利用电弧制造发射器的设备和方法技术

提供了通过在真空室内部使电弧撞击晶片表面来制造发射器的方法和设备。所述设备包括：其中插入晶片的真空室；用于在所述真空室内部产生均匀磁场的磁场产生单元；用于在真空室内部形成与所述磁场平行的电场的电场产生单元；用于朝向晶片发射电子的主发射器。由主发射器发射的电子沿所述电场和磁场移动。控制所述电场的强度和主发射器的驱动电压，当所述电场或驱动电压超过阈值时产生电弧。由此，晶片的表面被电弧瞬时熔化并固化，由此在晶片的表面上形成具有尖锐尖端的发射器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更具体地说，涉及制造发射器的设备和方法，该发射器通过在真空室内使电弧与晶片表面碰撞而形成。
技术介绍
下一代显示装置、例如场致发射器件(FED)利用金属发射器，该金属发射器具有极为尖锐的，尺寸为纳米级的尖端。图1是采用了此种类型的金属发射器13的传统FED的示意图。如图1所示，在FED的衬底10中形成具有开口的绝缘层11。在绝缘层11之上形成栅极12，在形成于绝缘层11中的开口内部形成金属发射器13。为了使金属发射器13的顶端极度尖锐，采用了复杂的制造工艺。图2A至图2C是说明制造具有极为尖锐的尖端的金属发射器13的传统方法的示意图。首先，如图2A所示，在衬底10之上淀积绝缘层11，之后对绝缘层11构图以形成开口。之后，如图2B所示，在绝缘层11上淀积栅极12，与此同时采用倾斜淀积法旋转衬底10。这里，所形成的栅极12在绝缘层11的顶面上从开口边缘的上方伸出。接下来，如图2C所示，在栅极12的顶面上垂直淀积金属层14，因此，一部分金属穿过栅极12，由此，在绝缘层11的开口内部形成金属发射器13。在这一过程中，由于大部分金属在绝缘层11中的开口的中心处淀积，较少的一部分金属在开口的外围区域淀积，因此，能够形成具有尖锐尖端的金属发射器13。如上所述形成金属发射器13之后，通过蚀刻去除金属层14。这样，可以获得如图1所示的FED，其具有带有尖锐尖端的金属发射器13。同样地，各种电气/电子设备中采用的作为电子发射器的金属发射器都需要包括数个操作步骤的复杂的半导体制造工艺，因为金属发射器必须具有极为尖锐的、尺寸为纳米级的尖端，以增大电子发射效率。因此，所述金属发射器以及采用了所述金属发射器的电气/电子设备的制造时间和成本都有所增加。此外，采用金属发射器的传统制造方法无法均匀地形成发射器的尖端。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用电弧取代复杂的半导体制造工艺来制造具有纳米级尺寸尖端的发射器的简化方法。本专利技术还提供了一种利用电弧来制造具有纳米级尺寸尖端的发射器的设备。根据本专利技术的一个方面，提供了一种利用电弧来制造发射器的设备，所述设备包括其中插入晶片的真空室；用于在所述真空室内部产生均匀磁场的磁场产生单元；用于在真空室内部形成与所述磁场平行的电场的电场产生单元；用于朝向晶片发射电子的主发射器。在所述磁场和电场中通过主发射器发射的电子来产生电弧，所述电弧使晶片的表面瞬时熔化并固化，由此在晶片表面上形成具有尖锐尖端的发射器。根据本专利技术的一个方面，所述磁场产生单元包括设置在真空室顶部的第一磁极；以及，设置在面对第一磁极的真空室底部的第二磁极，所述第二磁极具有与第一磁极相反的极性。此外，所述电场产生单元包括在所述磁场内部彼此面对的第一顶部电极和第一底部电极；以及，用于在第一顶部电极和第一底部电极之间施加电压的第一电源。这里，第一电源在第一顶部电极和第一底部电极之间施加在1-10kV范围内的电压。此外，在面对第一底部电极的第一顶部电极的表面上设置晶片。所述主发射器包括衬底；在所述衬底上形成的第二底部电极；在所述第二底部电极上形成的绝缘层；在所述绝缘层上形成的第二顶部电极；在所述第二顶部电极上形成的掩模；以及，用于在第二底部电极和第二顶部电极之间施加电压的第二电源。这里，在所述掩模上构图以预定形式排布的至少一个开口，电子从第二顶部电极经由所述至少一个开口发射。此外，绝缘层的厚度处于5-30nm的范围内。在第一底部电极之上设置具有上述结构的主发射器，其与晶片相对。在这种情况下，在主发射器和第一底部电极之间插入隔离材料，从而使主发射器与第一底部电极电绝缘。根据一个方面，增大施加在第二底部电极和第二顶部电极之间的电压的电平(level)，直到在晶片和第二顶部电极之间形成电弧，与此同时，保持第一顶部电极和第一底部电极之间的电压。这里，所述设备可以进一步包括安培计，其用于测量第二底部电极和第二顶部电极之间的电流以检测电弧的产生。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种利用电弧制造发射器的方法。所述方法包括在真空室内部将晶片绝缘；在真空室内部形成平行的电场和磁场；在真空室内部从电子发射装置朝向晶片发射电子；通过由电子发射装置发射的电子在所述磁场和电场内的移动产生的电弧使晶片表面瞬时熔化并固化，而在晶片的表面上形成具有尖锐尖端的发射器。这里，所述磁场是由设置在真空室顶部的第一磁极和设置在面对第一磁极的真空室底部的第二磁极所产生的，所述第二磁极具有与第一磁极相反的磁性。所述电场是通过在所述磁场内部将电压施加在彼此面对的第一顶部电极和第一底部电极之间而形成的。在这一结构当中，增大施加在第二底部电极和第二顶部电极之间的电压，直到在晶片和第二顶部电极之间形成电弧。在晶片和第二顶部电极之间产生电弧之后，立即停止施加在第二底部电极和第二顶部电极之间的电压。通过观测第二底部电极和第二顶部电极之间流过的电流，可以检测到在晶片和第二顶部电极之间是否产生了电弧。附图说明通过参照附图对本专利技术的示范性实施例子以详细说明，本专利技术的上述和其他特征及优势会变得更加明了，其中图1是采用金属发射器的传统场致发射器件(FED)的示意图；图2A至图2C是说明制造如图1所示的金属发射器的传统方法的示意图；图3是用于制造根据本专利技术一实施例的发射器的设备的横截面图；图4是采用根据本专利技术一实施例的发射器的制造方法所制造的发射器的示意性横截面图；图5是采用根据本专利技术一实施例的发射器的制造方法所制造的发射器的顶视图的照片；以及图6是说明根据本专利技术一实施例的主发射器的电压-电流特性的示意性曲线图。具体实施例方式如前所述，通过复杂的半导体制造方法形成传统发射器。但是，在本专利技术中，通过产生强电弧并瞬间熔化晶片表面而在晶片表面上自然地形成具有尖锐尖端的发射器。图3是根据本专利技术一实施例的利用电弧制造此类发射器的设备的横截面图。参照图3，在所述设备中，在其中保持真空的真空室50的内部安装产生电弧的装置。更具体来说，位于真空室50的顶板上的第一磁极21和位于真空室50底板上的第二磁极22设置成彼此面对。第一和第二磁极21和22可以是单个弯曲磁体(single bent magnet)。也可以在真空室50中安装两个具有不同极性的独立磁体，使其彼此相对。例如，在本实施例中，第一磁极21可以是N极，第二磁极22可以是S极。通过第一和第二磁极21和22，在真空室50的内部形成均匀磁场，由此，电子可以沿着均匀的磁场线移动。因此，第一和第二磁极21和22构成磁场产生单元，其通过在真空室50内部产生的磁场提供了电子移动路径。第一和第二磁极21和22可以是永磁体或电磁体。此外，在第一和第二磁极21和22之间，以预定距离彼此面对地安装第一顶部电极31和第一底部电极32，其是用于形成均匀电场的电场产生单元。如图3所示，将施加相对高的电压HV的电源连接至第一顶部电极31和第一底部电极32。在这样的结构中，在第一顶部电极31和第一底部电极32之间施加电压时，在第一顶部电极31和第一底部电极32之间形成电场，该电场平行于由第一和第二磁极21和22所产生的磁场。因此，可以通过由主发射器发出的电子来产生电弧，其由于在真空室50内部产生的电场和磁场而快速移动，在下文中将对主发射器予以说明。在真空室50的内部插入将在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电弧制造发射器的设备，该设备包括：真空室，在该真空室中插入了晶片；用于在所述真空室内部产生均匀磁场的磁场产生单元；用于在所述真空室内部形成与所述磁场平行的电场的电场产生单元；以及用于朝向所述晶片发射电子的主发射器，其中，所述电弧是在所述磁场和所述电场中通过所述主发射器发射的电子而产生的，所述电弧使所述晶片的表面瞬时熔化并固化，由此在所述晶片的表面上形成具有尖锐尖端的发射器。

【技术特征摘要】
KR 2005-2-17 13139/051.一种利用电弧制造发射器的设备，该设备包括真空室，在该真空室中插入了晶片；用于在所述真空室内部产生均匀磁场的磁场产生单元；用于在所述真空室内部形成与所述磁场平行的电场的电场产生单元；以及用于朝向所述晶片发射电子的主发射器，其中，所述电弧是在所述磁场和所述电场中通过所述主发射器发射的电子而产生的，所述电弧使所述晶片的表面瞬时熔化并固化，由此在所述晶片的表面上形成具有尖锐尖端的发射器。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述磁场产生单元包括设置在所述真空室顶部的第一磁极；以及设置在面对所述第一磁极的所述真空室底部的第二磁极，所述第二磁极具有与所述第一磁极相反的极性。3.如权利要求1所述的设备，其中，所述电场产生单元包括在所述磁场内部彼此面对的第一顶部电极和第一底部电极；以及用于在所述第一顶部电极和所述第一底部电极之间施加电压的第一电源。4.如权利要求3所述的设备，其中，所述第一电源在所述第一顶部电极和所述第一底部电极之间施加1-10kV范围内的电压。5.如权利要求3所述的设备，其中，所述晶片设置在面对所述第一底部电极的第一顶部电极的表面上。6.如权利要求3所述的设备，其中，所述主发射器包括衬底；在所述衬底上形成的第二底部电极；在所述第二底部电极上形成的绝缘层；在所述绝缘层上形成的第二顶部电极；在所述第二顶部电极上形成的掩模；以及用于在所述第二底部电极和所述第二顶部电极之间施加电压的第二电源。7.如权利要求6所述的设备，其中，所述晶片和所述掩模之间的距离处于1-100mm的范围内。8.如权利要求6所述的设备，其中，在所述掩模上构图以预定形式排布的至少一个开口，电子从所述第二顶部电极经由所述至少一个开口发射。9.如权利要求6所述的设备，其中，所述绝缘层的厚度处于5-30nm的范围内。10.如权利要求6所述的设备，其中，所述主发射器设置在所述第一底部电极的顶部，面对所述晶片。11.如权利要求10所述的设备，其中，在所述主发射器和所述第一底部电极之间插入有绝缘材料，由此使所述主发射器与所述第一底部电极电绝缘。12.如权利要求6所述的设备，其中，增大施加在所述第二底部电极和所述第二顶部电极之间的电压的电平直至在所述晶片和所述第二顶部电极之间形成电弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：文昌郁，柳寅儆，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]