[發明專利]場發射器及其制造方法和使用其的場發射顯示設備

無效

• 申請號: 00109213.8
• 申請日: 2000-06-14
• 公開（公告）號: CN1278104A
• 公開（公告）日: 2000-12-27
• 發明（設計）人: 張震;鄭皙在;林星勛;柳在銀
• 申請（專利權）人: 張震;日進納米技術株式會社
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J29/04;H01J9/02;H01J31/12;H01L21/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 杜娟

本發明涉及具有碳納米管薄膜的場發射器及其制造方法以及使用該場發射器的場發射顯示設備，更具體地，涉及具有碳納米管薄膜作為電子發射元件的場發射器、其制作方法和使用該場發射器的場顯示設備。

目前作為下一代平板顯示設備研究的場發射顯示設備是基于在真空管內發射電子，并且由從強電場中的微米尺寸的尖端發射出的、加速并與熒光材料碰撞的電子發光。該場發射顯示設備輕而且薄，并且具有高亮度和高清晰度。

傳統的用于場發射顯示設備的電子發射器使用的是金屬或硅材料制成的尖端，這不僅結構復雜而且象素之間的電流密度不均勻。為了解決以上的不足，可用一金屬氧化半導體場效應晶體管(MOSFET)作為每個單元象素的有源電路，在S.Kanemaru等的論文“由內置的MOSFET驅動的硅場發射器的有源矩陣”，IDW′97，pp735-738，1997進行了描述。并且，薄膜晶體管能夠用來作為每個單元象素的有源電路從而解決上述不足，描述在H.Gamo等的論文“用于有源矩陣FED應用的具有玻璃上的內置薄膜晶體管的可控場發射器陣列”，IDW′98，pp667-670，1998中。然而，由于要在已有的場發射顯示設備的制造工藝上再增加一些工藝，上面的文章所講的結構就顯得更加復雜了。

本發明的一個目的在于提供一種場發射器，該發射器使用碳納米管薄膜，即便是在低電壓下仍具有高電流密度。

本發明的另一個目的是提供一種通過簡單的工藝制造具有碳納米管薄膜的場發射器的方法。

本發明還有一個目的是提供一種場發射顯示設備，該顯示設備具有使用碳納米管薄膜、即便是在低電壓下仍具有高電流密度的場發射器。

為了實現第一個目的，本發明提供了帶有碳納米管薄膜的場發射器，其中包括：一絕緣基片；一在絕緣基片上形成的薄膜晶體管，該薄膜晶體管具有一半導體層、一源極、一漏極和一柵極；一在薄膜晶體管的漏極上、由碳納米管薄膜形成的電子發射單元。

薄膜晶體管的半導體層為多晶硅層或非晶型硅層。薄膜晶體管可以是共面型、交錯型或逆交錯型晶體管。

接觸碳納米管薄膜的一部分漏極的表面上有催化金屬，它是過渡金屬，如鎳或鈷，能使碳納米管生成?；蛘撸O本身可由用于生長碳納米管的催化金屬形成。

為了實現第二個目的，本發明提供了具有碳納米管薄膜的場發射器的制造方法。該方法包括：在絕緣基片上形成一具有半導體層、源極、漏極和柵極的薄膜晶體管；在形成薄膜晶體管的絕緣基片的整個表面上形成保護絕緣膜；腐蝕部分保護絕緣膜以便露出部分漏極；在露出的漏極上形成碳納米管薄膜。當薄膜晶體管是共面型晶體管時，形成薄膜晶體管的步驟包括以下幾個子步驟：在絕緣基片上形成一半導體層；在半導體層上形成相隔預定距離的源極圖案和漏極圖案；在源極圖案和漏極圖案之間形成一由柵絕緣薄膜和柵極所組成的柵極圖案。當薄膜晶體管是交錯型晶體管時，形成薄膜晶體管的步驟包括以下幾個子步驟：在絕緣基片上形成相隔預定距離的源極圖案和漏極圖案；形成一半導體層圖案，該圖案當填充源極圖案和漏極圖案之間的空間時向側面延伸一預定長度；在源極圖案和漏極圖案之間的半導體層圖案上形成一由柵絕緣薄膜和柵極組成的柵極圖案。當薄膜晶體管是逆交錯晶體管時，形成薄膜晶體管的步驟包括以下幾個子步驟：在絕緣基片上形成一由柵極和柵絕緣薄膜組成的柵極圖案；形成一覆蓋柵極圖案的半導體層圖案；在半導體層圖案上形成間隔預定距離的源極圖案和漏極圖案。

在露出的漏極部分上形成碳納米管薄膜的步驟可通過用已經長成的碳納米管薄膜涂抹在漏極露出部分的表面或直接在漏極露出部分的表面上生長碳納米管薄膜來實現。這時，該方法還包括在接觸碳納米管薄膜的漏極部分表面上形成一用于生長碳納米管的催化金屬層。形成催化金屬層的步驟可在形成薄膜晶體管的步驟中實現或在腐蝕部分保護絕緣薄膜的步驟之后實現。

為了實現第三個目的，本發明提供一種場發射顯示設備，該設備中單元象素排列在一矩陣中，每個單元象素由多個柵極線路和多個數據線路(線路十字交錯)而定義，其中每個單元象素包括：在一絕緣基片上形成的一薄膜晶體管，該薄膜晶體管有一半導體層、一源極、一漏極和一柵極；在薄膜晶體管的漏極上的由碳納米管薄膜形成的一電子發射單元；形成在絕緣基片對面的上部電極；在上部電極的下表面上形成的與電子發射單元相對的熒光材料。

在本發明中，碳納米管薄膜用來作為場發射器中的電子發射單元。因此，即便在低電壓下仍有強電流密度的場發射器可用簡單的制造方法來實現。每個象素都有一致的電流密度的場發射顯示設備因其由一薄膜晶體管來驅動從而可以實現。