KR100741221B1

KR100741221B1 - 횡형의 전계 방출 냉음극 장치와 그 제조방법, 및 진공마이크로-장치

Info

Publication number: KR100741221B1
Application number: KR1020050056996A
Authority: KR
Inventors: 마사유끼 나까모또
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: US20020060514A1; US7187112B2; KR20020038549A; KR20050074424A; US20040183421A1; US20060061257A1; KR100541897B1; JP2002157951A; JP3737696B2; US6891320B2; US7102277B2

Abstract

횡형의 전계 방출 냉음극 장치가 개시된다. 본 장치는, 지지 기판; 매트릭스 포맷으로 캐소드 전극 및 게이트 전극의 복수의 쌍을 규정하기 위해 지지 기판 상에 교대로 배치되는 캐소드 전극들의 어레이들 및 게이트 전극들의 어레이들 - 이에 의해, 복수의 쌍의 각각의 캐소드 전극 및 게이트 전극은, 사이에 삽입되는 갭으로 서로 대향하는 제1 측면 및 제2 측면을 각각 가짐 - ; 제2 측면에 대향하도록 제1 측면 상에 배치되고 전자들을 방출하도록 구성되는 에미터 - 에미터는, 캐소드 전극 상에 형성되는 금속 층, 및 실질적으로 금속 물질을 포함하고 분산된 상태로 금속 층에 의해 지지되는 복수의 과립상 또는 막대형 마이크로-바디들을 포함함 - ; 및 제1 측면에 대향하도록 제2 측면 상에 배치되는 게이트 프로젝션 - 게이트 프로젝션은, 실질적으로 금속 층의 물질과 동일한 물질을 포함하는 게이트 금속 층, 및 실질적으로 마이크로-바디들의 물질과 동일한 물질을 포함하고 분산된 상태로 게이트 금속 층에 의해 지지되는 복수의 게이트 마이크로-바디들을 포함함 - 을 포함한다.

전계 방출 냉음극 장치, 진공 마이크로-장치, 게이트 프로젝션, 풀러린, 탄소 나노튜브, 마이크로-바디.

Description

횡형의 전계 방출 냉음극 장치와 그 제조방법, 및 진공 마이크로-장치{A FIELD EMISSION COLD CATHODE DEVICE OF LATERAL TYPE, A MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND A VACUUM MICRO-DEVICE}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 횡형의 전계 방출 냉음극 장치를 진공 마이크로-장치에 적용한 예로서 평판형 화상 표시 장치를 도시한 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 장치의 부분적인 평면도.

도 3은 도 1에 도시된 장치의 주요 부분의 단면도.

도 4a는 탄소 나노튜브들과 같은 막대형 마이크로-바디와 금속 도금 층과의 관계를 보여주는 확대도이며, 도 4b는 풀러린들과 같은 과립상 마이크로-바디와 금속 도금 층과의 관계를 보여주는 확대도.

도 5는 속이 빈(hollow) 막대형 마이크로-바디와 필러 층(filler layer)의 관계를 보여주는 확대도.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡형의 전계 방출 냉음극 장치의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 도면.

도 7a 내지 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 횡형의 전계 방출 냉음극 장치의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : 캐소드 라인

14 : 게이트 라인

16 : 지지 기판

22 : 캐소드 전극

24 : 게이트 전극

26 : 에미터

28 : 게이트 프로젝션

33 : 진공 방전 공간

36 : 애노드 전극

42 : 금속 도금 층

44 : 마이크로-바디

본 발명은 횡형의 전계 방출 냉음극 장치와 그것의 제조 방법 및 진공 마이크로-장치에 관한 것이다.

최근에, Si 반도체 공정 기술을 이용한 전계 방출 냉음극 장치는 활발하게 개발되어 왔다. 그런 장치의 전형적인 예로서, 응응 물리학 잡지(1976년 제47,5248권)에 C.A Spindt 등이 기술한 수직형 전계 방출 냉음극 장치가 알려져 있다. 이 전계 방출 냉음극 장치는 Si 단결정 기판위에, 하나의 원뿔형 에미터 전 극과 이 에미터 말단을 둘러싸고 배치되어 있는 하나의 게이트 전극을 가진다.

수직형의 전계 방출 냉음극 장치의 문제점들의 관점에서 R.Green, H.F Gray 등에 의해 제안된 횡형의 전계 방출 냉음극 장치(Tech. Digest of IEDM 85, P.172 (1985))가 또한 알려져 있다. 이 전계 방출 냉음극 장치는 하나의 기판위에 배치되어 서로 대향하는 에미터와 게이트 전극을 가지고 있다. 횡형의 전계 방출 냉음극 장치는 쉽게 제조가 가능하고, 높은 수율을 제공하는 점에서 유리하다.

횡형의 전계 방출 냉음극 장치에 따르면, 게이트 전극에 대향하는 에미터 말단 면은 기판 표면에 수직 방향으로, 에미터 두께에 대응하여 대략 80㎚~500㎚의 첨예도(sharpness)를 가지며, 말단의 곡률 반경으로서 40㎚~250㎚의 첨예도를 갖는다. 그러나, 기판 표면에 평행한 방향으로, 이 에미터 말단 면은 게이트 전극에 평행하며, 제로(0)의 첨예도를 갖는다. 다시 말하면, 게이트 전극에 대향하는 에미터 말단 면은 3-차원적인 첨예도를 갖지 않으며, 단지 2-차원적인 첨예도를 가지고, 높은 구동 전압을 갖는다. 이것이 이 장치의 단점이다. 에미터 말단 면이 3-차원적으로 첨예하게 될 경우, 리소그래피(lithography)의 첨예도를 초과하는 첨예도는 얻어질 수 없다. 따라서, 첨예도는 보통 기판 표면에 평행한 방향으로, 대략 50㎚~100㎚에 머무른다. 정밀한 리소그래피 단계들의 수가 증가하면, 제조 방법의 단순화의 이점은 감소한다.

전계 방출 냉음극 장치로서, 에미터를 형성하기 위해 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들을 사용하는 것이 제안된다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 공보 제10-149760호). 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들의 말단은 작은 곡률 반경을 가지 기 때문에, 구동 전압을 감소시킬 수 있으며, 전계 방출 효율을 개선시킨다. 풀러린들과 탄소 나노튜브들은 대기에 덜 의존적이고, 잔류성 가스(residual gas)에 의해 영향을 덜 받기 때문에, 낮은 진공도(vacuum degree)에서도 동작하는 것이 기대된다.

이런 유형의 냉음극 장치에서, 에미터는 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들을 유기 용매 내에 분산시키고, 세라믹 필터를 통해 그 분산물을 통과시키며, 필터 위의 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들을 기판위에다 접착함(bonding)으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 에미터는 CVD 등에 의해서 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들을 기판위에다 직접 퇴적(depositing)시킴으로써 형성될 수도 있다. 또한, 에미터는 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들을 두꺼운 막의 페이스트(paste)에 분산시키고, 그 페이스트를 프린트하고, 그 페이스트를 고온에서 (약 500℃~800℃) 소성함으로써 또한 형성될 수 있다.

풀러린들 또는 탄소 나노튜브들을 기판위에다 접착 또는 퇴적시키는 방법으로는, 에미터가 약하게 부착되며, 그것에 인가된 강전계에 의해 쉽게 분리된다. 프린트에 의해 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들을 형성하는 방법으로는, 고온의 소성과 같은 원인에 의해 성능이 감소되거나 저하될 수 있다. 접착과 프린트 양자의 방법으로는, 이렇게 얻어진 탄소 나노튜브들이 추출 전극으로 방위를 잘 맞추지 못하며, 구동 전압의 증가와 불균일한 전자 방출 등의 문제점들이 존재한다.

접착 방법으로는, 탄소는 높은 화학적 저항성을 가지고 있어서 에칭하기 어 렵기 때문에, 캐소드 상호연결부에 대응하도록 탄소를 패턴하기는 매우 어렵다. CVD에 따라 퇴적시키는 방법으로는, 전이-금속 촉매(transition-metal catalyst)가 필요하며, 매우 작아야 한다. 이것은 상호연결부의 저항을 증가시키며, 신호 지연 등을 야기한다. 프린팅 방법으로는, 막이 고저항을 가져서, 두꺼운 막을 형성하는 것이 어렵다. 따라서, 저저항 상호연결부는 형성하기 어려우며, 신호 지연 등이 발생하는 경향이 있다.

이런 방식으로, 전계 방출 냉음극 장치로서, 예를들어, 수직형 장치의 결점 개선을 목표로 한 횡형 장치, 및 에미터를 형성하기 위해 탄소 나노튜브들 또는 풀러린들을 사용하는 장치 등, 다양한 유형의 장치들이 제안되었다. 그러나, 종래에 제안된 전계 방출 냉음극 장치는 첨예도, 구동 전압, 신뢰도, 수율, 제조의 용이함 등의 점에서 충분하지 못하다. 이러한 사정으로, 횡형의 전계 방출 냉음극 장치 및 그것을 사용하는 진공 마이크로-장치에서는, 낮은 구동 전압과 높은 전계 방출 효율 및 높은 집적도(integration degree)를 성취할 수 있는 장치 구조와 제조 방법이 요구된다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 횡형의 전계 방출 냉음극 장치에 있어서,

지지 기판;

제1 측면을 가지며, 상기 지지 기판위에 배치된 캐소드 전극 ;

상기 제1 측면과 마주 보는 제2 측면을 가지며, 상기 지지 기판위에 상기 캐소드 전극과 옆으로 나란히 배치된 게이트 전극; 및

상기 제2 측면에 대향하는 상기 제1 측면위에 배치된 에미터 - 상기 에미터는 상기 제1 측면위에 형성된 금속 도금 층과, 분산된 상태로 상기 금속 도금 층 안에 지지된 다수의 과립상 또는 막대형 마이크로-바디들을 포함함 -를 포함하고,

상기 마이크로-바디는 실질적으로 풀러린들, 탄소 나노튜브들, 흑연, 낮은 일함수를 갖는 물질, 네거티브 전자 친화도를 갖는 물질 및 금속 물질로 구성된 그룹으로 부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치가 제공된다.

본 발명의 제2 양상에 따르면, 진공 마이크로-장치에 있어서,

지지 기판;

제1 측면을 가지며, 상기 지지 기판위에 배치된 캐소드 전극;

상기 제1 측면과 마주 보는 제2 측면을 가지며, 상기 지지 기판위에 상기 캐소드 전극과 옆으로 나란히 배치된 게이트 전극;

상기 제2 측면과 마주 보는 제1 측면위에 배치된 에미터- 상기 에미터는 상기 제 1 측면위에 형성된 금속 도금 층과, 분산된 상태로 금속 도금 층 안에 지지된 다수의 탄소 나노튜브들을 포함함-;

상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 및 상기 에미터를 포위하고 있는 진공 방전 공간을 형성하기 위해 지지 기판과 협력하고 있는 포위(surrounding) 부재; 및

상기 캐소드 전극 및 게이트 전극과 마주 보는 위치에서 상기 포위 부재 위에 배치된 애노드 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 마이크로-장치가 제공 된다.

본 발명의 제3 양상에 따르면, 제 1 양상에 따른 장치를 제조하는 방법에 있어서,

상기 지지 기판위에 상기 캐소드 전극 및 게이트 전극을 배치함으로써 중간 구조물(intermediate structure)을 형성하는 단계;

금속 도금 층을 위해서 도금 용액 안에 마이크로-바디들을 현탁함으로써 도금 현탁액(suspention)을 준비하는 단계; 및

도금 현탁액 안에 상기 중간 구조물을 담그고, 상기 중간 구조물에 도금 처리를 행함으로써 상기 캐소드 전극의 상기 제1 측면위에 금속 도금 층을 형성하는 단계-상기 금속 도금 층은 그 속에 분산되어 있는 마이크로-바디들을 포함함-를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명하겠다. 이후의 설명에서, 대체로 동일한 기능과 장치를 가진 구성 요소들은 동일한 참조 번호로 나타낼 것이며, 필요할 때 반복 설명이 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라서 횡형의 전계 방출 냉음극 장치를 진공 마이크로-장치에 적용한 예로서 평판형 화상 표시 장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 이 장치의 부분적인 평면도이다. 도 3은 이 장치의 주요 부분의 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 표시 장치는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀들(pixels)에 각각 대응하는, 캐소드 전극들(22)과 게이트 전극들(24)의 쌍들을 가지고 있다. 캐소드 전극들(22)은 도 2에서 수직방향으로 뻗어 있는 캐소드 라인들(12)에 연결되어 있으며, 게이트 전극들(24)은 도 2에서 수평방향으로 뻗어 있는 게이트 라인들(14)에 연결되어 있다.

모든 캐소드 전극들(22)과 게이트 전극들(24)은 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 유리로 된 절연 지지 기판(16)의 평평한 주 표면(도 1에서 수평 방향으로 연장된 상부 표면)위에 형성되어 있다. 각각의 픽셀에서, 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)은 지지 기판(16)위에 1㎛ ~ 30㎛의 작은 갭을 두고 옆으로 나란히 뻗어 있다. 나중에 자세히 설명될 구조를 갖는 에미터 (26)와 게이트 프로젝션(projection)(28)은 서로 마주 보고 있는 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향하는 측면들(22a,24a) 위에 배치된다. 캐소드 라인(12)과 게이트 라인(14) 등은 지지 기판(16) 위에 형성된 배선 구조(18)로 설치된다.

유리로 된 투명한 대향 기판(32)은 유리로 된 지지 기판(16)을 마주 보도록 배치되며, 그들 사이에 진공 방전 공간(33)을 형성한다. 두 기판(16,32) 사이의 거리는 프레임들과 스페이서들(spacers)(34)을 둘러싸는 것에 의해 유지된다. 투명한 공통 전극, 즉, 애노드 전극(36)과 형광층(38)은 지지 기판(16)을 마주 보는 대향 기판(32)의 표면위에 형성된다.

이런 평판형 화상 표시 장치에서, 각 픽셀의 게이트 전극(24)과 캐소드 전극(22) 간의 전압이 대응하는 게이트 라인(14)과 캐소드 라인(12)을 통해서 임의로 설정될 때, 픽셀이 턴 온(turn on)될지, 턴 오프(turn off)될지가 선택될 수 있다. 더 확실하게 말하면, 순차적으로 게이트 라인들(14)을 선택하여 거기에 소정의 전위를 인가하는 것과 동시에, 선택 신호로서 소정의 전위를 캐소드 라인들(12)에 인 가하는 소위 매트릭스 구동에 의해서 픽셀이 선택되어 질 수 있다.

어떤 하나의 게이트 라인(14)과 어떤 하나의 캐소드 라인(12)이 선택되어, 소정의 전위가 그것들에 인가되면, 선택된 게이트 라인(14)과 캐소드 라인(12)의 교점에 위치한 에미터(26)만이 동작한다. 에미터(26)로부터 방출된 전자들은 애노드 전극(36)과 게이트 전극(46)에 의해서 유인되며, 여기서 애노드 전극(36)으로 향해진 전자들은 선택된 에미터(26)에 대응되는 위치에서 형광층(38)에 도달하여, 형광층(38)이 빛을 발하게 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 에미터(26)는 금속 도금 층(42)과 다수의 과립상 또는 막대형의 마이크로-바디(44)를 포함한다. 금속 도금 층(42)은 대응하는 캐소드 전극(22)의 대향 측면(22a) 부근에 선택적으로 형성된다. 마이크로-바디(44)는 분산된 상태로 금속 도금 층(42)내에 지지되며, 도전체로 만들어 진다. 이 실시예에서, 금속 도금 층(42)은 전류 방출 안정도(stability)와 2차원의 균일한 전계 방출 특성을 개선하기 위한 저항 안정 층(ballast)으로 작용한다. 마이크로-바디들(44)은 전자 방출을 위한 터미널로 작용한다.

보다 엄밀하게 말하면, 금속 도금 층(42)은 저항 안정 효과를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 금속 도금 층(42)의 고유저항은 10^-8Ωm ~ 10^-4Ωm로 설정되며, 양호하게는 10^-7Ωm ~ 10^-4Ωm 이다. 이런 목적을 위해, 금속 도금 층(42)은 저항을 높이기 위해, 예를 들어, B와 P 또는 PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 첨가 물질을 함유한다. Ni-B-P 기재 Ni 도 금 층이 금속 도금 층(42)으로 사용될 때, B의 농도는 3% ~ 4%로 설정되며, P의 농도는 7% ~ 40%로 설정된다. PTFE를 포함한 Ni 도금 층이 금속 도금 층(42)으로 사용될 때, PTFE의 농도는 0.1% ~ 30%로 설정된다.

금속 도금 층(42)은 캐소드 전극(22)의 대향하는 측면(22a) 위에만 형성되거나, 또는 그 이외에, 도 3에 도시된 것 처럼, 대향하는 측면(22a) 부근에 있는 캐소드 전극들(22)의 상부 표면(애노드 전극(36)에 대향하는 표면)의 일부분(22b) 위에 형성된다. 이 경우, 부가적인 부분(22b)의 길이(L1)(도 3 참조)는 캐소드 전극(22)의 전체 상부 표면 길이(L0)의 25% 이하로 설정된다. 이것은 게이트 전극(24)과 그 부근만이 실질적으로 에미터로서 작용할 수 있기 때문이며, 금속 도금 층(42)을 더욱 확장함으로써 얻어지는 효과는 없다.

마이크로-바디들(44)은 탄소 나노튜브들과 같은 막대형 바디들로 만들어 지거나(도 3에서, 마이크로-바디들(44)은 막대형 바디들임), 풀러린들과 같은 과립상 바디들로 만들어 진다. 도 4a는 마이크로-바디들(44)이 탄소 나노튜브들과 같은 막대형 바디(44a)인 경우를 보여준다. 이런 경우에, 막대형 바디(44a)의 대부분은 그 기부들이 금속 도금 층(42) 안에 매립되어 고정되며, 반면 그들의 윗 부분은 에미터들(26)의 표면에 노출되어 있다. 대안적으로, 막대형 바디들(44a)은 전체적으로 금속 도금 층(42)으로 얇게 덮히고, 따라서 프로젝션들은 에미터(26)의 표면에 나타난다. 도 4b는 마이크로-바디들(44)이 풀러린들과 같은 과립상 바디들(44b)인 경우를 보여준다. 이런 경우에, 과립상 바디들(44b)은 그들이 부분적으로 노출되도록 금속 도금 층(42) 안에 매립되어 고정된다. 대안적으로, 과립상 바디들(44b)은 전체적으로 금속 도금 층(42)으로 얇게 덮히고, 따라서 프로젝션들은 에미터(26)의 표면에 나타난다.

과립상 또는 막대형 마이크로-바디들(44)은 에미터(26)의 전자 방출 특성을 개선하기 때문에, 작은 반지름 또는 작은 곡률 반경을 가져야 한다. 보다 엄밀하게 말하면, 마이크로-바디들(44)이 과립상 바디들인 경우, 그 반지름은 100㎚ 이하로 설정되고, 양호하게는 30㎚ 이하이다. 마이크로-바디들(44)이 막대형 바디들인 경우, 그 말단들의 곡률 반경은 50㎚ 이하로 설정되고, 양호하게는 15㎚ 이하이다.

마이크로-바디들(44)이 탄소 나노튜브들과 같은 막대형 바디들로 만들어진 경우, 전자 방출 특성을 개선하기 위해, 그들은 양호하게는 게이트 전극(24)쪽으로 방위가 맞춰진다. 보다 엄밀하게 말하면, 양호하게는 막대형 바디들(44)의 50% ~ 100%가 지지 기판(16)의 평평한 주 표면의 방향(도 1 및 도3에서 수평 방향)에 대해 ±20°의 각도 범위 내로 방위가 맞춰져 있다.

막대형 마이크로-바디들(44)의 이런 방위결정은 뒤에 설명되는 바와 같이, 마이크로-바디들(44)의 도금 현탁액을 사용하여 도금 처리가 수행될 때, 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)간에 전계를 형성함으로써 성취될수 있다. 보다 엄밀하게는, 도금 처리에서, 포지티브 전위가 캐소드 전극(22)에 대한 게이트 전극(24)에 인가될 때, 도전성의 마이크로-바디(44)들은 대체로 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)간 전계의 전기력선을 따라서 방위가 맞춰진다.

막대형 마이크로-바디들(44)이 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)을 브리지 (bridge)하는 긴 것들인 경우에, 그 두 전극들(22,24)은 단락된다. 예를 들어, 두 전극들(22,24) 간의 거리가 1㎛ ~ 30㎛인 경우, 그 거리보다 짧은 막대형 마이크로-바디들(44)이 양호하게 사용된다. 따라서, 도금 현탁액을 준비할 때, 소정의 길이에 따라 분류된 마이크로-바디들(44)이 사용될 수 있다. 그러나, 뒤에 설명하겠지만, 마이크로-바디들(44)이 배치된 이후에라도, 에미터(26)와 게이트 프로젝션(28) 간에 갭이 형성될 수 있다. 따라서, 형성 전의 마이크로-바디들(44)의 길이는 제한적인 것이 아니다.

마이크로-바디들(44)이 양호하게는 탄소 나노튜브들이나 풀러린들로 만들어지지만, 다른 물질로도 또한 만들어질 수 있다. 마이크로-바디들(44)을 형성하기 위한 다른 물질들로서, 흑연, 낮은 일함수를 갖는 물질, 네거티브 전자 친화도(NEA)를 갖는 물질, 금속 물질 등이 사용될 수 있다. 보다 엄밀하게는, LaB₆, AlN, GaN, Mo, Ta, W, Ta, Ni, Cr, Au, Ag, Pd, Cu, Al, Sn, Pt, Ti, Fe, 탄소, 흑연, 다이아몬드, Si, TiN, TiC, beta W, SiC, Al₂O₃, ZnO 및 특히 테트라포드형 ZnO, 붕산 알루미늄 (9Al₂O₃·2B₂O₃) 및 특히 필러형 붕산 알루미늄, 티탄산 칼륨 등이 사용될 수 있다. 마이크로-바디들(44)의 속이 빈 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 도전체로 만들어진 필러 층(45)이 마이크로-바디들(44) 안에 형성될 수 있다.

상술된, 탄소 나노튜브들과 풀러린들은 모두 탄소의 동소체들(allotropes)로서, 기본적으로 같은 성질의 것이다. 단일형의 극도로 긴 풀러린은 탄소 나노튜브를 형성한다. 풀러린의 기본 형은 6개로 구성된 탄소 링들과 5개로 구성된 탄소 링들로 형성된 C₆₀이며, 약 0.7㎚의 직경을 갖는다. C₆₀의 구조는 다음과 같다. 5각형의 분광기들을 형성하는 정 20면체의 12개의 정점들은 모서리가 잘려진 20면체를 형성하기 위해 모두 모서리가 잘려진다(결과적으로, 도트리아콘타헤드론(dotriacontahedron)). 20면체의 모든 정점들은 sp² 혼성 오비탈들을 가진 탄소 원자들에 의해 차지된다. C₆₀ 이외에, 예를 들어, C₇₀, C₇₆, C₈₂, C₈₄, C₉₀, C₉₆, …, C₂₄₀, C₅₄₀, C₇₂₀등 60을 초과하는 탄소 개수를 가진 고차(high-order)의 풀러린들의 무한한 수가 실제적으로 존재한다.

풀러린들의 속이 비어 있을때, 많은 층의 저차(low-order) 풀러린들이 양파와 같이 고차의 풀러린을 채우는 양파형 풀러린이 존재한다. 그런 풀러린은 슈퍼 풀러린으로 불린다. 슈퍼 풀러린의 층에서 층까지의 거리는 0.341 nm이다. 예를 들어, C₂₄₀이 C₅₄₀을 채우고 있고, C₆₀이 C₂₄₀을 더 채우고 있는 풀러린은 C₆₀@C₂₄₀@C₅₄₀으로 표현된다. 부호 @는, 이 부호를 가진 풀러린은 이 부호 앞에 표시된 한 분자 또는 한 원자가 안에 내포되어 있는 내포형 풀러린이라는 것을 나타낸다.

풀러린은 그것의 속이 빈 부분에 금속을 내포할 수 있다. 이러한 금속-내포형 풀러린의 예는 La@C₆₀, La@C₇₆, La@C₈₄, La₂@C₈₀, Y₂@C₈₄, Sc₃@C₈₂ 등을 포함한다. 탄소가 아닌 다른 원소, 예를 들어, N, B, 또는 Si가 풀러린의 구조 안에 결합되어 있는 헤테로풀러린(heterofullerene)이 또한 연구되고 있다.

풀러린은 흑연에 레이져 복사(radiation), 아크 방전(arc discharge), 저항 가열 등을 가함으로써 탄소를 기화시키고, 기화된 탄소를 헬륨 가스를 통해 통과시키면서 기화된 탄소를 냉각, 반응, 응집시켜, 수집 부재(collect member)로 수집함으로써 준비될 수 있다.

에미터(26)에 대향하는 게이트 프로젝션(28)은 금속 도금 층(46)과 다수의 과립상 또는 막대형 마이크로-바디들(48)을 갖는다. 금속 도금 층(46)은 게이트 전극(24)의 대향하는 측면(24a) 위에 선택적으로 형성된다. 마이크로-바디들(48)은 분산된 상태로 금속 도금 층(46)안에 지지되며, 도전체로 만들어 진다. 게이트 프로젝션(28)의 금속 도금 층(46)과 마이크로-바디들(48)은 에미터(26)의 금속 도금층(42)과 마이크로-바디들(44)의 물질과 각각 같은 물질로 만들어 진다. 에미터(26)와 게이트 프로젝션(28) 형성의 도금 처리 동안에, 캐소드 전극(22)에 대한 게이트 전극(24)에 포지티브 전위가 인가된다고 하자. 그러면, 게이트 프로젝션(28) 내의 금속 도금 층(46)의 두께와 마이크로-바디들(48)의 농도가 에미터(26) 내의 금속 도금 층(42)의 두께와 마이크로-바디들(44)의 농도보다 각각 작아진다.

이 실시예에 따른 횡형의 전계 방출 냉음극 장치에서, 에미터(26)의 마이크로-바디들(44)은 금속 도금 층(42)을 통해서 캐소드 전극(22)에 의해 지지된다. 따라서, 마이크로-바디들(44)은 캐소드 전극(22)에 단단하게 고정된다. 강전계조차도 견뎌낼 수 있는 높은 접착 강도를 가진 에미터가 얻어질 수 있으며, 전계 방출의 안정도는 개선될 수 있다.

에미터(26)의 금속 도금 층(42)은 양호하게는 소위 저항 안정 효과(resistance ballast effect)를 얻기 위해서 불순물을 포함한다. 예를 들어, 금속 도금 층(42)으로서, Ni 도금 층보다 높은 저항을 가진 Ni-B-P 기재 도금 층 또는 PTFE을 포함하는 Ni 도금 층이 사용된다. 따라서, 금속 도금 층(42)에 의해 전위 강하가 야기된다. 각각의 에미터들(26)의 곡률 반경 또는 말단부들의 모양이 다르다 하더라도, 에미터들의 말단부들의 전계 강도는 저항 안정 효과에 의해 대체로 감소한다. 따라서, 전계 방출의 불안정도 및 불균일은 매우 개선된다. 이를 주목해보면, 종래의 장치에서는, 각각의 에미터들(26)의 곡률 반경 또는 말단부들의 모양이 다르면, 전계 강도의 분포는 달랐다. 따라서, 전계 방출 특성의 불균일은 현저해졌다.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡형의 전계 방출 냉음극 장치의 제조 방법을 공정의 순서대로 도시한 도면이다. 이 장치는 도 1에 도시된 장치에 적용할 수 있다.

먼저, 금속 캐소드 전극(22)과 금속 게이트 전극(24)이 유리로 된 지지 기판(16) 위에 형성되었다. 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)은 대형 전계 방출 디스플레이 내에 신호 지연을 고려함으로써 2㎛의 두께의 고 전도성 Ni 도금 막으로 각각 형성되었다. 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24) 간의 갭은 스테퍼(stepper)와 같은 노광 장치로 리소그래피(lithography)에 의해 형성되었다.

캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)은 도 6a에서 서로 마주 보고 있는 측면들(22a,24a)만을 노광시키기 위해서 도금 레지스트 막들(52)로 각각 덮힌다. 대안적으로, 도금 레지스트 막들(52)은 대향하는 측면(22a,24a) 부근의 두 전극들(22,24)의 윗 표면을 추가적으로 노광시키기 위해 형성될 수 있다. 이런 경우에, 부가적인 부분(22b)의 길이(L1)(도 3 참조)는 캐소드 전극(22)의 전체 윗 표면 길이(L0)의 25% 이하로 설정된다. 대안적으로, 도금 레지스트 막들(52)은 에미터(26)를 형성하는 캐소드 전극(22)의 대향하는 측면(22a)만을 노광시키기 위해 형성될 수 있다.

황산 니켈 25g, 인산 나트륨 40g, 아세트산 나트륨 10g, 구연산 나트륨 10g, 붕산 30g이 증류수 1ℓ안에 용해된다. 따라서, 금속 도금 층(42)을 위해 약 PH 5로 조정된 비전기(electroless)의 Ni-B-P를 기재로 한 저항 도금 용액이 형성된다. 소정의 길이에 따라 분류된 약 50g의 풀러린 C₆₀ 또는 탄소 나노튜브들이 마이크로-바디들(44)을 형성하기 위해서 이 도금 용액 안에서 혼합된다. 그 후, 이 도금 용액은 도금 탱크(56)안에서 교반(agitation)에 의해 현탁되고, 따라서 도금 현탁액(54)을 준비하게 된다. 이 때, 도금 현탁액(54)의 온도는 약 80℃로 유지된다. 이 상태에서, 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24) 및 도금 레지스트 막(52)이 상기 방식으로 배치되어 있는 지지 기판(16)은 도금 현탁액(54) 안에 담궈진다. 비전기 도금 처리가 수행된다(도 6b).

비전기 도금 처리가 약 3분간 수행된다. 약 3㎛의 두께를 가진 Ni-B-P를 기재로 한 비전기 저항 도금 층들(금속 도금 층들(42,46))은 노출된 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향하는 측면들(22a,24a) 위에 형성된다. 이 도금 처리 동안에, 마이크로-바디들(44)을 형성하기 위한 풀러린들과 탄소 나노튜브들은 도금 물질과 함께 침전하였다. 따라서, 금속 도금 층들(42,46)에는 분산된 상태로 그 안에 매립되어있는 마이크로-바디들(44)이 형성된다.

보다 엄밀하게 말하면, 상기 비전기 도금 처리로, 에미터(26)와 게이트 프로젝션(28)은 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향하는 측면들(22a,24a) 위에 각각 형성되었다. 에미터는 금속 도금 층(42)과 마이크로-바디들(44)을 포함했다. 게이트 프로젝션(28)은 금속 도금 층(46)과 마이크로-바디들(48)을 포함했다. 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24) 간의 유리로 된 지지 기판(16) 위의 금속 도금 층의 접착은 약하다. 이 부분에서, 금속 도금 층은 거의 형성되지 않으며, 비록 형성될 지라도, 초음파에 의해서 쉽게 분리된다. 따라서 물로 씻고(washing), 건조시킨 후에, 도 1에 도시된 장치에 적용가능한 소정의 구조를 가진 횡형의 전계 방출 냉음극 장치가 얻어질 수 있었다(도 6c).

이 경우에, 비 전기 도금 처리가 실행되었다. 따라서 에미터(26) 내의 금속 도금 층(42)의 두께 및 마이크로-바디들(44)의 농도는 게이트 프로젝션(28) 내의 금속 도금 층(46)의 두께 및 마이크로-바디들(48)의 농도와 각각 대체로 동일해 졌다.

도 6a 내지 6c에 도시된 방법에 따라 제조된 전계 방출 냉음극 장치의 전계 방출 특성들이 측정되었다. 10⁷V/㎝ 이상의 강전계가 에미터(26)의 말단에 인가될 지라도, 에미터(26)는 캐소드 전극(22)에 굳게 부착된채 분리되지 않았다. 따라서 에미터(26)는 안정한 전계 방출 특성들을 보여주었다. 반면, 에미터는 금속 도금 층(42) 없이, 단지 탄소 나노튜브들의 풀러린들로만 형성되었다. 그런 강전계 가 에미터에 인가되었을 때, 에미터 분리 현상이 관찰되었으며, 단지 불안정한 전계 방출 특성들만이 얻어졌다.

이 실시예의 장치에 있어서, 부분적으로는 Ni-B-P 기재 금속 도금 층(42)의 저항 안정 효과 때문에 전류 방출 안정도가 2% ~ 30%만큼 개선되었다. 2차원의 균일한 전계 방출 특성들 역시 개선되었다. 스핀(spin) 퇴적물에 의해 제조된 몰리브덴(Mo) 에미터와 비교해 볼때, 에미터 말단의 곡률 반경은 매우 감소되었다. 보다 엄밀하게 말하면, 곡률 반경은 약 70㎚~300㎚ 범위로 부터 약 1㎚ ~ 30㎚의 범위로 감소되었다. 따라서 구동 전압 역시 약 100V 에서 약 7V로 상당히 감소하였다. 스핀 퇴적물에 의해 제조된 몰리브덴 에미터에서, 진공도가 약 10^-9Torr에서 약 10^-7Torr로 감소될 때, 방출 전류는 약 1/10 이하로 감소되며, 전류 변동(fluctuation)은 수 백 % 이상으로 증가되었지만, 이 실시예의 장치에서는 거의 변하지 않았다.

도 7a 내지 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 횡형의 전계 방출 냉음극 장치의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 도면이다. 이 장치는 도 1에 도시된 장치에 또한 적용할 수 있다.

먼저, 금속 캐소드 전극(22)과 금속 게이트 전극(24)이 도 6a 내지 6c에서 도시된 실시예와 같은 방식으로, 유리로 된 지지 기판(16) 위에 형성되었다. 1㎛의 두께를 가진 각각의 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)은 대형 전계 방출 디스플레이 내에 신호 지연을 고려함으로써 고 전도성의 Ni 도금 막으로 형성되었다. 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)은 서로 마주 보고 있는 대향 측면들(22a,24a)만을 노광시키기 위해서 도금 레지스트 막들(52)로 각각 덮힌다(도 7a). 도금 레지스트 막(52)으로 덮혀야 할 두 전극들(22,24)의 범위는 상기한 바와 같이 변화할 수 있다.

술팜산(sulfamine acid) 니켈 600g, 염화 니켈 5g, 인산 나트륨 30g, 붕산 40g, 사카린(succharin) 1g이 증류수 1ℓ안에 용해된다. 따라서, 금속 도금 층(42 및 46)을 위해 약 PH 4로 조정된 저항 도금 용액이 형성되었다. 약 40g의 탄소 나노튜브들이 마이크로-바디들(44)을 형성하기 위해서 이 도금 용액 안에서 혼합된다. 그 후, 이 도금 용액은 도금 탱크(66)안에서 교반에 의해 현탁되고, 따라서 도금 현탁액(64)을 준비하게 된다. 이때, 도금 현탁액(64)의 온도는 약 50℃로 유지된다. 이 상태에서, 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24) 및 도금 레지스트 막(52)이 상기 방식으로 배치되어 있는 지지 기판(16)은 도금 현탁액(64) 안에 담궈진다. 전기도금 처리가 수행되었다(도 7b). 애노드(68), 게이트 전극(24), 캐소드 전극(22)에 인가된 전압은 각각 100V, 10V, 0V와 같이 설정되었다.

전기도금 처리가 약 4분간 수행된다. 각각 약 4㎛ 와 0.5㎛의 두께를 가진 Ni-B-P를 기재로 한 저항 도금 층들(금속 도금 층들(42,46))은 노출된 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향하는 측면들(22a,24a) 위에 형성된다. 이 도금 처리 동안에, 마이크로-바디들(44)을 형성하기 위한 풀러린들과 탄소 나노튜브들은 도금 물질과 함께 퇴적하였다. 따라서, 금속 도금 층들(42,46)에는 분산된 상태로 안에 매립되어 있는 마이크로-바디들(44)이 형성된다.

보다 엄밀하게 말하면, 상기 전기도금 처리로, 에미터(26)와 게이트 프로젝션(28)은 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향하는 측면들(22a,24a) 위에 각각 형성되었다. 에미터(26)는 금속 도금 층(42)과 마이크로-바디들(44)을 포함했다. 게이트 프로젝션(28)은 금속 도금 층(46)과 마이크로-바디들(48)을 포함했다. 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24) 간의 유리로 된 지지 기판(16) 위의 금속 도금 층의 접착은 약하다. 이 부분에서, 금속 도금 층은 거의 형성되지 않으며, 비록 형성될 지라도, 초음파에 의해서 쉽게 분리된다. 따라서 물로 씻고, 건조시킨 후에, 도 1에 도시된 장치에 적용가능한 소정의 구조를 가진 횡형의 전계 방출 냉음극 장치가 얻어질 수 있었다(도 7c).

이 경우에, 포지티브 전위가 캐소드 전극(22)에 대한 게이트 전극(24)에 인가되면서, 전기도금 처리가 실행되었다. 따라서 게이트 프로젝션(28) 내의 금속 도금 층(46)의 두께 및 마이크로-바디들(48)의 농도는 에미터(26) 내의 금속 도금 층(42)의 두께 및 마이크로-바디들(44)의 농도보다 각각 작아졌다. 탄소 나노튜브들은 주로 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)간 전계의 전기력선을 따라서 배치된다. 보다 엄밀하게 말하면, 지지 기판(16)의 평평한 주 표면의 방향(도 1 및 도 3에서 수평 방향)과 관련하여 ±20°의 각도 범위 내로 방위가 맞춰진 나노튜브들의 비율이 50% ~ 100%로 설정되었다. 이 비율은 전기도금 처리의 조건을 조정함으로써 변화될 수 있었다(따라서, 전자 방출 특성들이 변화될 수 있었다).

도 7a 내지 7c에 도시된 방법에 따라 제조된 전계 방출 냉음극 장치의 전계 방출 특성들이 측정되었다. 10⁷V/㎝ 이상의 강전계가 에미터(26)의 말단에 인가될 지라도, 에미터(26)는 캐소드 전극(22)에 굳게 부착된채 분리되지 않았다. 따라서 에미터(26)는 안정한 전계 방출 특성들을 보여주었다.

이 실시예의 장치에 있어서, 부분적으로는, 고도로 방위가 맞춰진 탄소 나노튜브들과, Ni-B-P 기재 금속 도금 층(42)의 저항 안정 효과 때문에 전류 방출 안정도가 4% ~ 50%만큼 개선되었다. 2차원의 균일한 전계 방출 특성들 역시 개선되었다. 탄소 나노튜브들이 방위가 맞춰지지 않은 경우와 비교해 볼때, 구동 전압 또한 약 3%로 개선되었다. 그것은 아마도 탄소 나노튜브들의 방위 특성들이 개선되었기 때문일 것이다. 도 6a 내지 6c에서 보여진 실시예에서와 같은 방식으로, 이 장치는 높은 진공도에 대하여 저항력이 있으며, 방출 전류와 전류 변동은 거의 변하지 않았다.

도 6a 내지 6c 및 도 7a 내지 7c에 도시된 실시예들에서, 풀러린들 또는 탄소 나노튜브들은 도금 용액 안에 분산되어, 도금 공정이 수행된다. 풀러린 등이 퇴적하고, 캐소드 전극(22)의 표면과 접촉하게 되며, 동시에 금속 도금 층(42)이 형성된다. 따라서, 금속 도금 층(42)은 캐소드 전극(22)에 굳게 고정되고, 풀러린 등이 금속 도금 층(42)에 굳게 고정된다. 강전계조차도 견뎌낼 수 있는 고-접착(high-adhesion) 에미터(26)가 얻어지고, 따라서 전자 방출의 안정도가 개선된다. 도금 처리가 약 100℃ 이하의 낮은 온도에서 수행되기 때문에, 에미터(26)는 손상을 입지 않고 제조될 수 있다. 캐소드 전극(22) 등이 사전에 지지 기판(16) 위에 형성된다면, 금속 도금 층(42)은 선택적으로 캐소드 전극(22) 위에 형성될 수 있고, 따라서 공정이 단순화된다.

도 6a 내지 6c 및 도 7a 내지 7c에 도시된 실시예들에서, 탄소 나노튜브들의 길이 또는 풀러린들의 직경 및 퇴적될 금속 도금 층들(42,46)의 두께는 사전에 조정된다. 이는 에미터(26)와 게이트 프로젝션(28)이 접촉에 의해서 단락되는 것을 막기 위함이다. 에미터(26)와 게이트 프로젝션(28)이 접촉에 의해서 단락될지라도, 그들간 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(24)에 전력을 공급함으로써 갭을 형성하도록 잘려서 분리될 수 있다. 이 방법으로, 전압을 인가하는 시간, 전류량 등을 적절히 조정함으로써, 정규의 리소그래피를 채용하는 경우 게이트와 에미터 간 갭을 보다 작게 형성할 수 있다.

대안적으로, 도 6a 내지 6c 및 도 7a 내지 7c에 도시된 실시예들에서, 마이크로-바디들(44,48)은 각각 금속 도금 층들(42,46)로 전체적으로 얇게 덮혀질 수 있다. 다음, 마이크로-바디들(44,48)의 표면은 습식(wet) 에칭, RIE, CDE, 스퍼터링, 승화(sublimation) 중의 하나 또는 이들의 결합을 사용함으로써 부분적으로 노출될 수 있다. 도 6a 내지 6c 및 도 7a 내지 7c에 도시된 실시예들에서, Ni-B-P 기재 금속 도금 층은 저항 안정 효과를 가진 에미터의 금속 도금 층(42)으로서 사용된다. 대안적으로, PTFE를 포함한 Ni 도금 층이 사용될 수 있다. 이 경우에, PTFE를 포함한 Ni 도금 층은 PTFE를 Ni 도금 용액 안에 현탁함으로써 형성될 수 있다. 금속 도금 층의 매트릭스 금속으로서, 예를 들어, 크롬(Cr), 구리(Cu) 등의 다른 금속들이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 횡형의 전계 방출 냉음극 장치는 상기한 적용들 이외에도, 진공 마이크로파워 장치, 내대기성(atmosphere-resistant) 장치(스페이스(space) 장치, 핵(nuclear) 장치, 극한의 내대기성 장치(내방사성 장치, 내고온성 장치 및 내저온성 장치)), 여러 유형의 센서들 등에 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 도전체로 만들어진 다수의 과립상 또는 막대형의 마이크로-바디들이 금속 도금 층에 굳게 고정되기 때문에, 에미터의 접착 강도가 증대된다. 따라서, 전계 방출의 안정도와 균일성이 탁월한 고성능의 횡형의 전계 방출 냉음극 장치가 얻어질 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 추가적인 장점들과 변형을 쉽게 행할 수 있을 것이다. 따라서, 더 넓은 양상의 본 발명은 여기에서 도시되고 기술된 특정 설명들과 대표적인 실시예들에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항들과 그 균등물에 의해 정의된 일반적인 발명의 개념의 정신과 범위를 벗어남이 없이, 다양한 변형들이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 마이크로-바디들이 금속 도금 층에 굳게 고정되기 때문에, 에미터의 접착 강도가 증대된다. 따라서, 안정도와 균일성이 탁월한 횡형의 전계 방출 냉음극 장치가 얻어질 수 있다.

Claims

횡형(lateral type)의 전계 방출 냉음극 장치(field emission cold cathode device)에 있어서,

지지 기판(support substrate);

상기 지지 기판에 배치되고 제1 측면(side surface)을 갖는 캐소드 전극;

상기 캐소드 전극과 횡형으로 나란히 상기 지지 기판에 배치되고, 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면을 갖는 게이트 전극; 및

상기 제2 측면에 대향하도록 상기 제1 측면에 배치되고 전자들을 방출하도록 구성되는 에미터 - 상기 에미터는, 상기 캐소드 전극에 형성되는 금속 도금 층, 및 분산된 상태로 상기 금속 도금 층에 지지되는 복수의 과립상(granular) 또는 막대형(rod-shaped) 마이크로-바디들(micro-bodies)을 포함하고, 상기 마이크로-바디들은 실질적으로 금속 물질로 구성됨 - ;

를 포함하는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 물질은, Mo, Ta, W, Ta, Ni, Cr, Au, Ag, Pd, Cu, Al, Sn, Pt, Ti, 및 Fe를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 과립상 바디들이고, 100nm 보다 크지 않은 반경을 갖는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 막대형 바디들이고, 50nm 보다 크지 않은 곡률 반경(radius of curvature)을 갖는 말단부들(distal ends)을 갖는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 막대형 바디들이고, 속이 비어있는 바디들(hollow bodies)이며, 실질적으로 도전 물질(conductive material)로 구성되는 필러 층(filler layer)이 상기 마이크로 바디들에 배치되는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 막대형 바디들이고, 상기 마이크로-바디들의 50% ~ 100%는, 상기 캐소드 전극이 배치되는 상기 지지 기판의 주 표면 에 대하여 ±20°의 각도 범위 내로 방위가 맞춰지는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 도금 층은, 상기 금속 도금 층의 저항을 증가시키는 첨가 물질(additive material)을 함유하는 저항 안정 층(resistance ballast layer)을 포함하는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제7항에 있어서, 상기 금속 도금 층은 10^-8Ωm ~ 10^-4Ωm 의 고유저항(resistivity)을 갖는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 상기 금속 층에 부분적으로 매립되는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 상기 금속 층에 완전히 매립되는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서,

캐소드 전극들 및 게이트 전극들을 포위하는 진공 방전 공간(vacuum discharge space)을 형성하기 위해서 상기 지지 기판과 협력하는 포위 부재(surrounding member); 및

캐소드 전극들 및 게이트 전극들에 대향하는 위치에서 상기 포위 부재에 배치되는 애노드 전극

을 더 포함하는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 측면에 대향하도록 상기 제2 측면에 배치되는 게이트 프로젝션을 더 포함하고, 상기 게이트 프로젝션은 게이트 금속 도금 층, 및 분산된 상태로 상기 게이트 금속 도금 층에 지지되는 복수의 마이크로-바디들을 포함하는 횡형의 전계 방출 냉음극 장치.
진공 마이크로-장치(vacuum micro-device)에 있어서,

지지 기판;

상기 지지 기판에 배치되고 제1 측면을 갖는 캐소드 전극;

상기 캐소드 전극과 횡형으로 나란히 상기 지지 기판에 배치되고, 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면을 갖는 게이트 전극;

상기 제2 측면에 대향하도록 상기 제1 측면에 배치되고 전자들을 방출하도록 구성되는 에미터 - 상기 에미터는, 상기 캐소드 전극에 형성되는 금속 도금 층, 및 분산된 상태로 상기 금속 도금 층에 지지되는 복수의 과립상 또는 막대형 마이크로-바디들을 포함하고, 상기 마이크로-바디들은 실질적으로 금속 물질로 구성됨 - ;

상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 및 상기 에미터를 포위하는 진공 방전 공간을 형성하기 위해서 상기 지지 기판과 협력하는 포위 부재; 및

상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극에 대향하는 위치에서 상기 포위 부재에 배치되는 애노드 전극

을 포함하는 진공 마이크로-장치.
제13항에 있어서, 상기 포위 부재는 상기 지지 기판과 대향하는 투명한 대향 기판(transparent opposite substrate)을 포함하고, 상기 애노드 전극은 투명 전극을 포함하고, 상기 투명 전극 및 형광층(fluorescent layer)은 상기 진공 방전 공간의 상기 대향 기판에 적층되는(stacked) 진공 마이크로-장치.
제13항에 있어서, 상기 금속 물질은, Mo, Ta, W, Ta, Ni, Cr, Au, Ag, Pd, Cu, Al, Sn, Pt, Ti, 및 Fe를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 진공 마이크로-장치.
제13항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 과립상 바디들이고, 100nm 보다 크지 않은 반경을 갖는 진공 마이크로-장치.
제13항에 있어서, 상기 마이크로-바디들은 막대형 바디들이고, 50nm 보다 크지 않은 곡률 반경을 갖는 말단부들(distal ends)을 갖는 진공 마이크로-장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 측면에 대향하도록 상기 제2 측면에 배치되는 게이트 프로젝션을 더 포함하고, 상기 게이트 프로젝션은 게이트 금속 도금 층, 및 분산된 상태로 상기 게이트 금속 도금 층에 지지되는 복수의 마이크로-바디들을 포함하는 진공 마이크로-장치.