JP2001057146A - ナノスケール導体アセンブリとその製造方法、電界放出装置、マイクロ波真空管増幅器、及びディスプレイ装置 - Google Patents

ナノスケール導体アセンブリとその製造方法、電界放出装置、マイクロ波真空管増幅器、及びディスプレイ装置

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JP2001057146A
JP2001057146A JP2000216032A JP2000216032A JP2001057146A JP 2001057146 A JP2001057146 A JP 2001057146A JP 2000216032 A JP2000216032 A JP 2000216032A JP 2000216032 A JP2000216032 A JP 2000216032A JP 2001057146 A JP2001057146 A JP 2001057146A
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ムーン チョイ クン
Sungho Jin
ジン スンゴ
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ピー．コチャンスキー グレゴリー
Wei Zhu
チュー ウィ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナノ導体の電子放出特性を活用した電界放出
装置を提供する。 【解決手段】 ナノ導体を、一般的には、もつれた状態
の、方向が一定しない、高アスペクト比の針金又は繊維
の集合体３０の状態で基板１１上に堆積する。もつれた
状態の集合体３０は、電界放出中膜表面に垂直に加わる
外部電界に晒される。構造物内の緩いナノ導体端１０
は、立ち上がり、電力線に沿って自己整列する傾向があ
るため、電界に晒された、整列したナノ導体端１０が得
られる。集合体３０の一定しない、かつ、もつれた性質
の故に、その密度は十分に低く、ｄ／ｈ＞０．１の基準
に合致する。同じ高さを持つ整列したナノ管端を作り出
すために、高温のブレードやスペーサを使用して又はレ
ーザビームを使用して端部を随意にトリミングすること
により、更に放出特性を最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出装置に関
し、特に、電界集中型ナノスケール導体アセンブリとそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界放出装置は、幅広い分野で役に立
つ。代表的な電界放出装置は、陰極及び複数の電界放出
チップから構成される電界放出アセンブリを備える。装
置はまた、一般的にはエミッタチップ近くに位置するグ
リッド及び陽極から離れて位置する陰極を含む。電圧に
より、チップからグリッドを通過して陽極への電子の放
出が誘導される。用途には、フラットパネル型ディスプ
レイ、クライストロンや進行波管、イオン銃、電子線リ
ソグラフィ、高エネルギー加速器、自由電子レーザ、及
び、電子顕微鏡やマイクロプローブが含まれる。最も将
来性のある用途の一つが、薄い、マトリックスアドレス
型のフラットパネルディスプレイである。例えば、Semi
conductor International，1991年12月、ｐ．46；C.A.
Spindt他、IEEE Transaction on Electron Device
s，vol 38，ｐ．2335；Ｉ．Brodie and C.A.Spindt，
P.W.Hawkes発行、Advances in Electron Physics，v
ol．83，ｐ．1（1992）；、及び、J.A.Costeelano，Han
dbook of Display Technology，アカデミックプレ
ス、ニューヨーク、p．254（1992）に記載されている。
【０００３】従来の電界放出フラットパネルディスプレ
イは、陰極に形成した極微な電界エミッタのマトリック
スアレイ及び透明なフロントパネルに配置した蛍光体被
覆の陽極を有する平面型真空セルを備える。オープング
リッド（又はゲート）は陰極及び陽極との間に配置され
る。陰極及びゲートは、一般的には、交差しているスト
リップ（通常は垂直）であり、その交差によりディスプ
レイのピクセルが形成される。形成されたピクセルは、
陰極導体ストリップ及びゲート導体の間に電圧を加える
ことにより活性化する。より高い正電圧を陽極に加えて
比較的高エネルギー（４００−５，０００ ｅＶ）を放
射電子に与える。更に詳細には、例えば、米国特許第
４，９４０，９１６号、第５，１２９，８５０号、第
５，１３８，２３７号、第５，２８３，５００号に記載
されている。
【０００４】電界放出アセンブリの種々な特徴が有利で
ある。放出電流が、電圧で制御できることは有利であ
り、ドライバ電圧は「規格品」の集積回路から得られる
範囲内である。代表的なＣＭＯＳ回路構成及び代表的な
寸法のディスプレイ装置（例えば、ゲートから陰極まで
の間隔１μｍ）では、一般的には、２５Ｖ／μｍまたは
それ以下の電界で放出する陰極が望ましい。放出電流密
度は、フラットパネルディスプレイの用途では１−１０
ｍＡ／ｃｍ2の範囲、マイクロ波電力増幅器の用途では
１００ｍＡ／ｃｍ2以上の範囲であることが望ましい。
放出の特徴は、一つの電子源から他の電子源へ再現でき
ること、かつ、長期間（数万時間）安定していることが
有利である。放出変動（ノイズ）が十分に小さくなり、
装置性能が制限されないことが有利である。陰極は、イ
オン衝撃、残留ガスとの化学反応、温度極値、アーク発
生等の真空環境での予期しない事態に抵抗し得る必要が
ある。最後に、陰極の製造は、費用が安く、例えば、高
度に難しい工程がなく、かつ、幅広い用途に適用できる
ことが有利である。
【０００５】従来の陰極材料は、一般的には、金属（Ｍ
ｏ等）又は鋭いチップを持つ半導体（Ｓｉ等）である。
これらの材料には有用な放出特徴が見られるが、放出に
必要な制御電圧は、その高度な機能のために比較的高い
（約１００Ｖ）。高い制御電圧は、イオン衝撃による損
傷及びエミッタチップ上の表面拡散を増大させ、かつ、
所要の放出電流密度を得るのに高パワー密度を必要とす
る。均一な鋭いチップを作ることは困難で、厄介であ
り、かつ、高価となる。特に、面積が大きいとなおさら
である。更に、これらの材料は、イオン衝撃、活発な化
学種や温度極値を含む、実際の装置が作動している環境
では劣化を受けやすい。
【０００６】例えば、ダイアモンドエミッタ及びそれに
関連した放出装置は、米国特許番号５，１２９，８５
０、５，１３８，２３７、５，６１６，３６８、５，６
２３，１８０、５，６３７，９５０、５，６４８，６９
９、及び、岡野他、Appl.Phys．Lett．vol．６４，ｐ．
2742（1994），Kumar他、Solid State Technol．vo
l．B14，ｐ．2060（1996）に開示されている。ダイアモ
ンド電界エミッタは、負又は低い電子親和力を有する
が、一方、放出の非均質性、表面が汚染されやすいこ
と、及び、高放出電流（３０ｍＡ／ｃｍ2以上）での黒
鉛化の傾向が、技術の進歩を妨げてきた。
【０００７】最近、ナノスケールの導体（ナノ導体）
が、可能性を秘めた、有用な電界エミッタとして出現し
てきた。ナノ導体は、直径１．０−１００ｎｍ及び長さ
０．５−１０μｍのオーダの寸法を持つ小さな伝導性ナ
ノ管（中空）又はナノ線（固まり）である。代表的なも
のであるナノ炭素管は、高いアスペクト比（１，０００
以上）と小さなチップ曲率半径（１−５０ｎｍ）が特徴
である、炭素の安定した形である。これらの幾何学的特
性が、高い機械的強度や化学的安定性とともに、ナノ炭
素管を、特に、魅力的な電界エミッタにしている。例え
ば、ナノ炭素管は、ドイツ特許番号４，４０５，７６８
のT.Keesmann、及び、Rinzler他、Science,、vol，26
9，p1550（1995），斎藤他、Jpn.Ｊ.Appl.Vol．37ｐ．L
346（1998），Wang他，Appl.Phys.Lett.vol.72，p2912
（1998），及び、Bonard他，Appl.Phys.Lett.vol.73，p
918（1998）で開示されている。Ｓｉ又はＧｅ等の半導
体材料をベースにした伝導性ナノ線の合成もまた報告さ
れている。例えば、Ａ．Ｍ．Morales他、Science，Vo
l，ｐ．208（1998）に記載されている。
【０００８】ナノ導体は、方向性が一定ではなく、針又
はスパゲティの様な粉末の形状で成長するため、その粉
末を、容易に又は都合よく電界エミッタ装置に組み入れ
ることはできない。この不揃いの形態のため、電子放出
特性は、完全には利用も活用もされていない。多くのナ
ノ導体チップをまとめて埋めることはできる。基板上で
方向性のある形態でナノ導体を成長させる方法は、Ren
他，Science，Vol．282，p.1105及び，Fan他，Scienc
e，Vol．283，ｐ．512に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、ナノ導体の電子放出特性を有効に活用した電界
放出装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、高度に方向性
のあるナノ導体構造物のみでは効率的な電界放出が保証
されない、という本出願人の発見に基づいている。逆
に、従来の密集した、高度に方向性のある構造物は、現
実には、比較的貧弱な電界放出特性を生み出している。
本出願人は、従来のアセンブリにおける個々のナノ導体
が、非常に密接しているので、導体は、端部での効率的
な電界集中を互いに遮蔽しており、そのため効率的電子
放出に必要な推進力が減少しているものと判断した。
【００１１】本発明に従った、改良型電界放出ナノ導体
アセンブリ（低密度型ナノ導体アセンブリ）におけるナ
ノ導体の配列は、高密度で配置されるが、ナノ導体の平
均高さの少なくとも１０％の平均距離だけ互いに離れて
おり、かつ、好ましくは平均高さの５０％の距離だけ離
れている。この方法では、端部での電界強度が、可能な
最大電界集中の少なくとも５０％となる。以下には、最
適な低密度型集アセンブリを作る方法について、アセン
ブリを用いた幾つかの装置とともに説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】Ｉ．改良型ナノ管アセンブリ 本出願人は、ナノ導体アセンブリの有望な電界放出特徴
にもかかわらず、幾つかの、従来方法で製造したナノ導
体アセンブリが、電界放出装置として性能が貧弱である
ことを発見した。例えば、ＣＶＤで成長したナノ炭素管
アセンブリは、効果的な電界集中を提供し、かつ、アセ
ンブリの表面に露出する管端部に高度の集中を提供す
る、高度に方向性のある小さい半径（０．８−１．３ｎ
ｍ）のナノ管を有する。しかしながら、放出結果は貧弱
である。この装置は高放出電界のしきい値を示すが、低
電流密度を提供する。
【００１３】本出願人は、放出電流密度を含むナノ導体
アセンブリの性能が、ナノ導体の表面密度を低減するこ
とにより高められることを、更に発見した。従来のアセ
ンブリでは、高度に方向性のあるナノ導体の密度が高す
ぎるという仮説をたてた。従来のアセンプリのナノ導体
は、非常に密集し過ぎており、この密集している間隔が
放出端における電界集中を減少させていた。
【００１４】この問題は、高密度の方向性のある導体を
有する従来技術のナノ導体アセンブリを概略的に説明し
ている図１（ａ）と（ｂ）を参照すれば、質的に明らか
である。整列されたナノ導体１０は、基板１１の表面か
ら伸びている。図１（ａ）では、ナノ導体は、高い、比
較的均一な面密度を有する。図１（ｂ）ではナノ導体
は、高表面密度の集合体１４中に含まれている。各ナノ
導体端部の電界集中は、隣接したナノ導体の存在により
遮断され、遮蔽される。
【００１５】与えられた電界への隣接したナノ導体によ
る遮蔽又は遮断効果は、図２及び図３で説明される。こ
れらのグラフは，端部の電位対導体の間隔／高さの比率
（ｄ／ｈ）を表したものである。ｄ／ｈ＞２．５では、
端部の電位は、可能な最高水準に達していることが分か
り、端部で最も完全な電界集中が生じていることを示し
ている。ｄ／ｈ＜２．５では、端部の電位は低下し始め
ている。ｄ／ｈ＝０．１では、電位はｈ＝３００ｎｍ
（図２）で得られる最大電位の僅か約６５％で、ｈ＝１
００ｎｍ（図３）で得られる最大電位の僅か約５０％で
ある。これは、導体の間隔が高さの２．５倍以下の時、
隣接の導体は電界分布に干渉し、かつ、遮断又は遮蔽す
ることを示している。その結果、電界集中は低減し、電
界強度は電圧及び陽極−陰極間の平均的な距離により決
まる平均的な電界に低下し、その結果、高アスペクト比
率のナノ導体の幾何学的特性による有用な効果が得られ
なくなる。
【００１６】図２、図３のシミュレーション結果は、図
１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すような、低密度整列のナ
ノ導体アセンブリの使用を示唆している。ここで、個々
の導体１０（図１（ｃ））又は小さな束１５（図１
（ｄ））の間の低密度間隔は、ｄ／ｈ＞０．１の一般的
な条件に合致する。低密度型アセンブリでは、放出端の
電界強度は、得られる最大電界強度と少なくとも同等
か、又は５０％以上である。ｄ／ｈの比率は更に少なく
とも０．２必要であり、少なくとも０．５あれば好まし
く、少なくとも１．０あれば更により好ましい。本発明
の構造物における放出端での所要の電界集中は、密集し
た従来技術のナノ導体アセンブリに比較して少なくとも
５倍、好ましくは少なくとも２０倍に増加する。
【００１７】図４（ａ）−（ｄ）は、低密度型ナノ導体
アセンブリを作る模範的な方法を概略的に説明してい
る。図４（ａ）に示すように、ナノ導体を、一般的に
は、もつれた状態の、方向が一定しない、高アスペクト
比の針金又は繊維の集合体３０の状態で基板１１上に堆
積する。それらは、基板上へのアーク放出、化学蒸着及
びレーザ剥離を含む多くの合成技術により、又は、予備
形成したナノ導体を基板上に（スプレー等により）堆積
させることにより用意できる。単一壁型ナノ炭素管は、
直径０．８−６ｎｍで、しばしば束の形で作られるのが
一般的である。多壁型ナノ炭素管は、多くの同心の片状
黒鉛を含有し、一般的に、直軽５−５０ｎｍである。両
タイプのアスペクト比は、一般的に１００−１０，００
０であり、両タイプとも電子放出に有用な小寸法の電界
集中端を有する。
【００１８】金属、導体セラミック又はポリマ等の導体
基板に、ナノ導体を堆積するのが好ましい。望ましく
は、ナノ導体は、例えば、Jin他による１９９９年１月
２５日出願の、”Artticle Comprising Enhanced Na
notube Emitter and Prosess For Fabricating A
rticle”と言う名称の、同時継続中の米国特許出願Ｓ．
Ｎ．０９／２３６，９６６に開示している技術を使用す
ると、基板に良好に付着する。
【００１９】そこで、もつれた状態の集合体３０は、電
界放出中膜表面に垂直に加わる外部電界に晒される。図
４（ｂ）に示すように、このもつれた状態の構造物内の
緩いナノ導体端１０は、立ち上がり、電力線に沿って自
己整列する傾向がある。その結果、電界に晒された、整
列したナノ導体端１０が得られる。集合体３０の一定し
ない、かつ、もつれた性質の故に、その密度は十分に低
く、ｄ／ｈ＞０．１の基準に合致する。同じ高さを持つ
整列したナノ管端を作り出すために、高温のブレードや
スペーサを使用して又はレーザビームを使用して、端部
を随意にトリミングすることにより、更に放出特性を最
適化することができる。このようなトリミングは、Jin
他による、１９９９年１月２５日出願の、”Artticle
Comprising Enhanced Nanotube Emitter and Pros
ess For Fabricating Article”と言う名称の、同時
継続中の米国特許出願Ｓ．Ｎ．０９／２３６，９６６に
詳細に記載されている。図４（ｃ）は，スペーサ３１を
使用した過剰な部分１０Ａのトリミングを説明し、図４
（ｄ）は、トリミングにより得られた同じ高さのナノ導
体１０を示している。
【００２０】比率ｄ／ｈを計算するための平均距離ｄや
平均高さｈは、解析的に決める。ナノ導体が、実質的に
均一な長さの場合、平均距離ｄ＝√（σ／π），ここ
で、σは、ナノ導体の面積の数密度である。この距離ｄ
は、一つのナノ導体から他のナノ導体までの一般的距離
である。ナノ導体の長さが実質的に均一であり、かつ、
基板に垂直であれば、平均高さは単にナノ導体長さの平
均値である。長さが均一でしかし基板に垂直でない場合
には、ｈは、基板からナノ導体の頂部までの距離の平均
値である。長さが実質的に不均一である場合、最も高い
わずかな数のナノ導体の頂部の下に、基板から距離Ｚに
おける上部基準面が定められる。（これらは、殆ど全て
の電子を放出するナノ導体である。）距離Ｚは、解析的
に、次の式で計算される。
【数１】 ここで高さＺｉは、基板からナノ導体の頂部までの距離
であり、平均は、全てのナノ導体について求められる。
ｄの値は、上記のように、上部基準面上の、ナノ導体の
端部の面積密度から計算する。
【００２１】下部基準面は、ナノ導体膜の平均高さで決
められる。ナノ導体が平行であり、かつ、均一な膜で
は、この面はナノ導体の高さの半分くらいの位置にあ
る。適度に乱れている膜では、面は、Ｚ＝１／２Σ（Ｚ
ｉ）2／ΣＺｉの高さにあり、ここで加算は全てのナノ
導体について行う。ナノ導体の平均高さｈは、上部及び
下部基準面の間の距離の２倍である。この結果、乱れて
いる膜のｄ／ｈ比率は、理想的に整然とした膜の数値に
十分一致する。勿論、全てのナノ導体について求められ
るパラメータは、一般に容認されている統計手法に従っ
てサンプリングを実施することにより評価することがで
きる。
【００２２】図１８は、堆積環境に晒した、あらかじめ
決めた核生成サイト４０を持つ基板１１を使用する低密
度型ナノ導体アセンブリの代替の製造方法を示してい
る。Ｃｕ等の金属粉末を、ナノ導体の核生成及び成長用
の触媒として、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ又はそれらの酸化物粒
子の微細なナノ粒子と混合することにより、模範的な基
板を準備できる。これらの粒子の大きさは、１−５０ｎ
ｍの範囲が好ましい。１−１０ｎｍの範囲であればより
好ましい。触媒粒子の容量パーセントは、５０％以下が
好適である。３０％以下であればより好ましい。
【００２３】それから混合物の圧縮、焼結、艶出しを行
い、かつ、H又は成型ガス等の還元性雰囲気で熱処理
し、Fe，Co又はNiのナノ粒子を核生成サイトとして表面
に現出させる。別の方法として、ナノ導体の成長前に溶
着室内の元の場所で表面還元を行いし、空気に晒すこと
によって金属触媒粒子の再酸化を避けることができる。
ナノ導体は、露出した触媒粒子上で比較的低密度で成長
する。その理由は、一つには、合金基板内に含有される
触媒粒子の容量パーセントを制御しているためであり、
一つには、合成基板材料の切断又は艶出し面上に露出す
る触媒粒子の数が実質的に制限されるためである。
【００２４】核生成サイトを持つ基板を用意する他の方
法を、図５（ａ）−（ｄ）に示す。図５（ａ）に示すよ
うに、触媒粒子４０は、コロイド又は希釈溶液に浮遊
し、かつ、ノズル５０から基板１１にスプレーされる。
スプレーした粒子は、随意に、熱処理により基板に拡散
接合し、図５（ｂ）に示すように、付着性が増す。スプ
レーした触媒粒子を、金属（例えば、Ｃｕ）、セラミッ
ク（例えば、ＳｉＯ2）又はポリマの非触媒層で覆うこ
とにより、スプレーした触媒粒子の相当部分は効力がな
くなり、表面に露出する触媒粒子の数が減少する。これ
は図５（ｃ）に示している。この方法でナノ導体の核生
成密度を減らす。この被覆層５１は、真空堆積（例え
ば、スパッタリング又は蒸着）又は単にスプレーするこ
とにより、堆積させることができる。リソグラフで被覆
層のパターンを作ることもでき、その結果、図５（ｄ）
に示すように、ナノ導体の低密度アレイもまたパターン
化される。
【００２５】図６（ａ）−（ｄ）は、核生成サイトを持
つ基板を用意する更に他の方法を示す。ここに、触媒金
属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等）を、薄膜６０、例えば、１−
２０ｎｍの範囲の厚みを持つ膜として、化学的蒸着、電
気化学的溶着又は物理的な蒸着技術により、基板に堆積
させる。基板１１は、触媒金属膜の格子定数と大きな違
いがある格子定数を持つ導体材料であることが好まし
い。大きな違いが触媒金属膜に大きなひずみを引き起こ
す。それから堆積膜は、高温の熱処理、例えば、２００
−６００℃で０．１−１０時間の熱処理を受ける。不活
性又は真空の雰囲気が好ましい。図６（ｂ）に示すよう
に、アイランド６１の形成は、膜内のひずみやエネルギ
ー全体を減少させるため、この熱処理中に誘発される。
これらの微細なアイランド６１は、ナノ炭素管用の核生
成サイトとして役に立つ。ナノ導体の密度を減らすた
め、図６（ｃ）に示すように、非触媒層によって、これ
らの触媒アイランドの一部を覆うことができる。それか
らナノ導体１０は、化学蒸着等の既知の方法を使用する
ことにより、限られた数の触媒粒子上で選択的に成長す
る（図６（ｄ））。
【００２６】図７（ａ）に示すように、触媒粒子４０を
多孔性の基板１１Ａに選択的に注入することにより、ナ
ノ導体の密度もまた制御できる。ここで、多孔性シリコ
ン又はシリカ等のナノ多孔性材料が、利用できる細孔７
０の僅か一部のみに触媒粒子４０を注入して、基板１１
Ａとして使用される。細孔７０は、サイズ１−１００ｎ
ｍの範囲で、開口した細孔であることが好ましい、表面
が窪んだ細孔であればより好ましい。触媒粒子の注入
は、短期間の真空溶着、予圧スラリ、又は、電子化学的
手段を介して、行うことができる。図７（ｂ）に示すよ
うに、ナノ導体１０は、触媒粒子を保持する細孔からの
み核生成し、成長する。ナノ導体は、一般的に、垂直形
状の細孔の幾何学的特徴がもたらす制約により、自己整
列する傾向がある。更に整列させるため電界を成長過程
で、随意に加える。
【００２７】望ましくはないが、過剰な細孔注入又は高
度な多孔性のセラミック又はガラス材料にドーピングす
ることにより、細孔に触媒粒子を過剰に注入することが
起こり得る。図８（ａ）は、そのような過剰な細孔注入
を説明する。この場合、非触媒膜５１を部分的に覆うこ
とによりナノ導体の密度を減らすことができる。図８
（ｂ）は、非触媒膜５１による部分的な被覆を説明し、
図８（ｃ）は、その結果生じるナノ導体１０の低密度の
成長を示す。
【００２８】図９（ａ）−（ｃ）に示す他の処理技術
は、多孔質基板１１Ａに関連する（図９（ａ））。基板
のナノ細孔７０に、希釈した溶液又はスラリ９０、例え
ば、イオンの形で触媒金属（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ）を含有
する水溶液又は溶解液、又は、触媒粒子４０を含有する
スラリを注入する。スプレー堆積又は後方からの吸着に
より注入を行うことができる（図９（ｂ））。それから
溶液又はスラリ９０を熱処理し、マトリクス溶液を分解
即ち焼き尽し、細孔内で触媒アイランド９１を形成させ
る（図９（ｃ））。多孔質の表面を、それから機械的に
艶出し又はイオン加工して、過剰な量の触媒粒子及び分
解生成物を除去する（図９（ｄ））。そこでナノ導体１
０が、触媒粒子の存在が支配する、数が減少した核生成
サイトから成長する（図９（ｅ））。
【００２９】ある電界放出の用途では、整列したナノ導
体高さ等のエミタ高さの均一性は、一部は陰極及び陽極
間又は陰極及びゲート間の短絡による致命的な失敗を避
けるため、及び、一部は大多数のナノ導体端部からの最
大電界集中及び効率的な電子放出を確実なものにするた
め、重要である。図５−９に記載する電界集中アセンブ
リ構造物は、ナノ導体高さを２０％の変化量内に、トリ
ミングや同一化することにより、例えば、図９（ｃ）の
方法を使用して、更に改善できる。
【００３０】II．改良型電界放出装置 改良した低密度型ナノ導体アセンブリは、マイクロ波真
空管増幅器やフラットパネル型電界放出ディスプレイ装
置を含む、種々の装置に役に立つ。低電圧での効率的な
電子放出は、放出源（一般的には約１−１０μｍの距
離）に近接する加速ゲート電極の存在により、一般的に
は改良されるので、エミッタ構造物の能力を高めるため
多くのゲート開口を有することは、効果的である。特
に、多くのゲート開口を備える微細な、ミクロン寸法の
ゲート構造物は、高放出の効率を得るのに効果的であ
る。
【００３１】図１０は、低密度型ナノ導体素子アセンブ
リ及びアセンブリに隣接して形成されるグリッド構造物
１０１を有する一般化した電界放出装置１００を概略的
に示している。グリッド１０１は、電子放出アセンブリ
と陽極１０２との間に配置される導体要素である。グリ
ッドは、陰極１０３と分離されるが、ナノ導体エミッタ
アセンブリに十分に近くに配置し、放出を励起する（放
出するナノ導体チップの１０μｍ内が一般的）。この近
接した間隔は、エミッタチップが比較的均一な高さを有
する時のみ可能である。
【００３２】グリッド１０１は、一般的に、酸化アルミ
ニュウム又は二酸化ケイ素等の電気的な絶縁スペーサ層
１０４により陰極１０３から分離される。グリッドが、
多数の開口１０５と共に、電気的な導体層、例えば、薄
膜又薄箔等を備えることが効果的である。陰極及び陽極
とグリッドとの間に電界を加えた場合、各開口内で、多
数のナノ導体１０が電子を放出する。絶縁スペーサ１０
６は、陽極及び陰極を離れた状態に保つ。
【００３３】グリッド開口１０５の寸法は、一般的に
は、平均最大寸法（例、直径）で０．０５−１００μｍ
の範囲であり、少なくとも０．１μｍが有利であり、容
易に製造するには少なくとも０．２μｍがより有利であ
る。平均最大寸法は、グリッド開口の密度を増し、電子
放出を達成するのに必要な電圧を下げるため、２０μｍ
以下が有利で、５μｍ以下がより有利である。円形の開
口は、比較的低い垂直方向の運動量のひろがりを持つ、
所要の平行電子ビームを提供することに関して、有利で
ある。グリッド導体の厚みは、一般的には、０．０５−
１００μｍの範囲であり、０．０５−１０μｍが有利で
ある。
【００３４】グリッド導体材料は、一般的には、Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，又はそれらの合金等の金属から選ぶ
が、酸化物、窒化物及び炭化物等のセラミック材料の使
用もまた可能である。開口のある（又は多孔の）グリッ
ドは、一般的には、従来の薄膜堆積や写真平板術的なエ
ッチングにより用意する。グリッドは、米国特許番号
５，６８１，１９６及び５，６９８，９３４に記載され
ているような、高密度の開口ゲートが有利である。非常
に微細なナノ導体エミッタを、高密度ゲート開口構造物
と組み合わせることが、特に、効果的である。
【００３５】このような高密度ゲート開口の構造物は、
前記した５，６８１，１９６号特許に記載した部分マス
ク技術を使うと、都合良く作ることができる。特に、ナ
ノ導体エミッタ構造物の形成後、マスク粒子（一般的に
５μｍ以下、より効果的には１μｍの最大寸法を有する
金属、セラミック又はプラスチック粒子）をエミッタ表
面に、例えば、スプレー又は散布により、適用する。Ｓ
ｉＯ2又はガラス等の誘電体膜層を、蒸発又はスパッタ
リングによりマスク粒子の上に堆積させる。それからこ
れらの粒子を所定の位置に維持しながら、Ｃｕ又はＣｒ
等の導体層を誘電体に堆積させる。陰影効果により、各
マスク粒子直下のエミッタエリアは、誘電体膜を持たな
い。それからマスク粒子を、刷毛で取るか又は吹き飛す
と、高密度の開口を有するゲート電極が残る。
【００３６】図１１は、以上のような粒子マスク技術を
使用したエミッタグリッドの製造を説明する。マスク粒
子１１０を、突き出ているナノ導体１０の上に置く。絶
縁層１０４及びグリッド導体層１０１を堆積しても、マ
スク粒子１１０がナノ導体エミッタの部分部分をブロッ
クする。マスク粒子１１０を取り除くと、ナノ導体１０
が、結果として生じる開口を通して露出する。それで結
果として生じる構造物が、装置に組み入れられる。
【００３７】図１２は、マイクロ波真空管増幅器装置−
ここでは改良型ナノ導体アセンブリを使用した進行波管
（ＴＷＴ）、の図式的な断面図である。管装置は、排気
した管１２０、電子銃１２１の形の電子源、マイクロ波
入力信号を取り入れる入力窓１２２、電子が入力信号と
相互作用する相互作用領域１２３、及び、電子から派生
したマイクロ波出力が管から取り出されるマイクロ波出
力窓１２４を含む。ＴＷＴの場合、他の所要な構成品
は、一般的には、相互作用領域１２３を通った電子ビー
ムを集束するための収束磁石（図示されない）、出力マ
イクロ波が生み出された後電子ビームを集定する集電極
１２５及び出力の不整合から管ヘ反射して戻ったマイク
ロ波を吸収する内部減衰器（図示されない）を含む。Ｔ
ＷＴでは、一般的には、相互作用領域１２３は、広周波
数帯域の用途には導体螺旋、高出力用途には双子キャビ
ティ領域である。電子銃１２１は、電子ビームが、銃か
ら発射後所要の軌道を進むように、電子ビームを生成
し、加速し、電子ビームを集束する電子源である。
【００３８】図１３は、熱電子陰極１３０、電子放出を
励起させるための一個又はそれ以上のグリッド１３１、
電子をビームに集束する収束電極１３２、及び、更にビ
ーム１３４を相互作用構造物１２３に制御するための開
口のある陽極１３３を備える、従来の電子銃を概略的に
説明する。ＴＷＴの用途には、比較的低圧で高電流での
長い、薄い電子ビームが有効である。電子銃は、プレー
ナ陽極がプレーナ陰極と面しているコンフィギュレーシ
ョンからピアース銃、円錐ダイオード電極、楕円シリン
ダ又は球形キャップの陰極等の複雑なコンフィギュレー
ションまである。
【００３９】陰極１３０及びグリッド１３１は、図１２
のＴＷＴにおける電子ビーム用の電子源である。陰極
は、下記の特質及び能力を有することが有利である。
（１）加熱又は衝撃等の外部からの励起の必要なしで電
子を自由に放出できる表面である、（２）高電流の供
給、（３）電子放出の連続性が実質的に損なわれない長
期間の寿命、（４）電子運動量の小さなひろがりを持つ
狭いビームを作り出すことが可能である、及び、（５）
陰極で又は近くで被変調電子ビームを作り出すことがで
きる。従来の熱イオン陰極と対照的に、改良型ナノ管エ
ミッタアセンブリを備える冷陰極はこれらの特性があ
る。特に、ナノ導体をベースにした冷陰極は、電界を加
えると、室温で速く放出できる。それらは、数ミクロン
の距離にわたって被変調電子ビームを作ることが可能で
あり、（グリッドが直接行うビーム変調の場合のよう
に、）ＴＷＴ管設計で、短縮した相互作用領域の使用が
可能である。その結果，より軽い、よりコンパクトな装
置となる。
【００４０】図１２及び図１３に示す装置の作動時に
は、電子ビーム１３４は、グリッド１３１及び陽極１３
３に加えた高電圧により陰極から加速する。それから電
子ビームは相互作用構造物１２３にショットされ、そこ
で電子ビームはマイクロ波入力信号と相互作用し、その
結果、電子及び信号が一緒に相互作用構造物１２３を通
過するにつれて、ビーム１３４が増幅される。電子が、
相互作用構造物１２３をマイクロ波信号と同じ速度で進
むことが有利である。入力信号の力が電子ビーム１３４
を変調し、被変調電子ビームが、増幅した入力信号を出
力１２４で生成する。
【００４１】ナノ導体をベースにした冷陰極をマイクロ
波真空管装置で使用するとき、電子ビームの広がりを合
理的な水準に保つことが望まれる。電子は、陰極表面か
らゼロではない速度及び面法線に対して種々の角度で現
れる。かくして、電界放出された電子は、電子ビーム軌
道方向での運動量分布値を有する。これらの影響−一定
しない電子の放出、陰極から陽極への行路に垂直な、望
ましくない運動量及びその結果生じる電子軌道の微視的
なスケールでの横切り−これら全ては、散弾雑音が引き
起こすマイクロ波増幅器の性能を損なうだけではなく、
集束するビームが得ることができる最小径も減少させ
る。それ故、もし電子ビームが殆ど平行であるというこ
とでなければ、グリッド内の異なる開口からの電子ビー
ムが合体しないようにすることが望ましい。特に、個々
に分散しながら、ビームが合体すれば、いかなるところ
でも種々異なる運動量を持つ電子が認められるため、そ
の結果生じるビームの相空間の密度が低下する。
【００４２】静電レンズを開口内に作って、各開口から
の電子の発散角度を減らすことができる。しかし、リュ
ービルの定理は、レンズが垂直方向の運動量の広がりを
減らすことができる程度を抑制する。もし放出面積がレ
ンズ口径と同じであれば、実質的な改良は得られない。
もし放出面積がレンズ口径より小さいければ、レンズの
半径に対する放出エリアの半径の比率により（適切なレ
ンズ設計で）垂直方向の運動量分布を減少させることが
可能である。
【００４３】それ故、各開口の中心近くの小さいスポッ
ト、即ち開口面積の多くて７０％、からのみ放出するよ
うにすることが望ましい。開口面積の多くて５０％であ
ればより効果的である。複数の放出開口に対して、僅か
の小面積（開口面積より小さい）のみ導体があるように
基板をパターニングすれば、より放出を制御することが
可能である。放出開口内の中心部のみが活性化し、電子
を放出するように、例えば、開口の中心を除く全てに、
ナノ導体エミッタに非放出被覆層を堆積させることによ
り、ナノ導体取り込み工程を制御すれば、放出を制御す
ることも可能である。
【００４４】本発明は、発散角度を減少させる改良技術
を提供する。本発明に従って、多層の、開口のあるグリ
ッドを使用し、そこでは一番目のグリッドが負電位で作
動する。図１４に示すように、多層グリッド構造物は、
少なくとも、二層のグリッド導体を有する。少なくとも
四層であればより効果的である。グリッド導体１０１
Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄは、絶縁体１０４
Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄから分離し、かつ、
開口１４０の配列を定める。各開口内にあるナノ導体エ
ミッタ１０は、陰極導体１４１により支持され、それら
は基板１１上にある。グリッド導体１０１Ａ−１０１Ｄ
が、進行中の電子ビームが集束されることを可能にす
る。
【００４５】エミッタ（１０１Ａ）に最も近い一番目グ
リッド層には、一般的には、負のバイアスを加え、グリ
ッド開口１４０の端近くの電界放出を抑制して、垂直方
向の運動量を減らす。一番目グリッドへの負のバイアス
はまた、発散電子ビームを、面法線に殆ど平行に近い運
動量を有するビームに集束する。（単一のグリッドは、
もし陽極に加えた電界が十分に大きく、負をチャージし
たグリッドの存在があっても強制的に放出できれば、同
様に、有益な特性を提供する。しかしながら、多層グリ
ッドは、陽極に必要な電圧を低下させることに関して、
及び、より平行な電子ビームを提供することに関して効
果的である。）
【００４６】一番目のグリッドは、一般的には、陰極上
で０．０５から１０の平均最大開口寸法（例えば、円形
の開口であれば直径）であり、０．３から２であればよ
り効果的である。一般的には、開口は円形でかつ、０．
０５から１００μｍの直径を有する。少なくとも０．１
μｍであれば効果的であり、少なくとも０．２μｍであ
ればより効果的である。この一番目のグリッドは、孔の
端近くの陰極面の電界を減少させ、それにより端部から
の放出を選択的に抑制する。引き続くグリッドは、一般
的には陰極に対して正電圧となる。
【００４７】多層グリッド構造物を、従来の薄膜堆積お
よび写真平板術の技術により用意できる。前に述べると
ともに図１５と図１６で示すように、部分マスク技術に
より、図１４のグリッド構造物を用意することもまたで
きる。グリッド導体層１０１Ａ−１０１Ｄの厚みは、一
般的には、０．０５から１００μｍの範囲であり、０．
１から１０μｍであればより効果的である。グリッド導
体層は、一般的には、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，又
はそれらの合金等の金属から選択するが、酸化物、窒化
物及び炭化物等の導体セラミックの使用もまた可能であ
る。絶縁層１０４Ａ−１０４Ｄは、一般的には、シリカ
またはガラス等の材料から作られる。
【００４８】図１５において、マスク粒子１５０は、一
般的には、強磁性体（例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，又は
それらの合金）である。所要の粒子サイズは、一般的に
は、平均直径で０．１−２０μｍの範囲である。粒子の
配置中、例えばナノ管エミッタ構造物への散布すること
により、垂直な磁場を加える。それが、強磁性体の粒子
１５０が垂直に伸びた、少なくと二個の粒子を含む球の
鎖が形成されることになる。幾つかの球の鎖は、他より
多くの粒子を有するかもしれないが、このことは多層グ
リッド構造物の堆積処理には影響を与えない。絶縁体ス
ペーサ膜（１０４Ａ−１０４Ｄ）及びグリッド導体膜
（１０１Ａ−１０４Ｄ）を交互に多層スタックに堆積
後、磁場を除く。強磁性体のマスク粒子１５０もまた、
例えば、永久磁石又は電磁石を使用して、又は、化学的
なエッチングにより除く。
【００４９】代替の粒子マスクの方法を、概略的に図１
６に示す。この方法では、伸長した即ち長球のマスク粒
子１６０を垂直の磁場のもとで散布する。その結果、粒
子は、異方性の形状のため垂直に立ち、次行程の、多層
グリッド構造物（１００Ａ−１００Ｄ及び１０１Ａ−１
０１Ｄ）、導体１１及びナノ導体エミッタ１０の堆積
中、マスク粒子として役に立つ。好都合にも、導体／ナ
ノ導体アセンブリを大きな基板１４１で支持できる。
【００５０】伸長したマスク粒子１６０は、一般的に、
１．０−２０μｍの範囲の軸方向の平均最大長さ、例え
ば、直径、及び、少なくとも直径に対する長さのアスペ
クト比２を有する。例えば、ナノ導体エミッタ層から所
要な高さに配置した多孔のテンプレート（示されない）
を通して、マスク粒子を薄膜堆積させることにより（例
えば、スパッタリング、蒸着、無電解メッキにより）、
粒子１６０を用意することは可能である。このタイプの
伸長したマスク粒子の適切な材料には、Ｃｕ，Ａｌ，等
の金属、容易に水又は溶媒に溶けるポリマ（例えば、ポ
リビニルセテート、ポリビニルアルコール、ポリアクリ
ルアミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン又
はＡＢＳ），揮発性ポリマ（例えば、ＰＭＭＡ），又
は、容易に溶解する塩（例えば、ＮＡＣＬ）がある。粒
子の堆積後、テンプレートを取り除き。多層グリッド構
造物がマスク粒子上に堆積により形成される。それから
マスク粒子を取り除き、開口を露出させる。
【００５１】図１４の陰極及びゲート構造物の表面形状
は、マイクロ波増幅器で使用されるように、必らずしも
平滑でなくともよい。変形型バルクナノ導体合成エミッ
タ、又は、薄膜アレイエミッタを蒸着させた、曲がった
基板を使用することも可能である。例えば、エッチング
又は機械的艶出し（例えば、Ｓｉ等の材料の場合）又は
塑性変形（Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｗ，Ｆｅ，Ｎｉ，又はそ
れらの合金等の延性のある金属の場合）により、曲がっ
た基板を用意する。
【００５２】図１４のナノ導体を含有する陰極および多
層グリッド構造物を，熱イオン放出陰極の代りに、ＴＷ
Ｔに使用すると効果的である。又、図１４の陰極／グリ
ッド構造物が、放出電子をビームに集束させる目的で、
僅かに凹形であると効果的である。
【００５３】図１３及び図１４のナノ導体構造物は、四
つの特徴により陰極から放出する電子の垂直方向の運動
量のひろがりが減少する。（１）低電圧放出がビームの
ひろがりを減じるのに貢献する。もしエミッタの形状を
一定に保つと、垂直方向の運動量のひろがりは、放出電
圧の平方根として概算される。本発明に従って用意し
た、電界集中型の、突出した形状の低密度ナノ管エミッ
タを使用すると、低電圧放出が可能になり、それにより
マイクロ波増幅器の運転時、垂直方向の運動量が減少す
る。（２）電子放出が、中央部に限定され、それは、グ
リッド開口面積全体よりはるかに小さい。（３）多層グ
リッド構造物の積み重ねが電子ビームを集束させる。
（４）凹形の基板が、更に電子ビームを集束させる。
【００５４】本発明のナノ導体をベースにしたエミッタ
を使用してフラットパネル型電界放出ディスプレイを作
ることも可能である。そのような電界放出ディスプレイ
は例えば、ダイオード設計（即ち陰極-陽極コンフィギ
ュレーション）又はトリオード設計（即ち陰極-グリッ
ド-陽極コンフィギュレーション）で作られる。グリッ
ド電極を使用すると効果的である。前述のように、ナノ
導体エミッタ陰極の近接に高密度の開口ゲート構造物を
使用するとより効果的である。
【００５５】ディスプレイ用途では、ディスプレイの各
ピクセルでのエミッタ材料（冷陰極）は、とりわけ、放
出特性を平均化し、ディスプレイ品質の均一性を求める
目的のため、多層エミッタから構成されることが望まし
い。ナノ導体の極微的な性質のため、エミッタは、多く
の放出ポイントを、一般的には、１００ｘ１００μｍ 2
のピクセル当り１０4以上の放出チップを提供する。こ
れは、５−１００ｎｍの管状直径を持つナノ導体の０．
０１−１％の面積密度となる。本発明におけるエミッタ
密度は、少なくとも、１／μｍ2であることが効果的
で、少なくとも１０／μｍ2であればより効果的であ
る。低電圧を加えての効率的な電子放出は、一般的に
は、近接した（一般的には、約１ミクロンの距離）加速
するゲート電極により達成されるので、多数エミッタの
性能を活用するために、一定のエミッタ面積に多数のゲ
ート開口を有することは有利である。放出効率を向上す
るため、できるだけ多くのゲート開口を持つ、微細なミ
クロン寸法の構造物を有することもまた望ましい。
【００５６】図１７は、本発明のナノ導体エミッタ構造
物を使用するフラットパネル型電界放出ディスプレイを
説明する。ディスプレイは、複数のナノ導体エミッタ１
０及び真空密閉内でエミッタ１０から離れて配置した陽
極１０２を含む。透明な絶縁基板１７０上に形成される
陽極導体１０２には蛍光体層１７１が設けられ、支持台
に置かれる。陰極及び陽極との間に、エミッタからわず
かに離れた多孔の導体ゲート層１０１がある。都合よ
く、ゲート１０１は絶縁層１０４により陰極１１と離れ
ている。
【００５７】陽極とエミッタとの間の間隔を密閉し、か
つ、真空引きする。電源１７２により電圧を加える。ナ
ノ導体エミッタ１０からの電界放出電子は、ゲート電極
１０１により加速し、陽極導体層１０２（一般的には、
インジウム−スズ酸化物）に向かう。加速電子は、蛍光
体層１７１に衝突するので、ディスプレイ像が現れる。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ナノ導体の電子放出特性を有効に活用した電界放出装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、従来のナノ導体アセンブリの
関連する特徴を説明する図、（ｃ）（ｄ）は、低密度型
ナノ導体アセンブリの該当する特徴を示す図。
【図２】アセンブリのナノ導体の電界放出サイト近くの
電位を、第１の管高さに対する最も隣接した距離（ｄ）
の関数として、シミュレーションしたものを示す図。
【図３】アセンブリのナノ導体の電界放出サイト近くの
電位を、第２の管高さに対する最も隣接した距離（ｄ）
の関数として、シミュレーションしたものを示す図。
【図４】低密度型ナノ導体アセンブリを製造する手法を
説明する図。
【図５】低密度型ナノ導体アセンブリを製造する手法を
説明する図。
【図６】低密度型ナノ導体アセンブリを製造する手法を
説明する図。
【図７】低密度型ナノ導体アセンブリを製造する手法を
説明する図。
【図８】低密度型ナノ導体アセンブリを製造する手法を
説明する図。
【図９】低密度型ナノ導体アセンブリを製造する手法を
説明する図。
【図１０】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１１】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１２】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１３】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１４】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１５】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１６】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１７】低密度型アセンブリを使用した電界放出装置
を表す図。
【図１８】低密度型ナノ導体アセンブリを製造する手法
を説明する図。
【符号の説明】 １０…ナノ導体 １０Ａ…部分 １１…基板 １４…集合体 １５…束 ３０…集合体 ３１…スペーサ ４０…核生成サイト ５０…ノズル ５１…被覆層 ６０…薄膜 ６１…アイランド ７０…細孔 ９０…スラリ ９１…触媒アイランド １００…電界放出装置 １０１…グリッド １０１Ａ−１０１Ｄ…グリッド導体 １０２…陽極 １０３…陰極 １０４…絶縁スペーサ層 １０４Ａ−１０４Ｄ…絶縁体 １０５…開口 １０６…絶縁スペーサ １１０…マスク粒子 １２０…管 １２１…電子銃 １２２…入力窓 １２３…相互作用領域 １２４…マイクロ波出力窓 １２５…集電極 １３０…熱電子陰極 １３１…グリッド １３２…収束電極 １３３…陽極 １３４…電子ビーム １４０…開口 １４１…陰極導体 １５０…マスク粒子 １６０…マスク粒子 １７０…基板 １７１…蛍光体層 １７２…電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｃ (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 クン ムーン チョイ アメリカ合衆国、07076 ニュージャージ ー、スコッチ プレインズ、スプルース ミル レーン 50 (72)発明者 スンゴ ジン アメリカ合衆国、07946 ニュージャージ ー、ミリングトン、スカイライン ドライ ブ 145 (72)発明者 グレゴリー ピー．コチャンスキー アメリカ合衆国、08812 ニュージャージ ー、ドゥネレン、サード ストリート 324 (72)発明者 ウィ チュー アメリカ合衆国、07059 ニュージャージ ー、ウォーレン、シュア−マン テラス ４

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板とこの基板に取り付けられた複数の
    ナノスケール導体とを有し、 前記ナノスケール導体が、基板表面から先端部まで伸
    び、１．０−１００ｎｍの範囲の直径と０．５−１００
    μｍの範囲の長さを持つ、ナノスケール導体アセンブリ
    において、 隣接する前記ナノスケール導体の間の平均分離距離は、
    基板表面上の平均導体高さの少なくとも０．１倍である
    ことを特徴とするナノスケール導体アセンブリ。
  2. 【請求項２】 前記平均分離距離は、前記平均導体高さ
    の０．５倍以上であることを特徴とする請求項１記載の
    ナノスケール導体アセンブリ。
  3. 【請求項３】 前記ナノスケール導体は、カーボン製ナ
    ノチューブであることを特徴とする請求項１記載のナノ
    スケール導体アセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記ナノスケール導体は、半導体製ナノ
    ワイヤであることを特徴とする請求項１記載のナノスケ
    ール導体アセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記基板表面は、平面であり、 前記導体は、前記基板表面にほぼ直交するように整列さ
    れ、そのアラインメント平均偏差はその直交方向から３
    ０°未満であることを特徴とする請求項１記載のナノス
    ケール導体アセンブリ。
  6. 【請求項６】 前記ナノスケール導体は、前記平均導体
    高さの２０％以内の範囲でほぼ等しい高さであることを
    特徴とする請求項１記載のナノスケール導体アセンブ
    リ。
  7. 【請求項７】 カソードと、 複数の電界エミッタチップと、 前記電界エミッタチップに対して比較的近接して配置さ
    れるグリッドと、 前記電界エミッタチップから比較的離間して配置される
    アノードとを有する電界放出装置において、 請求項１記載のアセンブリを有し、 前記アセンブリの前記基板は、前記カソードを含み、 前記ナノスケール導体の前記先端部は、前記エミッタチ
    ップを含むことを特徴とする電界放出装置。
  8. 【請求項８】 真空管と、 前記真空管内に配置された電子源と、 マイクロ波信号用の入力と、 前記入力信号を電子と相互作用させるために前記真空管
    内に配置された相互作用構造体と、 増幅されたマイクロ波信号用の出力とを有するマイクロ
    波真空管増幅器において、 前記電子源は、請求項７記載の電界放出装置を含むこと
    を特徴とするマイクロ波真空管増幅器。
  9. 【請求項９】 複数の電子エミッタを含むカソードと、 前記エミッタに対し離間して配置され、燐層を有するア
    ノードと、 前記エミッタと前記アノードとの間に配置されたゲート
    とを有するディスプレイ装置において、 請求項１記載のアセンブリを有し、 前記アセンブリの前記基板は、前記カソードを含み、 前記ナノスケール導体の前記先端部は、前記エミッタを
    含むことを特徴とするディスプレイ装置。
  10. 【請求項１０】 ナノスケール導体アセンブリの製造方
    法において、 （Ａ）基板を用意するステップと、 （Ｂ）前記基板の表面上に、その表面から高さ方向に伸
    び、自由端を有する絡み合ったナノスケールの導体群
    を、前記自由端間の平均分離距離が平均導体高さの０．
    １倍以上となるように形成するステップとを有すること
    を特徴とするナノスケール導体アセンブリの製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記平均分離距離は、前記平均導体高
    さの０．５倍以上であることを特徴とする請求項１０記
    載のナノスケール導体アセンブリの製造方法。
  12. 【請求項１２】 ナノスケール導体アセンブリの製造方
    法において、 （Ａ）基板を用意するステップであって、 前記基板の表面が、表面上に高さ方向に伸びるナノスケ
    ール導体を成長させるための核形成触媒の限られた領域
    を含み、 前記触媒領域間の分離距離が、成長時の平均導体高さの
    ０．１倍以上であるところの基板を用意するステップ
    と、 （Ｂ）前記触媒領域からナノスケール導体を成長させる
    ステップとを有することを特徴とするナノスケール導体
    アセンブリの製造方法。
  13. 【請求項１３】 （Ｃ）導体を成長させる露出した触媒
    領域間の分離距離を増加させるために、前記基板表面の
    領域を非触媒材料でカバーするステップ、をさらに有す
    ることを特徴とする請求項１２記載のナノスケール導体
    アセンブリの製造方法。
  14. 【請求項１４】 ナノスケール導体アセンブリの製造方
    法において、 （Ａ）多孔性表面を有する基板を用意するステップと、 （Ｂ）基板表面から高さ方向に伸びるナノスケール導体
    を成長させるための核形成触媒領域を、触媒領域間の分
    離距離が成長時の平均導体高さの０．１倍以上となるよ
    うに、前記基板表面の孔内に形成するステップと、 （Ｃ）前記触媒領域からナノスケール導体を成長させる
    ステップとを有することを特徴とするナノスケール導体
    アセンブリの製造方法。
  15. 【請求項１５】 （Ｄ）導体を成長させる露出した触媒
    領域間の分離距離を増加させるために、前記基板表面の
    領域を非触媒材料でカバーするステップ、をさらに有す
    ることを特徴とする請求項１４記載のナノスケール導体
    アセンブリの製造方法。
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