JP2000231871A - 電子放出膜及び電界放出型冷陰極デバイス - Google Patents
電子放出膜及び電界放出型冷陰極デバイスInfo
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- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
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- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
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- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/304—Field emission cathodes
- H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
Abstract
(57)【要約】
【課題】優れた電子放出、機械的強度及び加工特性を有
する電子放出膜、同電子放出膜を用いた電界放出型冷陰
極デバイスを提供する。 【解決手段】電界放出膜はアモルファス炭素から基本的
になるマトリックスと、炭素の６員環の２次元的連なり
から基本的になるフラーレン様構造とからなる。フラー
レン様構造は、マトリックス中に分散されると共にマト
リックスから部分的に突出する。アモルファス炭素とフ
ラーレン様構造との重量比は約５０：５０〜５：９５で
ある。アモルファス炭素はドナーとして作用する窒素を
約１×１０ 15ｃｍ-3〜１０原子％の濃度で含有する。
する電子放出膜、同電子放出膜を用いた電界放出型冷陰
極デバイスを提供する。 【解決手段】電界放出膜はアモルファス炭素から基本的
になるマトリックスと、炭素の６員環の２次元的連なり
から基本的になるフラーレン様構造とからなる。フラー
レン様構造は、マトリックス中に分散されると共にマト
リックスから部分的に突出する。アモルファス炭素とフ
ラーレン様構造との重量比は約５０：５０〜５：９５で
ある。アモルファス炭素はドナーとして作用する窒素を
約１×１０ 15ｃｍ-3〜１０原子％の濃度で含有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子放出膜、同電子
放出膜を用いた電界放出型冷陰極デバイス、並びにそれ
らの製造方法に関する。
放出膜を用いた電界放出型冷陰極デバイス、並びにそれ
らの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界放出型の微小冷陰極デバイスは、エ
ミッタとゲート電極（及び／またはアノード電極）とを
有し、エミッタと電極との間に電圧が印加されるとエミ
ッタから電子を放出する。この種の冷陰極デバイスは、
高速応答、耐放射線、耐熱性、大電流化等の可能性があ
ることから、多くの研究がなされている。例えば、本発
明者等の一部による特願平９−２３６０４６に開示され
るように、冷陰極デバイスは大電流且つ高電圧のスイッ
チングデバイスとしての可能性がある。
ミッタとゲート電極（及び／またはアノード電極）とを
有し、エミッタと電極との間に電圧が印加されるとエミ
ッタから電子を放出する。この種の冷陰極デバイスは、
高速応答、耐放射線、耐熱性、大電流化等の可能性があ
ることから、多くの研究がなされている。例えば、本発
明者等の一部による特願平９−２３６０４６に開示され
るように、冷陰極デバイスは大電流且つ高電圧のスイッ
チングデバイスとしての可能性がある。
【０００３】低電界での電子放出及び安定した大電流放
出の観点から、エミッタの材料として炭素系材料が注目
されている。これまで、エミッタの炭素系材料としてダ
イヤモンド、グラファイト、アモルファス炭素等が提案
され、数Ｖ／μｍ以下の低電界電子放出特性が報告され
ている。
出の観点から、エミッタの材料として炭素系材料が注目
されている。これまで、エミッタの炭素系材料としてダ
イヤモンド、グラファイト、アモルファス炭素等が提案
され、数Ｖ／μｍ以下の低電界電子放出特性が報告され
ている。
【０００４】例えば、本発明者等の一部（G. A. J. Ama
ratunga 他）による文献 APL 68 (18) p.2529, 1996に
は、陰極アーク法によってＳｉ基板上に形成したアモル
ファス炭素膜による低電界電子放出が開示される。ま
た、この文献には、アモルファス炭素中に窒素を含有さ
せることによって、電子放出しきい電界が低下すること
が開示される。このような低電界化は陰極アーク法で作
製した窒素含有アモルファス炭素膜（ａ−Ｃ：Ｎ）だけ
でなく、プラズマＣＶＤ法で作製した水素化アモルファ
ス炭素膜（ａ−Ｃ：Ｎ：Ｈ）においても同様に見出され
ている。
ratunga 他）による文献 APL 68 (18) p.2529, 1996に
は、陰極アーク法によってＳｉ基板上に形成したアモル
ファス炭素膜による低電界電子放出が開示される。ま
た、この文献には、アモルファス炭素中に窒素を含有さ
せることによって、電子放出しきい電界が低下すること
が開示される。このような低電界化は陰極アーク法で作
製した窒素含有アモルファス炭素膜（ａ−Ｃ：Ｎ）だけ
でなく、プラズマＣＶＤ法で作製した水素化アモルファ
ス炭素膜（ａ−Ｃ：Ｎ：Ｈ）においても同様に見出され
ている。
【０００５】また、中本正幸による特開昭１０−１４９
７６０（１９９８年６月２日）には、カーボンナノチュ
ーブ或いはフラーレンをエミッタ上に配設した冷陰極デ
バイスが開示される。更に、バーナード・コールによる
特開平１０−１１２２５３（１９９８年４月２８日）に
は、陰極アーク法により形成されたグラファイト構造の
膜を電子放出膜として用いた冷陰極デバイスが開示され
る。
７６０（１９９８年６月２日）には、カーボンナノチュ
ーブ或いはフラーレンをエミッタ上に配設した冷陰極デ
バイスが開示される。更に、バーナード・コールによる
特開平１０−１１２２５３（１９９８年４月２８日）に
は、陰極アーク法により形成されたグラファイト構造の
膜を電子放出膜として用いた冷陰極デバイスが開示され
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、既提案の上
記技術に比べて更に優れた電子放出、機械的強度及び加
工特性を有する電子放出膜、同電子放出膜を用いた電界
放出型冷陰極デバイス、並びにそれらの製造方法を提供
することを目的とする。
記技術に比べて更に優れた電子放出、機械的強度及び加
工特性を有する電子放出膜、同電子放出膜を用いた電界
放出型冷陰極デバイス、並びにそれらの製造方法を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点によ
れば、電子放出膜が提供され、これは、アモルファス炭
素から基本的になり且つマトリックスを形成する第１部
分と、前記マトリックス中に分散されると共に前記マト
リックスから部分的に突出する、炭素の６員環の２次元
的連なりから基本的になる結晶構造を有する第２部分
と、を具備する。前記第１及び第２部分の重量比は約５
０：５０〜５：９５である。前記第１部分はドナーとし
て作用する不純物を約１×１０15ｃｍ-3〜１０原子％の
濃度で含有する。
れば、電子放出膜が提供され、これは、アモルファス炭
素から基本的になり且つマトリックスを形成する第１部
分と、前記マトリックス中に分散されると共に前記マト
リックスから部分的に突出する、炭素の６員環の２次元
的連なりから基本的になる結晶構造を有する第２部分
と、を具備する。前記第１及び第２部分の重量比は約５
０：５０〜５：９５である。前記第１部分はドナーとし
て作用する不純物を約１×１０15ｃｍ-3〜１０原子％の
濃度で含有する。
【０００８】本発明の第２の視点は、第１の視点の膜に
おいて、前記不純物が窒素である。
おいて、前記不純物が窒素である。
【０００９】本発明の第３の視点によれば、第２の視点
の電子放出膜の製造方法が提供され、これは、成膜装置
を使用する。前記成膜装置は、被処理基板を収納するた
めの真空チャンバと、真空チャンバ内に対面して配設さ
れた炭素電極及び対向電極と、前記電極間に低周波の交
流パワーを印可するための電源と、前記炭素電極の近傍
に窒素を供給するための供給口と、を具備する。前記方
法は、前記真空チャンバ内に前記基板を配置すると共
に、前記真空チャンバ内を真空に設定する準備工程と、
前記供給口から窒素を供給すると共に前記電極間に前記
交流パワーを印可してアーク放電を発生させることによ
り、前記炭素電極から炭素を昇華させて前記基板上に前
記電子放出膜を堆積形成する成膜工程と、を具備する。
の電子放出膜の製造方法が提供され、これは、成膜装置
を使用する。前記成膜装置は、被処理基板を収納するた
めの真空チャンバと、真空チャンバ内に対面して配設さ
れた炭素電極及び対向電極と、前記電極間に低周波の交
流パワーを印可するための電源と、前記炭素電極の近傍
に窒素を供給するための供給口と、を具備する。前記方
法は、前記真空チャンバ内に前記基板を配置すると共
に、前記真空チャンバ内を真空に設定する準備工程と、
前記供給口から窒素を供給すると共に前記電極間に前記
交流パワーを印可してアーク放電を発生させることによ
り、前記炭素電極から炭素を昇華させて前記基板上に前
記電子放出膜を堆積形成する成膜工程と、を具備する。
【００１０】本発明の第４の視点は、第３の視点の方法
において、前記成膜工程において、前記交流パワーの周
波数が約１０Ｈｚ〜５００Ｈｚに設定される。交流パワ
ーに代え、直流パワーを使用して上述の周波数でパルス
として印加してもよい。
において、前記成膜工程において、前記交流パワーの周
波数が約１０Ｈｚ〜５００Ｈｚに設定される。交流パワ
ーに代え、直流パワーを使用して上述の周波数でパルス
として印加してもよい。
【００１１】本発明の第５の視点は、第３または第４の
視点の方法において、前記成膜工程において、前記ター
ゲット電極よりも前記基板に近くなるように配置された
排気口から、前記真空チャンバを排気する。
視点の方法において、前記成膜工程において、前記ター
ゲット電極よりも前記基板に近くなるように配置された
排気口から、前記真空チャンバを排気する。
【００１２】本発明の第６の視点は、第３乃至第５のい
ずれかの視点の方法において、前記成膜工程において、
前記基板上の圧力が約１×１０-4ｍｂａｒ〜１×１０-1
ｍｂａｒとなるように設定される。
ずれかの視点の方法において、前記成膜工程において、
前記基板上の圧力が約１×１０-4ｍｂａｒ〜１×１０-1
ｍｂａｒとなるように設定される。
【００１３】本発明の第７の視点は、第３乃至第６のい
ずれかの視点の方法において、前記成膜工程後、前記第
１部分を前記第２部分に対して優先的にエッチングする
エッチャントにより、前記電子放出膜の表面をエッチン
グする工程を更に具備する。
ずれかの視点の方法において、前記成膜工程後、前記第
１部分を前記第２部分に対して優先的にエッチングする
エッチャントにより、前記電子放出膜の表面をエッチン
グする工程を更に具備する。
【００１４】本発明の第８の視点は、第７の視点の方法
において、前記エッチャントがフッ酸を含む溶液を具備
する。
において、前記エッチャントがフッ酸を含む溶液を具備
する。
【００１５】本発明の第９の視点によれば、電界放出型
冷陰極デバイスが提供され、これは、支持基板と、前記
支持基板上に配設されたエミッタと、前記エミッタが第
１または第２視点の電子放出膜からなる電子放出面を有
することと、前記エミッタから電子を引出すための引出
し電極と、を具備する。
冷陰極デバイスが提供され、これは、支持基板と、前記
支持基板上に配設されたエミッタと、前記エミッタが第
１または第２視点の電子放出膜からなる電子放出面を有
することと、前記エミッタから電子を引出すための引出
し電極と、を具備する。
【００１６】本発明の第１０の視点は、第９の視点のデ
バイスにおいて、前記引出し電極が、前記エミッタと対
向するようにゲート絶縁膜を介して前記支持基板に支持
されたゲート電極からなり、前記ゲート絶縁膜がシリコ
ン酸化物から基本的になる。
バイスにおいて、前記引出し電極が、前記エミッタと対
向するようにゲート絶縁膜を介して前記支持基板に支持
されたゲート電極からなり、前記ゲート絶縁膜がシリコ
ン酸化物から基本的になる。
【００１７】本発明の第１１の視点によれば、第１０の
視点の電界放出型冷陰極デバイスの製造方法が提供さ
れ、これは、前記支持基板、前記電子放出膜、前記ゲー
ト絶縁膜となるシリコン酸化物膜、及び前記ゲート電極
となる導電膜がこの順で重なる積層構造を形成する工程
と、前記エミッタに対応して前記導電膜の一部を除去
し、前記シリコン酸化物膜の選択部部分を露出させる工
程と、前記シリコン酸化物膜の前記選択部分をエッチャ
ントによりエッチングし、前記エミッタの前記電子放出
面を露出させると共に、前記エッチャントにより前記電
子放出面をエッチングする工程と、前記エッチャント
は、前記電子放出膜の前記第１部分を前記第２部分に対
して優先的にエッチングすることと、を具備する。
視点の電界放出型冷陰極デバイスの製造方法が提供さ
れ、これは、前記支持基板、前記電子放出膜、前記ゲー
ト絶縁膜となるシリコン酸化物膜、及び前記ゲート電極
となる導電膜がこの順で重なる積層構造を形成する工程
と、前記エミッタに対応して前記導電膜の一部を除去
し、前記シリコン酸化物膜の選択部部分を露出させる工
程と、前記シリコン酸化物膜の前記選択部分をエッチャ
ントによりエッチングし、前記エミッタの前記電子放出
面を露出させると共に、前記エッチャントにより前記電
子放出面をエッチングする工程と、前記エッチャント
は、前記電子放出膜の前記第１部分を前記第２部分に対
して優先的にエッチングすることと、を具備する。
【００１８】本発明の第１２の視点は、第１１の視点の
方法において、前記エッチャントがフッ酸を含む溶液を
具備する。
方法において、前記エッチャントがフッ酸を含む溶液を
具備する。
【００１９】なお、明細書において言及するフラーレン
及びフラーレン様構造とは、以下のように定義される。
及びフラーレン様構造とは、以下のように定義される。
【００２０】多くの文献に示されるように、フラーレン
は、炭素の６員環を主体とする、炭素の５員環、６員環
及び７員環の２次元的連なり、即ちグラファイトシート
を殻とする球体或いは筒体状の立体構造からなる。図４
（ａ）は、フラーレンの一種であるナノチューブを示す
図である。また、複数のフラーレンが同心円状或いはス
パイラル状に何層も重なった図４（ｂ）、図４（ｃ）に
示すような構造もあり、これらはスーパーフラーレンと
呼ばれる。また、フラーレン様構造とは、フラーレン若
しくはスーパーフラーレン、或いはその一部であるシー
ト若しくは壁、即ち、炭素の６員環を主とした炭素原子
の２次元的連なりの結晶から形成された微小構造をい
う。
は、炭素の６員環を主体とする、炭素の５員環、６員環
及び７員環の２次元的連なり、即ちグラファイトシート
を殻とする球体或いは筒体状の立体構造からなる。図４
（ａ）は、フラーレンの一種であるナノチューブを示す
図である。また、複数のフラーレンが同心円状或いはス
パイラル状に何層も重なった図４（ｂ）、図４（ｃ）に
示すような構造もあり、これらはスーパーフラーレンと
呼ばれる。また、フラーレン様構造とは、フラーレン若
しくはスーパーフラーレン、或いはその一部であるシー
ト若しくは壁、即ち、炭素の６員環を主とした炭素原子
の２次元的連なりの結晶から形成された微小構造をい
う。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の開発に際し、本発明者等
は、電界放出型冷陰極デバイスのエミッタの材料として
使用可能な炭素系材料に関して、種々の実験を行った。
その結果、本発明者等は以下に述べるような知見を得
た。
は、電界放出型冷陰極デバイスのエミッタの材料として
使用可能な炭素系材料に関して、種々の実験を行った。
その結果、本発明者等は以下に述べるような知見を得
た。
【００２２】先ず、上述の文献 APL 68 (18) p.2529, 1
996に開示されるアモルファス炭素膜、特に窒素等の不
純物を含むこの種の膜は、冷陰極デバイスの作製プロセ
スで必要な耐薬品性が不充分であることが見出された。
具体的には、ゲート付き冷陰極デバイスを作製する際、
ゲート絶縁膜として一般的に用いられるＳｉＯ2 膜をア
モルファス炭素膜上に形成し、次に、ＳｉＯ2 膜を選択
的にエッチングし、パターニングする必要がある。この
際、エッチャント、例えば緩衝フッ酸溶液にアモルファ
ス炭素膜も晒される。しかしながら、アモルファス系炭
素膜はこのエッチャントによって、著しくダメージを受
ける。
996に開示されるアモルファス炭素膜、特に窒素等の不
純物を含むこの種の膜は、冷陰極デバイスの作製プロセ
スで必要な耐薬品性が不充分であることが見出された。
具体的には、ゲート付き冷陰極デバイスを作製する際、
ゲート絶縁膜として一般的に用いられるＳｉＯ2 膜をア
モルファス炭素膜上に形成し、次に、ＳｉＯ2 膜を選択
的にエッチングし、パターニングする必要がある。この
際、エッチャント、例えば緩衝フッ酸溶液にアモルファ
ス炭素膜も晒される。しかしながら、アモルファス系炭
素膜はこのエッチャントによって、著しくダメージを受
ける。
【００２３】図１５は窒素含有アモルファス炭素膜を緩
衝フッ酸溶液でエッチングした後の表面を示すＳＥＭ
（Scanning Electron Microscope）写真である。図１５
図示の如く、エッチングにより膜面が不均一に剥離する
等ダメージを受けている。
衝フッ酸溶液でエッチングした後の表面を示すＳＥＭ
（Scanning Electron Microscope）写真である。図１５
図示の如く、エッチングにより膜面が不均一に剥離する
等ダメージを受けている。
【００２４】また、上述の特開平１０−１１２２５３に
開示される陰極アーク法により形成されたグラファイト
構造の膜は、フラーレン様微小構造のみを集めたような
組織を有することが見出された。即ち、膜組織の３次元
的な結合力が弱いため、冷陰極デバイスのエミッタの材
料として十分な機械的強度が得られない。また、膜の表
面をエッチング処理すると一様にエッチングされるた
め、膜の表面に電界放出用の凹凸を設け難い。
開示される陰極アーク法により形成されたグラファイト
構造の膜は、フラーレン様微小構造のみを集めたような
組織を有することが見出された。即ち、膜組織の３次元
的な結合力が弱いため、冷陰極デバイスのエミッタの材
料として十分な機械的強度が得られない。また、膜の表
面をエッチング処理すると一様にエッチングされるた
め、膜の表面に電界放出用の凹凸を設け難い。
【００２５】これに対して、陰極アーク法を特定の条件
下で実施することにより、相当量のフラーレン様微小構
造が窒素含有アモルファス炭素内に分散した膜を形成す
ることができ、同膜が既提案の技術により形成された膜
に比べて更に優れた電子放出、機械的強度及び加工特性
を有することが見出された。
下で実施することにより、相当量のフラーレン様微小構
造が窒素含有アモルファス炭素内に分散した膜を形成す
ることができ、同膜が既提案の技術により形成された膜
に比べて更に優れた電子放出、機械的強度及び加工特性
を有することが見出された。
【００２６】以下に、このような知見に基づいて構成さ
れた本発明の実施の形態について図面を参照して説明す
る。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成
を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説
明は必要な場合にのみ行う。
れた本発明の実施の形態について図面を参照して説明す
る。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成
を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説
明は必要な場合にのみ行う。
【００２７】図１は本発明に係る電子放出膜を形成する
ための、差圧型ＡＣアーク放電法を実施する成膜装置１
２を示す概略図である。
ための、差圧型ＡＣアーク放電法を実施する成膜装置１
２を示す概略図である。
【００２８】成膜装置１２は被処理基板１０を収納する
ための真空チャンバ１４を有する。真空チャンバ１４は
導電性ケーシング１６により形成され、接地ライン１８
を介して接地される。基板１０の配置位置から数１０ｃ
ｍ離れるように、真空チャンバ１４内の一端には炭素か
らなるターゲット電極２２が配設される。ターゲット電
極２２に対向して棒状の対向電極２４が配設される。対
向電極２４はターゲット電極２２に対して移動可能であ
り、電極２２、２４間の距離を調整することができる。
ターゲット電極２２と導電性ケーシング１６との間に低
周波の交流パワーを印可するため、交流電源２６が配設
される。
ための真空チャンバ１４を有する。真空チャンバ１４は
導電性ケーシング１６により形成され、接地ライン１８
を介して接地される。基板１０の配置位置から数１０ｃ
ｍ離れるように、真空チャンバ１４内の一端には炭素か
らなるターゲット電極２２が配設される。ターゲット電
極２２に対向して棒状の対向電極２４が配設される。対
向電極２４はターゲット電極２２に対して移動可能であ
り、電極２２、２４間の距離を調整することができる。
ターゲット電極２２と導電性ケーシング１６との間に低
周波の交流パワーを印可するため、交流電源２６が配設
される。
【００２９】対向電極２４は、先端に約１ｍｍの径の出
口２８を有する導管として形成され、その基端には給気
管３２が接続される。給気管３２は開閉バルブ及び流量
調整バルブ（図示せず）を介して窒素ガス源３４に接続
される。対向電極２４の出口、即ち窒素ガス供給口２８
はターゲット電極２２に向けて窒素ガスを吹出すように
配向される。また、基板１０の配置位置の近傍において
真空チャンバ１４には排気管３６が接続される。排気管
３６は開閉バルブ及び流量調整バルブ（図示せず）を介
して排気ポンプ３８に接続される。なお、図１図中に点
線で示すようにターゲット電極２２にガス供給路２３を
形成して窒素ガス供給ノズルとして使用することもでき
る。
口２８を有する導管として形成され、その基端には給気
管３２が接続される。給気管３２は開閉バルブ及び流量
調整バルブ（図示せず）を介して窒素ガス源３４に接続
される。対向電極２４の出口、即ち窒素ガス供給口２８
はターゲット電極２２に向けて窒素ガスを吹出すように
配向される。また、基板１０の配置位置の近傍において
真空チャンバ１４には排気管３６が接続される。排気管
３６は開閉バルブ及び流量調整バルブ（図示せず）を介
して排気ポンプ３８に接続される。なお、図１図中に点
線で示すようにターゲット電極２２にガス供給路２３を
形成して窒素ガス供給ノズルとして使用することもでき
る。
【００３０】成膜装置１２においては、ターゲット電極
２２の放電アークから炭素プラム（plume）４２を形成
し、基板１０の被処理面上に本発明に係る電子放出膜Ｆ
を堆積形成する。成膜プロセス時には、先ず、真空チャ
ンバ１４内に基板１０を配置すると共に、ポンプ３８に
より真空チャンバ１４内を例えば約２×１０-5ｍｂａｒ
の真空に設定する。次に、ポンプ３８により真空チャン
バ１４内を排気しながら供給口２８から窒素ガス噴出す
ると共に電極２２、２４間に交流パワーを印可してアー
ク放電を発生させる。このようにして、炭素プラム４２
を形成してターゲット電極２２から炭素を昇華させるこ
とにより、基板１０の被処理面上に電子放出膜Ｆを堆積
形成する。
２２の放電アークから炭素プラム（plume）４２を形成
し、基板１０の被処理面上に本発明に係る電子放出膜Ｆ
を堆積形成する。成膜プロセス時には、先ず、真空チャ
ンバ１４内に基板１０を配置すると共に、ポンプ３８に
より真空チャンバ１４内を例えば約２×１０-5ｍｂａｒ
の真空に設定する。次に、ポンプ３８により真空チャン
バ１４内を排気しながら供給口２８から窒素ガス噴出す
ると共に電極２２、２４間に交流パワーを印可してアー
ク放電を発生させる。このようにして、炭素プラム４２
を形成してターゲット電極２２から炭素を昇華させるこ
とにより、基板１０の被処理面上に電子放出膜Ｆを堆積
形成する。
【００３１】上述の方法によれば、放電アークを生じる
部分にだけ選択的に窒素ガス圧を高めることができる。
窒素ガス圧を高くして、アークを生じさせることは窒素
を含んだ活性な炭素プラムを得るのに有効である。一
方、このような高いガス圧は均一で緻密な膜を得るため
には不向きである。基板１０の背部に排気口を設けるこ
とにより、基板１０の近傍は低圧とすることができるた
め、基板１０上に緻密で良好な電子放出膜を得ることが
できる。なお、望ましくは、成膜工程において、基板１
０上の圧力が約１×１０-4ｍｂａｒ〜１×１０-1ｍｂａ
ｒ、より望ましくは約１×１０-3ｍｂａｒ〜１×１０-2
ｍｂａｒとなるように設定される。
部分にだけ選択的に窒素ガス圧を高めることができる。
窒素ガス圧を高くして、アークを生じさせることは窒素
を含んだ活性な炭素プラムを得るのに有効である。一
方、このような高いガス圧は均一で緻密な膜を得るため
には不向きである。基板１０の背部に排気口を設けるこ
とにより、基板１０の近傍は低圧とすることができるた
め、基板１０上に緻密で良好な電子放出膜を得ることが
できる。なお、望ましくは、成膜工程において、基板１
０上の圧力が約１×１０-4ｍｂａｒ〜１×１０-1ｍｂａ
ｒ、より望ましくは約１×１０-3ｍｂａｒ〜１×１０-2
ｍｂａｒとなるように設定される。
【００３２】また、上述の方法において、交流パワー
は、入力エネルギーを変化させることにより、基板１０
上にアモルファス炭素を堆積させる条件とフラーレン様
微小構造を堆積させる条件とを交互に提供するという役
割を果たす。従って、成膜工程において使用される交流
パワーは低周波でなくてはならず、望ましくはその周波
数は約１０Ｈｚ〜５００Ｈｚ、より望ましくは約２０Ｈ
ｚ〜１００Ｈｚに設定される。
は、入力エネルギーを変化させることにより、基板１０
上にアモルファス炭素を堆積させる条件とフラーレン様
微小構造を堆積させる条件とを交互に提供するという役
割を果たす。従って、成膜工程において使用される交流
パワーは低周波でなくてはならず、望ましくはその周波
数は約１０Ｈｚ〜５００Ｈｚ、より望ましくは約２０Ｈ
ｚ〜１００Ｈｚに設定される。
【００３３】［実施例１］図１図示の成膜装置１２を使
用して本発明にかかる電子放出膜Ｆの付いた導電性基板
のサンプルＳを形成した。成膜条件は次の通りである。
用して本発明にかかる電子放出膜Ｆの付いた導電性基板
のサンプルＳを形成した。成膜条件は次の通りである。
【００３４】基板１０の材質：ｎ+ 型Ｓｉ ターゲット電極２２の材質：グラファイト 対向電極２４の材質：グラファイト 基板１０の温度：室温 基板１０とターゲット電極２２との距離：２５ｃｍ 基板１０上の圧力：８×１０-3ｍｂａｒ 交流パワーの電圧：２２Ｖ〜２４Ｖ 交流パワーの周波数：５０Ｈｚ 図２は実施例１で得られたサンプルＳの電子放出膜の表
面を示すＡＦＭ（Atomic Force Microscope）写真であ
る。図２図示の如く、膜表面に後から付着したとみられ
るパーティクルを除けば膜表面はスムースで均一であ
る。図３は同電子放出膜の表面の微細構造を示すＴＥＭ
（Transmission Electron Microscope）写真である。図
３図示の如く、膜中には非常に高密度に結晶グラファイ
ト構造或いはフラーレン様構造の領域を観察することが
できる。図３示される規則な同心円状の多数の円は図４
（ｂ）、図４（ｃ）に示す断面に対応する。
面を示すＡＦＭ（Atomic Force Microscope）写真であ
る。図２図示の如く、膜表面に後から付着したとみられ
るパーティクルを除けば膜表面はスムースで均一であ
る。図３は同電子放出膜の表面の微細構造を示すＴＥＭ
（Transmission Electron Microscope）写真である。図
３図示の如く、膜中には非常に高密度に結晶グラファイ
ト構造或いはフラーレン様構造の領域を観察することが
できる。図３示される規則な同心円状の多数の円は図４
（ｂ）、図４（ｃ）に示す断面に対応する。
【００３５】サンプルＳの導電性基板１０をそのままカ
ソード電極として用いて、電子放出膜Ｆの電界電子放出
特性を図５に示す態様で測定した。測定において、基板
１０をＡｌスラブ５２上に載置すると共に、スペーサ５
４（グラスファイバ製）を介してアノードプレート５６
（ＩＴＯ若しくはＡｌストリップガラス）を電子放出膜
Ｆに対向させ、真空中で両電極１０、１２間に電圧を印
加した。スペーサの直径は約７０μｍ、真空度は１×１
０-7Ｔｏｒｒとした。図６及び図７はこの測定により得
られた電子放出膜Ｆの電界電子放出特性を示す。図６及
び図７図示の如く、約３２０Ｖ付近から電流増加が観測
され、低電界での電子放出が確認できた。
ソード電極として用いて、電子放出膜Ｆの電界電子放出
特性を図５に示す態様で測定した。測定において、基板
１０をＡｌスラブ５２上に載置すると共に、スペーサ５
４（グラスファイバ製）を介してアノードプレート５６
（ＩＴＯ若しくはＡｌストリップガラス）を電子放出膜
Ｆに対向させ、真空中で両電極１０、１２間に電圧を印
加した。スペーサの直径は約７０μｍ、真空度は１×１
０-7Ｔｏｒｒとした。図６及び図７はこの測定により得
られた電子放出膜Ｆの電界電子放出特性を示す。図６及
び図７図示の如く、約３２０Ｖ付近から電流増加が観測
され、低電界での電子放出が確認できた。
【００３６】また、電子放出膜Ｆを緩衝フッ酸溶液に１
０分間浸け、その表面をエッチングした。図８は緩衝フ
ッ酸エッチング後の電子放出膜Ｆの表面を示すＡＦＭ写
真である。図８図示の如く、本発明の電子放出膜Ｆで
は、窒素含有アモルファス炭素のみからなる膜で生じる
剥離等のダメージ（図１５参照）は生じなかった。しか
し、微視的に見ると膜表面には微細なパターンが形成さ
れていることが分かった。
０分間浸け、その表面をエッチングした。図８は緩衝フ
ッ酸エッチング後の電子放出膜Ｆの表面を示すＡＦＭ写
真である。図８図示の如く、本発明の電子放出膜Ｆで
は、窒素含有アモルファス炭素のみからなる膜で生じる
剥離等のダメージ（図１５参照）は生じなかった。しか
し、微視的に見ると膜表面には微細なパターンが形成さ
れていることが分かった。
【００３７】図９は緩衝フッ酸エッチング後の電子放出
膜Ｆの表面の断面プロファイルをＡＦＭで観察した結果
を示す図である。図１０は同エッチング後の電子放出膜
Ｆの表面の微細構造を示すＴＥＭ写真である。図９及び
図１０図示の如く、電子放出膜Ｆの表面の微細なパター
ンは極めて微細でしかも鋭い凸部からなるものであっ
た。更に、この膜の微細構造を詳細に観察したところ、
フラーレン様構造の壁が互いに溝を挟んで膜のマトリッ
クスから突出するように残置していることがわかった。
膜Ｆの表面の断面プロファイルをＡＦＭで観察した結果
を示す図である。図１０は同エッチング後の電子放出膜
Ｆの表面の微細構造を示すＴＥＭ写真である。図９及び
図１０図示の如く、電子放出膜Ｆの表面の微細なパター
ンは極めて微細でしかも鋭い凸部からなるものであっ
た。更に、この膜の微細構造を詳細に観察したところ、
フラーレン様構造の壁が互いに溝を挟んで膜のマトリッ
クスから突出するように残置していることがわかった。
【００３８】上記実験結果から、電子放出膜Ｆについて
次のようなことを推測することができる。電子放出膜Ｆ
のマトリックスは、緩衝フッ酸溶液によりエッチングさ
れやすい窒素含有アモルファス炭素からなる。なお、マ
トリックス中に分散するフラーレン様構造には通常窒素
原子は殆ど含まれない。電子放出膜Ｆがこのような構造
をなすため、エッチングによりマトリックスが優先的に
削られ、フラーレン様構造が残ってマトリクスから突出
するような状態になる。
次のようなことを推測することができる。電子放出膜Ｆ
のマトリックスは、緩衝フッ酸溶液によりエッチングさ
れやすい窒素含有アモルファス炭素からなる。なお、マ
トリックス中に分散するフラーレン様構造には通常窒素
原子は殆ど含まれない。電子放出膜Ｆがこのような構造
をなすため、エッチングによりマトリックスが優先的に
削られ、フラーレン様構造が残ってマトリクスから突出
するような状態になる。
【００３９】また、緩衝フッ酸エッチングを施した電子
放出膜Ｆの電界電子放出特性も図５に示す態様で測定し
た。測定条件は図６及び図７に結果を示す先の測定と全
く同一とした。図１１及び図１２はこの測定により得ら
れた電子放出膜Ｆの電界電子放出特性を示す。図１１及
び図１２図示の如く、図６及び図７の結果より低い、約
２３０Ｖという電圧から電流増加が観測された。また、
電流の立ち上がりもより急峻にであった。この低電圧化
は前述のようにフラーレン様構造の微細なエッジが膜面
から突出することによってより高い電界集中を生じるた
めではないかと考えられる。
放出膜Ｆの電界電子放出特性も図５に示す態様で測定し
た。測定条件は図６及び図７に結果を示す先の測定と全
く同一とした。図１１及び図１２はこの測定により得ら
れた電子放出膜Ｆの電界電子放出特性を示す。図１１及
び図１２図示の如く、図６及び図７の結果より低い、約
２３０Ｖという電圧から電流増加が観測された。また、
電流の立ち上がりもより急峻にであった。この低電圧化
は前述のようにフラーレン様構造の微細なエッジが膜面
から突出することによってより高い電界集中を生じるた
めではないかと考えられる。
【００４０】本発明に係る電子放出膜において、マトリ
クスを形成する窒素含有アモルファス炭素と、フラーレ
ン様構造即ち炭素の６員環の２次元的連なりから基本的
になる結晶構造との比は、膜の電子放出、機械的強度及
び加工特性を決定する重要な要素となる。
クスを形成する窒素含有アモルファス炭素と、フラーレ
ン様構造即ち炭素の６員環の２次元的連なりから基本的
になる結晶構造との比は、膜の電子放出、機械的強度及
び加工特性を決定する重要な要素となる。
【００４１】例えば、窒素含有アモルファス炭素の割合
が高すぎると、エッチングにより受ける膜のダメージが
大きくなる。図１６はフラーレン様構造が低濃度に混在
する窒素含有アモルファス炭素膜を緩衝フッ酸溶液でエ
ッチングした後の表面を示すＳＥＭ写真である。図１６
図示の如く、エッチングにより膜面が不均一に剥離する
等ダメージを受けている。また、窒素含有アモルファス
炭素の割合が高すぎると、マトリックスから突出するフ
ラーレン様構造が少なくなるため、膜の電子放出特性が
低下する。
が高すぎると、エッチングにより受ける膜のダメージが
大きくなる。図１６はフラーレン様構造が低濃度に混在
する窒素含有アモルファス炭素膜を緩衝フッ酸溶液でエ
ッチングした後の表面を示すＳＥＭ写真である。図１６
図示の如く、エッチングにより膜面が不均一に剥離する
等ダメージを受けている。また、窒素含有アモルファス
炭素の割合が高すぎると、マトリックスから突出するフ
ラーレン様構造が少なくなるため、膜の電子放出特性が
低下する。
【００４２】逆に、フラーレン様構造の割合が高すぎる
と、膜組織の３次元的な結合力が弱いため十分な機械的
強度が得られない。また、膜の表面が一様にエッチング
されるようになるため、膜の表面に電界放出用の凹凸を
設け難くなる。
と、膜組織の３次元的な結合力が弱いため十分な機械的
強度が得られない。また、膜の表面が一様にエッチング
されるようになるため、膜の表面に電界放出用の凹凸を
設け難くなる。
【００４３】かかる観点から、窒素含有アモルファス炭
素とフラーレン様構造との重量比は約５０：５０〜５：
９５、望ましくは約４０：６０〜２０：８０となるよう
に成膜条件を設定する。
素とフラーレン様構造との重量比は約５０：５０〜５：
９５、望ましくは約４０：６０〜２０：８０となるよう
に成膜条件を設定する。
【００４４】また、本発明に係る電子放出膜において、
マトリクスを形成する窒素含有アモルファス炭素におけ
る窒素の濃度も、膜の電子放出、機械的強度及び加工特
性を決定する重要な要素となる。
マトリクスを形成する窒素含有アモルファス炭素におけ
る窒素の濃度も、膜の電子放出、機械的強度及び加工特
性を決定する重要な要素となる。
【００４５】例えばアモルファス炭素中の窒素濃度が低
すぎると、マトリクスの抵抗率が高くなるため、膜の電
子放出特性が低下する。また、フラーレン様構造に対す
るエッチング選択性が低下するため、膜の表面に電界放
出用の凹凸を設け難くなる。
すぎると、マトリクスの抵抗率が高くなるため、膜の電
子放出特性が低下する。また、フラーレン様構造に対す
るエッチング選択性が低下するため、膜の表面に電界放
出用の凹凸を設け難くなる。
【００４６】かかる観点から、窒素含有アモルファス炭
素における窒素の濃度は約１×１０ 15ｃｍ-3〜１０原子
％、望ましくは約１×１０20ｃｍ-3となるように成膜条
件を設定する。
素における窒素の濃度は約１×１０ 15ｃｍ-3〜１０原子
％、望ましくは約１×１０20ｃｍ-3となるように成膜条
件を設定する。
【００４７】なお、アモルファス炭素に添加される不純
物は窒素に限定されない。例えば、rリンのような、ア
モルファス炭素に対してドナーとして作用する不純物を
使用することにより、マトリックスの抵抗率の低下及び
エッチングの選択性の向上等の効果を得ることができ
る。また、フラーレン様構造に対してアモルファス炭素
を選択的にエッチングするエッチャントとしては、フッ
酸溶液に替えて酸素プラズマ等、他のエッチャントを使
用することができる。
物は窒素に限定されない。例えば、rリンのような、ア
モルファス炭素に対してドナーとして作用する不純物を
使用することにより、マトリックスの抵抗率の低下及び
エッチングの選択性の向上等の効果を得ることができ
る。また、フラーレン様構造に対してアモルファス炭素
を選択的にエッチングするエッチャントとしては、フッ
酸溶液に替えて酸素プラズマ等、他のエッチャントを使
用することができる。
【００４８】図１３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る電子
放出膜を用いた電界放出型冷陰極デバイスの作製方法を
工程順に示す断面図である。
放出膜を用いた電界放出型冷陰極デバイスの作製方法を
工程順に示す断面図である。
【００４９】先ず、図１図示の成膜装置１２を使用し、
実施例１に示すような条件で、ｎ+型Ｓｉ基板６２上に
本発明に係る電界放出膜６４を形成する（図１３
（ａ））。次に、電界放出膜６４上にＳｉ酸化膜６６と
ゲート用金属膜６８とをこの順で形成する（図１３
（ｂ））。次に、通常のＰＥＰ（フォトリソグラフィ・
エッチング・プロセス）によって金属膜６８をパターニ
ングし、Ｓｉ酸化膜６６が露出する孔６７を形成する。
次に、金属膜６８をマスクとして緩衝フッ酸溶液でＳｉ
酸化膜６６をエッチングし、電子放出膜６４の表面を露
出させる（図１３（ｃ））。この際、上述のように緩衝
フッ酸溶液により電子放出膜６４の表面をエッチングす
るようにする。
実施例１に示すような条件で、ｎ+型Ｓｉ基板６２上に
本発明に係る電界放出膜６４を形成する（図１３
（ａ））。次に、電界放出膜６４上にＳｉ酸化膜６６と
ゲート用金属膜６８とをこの順で形成する（図１３
（ｂ））。次に、通常のＰＥＰ（フォトリソグラフィ・
エッチング・プロセス）によって金属膜６８をパターニ
ングし、Ｓｉ酸化膜６６が露出する孔６７を形成する。
次に、金属膜６８をマスクとして緩衝フッ酸溶液でＳｉ
酸化膜６６をエッチングし、電子放出膜６４の表面を露
出させる（図１３（ｃ））。この際、上述のように緩衝
フッ酸溶液により電子放出膜６４の表面をエッチングす
るようにする。
【００５０】このようにして作製された電界放出型冷陰
極デバイスにおいては、Ｓｉ酸化膜６６からなるゲート
絶縁膜７４の孔６７に対応して露出する電子放出膜６４
の一部がエミッタ７２として機能する。即ち、このエミ
ッタ７２は電子放出膜６４からなる電子放出面を有す
る。また、ゲート絶縁膜７４上に配設された金属膜６８
からなるゲート電極７６は、エミッタ７２を囲む縁部を
有し、これが引出し電極として機能する。なお、基板６
２は支持基板兼カソード電極として機能する。
極デバイスにおいては、Ｓｉ酸化膜６６からなるゲート
絶縁膜７４の孔６７に対応して露出する電子放出膜６４
の一部がエミッタ７２として機能する。即ち、このエミ
ッタ７２は電子放出膜６４からなる電子放出面を有す
る。また、ゲート絶縁膜７４上に配設された金属膜６８
からなるゲート電極７６は、エミッタ７２を囲む縁部を
有し、これが引出し電極として機能する。なお、基板６
２は支持基板兼カソード電極として機能する。
【００５１】図１４（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る電子
放出膜を用いた別の電界放出型冷陰極デバイスの作製方
法を工程順に示す断面図である。この作成方法は、所謂
転写モールド法を利用している。
放出膜を用いた別の電界放出型冷陰極デバイスの作製方
法を工程順に示す断面図である。この作成方法は、所謂
転写モールド法を利用している。
【００５２】先ず、ｎ+ 型Ｓｉ基板８２に異方性エッチ
ング等でモールドを形成し、これを熱酸化してＳｉ酸化
膜８４を形成する。次に、図１図示の成膜装置１２を使
用し、実施例１に示すような条件で、Ｓｉ酸化膜８４上
に本発明に係る電界放出膜８６を形成する（図１４
（ａ））。これによりモールド内に電界放出膜８６から
なるピラミッド型のエミッタ９２が形成される。次に、
導電層（図示せず）を介して電界放出膜８６に導電性基
板８８を接着する（図１４（ｂ））。次に、モールド基
板８２をエッチングし、Ｓｉ酸化膜８４で覆われたピラ
ミッド型のエミッタ９２の先端を露出させる（図１４
（ｃ））。次に、モールド基板８２をマスクとして緩衝
フッ酸溶液でＳｉ酸化膜８４をエッチングし、エミッタ
９２の先端に位置する電子放出膜８６の表面を露出させ
る（図１４（ｄ））。この際、上述のように緩衝フッ酸
溶液により電子放出膜８６の表面をエッチングするよう
にする。
ング等でモールドを形成し、これを熱酸化してＳｉ酸化
膜８４を形成する。次に、図１図示の成膜装置１２を使
用し、実施例１に示すような条件で、Ｓｉ酸化膜８４上
に本発明に係る電界放出膜８６を形成する（図１４
（ａ））。これによりモールド内に電界放出膜８６から
なるピラミッド型のエミッタ９２が形成される。次に、
導電層（図示せず）を介して電界放出膜８６に導電性基
板８８を接着する（図１４（ｂ））。次に、モールド基
板８２をエッチングし、Ｓｉ酸化膜８４で覆われたピラ
ミッド型のエミッタ９２の先端を露出させる（図１４
（ｃ））。次に、モールド基板８２をマスクとして緩衝
フッ酸溶液でＳｉ酸化膜８４をエッチングし、エミッタ
９２の先端に位置する電子放出膜８６の表面を露出させ
る（図１４（ｄ））。この際、上述のように緩衝フッ酸
溶液により電子放出膜８６の表面をエッチングするよう
にする。
【００５３】このようにして作製された電界放出型冷陰
極デバイスにおいては、Ｓｉ酸化膜８４及びモールド基
板８２が、夫々ゲート絶縁膜９４及びゲート電極９６と
して機能する。また、導電性基板８８は支持基板兼カソ
ード電極として機能する。電子放出膜８６からなるピラ
ミッド型のエミッタ９２の先端は、ゲート絶縁膜９４及
びゲート電極９６に形成された開口から露出する。即
ち、このエミッタ９２は電子放出膜８６からなる電子放
出面を有する。図１４（ｄ）図示のデバイスは、形状的
に先端が尖がったエミッタ９２を有するため、図１３
（ｃ）図示のデバイスに比べて更に電界電子放出特性が
良好となる。
極デバイスにおいては、Ｓｉ酸化膜８４及びモールド基
板８２が、夫々ゲート絶縁膜９４及びゲート電極９６と
して機能する。また、導電性基板８８は支持基板兼カソ
ード電極として機能する。電子放出膜８６からなるピラ
ミッド型のエミッタ９２の先端は、ゲート絶縁膜９４及
びゲート電極９６に形成された開口から露出する。即
ち、このエミッタ９２は電子放出膜８６からなる電子放
出面を有する。図１４（ｄ）図示のデバイスは、形状的
に先端が尖がったエミッタ９２を有するため、図１３
（ｃ）図示のデバイスに比べて更に電界電子放出特性が
良好となる。
【００５４】
【発明の効果】本発明に係る電子放出膜は、半導体デバ
イスの作製プロセスに不可欠な、緩衝フッ酸溶液等によ
るエッチングに膜が耐えることができる。このため、デ
バイスの設計をフレキシブルに行うことが可能となる。
また、膜自体の耐食性及び機械的強度が高いため、通常
の使用雰囲気下での腐食、剥離等のダメージが生じ難
く、デバイスの寿命や性能の低下を抑えることができ
る。また、エッチングにより膜の電子放出面における電
界集中度を上げることができ、より低電界での電子放出
を実現することできる。
イスの作製プロセスに不可欠な、緩衝フッ酸溶液等によ
るエッチングに膜が耐えることができる。このため、デ
バイスの設計をフレキシブルに行うことが可能となる。
また、膜自体の耐食性及び機械的強度が高いため、通常
の使用雰囲気下での腐食、剥離等のダメージが生じ難
く、デバイスの寿命や性能の低下を抑えることができ
る。また、エッチングにより膜の電子放出面における電
界集中度を上げることができ、より低電界での電子放出
を実現することできる。
【図１】本発明に係る電子放出膜を形成するための成膜
装置を示す概略図。
装置を示す概略図。
【図２】実施例１で得られた電子放出膜の表面を示すＡ
ＦＭ（Atomic Force Microscope）写真。
ＦＭ（Atomic Force Microscope）写真。
【図３】図２図示の電子放出膜の表面の微細構造を示す
ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）写真。
ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）写真。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はフラーレンを説明するための
図。
図。
【図５】電子放出膜の電界電子放出特性を測定する態様
を示す図。
を示す図。
【図６】図２図示の電子放出膜の電界電子放出特性を示
すグラフ。
すグラフ。
【図７】図６のグラフをｌｏｇスケールとしたグラフ。
【図８】緩衝フッ酸エッチング後の電子放出膜の表面を
示すＡＦＭ写真。
示すＡＦＭ写真。
【図９】図８図示の電子放出膜の表面の断面プロファイ
ルをＡＦＭで観察した結果を示す図。
ルをＡＦＭで観察した結果を示す図。
【図１０】図８図示の電子放出膜の表面の微細構造を示
すＴＥＭ写真。
すＴＥＭ写真。
【図１１】図８図示の電子放出膜の電界電子放出特性を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図１２】図１１のグラフをｌｏｇスケールとしたグラ
フ。
フ。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る電子放出膜を
用いた電界放出型冷陰極デバイスの作製方法を工程順に
示す断面図。
用いた電界放出型冷陰極デバイスの作製方法を工程順に
示す断面図。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る電子放出膜を
用いた別の電界放出型冷陰極デバイスの作製方法を工程
順に示す断面図。
用いた別の電界放出型冷陰極デバイスの作製方法を工程
順に示す断面図。
【図１５】窒素含有アモルファス炭素膜の緩衝フッ酸エ
ッチング後の表面を示すＳＥＭ（Scanning Electron Mi
croscope）写真。
ッチング後の表面を示すＳＥＭ（Scanning Electron Mi
croscope）写真。
【図１６】フラーレン様構造が低濃度に混在する窒素含
有アモルファス炭素膜の緩衝フッ酸エッチング後の表面
を示すＳＥＭ写真。
有アモルファス炭素膜の緩衝フッ酸エッチング後の表面
を示すＳＥＭ写真。
１０…被処理基板 １２…成膜装置 １４…真空チャンバ １６…導電性ケーシング ２２…ターゲット電極 ２４…対向電極 ２６…交流電源 ３１…給気管 ３４…窒素ガス源 ３６…排気管 ３８…排気ポンプ ４２…炭素プラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 張 利 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 ゲハン・エー・ジェイ・アマラトゥンガ イギリス国、シー ビー２・２アール ダ ブリュ、ケンブリッジ、ヒルズ・ロード 235 (72)発明者 アイ・アレクサンドロ イギリス国、エル７・８アール エー、リ バプール、ゲルフ・ストリート 39 (72)発明者 マーク・バクセンダル イギリス国、シー ビー２・１エイチ ゼ ット、ケンブリッジ、パントン・ストリー ト 23 (72)発明者 エヌ・ルパシング イギリス国、シー ビー３・０ディー エ ス、ケンブリッジ、チャーチル・カレッジ
Claims (12)
- 【請求項１】アモルファス炭素から基本的になり且つマ
トリックスを形成する第１部分と、 前記マトリックス中に分散されると共に前記マトリック
スから部分的に突出する、炭素の６員環の２次元的連な
りから基本的になる結晶構造を有する第２部分と、を具
備し、前記第１及び第２部分の重量比が約５０：５０〜
５：９５であり、且つ前記第１部分がドナーとして作用
する不純物を約１×１０15ｃｍ-3〜１０原子％の濃度で
含有することを特徴とする電子放出膜。 - 【請求項２】前記不純物が窒素であることを特徴とする
請求項１に記載の電子放出膜。 - 【請求項３】請求項２に記載の電子放出膜の製造方法で
あって、 前記方法は成膜装置を使用し、前記装置が、 被処理基板を収納するための真空チャンバと、 真空チャンバ内に対面して配設された炭素電極及び対向
電極と、 前記電極間に低周波の交流パワーを印可するための電源
と、 前記炭素電極の近傍に窒素を供給するための供給口と、
を具備し、 前記方法が、 前記真空チャンバ内に前記基板を配置すると共に、前記
真空チャンバ内を真空に設定する準備工程と、 前記供給口から窒素を供給すると共に前記電極間に前記
交流パワーを印可してアーク放電を発生させることによ
り、前記炭素電極から炭素を昇華させて前記基板上に前
記電子放出膜を堆積形成する成膜工程と、を具備するこ
とを特徴とする電子放出膜の製造方法。 - 【請求項４】前記成膜工程において、前記交流パワーの
周波数が約１０Ｈｚ〜５００Ｈｚに設定されることを特
徴とする請求項３に記載の電子放出膜の製造方法。 - 【請求項５】前記成膜工程において、前記ターゲット電
極よりも前記基板に近くなるように配置された排気口か
ら、前記真空チャンバを排気することを特徴とする請求
項３または４に記載の電子放出膜の製造方法。 - 【請求項６】前記成膜工程において、前記基板上の圧力
が約１×１０-4ｍｂａｒ〜１×１０ -1ｍｂａｒとなるよ
うに設定されることを特徴とする請求項３乃至５のいず
れかに記載の電子放出膜の製造方法。 - 【請求項７】前記成膜工程後、前記第１部分を前記第２
部分に対して優先的にエッチングするエッチャントによ
り、前記電子放出膜の表面をエッチングする工程を更に
具備することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに
記載の電子放出膜の製造方法。 - 【請求項８】前記エッチャントがフッ酸を含む溶液を具
備することを特徴とする請求項７に記載の電子放出膜の
製造方法。 - 【請求項９】支持基板と、 前記支持基板上に配設されたエミッタと、前記エミッタ
が請求項１または２に記載の電子放出膜からなる電子放
出面を有することと、 前記エミッタから電子を引出すための引出し電極と、を
具備することを特徴とする電界放出型冷陰極デバイス。 - 【請求項１０】前記引出し電極が、前記エミッタと対向
するようにゲート絶縁膜を介して前記支持基板に支持さ
れたゲート電極からなり、前記ゲート絶縁膜がシリコン
酸化物から基本的になることを特徴とする請求項９に記
載の電界放出型冷陰極デバイス。 - 【請求項１１】請求項１０に記載の電界放出型冷陰極デ
バイスの製造方法であって、 前記支持基板、前記電子放出膜、前記ゲート絶縁膜とな
るシリコン酸化物膜、及び前記ゲート電極となる導電膜
がこの順で重なる積層構造を形成する工程と、 前記エミッタに対応して前記導電膜の一部を除去し、前
記シリコン酸化物膜の選択部分を露出させる工程と、 前記シリコン酸化物膜の前記選択部分をエッチャントに
よりエッチングし、前記エミッタの前記電子放出面を露
出させると共に、前記エッチャントにより前記電子放出
面をエッチングする工程と、前記エッチャントは、前記
電子放出膜の前記第１部分を前記第２部分に対して優先
的にエッチングすることと、を具備することを特徴とす
る電界放出型冷陰極デバイスの製造方法。 - 【請求項１２】前記エッチャントがフッ酸を含む溶液を
具備することを特徴とする請求項１１に記載の電界放出
型冷陰極デバイスの製造方法。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002361599A (ja) * | 2001-06-07 | 2002-12-18 | Sony Corp | カーボン・ナノチューブ構造体及びその製造方法、冷陰極電界電子放出素子及びその製造方法、並びに、冷陰極電界電子放出表示装置及びその製造方法 |
| US6645402B1 (en) * | 1998-06-18 | 2003-11-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electron emitting device, electron emitting source, image display, and method for producing them |
| JP2003338252A (ja) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | Sony Corp | 冷陰極電界電子放出表示装置用カソードパネル、及び、冷陰極電界電子放出表示装置、並びに、電子放出領域の製造方法 |
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Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6664728B2 (en) * | 2000-09-22 | 2003-12-16 | Nano-Proprietary, Inc. | Carbon nanotubes with nitrogen content |
| TW523960B (en) * | 2000-09-29 | 2003-03-11 | Sony Corp | Method of producing fuel cell |
| US6753544B2 (en) * | 2001-04-30 | 2004-06-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Silicon-based dielectric tunneling emitter |
| US6911768B2 (en) * | 2001-04-30 | 2005-06-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Tunneling emitter with nanohole openings |
| JP3632682B2 (ja) * | 2001-07-18 | 2005-03-23 | ソニー株式会社 | 電子放出体の製造方法、冷陰極電界電子放出素子の製造方法、並びに、冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法 |
| JP3935414B2 (ja) * | 2002-09-26 | 2007-06-20 | 株式会社東芝 | 放電灯 |
| US6939794B2 (en) * | 2003-06-17 | 2005-09-06 | Micron Technology, Inc. | Boron-doped amorphous carbon film for use as a hard etch mask during the formation of a semiconductor device |
| US7241479B2 (en) * | 2003-08-22 | 2007-07-10 | Clemson University | Thermal CVD synthesis of nanostructures |
| US6936539B2 (en) * | 2003-09-24 | 2005-08-30 | Micron Technology, Inc. | Antireflective coating for use during the manufacture of a semiconductor device |
| JP2008243739A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Toshiba Corp | 電子放出素子、表示装置、放電発光装置およびｘ線放出装置 |
| WO2009131754A1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-10-29 | Georgia Tech Research Corporation | Cold cathodes and ion thrusters and methods of making and using same |
| US9058954B2 (en) | 2012-02-20 | 2015-06-16 | Georgia Tech Research Corporation | Carbon nanotube field emission devices and methods of making same |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU712966B2 (en) * | 1994-09-22 | 1999-11-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device and method of manufacturing the same as well as electron source and image forming apparatus comprising such electron-emitting device |
| DE69515245T2 (de) * | 1994-10-05 | 2000-07-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Elektronenemissionskathode; eine Elektronenemissionsvorrichtung, eine flache Anzeigevorrichtung, eine damit versehene thermoelektrische Kühlvorrichtung, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektronenemissionskathode |
| JP3174999B2 (ja) * | 1995-08-03 | 2001-06-11 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子、電子源、それを用いた画像形成装置、及びそれらの製造方法 |
| JP2873930B2 (ja) * | 1996-02-13 | 1999-03-24 | 工業技術院長 | カーボンナノチューブを有する炭素質固体構造体、炭素質固体構造体からなる電子線源素子用電子放出体、及び炭素質固体構造体の製造方法 |
| JP3372751B2 (ja) * | 1996-03-29 | 2003-02-04 | キヤノン株式会社 | 電界電子放出素子およびその作製方法 |
| JPH09274844A (ja) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Canon Inc | 電子放出素子とその製法及び電子源及び画像形成装置 |
| EP0803890B1 (en) * | 1996-04-26 | 2003-03-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manifacturing electron emitting device, electron source and image-forming apparatus using the same |
| KR100365444B1 (ko) * | 1996-09-18 | 2004-01-24 | 가부시끼가이샤 도시바 | 진공마이크로장치와이를이용한화상표시장치 |
| JP3421549B2 (ja) * | 1996-09-18 | 2003-06-30 | 株式会社東芝 | 真空マイクロ装置 |
| TW353758B (en) * | 1996-09-30 | 1999-03-01 | Motorola Inc | Electron emissive film and method |
| US5902838A (en) * | 1996-10-01 | 1999-05-11 | Loctite Corporation | Process for the assembly of glass devices subjected to high temperatures, compositions therefor and novel polymers for rheological control of such compositions |
| JPH10308166A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-11-17 | Pioneer Electron Corp | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| JP3570864B2 (ja) * | 1997-08-08 | 2004-09-29 | パイオニア株式会社 | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| US6213834B1 (en) * | 1998-04-23 | 2001-04-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Methods for making electron emission device and image forming apparatus and apparatus for making the same |
| US6630772B1 (en) * | 1998-09-21 | 2003-10-07 | Agere Systems Inc. | Device comprising carbon nanotube field emitter structure and process for forming device |
| US6146227A (en) * | 1998-09-28 | 2000-11-14 | Xidex Corporation | Method for manufacturing carbon nanotubes as functional elements of MEMS devices |
| DE20017126U1 (de) * | 2000-10-05 | 2000-12-14 | Liao Lu Jung | Schwingmagnetpoliermaschine |
-
1999
- 1999-02-12 GB GB9903302A patent/GB2346731B/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-01-28 JP JP2000020291A patent/JP3792977B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-02-10 US US09/501,241 patent/US6469425B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6645402B1 (en) * | 1998-06-18 | 2003-11-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electron emitting device, electron emitting source, image display, and method for producing them |
| JP2002361599A (ja) * | 2001-06-07 | 2002-12-18 | Sony Corp | カーボン・ナノチューブ構造体及びその製造方法、冷陰極電界電子放出素子及びその製造方法、並びに、冷陰極電界電子放出表示装置及びその製造方法 |
| JP2003338252A (ja) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | Sony Corp | 冷陰極電界電子放出表示装置用カソードパネル、及び、冷陰極電界電子放出表示装置、並びに、電子放出領域の製造方法 |
| JP4543604B2 (ja) * | 2002-05-20 | 2010-09-15 | ソニー株式会社 | 電子放出領域の製造方法 |
| JP7122316B2 (ja) | 2017-09-25 | 2022-08-19 | 住友電気工業株式会社 | 硬質炭素系被膜の製造方法、及び被膜付き部材 |
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