场发射器及其制造方法和使用其的场发射显示设备技术

本发明专利技术提供使用碳纳米管薄膜的即使在低电压下也具有高电流密度的场发射器及制造方法和具有该场发射器的场发射显示设备。场发射器包括绝缘基片，在其上形成的薄膜晶体管，该晶体管有半导体层、源极、漏极和栅极，和由漏极上的碳纳米管薄膜形成的电子发射单元。晶体管可以为共面型、交错型或逆交错型。与碳纳米管薄膜接触的漏极部分的表面上含有催化金属，它是过渡金属如镍或钴。或者漏极本身可由用于生长碳纳米管的催化金属形成。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有碳纳米管薄膜的场发射器及其制造方法以及使用该场发射器的场发射显示设备，更具体地，涉及具有碳纳米管薄膜作为电子发射元件的场发射器、其制作方法和使用该场发射器的场显示设备。目前作为下一代平板显示设备研究的场发射显示设备是基于在真空管内发射电子，并且由从强电场中的微米尺寸的尖端发射出的、加速并与荧光材料碰撞的电子发光。该场发射显示设备轻而且薄，并且具有高亮度和高清晰度。传统的用于场发射显示设备的电子发射器使用的是金属或硅材料制成的尖端，这不仅结构复杂而且象素之间的电流密度不均匀。为了解决以上的不足，可用一金属氧化半导体场效应晶体管(MOSFET)作为每个单元象素的有源电路，在S.Kanemaru等的论文“由内置的MOSFET驱动的硅场发射器的有源矩阵”，IDW′97，pp735-738，1997进行了描述。并且，薄膜晶体管能够用来作为每个单元象素的有源电路从而解决上述不足，描述在H.Gamo等的论文“用于有源矩阵FED应用的具有玻璃上的内置薄膜晶体管的可控场发射器阵列”，IDW′98，pp667-670，1998中。然而，由于要在已有的场发射显示设备的制造工艺上再增加一些工艺，上面的文章所讲的结构就显得更加复杂了。本专利技术的一个目的在于提供一种场发射器，该发射器使用碳纳米管薄膜，即便是在低电压下仍具有高电流密度。本专利技术的另一个目的是提供一种通过简单的工艺制造具有碳纳米管薄膜的场发射器的方法。本专利技术还有一个目的是提供一种场发射显示设备，该显示设备具有使用碳纳米管薄膜、即便是在低电压下仍具有高电流密度的场发射器。为了实现第一个目的，本专利技术提供了带有碳纳米管薄膜的场发射器，其中包括一绝缘基片；一在绝缘基片上形成的薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有一半导体层、一源极、一漏极和一栅极；一在薄膜晶体管的漏极上、由碳纳米管薄膜形成的电子发射单元。薄膜晶体管的半导体层为多晶硅层或非晶型硅层。薄膜晶体管可以是共面型、交错型或逆交错型晶体管。接触碳纳米管薄膜的一部分漏极的表面上有催化金属，它是过渡金属，如镍或钴，能使碳纳米管生成。或者，漏极本身可由用于生长碳纳米管的催化金属形成。为了实现第二个目的，本专利技术提供了具有碳纳米管薄膜的场发射器的制造方法。该方法包括在绝缘基片上形成一具有半导体层、源极、漏极和栅极的薄膜晶体管；在形成薄膜晶体管的绝缘基片的整个表面上形成保护绝缘膜；腐蚀部分保护绝缘膜以便露出部分漏极；在露出的漏极上形成碳纳米管薄膜。当薄膜晶体管是共面型晶体管时，形成薄膜晶体管的步骤包括以下几个子步骤在绝缘基片上形成一半导体层；在半导体层上形成相隔预定距离的源极图案和漏极图案；在源极图案和漏极图案之间形成一由栅绝缘薄膜和栅极所组成的栅极图案。当薄膜晶体管是交错型晶体管时，形成薄膜晶体管的步骤包括以下几个子步骤在绝缘基片上形成相隔预定距离的源极图案和漏极图案；形成一半导体层图案，该图案当填充源极图案和漏极图案之间的空间时向侧面延伸一预定长度；在源极图案和漏极图案之间的半导体层图案上形成一由栅绝缘薄膜和栅极组成的栅极图案。当薄膜晶体管是逆交错晶体管时，形成薄膜晶体管的步骤包括以下几个子步骤在绝缘基片上形成一由栅极和栅绝缘薄膜组成的栅极图案；形成一覆盖栅极图案的半导体层图案；在半导体层图案上形成间隔预定距离的源极图案和漏极图案。在露出的漏极部分上形成碳纳米管薄膜的步骤可通过用已经长成的碳纳米管薄膜涂抹在漏极露出部分的表面或直接在漏极露出部分的表面上生长碳纳米管薄膜来实现。这时，该方法还包括在接触碳纳米管薄膜的漏极部分表面上形成一用于生长碳纳米管的催化金属层。形成催化金属层的步骤可在形成薄膜晶体管的步骤中实现或在腐蚀部分保护绝缘薄膜的步骤之后实现。为了实现第三个目的，本专利技术提供一种场发射显示设备，该设备中单元象素排列在一矩阵中，每个单元象素由多个栅极线路和多个数据线路(线路十字交错)而定义，其中每个单元象素包括在一绝缘基片上形成的一薄膜晶体管，该薄膜晶体管有一半导体层、一源极、一漏极和一栅极；在薄膜晶体管的漏极上的由碳纳米管薄膜形成的一电子发射单元；形成在绝缘基片对面的上部电极；在上部电极的下表面上形成的与电子发射单元相对的荧光材料。在本专利技术中，碳纳米管薄膜用来作为场发射器中的电子发射单元。因此，即便在低电压下仍有强电流密度的场发射器可用简单的制造方法来实现。每个象素都有一致的电流密度的场发射显示设备因其由一薄膜晶体管来驱动从而可以实现。本专利技术的上述目的和优点通过参考附图详细描述优选实施例后将更清晰。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的具有共面型薄膜晶体管和碳纳米管象素的场发射器的剖视图。图2是根据本专利技术的另一个实施例的具有交错型薄膜晶体管和碳纳米管象素的场发射器的剖视图。图3是根据本专利技术的又一个实施例的具有逆交错型薄膜晶体管和碳纳米管象素的场发射器的剖视图。图4是使用根据本专利技术一个实施例的一场发射器的场发射显示设备的等效电路图。图5A是根据本专利技术一个实施例的生长的碳纳米管薄膜的扫描电子微观(SEM)图象。图5B是根据本专利技术一个实施例的一场发射显示设备中每个单元象素上所沉积的碳纳米管薄膜的传输电子微观(TEM)图象。图6是根据本专利技术一实施例的一场发射显示设备的剖视图。下文中，将根据附图详细描述本专利技术的实施例。然而，本专利技术的实施可被改为其它多种形式，并且本专利技术的范围不能被理解为必须严格遵循这些实施例。提供这些实施例是为了向本领域技术人员更完整地说明本专利技术。本专利技术主要涉及在场发射器中形成使用碳纳米管的电子发射单元。总体上说，作为所有生物包括人体中的最重要组成部分的碳，具有金刚石、石墨、紧密石墨和碳纳米管四种晶体结构。在这四种晶体结构中，碳纳米管是由滚动六边形蜂窝图案结构成管状而形成，所述六边形蜂窝图案结构是由一个碳原子与三个其它的碳原子结合而成。一个碳纳米管的直径非常小，只有几个到几百个纳米，并且生长成单墙结构或多墙结构。碳纳米管是象金属一样的电的导体或者根据滚动形状或其直径而具有导电性能不好的半导体的性质。另外，由于碳纳米管是中空的而且长，它有极好的机械、电和化学特性，因此它以可用作场发射设备、储氢容器、蓄电池电极等。图1是根据本专利技术一个实施例的具有共面型薄膜晶体管和碳纳米管象素的场发射器的剖视图。图1中，半导体层7形成在一具有一定硬度的绝缘基层8如玻璃基片上。源极3图案和漏极4图案在半导体层7上形成并具有一预定间距。半导体层7可由非晶形硅或者由掺杂或不掺杂的多晶硅构成。源极3图案和漏极4图案由典型的半导体设备制造工艺中的光刻工艺制成。源极3和漏极4中的每一个都可用导电材料如铝、钨或耐火金属硅化物在单层结构或多层结构上形成。如随后所述，当碳纳米管薄膜在漏极上直接长成时，可以在与碳纳米管薄膜1接触的漏极4的部分上形成用于碳纳米管生长的催化金属层(图中未画)，如镍层或钴层。那就是说，催化金属层可以只在与碳纳米管薄膜1接触的部分上形成，可以在漏极4的整个表面上形成，或可以在源极3和漏极4的上表面上形成。或者，漏极4本身可由催化金属形成。栅绝缘膜5形成在露于源极3图案和漏极4图案之间的半导体层7的部分上，与源极3图案和漏极4图案分离。栅极2图案形成在栅极绝缘膜5上。保护绝缘膜6用来将源极3、栅极2和漏极4之间相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有碳纳米管薄膜的场发射器，包括：一绝缘基片；在该绝缘基片上形成的一薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有一半导体层、一源极、一漏极和一栅极；和位于薄膜晶体管的漏极上的由碳纳米管薄膜构成的一电子发射单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 1999-6-16 22623/99;KR 2000-6-5 30803/20001.一种具有碳纳米管薄膜的场发射器，包括一绝缘基片；在该绝缘基片上形成的一薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有一半导体层、一源极、一漏极和一栅极；和位于薄膜晶体管的漏极上的由碳纳米管薄膜构成的一电子发射单元。2.权利要求1的场发射器，其中薄膜晶体管的半导体层是一多晶硅层。3.权利要求1的场发射器，其中薄膜晶体管是共面型晶体管、交错型晶体管或逆交错型晶体管。4.权利要求1的场发射器，其中与碳纳米管薄膜接触的漏极的一部分的表面上包含用于生长碳纳米管的催化金属。5.权利要求1的场发射器，其中漏极由用于生长碳纳米管的催化金属形成。6.权利要求4的场发射器，其中用于生长碳纳米管的催化金属为镍或钴。7.一种制造具有碳纳米管薄膜的场发射器的方法，该方法包括在一绝缘基片上形成含有一半导体层、一源极、一漏极和一栅极的薄膜晶体管；在已形成薄膜晶体管的绝缘基片的整个表面上形成一保护绝缘膜；腐蚀部分保护绝缘膜以露出漏极的一部分；在露出的漏极上形成一碳纳米管薄膜。8.权利要求7的方法，其中形成薄膜晶体管的步骤包含以下几个子步骤在绝缘基片上形成一半导体层；在该半导体层上形成相互之间有预定距离的一源极图案和一漏极图案；在源极图案和漏极图案之间形成一由栅绝缘膜和栅极组成的栅极图案。9.权利要求7的方法，其中形成薄膜晶体管的步骤包含以下几个子步骤在绝缘基片上形成相互之间有预定距离的一源极图案和一漏极图案；形成一半导体层图案，该图案在填入源极图案与漏极图案间的空隙的同时向两侧延伸一预定长度；以及在源极图案和漏极图案之间的半导体层图案上形成一由栅绝缘膜和栅极组成的栅极图案。10.权利要求7的方法，其中形成薄膜晶体管的步骤包含以下几个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震，郑皙在，林星勋，柳在银，
申请(专利权)人：张震，日进纳米技术株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]