JP2001068016A - 電子銃及びその製造方法並びにフィールドエミッションディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 先端径が小さく低仕事関数であるカーボンナ
ノチューブをエミッタとして用い、しかも張り付けによ
らずにカーボンナノチューブの軸方向をアノードに向け
て揃えて配置し、そのチューブの軸方向端部をエミッタ
エッジとして利用することができる電子銃を提供するこ
と。 【解決手段】 導電性シリコン層（カソード）１０の表
面には多数の突起部例えばＳｉコーン１２が形成されて
いる。このＳｉコーン１２の円錐面上にて、エミッタと
なるカーボンナノチューブ２０が直接成長して形成さ
れ、その先端部２０ＡはＳｉコーン１２の頂部１２Ａよ
りもさらに突出している。カーボンナノチューブ２０か
ら放出される電子の飛翔経路と干渉しない位置に、カー
ボンナノチューブ２０からの電子の放出量を制御するた
めのグリッド（ゲート）３０が配置されている。さら
に、グリッド３０を挟んで導電性シリコン層１０と対向
する位置には、アノード（蛍光板）４０が配置されてい
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、冷陰極より電子を
放出させる電子銃及びその製造方法並びにフィールドエ
ミッションディスプレイに関し、特にエミッタエッジと
してカーボンナノチューブを用いた電子銃に関する。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】冷陰極を
電子放出源（電子銃）として用いた装置として、ＦＥＤ
（Field Emission Display）が知られている。ＦＥＤ
は、電界放出（Field Emission）により真空中に放出さ
れた電子を蛍光体に入射させて発光させるディスプレイ
である。ＦＥＤの発光原理はＣＲＴ（Cathode Ray Tub
e）と同じであるが、ＣＲＴが点電子源からの電子ビー
ムを二次元の蛍光体に対して走査するのに対して、ＦＥ
Ｄは電界放出電子源（Field Emitter）を多数個配列し
た面状電子源を有しているので、低消費電力で極薄パネ
ル化が可能となる。また、ＦＥＤは、液晶表示装置のよ
うに外部からの光（透過型の場合のバックライト、反射
型の場合の外光）が必要でない自発光型ディスプレイ
で、薄く、視野角が広く明るい画面を提供でき、しかも
発光効率が高く光源が不要であるため消費電力も少な
い。

【０００３】ＦＥＤにおいては、ゲート電極（グリッド
とも呼ばれる）によってエミッタから電子を引き出し、
この電子を蛍光体が形成されたアノードに入射させてい
る。このゲート電極に印加する電圧を制御することで、
エミッタから放出される電子の量が制御され、階調表示
が可能となる。

【０００４】ＦＥＤでは、ファウラー−ノルトハイム
（Fowler-Nordheim）則に従った電子放射がエミッタか
ら生ずる。このファウラー−ノルトハイムの式によれ
ば、エミッタ電極の先端半径を小さくし、エミッタ−ゲ
ート間を近づけ、エミッタを低仕事関数の材料とするな
どにより、その動作電圧を低減することができるとされ
ている。

【０００５】ＦＥＤとして実用化されたものは、Ｍｏを
材料とするＳｐｉｎｄｔ型と称される円錐状のエミッタ
コーンを電界放出電子源として用いている。このエミッ
タコーンの先鋭部分に電圧を集中させて、電子を引き出
し易くしている。

【０００６】Ｓｐｉｎｄｔ型エミッタは、特開平８−１
４８０８３、特開平８−２０２２８６、特開平８−３０
６３２７、特開平９−２４５６１８、特開平１０−５０
２４０、特開平１０−２０８６４９など、多数の公報に
開示されている。

【０００７】Ｓｐｉｎｄｔ型エミッタは、電子を真空中
に放出する能力が三次元構造の形状に依存し、特にエミ
ッタコーンの頂角ないしは先端の径に依存する。

【０００８】しかし、現在の微細加工技術では、エミッ
タコーンの先端部の直径は１０ｎｍ前後であり、さらに
改善の余地があった。また、エミッタコーンの形成には
１０ｎｍ前後の微細加工が困難な上に、露光装置のサイ
ズによって大面積化にも自ずから制限があり、特に数十
インチ以上のパネル作成は現状のフォトリソグラフィ技
術では困難であった。

【０００９】なお、モリブデン（Ｍｏ）などは仕事関数
が大きいため、そのカソード表面に低仕事関数のダイヤ
モンドライクカーボンなどを成膜する技術も提供されて
いる（特開平１０−３１２７３６、特開平１０−５０２
０６、特開平１０−１３４７０１、特開平１０−１９９
３９８）。

【００１０】しかし、原子が放出されるエミッタエッジ
の表面が低仕事関数の材料で覆われたとしても、エミッ
タコーンの先端径は依然として１０ｎｍ前後であり、先
鋭化の問題は依然残される。

【００１１】応用物理第６７巻第１２号（１９９８）の
第１３９０頁〜第１３９４頁には、Ｓｉエミッタコーン
を形成するために、異方性化学エッチング（ＯＤＥ）ま
たは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のエッチング処
理後に低温熱酸化を行って、Ｓｉエミッタコーンの尖鋭
化を行った実験も報告されている。

【００１２】しかし、この超微細加工を基板上の多量の
Ｓｉエミッタコーンに対して均一に実施するには、実用
上困難を極める。

【００１３】エミッタエッジの先鋭化と低仕事関数の材
質を用いることとを共に解決するものとして、カーボン
ナノチューブをエミッタとして用いることが提案されて
いる。カーボンナノチューブをエミッタとして利用する
ことは、特開平１０−２０８６７７、特開平１０−１９
９３９８及び上述の応用物理第６７巻第１２号（１９９
８）などに開示されている。

【００１４】特開平１０−２０８６７７及び応用物理第
６７巻第１２号には、カーボンナノチューブを垂直に向
けて配置することが記載されている。この配置方法につ
いて上記各文献に直接開示はないが、アーク放電を利用
して形成したカーボンナノチューブを溶液等で集め、方
向を揃えて基板上に張り付ける必要があった。

【００１５】しかし、ナノオーダーのサイズのカーボン
ナノチューブを取り扱うのが困難な上に、質（長さ、
径、カイラリイー、電気抵抗などょの揃ったカーボンナ
ノチューブを大量に生産し、それを基板に張り付けるこ
とは、実用上不可能である。取り扱いを考慮してカーボ
ンナノチューブを長くすると（特開平１０−２０８６７
７には垂直に向いた直径１０ｎｍ、長さ１μｍとあ
る）、電気抵抗が大きくなり、エミッタとして充分な電
流を確保するには多量のカーボンナノチューブを必要と
する。

【００１６】特開平１０−１９９３９８には、カーボン
ナノチューブはカーボン材のアークプラズマによる放
電、レーザアベレーション等の手法によりカソード上に
堆積できるとしている。

【００１７】しかし、カーボンナノチューブの軸方向を
アノードに向けて堆積させる方法については何等開示が
ない。

【００１８】そこで、本発明の目的は、径が小さく低仕
事関数であるカーボンナノチューブをエミッタとして用
い、しかも張り付けによらずにカーボンナノチューブの
軸方向をアノードに向けて揃えて配置し、そのチューブ
の軸方向端部をエミッタエッジとして利用することがで
きる電子銃及びその製造方法並びにフィールドエミッシ
ョンディスプレイを提供することにある。

【００１９】本発明の他の目的は、基板表面にてカーボ
ンナノチューブを直接成長させ易くすることができる電
子銃の製造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板の表面層
上に形成された尖鋭な先端部を有するエミッタと、前記
エミッタからの電子放出を制御するグリッドとを有し、
前記エミッタの先端部と対向するアノードに向けて電子
を放出する電子銃において、前記表面層には突起部が形
成され、前記エミッタは、前記突起部上に直接成長させ
たカーボンナノチューブにて形成され、前記カーボンナ
ノチューブの先端部は前記突起部の先端より突出してい
ることを特徴とする。

【００２１】本発明によれば、突起部上に直接成長され
たカーボンナノチューブの先端部が突起部の先端より突
出し、そのカーボンナノチューブの先端部をエミッタエ
ッジとして利用して、その先端部から電子を放出させる
ことができる。このカーボンナノチューブは基板の表面
層に形成された突起部に沿って形成されるので、その軸
方向をアノードの方向に向けて配置できる。このとき、
カーボンナノチューブの軸方向がアノード面に対して必
ずしも垂直でなくても、放出電子は電界によってアノー
ドに到達させることができる。カーボンナノチューブの
直径は１〜１０ｎｍと細いため、先端部の尖鋭化が果た
されると共に、低仕事関数のカーボンによってエミッタ
エッジを形成できる。また、突起部上にカーボンナノチ
ューブを直接成長させるので、張り付け等の操作を要せ
ず、カーボンナノチューブの長さを最適に設定できる。

【００２２】本発明に用いられるカーボンナノチューブ
は単層及び多層のいずれでもよいが、先端部の径を細く
できる単層ナノチューブがより好ましい。

【００２３】基板の表面層は、アモルファスシリコン、
多結晶シリコン、単結晶シリコンまたは不純物がドープ
された導電性シリコンのいずれかであることが好まし
い。これらの材質であれば、カーボンナノチューブを直
接成長させることができる。なお、表面層が上記材質で
あれば、基板自体はガラス基板等を用いることができ
る。

【００２４】本発明に係るフィールドエミッションディ
スプレイは、各画素毎に蛍光体が形成されたアノード
と、上述の構成を有する１又は複数の電子銃を各画素と
対向して配置することで構成される電子銃アレーとを有
する。

【００２５】本発明のフィールドエミッションディスプ
レイのエミッタは、カーボンナノチューブの先端部をエ
ミッタエッジとして利用することで、エミッタエッジの
先鋭化が果たされ、そのための微細加工は不要となる。
従って、本発明のティールドエミッションディスプレイ
は大画面化にも対応可能である。

【００２６】を有することを特徴とするフィールドエミ
ッションディスプレイ。

【００２７】本発明のさらに他の態様では、基板の表面
層上に形成された尖鋭なエミッタと、前記エミッタから
の電子放出を制御するグリッドと、前記エミッタの先端
と対向するアノードと、を有する電子銃の製造方法にお
いて、前記表面層に突起部を形成する工程と、加熱下に
て炭素を含むガスを分解して、前記突起部上にてカーボ
ンナノチューブを気相成長させて、前記カーボンナノチ
ューブにて前記エミッタを形成する工程と、を有し、前
記気相成長工程では、前記カーボンナノチューブが前記
突起部の先端部より突出するまで気相成長させることを
特徴とする。

【００２８】このように、本発明に係る製造方法では、
突起部の先端部からカーボンナノチューブの先端部が突
出するまで気相成長工程を実施することで、所望の突出
長さのカーボンナノチューブを突起部上に直接成長させ
ることができる。

【００２９】本発明のさらに他の態様では、基板の表面
層上に形成された尖鋭なエミッタと、前記エミッタから
の電子放出を制御するグリッドと、前記エミッタの先端
と対向するアノードと、を有する電子銃の製造方法にお
いて、前記表面層を塩化物を含む溶液に浸す工程と、そ
の後、加熱下にて炭素を含むガスを分解して、前記表面
層上にカーボンナノチューブを気相成長させて、前記カ
ーボンナノチューブにて前記エミッタを形成する工程
と、を有することを特徴とする。

【００３０】気相成長工程の前に基板の表面層を塩化物
を含む溶液に浸すことで、表面層上にてカーボンナノチ
ューブを確実に成長させることができる。この理由は、
塩化物溶液によって表面層上に核が形成され易くなる
か、あるいは塩化物が気相成長時の触媒として機能する
ものと考えられる。

【００３１】気相成長工程のプロセスガスは炭化水素系
ガスが好ましく、さらに好ましくはメタン、エタン、プ
ロパンの中から選ばれた１種以上を含むことができる。
を特徴とする電子銃の製造方法。

【００３２】気相成長工程前に用いられる溶液は、塩化
第１鉄、塩化第２鉄、酸化モリブデン塩化物、塩化珪素
の中から選ばれた１種以上の塩化物を含むことが好まし
く、この場合その溶液の溶媒としてアルコール溶液を用
いることができる。また、この溶液は界面活性剤を含む
ことができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子銃の実施
の形態について、図面を参照して説明する。

【００３４】（本発明の電子銃の原理説明）図１は本発
明に係る電子銃を模式化して示す原理説明図である。図
１において、カソードとなる例えば導電性シリコン層１
０の表面には多数の突起部例えばＳｉコーン１２が形成
されている。このＳｉコーン１２の円錐面上にて、エミ
ッタ（マイクロカソードとも呼ばれる）となるカーボン
ナノチューブ２０が直接成長して形成され、その先端部
２０ＡはＳｉコーン１２の頂部１２Ａよりもさらに突出
している。カーボンナノチューブ２０から放出される電
子の飛翔経路と干渉しない位置に、カーボンナノチュー
ブ２０からの電子の放出量を制御するためのグリッド
（ゲート）３０が配置されている。さらに、グリッド３
０を挟んで導電性シリコン層１０と対向する位置には、
アノード（蛍光板）４０が配置されている。

【００３５】導電性シリコン層１０とアノード４０とに
は一定電源Ｖａからの一定電圧が印加され、導電性シリ
コン層１０とグリッド（ゲート）３０とには、可変ゲー
ト電圧源Ｖｇからの可変電圧が印加される。

【００３６】図１は、ＥＦＤの１画素を表示するための
陰極素子である電子銃を示し、各画素の蛍光体に対応さ
せて図１の構造の電子銃を同一基板または分割基板上に
多数マトリクス状に形成してマルチ電子ビーム源とする
ことで、ＦＥＤとしての二次元画像形成装置を構成でき
る。なお、図１に示すように１画素に対して複数のカー
ボンナノチューブ２０を対向配置しても良いし、一つの
カーボンナノチューブ２０を配置しても良い。

【００３７】ＦＥＤを構成するパネルの駆動原理は下記
の通りである。カーボンナノチューブ（エミッタ）２０
の動作に必要な電圧をＶｅとしたとき、導電性シリコン
層（カソードライン）１０に例えば−Ｖｅ／２の電圧を
印加し、グリッド（ゲートライン）３０に例えば＋Ｖｅ
／２の電圧を印加する。導電性シリコン層（カソードラ
イン）１０の電位が−Ｖｅ／２になった画素ラインのみ
が選択されたことになり、グリッド（ゲートライン）３
０に印加されている＋Ｖｅ／２の輝度信号によって、選
択されたフィールドエミッタにのみ電圧Ｖｅが作用し
て、１画素と対応する複数のカーボンナノチューブ２０
より電子が放出される。それ以外の画素ラインのエミッ
タにはＶｅ／２の電圧しか印加されないので電子は放出
されない。また、グリッド（ゲートライン）３０に印加
される電圧を制御することで、カーボンナノチューブ
（エミッタ）２０から放出される電子の量が制御され、
アノード４０上にて画素毎の階調表示が可能となる。

【００３８】ここで、エミッタとして機能するカーボン
ナノチューブ２０とは、六員環がらせん状にねじれて中
空チューブ形状になったもので、一層のねじれ構造であ
る単層カーボンナノチューブと、二重以上の多層のねじ
れ構造である多層カーボンナノチューブとがある。本発
明では、単層及び多層のカーボンナノチューブを採用で
きるが、径の小さい単層カーボンナノチューブの方が好
ましい。

【００３９】このカーボンナノチューブ２０の直径は１
〜１０ｎｍであり、単層カーボンナノチューブの場合に
は１〜３ｎｍの直径とすることができる。また、カーボ
ンナノチューブ２０の長さは１００ｎｍ程度まで成長可
能であるが、エミッタとして使用する場合には短い方が
抵抗値を下げられる点で優れている。特に、Ｓｉコーン
１２の頂部１２Ａより突出した突出部２０Ａの長さを短
くすることが抵抗値の低減に効果的であり、この突出部
２０Ａの長さは５０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以
下、さらに好ましくは１０ｎｍ以下とするのが良い。

【００４０】このように、エミッタをカーボンナノチュ
ーブ２０とし、Ｓｉコーン１２のような突起部から突出
した軸方向先端をエミッタエッジとして利用すれば、エ
ミッタ先端径がナノオーダとなり、尖鋭化によりエミッ
タ電流を増大でき、あるいは所望のエミッタ電流を得る
ための駆動電圧を低減できる。

【００４１】（電子銃の構造例１）図２は、図１の電子
銃をより具体的に示した構造例を示している。図２にお
いて、基板例えばガラス基板１００上にカソード電極層
１０２が形成されている。ＦＥＤを構成する場合、この
カソード電極層１０２は、このガラス基板１００上にア
モルファスシリコンまたは多結晶シリコンなどをライン
状に堆積することで形成できる。このカソード電極層１
０２は、単結晶シリコンまたは不純物がドープされた導
電性シリコンであってもよい。ＦＥＤなどに用いるマル
チ電子源を構成しない場合には絶縁基板が不要であり、
この場合は基板１００自体を単結晶シリコン基板あるい
は不純物がドープされたシリコン基板とすることができ
る。

【００４２】カソード電極層１０２上には、複数の突起
部例えばコーン形状１０４と、それ以外の領域には絶縁
層１０６とが形成されている。絶縁層１０６上にはゲー
ト電極層（グリッド）１０８が形成されている。そし
て、コーン形状１０４上に、コーン形状１０４の頂部１
０４Ａより突出するカーボンナノチューブ１１０が形成
され、これによれ電子銃が構成されている。なお、カソ
ード電極１０２上に抵抗層（例えばアモルファスシリコ
ン）を形成し、この抵抗層自体を加工して、あるいは抵
抗層上にコーン形状１０４を形成してもよい。

【００４３】（構造例１の製造方法）図３（Ａ）（Ｂ）
は図２に示すコーン形状１０４の製造ステップを示して
いる。図３（Ａ）に示すように、予めカソード電極層１
０２上には、絶縁層１０６、ゲート電極層１０８及びホ
ール１０９が、フォトリソグラフィ工程とエッチング工
程との実施により形成されている。図３（Ａ）では、ア
ルミニウムを斜め蒸着することで犠牲層１２０が形成さ
れている。図３（Ａ）のように形成された基板に対し
て、コーン材料となる例えば多結晶シリコン１３０をＣ
ＶＤ法等により形成することで、図３（Ｂ）のように、
ホール１０９内に多結晶シリコンのコーン形状１０４が
形成される。その後、犠牲層１２０と共にその上の多結
晶シリコンが除去される。

【００４４】ここで、本実施の形態では、コーン形状１
０４の先端部をエミッタエッジとして用いるものでない
ので、コーン形状１０４の先端部の尖鋭化は必ずしも必
要でない。

【００４５】カーボンナノチューブ１１０は、図３
（Ｂ）に示すコーン形状１０４上に形成される。すなわ
ち、カーボンナノチューブ１１０はゲート電極層１０８
の形成後に実施される。

【００４６】図３（Ｂ）の構造を有する基板は、先ず塩
化物を含む溶液に浸される。塩化物しては、塩化第１
鉄、塩化第２鉄、酸化モリブデン塩化物、塩化珪素の中
から選ばれた１種または２種以上の混合物とすることが
できる。この浸漬工程後に、カーボンナノチューブ１１
０の気相成長工程が開始される。このために、ＣＶＤ炉
内に基板を配置し、炭化水素系ガス例えばメタン、エタ
ン、プロパンの中から選ばれた１種のガスまたは２種以
上の混合ガスを、１０００ｓｃｃｍ程度の流量で供給す
る。この炭化水素系ガスをＣＶＤ炉内にて加熱下例えば
９００°の温度にて分解して、カーボンナノチューブ１
１０をコーン形状１０４上にて直接成長させる。

【００４７】ここで、上述の塩化物の溶液に浸した後に
気相成長工程を実施すると、カーボンナノチューブ１１
０が確実に成長した。これは、カーボンナノチューブの
気相成長の初期段階で形成される核の形成に、塩化物が
寄与するものと考えられる。あるいは、塩化物がカーボ
ンナノチューブ１１０の成長を促進する触媒として寄与
するもの考えられる。

【００４８】塩化物を溶液化するための溶媒としては、
例えばエタノールなどのアルコール溶液を用いることが
できる。アルコール溶液を溶媒として用いると、コーン
形状１０４に塩化物が付着した後、アルコール溶液は蒸
発するので好ましい。

【００４９】この溶液には、界面活性剤が含まれること
が好ましい。コーン形状の界面を活性化することで、カ
ーボンナノチューブ１１０の成長が促進され、その付着
強度が高められるからである。

【００５０】カーボンナノチューブ１１０は、コーン形
状１０４の円錐面に核がまず形成され、それが成長する
ことで形成される。コーン形状１０４の円錐面の前面に
カーボンナノチューブは形成されるが、最終的には１本
のカーボンナノチューブ１１０が、コーン形状１０４の
頂部１０４Ａより突出して成長する。そして、処理時間
等を制御することで、コーン形状１０４の頂部１０４Ａ
より突出するカーボンナノチューブ１１０の突出長さを
適切に調整できる。

【００５１】また、カーボンナノチューブ１１０は金属
の上には成長しないので、例えばＡｌ等の金属にてゲー
ト電極１０８の形成した後に気相成長工程を実施すれ
ば、コーン形状１０４にのみカーボンナノチューブ１１
０を選択的に成長させることが出来る。

【００５２】（電子銃の構造例２）図４は、図１の電子
銃をより具体的に示した他の構造例を示している。図４
において、基板例えばガラス基板２００上には、図２と
同じ材質から成るカソード電極層２０２が形成されてい
る。

【００５３】カソード電極層２０２の表面はエッチング
されて、複数の突起部例えばコーン形状２０４が形成さ
れ、そのコーン形状２０４の頂部２０４Ａより突出する
カーボンナノチューブ２１０が形成されている。また、
コーン形状２０４の周囲には絶縁層２０６が形成され、
この絶縁層２０６上にはゲート電極層（グリッド）２０
８が形成されている。

【００５４】（構造例２の製造方法）図５（Ａ）（Ｂ）
は図４に示すコーン形状２０４の製造ステップを示して
いる。図２に示す電子銃の製造方法とは異なり、コーン
形状２０４はグリッド２０８の形成前に形成される。

【００５５】図５（Ａ）に示すように、カソード電極層
２０２上には、フォトリソグラフィ工程の実施によりマ
スク（例えばＳｉＯ₂）２２０が設けられる。

【００５６】この後、図５（Ｂ）に示すように、カソー
ド電極層２０２をエッチングしてコーン形状２０４を形
成する。このエッチングとしては、反応性イオンエッチ
ングまたは異方性エッチングを用いることができる。異
方性エッチングの場合には、例えばＳｉの結晶面（１１
１）の方向を予め規定しておくことで、カソード電極層
２０２をコーン形状または台形状にエッチングすること
ができる。反応性イオンエッチングは、例えばＳＦ₆＋
Ｏ₂などのガスを用いることで、カソード電極層２０２
を同様にエッチングすることができる。なお、上述した
通り、コーン形状２０４の尖鋭度を高める必要は必ずし
もない。

【００５７】この後、マスク２２０を除去し、構造例１
と同様に基板を塩化物溶液に浸した後に、コーン形状２
０４上にカーボンナノチューブ２１０を直接成長させ
る。

【００５８】その後、コーン形状２１０の周縁に絶縁層
２０６を形成し、この絶縁層２０６上にはゲート電極層
（グリッド）２０８を形成するための電極層を貼り付け
る。さらに、この電極層をフォトリソグラフィ工程、エ
ッチング工程によりパターニングしてゲート電極層２０
８に加工する。なお、カーボンナノチューブ２１０は、
ゲート電極層２０８の形成後にコーン形状２０４上に直
接成長させても良い。

【００５９】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形
実施が可能である。例えば、カーボンナノチューブが成
長される突起部は、必ずしもコーン形状（円錐）に限ら
ず、台形形状、円柱形状などの突起でよく、要はその突
起の先端部よりもカーボンナノチューブの先端部が突出
していればよい。こうすれば、カーボンナノチューブの
軸方向の先端部を電子放出のためのエミッタエッジとし
て利用できるからである。また、カーボンナノチューブ
の軸方向がアノード面に対して必ずしも垂直でなくても
よい。電界によってカーボンナノチューブの先端部から
放出される電子はアノード面に到達するからである。さ
らに、カーボンナノチューブが成長される突起部は、必
ずしも基板の表面層を加工して形成されるものに限ら
ず、表面層自体の凹凸を利用するものであってもよい。
このとき、表面層に突起部を形成する工程は、基板に表
面層を形成することで同時に実施される。

【００６０】また、本発明を図６に示す構造に採用して
も良い。図６はシリコン単結晶基板３００上に形成した
ＦＥＤが周辺回路と一体化された構造を示している。Ｍ
ＯＳトランジスタ３１０は、ソース３１２，ドレイン３
１４、引き出しゲート３１６及び制御ゲート３１８の二
重ゲートを有している。ドレイン３１４自体が突起部例
えばコーン形状３２０に形成され、そのコーン形状３２
０上にカーボンナノチューブ３３０が直接成長されてい
る。のドレインを電子放出部であるエミッタとしてい
る。こうすると、ＭＯＳトランジスタ３１０のドレイン
３１４に形成されたカーボンナノチューブ（エミッタ）
３３０の放出電流を、引き出しゲート３１６への一定電
圧印加に加えて、制御ゲート３１８への印加電圧を制御
することで、高精度に制御できる。

【００６１】さらに、本発明に係る電子銃は上述したＦ
ＥＤなどの画像表示装置に適用されるものに限らず、画
像記録装置、露光装置、回路リペア装置、電子顕微鏡な
ど、電子または電子ビームを放出して種々の機能を実現
するための電子放出源として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子銃の原理説明図である。

【図２】図１の電子銃の具体的構造例１を示す断面図で
ある。

【図３】図３（Ａ）（Ｂ）は、図２に示すコーン形状の
製造ステップを示す断面図である。

【図４】図１の電子銃の具体的構造例２を示す断面図で
ある。

【図５】図５（Ａ）（Ｂ）は、図４に示すコーン形状の
製造ステップを示す断面図である。

【図６】ＦＥＤが周辺回路と一体化された構造を示す本
発明のさらに他の実施の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０，１０２，２０２ カソード電極層 １２，１０４，２０４，３２０ コーン形状 １２Ａ 先端部 ２０，１１０，２１０，３３０ カーボンナノチューブ ２０Ａ，１１０Ａ，２１０Ａ 先端部 ３０，１０８，２０８ グリッド（ゲート） ４０ アノード（蛍光体） １００，２００ ガラス基板 １０６，２０６ 絶縁層 ３００ 単結晶シリコン基板 ３１０ ＭＯＳトランジスタ ３１２ ソース ３１４ ドレイン ３１６ 引き出しゲート ３１８ 制御ゲート

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｃ０１Ｂ 31/02 １０１ Ｃ０１Ｂ 31/02 １０１Ｆ Ｆターム(参考） 4G046 CA02 CB03 CB09 CC05 5C031 DD09 DD17 DD19 5C036 EE02 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EH08 EH26 5C094 AA21 AA24 AA43 BA21 CA19 FA02

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面層上に形成された尖鋭な先端
   部を有するエミッタと、前記エミッタからの電子放出を
   制御するグリッドとを有し、前記エミッタの先端部と対
   向するアノードに向けて電子を放出する電子銃におい
   て、 前記表面層には突起部が形成され、 前記エミッタは、前記突起部上に直接成長させたカーボ
   ンナノチューブにて形成され、前記カーボンナノチュー
   ブの先端部は前記突起部の先端より突出していることを
   特徴とする電子銃。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記カーボンナノチューブが単層ナノチューブであるこ
   とを特徴とする電子銃。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記カーボンナノチューブが多層ナノチューブであるこ
   とを特徴とする電子銃。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、 前記表面層は、アモルファスシリコン、多結晶シリコ
   ン、単結晶シリコンまたは不純物がドープされた導電性
   シリコンのいずれかであることを特徴とする電子銃。
5. 【請求項５】 各画素毎に蛍光体が形成されたアノード
   と、 請求項１乃至４のいずれかに記載にされた１又は複数の
   電子銃が、前記各画素と対向して配置された電子銃アレ
   ーと、 を有することを特徴とするフィールドエミッションディ
   スプレイ。
6. 【請求項６】 基板の表面層上に形成された尖鋭なエミ
   ッタと、前記エミッタからの電子放出を制御するグリッ
   ドと、前記エミッタの先端と対向するアノードと、を有
   する電子銃の製造方法において、 前記表面層に突起部を形成する工程と、 加熱下にて炭素を含むガスを分解して、前記突起部上に
   てカーボンナノチューブを気相成長させて、前記カーボ
   ンナノチューブにて前記エミッタを形成する工程と、 を有し、前記気相成長工程では、前記カーボンナノチュ
   ーブが前記突起部の先端部より突出するまで気相成長さ
   せることを特徴とする電子銃の製造方法。
7. 【請求項７】 基板の表面層上に形成された尖鋭なエミ
   ッタと、前記エミッタからの電子放出を制御するグリッ
   ドと、前記エミッタの先端と対向するアノードと、を有
   する電子銃の製造方法において、 前記表面層を塩化物を含む溶液に浸す工程と、 その後、加熱下にて炭素を含むガスを分解して、前記表
   面層上にカーボンナノチューブを気相成長させて、前記
   カーボンナノチューブにて前記エミッタを形成する工程
   と、 を有することを特徴とする電子銃の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６または７において、 前記ガスは、炭化水素を含むことを特徴とする電子銃の
   製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８において、 前記炭化水素を含むガスが、メタン、エタン、プロパン
   の中から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする電子
   銃の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項６において、 前記気相成長工程の前に、前記基板の表面層を塩化物を
    含む溶液に浸す工程を含むことを特徴とする電子銃の製
    造方法。
11. 【請求項１１】 請求項７または１０において、 前記溶液は、塩化第１鉄、塩化第２鉄、酸化モリブデン
    塩化物、塩化珪素の中から選ばれた１種以上の塩化物を
    含むことを特徴とする電子銃の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記溶液の溶媒が、アルコール溶液であることを特徴と
    する電子銃の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項６，１０，１０，１１または１
    ２において、 前記溶液は、界面活性剤を含むことを特徴とする電子銃
    の製造方法。