シリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子及びその製造方法
【課題】ディスプレイ及び高効率ランプ分野に適用可能な電界放出素子及びその製造方法に関するものである。
【解決手段】本発明は、基板とアノードが具備され、ディスプレイ分野と高効率ランプに使用する電界放出素子の製造方法において、基板の上部に金属触媒をコーティングする段階と；前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層を形成する段階と；前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤーを成長させる段階；とを含んでなる。本発明は、ドーピング過程と尖った形状を作るための過程を省略して、生産工程の短縮で生産費を節減することができ、少ない電圧で放出電流を増大させることができて性能の向上を図り、物理的蒸着と化学的蒸着方法すべてを適用してシリサイドナノワイヤーを成長させることができるので、適用範囲を拡張させることができる。
【解決手段】本発明は、基板とアノードが具備され、ディスプレイ分野と高効率ランプに使用する電界放出素子の製造方法において、基板の上部に金属触媒をコーティングする段階と；前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層を形成する段階と；前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤーを成長させる段階；とを含んでなる。本発明は、ドーピング過程と尖った形状を作るための過程を省略して、生産工程の短縮で生産費を節減することができ、少ない電圧で放出電流を増大させることができて性能の向上を図り、物理的蒸着と化学的蒸着方法すべてを適用してシリサイドナノワイヤーを成長させることができるので、適用範囲を拡張させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子及びその製造方法に関するもので、より詳細には、シリコンと金属触媒を合成して電気伝導性の優秀な金属シリサイドを形成し、金属の拡散を介してシリサイドナノワイヤーを成長させて、ディスプレイ及び高効率ランプ分野に適用可能な電界放出素子及びその製造方法に関するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
情報通信技術の急速な発達と多様化される情報の視覚化要求によって、電子ディスプレイの需要は更に増加し、要求されるディスプレイの姿も多様になっており、最近は電界放出を利用した素子がディスプレイ分野に適用されながら、大きさ及び電力消耗を減少させながらも、高い解像度を提供する薄膜ディスプレイの開発が活発になっている。
【０００３】
前記電界放出素子ディスプレイは、電極構造が簡単で、ＣＲＴのような原理で高速動作が可能であり、無限大のカラー、無限大のグレースケール、高い輝度、高いビデオ（Video rate）速度などディスプレイが有するべき長点を一様に有している。
【０００４】
このようなディスプレイに適用される電界放出素子は、電子放出源であるエミッタと、放出された電子が衝突して発光するアノード部、前記エミッタに電源を供給するカソード電極とを含んで構成される。
【０００５】
このように、電子を放出するためのエミッタの形状は、伝導性が低い物性を利用する時、必需的にドーピング過程が行われなければならず、また尖った形状を作るための工程が追加的に行われなければならない。つまり、伝導性の低い物質を電界放出素子に適用するためには、物理的工程を通じて尖った形状を作り、効率を高めるためのドーピングが必需的である。従って、多くの工程を必要とせず、望みの電界放出素子の形状を有する一次元ナノ素材（1-Dimensional nanostructure）が電界放出素子として注目を受けている。また、導電性のよい金属性のナノ素材を利用する場合、効率を高めるために使用されるドーピング工程あるいは金属コーティングの過程を必要としないので、工程の簡便化及び電界放出素子‐エミッタ（Emitter）の損傷を減らすことができるので、工程及び信頼性を向上させることができて、金属性ナノ素材を利用した電界放出素子に対する研究が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解消するための本発明のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子及びその製造方法は、
基板とアノードが具備され、ディスプレイ分野と高効率ランプに使用する電界放出素子の製造方法において、基板の上部に金属触媒をコーティングする段階と；前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層を形成する段階と；前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤーを成長させる段階；とを含んでなる。
【０００７】
また、前記方法によって製造されたナノワイヤーを有する電界放出素子は、成長されたナノワイヤーが、シリサイド層と接する下端は広い面を有し、成長された上端部は尖った円錐形態に形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
以上で詳細に記述したように、本発明のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子及びその製造方法は、
金属触媒を利用して優秀な結晶質に成長された高伝導性のナノ素材を利用して電界放出素子を製造するのだが、ここでドーピング過程と尖った形状を作るための過程を省略して、生産工程の短縮で生産費を節減することができ、小さな電圧で放出電流を増大させることができて性能の向上を図り、物理的蒸着と化学的蒸着方法すべてを適用してシリサイドナノワイヤーを成長させることができるので、適用範囲を拡張させることができる。ナノワイヤー成長の基底層を形成するニッケルシリサイド層は、電気的に伝導が優秀なので、これを伝導性電極に使用することができるため、回路構成に容易性を提供することができ、絶縁基板を使用する時も、付加的な電極の形成の必要なく、シリサイド層を使用すれば電界放出特性を確保できて、ディスプレイ及び高効率ランプ分野に適用可能な有用な製品及び製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明すると、次のとおりである。
【００１０】
本発明のシリサイドナノワイヤー５０を有する電界放出素子１０の製造方法は、図１と図２に示したように、基板２０上部に金属触媒をコーティングする段階と；前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層３０を形成する段階と；前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤー５０を成長させる段階；とを含んでなる。
【００１１】
前記基板２０は、導電体や非導電体すべて使用可能であり、基板２０の上部には、伝導性の優秀なニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウムからなる群から一種選択した金属が含まれた金属触媒をコーティングする。
【００１２】
ここで、前記基板２０は、シリコンウェーハの上部面にシリコン層を形成し、前記シリコン層を金属触媒と反応させて伝導性の優秀な金属シリサイド層３０を形成するようにするのが好ましい。前記反応は、安定的なシリサイド形状（Phase）を確保し、金属シリサイド層のOhmic特性を確保するために、２００〜９００℃温度下で行われるのが好ましい。
【００１３】
また、前記シリサイドナノワイヤー５０の成長方式は、物理的方式（PVD, physical vapor deposition）及び化学的方式（CVD, chemical vapor deposition）によって成長されることができる。例えば、前記CVDの場合、SiH４：シラン、及びSi２H６ジシランを利用し、1-500SCCMのガス流入速度で反応をさせ、この時温度は２００−５００℃でシリサイドナノワイヤーを成長させる。また、PVDの場合、固体シリコンSourceをスパッタリングなどの物理的方式を利用して４００−７００℃の温度でナノパーティクル形態に供給して反応させ、成長が行われるようにする。
【００１４】
前記のように、金属シリサイド層３０上に成長されたシリサイドナノワイヤー５０は、金属シリサイド層と接する下端が広い面を有し、成長された上端部は尖った円錐形態に形成され、尖頭での電界印加を増加させた優秀な電界放出素子になる。電界放出のための回路は、シリサイドナノワイヤーから放出された電子がアノード４０に接続する形態に駆動される。低抵抗の金属シリサイド層３０は、導電性のカソードに使用されることができるので、導電性基板だけでなく、非導電性の基板を使用可能にする。導電性基板の場合、金属シリサイド層と基板がオーミック接合が行われ、基板２０自体または金属シリサイド層３０をカソードに利用することができ、非導電性の基板の場合は、金属シリサイド層３０をカソードに利用することができるので、基板の利用及び選択性を向上させることができる。
【００１５】
図３ａは、非導電性であるSi（SiO２-coated）基板上にシリサイドナノワイヤーを成長させたイメージで、図３ｂは、導電性のタングステン（W）基板上にシリサイドナノワイヤーを成長させたイメージで、基板の種類と関係なく、シリサイドナノワイヤーが成長されることが分かる。
【００１６】
図４は、図３ａと図３ｂの各々の基板で成長したシリサイドナノワイヤーに関するX-rayスペクトラム分析グラフで、お互い異なる基板の成分を明確に見せている。
【００１７】
図５は、本発明によって製作されたシリサイドナノワイヤーの電界放出特性を示している。電界増倍係数（Field enhancement factor）は、一般的なシリコンチップを使用する時より大きく増大され、導電基板の場合３１８０、非導電基板の場合も３００２を有する。また、このように均一な数値の電界増倍係数は、シリサイドナノワイヤーの均一性から起因すると見られる。導電性基板あるいは金属シリサイド層をカソードに使用した場合は、非導電性の基板をカソードに使用した時より放出臨界電圧（Turn-on voltage）が大きく減少され、放出電流では大きな増加を見せた。これは非導電性基板を利用すれば、電界放出時にはOxide/semiconductorで生じる電圧降下による損失が発生して放出電界の減少結果をもたらすが、導電性基板あるいは金属シリサイド層を使用する場合は、Metal/Oxide/Semiconductorの構造から発生されるOxide層及び基板での電圧減圧が発生しないためである。
【００１８】
一方、前述した例は、本発明を説明するための例に過ぎず、従って本発明が属する技術分野で通常的な専門家が本詳細な説明を参照して部分変更使用したものも本発明の範囲に属するのは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子製造過程のフローチャートである。
【図２】本発明によるシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子の製造工程図である。
【図３】成長されたシリサイドナノワイヤーのイメージである。
【図４】図３aと図３bのナノワイヤーのＸ−ｒａｙスペクトラム分析グラフである。
【図５】本発明によるナノワイヤーの電場による電流密度を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１０：電界放出素子
２０：基板
３０：金属シリサイド層
４０：アノード
５０：シリサイドナノワイヤー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子及びその製造方法に関するもので、より詳細には、シリコンと金属触媒を合成して電気伝導性の優秀な金属シリサイドを形成し、金属の拡散を介してシリサイドナノワイヤーを成長させて、ディスプレイ及び高効率ランプ分野に適用可能な電界放出素子及びその製造方法に関するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
情報通信技術の急速な発達と多様化される情報の視覚化要求によって、電子ディスプレイの需要は更に増加し、要求されるディスプレイの姿も多様になっており、最近は電界放出を利用した素子がディスプレイ分野に適用されながら、大きさ及び電力消耗を減少させながらも、高い解像度を提供する薄膜ディスプレイの開発が活発になっている。
【０００３】
前記電界放出素子ディスプレイは、電極構造が簡単で、ＣＲＴのような原理で高速動作が可能であり、無限大のカラー、無限大のグレースケール、高い輝度、高いビデオ（Video rate）速度などディスプレイが有するべき長点を一様に有している。
【０００４】
このようなディスプレイに適用される電界放出素子は、電子放出源であるエミッタと、放出された電子が衝突して発光するアノード部、前記エミッタに電源を供給するカソード電極とを含んで構成される。
【０００５】
このように、電子を放出するためのエミッタの形状は、伝導性が低い物性を利用する時、必需的にドーピング過程が行われなければならず、また尖った形状を作るための工程が追加的に行われなければならない。つまり、伝導性の低い物質を電界放出素子に適用するためには、物理的工程を通じて尖った形状を作り、効率を高めるためのドーピングが必需的である。従って、多くの工程を必要とせず、望みの電界放出素子の形状を有する一次元ナノ素材（1-Dimensional nanostructure）が電界放出素子として注目を受けている。また、導電性のよい金属性のナノ素材を利用する場合、効率を高めるために使用されるドーピング工程あるいは金属コーティングの過程を必要としないので、工程の簡便化及び電界放出素子‐エミッタ（Emitter）の損傷を減らすことができるので、工程及び信頼性を向上させることができて、金属性ナノ素材を利用した電界放出素子に対する研究が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解消するための本発明のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子及びその製造方法は、
基板とアノードが具備され、ディスプレイ分野と高効率ランプに使用する電界放出素子の製造方法において、基板の上部に金属触媒をコーティングする段階と；前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層を形成する段階と；前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤーを成長させる段階；とを含んでなる。
【０００７】
また、前記方法によって製造されたナノワイヤーを有する電界放出素子は、成長されたナノワイヤーが、シリサイド層と接する下端は広い面を有し、成長された上端部は尖った円錐形態に形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
以上で詳細に記述したように、本発明のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子及びその製造方法は、
金属触媒を利用して優秀な結晶質に成長された高伝導性のナノ素材を利用して電界放出素子を製造するのだが、ここでドーピング過程と尖った形状を作るための過程を省略して、生産工程の短縮で生産費を節減することができ、小さな電圧で放出電流を増大させることができて性能の向上を図り、物理的蒸着と化学的蒸着方法すべてを適用してシリサイドナノワイヤーを成長させることができるので、適用範囲を拡張させることができる。ナノワイヤー成長の基底層を形成するニッケルシリサイド層は、電気的に伝導が優秀なので、これを伝導性電極に使用することができるため、回路構成に容易性を提供することができ、絶縁基板を使用する時も、付加的な電極の形成の必要なく、シリサイド層を使用すれば電界放出特性を確保できて、ディスプレイ及び高効率ランプ分野に適用可能な有用な製品及び製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明すると、次のとおりである。
【００１０】
本発明のシリサイドナノワイヤー５０を有する電界放出素子１０の製造方法は、図１と図２に示したように、基板２０上部に金属触媒をコーティングする段階と；前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層３０を形成する段階と；前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤー５０を成長させる段階；とを含んでなる。
【００１１】
前記基板２０は、導電体や非導電体すべて使用可能であり、基板２０の上部には、伝導性の優秀なニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウムからなる群から一種選択した金属が含まれた金属触媒をコーティングする。
【００１２】
ここで、前記基板２０は、シリコンウェーハの上部面にシリコン層を形成し、前記シリコン層を金属触媒と反応させて伝導性の優秀な金属シリサイド層３０を形成するようにするのが好ましい。前記反応は、安定的なシリサイド形状（Phase）を確保し、金属シリサイド層のOhmic特性を確保するために、２００〜９００℃温度下で行われるのが好ましい。
【００１３】
また、前記シリサイドナノワイヤー５０の成長方式は、物理的方式（PVD, physical vapor deposition）及び化学的方式（CVD, chemical vapor deposition）によって成長されることができる。例えば、前記CVDの場合、SiH４：シラン、及びSi２H６ジシランを利用し、1-500SCCMのガス流入速度で反応をさせ、この時温度は２００−５００℃でシリサイドナノワイヤーを成長させる。また、PVDの場合、固体シリコンSourceをスパッタリングなどの物理的方式を利用して４００−７００℃の温度でナノパーティクル形態に供給して反応させ、成長が行われるようにする。
【００１４】
前記のように、金属シリサイド層３０上に成長されたシリサイドナノワイヤー５０は、金属シリサイド層と接する下端が広い面を有し、成長された上端部は尖った円錐形態に形成され、尖頭での電界印加を増加させた優秀な電界放出素子になる。電界放出のための回路は、シリサイドナノワイヤーから放出された電子がアノード４０に接続する形態に駆動される。低抵抗の金属シリサイド層３０は、導電性のカソードに使用されることができるので、導電性基板だけでなく、非導電性の基板を使用可能にする。導電性基板の場合、金属シリサイド層と基板がオーミック接合が行われ、基板２０自体または金属シリサイド層３０をカソードに利用することができ、非導電性の基板の場合は、金属シリサイド層３０をカソードに利用することができるので、基板の利用及び選択性を向上させることができる。
【００１５】
図３ａは、非導電性であるSi（SiO２-coated）基板上にシリサイドナノワイヤーを成長させたイメージで、図３ｂは、導電性のタングステン（W）基板上にシリサイドナノワイヤーを成長させたイメージで、基板の種類と関係なく、シリサイドナノワイヤーが成長されることが分かる。
【００１６】
図４は、図３ａと図３ｂの各々の基板で成長したシリサイドナノワイヤーに関するX-rayスペクトラム分析グラフで、お互い異なる基板の成分を明確に見せている。
【００１７】
図５は、本発明によって製作されたシリサイドナノワイヤーの電界放出特性を示している。電界増倍係数（Field enhancement factor）は、一般的なシリコンチップを使用する時より大きく増大され、導電基板の場合３１８０、非導電基板の場合も３００２を有する。また、このように均一な数値の電界増倍係数は、シリサイドナノワイヤーの均一性から起因すると見られる。導電性基板あるいは金属シリサイド層をカソードに使用した場合は、非導電性の基板をカソードに使用した時より放出臨界電圧（Turn-on voltage）が大きく減少され、放出電流では大きな増加を見せた。これは非導電性基板を利用すれば、電界放出時にはOxide/semiconductorで生じる電圧降下による損失が発生して放出電界の減少結果をもたらすが、導電性基板あるいは金属シリサイド層を使用する場合は、Metal/Oxide/Semiconductorの構造から発生されるOxide層及び基板での電圧減圧が発生しないためである。
【００１８】
一方、前述した例は、本発明を説明するための例に過ぎず、従って本発明が属する技術分野で通常的な専門家が本詳細な説明を参照して部分変更使用したものも本発明の範囲に属するのは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子製造過程のフローチャートである。
【図２】本発明によるシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子の製造工程図である。
【図３】成長されたシリサイドナノワイヤーのイメージである。
【図４】図３aと図３bのナノワイヤーのＸ−ｒａｙスペクトラム分析グラフである。
【図５】本発明によるナノワイヤーの電場による電流密度を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１０：電界放出素子
２０：基板
３０：金属シリサイド層
４０：アノード
５０：シリサイドナノワイヤー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板２０とアノード４０が具備され、ディスプレイ分野と高効率ランプに使用する電界放出素子の製造方法において、
基板２０の上部に金属触媒をコーティングする段階と；
前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層３０を形成する段階と；
前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤー５０を成長させる段階；とを含んでなることを特徴とするシリサイドナノワイヤーを有した電界放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記金属シリサイド層３０を形成する段階は、２００〜９００℃の温度下で行われることを特徴とする請求項１に記載のシリサイドナノワイヤーを有した電界放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記金属触媒は、ニッケル、コバルト、鉄（Fe）、パラジウム（Pd）、白金（Pt）からなる群から選択使用されることを特徴とする請求項１に記載のシリサイドナノワイヤーを有した電界放出素子の製造方法。
【請求項４】
基板に金属触媒をコーティングし、これをシリコンと反応させて金属シリサイド層を形成し、ここに金属を拡散させてシリサイドナノワイヤーを成長させる製造方法によって製造された基板とアノードが具備される電界放出素子において、
前記基板２０上部に形成された金属シリサイド層３０と、前記金属シリサイド層上部に形成されたシリサイドナノワイヤー５０とを有することを特徴とするシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【請求項５】
前記シリサイドナノワイヤー５０は、金属シリサイド層３０と接する下端は広い面を有し、成長された上端部は尖った円錐形態に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【請求項６】
前記基板２０は、非導電体を使用し、金属シリサイド層３０をカソードに使用することを特徴とする請求項４に記載のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【請求項７】
前記基板２０は、導電体を使用し、金属シリサイド層３０は、導電体基板とオーミック接合が行われ、基板と金属シリサイド層をカソードに使用することを特徴とする請求項４に記載のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【請求項１】
基板２０とアノード４０が具備され、ディスプレイ分野と高効率ランプに使用する電界放出素子の製造方法において、
基板２０の上部に金属触媒をコーティングする段階と；
前記金属触媒をシリコンと反応させて金属シリサイド層３０を形成する段階と；
前記金属シリサイド層の上に金属拡散でシリサイドナノワイヤー５０を成長させる段階；とを含んでなることを特徴とするシリサイドナノワイヤーを有した電界放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記金属シリサイド層３０を形成する段階は、２００〜９００℃の温度下で行われることを特徴とする請求項１に記載のシリサイドナノワイヤーを有した電界放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記金属触媒は、ニッケル、コバルト、鉄（Fe）、パラジウム（Pd）、白金（Pt）からなる群から選択使用されることを特徴とする請求項１に記載のシリサイドナノワイヤーを有した電界放出素子の製造方法。
【請求項４】
基板に金属触媒をコーティングし、これをシリコンと反応させて金属シリサイド層を形成し、ここに金属を拡散させてシリサイドナノワイヤーを成長させる製造方法によって製造された基板とアノードが具備される電界放出素子において、
前記基板２０上部に形成された金属シリサイド層３０と、前記金属シリサイド層上部に形成されたシリサイドナノワイヤー５０とを有することを特徴とするシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【請求項５】
前記シリサイドナノワイヤー５０は、金属シリサイド層３０と接する下端は広い面を有し、成長された上端部は尖った円錐形態に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【請求項６】
前記基板２０は、非導電体を使用し、金属シリサイド層３０をカソードに使用することを特徴とする請求項４に記載のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【請求項７】
前記基板２０は、導電体を使用し、金属シリサイド層３０は、導電体基板とオーミック接合が行われ、基板と金属シリサイド層をカソードに使用することを特徴とする請求項４に記載のシリサイドナノワイヤーを有する電界放出素子。
【図１】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１０５０４９（Ｐ２００９−１０５０４９Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０４３４（Ｐ２００８−２７０４３４）
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（５９８０２６２６４）韓国機械研究院 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（５９８０２６２６４）韓国機械研究院 (12)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]