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KR100299869B1 - 선택적성장을이용한탄소나노튜브전계방출표시(fed)소자의제조방법 - Google Patents

선택적성장을이용한탄소나노튜브전계방출표시(fed)소자의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 기판 상에 촉매 금속막, 절연박막과 금속막을 형성한 후 상기 절연박막 및 금속막의 내부에 미세 구멍을 형성시킨다. 그리고, 화학기상증착법을 이용하여 상기 미세 구멍 내의 촉매 금속막 상에서만 탄소나노튜브를 선택적으로 성장시킨다. 이어서, 상기 절연물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 탄소나노 튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 탄소나노튜브를 미세 구멍내의 촉매 금속막에서만 선택적으로 성장시킴으로써 제조공정이 단순하여 재현성과 신뢰성이 좋고 수율이 놓으면 전기적 특성이 우수하다.

Description

선택적 성장을 이용한 탄소나노튜브 전계 방출 표시(FED) 소자의 제조방법
본 발명은 전계방출 표시소자[field emission display (FED) Device]의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계방출 표시소자는 원뿔 모양의 에미터 팁에 대해 외부 게이트 전극에서 양 전압을 수백 볼트 정도로 가하면 강한 전기장의 영향을 받은 에미터 팁의 끝부분에서 전자가 방출하게 되고, 방출된 전자는 수백에서 수킬로의 전압이 가해진 형광체가 코팅된 애노드 전극에 충돌하게 되어 표시 장치의 역할을 수행한다. 그런데, 에미터용으로 실리콘 기판을 식각하여 만든 실리콘 팁을 이용하는 종래의 전계방출 표시소자는 약 1.5㎛ 정도의 미세한 간격으로 실리콘 팁과 게이트 전극을 분리해야 하는 어려움이 있다. 그리고, 종래의 전계방출 표시소자는 동작전압이 매우 높고 고전류 방출에 의한 실리콘 팁의 열화로 인하여 누설 전류가 크고 소자 신뢰성 및 성능 저하가 일어날 뿐만 아니라 제조 수율도 낮은 문제점이 있다. 이러한 실리콘 팁을 이용한 전계방출 표시소자의 문제점을 개선하기 위해 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자가 제안되었다.
도 1은 종래의 탄소나노튜브를 사용한 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
구체적으로, 탄소나노튜브를 이용한 종래의 전계방출 표시소자의 제조방법은 먼저 탄소나노튜브를 전기방전법에 의해 성장시킨 후, 합성된 탄소나노튜브를 세정용액에 넣어 초음파 세척기로 흔들어 정제시킨후, 다공성 세라믹 필터(도시 안함) 위에 부어 다공성 세라믹 필터의 기공에 나노튜브를 주입시킨다. 이어서, 기판(21)위에 전도성 고분자(23)를 부착시킨 후, 앞서 다공성 세라믹 필터의 기공에 들어있는 탄소나노튜브(25)을 상기 전도성 고분자(23) 위에 찍어세운다. 계속하여, 상기 전도성 고분자(23) 위에 스페이서(27)을 만들고 그 위에 50% 개구율을 가진 구리 그리드(29)를 부착시킨다. 이어서, 약 10-7Torr 이상의 고진공을 유지하면서 상기 구리 그리드(29) 윗부분에 형광체(31)를 부착시킨다음, 형광체(31) 위에 상부전극(33)를 증착함으로써 제작된다.
그런데, 에미터 팁용으로 종래의 탄소나노튜브를 사용하는 전계방출 표시소자는 실리콘 팁을 사용하는 전계방출 표시소자에 비하여 안정성이 뛰어나지만 상기 전도성 고분자 위에 탄소 나노튜브를 효율적으로 세우는 것이 어렵고 제조 공정이 복잡하기 때문에 제조 수율이 낮고 대면적으로 제조할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 종래의 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자의 제조방법은 전도성 고분자와 탄소나노튜브 사이의 전기적인 접촉에 문제가 있기 때문에 전계방출 표시소자 제작시 재현성이 나쁘고 수율이 낮은 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 제조공정이 간단하여 넓은 전계방출 면적을 확보할 수 있고 낮은 인가전압으로 큰 방출전류를 얻을 수 있고 단위 면적당 매우 높은 탐침 밀도를 갖는 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
제1도는 종래의 탄소나노튜브를 사용한 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
제2도 및 제3도는 본 발명에 의하여 선택적 성장을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 기판 상에 촉매 금속막을 형성한 후, 상기 촉매 금속막 상에 절연박막을 형성한다. 상기 절연박막 상에 금속막을 형성한 후 사진식각방법을 사용하여 상기 금속막 및 절연박막에 미세구멍을 형성한다. 상기 미세 구멍 내의 촉매 금속막 상에서만 선택적으로 탄소나노튜브를 성장시킨다. 상기 미세 구멍내에 절연 물질막을 채운 후, 상기 절연 물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성시킨다. 상기 상부 전극 상에 유리기판을 놓은 후 밀봉시킨다. 상기 미세 구멍은 2.0∼4.0㎛의 간격으로 형성할 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 선택적 성장은 화학기상증착법을 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 선택적 성장을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법에 의하면, 미세구멍 내의 촉매 금속막 상에만 탄소나노튜브를 선택적으로 성장시킴으로써 제조공정이 단순하고 넓은 전계 방출면적을 확보할 수 있으며, 낮은 인가전압에도 높은 방출전류를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시 소자의 제조방법에 의하면, 한 개의 픽셀안에 여러개의 방출원을 갖고 있어서 단위 면적당 매우 높은 밀도를 갖기 때문에 방출전류의 값을 크게 높일 수 있고, 재현성과 신뢰성 및 우수한 수율을 얻을 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의하여 선택적 성장을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자는 기판(41), 예컨대 글라스 기판 또는 실리콘 기판 위에 하부 전극으로 사용되는 촉매금속막(42)을 5∼20nm의 두께로 형성한다. 이어서, 상기 촉매 금속막(42) 상에 0.5∼2㎛두께 범위의 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막과 같은 절연박막(43)을 형성시킨다. 이어서, 상기 절연박막(43) 상에 1∼2㎛의 두께로 그리드 전극으로 사용되는 금속막(45)을 열증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 증착한다.
계속하여, 사진식각방법을 사용하여 상기 금속막(45)에 직경이 1㎛이하인 미세구멍(h1)을 약 2.0∼4.0㎛의 간격으로 형성시킨 다음, 상기 금속막(45)를 마스크로 하여 상기 절연박막(43)에 직경이 1㎛ 이하인 미세구멍(h2)을 약 2.0∼4.0㎛의 간격으로 형성시켜 촉매 금속막을 노출시킨다. 킨다. 이때, 상기 절연박막(43)에 형성되는 미세구멍(h2)는 상기 금속막(45)에 형성되는 형성되는 미세구멍(h1)보다 직경을 약간 크게 조절한다. 도 2에서, 화살표로 표시된 부분이 미세구멍(h1, h2)가 형성되는 부분이다.
도 3을 참조하면, 상기 아세틸렌이나 에틸렌이나 메탄 등과 같은 탄화가스를 사용하고 화학기상증착법을 이용하여 상기 미세구멍(h1, h2)의 바닥에 노출된 상기 촉매 금속막(42) 상에서만 탄소나노튜브(49)를 선택적으로 성장시킨다. 이때, 상기 탄소나노튜브(49)의 길이는 상기 절연박막(43) 및 금속막(45)의 두께보다 작아야 한다.
다음에, 상기 미세구멍(h1, h2) 내에 절연물질막(50)을 채운 후, 상기 절연물질막(50) 및 금속막(45) 상에 형광체(51)를 부착시킨 후, 상기 형광체(51) 상에 열증착법이나 스퍼터링법으로 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막과 같은 전도성 금속막을 증착시켜 상부 전극(53)을 형성시킨다. 이어서, 상기 상부 전극(53) 상에유리 기판(도시 안함)를 놓은 후 밀봉시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 기판 상에 촉매 금속막, 절연박막과 금속막을 형성한 후 상기 절연박막 및 금속막의 내부에 미세 구멍을 형성시킨다. 그리고, 화학기상증착법을 이용하여 상기 미세구멍 내의 촉매 금속막 상에서만 탄소나노튜브를 선택적으로 성장시킨다. 이어서, 상기 절연물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성한다. 이에 따라, 본발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 탄소나노튜브를 미세 구멍내의 촉매 금속막에서만 선택적으로 성장시킴으로써 제조공정이 단순하여 재현성과 신뢰성이 좋고 수율이 놓으면 전기적 특성이 우수하다. 또한, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법에 사용되는 탄소나노튜브는 직경이 대략 수십nm 이하로 매우 작기 때문에 전계 집적도가 높아 작은 인가전압으로 높은 방출 전류를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 전계방출 표시소자의 제조방법에 의하면, 단위 면적당 매우 높은 밀도를 갖는 전계방출 표시소자를 제작할 수 있어서 방출 전류의 값을 크게 높일 수 있고, 또한 한 개의 픽셀당 여러개의 방출 탐침을 갖기 매문에 재현성 및 수율을 높일 수 있다. 아울러, 본 발명의 전계방출 표시소자의 제조방법은 실리콘 공정기술을 사용하여 제작이 가능하기 때문에 실리콘 기판을 사용할 경우 한 개의 실리콘 칩에 전자소자와 광소자를 동시에 집적시킬 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 본 발명의 전계방출 표시소자의 제조방법은 제조공정이 간단하고 낮은 인가전압으로 큰 방출전류를 얻을 수 있기 때문에 전계방출 표시소자 이외에 LCD 백 라이트, LCD, 총천연색 평면판 표시기, 광원, 전구, 광전자 집적소자등에 응용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 기판 상에 촉매 금속막을 형성하는 단계;
    상기 촉매 금속막 상에 절연박막을 형성하는 단계;
    상기 절연박막 상에 금속막을 형성하는 단계;
    사진식각방법을 사용하여 상기 금속막 및 절연박막에 미세구멍을 형성하는 단계;
    상기 미세 구멍 내의 촉매 금속막 상에서만 선택적으로 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;
    상기 미세 구멍내에 절연 물질막을 채우는 단계;
    상기 절연 물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성시키는 단계; 및
    상기 상부 전극 상에 유리기판을 놓은 후 밀봉시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노뉴브의 선택적 성장은 화학기상증착법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법.
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