• Title/Summary/Keyword: 전계 방출

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재열처리가 탄소나노튜브 캐소드의 전계방출 특성에 미치는 영향

  • Ha, Sang-Hun;Gwon, Na-Hyeon;Jang, Ji-Ho;Jo, Yeong-Rae
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.02a
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    • pp.446-446
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    • 2010
  • 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)를 에미터 재료로 사용하여 전계방출 디스플레이 (FED, field emission display)용 캐소드(cathode)를 제작할 때 CNT paste를 구성하는 유기성 바인더를 제거하기 위한 열처리 공정은 필수적이며, 이후에 CNT의 돌출을 위한 표면처리 공정이 뒤따르게 된다. 이러한 표면처리에는 여러 가지 방법들이 있으며 캐소드 제작시 매우 중요한 부분이다. 그 이유는 열처리 과정을 거치게 되면 이물질들이 CNT를 감싸게 되는데 이는 전계방출을 방해하는 요소가 되기 때문에 이를 효과적으로 제거해주지 않으면 전계방출의 효율성이 떨어지기 때문이다. 본 연구는 스크린 인쇄법으로 제작한 CNT 캐소드의 표면처리에 관한 것으로 Tpae 방법을 이용하여 1차적으로 표면처리를 수행한 후 2차적으로 재열처리법을 이용하여 열처리 후 CNT를 감싸고 있는 이물질(ash, residue)등을 효과적으로 제거하였는지 전계방출 특성을 통하여 알아보았다.

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Patent Trend Report for Field Emission Display (FED) (전계 방출 디스플레이의 특허 동향 분석)

  • Jeong, In-Seong
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • 2008.06a
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    • pp.467-467
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    • 2008
  • 전계 방출 디스플레이는 CRT와 FPD(평판디스플레이)의 장점을 모두 갖춘 디스플레이로서 주목을 받고 있으며, 여러 국가와 많은 연구자들이 연구개발을 활발히 진행하고 있는 차세대 디스플레이 중 하나이다. 본 연구에서는 최근 차세대 디스플레이로서 연구가 활발히 진행되고 관심이 높아지고 있는 전계 방출 디스플레이의 특허 동항에 대하여 살펴보았다. 전계 방출 디스플레이 분야의 특허는 1994년과 1995년을 전후하여 출원이 급격하게 증가하고 있고, 최근에도 출원량이 증가하는 것으로 나타났다. 국가별 분포에서는 한국이 37%로 가장 높게 나타났고, 미국이 32%, 일본이 27%, 유럽이 4%의 순으로 나타났다. 특히 한국은 최근에도 다른 나라에 비해 특허 출원량이 가장 많은 것으로 분석되었다. 이는 최근 한국이 디스플레이 전체에 대해 세계적으로 주도하고 있는 경향을 반영하고 있다. 각 기술별 출원 동향을 보면, 캐소드가 주요 출원국가 전체에서 가장 높은 비율을 차지하고 있고, 진공실장, 구동회로, 애노드의 순서로 분석되었다. 전계 방출 디스플레이 분야의 주요 출원인을 살펴보면 삼성SDI가 압도적으로 많은 비율을 차지하였고, 그 뒤를 LG전자 및 Canon, 오리온전자, 마이크론 등이 주요 출원인으로 분석되었다. 국가별 분석 결과에서와 같이, 주요 출원인에서도 디스플레이 시장을 선도하는 삼성SDI, LG전자, Canon 등이 가장 많은 출원 비율을 차지하는 것을 알 수 있었다. 국가별 주요 출원인으로, 한국에서는 삼성SDI, LG전자, 오리온전자, 일본에서는 Canon, Sony, Toshiba였고, 미국에서는 마이크론과 ITRI, 유럽에서는 삼성SDI와 Sony로 분석되었다. 따라서, 전계 방출 디스플레이를 연구 하고자 하는 연구소나 기업에는 삼성SDI, LG전자, Canon, Sony 등의 연구 개발 상황 또는 특허 출원 상태를 면밀하게 분석할 필요가 있다. 캐소드의 전자방출원의 형성 형태로는 팁형이 가장 많고, CNT형, 평면형의 순서로 나타났다. 그러나, 한국에서는 전자방출원으로 CNT헝이 가장 많게 나타나므로서 다른 나라들과는 연구 개발 형태가 조금 다른 것으로 분석되었다. 전계 방출 디스플레이의 특허 동향을 분석한 결과, 한국이 일본, 미국, 유럽보다 더 활발하게 특허 출원하고 있는 것으로 분석되었고, 최근에도 다른 나라에 비해 활발하게 특허를 출원하고 있어 향후에도 디스플레이 시장은 한국에서 주도해 나갈 것으로 판단되었다. 주요 출원인으로는 삼성SDI, LG전자, Canon, Sony로 분석되었으며, 위와 같은 선진 기업 및 주요 출원인은 연구개발 및 특허 출원 상황을 면밀하게 검토할 필요가 있다.

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수소처리와 후성장층의 특성이 다이아몬드 박막의 전계방출 특성에 미치는 영향

  • 심재엽;송기문;이세종;백홍구
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2000.02a
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    • pp.96-96
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    • 2000
  • 화학증착법으로 증착된 다이아몬드 박막은 우수한 전기적 특성과 뛰어난 화학적, 열적 안정성 때문에 전계방출소재로 많은 관심을 불러 일으키고 있다. 다이아몬드 박막의 전계방출은 저전계에서 일어나는 것으로 알려져 있으며, 저전계방출의 원인을 규명하려는 많은 연구가 진행되어 왔다. 한편, 다이아몬드 박막의 전계방출전류는 금속기판의 사용에 의한 기판/다이아몬드 접촉의 개선, 다이아몬드 박막내의 흑연성분의 조절에 의한 구조변화, 보론이나 인 (P), 질소의 도핑, 수소 플라즈마나 cesium 등의 금속을 이용한 표면처리 등의 여러 방법에 의하여 향상된다는 것이 입증되었다. 그 외에 메탄과 대기 분위기 처리, 암모니아 분위기에서의 레이저 조사도 전계방출특성을 향상시키는 것으로 보고되었다. 그러나, 다이아몬드 박막의 성장후 구조적 특성이 다른 박막의 후성장이나 열분해된 운자수소 처리가 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향에 관한 연구는 지금까지 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장이 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향을 고찰하고 이로부터 그 원인을 규명하고자 하였다. 다이아몬드 박막은 hot-filament 화학증착법을 이용하여 증착하였다. 후성장한 다잉아몬드 박막내의 흑연성분과 박막의 두께를 체계적으로 조절하여 후성장 박막의 구조적 특성과 그 두께의 영향을 확인할 수 있었다. 후성장층내의 흑연성분과 두께가 증가할수록 전계방출특성은 향상되다가 저하되었다. 한편, 다이아몬드 박막을 성장시킨 후 수소분위기 처리를 함에 따라 전계방출특성은 향상되었지만 수소처리시간이 5분 이상으로 증가함에 따라 그 특성은 저하되었다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장시 나타나는 전계방출특성의 변화 원인을 규명하고자 한다.기판위에서 polymer-like Carbon 구조는 향상되는 경향을 보였다.0 mm인 백금 망을 마스크로 사용하여 실제 3차원 미세구조를 제작하여 보았다. 그림 1에서 제작된 구조물의 SEM 사진을 보여주었으며, 식각된 면의 조도가 매우 뛰어나며 모서리의 직각성도 우수함을 확인할 수 있다. 이와 같이 도출된 시험 조건을 기초로 하여 리소그래피 후에 전기 도금을 이용한 금속 몰드 제작 및 이온빔 리소그래피 장점을 최대한 살릴수 있는 미세구조 제작에 대한 연구를 계속 추진할 계획이다. 비정질 Si1-xCx 박막을 증착하여 특성을 분석한 결과 성장된 박막의 성장률은 Carbonfid의 증가에 따라 다른 성장특성을 보였고, Silcne(SiH4) 가스량의 감소와 함께 박막의 성장률이 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 줄어들어 성장률이 Silane가스량에 의해 지배됨을 볼 수 있다. UV-VIS spectrophotometer에 의한 비정질 SiC 박막의 투과도와 파장과의 관계에 있어 유리를 기판으로 사용했으므로 유리의투과도를 감안했으며, 유리에 대한 상대적인 비율 관계로 투과도를 나타냈었다. 또한 비저질 SiC 박막의 흡수계수는 Ellipsometry에 의해 측정된 Δ과 Ψ값을 이용하여 시뮬레이션한 결과로 비정질 SiC 박막의 두께를 이용하여 구하였다. 또한 Tauc Plot을 통해 박막의 optical band gap을 2.6~3.7eV로 조절할 수 있었다. 20$0^{\circ}C$이상으로 증가시켜도 광투과율은 큰 변화를 나타내지 않았다.부터

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Bias enhanced HFCVD법에 의한 amorphous carbon whisker 증착

  • Kwon, Min-Chul;Kim, Yong;Lee, Jae-Yeol;Park, Hong-Jun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2000.02a
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    • pp.92-92
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    • 2000
  • Ni을 coating 하지 않은 Si 기판에 바이어스를 인가하여 기존의 아이아몬드 결정입자가 아닌 탄소 튜브와 유사한 whisker 형태의 탄소 막을 Hot filament CVD 법으로 증착하였다. 제작된 시료는 SEM, Raman, 그리고 XRD로 형상과 성분, 그리고 결정구조를 분석하여 전계 방출 소자로 이용하기 위한 기본적인 전계방출 특성을 조사하였다. Raman 스펙트럼에 의한 조사 결과 whisker의 구성성분은 비정질 흑연임을 확인하였다. 증착 시 바이어스 전압이 높아짐에 따라 whisker의 형태가 가늘고 길어지는 경향을 보였으며 CH4 농도와 기판 온도가 증가할수록 whisker의 지금이 커지는 현상을 나타내었다. 방출전류밀도는 가늘고 긴 whisker 일수록 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 NH3를 첨가한 결과 매우 뾰족한 원뿔의 형태로 증착되었으며 구동전압이 2 V/$\mu$m의 낮은 값을 나타내었다. 따라서 whisker를 전계 방출 소자로 사용할 경우 구성성분이 흑연이며 그 형태가 침상 또는 원뿔이므로 구동전압이 낮아지고 방출 전류가 증가하는 등 향상된 전계 방출 특성을 나타내었다.

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Characterization of field emission behavior from vitreous carbon (유리화 비정형 탄소의 전계방출 거동)

  • 안상혁;이광렬;은광용
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.9 no.2
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    • pp.122-129
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    • 2000
  • Field emission behavior from vitreous carbon powders deposited on Mo coated glass by electro-phoretic method was investigated. Although the vitreous carbon has only $sp^2$ hybridized carbon bond, we could observe an excellent field emission behavior. Reproducible electron emission was observed without initiation process which is known to be needed in most carbon cathode materials. Critical electric field for electron emission was in the range from 3 to 4 MV/m. The effective work function was estimated to be about 0.06 eV, as obtained from the slope of Fowler-Nordheim plot. The stability of the emission behavior characterized by repeated I-V measurements, was much superior to the Si tips. We observed the possibility of full area light emission in vitreous carbon materials. This results showed that the field emission is not intimately related to the $sp^3$ hybridization of carbon, but the electrical properties of cathod/electrode interface or the conductivity of the cathode materials which required for the electron transport to the cathode surface.

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Fabrication of triode type Ti-silicided field emission tip array (3극 티타늄 실리사이드 전계방출 팁 어레이의 제작)

  • Ohm, Woo-Yong
    • 전자공학회논문지 IE
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    • v.44 no.3
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    • pp.1-5
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    • 2007
  • A new field emission tip array was realized by Ti silicidation of Ti coated Si tip, which has long term durability, chemical stability, and high emission current density. The fabricated Ti silicided FE tip array under high vacuum condition of about $10^{-8}Torr$ shows that the turn-on voltage is about 40V and the emission current is about $69{\mu}A$ when the bias of 150V is applied between anode and cathode of $100{\mu}m$ distance.

Analysis of Space Charge Propagation in a Dielectric Liquid Employing Field-Thermal Electron Emission Model and Finite Element Method (유한요소법과 전계-열전자 방출 모델에 의한 절연유체 내 공간전하 전파해석)

  • Lee, Ho-Young;Lee, Se-Hee
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • 2009.07a
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    • pp.1406_1407
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    • 2009
  • Fowler-Nordheim의 전자 방출과 열전자 방출 메카니즘을 이용하여 절연유체 내 전계에 의한 도체의 음극에서 전자 방출현상과 열에 의한 열전자 방출현상을 고려하고 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 해석하였다. 절연유체 내 공간전하에 대한 해석기법으로 푸아송 방정식, 양이온, 음이온, 전자에 대한 전하연속 방정식, 온도에 대한 열 확산 방정식으로 이루어진 5개의 지배방정식에 Fowler-Nordheim의 전계 방출과 Richardson-Dushman의 열전자 방출을 경계조건으로 부여하였다. 단자 전류는 유한요소법과 잘 부합하는 에너지법으로 계산되었다. 쌍 곡선형 PDE의 공간전하 전파에 대한 지배 방정식은 일반적으로 수치적인 불안정성을 가지므로 인공 확산 항을 고려하여 이를 해결하였다. 제안된 해석법은 세 개의 캐리어를 가진 x-y 좌표축의 2차원 평판 모델에 적용하여 그 유효성을 확인하였다.

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Field emission characteristics of carbon nanotubes synthesized by thermal chemical vapor deposition under pulse conditions (열화학기상합성한 탄소나노튜브의 pulse에 따른 전계방출 특성)

  • 김범권;공병윤;선전영;이내성;김하진;한인택;김종민
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2003.03a
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    • pp.123-123
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    • 2003
  • 탄소나노튜브는 지금까지의 많은 연구를 통해 다양한 분야에 대한 응용 가능성이 확인되었으며, 그 중에서도 특히 탄소나노튜브를 이용한 전계방출표시소자(carbon nanotube field emission display, CNT-FED)는 상용화를 눈앞에 두고 있는 상황이다. 본 연구에서는 탄소나 노튜브를 합성할 수 있는 여러 가지 방법 중에서 열화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition, thermal CVD)을 이용하여 유리기판 위에 탄소나노튜브를 합성하였다. Electron beam evaporation으로 유리기판 위에 전극층으로 Cr을 150nm를 증착하고 연속하여 촉매층인 Invar(Fe-53%Ni-6%Co 합금)를 10nm의 두께로 형성하였다. 사진식각으로 Cr층을 line 패턴한 후 Cr line 내의 Invar층을 line 및 dot 패턴하였다. 나노튜브 합성을 위해 480-58$0^{\circ}C$까지 진공분위기 또는 질소 분위기에서 20분간 승온한 후 CO(150sccm)와 H$_2$(1200sccm)를 주입하여 20분간 성장시키고 질소 분위기에서 냉각시켰다. 성장된 탄소나노튜브는 SEM, TEM, Raman spectroscopy 등을 통하여 구조 및 형상분석을 하였다. 진공승온의 경우 탄소불순물인 a-C이 많은 양 증착 되었으며 탄소나노튜브는 온도에 따라 1-5$\mu\textrm{m}$의 두께로 성장하였으나, 질소분위기 승온의 경우는 a-C이 거의 증착되지 않았으며 나노튜브의 두께가 10-20$\mu\textrm{m}$였다. 본 연구에서는 diode구조를 갖는 탄소나노튜브 에미터의 수명예측을 위해 여러 가지 가속측정조건에서 전계방출 특성을 연구하였다. Anode와 cathode 간의 간격을 400$\mu\textrm{m}$로 유지한 diode 구조에 대해 $10^{-6}$ torr 이하의 진공에서 전계방출을 측정하였다. 100 line의 에미터를 60Hz의 주파수에서 1/100 duty로 구동하였으며, duty비 증가에 따라 pulse의 on-time을 고정하고 frequency를 변화시켰다. dc까지 duty비가 증가됨에 따라 방출전류의 양이 선형적으로 증가하였다. 전압을 일정하게 고정시키고 각 duty비에서 시간에 따라 방출전류를 측정한 결과 duty비가 높을수록 방출전류가 시간에 따라 급격히 감소하였다. 각 duty비에서 방출전류의 양이 1/2로 감소하는 시점을 에미터의 수명으로 볼 때 duty비 대 에미터 수명관계를 구해 높은 duty비에서 전계방출을 시킴으로써 실제의 구동조건인 낮은 duty비에서의 수명을 단시간에 예측할 수 있었다.

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Thermo-Field emission in silicon nanomembrane ion detector for mass spectrometry (실리콘 나노 박막의 열-전계 방출효과를 이용한 분자 질량분석)

  • Park, Jong-Hoo
    • Journal of the Korean Applied Science and Technology
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    • v.30 no.4
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    • pp.586-591
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    • 2013
  • This paper describes the characteristics of thermo-field emission in a freestanding silicon nanomembrane under ion bombardment with various thermal and field conditions. The thermal effect and field effect in thermo-field emission in silicon nanomembrane are investigated by varying kinetic energy of ions and electric field applied to the silicon nanomembrane surface, respectively. We found that thermo-field emission increases linearly as the electric field increases, when the electric field intensity is lower than the threshold. The thermo-field emission (schottky effect) increases proportionally to the power of temperature, which agree well with the predictions of a thermo-field emission model.

Fabrication of New Ti-silicide Field Emitter Array with Long Term Durability (Ti-실리사이드를 이용한 새로운 고내구성 전계방출소자의 제작)

  • Jang, Ji-Geun;Baek, Dong-Gi;Yun, Jin-Mo;Yun, Jin-Mo;Im, Seong-Gyu;Jang, Ho-Jeong
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.8 no.1
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    • pp.10-12
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    • 1998
  • Si FEA 로부터 tip의 표면을 Ti금속으로 silicidation한 새로운 2극형 Ti-실리사이드 FEA를 제작하고 이의 전계방출 특성을 Si FEA의 경우와 비교하였다. 양극과 음극간의 거리를 10$\mu\textrm{m}$로 유지하고 $10^{-8}$Torr의 고진공 상태에서 측정한 실리사이드 FEA의 turn-on전압은 약 40V로, 전계방출전류와 정상상태 전류 변동율은 150V의 바이어스 아래에서 약 3x$10^{-2}$ $\mu$A/tip와 0.1%min로 나타났다. Ti-실리사이드 FEA는 Si FEA에 비해 낮은 turn-on 전압, 높은 전계방출전류 및 고내구특성을 나타내었다.

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