일반기술

전계방출소자 제조 방법

본 기술은 다이아몬드상 카본막인 음극과 게이트를 근접시키기 위해서 위치 정렬을 용이하게 하는 방법이다. 다시 말해, 다이아몬드상 카본막이 각 단위 화소당 전자 방출원의 역할을 수행하고 여기에 게이트를 붙여 전계방출을 조절하는 삼극관 구조의 전계방출소자 제조방법이다. 본 제조 방법은 우선, 반도체 기판 상에 제1절연막, 제2절연막, 게이트 금속막 및 희생막을 차례로 형성하고, 희생막 상에 게이트 마스크 패턴을 구성하여 희생막을 식각한 후 게이트 마스크 패턴을 제거한다. 그리고 희생막의 식각으로 노출된 게이트 금속막을 식각하고, 제2절연막과 제1절연막을 차례로 식각하되, 식각되어 패터닝된 니켈막의 측벽과의 수직 연장선에서 제1절연막의 측벽이 더 식각되도록 한다. 이어서, 레이저 애블레이션 증착법으로 다이아몬드상 카본막을 형성하고, 패터닝된 니켈막과 그 상부의 다이아몬드상 카본막을 제거한다.기존의 전계방출소자의 몰리브데늄 또는 실리콘으로 바늘을 형성하는 방식은 복잡한 공정과 각각의 바늘 형태에 따른 불균일한 전계방출이 문제였으나, 전계방출 원인 음극의 형상을 바늘로 만들 필요가 없어 간단한 공정과정과 향상된 소자의 신뢰성을 갖춘 편평한 다이아몬드상 카본막을 전계방출소자로 이용하려는 연구가 활발해 졌다. 그러나 이 재료는 까다로운 패터닝으로 근접하게 게이트를 형성하기가 어렵고, 고전압을 걸어야만 전계방출 전류를 얻을 수 있기 때문에 제한적으로 이용되었다. 또한, 다이아몬드상 카본막을 형성하는 방법은 화학기상증착법이 일반적으로 이용되어 왔는데 원하는 소자 모양의 형성이 어려웠다. 그러나 본 기술의 전계방출소자 제조 방법은 다이아몬드상 카본막을 레이저 애블레이션 방법으로 증착하여 카본이 타겟 기판에 직선으로 날아가므로 새도우 마스크를 이용해 음극부분에만 다이아몬드상 카본막을 형성할 수 있다. 그리하여, 원하는 소자의 형태 그대로 각각의 화소로 패터닝이 가능하고, 게이트와 음극 부분이 단절되므로 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 마이크로미터의 거리에 게이트를 형성하여 낮은 전압이 게이트에 걸리더라도 전계방출 전류를 얻을 수있다. 즉, 본 기술은 다이아몬드상 카본막을 전계방출소자로 이용하여 실리콘 전계방출소자의 재료적인 단점을 보완하였고, 쉬운 공정으로 다이아몬드상 카본 음극에 게이트를 형성하여 낮은 전압으로 소자를 구동하며, 전계방출소자의 응용이 광범위해졌다. 또한, 다이아몬드상 카본막을 레이저 애블레이션 방법으로 증착하기 때문에, 다이아몬드상 카본막이 게이트 옆면에 붙지 않으므로 게이트와 음극 부분의 전기적 분리가 쉽다.