包含抗紫外光介电层的阴极组件制造技术

本发明专利技术涉及具有抗紫外绝缘介电层（３．４）的场发射阴极组件。

【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顶栅设计的场发射三极管器件。
技术介绍
传统上，场发射三极管器件采用通常被称为“顶栅”或“前栅”的设计，在此设计中 阴极组件中的栅电极定位于电子场发射器的上方，因此介于阴极电极本身和阳极电极表面 之间。在阴极组件内，使用电介质绝缘体层使栅极和阴极电极电绝缘。随着诸如碳纳米管 (CNT)之类低阈值电子发射材料的使用范围扩大，三极管器件中的此类顶栅设计对于彩色 显示器和背光模组应用而言已经越来越具有吸引力。已采用相对廉价的厚膜工艺技术、厚 膜电介质材料和厚膜发射器材料制造出具有吸引力的场发射性能的器件。US 03/141，495 (Lee)和US 05/258，739 (Park)描述了顶栅场发射三极管器件以 及采用光可成像发射材料和由金属或非晶硅组成的内薄膜紫外掩模的制造方法，其中金属 或非晶硅必须通过昂贵的平版印刷步骤进行图案化。Lee广泛地探讨了避免对准误差的困 难，该对准误差是在制造此类顶栅三极管的阴极组件时，由于高温焙烧和后续平版印刷图 案化步骤之间的基板热收缩而产生。他还描述了如何使用牺牲层以避免由薄膜硅掩模层不 够充分的抗紫外性能而造成的发射材料在栅电极边缘的残余物。该牺牲层的图案化需要额 外的平版印刷图案化步骤，并且受限于类似的对准误差和高成本。Lee还公开了此类顶栅三极管器件的阴极组件的制造方法，该方法采用高精度的 平版印刷技术来实现栅极和发射器部件相对于介电层中蚀刻的通孔中心的精确对准。尽管在器件示范中取得了最初的成功，但要低成本、高成品率和大规模制造此类 器件的阴极组件仍存在巨大的挑战。在各种技术困难中，准确、清洁地将电子发射材料沉积 到电介质通孔中的同时避免栅极和阴极电极之间电短路证明是尤其棘手的，特别是采用的 基板非常大时。Lee强调了使用内薄膜光掩模的困难，该困难来源于焙烧步骤期间基板收缩 造成的对准误差，其中的焙烧步骤必须在使内掩模、栅孔、电介质通孔和牺牲层图案化的平 版印刷步骤之间进行。他还公开了由栅电极边缘出现的发射器残余物造成的栅极和阴极短 路问题。Lee还公开了通过改变内掩模层与电介质通孔图案化的顺序来解决对准误差和残 余物问题的方法。与常规方法中在介电层的印刷、焙烧和蚀刻之前进行内掩模层的沉积和 图案化不同，Lee提出在电介质通孔的制造之后进行内掩模层的沉积和图案化。将具有紫 外吸收性和电阻性的薄膜层例如PECVD法生长的非晶硅沉积作为掩模层并进行图案化。因 此，由于在通孔和掩模层的平版印刷图案化之间无需焙烧步骤，因此阴极组件中的基板不 发生收缩。此外，该掩模层沉积在栅电极的顶部，覆盖侧壁，并且覆盖通孔底部的一部分，从 而防止发射器残余物同时接触栅极和阴极电极形成电短路。为进一步确保电绝缘，将正性光致抗蚀剂或负性干膜光致抗蚀剂用作栅电极表面上的牺牲层。在去除该牺牲层的过程 中，沉积在通孔以外的所有发射材料残余物也会被除去。要实施Lee的方法，几个平版印刷步骤必须准确地对准。薄膜掩模层的图形必须 与基板上的通孔图案进行完美的对准。牺牲层的图形也必须与图案化的通路和掩模层进行 完美的对准。由于这些平版印刷步骤之间没有焙烧，原则上可以实现完美的对准。然而，当 通孔尺寸变得更小以获得更高分辨率和场发射性能时，基板尺寸变得更大以制备大尺寸的 显示器或背光模组时，以及在一个大型基板上制备多个面板以降低成本时，这些平版印刷 步骤的完美对准只能依靠大型的设备和高昂的加工成本来实现。整个基板或光掩模表面的 任何温度波动都可导致不可接受的对准误差，从而降低面板的性能和成品率。大面积对准 设备的高投资成本代表了用于低成本器件例如液晶显示屏的背光模组的高投资负担。因此仍然需要用于制造顶栅三极管场发射器件中阴极电极的替代方法，以提供简 便的制造过程并降低最终的器件成本。专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术提供具有抗紫外绝缘介电层的阴极组件。在另一个实 施方案中，本专利技术提供包含此类阴极组件的场发射三极管。在另一个实施方案中，本专利技术提供制造阴极组件的方法，该方法以穿过阴极组件 基板背面照射电子发射材料的方式制造阴极组件，其中的电子发射材料已穿过抗紫外绝缘 介电层中形成的通孔进行了沉积。在另一个实施方案中，本专利技术提供阴极组件设备，该阴极组件设备包括a)设置在基板上的阴极电极，b)设置在该阴极电极上的抗紫外绝缘电介质，c)设置在该电介质上的栅电极，d)穿过栅电极和电介质以暴露阴极电极的多个通孔，以及e)定位在通孔中的电子场发射器。在另一个实施方案中，本专利技术提供通过以下步骤制造阴极组件的方法a)用第一层导电材料涂覆基板，b)在第一层导电材料上沉积抗紫外绝缘电介质，c)在电介质上沉积第二层导电材料，d)形成穿过第二层导电材料和电介质的一个或多个通孔以暴露第一层导电材料， 以及e)在通孔中沉积电子发射材料。在另一个实施方案中，本专利技术提供通过以下步骤制造阴极组件的方法a)用紫外透明的导电材料层涂覆紫外透明基板的第一面，b)在导电层上沉积抗紫外绝缘电介质，c)在电介质上沉积顶层导电材料，d)形成穿过顶层导电材料和电介质的一个或多个通孔以暴露紫外透明的导电材 料层，e)在顶层导电材料上和通孔中沉积光致抗蚀剂材料，f)透过基板照射光致抗蚀剂材料，g)使光致抗蚀剂材料显影以在每个通孔中形成沟道，并重新暴露紫外透明的导电 材料层，h)在光致抗蚀剂材料上和通孔的沟道中沉积光可成像电子发射材料，i)透过基板照射发射材料，以及j)去除光致抗蚀剂材料和未固化的发射材料。本文的方法和设备解决了将场发射器材料准确沉积至介电层的通孔中的困难，该 介电层通过将抗紫外材料并入介电层或用作介电层来实现顶栅三极管中阴极电极和栅电 极的电绝缘。附图简述附图说明图1示出了配备有内薄膜光掩模的常规顶栅场发射器件的几何形状。图2示出了本文所提供的配备有抗紫外介电层的顶栅场发射器件的几何形状。图3示出了实施例1中所用的顶栅阴极组件(无电子场发射器)的布局的顶视图， 以及一直到通孔蚀刻的工序。图4示出了在不同的制造阶段带栅极的电介质通孔的一系列光学显微照片。图5示出了采用单一抗紫外介电层进行电子发射材料的自对准直接沉积的工序。图6示出了采用双重抗紫外介电层进行发射材料的自对准剥离沉积的工序。图7示出了在采用牺牲抗蚀剂层进行的沉积发射材料的自对准剥离的不同阶段 带栅极的电介质通孔的一系列光学显微照片。图8示出了从顶栅场发射器件中获得的阳极电流和栅极电压值的曲线图，所述顶 栅场发射器件具有双重抗紫外介电层并通过剥离方法进行制造。图9示出了由具有双重抗紫外介电层的器件发出的电子照明的磷光体图像。图10示出了实施例2中所用的顶栅阴极组件(无电子场发射器)的布局的顶视 图，所述顶栅阴极组件不具有抗紫外介电层。图11示出了不采用抗紫外介电层进行直接沉积电子发射材料的工序和结果。图12为光学显微照片，示出了介电层不具有抗紫外线的性能时，在栅极线之间的 间隙处沉积实施例2中获得的发射材料的结果。图13示出了采用牺牲抗蚀剂层但不使用抗紫外介电层进行剥离沉积的发射材料 的工序和结果。专利技术详述本专利技术提供顶栅场发射三极管器件中具有抗紫外介电层的阴极组件，以及不需 要后续平版印刷的对准步骤来制造此阴极组件的方法。抗紫外介电层既可作为栅电极和阴 极本文档来自技高网...

【技术保护点】
阴极组件设备，所述阴极组件设备包括：ａ）设置在基板上的阴极电极，ｂ）设置在所述阴极电极上的抗紫外绝缘电介质，ｃ）设置在所述电介质上的栅电极，ｄ）穿过所述栅电极和电介质以暴露所述阴极电极的多个通孔，以及ｅ）定位于所述通孔中的电子场发射器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-26 60/990,056阴极组件设备，所述阴极组件设备包括a)设置在基板上的阴极电极，b)设置在所述阴极电极上的抗紫外绝缘电介质，c)设置在所述电介质上的栅电极，d)穿过所述栅电极和电介质以暴露所述阴极电极的多个通孔，以及e)定位于所述通孔中的电子场发射器。2.根据权利要求1的设备，其中所述基板对紫外辐射是透明的。3.根据权利要求1的设备，其中所述阴极电极对紫外辐射是透明的。4.根据权利要求1的设备，其中所述电介质包含钴。5.根据权利要求1的设备，其中所述电介质在I线和G线的紫外波长范围处的光密度 合并为约0.5或更大。6.根据权利要求1的设备，其中将所述阴极电极和所述电子场发射器图案化为相交线。7.根据权利要求1的设备，其中所述电子场发射器包含碳纳米管。8.包括根据权利要求1的阴极组件的场发射三极管器件。9.包括根据权利要求8的三极管器件的平板显示器、真空电子器件、发射栅极放大器、 速调管或照明装置。10.制造阴极组件的方法，所述方法包括a)用第一层导电材料涂覆基板，b)在所述第一层导电材料上沉积抗紫外绝缘电介质，c)在所述电介质上沉积第二层导电材...

【专利技术属性】
技术研发人员：LA程，A芬尼莫尔，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]