JP2001167692A - 位置合せされたナノワイヤを備えた物品および物品を製作するプロセス - Google Patents
位置合せされたナノワイヤを備えた物品および物品を製作するプロセスInfo
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- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ナノワイヤからエミッタ構造を製作する改良
されたプロセスを提供する。 【解決手段】 １つの実施の形態では、磁性体により少
なくとも部分的に被覆されたナノワイヤが提供され、こ
のナノワイヤは、約０．１μｍ〜約１０，０００μｍの
平均長さを有する。ナノワイヤは液状媒体において混合
され、ナノワイヤを位置合せするために磁界が印加され
る。液状媒体には、例えば導電性粒子または金属塩等、
固体マトリクスへの圧密が可能な先駆物質材料が提供さ
れ、マトリクスは、ナノワイヤを位置合せされた方向に
固定する。位置合せされたナノワイヤの一部は、例えば
マトリクス材料の表面部分をエッチングすることによ
り、望ましいナノワイヤ先端突出を提供するように露出
される。
されたプロセスを提供する。 【解決手段】 １つの実施の形態では、磁性体により少
なくとも部分的に被覆されたナノワイヤが提供され、こ
のナノワイヤは、約０．１μｍ〜約１０，０００μｍの
平均長さを有する。ナノワイヤは液状媒体において混合
され、ナノワイヤを位置合せするために磁界が印加され
る。液状媒体には、例えば導電性粒子または金属塩等、
固体マトリクスへの圧密が可能な先駆物質材料が提供さ
れ、マトリクスは、ナノワイヤを位置合せされた方向に
固定する。位置合せされたナノワイヤの一部は、例えば
マトリクス材料の表面部分をエッチングすることによ
り、望ましいナノワイヤ先端突出を提供するように露出
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナノワイヤを備え
た装置に関し、特にフィールドエミッタ構造に関する。
た装置に関し、特にフィールドエミッタ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子フィールドエミッタは、マイクロ波
増幅器およびフラットパネル電界放出ディスプレイを含
むあらゆる用途に対して有用である。
増幅器およびフラットパネル電界放出ディスプレイを含
むあらゆる用途に対して有用である。
【０００３】電力増幅器等のマイクロ波真空管装置は、
電気通信、レーダ、電子戦およびナビゲーションシステ
ムを含む多くの現代のマイクロ波システムの基本的なコ
ンポーネントである。半導体マイクロ波増幅器が入手可
能であるが、それらは概して、大抵のマイクロ波システ
ムに必要な電力能力が不足している。対照的に、マイク
ロ波管増幅器は、それよりかなり高い電力レベルでマイ
クロ波エネルギを提供する。管装置の電力レベルの方が
高いのは、電子が真空内を移動する速度が半導体内より
ずっと高速であるという事実の結果である。より高速で
あることにより、同じ通過時間でより大きい構造を使用
することができる。そして、構造が大きくなることによ
り、電力レベルが増大する。
電気通信、レーダ、電子戦およびナビゲーションシステ
ムを含む多くの現代のマイクロ波システムの基本的なコ
ンポーネントである。半導体マイクロ波増幅器が入手可
能であるが、それらは概して、大抵のマイクロ波システ
ムに必要な電力能力が不足している。対照的に、マイク
ロ波管増幅器は、それよりかなり高い電力レベルでマイ
クロ波エネルギを提供する。管装置の電力レベルの方が
高いのは、電子が真空内を移動する速度が半導体内より
ずっと高速であるという事実の結果である。より高速で
あることにより、同じ通過時間でより大きい構造を使用
することができる。そして、構造が大きくなることによ
り、電力レベルが増大する。
【０００４】一般に、マイクロ波管装置は、電子のビー
ムをそのビームが入力信号と相互作用する領域に導き、
その後、調整された電子ビームから出力信号を導出する
ことによって動作する。例えば、Ａ．Ｗ．Ｓｃｏｔｔに
よる「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖ
ｅｓ」（Ｃｈ．１２，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ
（１９９３））を参照のこと。なお、その開示内容はす
べてこの引用をもって本明細書内に包含されたものとす
る。マイクロ波管装置は、進行波管、グリッド管、クラ
イストロン、交差電増幅器およびジャイロトロンを含
む。マイクロ波管装置の通常の電子源は、一般にタング
ステン陰極から形成され、任意に酸化バリウムで被覆さ
れるか酸化トリウムが混合された熱電子放出陰極であ
る。陰極は、約１０００℃の温度まで加熱されることに
より、平方センチメートル当りのアンペアといった程度
に熱電子放出をもたらす。
ムをそのビームが入力信号と相互作用する領域に導き、
その後、調整された電子ビームから出力信号を導出する
ことによって動作する。例えば、Ａ．Ｗ．Ｓｃｏｔｔに
よる「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖ
ｅｓ」（Ｃｈ．１２，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ
（１９９３））を参照のこと。なお、その開示内容はす
べてこの引用をもって本明細書内に包含されたものとす
る。マイクロ波管装置は、進行波管、グリッド管、クラ
イストロン、交差電増幅器およびジャイロトロンを含
む。マイクロ波管装置の通常の電子源は、一般にタング
ステン陰極から形成され、任意に酸化バリウムで被覆さ
れるか酸化トリウムが混合された熱電子放出陰極であ
る。陰極は、約１０００℃の温度まで加熱されることに
より、平方センチメートル当りのアンペアといった程度
に熱電子放出をもたらす。
【０００５】熱電子陰極の必要な加熱により、多くの問
題がもたらされる。酸化バリウム等、陰極の重要な構成
要素が高動作温度のもとで蒸発するため、陰極寿命が制
限され、バリウムが消耗された時、陰極（それにより
管）はもはや動作しなくなる。例えば、多くの進行波管
（ＴＷＴ）は、動作寿命が１年未満である。また、陰極
を動作温度まで上昇させることが必要であることから、
放出遅延が数分にまでなり、それは大抵の商業的な用途
に対して許容できないものである。更に、高温での動作
では、概して、ファン等の周辺冷却システムが必要であ
り、それによって装置またはシステム全体のサイズが増
大する。従って、冷陰極装置等、かかる高温動作を必要
としないマイクロ波管装置を開発することが望ましい。
題がもたらされる。酸化バリウム等、陰極の重要な構成
要素が高動作温度のもとで蒸発するため、陰極寿命が制
限され、バリウムが消耗された時、陰極（それにより
管）はもはや動作しなくなる。例えば、多くの進行波管
（ＴＷＴ）は、動作寿命が１年未満である。また、陰極
を動作温度まで上昇させることが必要であることから、
放出遅延が数分にまでなり、それは大抵の商業的な用途
に対して許容できないものである。更に、高温での動作
では、概して、ファン等の周辺冷却システムが必要であ
り、それによって装置またはシステム全体のサイズが増
大する。従って、冷陰極装置等、かかる高温動作を必要
としないマイクロ波管装置を開発することが望ましい。
【０００６】フィールドエミッタの他の有望な用途は、
薄い、マトリクスアドレス可能な、フラットパネルディ
スプレイである。例えば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ」（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ
１９９１，ｐ．４６）、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ等による
「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ」（Ｖｏｌ．３８，２３５
５（１９９１））、Ｉ．ＢｒｏｎｄｉｅおよびＣ．Ａ．
Ｓｐｉｎｄｔによる「Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ」（Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ編、Ｖｏｌ．８３，
ｐｐ．１（１９９２））およびＪ．Ａ．Ｃｏｓｔｅｌｌ
ａｎｏによる「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｄｉｓｐｌａ
ｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒ
ｅｓｓ，２５４（１９９２））と、米国特許第４，９４
０，９１６号、同５，１２９，８５０号、同５，１３
８，２３７号および同５，２８３，５００号と、を参照
のこと。なお、これらの開示内容はすべて、この引用を
もって本明細書内に包含されたものとする。
薄い、マトリクスアドレス可能な、フラットパネルディ
スプレイである。例えば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ」（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ
１９９１，ｐ．４６）、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ等による
「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ」（Ｖｏｌ．３８，２３５
５（１９９１））、Ｉ．ＢｒｏｎｄｉｅおよびＣ．Ａ．
Ｓｐｉｎｄｔによる「Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ」（Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ編、Ｖｏｌ．８３，
ｐｐ．１（１９９２））およびＪ．Ａ．Ｃｏｓｔｅｌｌ
ａｎｏによる「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｄｉｓｐｌａ
ｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒ
ｅｓｓ，２５４（１９９２））と、米国特許第４，９４
０，９１６号、同５，１２９，８５０号、同５，１３
８，２３７号および同５，２８３，５００号と、を参照
のこと。なお、これらの開示内容はすべて、この引用を
もって本明細書内に包含されたものとする。
【０００７】電界放出装置の陰極材料に対して有利であ
るあらゆる特性が知られている。放出電流は、有利には
電圧制御可能であり、ある範囲のドライバ電圧が「オフ
ザシェルフ（ｏｆｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｆ）」集積回路
から取得することができる。一般的な装置寸法（例え
ば、ゲートから陰極への空間が１μｍ）に対し、２５Ｖ
／μｍ以下の電界で放出する陰極は、一般的なＣＭＯＳ
回路に対して概して望ましい。放出電流密度は、有利に
は、フラットパネルディスプレイの用途の場合１〜１０
ｍＡ／ｃｍ2の範囲であり、マイクロ波電力増幅器の用
途の場合１００ｍＡ／ｃｍ2未満である。放出特性は、
有利には、１つのソースから他のソースに複製可能であ
り、有利には、長時間（数万時間）に亙って安定してい
る。放出揺らぎ（雑音）は、有利には、装置性能を制限
するのを避けるために十分小さい。陰極は、有利には、
イオン衝撃、残留ガスとの化学反応、気温の両極端およ
びアーク等、真空環境での好ましくない発生に対して耐
性がある。最後に、陰極の製造は、有利には、例えば非
常にクリティカルなプロセスが無いなど、コストがかか
らず、広範囲の用途に適用が可能である。
るあらゆる特性が知られている。放出電流は、有利には
電圧制御可能であり、ある範囲のドライバ電圧が「オフ
ザシェルフ（ｏｆｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｆ）」集積回路
から取得することができる。一般的な装置寸法（例え
ば、ゲートから陰極への空間が１μｍ）に対し、２５Ｖ
／μｍ以下の電界で放出する陰極は、一般的なＣＭＯＳ
回路に対して概して望ましい。放出電流密度は、有利に
は、フラットパネルディスプレイの用途の場合１〜１０
ｍＡ／ｃｍ2の範囲であり、マイクロ波電力増幅器の用
途の場合１００ｍＡ／ｃｍ2未満である。放出特性は、
有利には、１つのソースから他のソースに複製可能であ
り、有利には、長時間（数万時間）に亙って安定してい
る。放出揺らぎ（雑音）は、有利には、装置性能を制限
するのを避けるために十分小さい。陰極は、有利には、
イオン衝撃、残留ガスとの化学反応、気温の両極端およ
びアーク等、真空環境での好ましくない発生に対して耐
性がある。最後に、陰極の製造は、有利には、例えば非
常にクリティカルなプロセスが無いなど、コストがかか
らず、広範囲の用途に適用が可能である。
【０００８】一般に、従来からの電界放出陰極材料は、
サブミクロンサイズの先端を有する金属（Ｍｏ等）また
は半導体材料（Ｓｉ等）から作製されている。これら材
料に対して有用な放出特性が立証されているが、それら
の仕事関数が高く先端の鋭利さが不十分であるため、放
出に必要な制御電圧は比較的高い（約１００Ｖ）。この
高電圧動作により、エミッタ先端におけるイオン衝撃お
よび表面拡散を原因とする損傷による不安定性が増大
し、所望の放出電流密度を生成するために外部ソースか
ら高出力密度を供給することが必要となる。均一な先端
を製作することは、特に広い領域に亙る場合、困難であ
り、単調でコストがかかる。更に、例えばイオン衝撃、
化学的に活性の種との反応および気温の両極端等、一般
的な動作環境の状況に対するこれら材料の脆弱さが問題
である。
サブミクロンサイズの先端を有する金属（Ｍｏ等）また
は半導体材料（Ｓｉ等）から作製されている。これら材
料に対して有用な放出特性が立証されているが、それら
の仕事関数が高く先端の鋭利さが不十分であるため、放
出に必要な制御電圧は比較的高い（約１００Ｖ）。この
高電圧動作により、エミッタ先端におけるイオン衝撃お
よび表面拡散を原因とする損傷による不安定性が増大
し、所望の放出電流密度を生成するために外部ソースか
ら高出力密度を供給することが必要となる。均一な先端
を製作することは、特に広い領域に亙る場合、困難であ
り、単調でコストがかかる。更に、例えばイオン衝撃、
化学的に活性の種との反応および気温の両極端等、一般
的な動作環境の状況に対するこれら材料の脆弱さが問題
である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】炭素材料（ダイアモン
ドおよびカーボンナノチューブ）が、近年、潜在的に有
用な電子フィールドエミッタとして出現してきた。ダイ
アモンドは、その水素で仕上げられた表面に対する負ま
たは低電子親和力による優位性を提供するが、放出の不
均一性と、例えば約３０ｍＡ／ｃｍ2より大きい、増大
した放出電流でダイアモンドエミッタが黒鉛化する傾向
とにより、技術的進歩は幾分遅い。
ドおよびカーボンナノチューブ）が、近年、潜在的に有
用な電子フィールドエミッタとして出現してきた。ダイ
アモンドは、その水素で仕上げられた表面に対する負ま
たは低電子親和力による優位性を提供するが、放出の不
均一性と、例えば約３０ｍＡ／ｃｍ2より大きい、増大
した放出電流でダイアモンドエミッタが黒鉛化する傾向
とにより、技術的進歩は幾分遅い。
【００１０】カーボンナノチューブは、高いアスペクト
比（１０００より大）と小さい先端曲率半径（５〜５０
ｎｍまで）とを特徴とする。これら幾何学的特徴は、高
い機械的強度および細管の化学的安定性と結合して、カ
ーボンナノチューブを電子フィールドエミッタとして魅
力あるものにする。例えば、ドイツ特許第４，４０５，
７６８号、Ｒｉｎｚｌｅｒ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」
（Ｖｏｌ．２６９，１５５０（１９９５））、Ｄｅ Ｈ
ｅｅｒ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ｖｏｌ．２７０，
１１７９（１９９５））、Ｓａｉｔｏ等による「Ｊｐ
ｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ」（Ｖｏｌ．３７，Ｌ３４
６（１９９８））、Ｗａｎｇ等による「Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ」（Ｖｏｌ．７０，３３０８（１９９
７））、Ｓａｉｔｏ等による「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ」（Ｖｏｌ．３６，Ｌ１３４０（１９９７））
およびＷａｎｇ等による「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ」（Ｖｏｌ．７２，２９１２（１９９８））を参照の
こと。なお、これらの開示内容はすべてこの引用をもっ
て本明細書内に包含されたものとする。しかしながら、
カーボンナノチューブは、一般に、フィールドエミッタ
装置構造に容易にまたは便利に組込まれない針状または
スパゲティ状の粉の形態で入手可能である。そして、こ
の不揃いの構造により、電子放出能力が完全には利用さ
れない。更に、導電性基板に薄膜ナノチューブを付着さ
せることは、そのナノチューブ材料が通常ダングリング
ボンドおよび高エネルギ側から離れており、基板への化
学的付着が困難となっているため、問題がある。また、
直径の小さい他のタイプのナノスケールワイヤもある。
例えば、珪素またはゲルマニウムの半導体または金属ナ
ノワイヤは、レーザ処理、気液方式またはＣＶＤ蒸着を
含む多数のあらゆる方法により製作することができる。
例えば、Ａ．Ｍ．ＭｏｒａｌｅｓおよびＣ．Ｍ．Ｌｉｅ
ｂｅｒによる「Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ｖｏｌ．２７９，２
０８（１９９８））、Ａ．Ｊ．Ｒｅａｄ等による「Ｐｈ
ｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ」（Ｖｏｌ．６９，１２３２
（１９９２））、Ｊ．Ｗｅｓｔｗａｔｅｒ等による
「Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ」（Ｖｏｌ．Ｂ
１５，５５４（１９９７））およびＴ．Ｊ．Ｔｒｅｎｔ
ｌｅｒ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ｖｏｌ．２７０，
１７９１（１９９５））を参照のこと。しかしながら、
かかるナノワイヤが電界放出構造に首尾良く組込まれる
ことが可能であるか否かは、明白ではない。（ここで使
用されているように、ナノワイヤは、約０．５ｎｍから
約５０ｎｍまでに亙る平均直径と約１００〜約１０，０
００のアスペクト比とを有するワイヤを示す。）
比（１０００より大）と小さい先端曲率半径（５〜５０
ｎｍまで）とを特徴とする。これら幾何学的特徴は、高
い機械的強度および細管の化学的安定性と結合して、カ
ーボンナノチューブを電子フィールドエミッタとして魅
力あるものにする。例えば、ドイツ特許第４，４０５，
７６８号、Ｒｉｎｚｌｅｒ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」
（Ｖｏｌ．２６９，１５５０（１９９５））、Ｄｅ Ｈ
ｅｅｒ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ｖｏｌ．２７０，
１１７９（１９９５））、Ｓａｉｔｏ等による「Ｊｐ
ｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ」（Ｖｏｌ．３７，Ｌ３４
６（１９９８））、Ｗａｎｇ等による「Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ」（Ｖｏｌ．７０，３３０８（１９９
７））、Ｓａｉｔｏ等による「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ」（Ｖｏｌ．３６，Ｌ１３４０（１９９７））
およびＷａｎｇ等による「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ」（Ｖｏｌ．７２，２９１２（１９９８））を参照の
こと。なお、これらの開示内容はすべてこの引用をもっ
て本明細書内に包含されたものとする。しかしながら、
カーボンナノチューブは、一般に、フィールドエミッタ
装置構造に容易にまたは便利に組込まれない針状または
スパゲティ状の粉の形態で入手可能である。そして、こ
の不揃いの構造により、電子放出能力が完全には利用さ
れない。更に、導電性基板に薄膜ナノチューブを付着さ
せることは、そのナノチューブ材料が通常ダングリング
ボンドおよび高エネルギ側から離れており、基板への化
学的付着が困難となっているため、問題がある。また、
直径の小さい他のタイプのナノスケールワイヤもある。
例えば、珪素またはゲルマニウムの半導体または金属ナ
ノワイヤは、レーザ処理、気液方式またはＣＶＤ蒸着を
含む多数のあらゆる方法により製作することができる。
例えば、Ａ．Ｍ．ＭｏｒａｌｅｓおよびＣ．Ｍ．Ｌｉｅ
ｂｅｒによる「Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ｖｏｌ．２７９，２
０８（１９９８））、Ａ．Ｊ．Ｒｅａｄ等による「Ｐｈ
ｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ」（Ｖｏｌ．６９，１２３２
（１９９２））、Ｊ．Ｗｅｓｔｗａｔｅｒ等による
「Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ」（Ｖｏｌ．Ｂ
１５，５５４（１９９７））およびＴ．Ｊ．Ｔｒｅｎｔ
ｌｅｒ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ｖｏｌ．２７０，
１７９１（１９９５））を参照のこと。しかしながら、
かかるナノワイヤが電界放出構造に首尾良く組込まれる
ことが可能であるか否かは、明白ではない。（ここで使
用されているように、ナノワイヤは、約０．５ｎｍから
約５０ｎｍまでに亙る平均直径と約１００〜約１０，０
００のアスペクト比とを有するワイヤを示す。）
【００１１】従って、有用なナノワイヤ放出構造を得る
製造技術が望まれている。
製造技術が望まれている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、ナノワイヤか
らエミッタ構造を製作する改良されたプロセスを提供す
る。特に、ナノワイヤは、磁性体で被覆されることによ
りエミッタアレイにおけるワイヤの有用な位置合せを可
能にしており、仕上り構造において位置合せされたナノ
ワイヤの望ましい突出を提供する技術が利用されてい
る。（位置合せされているとは、例えば、高解像度走査
電子顕微鏡検査を用いて測定されるように、ナノチュー
ブが突出している表面の部分において、完全な位置合せ
基準から支持表面までの平均偏差が４５°未満である、
ということを示している。）１つの実施の形態におい
て、磁性体によって少なくとも部分的に被覆されたナノ
ワイヤが提供され、このナノワイヤは、約０．１μｍか
ら約１０，０００μｍまでの平均長さを有している。ナ
ノワイヤは液状媒体内で混合され、そのナノワイヤを位
置合せするために磁界が印加される。液状媒体には、例
えば、導電性粒子または金属塩等の固体マトリクスへの
圧密を可能にする先駆物質材料が供給され、このマトリ
クスは、ナノワイヤを位置合せされた向きに固定する。
位置合せされたナノワイヤの一部は、例えば、マトリク
ス材料の表面部分をエッチングすることにより、露出さ
れることによって、ナノワイヤの平均直径の少なくとも
２倍の平均突出を提供する。有利には、各ナノワイヤの
一端が、磁界によって基板に向かっておよび基板に反抗
して引張られるように、位置合せステップ中に基板が提
供され、それによってナノワイヤの先端が実質的に単一
平面に沿って方向付けされる（例えば、図１Ｅおよび図
１Ｆを参照。）
らエミッタ構造を製作する改良されたプロセスを提供す
る。特に、ナノワイヤは、磁性体で被覆されることによ
りエミッタアレイにおけるワイヤの有用な位置合せを可
能にしており、仕上り構造において位置合せされたナノ
ワイヤの望ましい突出を提供する技術が利用されてい
る。（位置合せされているとは、例えば、高解像度走査
電子顕微鏡検査を用いて測定されるように、ナノチュー
ブが突出している表面の部分において、完全な位置合せ
基準から支持表面までの平均偏差が４５°未満である、
ということを示している。）１つの実施の形態におい
て、磁性体によって少なくとも部分的に被覆されたナノ
ワイヤが提供され、このナノワイヤは、約０．１μｍか
ら約１０，０００μｍまでの平均長さを有している。ナ
ノワイヤは液状媒体内で混合され、そのナノワイヤを位
置合せするために磁界が印加される。液状媒体には、例
えば、導電性粒子または金属塩等の固体マトリクスへの
圧密を可能にする先駆物質材料が供給され、このマトリ
クスは、ナノワイヤを位置合せされた向きに固定する。
位置合せされたナノワイヤの一部は、例えば、マトリク
ス材料の表面部分をエッチングすることにより、露出さ
れることによって、ナノワイヤの平均直径の少なくとも
２倍の平均突出を提供する。有利には、各ナノワイヤの
一端が、磁界によって基板に向かっておよび基板に反抗
して引張られるように、位置合せステップ中に基板が提
供され、それによってナノワイヤの先端が実質的に単一
平面に沿って方向付けされる（例えば、図１Ｅおよび図
１Ｆを参照。）
【００１３】結果として得られる構造は、いくつかの有
利な特質を提供する。突出により、改良された電界放出
が提供され、ナノワイヤをマトリクス材料と混合するこ
とで複合物を形成することにより、他の構成技術に比べ
て比較的高密度のナノワイヤ先端が提供される。比較的
均一な高さのナノワイヤにより、放出に関係するナノワ
イヤの数が増大し、複合材料により、エミッタと下にあ
る金属陰極との比較的安定した電気的および機械的接点
が提供される。さらに、これらの利点はすべて、あらゆ
る商業的な用途に容易に適用可能な簡単なプロセスによ
って達成される。
利な特質を提供する。突出により、改良された電界放出
が提供され、ナノワイヤをマトリクス材料と混合するこ
とで複合物を形成することにより、他の構成技術に比べ
て比較的高密度のナノワイヤ先端が提供される。比較的
均一な高さのナノワイヤにより、放出に関係するナノワ
イヤの数が増大し、複合材料により、エミッタと下にあ
る金属陰極との比較的安定した電気的および機械的接点
が提供される。さらに、これらの利点はすべて、あらゆ
る商業的な用途に容易に適用可能な簡単なプロセスによ
って達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】ナノワイヤ構造および製作方法 一般に、効率のよい、強力な、信頼性の高いフィールド
エミッタの設計および製作において、３つのパラメー
タ、すなわちエミッタ密度、電界集中構造およびエミッ
タから電極への接点の安定性に対し、高い値が求められ
ている。これらパラメータの役割は以下の通りである。
エミッタの設計および製作において、３つのパラメー
タ、すなわちエミッタ密度、電界集中構造およびエミッ
タから電極への接点の安定性に対し、高い値が求められ
ている。これらパラメータの役割は以下の通りである。
【００１５】高い放出電流密度は、望ましく、エミッタ
表面においてナノワイヤの密度を増大させることにより
達することができる。エミッタ表面においてナノワイヤ
の密度を高くすることは比較的困難であった。それは、
一部は、ナノワイヤが概して、高さが不均一なゆるく絡
み合った針またはスパゲティ状ワイヤの塊に似たもので
あることにより、一部は、ナノワイヤを導電基板に取付
ける問題による。
表面においてナノワイヤの密度を増大させることにより
達することができる。エミッタ表面においてナノワイヤ
の密度を高くすることは比較的困難であった。それは、
一部は、ナノワイヤが概して、高さが不均一なゆるく絡
み合った針またはスパゲティ状ワイヤの塊に似たもので
あることにより、一部は、ナノワイヤを導電基板に取付
ける問題による。
【００１６】エミッタの幾何学的特徴が小さくなってい
る場合、鋭利な先端近くの電界の集中により、電子電界
放出が増大する。ナノワイヤの直径が、例えば１．３ｎ
ｍ程度に小さいことにより、有効な電界集中特質が提供
される。しかしながら、特に破損した場合、ナノワイヤ
の端部は、増大した電界集中および電子放出に対して曲
率半径が小さくなる。実際には、ナノワイヤ先端からの
電子放出は、側面からの放出より容易である。例えば、
先端放出はずっと低い電界レベルで発生する。このた
め、露出したナノワイヤ端部の数が増大しているナノワ
イヤフィールドエミッタ構造であって、有利には端部が
陽極を向いている構造を形成することは有利である。し
かしながら、ナノワイヤ先端は、導電体に組込まれてい
る（すなわち、先端を除いて導電体に完全に包囲されて
いる）場合、所望の電界集中を提供しない。例えば、ナ
ノワイヤおよび金属マトリクスから構成される複合構造
が利用される場合、ナノワイヤは、有利には、所望の電
界集中効果を有するために、少なくともほぼ先端の曲率
半径の寸法分、複合構造の表面から突出するよう作成さ
れている。電界放出を増大させるために、ナノワイヤを
先端半径よりずっと大きく突出させ、電界集中を増大さ
せ、その電流エミッタにより低い印加電界で放出の有用
なレベルをもたらすことが有利である。しかしながら、
過度な突出は、導電性マトリクスからナノワイヤ端部ま
での電気抵抗が増大する（すなわち、電子供給の困難さ
が増す）ため、望ましくない。更に、突出が長くなるほ
ど、ナノワイヤ長さに沿って、例えば高抵抗率領域等、
構造的欠陥がもたらされる可能性が高くなる。従って、
概して、突出の長さは１０μｍ未満であり、より有利に
は１μｍ未満である。
る場合、鋭利な先端近くの電界の集中により、電子電界
放出が増大する。ナノワイヤの直径が、例えば１．３ｎ
ｍ程度に小さいことにより、有効な電界集中特質が提供
される。しかしながら、特に破損した場合、ナノワイヤ
の端部は、増大した電界集中および電子放出に対して曲
率半径が小さくなる。実際には、ナノワイヤ先端からの
電子放出は、側面からの放出より容易である。例えば、
先端放出はずっと低い電界レベルで発生する。このた
め、露出したナノワイヤ端部の数が増大しているナノワ
イヤフィールドエミッタ構造であって、有利には端部が
陽極を向いている構造を形成することは有利である。し
かしながら、ナノワイヤ先端は、導電体に組込まれてい
る（すなわち、先端を除いて導電体に完全に包囲されて
いる）場合、所望の電界集中を提供しない。例えば、ナ
ノワイヤおよび金属マトリクスから構成される複合構造
が利用される場合、ナノワイヤは、有利には、所望の電
界集中効果を有するために、少なくともほぼ先端の曲率
半径の寸法分、複合構造の表面から突出するよう作成さ
れている。電界放出を増大させるために、ナノワイヤを
先端半径よりずっと大きく突出させ、電界集中を増大さ
せ、その電流エミッタにより低い印加電界で放出の有用
なレベルをもたらすことが有利である。しかしながら、
過度な突出は、導電性マトリクスからナノワイヤ端部ま
での電気抵抗が増大する（すなわち、電子供給の困難さ
が増す）ため、望ましくない。更に、突出が長くなるほ
ど、ナノワイヤ長さに沿って、例えば高抵抗率領域等、
構造的欠陥がもたらされる可能性が高くなる。従って、
概して、突出の長さは１０μｍ未満であり、より有利に
は１μｍ未満である。
【００１７】突出したナノワイヤを有するナノワイヤフ
ィールドエミッタの他の重要な構造的特質は、基板の表
面からの先端の高さである。突出の均一性は、放出に関
係するナノワイヤ先端の数を増大させるために重要であ
る。特に、最も高く突出した先端により局部的に電界が
遮蔽されるため、電界放出に対する寄与がこれら最も高
い先端によって左右され、近くのそれより突出していな
い先端の寄与が低減される。このため、突出の平均的な
差異は、有利には２の係数より小さい。
ィールドエミッタの他の重要な構造的特質は、基板の表
面からの先端の高さである。突出の均一性は、放出に関
係するナノワイヤ先端の数を増大させるために重要であ
る。特に、最も高く突出した先端により局部的に電界が
遮蔽されるため、電界放出に対する寄与がこれら最も高
い先端によって左右され、近くのそれより突出していな
い先端の寄与が低減される。このため、突出の平均的な
差異は、有利には２の係数より小さい。
【００１８】高電流密度および電子電界放出に加えて、
陰極電極に対するナノワイヤエミッタの安定した電気的
および機械的接点が望まれる。かかる安定した接点によ
り、低抵抗加熱でエミッタ表面に有効に電子を移送する
ことができると共に、例えば放出しているナノワイヤか
ら十分に熱を放散させることにより、エミッタ構造の信
頼性が向上する。これは、例えば周囲温度の揺らぎ中か
またはフィールドエミッタ装置の繰返されるオンオフ動
作中に起こる材料の熱膨張の不一致によりもたらされ
る、不可避の繰返されるインタフェースストレスが存在
する、商業的な用途に対して特に重要である。
陰極電極に対するナノワイヤエミッタの安定した電気的
および機械的接点が望まれる。かかる安定した接点によ
り、低抵抗加熱でエミッタ表面に有効に電子を移送する
ことができると共に、例えば放出しているナノワイヤか
ら十分に熱を放散させることにより、エミッタ構造の信
頼性が向上する。これは、例えば周囲温度の揺らぎ中か
またはフィールドエミッタ装置の繰返されるオンオフ動
作中に起こる材料の熱膨張の不一致によりもたらされ
る、不可避の繰返されるインタフェースストレスが存在
する、商業的な用途に対して特に重要である。
【００１９】これらの理由に対し、本発明のナノワイヤ
フィールドエミッタは、電気的に導電性のマトリクスに
対する位置合せされた先端構造および望ましい湿潤性と
共に、改良されたエミッタ密度、放出電流密度、電気接
点および信頼性を提供する構造を有する。エミッタ構造
の製造は次の通りである。
フィールドエミッタは、電気的に導電性のマトリクスに
対する位置合せされた先端構造および望ましい湿潤性と
共に、改良されたエミッタ密度、放出電流密度、電気接
点および信頼性を提供する構造を有する。エミッタ構造
の製造は次の通りである。
【００２０】図１Ａ乃至図１Ｆは、磁気的に位置合せさ
れたナノワイヤを備えたフィールドエミッタ構造を製作
する１つの実施の形態を示す。第１のステップは、カー
ボンナノチューブまたは半導体ナノワイヤ等のナノワイ
ヤを、先に述べた周知の合成技術のうちのいずれかによ
り提供する、ということである。かかるナノワイヤは、
図１Ａに示すように、長くもつれた構成１０であって
も、比較的短く直線状の構成１２であってもよい。例え
ば、カーボンナノチューブは、放電、化学気相成長およ
びレーザアブレーションを含む多数の異なる合成技術に
よって作成される。単一壁ナノチューブは、１〜５ｎｍ
オーダの典型的な直径を呈し、しばしば束の形態で作成
される。複数壁ナノチューブは、多くの同心のグラファ
イトの円筒を含み、１０〜５０ｎｍオーダの典型的な直
径を呈している。両タイプのアスペクト比は、一般に１
００〜１０，０００であり、両タイプとも、電子電界放
出に有用な鋭利で電界が集中する先端を有する傾向にあ
る。珪素およびゲルマニウムナノワイヤは、上述したよ
うに、比較できる幾何学的特徴を有するように形成する
ことができる。有効な磁気的位置合せの目的で、有利に
は、長くスパゲティタイプのワイヤは、磁性体層で被覆
する前に研削、超音波処理または酸エッチングすること
等により、扱い易い長さ、例えば平均長が約１００μｍ
未満、有利には約１０μｍ未満に粉砕される。これらの
長さは、本明細書において述べられている各実施の形態
に対して望ましい。（代替的に、本明細書で述べられて
いるように、まずナノワイヤを磁性体で被覆した後、か
かる長さに機械的に粉砕することも可能である。）
れたナノワイヤを備えたフィールドエミッタ構造を製作
する１つの実施の形態を示す。第１のステップは、カー
ボンナノチューブまたは半導体ナノワイヤ等のナノワイ
ヤを、先に述べた周知の合成技術のうちのいずれかによ
り提供する、ということである。かかるナノワイヤは、
図１Ａに示すように、長くもつれた構成１０であって
も、比較的短く直線状の構成１２であってもよい。例え
ば、カーボンナノチューブは、放電、化学気相成長およ
びレーザアブレーションを含む多数の異なる合成技術に
よって作成される。単一壁ナノチューブは、１〜５ｎｍ
オーダの典型的な直径を呈し、しばしば束の形態で作成
される。複数壁ナノチューブは、多くの同心のグラファ
イトの円筒を含み、１０〜５０ｎｍオーダの典型的な直
径を呈している。両タイプのアスペクト比は、一般に１
００〜１０，０００であり、両タイプとも、電子電界放
出に有用な鋭利で電界が集中する先端を有する傾向にあ
る。珪素およびゲルマニウムナノワイヤは、上述したよ
うに、比較できる幾何学的特徴を有するように形成する
ことができる。有効な磁気的位置合せの目的で、有利に
は、長くスパゲティタイプのワイヤは、磁性体層で被覆
する前に研削、超音波処理または酸エッチングすること
等により、扱い易い長さ、例えば平均長が約１００μｍ
未満、有利には約１０μｍ未満に粉砕される。これらの
長さは、本明細書において述べられている各実施の形態
に対して望ましい。（代替的に、本明細書で述べられて
いるように、まずナノワイヤを磁性体で被覆した後、か
かる長さに機械的に粉砕することも可能である。）
【００２１】次のステップは、図１Ｂに示されている
が、ナノワイヤ１１を磁性体１４で被覆する、というこ
とである。（磁性体は、少なくとも１００ガウスで飽和
磁化された材料を示す。）強磁性体（例えば、Ｃｏ、Ｆ
ｅ、Ｎｉおよびあらゆる元素との合金）またはフェリ磁
性体（例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、
Ｓｒおよび他の元素を含むフェライト）等の強度な磁性
体が、それらの相対的に高い飽和磁化（例えば、２００
０〜２４００ガウス）により有利である。磁気被覆を、
無電界めっき、電気めっき、物理的気相成長（例えば、
蒸発、スパッタリング）および化学気相成長を含む多数
の異なる技術により、ナノワイヤ表面に塗布することが
可能である。磁気被覆の所望の厚さは、少なくとも０．
５ｎｍであり、有利には少なくとも２ｎｍである。ナノ
ワイヤ間のこう着を低減し、最終的な位置合せされた構
造におけるナノワイヤの体積分率を増大させるために、
磁気被覆材料の相対的な量が被覆されたナノワイヤの体
積分率で約０．９５未満であり、有利には０．７５未満
であるように、被覆の厚さが選択される。しばしば束の
形態で合成される単一壁のカーボンナノチューブの場
合、磁気被覆が束構造全体の表面に塗布される。
が、ナノワイヤ１１を磁性体１４で被覆する、というこ
とである。（磁性体は、少なくとも１００ガウスで飽和
磁化された材料を示す。）強磁性体（例えば、Ｃｏ、Ｆ
ｅ、Ｎｉおよびあらゆる元素との合金）またはフェリ磁
性体（例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、
Ｓｒおよび他の元素を含むフェライト）等の強度な磁性
体が、それらの相対的に高い飽和磁化（例えば、２００
０〜２４００ガウス）により有利である。磁気被覆を、
無電界めっき、電気めっき、物理的気相成長（例えば、
蒸発、スパッタリング）および化学気相成長を含む多数
の異なる技術により、ナノワイヤ表面に塗布することが
可能である。磁気被覆の所望の厚さは、少なくとも０．
５ｎｍであり、有利には少なくとも２ｎｍである。ナノ
ワイヤ間のこう着を低減し、最終的な位置合せされた構
造におけるナノワイヤの体積分率を増大させるために、
磁気被覆材料の相対的な量が被覆されたナノワイヤの体
積分率で約０．９５未満であり、有利には０．７５未満
であるように、被覆の厚さが選択される。しばしば束の
形態で合成される単一壁のカーボンナノチューブの場
合、磁気被覆が束構造全体の表面に塗布される。
【００２２】磁気的な位置合せに対し、被覆がナノワイ
ヤの全長の全円周表面をカバーすることは必要ではな
い。例えば、一般に蒸発またはスパッタリング等のライ
ンオブサイト（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）薄膜蒸着
において達成されるように、ワイヤ表面の一部の連続し
た長さがカバーされる限り、ナノワイヤは一軸磁界に応
答し、それによって位置合せされた構造を形成すること
ができる。かかる磁界位置合せのために所望の形状磁気
異方性を与えるために、ナノワイヤ長の少なくとも２５
％を磁性体層で連続的に被覆する（必ずしも円周全体は
カバーしない）ことが望ましい。
ヤの全長の全円周表面をカバーすることは必要ではな
い。例えば、一般に蒸発またはスパッタリング等のライ
ンオブサイト（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）薄膜蒸着
において達成されるように、ワイヤ表面の一部の連続し
た長さがカバーされる限り、ナノワイヤは一軸磁界に応
答し、それによって位置合せされた構造を形成すること
ができる。かかる磁界位置合せのために所望の形状磁気
異方性を与えるために、ナノワイヤ長の少なくとも２５
％を磁性体層で連続的に被覆する（必ずしも円周全体は
カバーしない）ことが望ましい。
【００２３】次のステップは、図１Ｃに示されている
が、低粘度液状媒体１６内で混合し激しく攪拌すること
により磁気被覆されたナノワイヤ１５を分散させる、と
いうことである。水性および非水性（例えば、アルコー
ルまたはアセトン）の液状媒体が両方とも適している。
かかる媒体に溶解バインダまたは接着材料（例えば、ポ
リビニルアルコール）を含めることができる。存在する
バインダまたは接着材料の量は、一般に、完成した位置
合せされた複合構造において０．１〜４０体積％、有利
には０．５〜２０体積％である。一般に、導電体にする
ことができる先駆物質は、媒体１６内に含まれている。
（導電体は、圧密後に材料が約１０００オームｃｍ未満
の電気抵抗を呈する、ということを示す。）例えば、Ｃ
ｕＣｌ2、ＣｕＳＯ4、ＡｇＮＯ3、ＳｎＣｌ2、ＩｎＣｌ
3またはＦｅＣｌ3等、溶解された１つまたは複数の水溶
性金属塩と共に水性溶液を使用することが可能であり、
かかる塩は、ナノワイヤ用の電気的に導電性であり機械
的に安定した媒体を提供するよう後に分解されることが
可能である。更に、例えば真性導電性ポリマまたは金属
充填導電性ポリマ等、少なくとも１つの導電性ポリマを
含む溶剤ベースの溶液を使用することができる。ナノワ
イヤが位置合せされ溶剤が蒸発した後、ポリマは、同様
に導電性で機械的に安定した媒体を提供する。また、他
の添加剤も可能である。最初に、ナノワイヤに水または
非水性溶剤のみを混合することが可能である。かかる場
合、磁気的位置合せ後および液体キャリアの部分的また
は完全な蒸発後に、分解後に導電性を提供する適切なバ
インダ／接着材料および／または先駆物質材料が、好ま
しくは位置合せ磁界がまだ存在する状態でゆっくりと慎
重に付加される。マトリクス導電性を提供する先駆物質
材料には、導電性ポリマ、金属塩溶液またはインゴット
が含まれる。
が、低粘度液状媒体１６内で混合し激しく攪拌すること
により磁気被覆されたナノワイヤ１５を分散させる、と
いうことである。水性および非水性（例えば、アルコー
ルまたはアセトン）の液状媒体が両方とも適している。
かかる媒体に溶解バインダまたは接着材料（例えば、ポ
リビニルアルコール）を含めることができる。存在する
バインダまたは接着材料の量は、一般に、完成した位置
合せされた複合構造において０．１〜４０体積％、有利
には０．５〜２０体積％である。一般に、導電体にする
ことができる先駆物質は、媒体１６内に含まれている。
（導電体は、圧密後に材料が約１０００オームｃｍ未満
の電気抵抗を呈する、ということを示す。）例えば、Ｃ
ｕＣｌ2、ＣｕＳＯ4、ＡｇＮＯ3、ＳｎＣｌ2、ＩｎＣｌ
3またはＦｅＣｌ3等、溶解された１つまたは複数の水溶
性金属塩と共に水性溶液を使用することが可能であり、
かかる塩は、ナノワイヤ用の電気的に導電性であり機械
的に安定した媒体を提供するよう後に分解されることが
可能である。更に、例えば真性導電性ポリマまたは金属
充填導電性ポリマ等、少なくとも１つの導電性ポリマを
含む溶剤ベースの溶液を使用することができる。ナノワ
イヤが位置合せされ溶剤が蒸発した後、ポリマは、同様
に導電性で機械的に安定した媒体を提供する。また、他
の添加剤も可能である。最初に、ナノワイヤに水または
非水性溶剤のみを混合することが可能である。かかる場
合、磁気的位置合せ後および液体キャリアの部分的また
は完全な蒸発後に、分解後に導電性を提供する適切なバ
インダ／接着材料および／または先駆物質材料が、好ま
しくは位置合せ磁界がまだ存在する状態でゆっくりと慎
重に付加される。マトリクス導電性を提供する先駆物質
材料には、導電性ポリマ、金属塩溶液またはインゴット
が含まれる。
【００２４】絶縁バインダまたは接着剤と共にナノワイ
ヤの比較的大きい体積分率を使用することにより、導電
性マトリクス材料を必要とすることなくナノワイヤ間に
必要な物理的および電気的接点をもたらすことも可能で
ある。かかる接点は、粒子サイズが小さく体積分率が高
い場合にしばしば発生する磁気的な相互作用およびアグ
ロメレーションにより、磁界が存在する場所で実質的に
強化される。優位に位置合せされたナノワイヤのこの結
合された粒子の塊は、溶剤を取除く際に乾燥したバイン
ダまたは接着剤により適切な場所に固定される。
ヤの比較的大きい体積分率を使用することにより、導電
性マトリクス材料を必要とすることなくナノワイヤ間に
必要な物理的および電気的接点をもたらすことも可能で
ある。かかる接点は、粒子サイズが小さく体積分率が高
い場合にしばしば発生する磁気的な相互作用およびアグ
ロメレーションにより、磁界が存在する場所で実質的に
強化される。優位に位置合せされたナノワイヤのこの結
合された粒子の塊は、溶剤を取除く際に乾燥したバイン
ダまたは接着剤により適切な場所に固定される。
【００２５】次のステップは、図１Ｄに示されている
が、被覆されたナノワイヤ１５を磁気的に位置合せす
る、というものである。静磁気エネルギを低減する傾向
により、液状媒体における移動可能な細長い磁性体は、
印加された磁界の方向に沿って位置合せされ、隣接する
磁気ダイポールによる反発の結果として、平行な、横方
向に間隔が空けられた位置合せ構造を有する傾向にあ
る。例えば、Ｓ．Ｊｉｎ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」
（Ｖｏｌ．２５５，４４６（１９９２））およびＳ．Ｊ
ｉｍ等による「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」（Ｖｏｌ．
６４，６００８（１９８８））を参照のこと。磁気的な
アグロメレーションを低減するために、複合構造におけ
るナノワイヤの体積分率が高くなりすぎることは避けな
ければならない。複合物におけるナノワイヤの所望の体
積分率は、５０％未満であり、有利には３０％未満であ
り、更に有利には１０％未満である。
が、被覆されたナノワイヤ１５を磁気的に位置合せす
る、というものである。静磁気エネルギを低減する傾向
により、液状媒体における移動可能な細長い磁性体は、
印加された磁界の方向に沿って位置合せされ、隣接する
磁気ダイポールによる反発の結果として、平行な、横方
向に間隔が空けられた位置合せ構造を有する傾向にあ
る。例えば、Ｓ．Ｊｉｎ等による「Ｓｃｉｅｎｃｅ」
（Ｖｏｌ．２５５，４４６（１９９２））およびＳ．Ｊ
ｉｍ等による「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」（Ｖｏｌ．
６４，６００８（１９８８））を参照のこと。磁気的な
アグロメレーションを低減するために、複合構造におけ
るナノワイヤの体積分率が高くなりすぎることは避けな
ければならない。複合物におけるナノワイヤの所望の体
積分率は、５０％未満であり、有利には３０％未満であ
り、更に有利には１０％未満である。
【００２６】磁気的位置合せのために、均一な磁界と比
較して、傾斜磁界が有利である（但し、いずれのタイプ
も使用が可能である）。任意に、均一な磁界は、傾斜磁
界が印加される前に一時的な処理の一部として使用され
る。傾斜磁界は、図１Ｄに示すように、かかる磁界がナ
ノワイヤ１５を位置合せすると共にそれらの先端を平滑
な表面（平面または凸面に関わりなく）に向けておよび
反発して引張るという点で、有利である。ナノワイヤを
基板１８表面に引張ることにより、最終的な複合構造に
おいてナノワイヤの高さを比較的均一にすることができ
る。基板１８に引張られているナノワイヤ先端近傍の所
望の磁界強度は、一般に、１０〜１０，０００Ｏｅであ
り、有利には１００〜５０００Ｏｅである。所望の磁界
の傾斜は、一般に、垂直距離のインチあたり少なくとも
１０Ｏｅであり、有利にはインチあたり１００Ｏｅであ
る。
較して、傾斜磁界が有利である（但し、いずれのタイプ
も使用が可能である）。任意に、均一な磁界は、傾斜磁
界が印加される前に一時的な処理の一部として使用され
る。傾斜磁界は、図１Ｄに示すように、かかる磁界がナ
ノワイヤ１５を位置合せすると共にそれらの先端を平滑
な表面（平面または凸面に関わりなく）に向けておよび
反発して引張るという点で、有利である。ナノワイヤを
基板１８表面に引張ることにより、最終的な複合構造に
おいてナノワイヤの高さを比較的均一にすることができ
る。基板１８に引張られているナノワイヤ先端近傍の所
望の磁界強度は、一般に、１０〜１０，０００Ｏｅであ
り、有利には１００〜５０００Ｏｅである。所望の磁界
の傾斜は、一般に、垂直距離のインチあたり少なくとも
１０Ｏｅであり、有利にはインチあたり１００Ｏｅであ
る。
【００２７】傾斜磁界は、適切な方法によって提供され
る。例えば、溶液器の下、横または中央等、分散したナ
ノワイヤが含まれている溶液器近傍に１つまたは複数の
永久磁石２０を配置することができる。中央の場合、同
時に沈着させるために溶液器内に複数の基板を浸すこと
が可能である。周知のように、永久磁石の極からの磁界
の強度は、概して逆二乗の関係に従って磁極面から離れ
る距離の関数として低減する。従って、磁極面近傍に傾
斜磁界が存在し、それは本発明による製作に利用するこ
とができる。傾斜磁界の強度は、例えば磁性体を変える
ことにより、磁気方向を変えることにより、または磁極
面とナノワイヤ取付基板との間の間隔を変更することに
より、必要に応じて調整される。また、永久磁石の代り
に、傾斜磁界を提供するために電磁石を使用することも
可能である。すなわち、ソレノイド端部近傍の傾斜磁界
を利用することができる。代替的に、傾斜巻線（すなわ
ち、ソレノイドの長さに沿った導体巻線の巻数の不均一
な分布）を備えたソレノイドを使用することにより、ま
たは印加される電流の大きさが徐々に変化するセグメン
ト化されたソレノイドを使用することにより、より制御
可能な傾斜が得られる。
る。例えば、溶液器の下、横または中央等、分散したナ
ノワイヤが含まれている溶液器近傍に１つまたは複数の
永久磁石２０を配置することができる。中央の場合、同
時に沈着させるために溶液器内に複数の基板を浸すこと
が可能である。周知のように、永久磁石の極からの磁界
の強度は、概して逆二乗の関係に従って磁極面から離れ
る距離の関数として低減する。従って、磁極面近傍に傾
斜磁界が存在し、それは本発明による製作に利用するこ
とができる。傾斜磁界の強度は、例えば磁性体を変える
ことにより、磁気方向を変えることにより、または磁極
面とナノワイヤ取付基板との間の間隔を変更することに
より、必要に応じて調整される。また、永久磁石の代り
に、傾斜磁界を提供するために電磁石を使用することも
可能である。すなわち、ソレノイド端部近傍の傾斜磁界
を利用することができる。代替的に、傾斜巻線（すなわ
ち、ソレノイドの長さに沿った導体巻線の巻数の不均一
な分布）を備えたソレノイドを使用することにより、ま
たは印加される電流の大きさが徐々に変化するセグメン
ト化されたソレノイドを使用することにより、より制御
可能な傾斜が得られる。
【００２８】ナノワイヤ１５が対向して位置合せされて
いる基板１８は、有利には、磁気的位置合せおよび圧密
プロセス後にナノワイヤから容易に剥離することができ
る。例えば、柔軟な基板か、またはテフロン（登録商
標）または油脂等、基板から容易に分離可能なコーティ
ングを使用することができる。代替的には、基板表面に
テフロン（登録商標）テープまたはワックスペーパ等の
薄く剥離可能な中間層１９を配置することも可能であ
る。
いる基板１８は、有利には、磁気的位置合せおよび圧密
プロセス後にナノワイヤから容易に剥離することができ
る。例えば、柔軟な基板か、またはテフロン（登録商
標）または油脂等、基板から容易に分離可能なコーティ
ングを使用することができる。代替的には、基板表面に
テフロン（登録商標）テープまたはワックスペーパ等の
薄く剥離可能な中間層１９を配置することも可能であ
る。
【００２９】次のステップは、図１Ｅに示されている
が、磁界を例えば室温、または処理を促進するためによ
り高い温度（但し、位置合せされたナノワイヤ構造を妨
げないように液体の沸点より低い温度）で維持している
間に、媒体１６の液体キャリアを蒸発させる、というこ
とである。その後、位置合せされたナノワイヤ１５およ
び金属塩等の導電性先駆物質を含む乾燥された媒体２２
は、基板１８から剥離され、例えば、不活性または還元
性雰囲気中で焼付けられるかまたは燒結される等、処理
されることにより、位置合せされたナノワイヤ１５を固
定する導電性支持マトリクス２４が得られる。金属塩の
代りに、ポリマベースのバインダ、接着剤または導電性
ポリマの場合、概して、硬化ステップのために分解加熱
処理は省略される。
が、磁界を例えば室温、または処理を促進するためによ
り高い温度（但し、位置合せされたナノワイヤ構造を妨
げないように液体の沸点より低い温度）で維持している
間に、媒体１６の液体キャリアを蒸発させる、というこ
とである。その後、位置合せされたナノワイヤ１５およ
び金属塩等の導電性先駆物質を含む乾燥された媒体２２
は、基板１８から剥離され、例えば、不活性または還元
性雰囲気中で焼付けられるかまたは燒結される等、処理
されることにより、位置合せされたナノワイヤ１５を固
定する導電性支持マトリクス２４が得られる。金属塩の
代りに、ポリマベースのバインダ、接着剤または導電性
ポリマの場合、概して、硬化ステップのために分解加熱
処理は省略される。
【００３０】最終処理ステップは、図１Ｆに示されてい
るが、例えば酸溶解、イオンミリング（例えば、イオン
エッチング）、レーザビーム走査、蒸発または他の技術
により、例えば金属または導電性ポリマ等のマトリクス
材料２４の薄層を、位置合せ中に支持基板１８と接触し
た複合物の表面（すなわち、図１Ｅにおける複合物の底
面）からエッチングする、ということである。エッチン
グステップは、図１Ｆに示すように、相対的に等しい高
さである突出したナノワイヤ２５を提供する。図１Ｆに
更に示すように、ナノワイヤ２５の突出部から磁気被覆
を取除くことも可能である。被覆を取除くことは、それ
により、重複した先端の直径が低減され電界が強化され
る、という点で有利である。また、マトリクス材料の薄
層のエッチングの前に、複合物を水平に研磨するか切断
することも可能である。
るが、例えば酸溶解、イオンミリング（例えば、イオン
エッチング）、レーザビーム走査、蒸発または他の技術
により、例えば金属または導電性ポリマ等のマトリクス
材料２４の薄層を、位置合せ中に支持基板１８と接触し
た複合物の表面（すなわち、図１Ｅにおける複合物の底
面）からエッチングする、ということである。エッチン
グステップは、図１Ｆに示すように、相対的に等しい高
さである突出したナノワイヤ２５を提供する。図１Ｆに
更に示すように、ナノワイヤ２５の突出部から磁気被覆
を取除くことも可能である。被覆を取除くことは、それ
により、重複した先端の直径が低減され電界が強化され
る、という点で有利である。また、マトリクス材料の薄
層のエッチングの前に、複合物を水平に研磨するか切断
することも可能である。
【００３１】フィールドエミッタに使用するためのマト
リクス上のナノワイヤの望ましい突出高さは、ナノワイ
ヤ先端において有効な電界集中をもたらすために、ナノ
ワイヤの直径の少なくとも２倍であり、有利には少なく
とも２０ｎｍ、より有利には少なくとも１００ｎｍであ
る。本発明のプロセスは、露出された先端高さが実質的
に均一であり、平均突出高さの差異が一般に４０％未
満、有利には２０％未満である、という点で有利であ
る。一般に、ナノチューブの体積は、ナノワイヤが突出
している表面から少なくとも２μｍの深さまで、少なく
とも０．０１体積％、有利には少なくとも１体積％であ
る。
リクス上のナノワイヤの望ましい突出高さは、ナノワイ
ヤ先端において有効な電界集中をもたらすために、ナノ
ワイヤの直径の少なくとも２倍であり、有利には少なく
とも２０ｎｍ、より有利には少なくとも１００ｎｍであ
る。本発明のプロセスは、露出された先端高さが実質的
に均一であり、平均突出高さの差異が一般に４０％未
満、有利には２０％未満である、という点で有利であ
る。一般に、ナノチューブの体積は、ナノワイヤが突出
している表面から少なくとも２μｍの深さまで、少なく
とも０．０１体積％、有利には少なくとも１体積％であ
る。
【００３２】図１Ａ乃至図１Ｆの実施の形態は、例えば
溶解した導電性ポリマを含む溶剤または溶解した金属塩
を含む水性溶液等、液体キャリア内の溶解によりマトリ
クス先駆物質を提供するが、図２Ａおよび図２Ｂに示す
ように、超微細な微粒子先駆物質３０を使用することも
可能である。特に、図２Ａに示すように、磁気被覆され
たナノワイヤ３４を含む液体キャリア３２（水または溶
液）が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｕ、ＣｕＯ、Ｆｅ
2Ｏ3、ＡｇＯが付加されるように、金属または金属先駆
物質３０のナノスケール粒子と混合される。（上述した
ような他の先駆物質材料も可能である。）均一な分散の
ためには、激しい混合が有利である。かかるナノスケー
ル金属、酸化物または他の複合物は、商業的に入手可能
である。望ましい粒子サイズ（例えば、直径）は、１〜
１０００ｎｍの範囲であり、有利には２〜５０ｎｍの範
囲である。概して、乾燥させ空気に晒すことなく液状媒
体内に保持された、例えば化学的に沈殿された粒子等の
合成されたような粒子を利用することが有利である。か
かる使用法により、粒子アグロメレーションおよび粒子
の酸化（場合によっては自然発火し得る）の両方が低減
される。
溶解した導電性ポリマを含む溶剤または溶解した金属塩
を含む水性溶液等、液体キャリア内の溶解によりマトリ
クス先駆物質を提供するが、図２Ａおよび図２Ｂに示す
ように、超微細な微粒子先駆物質３０を使用することも
可能である。特に、図２Ａに示すように、磁気被覆され
たナノワイヤ３４を含む液体キャリア３２（水または溶
液）が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｕ、ＣｕＯ、Ｆｅ
2Ｏ3、ＡｇＯが付加されるように、金属または金属先駆
物質３０のナノスケール粒子と混合される。（上述した
ような他の先駆物質材料も可能である。）均一な分散の
ためには、激しい混合が有利である。かかるナノスケー
ル金属、酸化物または他の複合物は、商業的に入手可能
である。望ましい粒子サイズ（例えば、直径）は、１〜
１０００ｎｍの範囲であり、有利には２〜５０ｎｍの範
囲である。概して、乾燥させ空気に晒すことなく液状媒
体内に保持された、例えば化学的に沈殿された粒子等の
合成されたような粒子を利用することが有利である。か
かる使用法により、粒子アグロメレーションおよび粒子
の酸化（場合によっては自然発火し得る）の両方が低減
される。
【００３３】そして、図２Ｂに示すように、例えば磁石
３８により、混合物は傾斜磁界処理が施されることによ
り、ナノワイヤ３４を位置合せし、上述したように平坦
または湾曲した表面３６に反発する方向に引張る。図２
Ｂに示すように、先駆物質のナノ粒子３０は沈下する。
そして、複合物は、例えば剥離テープ層３５を使用する
ことにより、基板を取外す磁界が存在する場所で乾燥さ
れて固体となり、圧密されたマトリクスを形成するよう
処理される。特定の先駆物質により、かかる処理には、
分解（例えば、酸化物または塩粒子を金属に還元するた
め）、燒結および／または硬化が含まれる。また、例え
ば、複合物を溶融するかまたは塑性変形する等、追加の
圧密も可能である。そして、複合物に表面エッチングプ
ロセスが施されることにより、上述したように、ナノワ
イヤが相対的に均一な先端高さで突出する。
３８により、混合物は傾斜磁界処理が施されることによ
り、ナノワイヤ３４を位置合せし、上述したように平坦
または湾曲した表面３６に反発する方向に引張る。図２
Ｂに示すように、先駆物質のナノ粒子３０は沈下する。
そして、複合物は、例えば剥離テープ層３５を使用する
ことにより、基板を取外す磁界が存在する場所で乾燥さ
れて固体となり、圧密されたマトリクスを形成するよう
処理される。特定の先駆物質により、かかる処理には、
分解（例えば、酸化物または塩粒子を金属に還元するた
め）、燒結および／または硬化が含まれる。また、例え
ば、複合物を溶融するかまたは塑性変形する等、追加の
圧密も可能である。そして、複合物に表面エッチングプ
ロセスが施されることにより、上述したように、ナノワ
イヤが相対的に均一な先端高さで突出する。
【００３４】図３は、磁気的に位置合せされたナノワイ
ヤ構造を製作する他の技術を示す。磁気的に被覆された
ナノワイヤ４０は、固体導電性マトリクス（例えば、金
属または導電性ポリマ）に変換されることが可能な先駆
物質材料を含む液体キャリア４２と混合される。ナノワ
イヤ４０は、上述したように平坦な基板４４表面に対し
て傾斜して位置合せされる。磁界位置合せプロセスが開
始される前に、基板４４表面に、相対的に均一な、薄く
柔軟なゲル状層４６が供給される。磁気傾斜力は、ナノ
ワイヤ４０の底端がゲル状層４６を貫通し、下にある基
板４４に実質的に接触するように、垂直に位置合せされ
たナノワイヤ４０を下に引張る。液体４２内の先駆物質
導電性材料は、ナノワイヤ４０の残りの露出した長さを
包囲するが、ゲル４６に浸透しない。そして、先駆物質
材料は、凝結される。例えば、先に述べたような剥離可
能な中間層４８を用いることにより、基板から凝固した
複合物を分離すると、ゲル層を取除いた時にナノワイヤ
の実質的に均一な突出が得られる。（ゲル状層からのか
かる分離は、本明細書では突出する先端の露出を構成す
るものとみなされる。）製作プロセスの残りは、上述し
た通りである。ナノワイヤ先端の残りの屑または残りの
ゲル状材料は、後の処理ステップにより洗浄されるかま
たは溶解される。
ヤ構造を製作する他の技術を示す。磁気的に被覆された
ナノワイヤ４０は、固体導電性マトリクス（例えば、金
属または導電性ポリマ）に変換されることが可能な先駆
物質材料を含む液体キャリア４２と混合される。ナノワ
イヤ４０は、上述したように平坦な基板４４表面に対し
て傾斜して位置合せされる。磁界位置合せプロセスが開
始される前に、基板４４表面に、相対的に均一な、薄く
柔軟なゲル状層４６が供給される。磁気傾斜力は、ナノ
ワイヤ４０の底端がゲル状層４６を貫通し、下にある基
板４４に実質的に接触するように、垂直に位置合せされ
たナノワイヤ４０を下に引張る。液体４２内の先駆物質
導電性材料は、ナノワイヤ４０の残りの露出した長さを
包囲するが、ゲル４６に浸透しない。そして、先駆物質
材料は、凝結される。例えば、先に述べたような剥離可
能な中間層４８を用いることにより、基板から凝固した
複合物を分離すると、ゲル層を取除いた時にナノワイヤ
の実質的に均一な突出が得られる。（ゲル状層からのか
かる分離は、本明細書では突出する先端の露出を構成す
るものとみなされる。）製作プロセスの残りは、上述し
た通りである。ナノワイヤ先端の残りの屑または残りの
ゲル状材料は、後の処理ステップにより洗浄されるかま
たは溶解される。
【００３５】ゲル状層４６は、ナノワイヤを含む特定の
溶液に実質的に不溶性の、多数の異なるタイプの有機材
料または無機材料のうちの任意のものから形成すること
ができる。例えば、ゼラチン、蜂蜜または未硬化のポリ
マ等の材料が適切に使用される。その材料は、スピンコ
ーティング、スプレイコーティングまたはドクタブレー
ドコーティング等周知の技術により、薄層として基板上
に被覆される。また、溶剤の蒸発により、溶剤希釈ゲル
材料を用いて非常に薄い層を得ることができる。このゲ
ル状層の厚さを制御することにより、先端突出の程度が
同様に制御される。この実施の形態の利点は、本明細書
で述べられているタイプの表面エッチングステップを必
要とすることなく、望ましいナノワイヤの突出が得られ
る、ということである。
溶液に実質的に不溶性の、多数の異なるタイプの有機材
料または無機材料のうちの任意のものから形成すること
ができる。例えば、ゼラチン、蜂蜜または未硬化のポリ
マ等の材料が適切に使用される。その材料は、スピンコ
ーティング、スプレイコーティングまたはドクタブレー
ドコーティング等周知の技術により、薄層として基板上
に被覆される。また、溶剤の蒸発により、溶剤希釈ゲル
材料を用いて非常に薄い層を得ることができる。このゲ
ル状層の厚さを制御することにより、先端突出の程度が
同様に制御される。この実施の形態の利点は、本明細書
で述べられているタイプの表面エッチングステップを必
要とすることなく、望ましいナノワイヤの突出が得られ
る、ということである。
【００３６】エッチングステップ無しに望ましい突出を
得る他の処理方法は、異なるタイプの材料を順次堆積す
るというものである。特に、水または溶液（例えば、エ
タノール）等の液体キャリアにおけるナノワイヤは、導
電性先駆物質材料無しに、上述したように磁気的に位置
合せされ、液体は、任意に蒸発させられる。位置合せさ
れたナノワイヤを適所に保持するよう傾斜磁界を維持す
る一方で、移動可能な層（例えば、溶剤希釈ゲル状液
体）または実質的に球状のナノ粒子の層（例えば、エタ
ノールにおけるＡｌ2Ｏ3またはＡｇの１〜５ｎｍ直径粒
子の希釈分散）は、位置合せされたナノチューブ上にゆ
っくりと慎重に注がれる。有利には、液体レベルがナノ
ワイヤの底部を浸漬し覆うまで上昇するよう、位置合せ
されたナノワイヤの粒子の塊の側面から開始する。そし
て、溶剤が、部分的にまたは完全に蒸発することによ
り、薄いバリア層が形成される。その後、先駆物質導電
性材料が付加され凝結される。基板から結果としてのナ
ノワイヤ複合物が取外されると、除去可能な層またはナ
ノ粒子の層が取除かれるかまたははずれ落ちることによ
り、上述したように実質的に均一な高さを有するナノワ
イヤ先端が露出する。
得る他の処理方法は、異なるタイプの材料を順次堆積す
るというものである。特に、水または溶液（例えば、エ
タノール）等の液体キャリアにおけるナノワイヤは、導
電性先駆物質材料無しに、上述したように磁気的に位置
合せされ、液体は、任意に蒸発させられる。位置合せさ
れたナノワイヤを適所に保持するよう傾斜磁界を維持す
る一方で、移動可能な層（例えば、溶剤希釈ゲル状液
体）または実質的に球状のナノ粒子の層（例えば、エタ
ノールにおけるＡｌ2Ｏ3またはＡｇの１〜５ｎｍ直径粒
子の希釈分散）は、位置合せされたナノチューブ上にゆ
っくりと慎重に注がれる。有利には、液体レベルがナノ
ワイヤの底部を浸漬し覆うまで上昇するよう、位置合せ
されたナノワイヤの粒子の塊の側面から開始する。そし
て、溶剤が、部分的にまたは完全に蒸発することによ
り、薄いバリア層が形成される。その後、先駆物質導電
性材料が付加され凝結される。基板から結果としてのナ
ノワイヤ複合物が取外されると、除去可能な層またはナ
ノ粒子の層が取除かれるかまたははずれ落ちることによ
り、上述したように実質的に均一な高さを有するナノワ
イヤ先端が露出する。
【００３７】本発明によるバルクの位置合せされたナノ
ワイヤ構造を得る他の方法は、図４Ａ乃至図４Ｃに示さ
れている。特に、まず、ナノワイヤ５０は、例えば導電
性金属ナノ粒子、先駆物質金属塩粒子（またはその溶
液）、金属酸化物粒子または導電性ポリマ（真性のまた
は金属が充填された）等の先駆物質導電性材料５１と、
水性または非水性の液体キャリア５２と混合される。結
果としてのスラリは、例えば銅またはプラスチック管
等、長い垂直管５３内に配置される。スラリの混合後、
垂直な傾斜磁界が印加されることにより、図４Ａに示す
ように、磁気被覆されたナノワイヤ５０が導体または先
駆物質導体５１と共に底部に引かれる。ナノワイヤ５０
の移動速度および底部における堆積の位置合せは、磁界
の強度および傾斜の強度を調整することにより、関係す
る材料の体積分率、サイズまたは粘度等の材料パラメー
タを変更することにより、および／または磁気被覆の特
徴を変更することにより、制御される。ナノワイヤ５０
の移動の速度は、重力により導体微粒子５１が同時に沈
積することができるように選択される。位置合せされた
材料が底部に堆積されるに従い、必要であれば、処理装
置の上端領域において、追加のナノワイヤ５０および導
体材料５１が補充される。ナノワイヤの位置合せおよび
管のパッキングのプロセスが完了した後、液体キャリア
５２は蒸発し、複合構造は、金属導体マトリクスの場合
は燒結、溶融および／または塑性変形により、またはポ
リマベースの導体マトリクスの場合は乾燥および／また
は硬化により、圧密される。そして、結果として得られ
る固体ロッド材料５４は、図４Ｂに示すように、所望の
厚さの多数のエミッタ体５５，５６，５７に切断され
る。その後、上述したように、各切断された本体５９の
表面のうちの一方がライトエッチングされることによ
り、図４Ｃに示すように突出したナノワイヤ先端５８が
得られる。
ワイヤ構造を得る他の方法は、図４Ａ乃至図４Ｃに示さ
れている。特に、まず、ナノワイヤ５０は、例えば導電
性金属ナノ粒子、先駆物質金属塩粒子（またはその溶
液）、金属酸化物粒子または導電性ポリマ（真性のまた
は金属が充填された）等の先駆物質導電性材料５１と、
水性または非水性の液体キャリア５２と混合される。結
果としてのスラリは、例えば銅またはプラスチック管
等、長い垂直管５３内に配置される。スラリの混合後、
垂直な傾斜磁界が印加されることにより、図４Ａに示す
ように、磁気被覆されたナノワイヤ５０が導体または先
駆物質導体５１と共に底部に引かれる。ナノワイヤ５０
の移動速度および底部における堆積の位置合せは、磁界
の強度および傾斜の強度を調整することにより、関係す
る材料の体積分率、サイズまたは粘度等の材料パラメー
タを変更することにより、および／または磁気被覆の特
徴を変更することにより、制御される。ナノワイヤ５０
の移動の速度は、重力により導体微粒子５１が同時に沈
積することができるように選択される。位置合せされた
材料が底部に堆積されるに従い、必要であれば、処理装
置の上端領域において、追加のナノワイヤ５０および導
体材料５１が補充される。ナノワイヤの位置合せおよび
管のパッキングのプロセスが完了した後、液体キャリア
５２は蒸発し、複合構造は、金属導体マトリクスの場合
は燒結、溶融および／または塑性変形により、またはポ
リマベースの導体マトリクスの場合は乾燥および／また
は硬化により、圧密される。そして、結果として得られ
る固体ロッド材料５４は、図４Ｂに示すように、所望の
厚さの多数のエミッタ体５５，５６，５７に切断され
る。その後、上述したように、各切断された本体５９の
表面のうちの一方がライトエッチングされることによ
り、図４Ｃに示すように突出したナノワイヤ先端５８が
得られる。
【００３８】フラットパネルディスプレイ等、いくつか
の用途では、エミッタの多くの細分化された領域（ピク
セル）のｘ−ｙマトリクスアレイが必要である。有効な
電界放出のために垂直に位置合せされ突出しているそれ
ら先端を有するナノワイヤのかかるアレイは、図５Ａお
よび図５Ｂに示すような本発明により製作される。特
に、磁気的に被覆されたナノワイヤ６２、１つまたは複
数の導電性材料（銀エポキシ、銀ペースト、導電性ポリ
マ、または、はんだ合金粒子等）およびアルコール等の
液体キャリアの低粘度スラリ６０が、スピンコーティン
グ、スルーマスクスプレイコーティングまたはスクリー
ン印刷等の分配およびパターニング技術を使用して、例
えば１００μｍ×１００μｍパッド等、基板６６上に配
置された予め規定されたアレイコンタクトパッド６４上
の薄層として分配される。また、アレイ構造の後処理を
規定するためのベースキャリア液体として感光性ポリマ
を使用することも可能である。堆積したスラリ層の磁気
的に被覆されたナノワイヤ６２は、その後、磁界を印加
することにより平行なロッドとして垂直に位置合せされ
る。そして、スラリ６０は乾燥され、残りの成分は圧密
される。スラリにおいて、はんだ粒子が利用される場
合、圧密には、概して、コンタクトパッド（一般に、は
んだ接着可能な表面を有する）にボンディングをもたら
し位置合せされたナノワイヤを適所に固定するために、
溶融または燒結ステップ（一般に、磁界のある場所にお
いて）が含まれる。スラリの特徴により、液体の除去お
よび残りの成分の圧密時に、図６Ｂに示すように、ナノ
ワイヤ６０の少なくとも一部が、圧密された材料から突
出する。突出の度合は、堆積したスラリの厚さを変える
ことにより、スラリの希釈の度合を変えることにより、
および／または磁界強度を調整することにより、少なく
とも幾分かは制御可能である。有利には、位置合せする
磁界が維持されている間に溶剤が蒸発する。場合によっ
ては、溶剤が取除かれるプロセスもまた、ナノワイヤの
突出をもたらすために適している。ナノワイヤアレイの
望ましい厚さは、最初のナノワイヤ材料の平均長さによ
って決まる。アレイに使用するためのナノワイヤの一般
的な平均長さは、０．１〜１００μｍの範囲であり、有
利には０．５〜２０μｍであり、長さ分布の一般的な広
がりは係数で５未満であり、有利には係数で２未満であ
る。突出の望ましい度合は、一般に０．１〜１０μｍで
あり、有利には０．１〜１μｍである。処理済みのナノ
ワイヤアレイの表面に、酸、溶剤、プラズマまたはレー
ザでライトエッチングすることで処理することにより、
ポリマまたは金属の残っている表面被覆している原子層
を除去することができる。
の用途では、エミッタの多くの細分化された領域（ピク
セル）のｘ−ｙマトリクスアレイが必要である。有効な
電界放出のために垂直に位置合せされ突出しているそれ
ら先端を有するナノワイヤのかかるアレイは、図５Ａお
よび図５Ｂに示すような本発明により製作される。特
に、磁気的に被覆されたナノワイヤ６２、１つまたは複
数の導電性材料（銀エポキシ、銀ペースト、導電性ポリ
マ、または、はんだ合金粒子等）およびアルコール等の
液体キャリアの低粘度スラリ６０が、スピンコーティン
グ、スルーマスクスプレイコーティングまたはスクリー
ン印刷等の分配およびパターニング技術を使用して、例
えば１００μｍ×１００μｍパッド等、基板６６上に配
置された予め規定されたアレイコンタクトパッド６４上
の薄層として分配される。また、アレイ構造の後処理を
規定するためのベースキャリア液体として感光性ポリマ
を使用することも可能である。堆積したスラリ層の磁気
的に被覆されたナノワイヤ６２は、その後、磁界を印加
することにより平行なロッドとして垂直に位置合せされ
る。そして、スラリ６０は乾燥され、残りの成分は圧密
される。スラリにおいて、はんだ粒子が利用される場
合、圧密には、概して、コンタクトパッド（一般に、は
んだ接着可能な表面を有する）にボンディングをもたら
し位置合せされたナノワイヤを適所に固定するために、
溶融または燒結ステップ（一般に、磁界のある場所にお
いて）が含まれる。スラリの特徴により、液体の除去お
よび残りの成分の圧密時に、図６Ｂに示すように、ナノ
ワイヤ６０の少なくとも一部が、圧密された材料から突
出する。突出の度合は、堆積したスラリの厚さを変える
ことにより、スラリの希釈の度合を変えることにより、
および／または磁界強度を調整することにより、少なく
とも幾分かは制御可能である。有利には、位置合せする
磁界が維持されている間に溶剤が蒸発する。場合によっ
ては、溶剤が取除かれるプロセスもまた、ナノワイヤの
突出をもたらすために適している。ナノワイヤアレイの
望ましい厚さは、最初のナノワイヤ材料の平均長さによ
って決まる。アレイに使用するためのナノワイヤの一般
的な平均長さは、０．１〜１００μｍの範囲であり、有
利には０．５〜２０μｍであり、長さ分布の一般的な広
がりは係数で５未満であり、有利には係数で２未満であ
る。突出の望ましい度合は、一般に０．１〜１０μｍで
あり、有利には０．１〜１μｍである。処理済みのナノ
ワイヤアレイの表面に、酸、溶剤、プラズマまたはレー
ザでライトエッチングすることで処理することにより、
ポリマまたは金属の残っている表面被覆している原子層
を除去することができる。
【００３９】本発明によって作成された位置合せされた
ナノワイヤ構造は、本明細書で述べられているように、
グリッド、陽極、蛍光体（ディスプレイ用）、および電
気的、真空関連および構造的部分を含む他の構成要素を
組込むことにより、電界放出装置用の構成に組立てられ
る。
ナノワイヤ構造は、本明細書で述べられているように、
グリッド、陽極、蛍光体（ディスプレイ用）、および電
気的、真空関連および構造的部分を含む他の構成要素を
組込むことにより、電界放出装置用の構成に組立てられ
る。
【００４０】ナノワイヤエミッタ構造を組込む装置 上述したように形成されたエミッタ構造は、マイクロ波
真空管装置およびフラットパネル電界放出装置を含むあ
らゆる装置に対して有用である。低印加電圧での効率の
よい電子放出は、一般に、放出源に近接した（一般に、
約１〜１０μｍの距離）加速ゲート電極があることによ
って達成されるため、エミッタ構造においてその構造の
機能を向上させるために多数のゲート開口があることは
有利である。特に、高放出効率に達するために、多数の
ゲート開口を備えた微細なスケールのミクロンサイズの
ゲート構造が有利である。
真空管装置およびフラットパネル電界放出装置を含むあ
らゆる装置に対して有用である。低印加電圧での効率の
よい電子放出は、一般に、放出源に近接した（一般に、
約１〜１０μｍの距離）加速ゲート電極があることによ
って達成されるため、エミッタ構造においてその構造の
機能を向上させるために多数のゲート開口があることは
有利である。特に、高放出効率に達するために、多数の
ゲート開口を備えた微細なスケールのミクロンサイズの
ゲート構造が有利である。
【００４１】従って、本発明の放出装置において、本明
細書で説明されているナノワイヤエミッタ構造の前にグ
リッド構造が形成されている。グリッドは、電子放出陰
極と陽極との間に配置された導電性要素である。グリッ
ドは、陰極から隔離されているが、放出を励起するため
にナノワイヤエミッタに十分近接している（一般に、放
出するナノワイヤ先端の１０μｍ以内）。更に、この近
接した間隔は、エミッタ先端が比較的均一な高さを有し
ている場合にのみ可能である。先に述べたように、本発
明の製作プロセスにより、かかる均一性を呈するナノワ
イヤ先端が得られる。
細書で説明されているナノワイヤエミッタ構造の前にグ
リッド構造が形成されている。グリッドは、電子放出陰
極と陽極との間に配置された導電性要素である。グリッ
ドは、陰極から隔離されているが、放出を励起するため
にナノワイヤエミッタに十分近接している（一般に、放
出するナノワイヤ先端の１０μｍ以内）。更に、この近
接した間隔は、エミッタ先端が比較的均一な高さを有し
ている場合にのみ可能である。先に述べたように、本発
明の製作プロセスにより、かかる均一性を呈するナノワ
イヤ先端が得られる。
【００４２】グリッドは、概して、酸化アルミニウムま
たは二酸化珪素等の電気的絶縁層により、陰極から隔離
されている。有利には、本発明のグリッド構造は、多数
の開口を備えた、例えば薄膜または薄箔等の電気的導体
層を含んでいる。各開口内で、陰極とグリッドとの間に
電界が印加される時、多数のナノワイヤが電子を放出す
る。
たは二酸化珪素等の電気的絶縁層により、陰極から隔離
されている。有利には、本発明のグリッド構造は、多数
の開口を備えた、例えば薄膜または薄箔等の電気的導体
層を含んでいる。各開口内で、陰極とグリッドとの間に
電界が印加される時、多数のナノワイヤが電子を放出す
る。
【００４３】一般に、グリッド開口の寸法は、平均最大
寸法（例えば、直径）が０．０５〜１００μｍの範囲で
あり、有利には少なくとも０．１μｍであり、より有利
には製造を容易にするために少なくとも０．２μｍであ
る。平均最大寸法は、有利には、わずか２０μｍであ
り、より有利にはわずか５μｍである。それは、１）グ
リッド開口の密度を増大させるため、２）各開口領域内
のナノワイヤエミッタの数を増大させるため、および
３）開口したビームの開きを低減するためである。グリ
ッド開口は、例えば円形等、あらゆる適切な形状とする
ことができる。グリッド導体の厚さは、一般に、０．０
５〜１００μｍの範囲であり、有利には０．１〜１０μ
ｍである。一般に、グリッド導体材料は、Ｃｕ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等の金属かまたはその合金から選
択されるが、酸化物、窒化物および炭化物等の導電性セ
ラミック材料の使用もまた可能である。開口された（ま
たは穿孔された）グリッド構造は、従来からの薄膜蒸着
およびフォトリソグラフィックエッチングによって作成
される。
寸法（例えば、直径）が０．０５〜１００μｍの範囲で
あり、有利には少なくとも０．１μｍであり、より有利
には製造を容易にするために少なくとも０．２μｍであ
る。平均最大寸法は、有利には、わずか２０μｍであ
り、より有利にはわずか５μｍである。それは、１）グ
リッド開口の密度を増大させるため、２）各開口領域内
のナノワイヤエミッタの数を増大させるため、および
３）開口したビームの開きを低減するためである。グリ
ッド開口は、例えば円形等、あらゆる適切な形状とする
ことができる。グリッド導体の厚さは、一般に、０．０
５〜１００μｍの範囲であり、有利には０．１〜１０μ
ｍである。一般に、グリッド導体材料は、Ｃｕ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等の金属かまたはその合金から選
択されるが、酸化物、窒化物および炭化物等の導電性セ
ラミック材料の使用もまた可能である。開口された（ま
たは穿孔された）グリッド構造は、従来からの薄膜蒸着
およびフォトリソグラフィックエッチングによって作成
される。
【００４４】有利には、グリッドは、米国特許第５，６
８１，１９６号および同第５，６９８，９３４号に述べ
られているような高密度開口ゲート構造である。なお、
これらの開示内容はこの引用をもって本明細書内に包含
されたものとする。高密度のゲート開口構造を備えた非
常に微細で高密度のナノワイヤエミッタの組合せは、特
に、サブミクロンエミッタの場合に有利である。かかる
高密度ゲート開口構造は、便利には、ミクロンまたはサ
ブミクロンサイズの粒子マスクを利用することによって
形成される。特に、ナノワイヤエミッタ構造の形成後、
マスク粒子（一般に５μｍ未満で有利には１μｍ未満の
最大寸法を有する金属、セラミックまたはプラスチック
粒子）が、例えば噴霧または撒散らし等によりエミッタ
表面に塗布される。ＳｉＯ2またはガラス等の誘電体膜
層が、蒸発またはスパッタリング等によりマスク粒子に
亙って蒸着される。ＣｕまたはＣｒ等の導体層が、誘電
体上に蒸着される。シャドウ効果により、各マスク粒子
の下のエミッタ領域には、誘電体膜が無い。そして、マ
スク粒子が容易に掃出されるかまたは吹き払われ、高密
度の開口を有するゲート電極が残る。図６は、かかる粒
子マスク技術を示している。マスク粒子７０は、突出し
ているナノワイヤエミッタ７１の上に配置されている。
基板７６上の導体７５上に絶縁層７３およびグリッド導
体層７４が沈着されると、マスク粒子７０は、ナノワイ
ヤエミッタ７１の一部をブロックする。マスク粒子７０
が取除かれると、ナノワイヤ７１は結果として生ずる開
口によって露出される。そして、結果として得られる構
造は、装置内に組込まれることが可能である。
８１，１９６号および同第５，６９８，９３４号に述べ
られているような高密度開口ゲート構造である。なお、
これらの開示内容はこの引用をもって本明細書内に包含
されたものとする。高密度のゲート開口構造を備えた非
常に微細で高密度のナノワイヤエミッタの組合せは、特
に、サブミクロンエミッタの場合に有利である。かかる
高密度ゲート開口構造は、便利には、ミクロンまたはサ
ブミクロンサイズの粒子マスクを利用することによって
形成される。特に、ナノワイヤエミッタ構造の形成後、
マスク粒子（一般に５μｍ未満で有利には１μｍ未満の
最大寸法を有する金属、セラミックまたはプラスチック
粒子）が、例えば噴霧または撒散らし等によりエミッタ
表面に塗布される。ＳｉＯ2またはガラス等の誘電体膜
層が、蒸発またはスパッタリング等によりマスク粒子に
亙って蒸着される。ＣｕまたはＣｒ等の導体層が、誘電
体上に蒸着される。シャドウ効果により、各マスク粒子
の下のエミッタ領域には、誘電体膜が無い。そして、マ
スク粒子が容易に掃出されるかまたは吹き払われ、高密
度の開口を有するゲート電極が残る。図６は、かかる粒
子マスク技術を示している。マスク粒子７０は、突出し
ているナノワイヤエミッタ７１の上に配置されている。
基板７６上の導体７５上に絶縁層７３およびグリッド導
体層７４が沈着されると、マスク粒子７０は、ナノワイ
ヤエミッタ７１の一部をブロックする。マスク粒子７０
が取除かれると、ナノワイヤ７１は結果として生ずる開
口によって露出される。そして、結果として得られる構
造は、装置内に組込まれることが可能である。
【００４５】図７は、一般的なマイクロ波真空管装置、
ここでは進行波管（ＴＷＴ）の略断面図である。管装置
は、排気管８０と、電子銃８１の形態の電子源と、マイ
クロ波入力信号を導入する入力窓８２と、電子が入力信
号と相互作用する相互作用構造８３と、電子から導出さ
れるマイクロ波パワーが管から取出されるマイクロ波出
力窓８４と、を備えている。ＴＷＴの場合、他の構成要
素には、相互作用構造８３を介して電子のビームを集束
させる集束磁石（図示せず）と、出力マイクロ波パワー
が生成された後に電子ビームを収集する集電体８５と、
出力における不一致から管内に戻るよう反射するマイク
ロ波パワーを吸収する内部減衰器（図示せず）と、があ
る。ＴＷＴの場合、相互作用領域８３は、一般に、広帯
域の用途では導電性ヘリックスであり、高出力の用途で
は連結した空隙領域である。電子銃８１は、電子ビーム
を生成し、加速し、集束させることにより、それが銃を
離れた後に所望の軌跡を辿るようにする電子源である。
図８は、熱電子陰極９０と、電子の放出をもたらす１つ
または複数のグリッド９１と、電子をビーム内に集束さ
せる集束電極９２と、ビーム９４を更に相互作用構造８
３内に向ける開口された陽極９３と、を備えた従来から
の電子銃を示す。ＴＷＴの用途において、相対的に低電
圧かつ高電流密度の長く薄い電子ビームが有利である。
電子銃の構造は、板陽極に対向した板陰極から、ピアス
銃、円錐状ダイオード電極、同心シリンダまたは球面陰
極等のより精巧な設計までに亙る。（例えば、Ａ．Ｗ．
Ｓｃｏｔｔによる「ｓｕｐｒａ」を参照のこと。）
ここでは進行波管（ＴＷＴ）の略断面図である。管装置
は、排気管８０と、電子銃８１の形態の電子源と、マイ
クロ波入力信号を導入する入力窓８２と、電子が入力信
号と相互作用する相互作用構造８３と、電子から導出さ
れるマイクロ波パワーが管から取出されるマイクロ波出
力窓８４と、を備えている。ＴＷＴの場合、他の構成要
素には、相互作用構造８３を介して電子のビームを集束
させる集束磁石（図示せず）と、出力マイクロ波パワー
が生成された後に電子ビームを収集する集電体８５と、
出力における不一致から管内に戻るよう反射するマイク
ロ波パワーを吸収する内部減衰器（図示せず）と、があ
る。ＴＷＴの場合、相互作用領域８３は、一般に、広帯
域の用途では導電性ヘリックスであり、高出力の用途で
は連結した空隙領域である。電子銃８１は、電子ビーム
を生成し、加速し、集束させることにより、それが銃を
離れた後に所望の軌跡を辿るようにする電子源である。
図８は、熱電子陰極９０と、電子の放出をもたらす１つ
または複数のグリッド９１と、電子をビーム内に集束さ
せる集束電極９２と、ビーム９４を更に相互作用構造８
３内に向ける開口された陽極９３と、を備えた従来から
の電子銃を示す。ＴＷＴの用途において、相対的に低電
圧かつ高電流密度の長く薄い電子ビームが有利である。
電子銃の構造は、板陽極に対向した板陰極から、ピアス
銃、円錐状ダイオード電極、同心シリンダまたは球面陰
極等のより精巧な設計までに亙る。（例えば、Ａ．Ｗ．
Ｓｃｏｔｔによる「ｓｕｐｒａ」を参照のこと。）
【００４６】図７および図８に示す装置の動作におい
て、電子ビーム９４は、グリッド９１および陽極９３に
印加される高電圧により陰極９０から加速される。そし
て、電子ビームは、相互作用構造８３内に放射され、そ
こで、電子および信号が共に相互作用構造８３内を進行
するに従ってビーム９４が増幅されるように、マイクロ
波入力信号と相互作用する。電子は、有利には、相互作
用構造８３におけるマイクロ波信号と同じ速度で進行す
る。入力信号のパワーは、電子ビーム９４を変調し、変
調された電子ビーム９４は、出力８４において入力信号
の増幅された形態を生成する。
て、電子ビーム９４は、グリッド９１および陽極９３に
印加される高電圧により陰極９０から加速される。そし
て、電子ビームは、相互作用構造８３内に放射され、そ
こで、電子および信号が共に相互作用構造８３内を進行
するに従ってビーム９４が増幅されるように、マイクロ
波入力信号と相互作用する。電子は、有利には、相互作
用構造８３におけるマイクロ波信号と同じ速度で進行す
る。入力信号のパワーは、電子ビーム９４を変調し、変
調された電子ビーム９４は、出力８４において入力信号
の増幅された形態を生成する。
【００４７】陰極９０およびグリッド９１は、図６のＴ
ＷＴにおける電子ビームに対する電子源である。有利に
は、陰極は以下の特性および能力を有している。（１）
その表面が、加熱またはボンバードメント等の外部励起
の必要無く自由に電子を放出することができるように、
低仕事関数を呈する。（２）高電流密度を提供する。
（３）電子放出が実質的に弱められないまま維持し、動
作寿命が長い。（４）電子運動量において広がりが少な
く狭いビームを生成することができる。（５）陰極にお
いてまたは陰極近くで変調された電子ビームを生成する
ことができる。従来からの熱電子陰極とは対照的に、突
出しているナノワイヤエミッタを備えた冷陰極は、これ
らの特性を呈する。特に、ナノワイヤベースの冷陰極
は、電界が印加された時に高速な室温の放出が可能であ
る。それらは、数ミクロンの距離に亙って変調された電
子ビームを製造することができ（グリッドによって直接
行われるビーム変調の場合と同様に）、短縮された相互
作用領域を使用することができ、結果としてより軽くよ
りコンパクトな装置とすることができる。
ＷＴにおける電子ビームに対する電子源である。有利に
は、陰極は以下の特性および能力を有している。（１）
その表面が、加熱またはボンバードメント等の外部励起
の必要無く自由に電子を放出することができるように、
低仕事関数を呈する。（２）高電流密度を提供する。
（３）電子放出が実質的に弱められないまま維持し、動
作寿命が長い。（４）電子運動量において広がりが少な
く狭いビームを生成することができる。（５）陰極にお
いてまたは陰極近くで変調された電子ビームを生成する
ことができる。従来からの熱電子陰極とは対照的に、突
出しているナノワイヤエミッタを備えた冷陰極は、これ
らの特性を呈する。特に、ナノワイヤベースの冷陰極
は、電界が印加された時に高速な室温の放出が可能であ
る。それらは、数ミクロンの距離に亙って変調された電
子ビームを製造することができ（グリッドによって直接
行われるビーム変調の場合と同様に）、短縮された相互
作用領域を使用することができ、結果としてより軽くよ
りコンパクトな装置とすることができる。
【００４８】マイクロ波真空管装置においてナノワイヤ
ベースの冷陰極を使用する場合、電子ビームの広がりを
適当なレベル以内に維持することが望ましい。電子は、
３つのデカルト方向すべてにおいて速度のマクスウェル
分布で陰極表面から発生する。言換えれば、電子は、概
して０以外の速度で表面法線に対してあらゆる角度で表
面から発生することになる。このため、電界放出された
電子は、電子ビームの軌跡の方向に分布を有する。これ
らの結果、すなわち、電子の無作為な放出、陰極から陽
極への経路に対して垂直な望ましくない運動量、および
微小なスケールで電子の軌跡の結果としての交差はすべ
て、収束ビームが達することができる最小直径と同様
に、散弾雑音を生じさせることにより、マイクロ波増幅
器の性能を低減する。従って、電子ビームが略平行でな
い限りは、グリッドの異なる開口からの電子ビームが合
流しないようにすることが望ましい。特に、ビームが個
々に発散している間に合流する場合、あらゆる地点であ
らゆる異なる運動量で電子が見つけられるため、結果と
して生じるビームの位相空間密度は低くなる。
ベースの冷陰極を使用する場合、電子ビームの広がりを
適当なレベル以内に維持することが望ましい。電子は、
３つのデカルト方向すべてにおいて速度のマクスウェル
分布で陰極表面から発生する。言換えれば、電子は、概
して０以外の速度で表面法線に対してあらゆる角度で表
面から発生することになる。このため、電界放出された
電子は、電子ビームの軌跡の方向に分布を有する。これ
らの結果、すなわち、電子の無作為な放出、陰極から陽
極への経路に対して垂直な望ましくない運動量、および
微小なスケールで電子の軌跡の結果としての交差はすべ
て、収束ビームが達することができる最小直径と同様
に、散弾雑音を生じさせることにより、マイクロ波増幅
器の性能を低減する。従って、電子ビームが略平行でな
い限りは、グリッドの異なる開口からの電子ビームが合
流しないようにすることが望ましい。特に、ビームが個
々に発散している間に合流する場合、あらゆる地点であ
らゆる異なる運動量で電子が見つけられるため、結果と
して生じるビームの位相空間密度は低くなる。
【００４９】開口に静電レンズを作成することにより、
各開口からの電子の発散角度を低減することができる。
しかしながら、リュウヴィルの定理は、レンズが広がる
垂直方向の運動量を低減することができる程度を制限す
る。放出領域がレンズ開口と等しい場合、いかなる実質
的な改善も得られない。放出領域がレンズ開口より小さ
い場合、（適当なレンズ設計により）レンズの半径に対
する放出領域の半径の割合により、垂直方向の運動量の
分布を低減することができる。
各開口からの電子の発散角度を低減することができる。
しかしながら、リュウヴィルの定理は、レンズが広がる
垂直方向の運動量を低減することができる程度を制限す
る。放出領域がレンズ開口と等しい場合、いかなる実質
的な改善も得られない。放出領域がレンズ開口より小さ
い場合、（適当なレンズ設計により）レンズの半径に対
する放出領域の半径の割合により、垂直方向の運動量の
分布を低減することができる。
【００５０】従って、各開口の中心近くの小さい点、す
なわち、開口の領域の最大７０％および有利にはその領
域の最大５０％からのみ放出を可能にすることが望まし
い。複数の放出開口に対し、小さい領域（開口領域より
小さい）のみが電気的に導電性であるように、基板をパ
ターニングすることによって放出を制御することが可能
である。また、例えば、開口の中心を除くあらゆる場所
でナノワイヤエミッタに非放出上層を沈積させることに
より、放出開口内の中心領域のみが活性化され電子を放
出するよう、ナノワイヤ組込みプロセスを制御すること
も可能である。
なわち、開口の領域の最大７０％および有利にはその領
域の最大５０％からのみ放出を可能にすることが望まし
い。複数の放出開口に対し、小さい領域（開口領域より
小さい）のみが電気的に導電性であるように、基板をパ
ターニングすることによって放出を制御することが可能
である。また、例えば、開口の中心を除くあらゆる場所
でナノワイヤエミッタに非放出上層を沈積させることに
より、放出開口内の中心領域のみが活性化され電子を放
出するよう、ナノワイヤ組込みプロセスを制御すること
も可能である。
【００５１】本発明は、発散角度を低減する改良された
技術を提供する。本発明によれば、第１のグリッドが負
電位で動作する多層開口グリッドが使用される。第１の
グリッドは、一般に、陰極上でその平均最大開口寸法
（例えば、円形開口の場合の直径）は０．００５〜１で
あり、有利には０．０１〜０．５である。一般に、開口
は円形であり、０．０５〜１００μｍ、有利には少なく
とも０．１μｍ、更に有利には少なくとも０．２μｍの
直径を有している。この第１のグリッドは、陰極表面で
穴の縁に近い電界を低減し、それにより縁から選択的に
放出を抑制する。一般に、連続したグリッドは、陰極に
関して正電圧を呈する。多層グリッド構造は、図９に示
すように、少なくとも２つの層、有利には少なくとも４
つのグリッド導体の層を有する。グリッド導体１００
Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、絶縁体１０１
Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄにより分離されてお
り、位置合せされた開口１０２を規定する。各開口１０
２内に配置されたナノワイヤエミッタ１０３は、基板１
０５上に配置された陰極導体１０４によって支持されて
いる。グリッド導体１００Ａ〜１００Ｄにより、電子ビ
ームは進行中に集束される。エミッタに最も近接してい
る第１のグリッド層（１００Ａ）は、概して負にバイア
スされることにより、グリッド開口１０２の端部近傍の
電界放出の抑制により垂直方向の運動量を低減する。多
層グリッド構造は、従来からの薄膜蒸着およびフォトリ
ソグラフィック技術によって作成される。また、図１０
および図１１に示すように、先に述べたような粒子マス
ク技術により図９のグリッド構造を作成することも可能
である。グリッド導体層１００Ａ〜１００Ｄの厚さは、
一般に、０．０５〜１００μｍ、有利には０．１〜１０
μｍの範囲である。グリッド導体層は、概して、Ｃｕ、
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等の金属かまたはその合金
等から選択されるが、酸化物、窒化物および炭化物等の
導電性セラミックを使用することも可能である。絶縁体
層１０１Ａ〜１０１Ｄは、一般に、シリカまたはガラス
等の材料から形成される。
技術を提供する。本発明によれば、第１のグリッドが負
電位で動作する多層開口グリッドが使用される。第１の
グリッドは、一般に、陰極上でその平均最大開口寸法
（例えば、円形開口の場合の直径）は０．００５〜１で
あり、有利には０．０１〜０．５である。一般に、開口
は円形であり、０．０５〜１００μｍ、有利には少なく
とも０．１μｍ、更に有利には少なくとも０．２μｍの
直径を有している。この第１のグリッドは、陰極表面で
穴の縁に近い電界を低減し、それにより縁から選択的に
放出を抑制する。一般に、連続したグリッドは、陰極に
関して正電圧を呈する。多層グリッド構造は、図９に示
すように、少なくとも２つの層、有利には少なくとも４
つのグリッド導体の層を有する。グリッド導体１００
Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、絶縁体１０１
Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄにより分離されてお
り、位置合せされた開口１０２を規定する。各開口１０
２内に配置されたナノワイヤエミッタ１０３は、基板１
０５上に配置された陰極導体１０４によって支持されて
いる。グリッド導体１００Ａ〜１００Ｄにより、電子ビ
ームは進行中に集束される。エミッタに最も近接してい
る第１のグリッド層（１００Ａ）は、概して負にバイア
スされることにより、グリッド開口１０２の端部近傍の
電界放出の抑制により垂直方向の運動量を低減する。多
層グリッド構造は、従来からの薄膜蒸着およびフォトリ
ソグラフィック技術によって作成される。また、図１０
および図１１に示すように、先に述べたような粒子マス
ク技術により図９のグリッド構造を作成することも可能
である。グリッド導体層１００Ａ〜１００Ｄの厚さは、
一般に、０．０５〜１００μｍ、有利には０．１〜１０
μｍの範囲である。グリッド導体層は、概して、Ｃｕ、
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等の金属かまたはその合金
等から選択されるが、酸化物、窒化物および炭化物等の
導電性セラミックを使用することも可能である。絶縁体
層１０１Ａ〜１０１Ｄは、一般に、シリカまたはガラス
等の材料から形成される。
【００５２】図１０において、マスク粒子１０６は、一
般に強磁性体（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれら
の合金）である。望ましい粒子サイズは、一般に、平均
直径が０．１〜２０μｍの範囲である。例えば、ナノワ
イヤエミッタ構造に撒散らすことにより、粒子の配置中
に垂直な磁界が印加され、それにより強磁性体粒子１０
６が少なくとも２粒子を含む垂直に細長い一連の球群が
形成される。球群によっては、他よりも多くの粒子を有
するものもあるが、これは、多層グリッド構造を沈着さ
せる目的に対しては重要ではない。絶縁スペーサ膜（１
０１Ａ〜１０１Ｄ）およびグリッド導体膜（１００Ａ〜
１００Ｄ）の沈着を多層スタックに変更した後、強磁性
体粒子１０６は、例えば、永久磁石を用いて磁気的に引
張り出すことにより、または化学エッチングにより、取
除かれる。
般に強磁性体（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれら
の合金）である。望ましい粒子サイズは、一般に、平均
直径が０．１〜２０μｍの範囲である。例えば、ナノワ
イヤエミッタ構造に撒散らすことにより、粒子の配置中
に垂直な磁界が印加され、それにより強磁性体粒子１０
６が少なくとも２粒子を含む垂直に細長い一連の球群が
形成される。球群によっては、他よりも多くの粒子を有
するものもあるが、これは、多層グリッド構造を沈着さ
せる目的に対しては重要ではない。絶縁スペーサ膜（１
０１Ａ〜１０１Ｄ）およびグリッド導体膜（１００Ａ〜
１００Ｄ）の沈着を多層スタックに変更した後、強磁性
体粒子１０６は、例えば、永久磁石を用いて磁気的に引
張り出すことにより、または化学エッチングにより、取
除かれる。
【００５３】代替的な粒子マスク方法を、図１１に概略
的に示す。この代替的な方法では、細長いかまたは偏重
の強磁性体粒子１０７が、垂直磁界のある場所で撒散ら
されることにより、基板１０５、導体層１０４およびナ
ノワイヤエミッタ１０３上の多層グリッド構造（１００
Ａ〜１００Ｄおよび１０１Ａ〜１０１Ｄ）の沈着中、マ
スク粒子としての役割を果たすよう垂直に起立する。そ
して、粒子マスクは、先に述べたように取除かれる。細
長いマスク粒子１０７は、一般に、０．１〜２０μｍの
範囲の平均軸最大寸法、例えば直径を有する。例えば、
ナノワイヤエミッタ上の所望の高さに配置された穿孔さ
れたテンプレート（図示せず）を通して、マスク材料の
薄膜蒸着（例えば、スパッタリング、蒸発、無電界めっ
き）により、粒子１０７を作成することが可能である。
細長いマスク粒子１０７に適した材料には、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｎｉ等の金属、容易に水または溶剤が溶解するポリ
マ（例えばポリビニルアセテート、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・スチレンまたはＡＢＳ）、揮発性ポリマ（例えば、
ＰＭＭＡ）または容易に溶解可能な塩（例えば、ＮａＣ
ｌ）等が含まれる。粒子の沈着後、テンプレートは取除
かれ、多層グリッド構造が形成される。
的に示す。この代替的な方法では、細長いかまたは偏重
の強磁性体粒子１０７が、垂直磁界のある場所で撒散ら
されることにより、基板１０５、導体層１０４およびナ
ノワイヤエミッタ１０３上の多層グリッド構造（１００
Ａ〜１００Ｄおよび１０１Ａ〜１０１Ｄ）の沈着中、マ
スク粒子としての役割を果たすよう垂直に起立する。そ
して、粒子マスクは、先に述べたように取除かれる。細
長いマスク粒子１０７は、一般に、０．１〜２０μｍの
範囲の平均軸最大寸法、例えば直径を有する。例えば、
ナノワイヤエミッタ上の所望の高さに配置された穿孔さ
れたテンプレート（図示せず）を通して、マスク材料の
薄膜蒸着（例えば、スパッタリング、蒸発、無電界めっ
き）により、粒子１０７を作成することが可能である。
細長いマスク粒子１０７に適した材料には、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｎｉ等の金属、容易に水または溶剤が溶解するポリ
マ（例えばポリビニルアセテート、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・スチレンまたはＡＢＳ）、揮発性ポリマ（例えば、
ＰＭＭＡ）または容易に溶解可能な塩（例えば、ＮａＣ
ｌ）等が含まれる。粒子の沈着後、テンプレートは取除
かれ、多層グリッド構造が形成される。
【００５４】マイクロ波増幅器で使用されるように、図
９の陰極およびゲート構造は、表面ジオメトリにおいて
必ずしも平坦ではない。新形態のバルクナノワイヤ複合
エミッタ、または薄膜アレイエミッタが沈着された湾曲
した基板を使用することが可能である。湾曲した基板
は、例えば、エッチングまたは機械的研磨により（例え
ば、Ｓｉ等の材料の場合）、または塑性変形により（例
えば、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ等の延性金属
またはその合金の場合）作成される。
９の陰極およびゲート構造は、表面ジオメトリにおいて
必ずしも平坦ではない。新形態のバルクナノワイヤ複合
エミッタ、または薄膜アレイエミッタが沈着された湾曲
した基板を使用することが可能である。湾曲した基板
は、例えば、エッチングまたは機械的研磨により（例え
ば、Ｓｉ等の材料の場合）、または塑性変形により（例
えば、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ等の延性金属
またはその合金の場合）作成される。
【００５５】有利には、ＴＷＴにおいて、熱電子放出陰
極の代りに、図９のナノワイヤ含有陰極および多層グリ
ッド構造が使用される。また、図９の陰極／グリッド構
造は、有利には、放出された電子をビームに集束させる
ためにわずかに凹状である。
極の代りに、図９のナノワイヤ含有陰極および多層グリ
ッド構造が使用される。また、図９の陰極／グリッド構
造は、有利には、放出された電子をビームに集束させる
ためにわずかに凹状である。
【００５６】図９のナノワイヤエミッタ構造は、４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
の広がりを低減する。すなわち、（１）ビームの広がり
を低減するために、低電圧放出が望ましい。エミッタジ
オメトリが一定に保持される場合、垂直方向の運動量の
広がりは、放出電圧の平方根として定められる。突出す
るナノワイヤエミッタを使用することにより、低電圧放
出が可能となり、それによりマイクロ波増幅器動作中の
垂直方向の運動量が低減される。（２）電子放出は、グ
リッド開口領域全体よりずっと小さい中心領域部分に制
限される。（３）電子ビームは、多層グリッド構造のス
タックによって集束される。（４）凹状基板は更に、電
子ビームを集束させる。
特徴により、陰極から放出する電子の垂直方向の運動量
の広がりを低減する。すなわち、（１）ビームの広がり
を低減するために、低電圧放出が望ましい。エミッタジ
オメトリが一定に保持される場合、垂直方向の運動量の
広がりは、放出電圧の平方根として定められる。突出す
るナノワイヤエミッタを使用することにより、低電圧放
出が可能となり、それによりマイクロ波増幅器動作中の
垂直方向の運動量が低減される。（２）電子放出は、グ
リッド開口領域全体よりずっと小さい中心領域部分に制
限される。（３）電子ビームは、多層グリッド構造のス
タックによって集束される。（４）凹状基板は更に、電
子ビームを集束させる。
【００５７】また、本発明のナノワイヤベースのエミッ
タを使用して、フラットパネル、電界放出ディスプレイ
を製作することも可能である。かかる電界放出ディスプ
レイは、例えば、二極管設計（すなわち、陰極−陽極構
成）かまたは三極管設計（すなわち、陰極−グリッド−
陽極構成）で構成される。有利には、グリッド電極が使
用され、より有利には、先に述べたように、ナノワイヤ
エミッタ陰極に近接して配置された高密度開口ゲート構
造が使用される。
タを使用して、フラットパネル、電界放出ディスプレイ
を製作することも可能である。かかる電界放出ディスプ
レイは、例えば、二極管設計（すなわち、陰極−陽極構
成）かまたは三極管設計（すなわち、陰極−グリッド−
陽極構成）で構成される。有利には、グリッド電極が使
用され、より有利には、先に述べたように、ナノワイヤ
エミッタ陰極に近接して配置された高密度開口ゲート構
造が使用される。
【００５８】ディスプレイの用途では、ディスプレイの
各ピクセルにおけるエミッタ材料（冷陰極）が、特に、
平均して放出特性に達し表示品質の均一性を保証すると
いう目的に対し、複数のエミッタから構成されているこ
とが望ましい。ナノワイヤのナノスコピックな特徴によ
り、エミッタは多くの放出点、一般に、１００×１００
μｍ2のピクセル毎に１０4より多くの放出先端を提供
し、細管直径が１０〜１００ｎｍの５０％ナノワイヤ密
度を保証する。有利には、本発明におけるエミッタ密度
は、少なくとも１／μｍ2であり、より有利には、少な
くとも１０μｍ2である。低印加電圧での有効な電子放
出は、一般に、きわめて接近した（一般に、約１ミクロ
ン距離）加速ゲート電極のある場合で達成されるため、
複数のエミッタの能力を利用するために、所定のエミッ
タ領域に亙って複数のゲート開口を有することが有用で
ある。また、放出効率を増大させるために可能な限り多
くのゲート開口を備えた微細スケールのミクロンサイズ
の構造を有することが望ましい。
各ピクセルにおけるエミッタ材料（冷陰極）が、特に、
平均して放出特性に達し表示品質の均一性を保証すると
いう目的に対し、複数のエミッタから構成されているこ
とが望ましい。ナノワイヤのナノスコピックな特徴によ
り、エミッタは多くの放出点、一般に、１００×１００
μｍ2のピクセル毎に１０4より多くの放出先端を提供
し、細管直径が１０〜１００ｎｍの５０％ナノワイヤ密
度を保証する。有利には、本発明におけるエミッタ密度
は、少なくとも１／μｍ2であり、より有利には、少な
くとも１０μｍ2である。低印加電圧での有効な電子放
出は、一般に、きわめて接近した（一般に、約１ミクロ
ン距離）加速ゲート電極のある場合で達成されるため、
複数のエミッタの能力を利用するために、所定のエミッ
タ領域に亙って複数のゲート開口を有することが有用で
ある。また、放出効率を増大させるために可能な限り多
くのゲート開口を備えた微細スケールのミクロンサイズ
の構造を有することが望ましい。
【００５９】図１２は、本発明のナノワイヤエミッタ構
造を使用するフラットパネル電界放出ディスプレイを示
す。このディスプレイは、複数のナノワイヤエミッタ１
１２を含む陰極１１０と、真空密封内でエミッタ１１２
から間隔が空けられて配置された陽極１１４と、を備え
ている。透明な絶縁体層１１８上に形成された陽極導体
１１６には、蛍光体層１２０が設けられており、この陽
極導体１１６は支持柱（図示せず）に取り付けられてい
る。陰極と陽極との間に、エミッタから近接して間隔が
空けられて、穿孔導体ゲート層１２２がある。便利に
は、ゲート１２２は、絶縁層１２４により陰極１１０か
ら間隔があけられている。
造を使用するフラットパネル電界放出ディスプレイを示
す。このディスプレイは、複数のナノワイヤエミッタ１
１２を含む陰極１１０と、真空密封内でエミッタ１１２
から間隔が空けられて配置された陽極１１４と、を備え
ている。透明な絶縁体層１１８上に形成された陽極導体
１１６には、蛍光体層１２０が設けられており、この陽
極導体１１６は支持柱（図示せず）に取り付けられてい
る。陰極と陽極との間に、エミッタから近接して間隔が
空けられて、穿孔導体ゲート層１２２がある。便利に
は、ゲート１２２は、絶縁層１２４により陰極１１０か
ら間隔があけられている。
【００６０】陰極とエミッタとの間の間隔は、密封され
排気されており、電源１２６によって電圧が印加され
る。ナノワイヤエミッタ１１２からの電界放出電子は、
ゲート電極１２２によって加速され、陽極導体層１１６
（一般に、インジウム−酸化スズ等の透明な導体）に向
かって移動する。加速された電子が蛍光体層１２０に当
ると、表示画像が生成される。
排気されており、電源１２６によって電圧が印加され
る。ナノワイヤエミッタ１１２からの電界放出電子は、
ゲート電極１２２によって加速され、陽極導体層１１６
（一般に、インジウム−酸化スズ等の透明な導体）に向
かって移動する。加速された電子が蛍光体層１２０に当
ると、表示画像が生成される。
【００６１】本明細書で開示された本発明の詳細および
実施を考慮することにより、当業者には、本発明の他の
実施の形態が明らかとなろう。
実施を考慮することにより、当業者には、本発明の他の
実施の形態が明らかとなろう。
【図１】Ａ〜Ｆは、本発明によるフィールドエミッタ構
造を製作する実施の形態を示す。
造を製作する実施の形態を示す。
【図２】Ａ、Ｂは、本発明によるフィールドエミッタ構
造を製作する他の実施の形態を示す。
造を製作する他の実施の形態を示す。
【図３】本発明による、フィールドエミッタ構造におけ
る突出した高さが均一なナノワイヤ先端を作製する技術
を示す。
る突出した高さが均一なナノワイヤ先端を作製する技術
を示す。
【図４】Ａ〜Ｃは、本発明によるフィールドエミッタの
アレイの製作を示す。
アレイの製作を示す。
【図５】Ａ、Ｂは、本発明による多数のエミッタを作成
する実施の形態を示す。
する実施の形態を示す。
【図６】本発明による開口したナノワイヤ陰極構造の形
成を示す。
成を示す。
【図７】一般的な進行波管（ＴＷＴ）構造を示す。
【図８】図７のＴＷＴの電子銃構造を示す。
【図９】本発明による、ナノワイヤ陰極表面から電子ビ
ームを取出し、加速し、集束させる複数グリッド構造を
示す。
ームを取出し、加速し、集束させる複数グリッド構造を
示す。
【図１０】本発明による多層グリッド構造の作成を示
す。
す。
【図１１】本発明による多層グリッド構造の作成の他の
技術を示す。
技術を示す。
【図１２】本発明によるナノワイヤエミッタ構造を備え
たフラットパネル電界放出ディスプレイを示す。
たフラットパネル電界放出ディスプレイを示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ０１Ｂ 31/02 １０１Ｆ // Ｃ０１Ｂ 31/02 １０１ Ｈ０１Ｊ 1/30 Ｆ (72)発明者 サンギョー ジン アメリカ合衆国 07946 ニュージャーシ ィ，ミリントン，スカイライン ドライヴ 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 ニュージャーシ ィ，ダネレン，サード ストリート 324 (72)発明者 ウエイ ズー アメリカ合衆国 07059 ニュージャーシ ィ，ウォーレン，シューマン テラス ４
Claims (28)
- 【請求項１】 磁性体によって少なくとも部分的に被覆
され位置合せされたナノワイヤを備えた複合材料と、該
複合材料に存在する導電性材料と、を具備し、該ナノワ
イヤが、該ナノワイヤ間の少なくとも１つの接点により
電気的に接続されており、ナノチューブの少なくとも一
部が、該ナノワイヤの平均直径の少なくとも２倍の平均
突出により該複合材料の表面から突出し、該ナノワイヤ
は、約０．１オｍから約１０，０００オｍまでの平均の長
さを有することを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記装置は、電界放出装置であることを
特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項３】 前記突出するナノチューブは、切れ口を
有することを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項４】 前記磁性体は、前記被覆されたナノワイ
ヤの約０．９５体積％未満を構成することを特徴とする
請求項1記載の装置。 - 【請求項５】 前記磁性体は、前記被覆されたナノワイ
ヤの約０．７５体積％未満を構成することを特徴とする
請求項４記載の装置。 - 【請求項６】 前記平均突出高さは、少なくとも２０ｎ
ｍであることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項７】 前記平均突出高さは、少なくとも１００
ｎｍであることを特徴とする請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 前記複合材料は、前記ナノワイヤが突出
する前記表面から少なくとも２μｍの深さまで少なくと
も１体積％の前記ナノワイヤを備えていることを特徴と
する請求項1記載の装置。 - 【請求項９】 平均突出高さの差異は、４０％未満であ
ることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項１０】 前記複合材料は、導電性材料からなる
ことを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項１１】 前記複合材料は、アレイ状のエミッタ
構造として基板上に配置されていることを特徴とする請
求項1記載の装置。 - 【請求項１２】 前記複合材料は、エミッタ構造の一部
であり、当該装置は、更に、該複合材料の少なくとも一
部に亙って配置された開口グリッドを具備し、該グリッ
ドがグリッド層と絶縁層とを備えていることを特徴とす
る請求項1記載の装置。 - 【請求項１３】 前記複合材料は、エミッタ構造の一部
であり、当該装置は、更に、該エミッタの少なくとも一
部に亙って配置された開口グリッドを具備し、該グリッ
ドが、少なくとも第１および第２のグリッド導体層を備
え、該第１のグリッド導体層が、第１の絶縁層により該
エミッタ構造から分離されており、該第１および第２の
グリッド導体層が、第２の絶縁層によって分離されてい
ることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項１４】 前記開口グリッドは、更に、第３およ
び第４のグリッド導体層を備えており、該第３のグリッ
ド導体層が、第３の絶縁層によって該第２のグリッド導
体層から分離されており、該第４のグリッド導体層が、
第４の絶縁層により該第３のグリッド導体層から分離さ
れていることを特徴とする請求項1３記載の装置。 - 【請求項１５】 前記ナノワイヤは、炭素、珪素および
ゲルマニウムから選択されることを特徴とする請求項1
記載の装置。 - 【請求項１６】 電界放出構造を備えた装置を製作する
プロセスであって、 磁性体により少なくとも部分的に被覆され、約０．１μ
ｍから約１０，０００μｍまでの平均長さを有するナノ
ワイヤを提供するステップと、 該ナノワイヤに液状媒体を混合するステップと、 該ナノワイヤが位置合せされるように、該ナノワイヤに
磁界を印加するステップと、 該位置合せされたナノワイヤをマトリクスに固定するス
テップと、 該ナノワイヤの平均直径の少なくとも２倍の平均突出で
該マトリクスの表面からの突出を提供するよう、該位置
合せされたナノワイヤの一部を露出させるステップと、
を含むことを特徴とするプロセス。 - 【請求項１７】 前記磁界は、傾斜磁界であることを特
徴とする請求項１６記載のプロセス。 - 【請求項１８】 前記液状媒体は、前記マトリクスを形
成するように処理されることが可能である先駆物質を含
むことを特徴とする請求項１６記載のプロセス。 - 【請求項１９】 前記液状媒体は、バインダおよび接着
剤の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１６
記載のプロセス。 - 【請求項２０】 前記マトリクスは、導電性材料からな
ることを特徴とする請求項１６記載のプロセス。 - 【請求項２１】 前記磁界の印加により、前記位置合せ
されたナノワイヤの一端が実質的に基板に接触するよ
う、位置合せがもたらされることを特徴とする請求項１
６記載のプロセス。 - 【請求項２２】 前記露出させるステップは、前記マト
リクス材料の表面部分を取除くことを含むことを特徴と
する請求項１６記載のプロセス。 - 【請求項２３】 前記露出させるステップは、除去可能
な層と粒子層のうちの少なくとも一方から、前記ナノワ
イヤを備えた前記マトリクスを分離することを含むこと
を特徴とする請求項１６記載のプロセス。 - 【請求項２４】 前記除去可能な層は、ゲル状層を含む
ことを特徴とする請求項２３記載のプロセス。 - 【請求項２５】 前記露出させるステップは、前記ナノ
ワイヤを備えた前記マトリクスを切断することと、結果
として生じる本体から該マトリクス材料の表面部分を取
除くことと、を含むことを特徴とする請求項１６記載の
プロセス。 - 【請求項２６】 アレイ状の電界放出構造を備えた装置
を製作するプロセスであって、 導電性金属パッドのアレイ状のパターンを備えた基板を
提供するステップと、 液体と、導電性材料と、磁性体により少なくとも部分的
に被覆されたナノワイヤと、を備えた混合物を前記金属
パッド上に沈着させるステップと、 該ナノワイヤが位置合せされるように該ナノワイヤに磁
界を印加するステップと、 該混合物の液体成分を取除き、前記導電性材料を圧密す
ることにより、該ナノワイヤの周囲にマトリクスを形成
することによって該ナノワイヤの一部が該マトリクスの
表面から突出するようにするステップと、を含むことを
特徴とするプロセス。 - 【請求項２７】 前記マトリクスの前記表面からの前記
ナノワイヤの平均突出は、０．１〜１０μｍであること
を特徴とする請求項２６記載のプロセス。 - 【請求項２８】 前記ナノワイヤの平均長さは、０．１
μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項２６記
載のプロセス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/420,157 US6741019B1 (en) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | Article comprising aligned nanowires |
| US09/420157 | 1999-10-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001167692A true JP2001167692A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=23665311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000317257A Pending JP2001167692A (ja) | 1999-10-18 | 2000-10-18 | 位置合せされたナノワイヤを備えた物品および物品を製作するプロセス |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6741019B1 (ja) |
| EP (1) | EP1100106A2 (ja) |
| JP (1) | JP2001167692A (ja) |
| KR (1) | KR20010051096A (ja) |
| AU (1) | AU6543000A (ja) |
| CA (1) | CA2322254A1 (ja) |
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