Nanotechnology Research Division [Yoshikawa Hiroyuki 회장] (이하 "AIST"라고 불리는) [독립 행정 기관인 Yokoyama Hiroyuki 회장]은 실리콘 칩의 끝에서 시작했습니다Carbon Nanotube성장바카라 이미 터그리드 구조 (전극)4V의 저전압에서 형성전자 배출이것은 실리콘 또는 금속으로 만든 기존의 바카라 이미 터보다 1/100 ~ 1/10의 낮은 전압입니다 이것은 "바카라 이미 터 (바카라 이미 터 디스플레이8585_8665
○ 이전 바카라 이미지가 고전압이 필요합니다
제안 된 바카라 이미 터는 실리콘에서 특수 에칭을 수행하거나 금속을 각도로 회전시킴으로써 전자를 방출하는 가파른 원뿔형 모양을 형성하는 특수한 방법을 사용하여 형성됩니다 이 방법은 인공 미세 가축을 사용하여 20-30의 가파른 콘 모양의 팁 크기를 허용합니다nm그것을보다 적거나 동일하게 만드는 것은 불가능했습니다
전자를 방출 할 수있는 전압은 팁이 더 가파르면서 감소하지만, 기존의 바카라 이미터는 20 ~ 30 nm 크기의 경우 100V 이상의 전압을 방출 전자에 적용해야합니다
○ 기존의 "탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"는 제작하기가 어려웠고 고전압이 필요했습니다
탄소 나노 튜브의 사용은이 문제를 해결하기위한 방법으로 제안되고 구현되었습니다 탄소 나노 튜브는 직경이 1 ~ 10 nm 인 매우 얇으므로 가장 적합한 이미 터 재료입니다 그러나, 탄소 나노 튜브의 형성 위치를 제어하는 것은 극히 어렵고, 일반적으로, 전계 방출기는 다량의 탄소 나노 튜브가 접착제에 혼합 된 다음 기판에 붙여 넣는 매우 원시적 인 방법을 사용하여 실현되었다 이 방법을 사용하면 바카라 이미 터의 정확한 구조를 제어하기가 어렵고 전자 방출을 위해 ~ 1000V 이상의 전압을 적용해야합니다
○ "그리드 구조를 가진 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"가 제조되고 전자 방출이 4V에서 성공적으로 방출되었습니다
AIST는 실리콘 칩 끝에서 탄소 나노 튜브를 재배하는 기술을 개발했으며, 전자를 방출하기가 더 쉬운 그리드 전극을 형성함으로써 단지 4V의 초 저전압에서 전자 방출을 달성했습니다 이것은 낮은 전압으로, 실리콘 또는 금속으로 만든 기존의 바카라 이미지에 비해 1/100 ~ 1/10입니다 이 "그리드 전극이있는 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"가 평평한 패널 디스플레이에 적용되면 기존 모델보다 1 ~ 2 배 낮은 전력 소비로 작동 할 수 있으며 휴대용 장치에 대한 응용 프로그램도 시력이되었다고 말할 수 있습니다
바카라 이미 터는 전자를 방출하기 위해 뾰족한 실리콘 또는 금속의 끝에 강한 전기장을 적용하는 요소입니다 방출 된 전자는 형광 플레이트에 적용되어 형광판을 만들 수 있으며, 따라서 평평한 패널 디스플레이 등에 적용될 것으로 예상됩니다 그러나, 기존의 바카라 방출기에서, 실리콘 또는 금속을 인위적으로 선명하게하기 위해, 팁 직경은 20-30 nm에서 크기 때문에 ~ 1000V 이상의 전압이 적용되지 않는 한 전자 방출은 달성 될 수 없다 또한 미세 처리의 변화로 인해 날카로운 실리콘 및 금속의 팁 생산으로 인해 수율이 좋지 않아 바카라 이미지의 실제 적용에 큰 방해가되었습니다
이러한 문제에 대해 탄소 나노 튜브를 사용하는 것이 조기에 제안되었습니다 탄소 나노 튜브는 직경이 1 내지 10 nm 인 미세한 구조를 가지기 때문에 바카라에 적용하기에 최적으로 간주되었다 그러나 매우 미세한 구조로 인해 처리하기가 매우 어렵고 응용 프로그램에 필수적인 위치를 지정하는 것은 특히 어렵습니다 이러한 이유로, 전계 방출기는 다량의 탄소 나노 튜브가 접착제에 혼합 된 다음 기판에 붙여 넣는 매우 원시적 인 방식으로 형성되었다 그러나이 방법을 사용하면 바카라 이미 터의 정확한 장치 구조를 제어하기가 어렵고 전자 방출을 위해 ~ 1000V 이상의 전압을 적용해야합니다
바카라 이미지를 실질적으로 사용하기 위해서, 탄소 나노 튜브의 형성 위치를 정확하게 제어하고 저전압에서 전자 방출을 가능하게하는 것이 필수적이었다 이러한 상황에 비추어 AIST는 탄소 나노 튜브를 재배하고 서로 가까이있는 그리드 전극을 형성하여 더 낮은 전압에서 전자 방출을 허용하는 기술을 연구하고 개발해 왔습니다
AIST는 그리드 전극이있는 실리콘 칩 끝에서 탄소 나노 튜브를 재배함으로써 초 저전압을 작동시킬 수있는 "탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"를 성공적으로 개발했습니다
《구조》
그림 1은 "그리드 전극이있는 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"의 구조를 보여줍니다 실제 장치는 10,000 "Carbon Nanotube Field Emitters"로 구성되며 그림은 그 중 하나의 단면 구조를 보여줍니다 구조는 자체 정렬로 형성된 자체 정렬 금속 그리드 전극을 갖는 근위 실리콘 팁으로 형성된다 촉매로부터 성장한 단일 벽 탄소 나노 튜브는 실리콘 칩의 끝에서 형성된다 실리콘 팁의 팁 직경은 일반적으로 20 ~ 30 nm이지만 특히 가파르게 될 필요는 없습니다 단일 벽 탄소 나노 튜브의 직경은 1 ~ 2 nm이며, 실리콘 팁의 팁 직경보다 적어도 하나의 크기의 크기의 팁이 있습니다 그리드 전극은이 극도로 얇은 탄소 나노 튜브의 끝에 가깝게 형성되기 때문에, 탄소 나노 튜브 끝의 전기장 농도는 적은 전압으로 매우 높습니다
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그림 1 : "그리드 전극이있는 Carbon Nanotube 바카라 이미 터"의 한 방출기의 단면 구조 다이어그램
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그림 2는 실제로 제작 된 "그리드 전극이있는 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"의 전자 현미경 사진입니다 무화과 2 (a)는 위에서 관찰 된 그리드 전극을 보여준다 그리드 전극에는 둥근 구멍이 있으며, 뾰족한 실리콘 팁이 그 안에 볼 수 있습니다 (각도, 구멍의 중심 및 실리콘 팁 끝의 중심에서 가져 왔을 때 약간 꺼질 수 있습니다) 이 실리콘 칩의 끝은 확대 된 방식으로 볼 수 있습니다 무화과 2 (b)는 그림에 도시 된 이미지를 보여준다 실리콘 칩 끝에서 단일 탄소 나노 튜브가 튀어 나왔음을 알 수 있습니다 탄소 나노 튜브는 매우 미세한 바카라 이미 터 역할을합니다
(a) 그리드 구조의 전자 현미경 사진 (평면)
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(b) 실리콘 이미 터의 끝에서 자란 탄소 나노 튜브의 전자 현미경 사진
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그림 2 "그리드 전극이있는 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"
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《생산 방법》
제조 방법은 기존의 실리콘 바카라 이미 터와 거의 동일하지만 탄소 나노 튜브를 성장시키는 공정이 추가됩니다 실리콘 칩은 마스크로서 원형 패턴 실리콘 산화물 박막을 사용하여 혈장 에칭에 의해 제조된다 이어서, 실리콘 옥사이드 필름을 마스크로서 원형 실리콘 옥사이드 박막을 사용하여 증착하고, 그리드 전극의 추가 금속이 증착된다 에칭에 의해 원형 실리콘 산화물 박막을 제거함으로써, 그리드 전극을 갖는 실리콘 이미 터가 형성 될 수있다 이어서, 탄소 나노 튜브를 성장시키기위한 촉매 금속은 전체 표면에 증착되고, 그리드 전극의 촉매 만 에치백 방법에 의해 제거된다 마지막으로, 샘플을 열 화학적 증기 증착 용광로에 넣어 탄소 나노 튜브를 성장시킨다 탄소 나노 튜브는 실리콘 칩 끝에서 자라며 "그리드 전극이있는 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"를 완성합니다
《전기 특성》
그림 3은 "그리드 전극이있는 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"의 전기적 특성을 보여줍니다 진공 상태에서 그리드와 이미 터 사이에 전압이 적용되며, "탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"에서 방출 된 전자로 인한 전류가 측정됩니다 저전압에서
Threshold전기장에 도달하지 않았기 때문에 전자가 방출되지 않고 전류 흐름이 없지만 적용된 전압이 주변에있을 때 전자가 약 4V에서 방출되기 시작한다는 것을 알 수 있습니다 이 전류가 흐르기 시작하는 전압은 기존의 실리콘 또는 금속 이미 터에 비해 1/100에서 1/10 범위의 낮은 값입니다 "탄소 나노 튜브 바카라 이미 터 (Carbon Nanotube Field Emit
위에서 설명한 바와 같이, 실리콘 칩의 끝에서 탄소 나노 튜브를 성장시키고 서로 가까운 그리드 구조를 형성함으로써, 우리는 단지 4V의 저전압으로 전자를 성공적으로 방출했습니다
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그림 3의 전류-전압 특성 "그리드 전극이있는 탄소 나노 튜브 바카라 이미 터"(4V의 저전압에서 전자를 방출 할 수 있음)
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바카라 이미지는 평면 패널 디스플레이의 잠재적 후보로 간주되지만, 운영 전압이 100V 이상이어야하기 때문에 휴대용 장치와 호환되지 않지만,이 기술의 개발과 함께이 기술의 개발로 인해 4V의 저전압에서 전자 방출이 적용되는 것으로 예상됩니다