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KR20160061247A - Field-emission device - Google Patents

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KR20160061247A
KR20160061247A KR1020150129016A KR20150129016A KR20160061247A KR 20160061247 A KR20160061247 A KR 20160061247A KR 1020150129016 A KR1020150129016 A KR 1020150129016A KR 20150129016 A KR20150129016 A KR 20150129016A KR 20160061247 A KR20160061247 A KR 20160061247A
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emission device
electrode
gate
atomic layer
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송윤호
정진우
김재우
신민식
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한국전자통신연구원
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

A field emission device comprises: a cathode electrode; at least one emitter formed on the cathode electrode; an anode electrode disposed on an upper part of the cathode electrode; and a gate structure disposed between the cathode electrode and the anode electrode, wherein the gate structure includes a gate electrode having at least one aperture formed therein, and an atomic layer sheet formed on the gate electrode. According to an embodiment of the present invention, the field emission device can effectively control the size and convergence of emitted electron beams while providing a high electron transmittance and a high gate field effect.

Description

전계방출 장치{FIELD-EMISSION DEVICE}Field emission apparatus FIELD-EMISSION DEVICE

본 발명은 전계방출 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 다극 구조를 갖는 전계방출 장치에 관한 것이다. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a field emission device, and more particularly, to a field emission device having a multipole structure.

전계방출 에미터(Field emission emitter)는 전계방출 디스플레이, 공학용 및 의료용 X-ray 튜브 등 다양한 디바이스에 응용이 가능하다. 따라서, 전계방출된 전자 빔(electron beam)의 집속(focusing) 정도, 전류밀도(current density) 등의 특성을 제어하는 것이 디바이스의 성능에 매우 중요하게 작용한다. 예를 들어, 에미터 재료를 통해 특성을 제어하거나, 전계방출 소자의 구조를 통해 특성을 제어한다. Field emission emitters can be applied to various devices such as field emission displays, engineering and medical X-ray tubes. Therefore, it is very important to control the characteristics such as the degree of focusing of the electron beam emitted from the field, the current density and the like. For example, characteristics can be controlled through the emitter material or through the structure of the field emission device.

2개의 전극을 포함하는 이극(diode) 구조의 전계방출 소자는 캐소드 전극과 아노드 전극을 구비하며, 캐소드 전극에 전자를 방출하기 위한 에미터가 부착된다. 따라서, 전계방출 시에, 캐소드 전극과 아노드 전극간의 거리를 고려하여 상대적으로 큰 전계가 요구되며, 이로 인하여, 방출된 전자 빔을 제어하는데 어려움이 있다. A field emission device having a diode structure including two electrodes has a cathode electrode and an anode electrode, and an emitter for emitting electrons is attached to the cathode electrode. Therefore, a relatively large electric field is required in consideration of the distance between the cathode electrode and the anode electrode at the time of field emission, which makes it difficult to control the emitted electron beam.

이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것이 3개의 전극을 포함하는 3극(triode) 구조의 전계방출 소자이다. 3극 구조의 전계방출 소자는 캐소드 전극 및 아노드 전극 외에 추가적인 전극을 구비하며, 추가 전극을 이용하여 방출시키는 전류의 크기와 전자 빔의 크기(electron beam size), 전자 빔 집속 정도 등을 제어한다.To solve this problem, a field emission device having a triode structure including three electrodes is proposed. The field emission device having a triode structure has additional electrodes in addition to the cathode electrode and the anode electrode, and controls the magnitude of the current to be emitted by using the additional electrode, the electron beam size, the electron beam focusing degree, and the like .

추가 전극은 전자 투과 특성을 갖도록 개구(aperture)가 있는 형태를 갖는다. 따라서, 에미터로부터 방출된 전자의 아노드 전극 도달 효율을 증가시킬 수 있다. 이때, 추가 전극의 개구 크기 및 배열 등의 구조적 특성은 디바이스의 전계방출 특성에 큰 영향을 주게 된다. 개구의 크기가 클수록 추가 전극을 투과하여 아노드까지 도달하는 유효 전류의 크기가 증가하지만, 추가 전극과 캐소드 전극 사이의 전위 분포의 왜곡에 의해 에미터에 가해지는 게이트 전계 효과가 감소된다. 이는 초기 전자 방출을 감소시켜 전류의 크기가 감소하게 된다. The additional electrode has a shape with an aperture so as to have an electron transmission characteristic. Therefore, the efficiency of reaching the anode electrode of the electrons emitted from the emitter can be increased. At this time, the structural characteristics such as the opening size and arrangement of the additional electrodes greatly affect the field emission characteristics of the device. As the size of the opening increases, the size of the effective current passing through the additional electrode and reaching the anode increases, but the gate field effect on the emitter is reduced due to the distortion of the potential distribution between the additional electrode and the cathode electrode. This reduces the initial electron emission and reduces the magnitude of the current.

따라서, 높은 전자투과 특성과 게이트 전계 효과를 가지면서 방출된 전자 빔의 사이즈와 집속정도를 효과적으로 제어할 수 있는 전극 재료가 요구된다. Therefore, there is a demand for an electrode material capable of effectively controlling the size and focusing degree of the emitted electron beam while having a high electron transmission characteristic and a gate field effect.

본 발명의 일 실시예는 높은 전자투과 특성과 게이트 전계 효과를 가지면서 방출된 전자 빔의 사이즈와 집속정도를 효과적으로 제어할 수 있는 전계방출 장치를 제안한다.An embodiment of the present invention proposes a field emission device capable of effectively controlling the size and focusing degree of an emitted electron beam while having a high electron transmission characteristic and a gate field effect.

본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 형성된 적어도 하나의 에미터; 상기 캐소드 전극의 상부에 위치된 아노드 전극; 및 상기 캐소드 전극과 상기 아노드 전극 사이에 위치되고, 적어도 하나의 개구부를 포함하는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 형성된 원자층 시트를 포함하는 게이트 구조체를 포함한다. A field emission device according to an embodiment of the present invention includes a cathode electrode; At least one emitter formed on the cathode electrode; An anode electrode positioned above the cathode electrode; And a gate structure disposed between the cathode electrode and the anode electrode, the gate structure including a gate electrode including at least one opening and an atomic layer sheet formed on the gate electrode.

전계방출 장치는 캐소드 전극과 아노드 전극 사이에 위치된 게이트 구조체를 포함하며, 게이트 구조체는 적어도 하나의 개구부를 포함하는 게이트 전극 및 게이트 전극에 부착된 원자층 시트를 포함한다. 여기서, 원자층 시트는 게이트 전극의 개구부에 의해 구조적 스트레인(strain)이 가해진 독립된(free-standing) 2차원 원자층 재료로서, 그래핀 박막일 수 있다. 이와 같이, 게이트 구조체가 2차원 원자층을 포함하는 ETANG(Electron Transmissive Atomic Network Gate) 구조를 갖는 경우, 게이트 전극 개구부 주변의 공간 전하 분포의 왜곡을 완화하고, 개구 위치의 원자층 시트의 곡면구조 조절을 통해 전자 빔의 집속 특성을 향상시킬 수 있다. A field emission device includes a gate structure positioned between a cathode electrode and an anode electrode, the gate structure including a gate electrode comprising at least one opening and an atomic layer sheet attached to the gate electrode. Here, the atomic layer sheet may be a free-standing two-dimensional atomic layer material that is subjected to a structural strain by the opening of the gate electrode, and may be a graphene thin film. Thus, when the gate structure has an ETANG (Electron Transmissive Atomic Network Gate) structure including a two-dimensional atomic layer, the distortion of the space charge distribution around the gate electrode opening can be relaxed and the curvature structure control The focusing characteristics of the electron beam can be improved.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 전자 빔 방출 특성을 설명하기 위한 도면이다.1A to 1C are views showing a structure of a field emission device according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are views showing a structure of a field emission device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a field emission device according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C are views for explaining electron beam emission characteristics of a field emission device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described. In the drawings, the thickness and the spacing are expressed for convenience of explanation, and can be exaggerated relative to the actual physical thickness. In describing the present invention, known configurations irrespective of the gist of the present invention may be omitted. It should be noted that, in the case of adding the reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements have the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 구조를 나타내는 도면으로서, 도 1a는 단면도를 나타내고, 도 1b는 사시도를 나타내고, 도 1c는 게이트 구조체의 평면도를 나타낸다.1A to 1C are views showing a structure of a field emission device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view, FIG. 1B is a perspective view, and FIG. 1C is a plan view of a gate structure.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치는 캐소드 전극(100), 적어도 하나의 에미터(110), 아노드 전극(120) 및 게이트 구조체(200)를 포함한다. 이러한 구조를 갖는 전계방출 장치는 전계방출 효과가 나타나는 압력 이하의 진공상태를 유지하는 시스템, 예를 들어, 진공 챔버 또는 진공 밀봉된 튜브에서 구동될 수 있다. 또한, 전계방출 장치는 3극(Triode) 또는 3극 이상의 다극 전계방출 장치일 수 있다. 1A, a field emission device according to an embodiment of the present invention includes a cathode electrode 100, at least one emitter 110, an anode electrode 120, and a gate structure 200. The field emission device having such a structure can be driven in a system that maintains a vacuum state under a pressure at which a field emission effect is exhibited, for example, in a vacuum chamber or a vacuum sealed tube. Further, the field emission device may be a triode or a multipole field emission device having three or more poles.

적어도 하나의 에미터(110)는 캐소드 전극(100), 게이트 구조체(200) 및 아노드 전극(120)에 인가된 전계에 의해 전자(300)를 방출한다. 에미터(110)는 캐소드 전극(100)의 표면에 부착되며, 복수일 수 있다. 복수의 에미터는 소정 간격으로 이격되어 배열된다. 여기서, 에미터(110)를 구성하는 재료의 종류 및 에미터의 크기, 배열, 두께 등은 다양하게 변경될 수 있다. At least one emitter 110 emits electrons 300 by an electric field applied to the cathode electrode 100, the gate structure 200, and the anode electrode 120. The emitter 110 is attached to the surface of the cathode electrode 100, and may be plural. A plurality of emitters are arranged spaced apart at a predetermined interval. Here, the types of materials constituting the emitter 110, and the size, arrangement, thickness, etc. of the emitters can be variously changed.

아노드 전극(120)은 캐소드 전극(100)의 상부에 위치된다. 또한, 게이트 구조체(200)는 에미터(110)로부터 방출되는 전자 빔을 제어하도록, 캐소드 전극(100)과 아노드 전극(120)의 사이에 위치된다. The anode electrode 120 is positioned above the cathode electrode 100. The gate structure 200 is also positioned between the cathode electrode 100 and the anode electrode 120 to control the electron beam emitted from the emitter 110.

게이트 구조체(200)는 게이트 전극(210) 및 게이트 전극(210)에 부착된 원자층 시트(220)를 포함한다. 여기서, 게이트 전극(210)은 적어도 하나의 개구부(212)를 포함하는 금속 전극일 수 있고, 복수의 개구부를 가질 수 있다. 또한, 개구부(212)는 에미터(110)의 크기 및 배열과 부합하는 크기 및 배열을 가질 수 있다. The gate structure 200 includes a gate electrode 210 and an atomic layer sheet 220 attached to the gate electrode 210. Here, the gate electrode 210 may be a metal electrode including at least one opening 212, and may have a plurality of openings. In addition, the openings 212 may have a size and arrangement consistent with the size and arrangement of the emitters 110.

따라서, 게이트 구조체(200)에 의해 유도되어 에미터(110)로부터 방출된 전자들(300)이 게이트 구조체(200)를 통과하여, 게이트 구조체(200)보다 높은 전위가 인가된 아노드 전극(120)에 도달하게 된다. 여기서, 게이트 구조체(200)는 게이트 전극(210)에 원자층 시트(220)가 부착된 구조를 가지므로, 전자(300)는 게이트 전극(210)의 개구부(212) 및 원자층 시트(220)를 통과한다. Electrons 300 emitted by the gate structure 200 and emitted from the emitter 110 pass through the gate structure 200 and pass through the anode electrode 120 applied with a potential higher than that of the gate structure 200 ). Since the gate structure 200 has the structure in which the atomic layer sheet 220 is attached to the gate electrode 210, the electrons 300 are electrically connected to the opening 212 of the gate electrode 210 and the atomic layer sheet 220, .

여기서, 원자층 시트(220)는 게이트 전극(210) 상에 형성되며, 원자들이 2차원으로 배열된 단일층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 원자층 시트(220)는 그래핀 시트(graphene sheet)일 수 있다. 그래핀 시트는 탄소 원자들이 2차원 상에서 sp2 결합한 구조를 가지므로, 기계적(mechanical)으로 매우 견고한 특성을 갖는다. 또한, 완벽한 기하학적 구조의 그래핀 시트는 페르미 준위 근처에서 선형의 에너지 분포를 보이는 전자구조적 특성을 갖는다. 따라서, 그래핀 시트는 평면 방향으로의 전하의 이동도가 높으며, 저항이 매우 낮은 전기적 특성을 보인다. Here, the atomic layer sheet 220 is formed on the gate electrode 210, and the atoms may be composed of a single layer arranged in two dimensions. For example, the atomic layer sheet 220 may be a graphene sheet. The graphene sheet has a very rigid mechanical property because it has a structure in which carbon atoms are sp 2 bonded in two dimensions. In addition, the perfect geometry of the graphene sheet has electronic structural characteristics that show a linear energy distribution near the Fermi level. Therefore, the graphene sheet exhibits a high degree of mobility of charge in the plane direction, and exhibits a very low electrical resistance.

이러한 전기적 특성을 갖는 그래핀 시트가 부착된 게이트 전극(210)을 게이트 구조체(200)로 사용할 경우, 에미터(110)로부터 방출된 전자에 의한 불필요한 전하의 축적을 피할 수 있다. 또한, RC 시상수 값이 작으므로, 펄스 신호를 이용한 전계방출 구동 시에 대역폭 이득을 얻을 수 있다.When the gate electrode 210 having the graphene sheet having such electrical characteristics is used as the gate structure 200, unnecessary charge accumulation by the electrons emitted from the emitter 110 can be avoided. Also, since the RC time constant value is small, the bandwidth gain can be obtained at the field emission driving using the pulse signal.

도 1b를 참조하면, 게이트 전극(210)에 포함된 개구부(212)는 복수일 경우 소정 간격으로 이격되어 배열된다. 예를 들어, 복수의 개구부들(212)은 제1 방향(I-I') 및 제1 방향(I-I')과 교차된 제2 방향(Ⅱ-Ⅱ')으로 배열될 수 있다. 또한, 이웃한 개구부들(212)은 중심이 일치하도록 배열되거나, 중심이 어긋나도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(I-I')으로 이웃한 개구부들(212)은 중심이 어긋나도록 배열되고, 제2 방향(Ⅱ-Ⅱ')으로 이웃한 개구부들(212)은 중심이 일치하도록 배열될 수 있다. Referring to FIG. 1B, the openings 212 included in the gate electrode 210 are spaced apart from each other by a predetermined distance. For example, the plurality of openings 212 may be arranged in a first direction I-I 'and a second direction II-II' intersecting the first direction I-I '. Further, the neighboring openings 212 may be arranged so as to be coincident with each other or centered. For example, the openings 212 neighboring in the first direction I-I 'are arranged to be shifted in the center, and the openings 212 neighboring in the second direction II-II' .

여기서, 복수의 개구부들(212)은 복수의 에미터들(110)과 대응되도록 위치될 수 있다. 즉, 복수의 에미터들(110)과 복수의 개구부들(212)의 위치가 중첩될 수 있다. 또한, 게이트의 개구부(212)는 복수의 에미터들(110)을 모두 포함하는 크기를 가질 수 있고, 복수의 개구부들(212)은 복수의 에미터들(110)과 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다.Here, the plurality of openings 212 may be positioned to correspond to the plurality of emitters 110. That is, the positions of the plurality of emitters 110 and the plurality of openings 212 may overlap. The opening 212 of the gate may have a size including all of the plurality of emitters 110 and the plurality of openings 212 may have substantially the same size as the plurality of the emitters 110 .

도 1c를 참조하면, 원자층 시트(220)가 게이트 전극(210)의 개구부들(212)을 덮도록 게이트 전극(210)의 상부면에 부착된다. 따라서, 게이트 구조체(200)는 개구부(212)가 형성된 영역에서는 원자층 시트(220)로만 구성되고, 개구부(212)가 형성되지 않은 영역에서는 게이트 전극(210)과 원자층 시트(220)가 적층된 구조를 갖는다. Referring to FIG. 1C, an atomic layer sheet 220 is attached to the upper surface of the gate electrode 210 so as to cover the openings 212 of the gate electrode 210. The gate structure 210 is formed only of the atomic layer sheet 220 in the region where the opening 212 is formed and the gate electrode 210 and the atomic layer sheet 220 are stacked in the region where the opening 212 is not formed .

따라서, 게이트 개구부(212) 하부에 위치한 에미터(110)의 상부에 게이트 구조체(200)의 원자층 시트(220)가 위치되며, 에미터(110)와 원자층 시트(220) 사이에 게이트 전극(210)이 개재되지 않는다.The atomic layer sheet 220 of the gate structure 200 is positioned above the emitter 110 located under the gate opening 212 and the gate electrode 220 is positioned between the emitter 110 and the atomic layer sheet 220. [ (210) is not interposed.

여기서, 게이트 구조체(200)는 기 형성된 원자층 시트(220)를 게이트 전극(210)으로 이동시켜 형성될 수 있다. 이때, 원자층 시트(220)의 구조적 손상을 최소화할 수 있는 방법을 선택한다. 예를 들어, 특정 기판에 원자층 시트(220)를 증착한 후, 물리적 또는 화학적 방식으로 원자층 시트(220)를 박리하여 게이트 전극(210)으로 이동시킨다. 이와 같이 단일 층 또는 복수 층의 2차원 원자층 재료 시트를 메쉬 구조의 게이트 전극(210)으로 옮기면, 개구부(212) 위에 위치한 영역은 서스펜디드 막(suspended layer) 구조를 갖게 된다. 즉, 개구부(212) 위에 위치한 서스펜디드 막의 수직 방향 바로 아래에 에미터(110)가 위치된다. Here, the gate structure 200 may be formed by moving the formed atomic layer sheet 220 to the gate electrode 210. At this time, a method capable of minimizing the structural damage of the atomic layer sheet 220 is selected. For example, after the atomic layer sheet 220 is deposited on a specific substrate, the atomic layer sheet 220 is peeled off in the physical or chemical manner and transferred to the gate electrode 210. When the single-layer or multiple-layer two-dimensional atomic layer material sheet is transferred to the gate electrode 210 of the mesh structure, the region located above the opening 212 has a suspended layer structure. That is, the emitter 110 is positioned directly below the vertical direction of the suspended film located above the opening 212.

전술한 바와 같은 구조에 따르면, 전자 투과성 원자 네트워크 게이트 (ETANG) 구조를 갖는 게이트 구조체(200)를 전계방출 장치의 전자 방출 유도 게이트 전극으로 사용할 수 있다. According to the structure as described above, the gate structure 200 having an electron-permeable atomic network gate (ETANG) structure can be used as the electron emission-inducing gate electrode of the field emission device.

게이트 구조체(200)가 원자층 시트(220)를 포함하지 않고 개구부를 포함한 게이트 전극(210)만으로 구성되는 경우, 에미터(110)에서 방출된 전자는 개구부(212) 주변의 왜곡된 공간전하 분포에 의해 수평 방향의 힘을 받게 되고, 이로 인하여 전자 빔의 궤적이 퍼지게 된다. 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 개구부(212)를 포함하는 게이트 전극(210) 상에 원자층 시트(220)가 형성되므로, 게이트 전극(200)과 캐소드 전극(100) 사이의 공간전하 왜곡을 완화시킬 수 있다. 따라서, 에미터(110)로부터 방출된 전자가 받는 수직 방향의 힘이 증가되고, 그에 따라, 전자 빔의 궤적이 퍼지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 게이트 구조체(200)에 원자층 시트(220)를 포함시킴으로써, 원자층 시트(220)를 포함하지 않는 종래의 디바이스에 비해 전계방출 특성을 개선할 수 있다. When the gate structure 200 does not include the atomic layer sheet 220 but consists only of the gate electrode 210 including the opening portion, the electrons emitted from the emitter 110 are distributed in the vicinity of the opening 212, So that the trajectory of the electron beam is spread. In contrast, according to an embodiment of the present invention, since the atomic layer sheet 220 is formed on the gate electrode 210 including the opening 212, the space between the gate electrode 200 and the cathode electrode 100 It is possible to alleviate the charge distortion. Therefore, the force in the vertical direction to which the electrons emitted from the emitter 110 are subjected is increased, thereby preventing the trajectory of the electron beam from spreading. That is, by including the atomic layer sheet 220 in the gate structure 200, the field emission characteristics can be improved as compared with a conventional device that does not include the atomic layer sheet 220.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 구조를 나타내는 도면으로서, 도 2a는 단면도를 나타내고, 도 2b는 사시도를 나타내고, 도 2c는 게이트 구조체의 평면도를 나타낸다.2A to 2C are views showing a structure of a field emission device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a cross-sectional view, FIG. 2B is a perspective view, and FIG. 2C is a plan view of a gate structure.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 캐소드 전극(110) 상에 단일 에미터(110)가 부착된다. 또한, 게이트 전극(210)은 단일 개구부(212)를 포함하며, 단일 개구부(212)의 크기 및 위치는 단일 에미터(110)에 부합되도록 형성된다. 그 외의 구조는 앞서 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명한 것과 동일하다. Referring to FIGS. 2A to 2C, a single emitter 110 is attached on the cathode electrode 110. The gate electrode 210 also includes a single opening 212 and the size and location of the single opening 212 is formed to match the single emitter 110. The other structures are the same as those described above with reference to Figs. 1A to 1C.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 구조를 나타내는 단면도로서, 특히, 개구부에 위치된 원자층 시트가 곡면 구조를 갖는 경우를 나타낸다. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a field emission device according to an embodiment of the present invention, in particular, a case where an atomic layer sheet positioned in an opening has a curved surface structure.

도 3을 참조하면, 원자층 시트(220) 중 게이트 전극(210)의 개구부(212)에 대응되는 영역은, 게이트 전극(210)에 의해 지지되지 않는다. 따라서, 수평 방향의 인장력이 상대적으로 작고, 그에 따라, 수직 아래 방향의 힘에 의해 개구부(212)에서 곡면 구조를 갖는다. 즉, 게이트 구조체(200)를 포함하는 전계방출 장치에 전계를 인가하면, 원자층 시트(220)가 일부 영역에서 곡면 구조를 갖게 되고, 곡면 구조는 에미터(110)와 게이트 구조체(200) 사이의 공간전하 분포에 영향을 준다. 따라서, 종래의 공간 전하 분포와 다른 형태의 분포가 형성되며, 그에 따라, 개구부(212) 주변의 공간 전하 왜곡이 완화되어 전자 빔(310)을 집속하는 효과를 도출한다. Referring to FIG. 3, a region of the atomic layer sheet 220 corresponding to the opening 212 of the gate electrode 210 is not supported by the gate electrode 210. Therefore, the tensile force in the horizontal direction is relatively small, and thus, the curved surface structure in the opening portion 212 by the force in the vertical downward direction. That is, when an electric field is applied to the field emission device including the gate structure 200, the atomic layer sheet 220 has a curved surface structure in a certain region, and a curved surface structure is formed between the emitter 110 and the gate structure 200 Of the space charge distribution. Accordingly, a distribution different from that of the conventional space charge distribution is formed, thereby alleviating the space charge distortion around the opening 212, thereby obtaining the effect of concentrating the electron beam 310.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 장치의 전자 빔 방출 특성을 설명하기 위한 도면이다. 4A to 4C are views for explaining electron beam emission characteristics of a field emission device according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 종래의 게이트 메쉬 전극을 사용한 전계방출 장치의 전자 빔 방출 특성을 시뮬레이션한 것이다. 종래의 게이트 메쉬 전극을 이용하면, 게이트 메쉬 전극의 개구부 주변에서 왜곡된 공간 전하 분포에 의해, 에미터에서 방출된 전자가 수평 방향의 힘을 받게 된다. 따라서, 전체 전자 빔의 궤적이 퍼지게 된다. 4A is a simulation of electron beam emission characteristics of a field emission device using a conventional gate mesh electrode. When a conventional gate mesh electrode is used, electrons emitted from the emitter are subjected to a horizontal force due to a distorted spatial charge distribution around the opening of the gate mesh electrode. Therefore, the trajectory of the entire electron beam is spread.

도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구조체가 적용된 전계방출 장치의 전자 빔 방출 특성을 시뮬레이션 한 것이다. 도 4b는 개구부에서 원자층 시트가 평면 구조를 갖는 경우를 나타내고, 도 4c는 개구부에서 원자층 시트가 곡면 구조를 갖는 경우를 나타낸다. 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 원자층 시트를 포함하는 게이트 구조체를 적용함으로써, 종래와 달리 전자빔을 집속시키는 형태의 공간전하 분포를 갖게 된다. 즉, 에미터와 게이트 구조체 사이의 공간전하의 왜곡이 완화되고, 에미터로부터 방출된 전자가 수직 방향의 힘을 받게 된다. 따라서, 전체 전자 빔의 궤적이 퍼지는 것을 완화할 수 있다. 특히, 개구부에서 원자층 시트가 곡면 구조를 가질 수록, 전자 빔이 효과적으로 집속된다. 4B and 4C are graphs simulating electron beam emission characteristics of a field emission device to which a gate structure according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 4B shows a case where the atomic layer sheet has a planar structure in the opening portion, and FIG. 4C shows a case where the atomic layer sheet has a curved structure in the opening portion. Referring to FIGS. 4B and 4C, a gate structure including an atomic layer sheet is used to have a space charge distribution in which electron beams are focused, unlike the prior art. That is, distortion of the space charge between the emitter and the gate structure is relaxed, and electrons emitted from the emitter are subjected to a vertical force. Therefore, it is possible to alleviate the spread of the trajectory of the entire electron beam. In particular, the more the atomic layer sheet has a curved surface structure in the opening, the more effectively the electron beam is focused.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.It is to be noted that the technical spirit of the present invention has been specifically described in accordance with the above-described preferred embodiments, but it is to be understood that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the technical scope of the present invention.

100: 캐소드 전극 110: 에미터
120: 아노드 전극 200: 게이트 구조체
210: 게이트 전극 212: 개구부
220: 원자층 시트 300: 전자100: cathode electrode 110: emitter
120: anode electrode 200: gate structure
210: gate electrode 212: opening
220: atomic layer sheet 300: electron

Claims (9)

캐소드 전극;
상기 캐소드 전극 상에 형성된 적어도 하나의 에미터;
상기 캐소드 전극의 상부에 위치된 아노드 전극; 및
상기 캐소드 전극과 상기 아노드 전극 사이에 위치되고, 적어도 하나의 개구부를 포함하는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 형성된 원자층 시트를 포함하는 게이트 구조체
를 포함하는 전계방출 장치.
A cathode electrode;
At least one emitter formed on the cathode electrode;
An anode electrode positioned above the cathode electrode; And
A gate structure including a gate electrode located between the cathode electrode and the anode electrode and including at least one opening, and an atomic layer sheet formed on the gate electrode,
And a field emission device.
제1항에 있어서,
상기 게이트 전극은 복수의 개구부들을 포함하고, 상기 복수의 개구부들은 복수의 에미터들과 대응되도록 위치되는
전계방출 장치.
The method according to claim 1,
The gate electrode includes a plurality of openings, and the plurality of openings are positioned to correspond to the plurality of emitters
Field emission device.
제2항에 있어서,
상기 원자층 시트는 상기 복수의 개구부들과 중첩된 영역에서 곡면 구조를 갖는
전계방출 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the atomic layer sheet has a curved surface structure in a region overlapping with the plurality of openings
Field emission device.
제3항에 있어서,
상기 원자층 시트는 상기 곡면 구조에 의해 상기 게이트 구조체와 상기 캐소드 전극 사이의 공간전하 왜곡을 완화하여, 상기 복수의 에미터들로부터 방출된 전자 빔을 집속시키는
전계방출 장치.
The method of claim 3,
Wherein the atomic layer sheet relaxes space charge distortion between the gate structure and the cathode electrode by the curved surface structure and focuses the electron beam emitted from the plurality of emitters
Field emission device.
제1항에 있어서,
상기 게이트 전극은 복수의 개구부들을 포함하고, 상기 복수의 개구부들은 상기 복수의 에미터들과 대응되는 크기를 갖는
전계방출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the gate electrode comprises a plurality of openings, the plurality of openings having a size corresponding to the plurality of emitters
Field emission device.
제1항에 있어서,
상기 원자층 시트는 그래핀 시트인
전계방출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the atomic layer sheet is a graphene sheet
Field emission device.
제1항에 있어서,
상기 원자층 시트는 상기 게이트 구조체와 상기 캐소드 전극 사이의 공간전하 왜곡을 완화하는
전계방출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the atomic layer sheet alleviates space charge distortion between the gate structure and the cathode electrode
Field emission device.
제1항에 있어서,
상기 게이트 전극은 상기 에미터로부터 전자 방출을 유도하는
전계방출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the gate electrode is formed of a material that induces electron emission from the emitter
Field emission device.
제1항에 있어서,
상기 개구부는 복수의 에미터들을 모두 포함하는 크기를 갖는
전계방출 장치.The method according to claim 1,
The opening has a size including all of a plurality of emitters
Field emission device.
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