing an inert gas such as Ar and He and nitrogen gas. At this time, the diameter or density of the grown carbon nanotubes 46 is mainly influenced by the particle or dispersion degree of the catalyst metal by the surface material of the catalyst transition metal layer 43, the growth length is determined by the time, the vertical orientation Growth conditions are not demanding because this is not required.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 전계방출소자 및 그 제조방법은 탄소 나노튜브와 게이트전극을 동일 평면상에 형성함에 따라 단순화된 제조공정 및 용이한 공정제어를 통해 낮은 구동전압을 갖는 전계방출소자의 제작이 가능한 효과와; 균일하고 안정된 전자방출특성을 실현할 수 있게 되어 대면적의 적용이 가능한 효과가 있다.As described above, the field emission device and the method of manufacturing the same according to the present invention form a carbon nanotube and a gate electrode on the same plane, thereby providing a field emission device having a low driving voltage through a simplified manufacturing process and easy process control. Effect that can be produced; It is possible to realize a uniform and stable electron emission characteristics, there is an effect that can be applied to a large area.
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