FeldemissionsdisplayNAME:  MICHAEL  LAUBE

MATRIKEL  NR.  698524

InhaltoÜberblickoHistorieoHerstellungoAbmessungenoAufbauoFunktionsweiseoFazitoCNT‐FED

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ÜberblickoSelbstleuchtendes Display overgleichbar mit Kathodenstrahlröhre◦Elektronen: Kathode → Anode

oElektronen regen einen Leuchtstoff an

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Historieo1970: Feldemitteranordnungentdeckt:◦ Charles Spindt◦ Stanford Research Institute◦ Spindt‐Kathode / Spindt‐Tips / electron Guns

o1987: SRI International demonstriert ersten farbigen FED‐Display

o1991: Start der Entwicklung durch Silicon Video Corporation

o1998: Sony steigt als Partner ein

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o2004: Verkauf des Bestandes an Canon

o2004: Toshiba und Canon starten Joint‐Venture◦ SED Ltd.

o2006: Sony startet Joint‐Venture mit Tax Gate ◦ FED Inc.

oAus für FEDs:◦ 2007 Toshiba◦ 2009 Sony◦ 2010 Canon

HerstellungoSpindt‐Prozess: ◦ Glassubstrat oder Si‐Wafer◦ Elektronenstrahl‐Lithographie / Metallätzen

◦ Abscheidung von mittels CVD:◦ Opferschicht◦ Konusmaterial

oKonusmaterialien / Emitterspitzen:◦Metall◦ Halbleitermaterial◦ Diamant

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AbmessungenoExtraktoröffnung

o 0,5…2 µm◦ Optische Lithographie 

◦ 150 nm◦ Elektronenstrahllithographie◦ Focused‐Ion‐Beam Lithographie◦ Interferrenzlithographie

oMicrotips:◦ Ø Spitze wenige nm◦ Höhe 1,2 µm

oAnode: 0,2…0,5 mm darüber

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AufbauoBis zu 107 Emitter/cm²oBis zu 3000 Emitter/Pixel oLeuchtschicht auf der Unterseite der AnodeoGesamte Bauhöhe des Displays 1‐2 mm◦Keine Fokussierung notwendig

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FunktionsweiseoAnlegen hoher Feldstärke◦ 50 V/µm

oErzeugung von Elektronen ◦ Tunneleffekt◦ Kalte Kathode

oBeschleunigung der Elektronen ◦ Kathode → Anode

oStoßenergie → Anregung → Emission

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VORTEILE

oSehr flache Bauweiseo„Einfache“ HerstellungoHohe AuflösungoHohe FarbbrillianzoHoher KontrastoGroße HelligkeitoHohe BlickwinkelstabilitätoEnergieeffizient ◦ Hoher Wirkungsgrad (5 lm/W)

NACHTEILE

oVakuumdichtigkeit über lange Zeiträume◦ Helligkeitsverlust bei schlechtem Vakuum

oViele Leitungen zur AnsteuerungoNicht strahlungsarm ◦ recht hohe Austrittsspannung ◦ (~100 V ~ 100 eV = 12 nm)

oGeringe Beschleunigungsspannung◦ Schwierige Anregung (der CRT‐Leuchtstoffe → Low‐Voltage Leuchtstoffe)

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Low‐Voltage Leuchtstoffe STANDARDo Blau: ZnS:Ago Grün: ZnS:Cu,Al,Auo Rot: Y2O2S:Eu

LOW‐VOLTAGE LEUCHTSTOFoBlau: Y2SiO5:CeoGrün: Y2SiO5:TboRot: Y2O3:Eu

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Low‐Voltage Leuchtstoffe

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Rot Grün Blau

SnO2:Eu Gd2O2S:Tb GaN:Zn

SrTiO3:Pr3+ Mg2SnO4:Mn SrGa2S4:Ce

YAG:Eu SrGa2S4:Eu2+ Y2O3:Tm

Y2O3:Eu YAG:Tb3+ Y2SiO5:Tm

Y2O2S:Eu Zn(Ga,Al)2O4:Mn Y2SiO5:Ce

ZnGa2O4:Eu ZnGa2O4:Mn ZnGa2O4

ZnO:Zn ZnO:Zn

ZnS:Cu,Al ZnS:Ag,Cl

ZnS:Cu,Cl

Y3(Al,Ga)5O12:Tb

Y2SiO5:Tb

FazitoBildschirmtechnologie mit hohem PotenzialoAblösen von CRT‐ und LCD‐BildschirmeoHerstellungsschwierigkeitenoEntwicklungsphase noch nicht abgeschlossenoForschung eingestelltoForschung an CNT‐FED‘s◦Motorola und Samsung

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Herstellung CNT‐FEDoa) Definition der Löcherob) Ätzen durch:◦ Poly‐Si‐gate◦ SiO2‐Isolators

oc) Abscheidung der:◦ TiN Diffusionsbarriere◦ Ni Katalysators

od) Abdeckmittel entfernen◦ Nanoröhrchen mittels PECVD auftragen

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Abmessung CNT‐FEDoDurchmesser◦1 – 500 nm

oHöhe◦bis zu einigen mm

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Vor‐ und Nachteile CNT‐FEDoVorteil:◦Emittieren bei geringen elektrischen Feldern ◦ (1 V/µm)

oNachteile:◦ tiefere Gate Strukturen◦Unregelmäßige Morphologie◦Kurzschlüsse◦Befestigung 

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Quellen Iohttp://winfwiki.wi‐fom.de/index.php/Bild:FED_Aufbau.gif 13.04.15 11:30

ohttp://www.prad.de/new/news/shownews_tv871.html 13.04.15 11:30

ohttp://elektroniktutor.oszkim.de/technologien/fed.html 13.04.15 11:30

ohttp://www.heise.de/newsticker/meldung/Hoffnungsschimmer‐fuer‐Feldemissionsdisplays‐217420.html 13.04.15 10:50

ohttp://www.hs‐ugsburg.de/informatik/projekte/mebib/emiel/entw_inf/lernprogramme/monitore/D_FED.html 13.04.15 10:54

ohttp://www.heise.de/newsticker/meldung/Aus‐fuer‐Feldemissionsdisplays‐von‐Sony‐210403.html 13.04.15 11:06

ohttp://www.heise.de/newsticker/meldung/Toshiba‐und‐Canon‐produzieren‐gemeinsam‐TV‐Flachbildschirme‐89723.html 15.04.15 14: 38

ohttp://www.heise.de/newsticker/meldung/Sony‐investiert‐in‐die‐Entwicklung‐von‐Feldemissionsdisplays‐125286.html 15.04.15 14:46

ohttp://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=285#_Field_Emission_Display 14.04.15 16:36

ohttp://engineering.dartmouth.edu/microeng/courses/es194/student/tkerner/FED_talk/microfab.html 14.04.15 21:24

ohttp://de.wikipedia.org/wiki/Feldemissionsbildschirm 28.04.15 10:16

ohttp://en.wikipedia.org/wiki/Field_emission_display 28.04.15 10:16

ohttp://de.wikipedia.org/wiki/Surface‐conduction_Electron‐emitter_Display 28.04.15 10:16

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Quellen IIoMatthew T. Cole1, Masayuki Nakamoto2 and William I. Milne3 Field Emission Displays (FEDs) and Surface Conduction Electron‐Emitter Displays (SEDs) Cambridge University, Cambridge, UK Handbook of Digital Imaging, Online © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

oLauren E. Shea Low‐Voltage Cathodoluminescent Phosphors The Electrochemical Society Interface • Summer 1998

oDEEPAK RAMESHAN GCAIEAE014 SEMINAR REPORT on FIELD EMISSION DISPLAYS GOVERNMENT ENGINEERING COLLEGE KOZHIKODE‐673 005 

oSanitta Thongpang ACUUM FIELD EMISSION MICROELECTRONIC DEVICES BASED ON SILICON NANOWHISKERS University of Canterbury

oW. I. Milne,a K. B. K. Teo,a G. A. J. Amaratunga, et al Carbon nanotubes as field emission sources Engineering Department, Cambridge University 2003

oJ.E. Junga,c,f, Y.W. Jina,c, J.H. Choia Fabrication of triode‐type field emission displays with high‐density carbon‐nanotube emitter arrays  2002 Elsevier Science B.V. 

oShiang‐Kuo Chang‐Jian and Jeng‐Rong Ho Laser Patterning of Carbon‐Nanotubes Thin Films and Their Applications Department of echanical Engineering National Chung Cheng University Chia‐Yi, Taiwan

oGraham Sanborn, Stephan Turano, Lake Singh, ALICE in Wonderland  A Story of Carbon Nanotube Electron Emission in Space Georgia Tech Research Institute 2014

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Fragen?

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Spindt‐Prozess im Detail

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FragenoVerwendete Spannungen◦Anodenspannung 100 V – kV◦Kathodenspannung 50 – 100 V; 0,5 V/Angström = 

oLow‐Voltage Phosphores◦Dürfen keine Defekte enthalten

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