KR19990073592A

KR19990073592A - 리프트-오프 공정을 이용한 탄소나노튜브 에프이디의 제작.

Info

Publication number: KR19990073592A
Application number: KR1019990030699A
Authority: KR
Inventors: 이철진
Original assignee: 이철진
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 1999-10-05
Also published as: KR20010029762A; KR100335385B1

Abstract

본 발명은 FED(Field Emitting Device) 제작에 관한 것으로써, 특히 Lift-off 공정을 이용하여 3전극 구조의 탄소나노튜브 FED를 제작하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 lift-off 공정을 이용하는 탄소나노튜브 FED의 제작방법에 있어서, 대면적 글라스기판 또는 알루미나 기판 또는 세라믹 기판위에 캐소드로 사용되는 금속막을 증착시킨 후, 상기 금속막위에 저온에서 절연박막을 형성시킨 후, 상기 절연박막위에 게이트로 사용되는 금속막을 증착시킨 후, 상기 금속막위에 포토레지스트를 도포시킨 후, 사진식각 공정을 실시하여 상기금속막과 상기 절연박막에 구멍을 형성시켜 캐소드로 사용되는 금속막이 드러나게 한다. 이어서 열증착법으로 상기 포토레지스트와 캐소드 금속막위에 전이금속을 증착시킨 후, lift-off 공정으로 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 상기 캐소드 금속막위에만 전이금속을 남겨놓는다. 이어서 상기 전이금속막의 표면을 식각시켜 전이금속막의 표면에 미세한 그레인을 형성시킨 후, 아세틸렌 등의 탄화가스를 사용하여 화학기상증착법으로 상기 전이금속막위에서만 탄소나노튜브를 수직방향으로 성장시킨 후, 상기 게이트 금속막위에 스페이서를 설치한 후, 이어서 상기 스페이서위에 형광체와 투명전극이 부착된 글라스기판을 올려놓은 후, 진공으로 밀봉시켜 실장하는 것을 특징으로 한다.

Description

리프트-오프 공정을 이용한 탄소나노튜브 에프이디의 제작.{Fabrication of carbon nanotube field-emitting device using lift-off process.}

본 발명은 FED(Field Emitting Device)의 제작에 관한 것으로서, 특히 lift-off 공정을 이용하여 구조가 간단하고 저전압에서 동작이 가능한 3전극 구조의 탄소나노튜브 FED를 제작하는 방법에 관한 것이다. 종래의 실리콘 기판을 식각하여 만든 실리콘 탐침을 이용하는 기존의 FED는 소자 제작공정에서 식각공정을 사용하여 미세한 간격으로 양극과 음극을 분리해야 하는 제조공정상의 어려움이 있고, 소자를 작동시키기 위해서는 고전압 인가를 필요로 하며, 고전류 방출에 의한 실리콘 탐침의 열화로 인하여 소자의 신뢰성 및 성능저하가 일어나는 문제점이 있다. 이러한 실리콘 탐침을 이용한 FED의 문제점을 개선하기 위해서 탄소나노튜브를 이용한 FED가 제시되었다. 종래의 탄소나노튜브를 이용한 FED의 제작방법은 먼저 탄소나노튜브를 전기방전법이나 레이저증착법에 의해 합성시킨 후, 합성된 탄소나노튜브를 정제시킨 후, 기판(1)위에 전도성 고분자(2)를 부착시킨 후, 다공질 세라믹필터를 사용하여 상기 전도성 고분자(2)위에 탄소나노튜브(3)를 세운 후, 상기 전도성 고분자(2)위에 spacer(4)를 만들고, 상기 spacer(4)위에 그리드(5)를 부착시킨 후, 상기 그리드(5)의 윗부분에 형광체(6)를 부착시킨 다음, 상기 형광체(6)위에 상부전극(7)을 부착시킴으로서 제작된다. 이러한 구조의 FED는 실리콘 탐침 FED에 비해 안정성이 뛰어나지만, 상기 전도성 고분자(2)위에 상기 탄소나노튜브(3)를 효율적으로 세우는 것이 어렵고, 제조공정이 복잡하기 때문에 FED 제작시 재현성이 나쁘고 수율이 낮은 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, lift-off 공정을 이용하여 선택적으로 전이금속을 형성시킨 후, 상기 전이금속위에서 탄소나노튜브를 기판에 수직인방향으로 합성시켜 탄소나노튜브를 사용한 3전극 FED를 간단하게 제작하는 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 3전극 FED는 탄소나노튜브를 전자방출팁으로 사용하기 때문에 낮은 동작전압에서 큰 방출전류를 얻을 수 있으며, 단위 면적당 매우 높은 탐침밀도를 갖게된다. 본 발명의 중요한 특징은 lift-off 공정을 이용하여 간단한 방법으로 전이금속막을 선택적으로 형성할 수 있고, 또한 촉매금속막위에서만 탄소나노튜브를 선택적으로 성장시킬 수 있기 때문에 제조공정을 크게 간소화시켰을 뿐만아니라 탄소나노튜브의 정제과정이나 미세한 구멍으로의 정렬이 불필요하여 재현성과 경제성을 크게 높일 수 있으며, 또한 한 개의 픽셀당 여러 개의 방출탐침을 담을 수 있기 때문에 신뢰성 및 수율이 높은 3전극 FED 제작방법을 제공하게 된다.

도 1은 종래의 탄소나노튜브를 사용한 FED의 구조도이다.

도 2는 본 발명에 의한 lift-off 공정을 이용한 탄소나노튜브 FED의 구조도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 lift-off 공정을 이용한 탄소나노튜브 FED의 제작은, 대면적 글라스기판(8)위에 캐소드로 사용되는 금속막(9)을 증착시킨 후, 상기 금속막(9)위에 저온에서 절연박막(10)을 형성시킨 후, 상기 절연박막(10)위에 게이트로 사용되는 금속막(11)을 증착시킨 후, 상기 금속막(11)위에 포토레지스트를 코팅시킨 후, 사진식각법으로 상기 금속막(11)과 상기 절연박막(10)을 식각시켜 상기 금속막(9)의 표면이 드러나게 한 다음, 열증착법으로 상기 포토레지스트 표면과 상기 금속막(9)의 표면에 전이금속막(12)을 증착시킨다. 이어서 lift-off 공정으로 상기 포토레지스트와 상기 포토레지스트 표면에 증착된 전이금속막을 제거시킴으로써, 상기 금속막(9)의 표면에만 상기 전이금속막(12)이 존재하게 한다. 이어서 상기 전이금속막(12)의 표면을 암모니아가스 또는 HF 화학용액에 식각시켜 상기 전이금속막(12)의 표면에 미세한 그레인을 형성시킨 후, 아세틸렌 등의 탄화가스를 사용하여 화학기상증착법으로 상기 전이금속막(12)위에서만 탄소나노튜브(13)를 수직방향으로 성장시킨 후, 상기 금속막(11)위에 스페이서(14)를 설치한 후, 이어서 글라스 기판(15)위에 ITO 등의 투명전극(16)을 증착시킨 후, 상기 투명전극(16)위에 형광체(17)를 부착시킨 다음, 상기 글라스기판(15)을 상기 스페이서(14)위에 올려놓은 후, 진공으로 밀봉시켜 실장하는 것을 특징으로 한다. 도 2는 본 발명에 의한 lift-off 공정을 이용한 탄소나노튜브 FED의 구조도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 먼저 대면적인 글라스기판(8) 또는 실리콘기판위에 캐소드로 사용되는 크롬이나 텅스텐 등의 금속막(9)을 0.3 ∼ 0.5μm 정도 증착시키고, 이어서 상기 금속막(9)위에 저온에서 절연박막(10)을 1.0 ∼ 3.0μm 두께정도로 퇴적시킨 다음, 상기 절연박막(10)위에 게이트로 사용되는 금속막(11)을 전자선증착법이나 열증착법으로 0.3 ∼ 1.0μm 정도 증착시킨 후, 상기 금속막(11)위에 포토레지스트를 3 ∼ 5μm 정도 코팅시킨 후, 사진식각법으로 상기 금속막(11)과 상기 절연박막(10)을 식각시켜 상기 금속막(9)의 표면이 드러나게 한다. 이어서 열증착법으로 상기 포토레지스트 표면과 상기 금속막(9)의 표면에 코발트-니켈합금, 코발트, 니켈, 철, 코발트-철합금, 니켈-철합금 등의 전이금속막(12)을 50 ∼ 200 nm 두께정도로 증착시킨다음, lift-off 공정으로 상기 포토레지스트와 상기 포토레지스트 표면에 증착된 전이금속막을 제거시킴으로써, 상기 금속막(9)의 표면에만 상기 전이금속막(12)이 존재하게 한다. 이어서 상기 전이금속막(12)의 표면을 암모니아가스 또는 HF 화학용액에 식각시켜 상기 전이금속막(12)의 표면에 직경이 20 nm이하인 미세한 그레인을 형성시킨 후, 아세틸렌 등의 탄화가스를 사용하여 열화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법으로 상기 전이금속막(12)위에서만 탄소나노튜브(13)를 수직방향으로 성장시킨 후, 상기 금속막(11)위에 길이가 100 ∼ 700μm 정도인 스페이서(14)를 설치한 다음, 이어서 글라스기판(15)위에 ITO 등의 투명전극(16)을 증착시킨 후, 상기 투명전극(16)위에 형광체(17)를 부착시킨 다음, 상기 글라스기판(15)을 상기 스페이서(14)위에 올려놓은 후, 진공으로 밀봉시켜 실장한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 lift-off 공정을 이용한 탄소나노튜브 FED는 제작방법이 간단하고 재현성과 수율이 좋은 FED를 제작할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 본발명에 의한 탄소나노튜브를 사용한 3전극 FED는 낮은 동작전압에서 큰 방출전류를 얻을수 있을 뿐만아니라 단위 면적당 매우 높은 방출탐침 밀도를 갖는 FED를 제작할 수 있어서 FED의 신뢰성 및 수율을 크게 높일 수 있다.

Claims

lift-off 공정을 이용하여 선택적으로 형성시킨 전이금속막위에 수직방향으로 성장된 탄소나노튜브를 사용하는 3전극 FED의 제작.
제1항에 있어서, lift-off 공정을 이용한 탄소나노튜브 FED의 제작은, 대면적 글라스기판(8) 또는 알루미나 기판 또는 세라믹 기판 또는 실리콘 기판위에 캐소드로 사용되는 금속막(9)을 증착시키는 제1공정과, 상기 금속막(9)위에 저온에서 절연박막(10)을 형성시키는 제2공정과, 상기 절연박막(10)위에 게이트로 사용되는 금속막(11)을 증착시키는 제3공정과, 상기 금속막(11)위에 포토레지스트를 코팅시키는 제4공정과, 사진식각법으로 상기 금속(11)과 상기 절연박막(10)을 식각시켜 상기 금속막(9)의 표면이 드러나게 하는 제5공정과, 열증착법으로 상기 포토레지스트 표면과 상기 금속막(9)의 표면에 전이금속막(12)을 증착시키는 제6공정과, lift-off 공정으로 상기 포토레지스트와 상기 포토레지스트 표면에 증착된 전이금속막을 제거시킴으로써, 상기 금속막(9)의 표면에만 상기 전이금속막(12)을 남기는 제7공정과, 상기 전이금속막(12)의 표면을 암모니아가스 또는 HF 화학용액에 식각시켜 상기 전이금속막(12)의 표면에 미세한 그레인을 형성시키는 제8공정과, 아세틸렌 등의 탄화가스를 사용하여 화학기상증착법으로 상기 전이금속막(12)위에서만 탄소나노튜브(13)를 수직방향으로 성장시키는 제9공정과, 상기 금속막(11)위에 스페이서(14)를 설치하는 제10공정과, 글라스 기판(15)위에 ITO 등의 투명전극(16)을 증착시키는 제11공정과, 상기 투명전극(16)위에 형광체(17)를 부착시키는 제12공정과, 상기 글라스기판(15)을 상기 스페이서(14)위에 올려놓은 후, 진공으로 밀봉시켜 실장하는 제13공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브을 이용하는 3전극 FED의 제작 방법.
제2항에 있어서, 상기 전이금속막(12)의 표면에 형성되는 미세한 그레인은 열에너지 또는 플라즈마 에너지를 이용하여 형성시키는 방법과 상기 미세한 그레인위에 상기 탄소나노튜브(13)를 수직방향으로 정렬시켜 성장시키는 방법은 열화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법을 포함하는 3전극 FED의 제작 방법.
제2항에 있어서, 상기 전이금속막(12)은 코발트-니켈 합금, 코발트, 니켈, 철, 이트륨, 코발트-니켈-철 합금, 코발트-철 합금, 니켈-철 합금, 코발트-니켈-이트륨 합금, 코발트-이트륨 합금 등을 포함하고, 상기 금속막(11)은 크롬 또는 팔라디움을 포함하는 3전극 FED의 제작 방법.