MgO 표면의 전자 구조 및 이차전자방출특성에 대한 이론적 연구

Abstract

플라즈마 디스플레이에서 MgO 보호막은 유전체 층을 보호하고 이차전자를 방출하는 매우 중요한 역할을 수행한다. 플라즈마 가스 이온에 의한 충돌에 의해 유전체가 손상되지 않기 위하여 유전체 층을 얇은 MgO 막으로 덮어 보호해 주는 기능을 한다. 또한 MgO 막은 플라즈마 디스플레이의 방전 개시전압을 낮춰 주어 플라즈마 디스플레이의 효율성을 높이는데 기여한다. 방전개시 전압과 이차전자방출 특성은 매우 밀접한 연관성을 갖기 때문에 MgO막의 이차전자방출 특성을 높이는 것이 중요하다. 이차전자방출에 대한 실험 결과는 많이 알려져 있지만 결과에 대한 메커니즘이나 이론적 연구는 아직 많이 부족하다. 본 논문에서는 MgO막의 전자구조 계산을 통하여 이차전자방출 특성과의 연관성을 연구하였다. 계산에서 MgO의 각 결정면 (100), (110), (111)과 플라즈마 디스플레이의 구동 환경에서 생성 가능한 특수 표면구조의 전자 구조 계산을 통하여 이미지 상태와 띠 간격 사이에 새로운 상태들이 이차전자방출에 미치는 영향을 고려하고, 이차전자방출 효율에 영향을 미치는 요소를 분석하였다. 그리고 각 표면 구조의 전자구조계산 결과를 바탕으로 이차전자방출계수를 계산하였으며 실험값과 비교하여 비슷한 경향성을 보임을 확인하였다. 이미지 상태와 같은 표면에서 나타나는 새로운 상태들과 전도대의 진공 준위보다 높은 에너지 영역의 상태 밀도 증가가 이차전자방출계수를 높이는데 크게 기여함을 발견하였다. 연구 결과를 통하여 MgO 막의 도핑이나 인위적인 결점 생성들을 통하여 이차전자방출 특성을 향상시킬 수 있으리라 기대된다.;In plasma ac display panels(ac PDPs), MgO is most widely used as a protective layer on the dielectric layer overlying ITO electrodes. This protective layer is important for ac PDPs to lower firing voltage and to enhance the luminous efficiency. In determining the low firing voltage and luminous efficiency, the secondary electron emission yield is the key point. The surface orientations, morphology and electronic property of MgO thin film influence the secondary electron emission. In an effort to understand the secondary emission properties depending on the surface direction and morphology of MgO, we carry out first principles analysis on the (100), (110), (111) surfaces and nanocrystalline structures of MgO. We find that image states characteristic for each surface direction play an important role in determining the work function and electron affinity. In a nanocube structure of MgO, the edge and corner states are identified within the energy gap. From Hagstrum's theory of insulator, we calculate secondary electron emission coefficient of MgO for rare gas ions He, Ne, Ar, Xe, Kr. The g values of various MgO structures are determined by Auger mechanism. These calculated g values of MgO for gas ions are comparable with experimental results reported previously.