패터닝된 (100)방향의 실리콘 기판을 식각하여 다이아몬드를 증착하고 후면의 실리콘을 깎아 피라미드 형태의 다이아몬드 전계방출 소자를 만들었다. 실리콘 기판을 식각할때 산화막을 마스크로 사용하였다. 패터닝 되어진 실리콘 기판을 KOH 수용액으로 이방 식각을 하여 피라미드 형태의 음각 구조를 만들었다. 이 기판에 다이아몬드 가루로 전처리한후 가열 필라멘트화학 기상 증착 방법으로 메탄농도를 2%로 하여 ...
패터닝된 (100)방향의 실리콘 기판을 식각하여 다이아몬드를 증착하고 후면의 실리콘을 깎아 피라미드 형태의 다이아몬드 전계방출 소자를 만들었다. 실리콘 기판을 식각할때 산화막을 마스크로 사용하였다. 패터닝 되어진 실리콘 기판을 KOH 수용액으로 이방 식각을 하여 피라미드 형태의 음각 구조를 만들었다. 이 기판에 다이아몬드 가루로 전처리한후 가열 필라멘트화학 기상 증착 방법으로 메탄농도를 2%로 하여 도핑 하지 않은 다이아몬드 박막을 증착하였다. 증착이 끝난 후 후면의 실리콘을 녹여내고 픽셀당 10,000개의 바늘이 있는 피라미드 형태의 다이아몬드 전계방출 이극관 소자를 완성하였으며, 수소를 시간(0분, 10분, 30분, 60분)을 달리하여 처리한 후 고진공(1.0 × 10^-7 Torr)에서 소자의 전류-전압을 측정하였다. 측정결과 30분간 수소 플라즈마 처리한 시편에서 12 V/㎛ 전압을 주었을 때 바늘(tip) 1 개에서 21. 4 ㎁의 방출 전류가 측정되었다. 완성된 전계방출 이극관 소자를 가지고, 게이트(gate)를 만들어 전계방출 삼극관 소자를 만들었다. 산화막과 금속 막은 스퍼터(sputter)를 이용하여 증착하였고, 게이트 홀(hole)은 자체정렬 방법을 이용하여 감광막을 식각한후, 금속 막과 산화 막을 식각하였다. 두 번째 연구에서는 실리콘 기판에 다이아몬드를 증착한후, 산화막을 이용하여 패터닝 하였다. 상온에서 magnetic enhanced radio frequency plasma assisted chemical vapour deposition을 가지고 낮은 압력(5 mTorr)에서 공기 플라즈마를 발생시키면, 다이아몬드 박막을 선택적으로 이방 식각을 할 수 있다. 이 공정을 수행하면 산소 플라즈마 처리할 때와 같이 다이아몬드의 전기전도도가 떨어지는 성질이 나타나므로 바늘을 더욱 날카롭게 만들고 동시에 전기전도도를 향상시키기 위하여 수소 플라즈마 처리를 하였다. 화소(pixel)당 90,000개의 바늘이 있는 소자의 전류-전압 관계는 3 V/㎛에서 미세전류가 관측되었고, 전기장이 10 V/㎛일 때 0.8 ㎁/tip의 방출 전류가 측정되었다. 비교적 높은 압력에서 다이아몬드 박막을 공기 플라즈마로 처리하면, 특별한 마스크 없이도 밀도가 매우 높고, aspect ratio가 매우 큰 위스커(whisker)를 손쉽게 제작할 수 있음을 발견하였다.
패터닝된 (100)방향의 실리콘 기판을 식각하여 다이아몬드를 증착하고 후면의 실리콘을 깎아 피라미드 형태의 다이아몬드 전계방출 소자를 만들었다. 실리콘 기판을 식각할때 산화막을 마스크로 사용하였다. 패터닝 되어진 실리콘 기판을 KOH 수용액으로 이방 식각을 하여 피라미드 형태의 음각 구조를 만들었다. 이 기판에 다이아몬드 가루로 전처리한후 가열 필라멘트 화학 기상 증착 방법으로 메탄농도를 2%로 하여 도핑 하지 않은 다이아몬드 박막을 증착하였다. 증착이 끝난 후 후면의 실리콘을 녹여내고 픽셀당 10,000개의 바늘이 있는 피라미드 형태의 다이아몬드 전계방출 이극관 소자를 완성하였으며, 수소를 시간(0분, 10분, 30분, 60분)을 달리하여 처리한 후 고진공(1.0 × 10^-7 Torr)에서 소자의 전류-전압을 측정하였다. 측정결과 30분간 수소 플라즈마 처리한 시편에서 12 V/㎛ 전압을 주었을 때 바늘(tip) 1 개에서 21. 4 ㎁의 방출 전류가 측정되었다. 완성된 전계방출 이극관 소자를 가지고, 게이트(gate)를 만들어 전계방출 삼극관 소자를 만들었다. 산화막과 금속 막은 스퍼터(sputter)를 이용하여 증착하였고, 게이트 홀(hole)은 자체정렬 방법을 이용하여 감광막을 식각한후, 금속 막과 산화 막을 식각하였다. 두 번째 연구에서는 실리콘 기판에 다이아몬드를 증착한후, 산화막을 이용하여 패터닝 하였다. 상온에서 magnetic enhanced radio frequency plasma assisted chemical vapour deposition을 가지고 낮은 압력(5 mTorr)에서 공기 플라즈마를 발생시키면, 다이아몬드 박막을 선택적으로 이방 식각을 할 수 있다. 이 공정을 수행하면 산소 플라즈마 처리할 때와 같이 다이아몬드의 전기전도도가 떨어지는 성질이 나타나므로 바늘을 더욱 날카롭게 만들고 동시에 전기전도도를 향상시키기 위하여 수소 플라즈마 처리를 하였다. 화소(pixel)당 90,000개의 바늘이 있는 소자의 전류-전압 관계는 3 V/㎛에서 미세전류가 관측되었고, 전기장이 10 V/㎛일 때 0.8 ㎁/tip의 방출 전류가 측정되었다. 비교적 높은 압력에서 다이아몬드 박막을 공기 플라즈마로 처리하면, 특별한 마스크 없이도 밀도가 매우 높고, aspect ratio가 매우 큰 위스커(whisker)를 손쉽게 제작할 수 있음을 발견하였다.
Diode and triode-type diamond field emitter arrays are fabricated using transfer mold technique and self-aligning process. An inverted pyramidal mold of micron size was formed on (100) silicon substrate using conventional photo lithography and anisotropic etching along (111) plane. A diamond film th...
Diode and triode-type diamond field emitter arrays are fabricated using transfer mold technique and self-aligning process. An inverted pyramidal mold of micron size was formed on (100) silicon substrate using conventional photo lithography and anisotropic etching along (111) plane. A diamond film thicker than 100 ㎛ was grown on the mold, so that the film could be a free standing film with the diamond tip array after etching away the mold. A silicon dioxide and molybdenum (Mo) layers were deposited conformally on the diamond tip array as an insulating and a gate layer, respectively. A flat photo-resist (PR) layer was then coated. The PR layer on top of the tip was thinner than the surrounding area. Therefore, the uniform removal of the PR layer exposed the apex of the tips while the rest of the surface was still covered with PR. The remaining PR layer around the tips acted as a mask for the etching of the Mo and silicon oxide layers covering the diamond tips. As a result, a diamond emitter array with a Mo gate was fabricated. We also found that a proper treatment of the diamond tips with hydrogen could substantially improve the emission. We also fabricated an array of cone-shaped diamond tips for use as a field electron emitter by air-plasma etching of a polycrystalline diamond film with a silicon oxide mask. The difference in the etching speed between the mask and the diamond resulted in the formation of cone-shaped diamond tips. Post-treatment using hydrogen plasma was effective in cleaning the diamond tips and increasing the surface conductivity. The emission from the diamond tips was measured with a diode configuration. The threshold field was 3 V/ ㎛, and the emission current was 0.8 nA/tip when the field was raised to 10 V/ ㎛. And densely packed diamond whiskers aligned in the same direction are formed by air plasma etching of polycrystalline diamond films. The shape and the density of the whiskers were sensitive to the substrate temperature, chamber pressure, bias voltage, power, and the amount of Mo. We could fabricate sharp diamond whisker which were 0.1/㎛ in diameter and 3㎛ high with the density of 30 per ㎛².
Diode and triode-type diamond field emitter arrays are fabricated using transfer mold technique and self-aligning process. An inverted pyramidal mold of micron size was formed on (100) silicon substrate using conventional photo lithography and anisotropic etching along (111) plane. A diamond film thicker than 100 ㎛ was grown on the mold, so that the film could be a free standing film with the diamond tip array after etching away the mold. A silicon dioxide and molybdenum (Mo) layers were deposited conformally on the diamond tip array as an insulating and a gate layer, respectively. A flat photo-resist (PR) layer was then coated. The PR layer on top of the tip was thinner than the surrounding area. Therefore, the uniform removal of the PR layer exposed the apex of the tips while the rest of the surface was still covered with PR. The remaining PR layer around the tips acted as a mask for the etching of the Mo and silicon oxide layers covering the diamond tips. As a result, a diamond emitter array with a Mo gate was fabricated. We also found that a proper treatment of the diamond tips with hydrogen could substantially improve the emission. We also fabricated an array of cone-shaped diamond tips for use as a field electron emitter by air-plasma etching of a polycrystalline diamond film with a silicon oxide mask. The difference in the etching speed between the mask and the diamond resulted in the formation of cone-shaped diamond tips. Post-treatment using hydrogen plasma was effective in cleaning the diamond tips and increasing the surface conductivity. The emission from the diamond tips was measured with a diode configuration. The threshold field was 3 V/ ㎛, and the emission current was 0.8 nA/tip when the field was raised to 10 V/ ㎛. And densely packed diamond whiskers aligned in the same direction are formed by air plasma etching of polycrystalline diamond films. The shape and the density of the whiskers were sensitive to the substrate temperature, chamber pressure, bias voltage, power, and the amount of Mo. We could fabricate sharp diamond whisker which were 0.1/㎛ in diameter and 3㎛ high with the density of 30 per ㎛².
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