JP2002115058A - Process for depositing graphite nanofiber thin film by thermal cvd process - Google Patents

Process for depositing graphite nanofiber thin film by thermal cvd process

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JP2002115058A
JP2002115058A JP2000307960A JP2000307960A JP2002115058A JP 2002115058 A JP2002115058 A JP 2002115058A JP 2000307960 A JP2000307960 A JP 2000307960A JP 2000307960 A JP2000307960 A JP 2000307960A JP 2002115058 A JP2002115058 A JP 2002115058A
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carbon
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the adhesion between a metallic thin film undercoat layer and a substrate in the deposition of a graphite nanofiber thin film used for a carbon based electron emission source. SOLUTION: A substrate obtained by depositing the surface of a glass substrate or an Si substrate with a thin film of Fe, Co or an alloy containing at least one kind of those metals into prescribed patterns is placed in an evacuated vacuum chamber and is subjected to heat treatment in a vacuum, after that, a carbon-containing gas and gaseous hydrogen are introduced into the chamber, the pressure in the chamber is kept at about 1 atm., and graphite nanofiber is grown only on the pattern parts on the substrate by a thermal CVD process.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱CVD法による
グラファイトナノファイバー薄膜形成方法に関し、特
に、熱CVD法によりグラファイトナノファイバーを成
長せしめる前に金属薄膜の形成された基板を熱処理する
グラファイトナノファイバー薄膜形成方法に関する。こ
の方法は、平面ディスプレー(電界放出型ディスプレ
ー)やCRTの電子管球の代りに使用される電子発光素
子を製作するために利用され得る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a graphite nanofiber thin film by a thermal CVD method, and more particularly, to a method of heat-treating a substrate on which a metal thin film is formed before growing the graphite nanofiber by a thermal CVD method. The present invention relates to a method for forming a thin film. This method can be used to fabricate an electroluminescent device used in place of a flat display (field emission display) or an electron tube of a CRT.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、加熱することなしに電子を放
出させる電子放出源である冷陰極源として、円錐状の陰
極チップ(W、Mo、Si等からなるチップ)を電極基
板上に形成したものが提案されている。この陰極チップ
の場合、例えば、Moチップを用いて作製したエミッタ
であってディスプレイ用途のものは、現在100V/μ
mの電界で駆動し得るに過ぎない。
2. Description of the Related Art Conventionally, a conical cathode tip (a tip made of W, Mo, Si or the like) is formed on an electrode substrate as a cold cathode source which is an electron emission source for emitting electrons without heating. Things have been suggested. In the case of this cathode chip, for example, an emitter manufactured using a Mo chip and used for a display is currently 100 V / μm.
It can only be driven by an electric field of m.

【0003】上記したように、陰極材料として、Siや
Mo等が検討されてきたが、近年、カーボンナノチュー
ブを陰極材料に用いることが検討されている。カーボン
ナノチューブは、炭素6員環を主構造としたらせん構造
で形成された内部が空洞の円筒形状をもち、極めて微細
な、同心円状に円筒が配置された多重構造の黒鉛繊維で
ある。このカーボンナノチューブは、電子放出特性、耐
熱性、化学的安定性等の性能において、他の金属材料よ
りも優れている。カーボンナノチューブは、通常、アー
ク放電法、レーザー蒸発法、プラズマCVD法等により
作製されている。
As described above, Si, Mo, and the like have been studied as cathode materials. In recent years, the use of carbon nanotubes as cathode materials has been studied. A carbon nanotube is a graphite fiber having a helical structure having a carbon 6-membered ring as a main structure, having a hollow cylindrical shape inside, and having an extremely fine, multi-layered structure in which cylinders are arranged concentrically. This carbon nanotube is superior to other metal materials in performances such as electron emission characteristics, heat resistance, and chemical stability. Carbon nanotubes are usually produced by an arc discharge method, a laser evaporation method, a plasma CVD method, or the like.

【0004】本発明者らは、高電子放出密度、低電界電
子放出性能を有する陰極材料について、鋭意研究・開発
を進めてきたが、炭素含有ガスと水素ガスとを用いて熱
CVD法により成膜せしめる過程で、従来報告されてい
ない構造を有するグラファイトナノファイバーを見出
し、このグラファイトナノファイバーに優れた電子放出
特性があることから、平成12年2月4日付及び12年
3月28日付で、それぞれ、特願2000−28001
号及び2000−89468号として特許出願した。こ
のグラファイトナノファイバーは、上記カーボンナノチ
ューブと違って、グラフェンシートが小さな断片に切れ
て積層した中実であり、例えば、截頭円錐形状を有する
結晶が積層されてなる円柱状構造を有し、その中心に貫
通空隙が存在し、この空隙は中空であるか又はアモルフ
ァスカーボンで充填されているものである。得られたグ
ラファイトナノファイバーは、直径が10nm〜600
nmであり、直径が10nm未満であるものは、今のと
ころ合成できておらず、また、600nmを超えるもの
は電子放出性能が劣る。このようなグラファイトナノフ
ァイバーは、高電子放出特性、低電界電子放出性能等の
ような優れた電子放出特性を有する陰極材料として有用
である。
The present inventors have intensively studied and developed a cathode material having a high electron emission density and a low field electron emission performance. However, the cathode material was formed by a thermal CVD method using a carbon-containing gas and a hydrogen gas. In the process of forming a film, a graphite nanofiber having a structure which has not been reported was found, and since the graphite nanofiber has excellent electron emission characteristics, it was found on February 4, 2000 and March 28, 2000 that: See Japanese Patent Application 2000-28001
No. and 2000-89468. Unlike the carbon nanotubes, the graphite nanofiber is a solid in which a graphene sheet is cut into small pieces and stacked, and has, for example, a columnar structure in which crystals having a truncated cone shape are stacked. There is a through cavity at the center, which is hollow or filled with amorphous carbon. The obtained graphite nanofiber has a diameter of 10 nm to 600 nm.
Those having a diameter of 10 nm and a diameter of less than 10 nm have not been synthesized so far, and those having a diameter of more than 600 nm have poor electron emission performance. Such a graphite nanofiber is useful as a cathode material having excellent electron emission characteristics such as high electron emission characteristics and low field electron emission performance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来のカーボンナノチューブを冷陰極源(電子
放出源)として利用しようとする場合、カーボンナノチ
ューブからの電子放出がその先端又は欠陥箇所から生じ
るために、CRT用電子源のように高い電流密度が要求
される電子放出源としては、今のところ応用できないと
いう問題がある。
However, when trying to use the above-mentioned conventional carbon nanotube as a cold cathode source (electron emission source), electron emission from the carbon nanotube occurs from its tip or from a defect. In addition, there is a problem that it cannot be applied as an electron emission source requiring a high current density, such as a CRT electron source.

【0006】本発明者らは、上記したような熱CVD法
によるグラファイトナノファイバー薄膜の形成に関する
技術では、被処理基板上の所定の箇所に効率よくグラフ
ァイトナノファイバー薄膜を形成せしめることが困難で
あることから、グラファイトナノファイバー薄膜を所定
の箇所に選択的に形成させ得る方法を見出したが、この
形成方法を実施する場合、グラファイトナノファイバー
薄膜を形成せしめる下地層の金属薄膜と基板との間の密
着性がやや劣り、金属薄膜が基板から剥がれてしまうこ
とがある。
The present inventors have found that it is difficult to efficiently form a graphite nanofiber thin film at a predetermined position on a substrate to be processed by the technique relating to the formation of a graphite nanofiber thin film by the thermal CVD method as described above. From this fact, a method was found in which a graphite nanofiber thin film could be selectively formed at a predetermined location.However, when this forming method was implemented, the distance between the metal thin film of the base layer for forming the graphite nanofiber thin film and the substrate was reduced Adhesion may be slightly poor, and the metal thin film may peel off from the substrate.

【0007】本発明は、上記問題点を解消するものであ
り、高電子放出密度、低電界電子放出性能を達成するこ
とのできる陰極材料として、炭素系電子放出源となり得
るグラファイトナノファイバー薄膜を形成する際に、下
地層の金属薄膜と基板との間の密着性を向上せしめるこ
とを課題とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, and forms a graphite nanofiber thin film that can serve as a carbon-based electron emission source as a cathode material that can achieve high electron emission density and low field electron emission performance. It is another object of the present invention to improve the adhesion between the metal thin film of the underlayer and the substrate.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のグラファイトナ
ノファイバー薄膜形成方法は、ガラス基板又はSi基板
上に、Fe、Co又はこれらの金属の少なくとも1種を
含んだ合金の薄膜を所定のパターンに形成せしめた基板
を被処理基板とし、熱CVD法により、炭素含有ガス及
び水素ガスを用いて、該被処理基板上のパターン部分の
みにグラファイトナノファイバーを均一に成長せしめる
成膜方法であって、該熱CVD法を行う前に該被処理基
板を真空下熱処理することからなり、これにより該金属
薄膜パターン部分の基板への密着性を向上せしめる。
According to a method of forming a graphite nanofiber thin film of the present invention, a thin film of Fe, Co or an alloy containing at least one of these metals is formed in a predetermined pattern on a glass substrate or a Si substrate. A film forming method in which the formed substrate is used as a substrate to be processed, and a carbon nano-gas and a hydrogen gas are used by a thermal CVD method to grow graphite nanofibers uniformly only in a pattern portion on the substrate to be processed. Before performing the thermal CVD method, the substrate to be processed is subjected to a heat treatment under vacuum, whereby the adhesion of the metal thin film pattern portion to the substrate is improved.

【0009】また、本発明のグラファイトナノファイバ
ー薄膜形成方法は、ガラス基板又はSi基板上に、F
e、Co又はこれらの金属の少なくとも1種を含んだ合
金の薄膜を所定のパターンに形成せしめた基板を被処理
基板として用い、真空排気した真空チャンバー内に載置
された該被処理基板を赤外線ランプで加熱し、炭素含有
ガス及び水素ガスを真空チャンバー内へ導入し、真空チ
ャンバー内の圧力をほぼ1気圧に維持して、該被処理基
板上のパターン部分のみに熱CVD法によりグラファイ
トナノファイバーを均一に成長せしめる成膜方法であっ
て、該熱CVD法を行う前に該被処理基板を真空下熱処
理し、該パターン部分の基板への密着性を向上せしめる
ことからなる。
Further, the method for forming a graphite nanofiber thin film of the present invention comprises the steps of:
e, Co, or a substrate on which a thin film of an alloy containing at least one of these metals is formed in a predetermined pattern is used as a substrate to be processed. Heating with a lamp, introducing a carbon-containing gas and a hydrogen gas into the vacuum chamber, maintaining the pressure in the vacuum chamber at approximately 1 atm. Is a film forming method for uniformly growing the substrate, wherein the substrate to be processed is subjected to a heat treatment under vacuum before the thermal CVD method is performed to improve the adhesion of the pattern portion to the substrate.

【0010】前記熱処理を行う温度は、400℃以上、
基板の耐熱温度以下であることが好ましい。熱処理温度
が400℃未満だと金属薄膜パターン部分の基板への密
着性が向上せず、また、基板の耐熱温度を超えると基板
が変形してしまうという問題がある。
The temperature at which the heat treatment is performed is 400 ° C. or higher,
The temperature is preferably lower than the heat resistance temperature of the substrate. If the heat treatment temperature is lower than 400 ° C., the adhesion of the metal thin film pattern portion to the substrate will not be improved, and if the heat treatment temperature exceeds the heat resistant temperature of the substrate, the substrate will be deformed.

【0011】前記炭素含有ガスと水素ガスとの混合比
は、容量基準で、炭素含有ガス/水素ガス=0.1〜1
0であることが好ましい。混合比が0.1未満である
と、グラファイトナノファイバー薄膜を効率よく形成す
ることが難しく、また、10を超えると、炭素含有ガス
濃度が濃すぎてグラファイトナノファイバー薄膜の形成
プロセスを制御することが実質的に難しいという問題が
ある。なお、水素ガスは、気相反応における希釈及び触
媒作用のために使用されるものである。
The mixing ratio of the carbon-containing gas and the hydrogen gas is, based on the volume, carbon-containing gas / hydrogen gas = 0.1 to 1
It is preferably 0. If the mixing ratio is less than 0.1, it is difficult to efficiently form the graphite nanofiber thin film, and if it exceeds 10, the carbon-containing gas concentration is too high to control the process of forming the graphite nanofiber thin film. There is a problem that is substantially difficult. The hydrogen gas is used for dilution and catalysis in a gas phase reaction.

【0012】前記熱CVD法を実施する温度は450〜
650℃であることが好ましい。450℃未満である
と、原料ガスとしての炭素含有ガスがほとんど分解され
ないので、グラファイトナノファイバーの成長速度が極
めて遅くなり経済的でないという問題がある。また、温
度が高いほど成長速度は速くなるが、650℃を超える
とグラファイトナノファイバー薄膜の形成プロセスを制
御することが実質的に難しくなるという問題がある。
The temperature for performing the thermal CVD method is 450 to
Preferably it is 650 ° C. If the temperature is lower than 450 ° C., the carbon-containing gas as a raw material gas is hardly decomposed, so that there is a problem that the growth rate of the graphite nanofiber becomes extremely slow and it is not economical. In addition, the growth rate increases as the temperature increases, but if it exceeds 650 ° C., there is a problem that it is substantially difficult to control the process of forming the graphite nanofiber thin film.

【0013】前記炭素含有ガスとしては、例えば、一酸
化炭素、二酸化炭素、又はメタンのような低級炭化水素
等の炭素含有ガスを用いることができ、一酸化炭素又は
二酸化炭素が好ましい。
As the carbon-containing gas, for example, a carbon-containing gas such as carbon monoxide, carbon dioxide, or a lower hydrocarbon such as methane can be used, and carbon monoxide or carbon dioxide is preferable.

【0014】また、前記金属薄膜を所定のパターンに形
成せしめ、熱処理を行った後、該薄膜の表面をウエット
エッチング法等によりエッチングして、その表面状態を
粗くし、次いで、熱CVD法を行うことが好ましく、こ
れによりグラファイトナノファイバーの成長が極めて良
好になる。
After the metal thin film is formed in a predetermined pattern and subjected to a heat treatment, the surface of the thin film is etched by a wet etching method or the like to roughen the surface state, and then a thermal CVD method is performed. It is preferred that the growth of graphite nanofibers be very good.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の方法によれば、グラファ
イトナノファイバー薄膜は、上記したように、Fe、C
o、又はこれらの金属の少なくとも1種を含んだ合金の
金属薄膜を所定のパターンに形成せしめたガラス基板又
はSi基板を、まず、所定の温度で真空下熱処理し、次
いで、熱CVD法により、例えば、一酸化炭素、二酸化
炭素等のような炭素含有ガス及び水素ガスを用いて、4
50〜650℃で、該金属薄膜パターン上にのみグラフ
ァイトナノファイバーを均一に成長せしめることによっ
て作製される。この真空下熱処理により、該パターンと
基板との間の密着性が向上する。
According to the method of the present invention, a graphite nanofiber thin film is made of Fe, C
o, or a glass substrate or a Si substrate on which a metal thin film of an alloy containing at least one of these metals is formed in a predetermined pattern, first heat-treated under vacuum at a predetermined temperature, and then by a thermal CVD method, For example, using a carbon-containing gas such as carbon monoxide and carbon dioxide, and hydrogen gas,
It is manufactured by uniformly growing graphite nanofibers only at the metal thin film pattern at 50 to 650 ° C. The heat treatment under vacuum improves the adhesion between the pattern and the substrate.

【0016】被処理基板上への金属薄膜パターンの形成
法は特に制限されないが、例えば、スパッタ法、CVD
法、蒸着法(例えば、EB蒸着法)等を用いて、通常の
条件下で、基板上の所定の箇所にパターンを形成・付着
せしめることにより行われ得る。あるいはまた、基板表
面上に公知の感光性樹脂液を塗布して行うフォトリソグ
ラフ工程によって、印刷工程によって、又はメッキ工程
等によって、基板表面の所定の箇所に前記金属薄膜パタ
ーンが施された基板を得、この基板を真空下熱処理した
後、この金属薄膜が施された箇所に上記のようにして熱
CVD法によりグラファイトナノファイバーを均一に成
長させ、成膜してもよい。前記パターンの形状は特に制
限されるわけではなく、直線でも、曲線でも、点線で
も、又はその他の任意形状のものでもよい。
The method of forming the metal thin film pattern on the substrate to be processed is not particularly limited.
It can be performed by forming and attaching a pattern to a predetermined location on the substrate under normal conditions using a method, an evaporation method (for example, an EB evaporation method), or the like. Alternatively, a substrate having the metal thin film pattern applied to a predetermined portion of the substrate surface by a photolithographic process performed by applying a known photosensitive resin liquid on the substrate surface, by a printing process, or by a plating process, etc. Then, after heat-treating this substrate under vacuum, graphite nanofibers may be uniformly grown and formed by thermal CVD at the place where the metal thin film has been applied as described above. The shape of the pattern is not particularly limited, and may be a straight line, a curve, a dotted line, or any other shape.

【0017】本発明のグラファイトナノファイバー薄膜
形成方法では、まず、上記したような金属薄膜パターン
を備えた被処理基板を装着した基板ホルダーを、赤外線
ランプを備えた熱CVD装置の真空チャンバー内に配設
した支柱上に載置し、該チャンバー内を、通常、0.1
〜0.01Torrになるまで真空排気を行う。次い
で、真空チャンバーの上方部分に、被処理基板に対向し
て設けられた複数の赤外線ランプを付勢して400℃以
上、基板の耐熱温度以下の温度で1〜30分間真空下熱
処理する。その後、炭素含有ガスと水素ガスとの混合ガ
スを、所定の容量比で、好ましくは炭素含有ガス/水素
ガス=0.1〜10で該チャンバー内に導入し、ガス置
換を行う。その際、上記赤外線ランプを用いて該基板を
加熱し、好ましくは450℃〜650℃の温度で、該基
板上の金属薄膜パターン上にのみグラファイトナノファ
イバーを均一に成長せしめて、グラファイトナノファイ
バー薄膜を形成する。このようにして得られるグラファ
イトナノファイバーは、直径10〜100nm程度であ
る。該混合ガスは、真空チャンバー内への導入前に予め
加熱しておけば、短時間で成膜温度まで上昇することが
できると共に、このような加熱手段を設けることによ
り、成膜速度を調節することもできる。
In the method of forming a graphite nanofiber thin film according to the present invention, first, a substrate holder on which a substrate to be processed having the above-described metal thin film pattern is mounted is placed in a vacuum chamber of a thermal CVD apparatus provided with an infrared lamp. And placed inside the chamber, usually 0.1 mm
Vacuum exhaust is performed until the pressure becomes about 0.01 Torr. Next, a plurality of infrared lamps provided to face the substrate to be processed are energized in the upper part of the vacuum chamber, and a heat treatment is performed in a vacuum at a temperature of 400 ° C. or more and a heat resistant temperature of the substrate for 1 to 30 minutes. Thereafter, a mixed gas of a carbon-containing gas and a hydrogen gas is introduced into the chamber at a predetermined volume ratio, preferably at a carbon-containing gas / hydrogen gas ratio of 0.1 to 10 to perform gas replacement. At this time, the substrate is heated using the infrared lamp, and preferably at a temperature of 450 ° C. to 650 ° C., the graphite nanofibers are grown uniformly only on the metal thin film pattern on the substrate, and the graphite nanofiber thin film is formed. To form The graphite nanofiber thus obtained has a diameter of about 10 to 100 nm. If the mixed gas is heated in advance before being introduced into the vacuum chamber, the temperature can be raised to the film forming temperature in a short time, and the film forming speed is adjusted by providing such a heating means. You can also.

【0018】上記のように、熱CVD法を実施する前
に、金属薄膜パターンの形成された基板を熱処理するこ
とで、該パターンと基板との間の密着性が向上する。こ
のようにして得られたグラファイトナノファイバーは、
炭素系電子放出源からの電界電子放出特性について、高
性能化することが可能になる。すなわち、従来のカーボ
ンナノチューブと同程度の低印加電圧で、CRT用電子
源に使用できる程度まで十分な高電流密度の電子放出が
可能になる。
As described above, before the thermal CVD method is performed, the substrate on which the metal thin film pattern is formed is heat-treated, whereby the adhesion between the pattern and the substrate is improved. The graphite nanofiber obtained in this way is
The field emission characteristics of the carbon-based electron emission source can be improved. In other words, it is possible to emit electrons at a sufficiently high current density at a voltage as low as that of a conventional carbon nanotube, so as to be used for a CRT electron source.

【0019】本発明のグラファイトナノファイバー薄膜
形成方法を実施するために用いられる熱CVD装置とし
ては、特に制限されるわけではないが、例えば、添付図
面の図1及び2に示すような構成を有する装置を使用す
ることができる。
The thermal CVD apparatus used to carry out the method for forming a graphite nanofiber thin film of the present invention is not particularly limited, but has, for example, a structure as shown in FIGS. 1 and 2 in the accompanying drawings. The device can be used.

【0020】本発明の方法を実施するために用いられる
熱CVD装置の一つの例は、特願2000−89468
号に記載された装置である。この装置は、図1に示すよ
うに、成膜室を構成するステンレス製の真空チャンバー
1内に水素ガスと共に原料ガスを導入し、基板ホルダー
2に装着した被処理基板3上にグラファイトナノファイ
バー薄膜を形成するための装置であって、基板ホルダー
2に対向する真空チャンバー1の上部壁面に石英のよう
な耐熱性ガラスからなる赤外線透過窓4を設け、この赤
外線透過窓4の外側に、基板加熱用の赤外線ヒーター5
を設け、赤外線ヒーター5により基板3を加熱した状態
で、グラファイトナノファイバー薄膜を基板上に形成す
ることができるように構成されている。薄膜形成の際の
真空チャンバー内の圧力は、ほぼ1気圧に維持される。
また、金属薄膜のパターンが形成された被処理基板3の
熱処理は、前記真空チャンバー1内で真空下で行われ得
る。
One example of a thermal CVD apparatus used to carry out the method of the present invention is disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-89468.
It is the device described in the item. As shown in FIG. 1, this apparatus introduces a raw material gas together with a hydrogen gas into a stainless steel vacuum chamber 1 constituting a film forming chamber, and deposits a graphite nanofiber thin film on a substrate 3 to be processed mounted on a substrate holder 2. An infrared transmission window 4 made of heat-resistant glass such as quartz is provided on an upper wall surface of a vacuum chamber 1 facing a substrate holder 2, and a substrate heating device is provided outside the infrared transmission window 4. Infrared heater 5 for
Is provided so that the graphite nanofiber thin film can be formed on the substrate while the substrate 3 is heated by the infrared heater 5. The pressure in the vacuum chamber during the formation of the thin film is maintained at approximately 1 atm.
The heat treatment of the substrate 3 on which the metal thin film pattern is formed may be performed in the vacuum chamber 1 under vacuum.

【0021】真空チャンバー1は、バルブ6を介して真
空ポンプ7に接続され、真空チャンバー1内を排気でき
るようになっており、真空チャンバー1には、真空計8
が取り付けられ、チャンバー内の圧力をモニターできる
ようになっている。
The vacuum chamber 1 is connected to a vacuum pump 7 through a valve 6 so that the inside of the vacuum chamber 1 can be evacuated.
Is attached so that the pressure in the chamber can be monitored.

【0022】真空チャンバー1にはまた、ガス供給系9
が接続されている。このガス供給系9は、バルブ10a
からガス流量調節器10b及び圧力調整器10cを介し
て、一酸化炭素ガス等の原料ガスボンベ10dにガス配
管にて直列に連なっている原料ガス供給系と、バルブ1
1aからガス流量調節器11b及び圧力調整器11cを
介して、水素ガスボンベ11dにガス配管にて直列に連
なっている水素ガス供給系とを並列に備え、原料ガス供
給系と水素ガス供給系とはバルブ10a、11aと真空
チャンバー1との間で合流し、真空チャンバー内に炭素
含有ガス及び水素ガスの混合ガスが供給されるようにな
っている。なお、混合ガスは赤外線ヒーター5で加熱さ
れることなく被処理基板3上に到達されるようにする。
The vacuum chamber 1 also has a gas supply system 9.
Is connected. The gas supply system 9 includes a valve 10a
A source gas supply system connected in series to a source gas cylinder 10d of carbon monoxide gas or the like via a gas pipe via a gas flow controller 10b and a pressure controller 10c;
1a, a hydrogen gas supply system serially connected to a hydrogen gas cylinder 11d by a gas pipe via a gas flow controller 11b and a pressure regulator 11c is provided in parallel, and the raw material gas supply system and the hydrogen gas supply system It merges between the valves 10a and 11a and the vacuum chamber 1, and a mixed gas of a carbon-containing gas and a hydrogen gas is supplied into the vacuum chamber. The mixed gas is allowed to reach the target substrate 3 without being heated by the infrared heater 5.

【0023】上記真空チャンバー1の外側には真空チャ
ンバーを冷却する冷却手段12が設けられ、真空チャン
バー1の内壁は絶縁体13で被覆されており、赤外線透
過窓4は耐熱ガラスで構成され、また、基板ホルダー2
には抵抗加熱式ヒーター14が設けられていてもよい。
A cooling means 12 for cooling the vacuum chamber is provided outside the vacuum chamber 1, the inner wall of the vacuum chamber 1 is covered with an insulator 13, the infrared transmission window 4 is made of heat-resistant glass, and , Substrate holder 2
May be provided with a resistance heater 14.

【0024】また、本発明の方法を実施するために用い
られる別の熱CVD装置は、図2に示すように、成膜室
を構成するステンレス等の金属製の真空チャンバー21
とロードロック室22とを備えたものである。この真空
チャンバー21内には被処理基板23の装着された基板
ホルダー24を載置するための支柱25が任意の数で設
けられ、ロードロック室22内には、搬送ロボット26
が設けられている。また、該ロードロック室22には、
真空ポンプ27が接続され、さらに、真空計29が取り
付けられて、室内の真空度を測定し、モニターできるよ
うになっている。被処理基板23の装着された基板ホル
ダー24は、搬送ロボット26によって基板貯蔵室から
ロードロック室22に搬送される。次いで、ロードロッ
ク室22内を所定の真空度(0.01Torr程度)に
なるまで真空排気した後、ゲートバルブ30を開けて、
所定の真空度に真空排気された真空チャンバー21内に
被処理基板23の装着された基板ホルダー24を搬送
し、支柱25上に載置する。そして、搬送ロボット26
がロードロック室22へ戻されると、ゲートバルブ30
を閉じる。上記では被処理基板23の装着された基板ホ
ルダー24を搬送する基板ホルダー搬送であったが、被
処理基板23を搬送して、真空チャンバー21内の支柱
25上に固定して設けられている基板ホルダー24上に
該基板を載置する基板搬送でもよい。
As shown in FIG. 2, another thermal CVD apparatus used for carrying out the method of the present invention is a vacuum chamber 21 made of a metal such as stainless steel which constitutes a film forming chamber.
And a load lock chamber 22. Arbitrary columns 25 for mounting a substrate holder 24 on which a substrate 23 is mounted are provided in the vacuum chamber 21, and a transfer robot 26 is provided in the load lock chamber 22.
Is provided. Also, in the load lock chamber 22,
A vacuum pump 27 is connected, and a vacuum gauge 29 is further attached so that the degree of vacuum in the room can be measured and monitored. The substrate holder 24 on which the substrate 23 is mounted is transferred from the substrate storage chamber to the load lock chamber 22 by the transfer robot 26. Next, after evacuating the inside of the load lock chamber 22 to a predetermined degree of vacuum (about 0.01 Torr), the gate valve 30 is opened,
The substrate holder 24 on which the substrate to be processed 23 is mounted is transported into the vacuum chamber 21 evacuated to a predetermined degree of vacuum, and is placed on the support 25. And the transfer robot 26
Is returned to the load lock chamber 22, the gate valve 30
Close. In the above description, the substrate holder is transported to transport the substrate holder 24 on which the substrate 23 to be processed is mounted. However, the substrate 23 transported to the substrate 23 and fixed on the support 25 in the vacuum chamber 21 is provided. The substrate may be transferred to place the substrate on the holder 24.

【0025】真空チャンバー21の上方壁面には、被処
理基板23と対向して、石英のような耐熱ガラスからな
る赤外線透過窓31が設けられ、この窓の外側に所定の
配列を有してなる複数の赤外線ランプ32が取り付けら
れ、被処理基板23を均一に加熱できるように構成され
ている。
An infrared transmission window 31 made of heat-resistant glass such as quartz is provided on the upper wall surface of the vacuum chamber 21 so as to face the substrate 23 to be processed, and has a predetermined arrangement outside the window. A plurality of infrared lamps 32 are attached, and are configured to uniformly heat the substrate 23 to be processed.

【0026】真空チャンバー21には、バルブ33aを
介して真空ポンプ34が接続され、真空チャンバー内を
真空排気できるように構成されている。また、真空ポン
プ34をバイパスする配管28がバルブ39を介在させ
て設けられている。更に、真空チャンバー21には、任
意の箇所に真空計35が取り付けられ、真空チャンバー
内の真空度を測定し、モニターできるようになってい
る。真空計35は、このような排気系の任意の箇所に接
続されていてもよい。なお、金属薄膜のパターンが形成
された被処理基板23の真空下熱処理は、前記真空チャ
ンバー21内で行われ得る。
A vacuum pump 34 is connected to the vacuum chamber 21 via a valve 33a, so that the inside of the vacuum chamber can be evacuated. Further, a pipe 28 that bypasses the vacuum pump 34 is provided with a valve 39 interposed. Further, a vacuum gauge 35 is attached to the vacuum chamber 21 at an arbitrary position so that the degree of vacuum in the vacuum chamber can be measured and monitored. The vacuum gauge 35 may be connected to any part of such an exhaust system. The heat treatment under vacuum of the substrate 23 on which the pattern of the metal thin film is formed may be performed in the vacuum chamber 21.

【0027】また、真空チャンバー21にはガス供給系
36が接続されている。このガス供給系36は、バルブ
37aからガス流量調節器37b、圧力調整器37c及
びバルブ37dを介して、一酸化炭素等の原料ガスボン
ベ37eにガス配管にて直列に連なっている原料ガス供
給系と、バルブ38aからガス流量調節器38b、圧力
調整器38c及びバルブ38dを介して、水素ガスボン
ベ38eにガス配管にて直列に連なっている水素ガス供
給系とを並列に備えている。原料ガス供給系と水素ガス
供給系とは、バルブ37a、38aと真空チャンバー2
1との間で合流し、真空チャンバー21内に炭素含有ガ
ス及び水素ガスの混合ガスを供給するように構成されて
いる。混合ガスの導入は、被処理基板23又は基板ホル
ダー24の載置位置よりも下方であって、該基板をその
外側の近傍で囲繞するように設けられたガス噴射ノズル
手段を介して行われる。ガス供給系36に接続された該
ガス噴射ノズル手段は、内部にガス流路を備えると共
に、その上面に、該内部ガス流路に連通する複数のガス
噴射口が列設されているものであって、真空チャンバー
内に、ガスを均一に噴射し得るものであれば、その形状
は問わない。このガス噴射ノズル手段は、真空チャンバ
ー21内の底壁及び/又は側壁面に面接触して配設され
ていることが好ましい。該ガス噴射ノズル手段の冷却の
ためである。このようなガス噴射ノズル手段を設けるこ
とにより、混合ガスは、複数のガス噴射口から上方に向
かって噴射されると、被処理基板23の上方全体にわた
って均一に拡散し、次いで、下方に向かって均等に降下
し、被処理基板全体にわたって一様に到達する。かくし
て均一な膜厚分布が達成できる。なお、真空チャンバー
21内に配設されているガス噴射ノズル手段は、Cu等
のような熱伝導率の高い金属製であることが好ましい。
Further, a gas supply system 36 is connected to the vacuum chamber 21. The gas supply system 36 is connected to a source gas supply system connected in series to a source gas cylinder 37e of carbon monoxide or the like by a gas pipe via a valve 37a, a gas flow controller 37b, a pressure regulator 37c, and a valve 37d. , A hydrogen gas supply system connected in series to a hydrogen gas cylinder 38e via a gas pipe via a gas flow controller 38b, a pressure controller 38c, and a valve 38d from the valve 38a. The source gas supply system and the hydrogen gas supply system are provided with valves 37a, 38a and vacuum chamber 2
1 and is configured to supply a mixed gas of a carbon-containing gas and a hydrogen gas into the vacuum chamber 21. The introduction of the mixed gas is performed through gas injection nozzle means provided below the position where the substrate 23 or the substrate holder 24 is placed and surrounding the substrate near the outside thereof. The gas injection nozzle means connected to the gas supply system 36 has a gas flow path inside, and a plurality of gas injection ports communicating with the internal gas flow path are arranged on the upper surface thereof. Any shape can be used as long as the gas can be uniformly injected into the vacuum chamber. It is preferable that the gas injection nozzle means be disposed in surface contact with the bottom wall and / or the side wall surface in the vacuum chamber 21. This is for cooling the gas injection nozzle means. By providing such a gas injection nozzle means, when the mixed gas is injected upward from the plurality of gas injection ports, the mixed gas is uniformly diffused over the entire substrate 23 to be processed, and then downward. It descends uniformly and reaches uniformly over the whole substrate to be processed. Thus, a uniform film thickness distribution can be achieved. The gas injection nozzle means provided in the vacuum chamber 21 is preferably made of a metal having a high thermal conductivity such as Cu.

【0028】さらに、真空チャンバー21の内壁は、鏡
面研磨仕上げされていてもよく、また、内壁にアルミナ
等の絶縁体が溶射により被覆されていてもよい。これ
は、生成するグラファイトナノファイバーが壁面に付着
しないようにするためである。また、真空チャンバー壁
面へのグラファイトナノファイバーの付着を防止するた
めに、壁面を冷却する手段として、チャンバー外周に、
冷却媒体、例えば冷却水を流す冷却管等を設けてもよ
い。さらに、真空チャンバー21内に導入される混合ガ
スを予め加熱するための加熱機構を設けてもよい。
Further, the inner wall of the vacuum chamber 21 may be mirror-polished, or the inner wall may be coated with an insulator such as alumina by thermal spraying. This is to prevent the generated graphite nanofiber from adhering to the wall surface. In addition, in order to prevent graphite nanofibers from adhering to the vacuum chamber wall surface, as a means for cooling the wall surface, on the outer periphery of the chamber,
A cooling medium, for example, a cooling pipe through which cooling water flows may be provided. Further, a heating mechanism for preheating the mixed gas introduced into the vacuum chamber 21 may be provided.

【0029】[0029]

【実施例】上記構成を有する熱CVD装置のうち、図2
に示す装置を用いて行うグラファイトナノファイバー薄
膜の形成について、以下、実施例により説明する。 (実施例1)EB蒸着法により、ガラス基板上の所定の
箇所(所定形状のパターン部分)のみにFeを100n
mの厚さで蒸着した。このようにFeがパターン蒸着さ
れた基板23を基板ホルダー24上に装着したものを、
基板貯蔵室から搬送ロボット26により、熱CVD装置
の真空チャンバー21内の基板ホルダー用支柱25上に
載置した。真空ポンプ34を作動すると共に、バルブ3
3a、33bを開状態にし、真空チャンバー内の圧力を
真空計35で測定しながら、0.05Torr程度にな
るまで真空排気を行った。この状態で、赤外線ランプ3
2を付勢して基板温度を500℃にし、この温度で5分
間にわたって真空下熱処理を行った。その後、一酸化炭
素ガスボンベ37eと水素ガスボンベ38eとの元栓を
開き、圧力調整器37c、38cにより約1気圧(絶対
圧力)に調整し、そしてバルブ37a、38aを開き、
ガス流量調節器37b、38bにより、一酸化炭素ガス
と水素ガスとの混合ガス(容量比で、CO:H2=3
0:70)を約1000sccm程度に調整して、真空
チャンバー21内に、被処理基板ホルダー24の下方か
ら、ガス噴射ノズル手段を介して導入し、ガス置換を行
った。この時、バルブ33a、33bを閉状態にし、真
空ポンプ34を停止してバイパス配管28のバルブ39
を開状態にしておき、真空チャンバー21内がほぼ大気
圧(760Torr)となるようにした。この場合、赤
外線ランプ32を付勢して被処理基板23を500℃に
加熱した状態で混合ガスを導入した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG.
Hereinafter, formation of a graphite nanofiber thin film using the apparatus shown in (1) will be described with reference to examples. (Embodiment 1) 100 n of Fe was deposited only on a predetermined portion (pattern portion of a predetermined shape) on a glass substrate by EB vapor deposition.
m in thickness. The substrate 23 on which the Fe pattern is deposited in this manner is mounted on a substrate holder 24.
The substrate was placed on the substrate holder support 25 in the vacuum chamber 21 of the thermal CVD apparatus by the transfer robot 26 from the substrate storage room. Activate the vacuum pump 34 and operate the valve 3
3a and 33b were opened, and while the pressure in the vacuum chamber was measured with the vacuum gauge 35, the vacuum evacuation was performed until the pressure became about 0.05 Torr. In this state, the infrared lamp 3
2 was energized to bring the substrate temperature to 500 ° C., and a heat treatment under vacuum was performed at this temperature for 5 minutes. Thereafter, the main stoppers of the carbon monoxide gas cylinder 37e and the hydrogen gas cylinder 38e are opened, the pressure is adjusted to about 1 atm (absolute pressure) by the pressure regulators 37c, 38c, and the valves 37a, 38a are opened.
By the gas flow controllers 37b and 38b, a mixed gas of carbon monoxide gas and hydrogen gas (CO: H 2 = 3 by volume ratio)
0:70) was adjusted to about 1000 sccm, and introduced into the vacuum chamber 21 from below the substrate holder 24 to be processed through gas injection nozzle means to perform gas replacement. At this time, the valves 33a and 33b are closed, the vacuum pump 34 is stopped, and the valve 39 of the bypass pipe 28 is closed.
Was kept in an open state, so that the inside of the vacuum chamber 21 was almost at atmospheric pressure (760 Torr). In this case, the mixed gas was introduced in a state where the substrate 23 was heated to 500 ° C. by energizing the infrared lamp 32.

【0030】本実施例では、真空チャンバー21内の圧
力が大気圧になった後、赤外線ランプ32を付勢して被
処理基板23を500℃に加熱し、この温度で20分間
にわたって、熱CVD法により該基板上でグラファイト
ナノファイバーの成長反応を行った。一酸化炭素ガスが
被処理基板23上に達すると、一酸化炭素が解離し、被
処理基板上に蒸着されたFe薄膜パターンの上にのみグ
ラファイトナノファイバー薄膜が形成した。成長反応の
終了した基板を真空チャンバー21から取り出して、走
査型電子顕微鏡(SEM)により表面状態を観測したと
ころ、グラファイトナノファイバー薄膜はFeが蒸着さ
れた箇所であるパターン上にのみ成長していること(図
3のA部分:×100)、また、多数のグラファイトナ
ノファイバーが基板上にカールした状態で成長している
こと(図4:×40000)が確認された。得られたグ
ラファイトナノファイバーの直径は10nm〜100n
m程度の範囲内にあった。
In this embodiment, after the pressure in the vacuum chamber 21 reaches the atmospheric pressure, the infrared lamp 32 is energized to heat the substrate 23 to 500 ° C., and the thermal CVD is performed at this temperature for 20 minutes. A growth reaction of graphite nanofibers was performed on the substrate by the method. When the carbon monoxide gas reached the target substrate 23, the carbon monoxide was dissociated, and a graphite nanofiber thin film was formed only on the Fe thin film pattern deposited on the target substrate. The substrate after the growth reaction was taken out of the vacuum chamber 21 and the surface state was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, the graphite nanofiber thin film grew only on the pattern where Fe was deposited. (A in FIG. 3: × 100), and it was confirmed that a large number of graphite nanofibers were growing on the substrate in a curled state (FIG. 4: × 40000). The diameter of the obtained graphite nanofiber is 10 nm to 100 n.
m.

【0031】次いで、このようにして得られたグラファ
イトナノファイバー薄膜からなる電子放出源の特性を測
定した。その結果、印加電界が1V/μmに達したとこ
ろで電子放出の開始が確認され、その後印加電界を大き
くするに従って電子放出量が増加し、5V/μmで、約
100mA/cm2に達した。
Next, the characteristics of the electron emission source composed of the graphite nanofiber thin film thus obtained were measured. As a result, when the applied electric field reached 1 V / μm, the start of electron emission was confirmed. Thereafter, as the applied electric field was increased, the amount of electron emission increased, and reached about 100 mA / cm 2 at 5 V / μm.

【0032】上記のようにして得られたグラファイトナ
ノファイバー薄膜の形成された基板及び熱処理を行わず
に上記と同様に熱CVD処理した基板について、Fe薄
膜パターンの基板への密着性を検討するため、薄膜剥離
試験を行い、Fe薄膜の剥がれ性を観測した。その結
果、熱処理を行った後に熱CVD法により成膜した場
合、Fe薄膜パターンの剥がれはほとんど見られず、パ
ターンは保持されており、密着性は良好であったが、該
熱処理を行わずに熱CVD法により成膜した場合、Fe
薄膜は基板からやや剥がれる傾向が見られた。 (実施例2)スパッタ法により、ガラス基板上の所定形
状のパターン部分のみにFe薄膜を100nmの厚さで
形成した。次いで、実施例1と同様の手順に従ってグラ
ファイトナノファイバー薄膜を形成した。すなわち、F
eがパターン形成された被処理基板23の装着された基
板ホルダー24を、基板貯蔵室から搬送ロボット26に
より、図2に示す熱CVD装置の真空チャンバー21内
の基板ホルダー用支柱25上に載置し、真空チャンバー
21内を0.05Torrになるまで真空排気した後、
基板温度500℃で5分間真空下熱処理を行った。その
後、水素ガスと原料ガスとしての一酸化炭素との混合ガ
スを、CO:H2=30:70の容量比で真空チャンバ
ー21内に導入し、ガス置換を行った。真空チャンバー
21内の圧力を大気圧に戻した後、赤外線ランプを付勢
して、500℃で20分間にわたって熱CVD法により
基板23上でグラファイトナノファイバーの成長反応を
行った。成長反応の終了した基板について、SEMによ
り観測したところ、実施例1と同様の結果が得られた。
In order to examine the adhesion of the Fe thin film pattern to the substrate on the substrate on which the graphite nanofiber thin film obtained as described above is formed and on the substrate which has been subjected to the thermal CVD treatment in the same manner as described above without heat treatment. A thin film peeling test was performed to observe the peelability of the Fe thin film. As a result, when the film was formed by the thermal CVD method after performing the heat treatment, the peeling of the Fe thin film pattern was hardly observed, the pattern was retained, and the adhesion was good, but without performing the heat treatment. When a film is formed by the thermal CVD method, Fe
The thin film tended to peel slightly from the substrate. (Example 2) An Fe thin film having a thickness of 100 nm was formed only on a pattern portion having a predetermined shape on a glass substrate by a sputtering method. Next, a graphite nanofiber thin film was formed according to the same procedure as in Example 1. That is, F
The substrate holder 24 on which the substrate to be processed 23 having the pattern e is mounted is placed on the substrate holder support 25 in the vacuum chamber 21 of the thermal CVD apparatus shown in FIG. 2 by the transfer robot 26 from the substrate storage room. Then, after evacuating the inside of the vacuum chamber 21 to 0.05 Torr,
Heat treatment was performed under vacuum at a substrate temperature of 500 ° C. for 5 minutes. Thereafter, a mixed gas of hydrogen gas and carbon monoxide as a source gas was introduced into the vacuum chamber 21 at a volume ratio of CO: H 2 = 30: 70, and gas replacement was performed. After the pressure in the vacuum chamber 21 was returned to the atmospheric pressure, the infrared lamp was energized, and a growth reaction of graphite nanofibers was performed on the substrate 23 by a thermal CVD method at 500 ° C. for 20 minutes. When the substrate after the growth reaction was observed by SEM, the same result as in Example 1 was obtained.

【0033】上記のようにして得られたグラファイトナ
ノファイバー薄膜の形成された基板及び熱処理を行わず
に上記と同様に熱CVD処理した基板について、実施例
1の場合と同様の薄膜剥離試験を行い、薄膜の剥がれ性
を観測した。その結果、熱処理を行った後に熱CVD法
により成膜した場合、Fe薄膜パターンの剥がれは見ら
れず、パターンは保持されており、密着性は良好であっ
たが、該熱処理を行わずに熱CVD法により成膜した場
合、Fe薄膜は基板からやや剥がれる傾向が見られた。
A thin film peeling test similar to that of Example 1 was conducted on the substrate on which the graphite nanofiber thin film obtained as described above was formed and on the substrate which had been subjected to the thermal CVD treatment in the same manner as described above without heat treatment. Then, the peeling property of the thin film was observed. As a result, when the film was formed by the thermal CVD method after the heat treatment, the peeling of the Fe thin film pattern was not observed, the pattern was retained, and the adhesion was good. When the film was formed by the CVD method, the Fe thin film tended to peel off slightly from the substrate.

【0034】上記実施例では、ガラス基板上にFe薄膜
のパターンを形成し、パターン部分のみにグラファイト
ナノファイバー薄膜を形成した例について説明したが、
Co薄膜パターンの場合も、また、Fe、Coの少なく
とも1種を含んだ合金の薄膜パターンの場合も、さらに
また、Si基板上に金属薄膜をパターン形成する場合も
同様の結果が得られた。
In the above embodiment, an example was described in which a pattern of an Fe thin film was formed on a glass substrate, and a graphite nanofiber thin film was formed only on the pattern portion.
Similar results were obtained in the case of a Co thin film pattern, in the case of a thin film pattern of an alloy containing at least one of Fe and Co, and in the case of forming a metal thin film on a Si substrate.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明のグラファイトナノファイバー薄
膜形成法によれば、熱CVD法によるグラファイトナノ
ファイバーの成長前に、被処理基板に対して所定の熱処
理を行うことにより、金属薄膜と基板との間の密着性が
向上する。そのため、この方法を利用することにより、
高電子放出密度、低電界電子放出性能の達成を可能にす
る炭素系電子放出源(冷陰極源)を作製し、提供するこ
とができ、さらに、この炭素系電子放出源を有する、発
光体の所望部分の発光を可能とする表示素子を提供する
こともできる。
According to the method for forming a graphite nanofiber thin film of the present invention, a predetermined heat treatment is performed on the substrate to be processed before the growth of the graphite nanofiber by the thermal CVD method. The adhesion between them is improved. Therefore, by using this method,
A carbon-based electron emission source (cold cathode source) capable of achieving high electron emission density and low field electron emission performance can be manufactured and provided. A display element capable of emitting light in a desired portion can also be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の方法を実施するための成膜装置の一
例を示す概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a film forming apparatus for performing a method of the present invention.

【図2】 本発明の方法を実施するための成膜装置の別
の例を示す概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing another example of a film forming apparatus for performing the method of the present invention.

【図3】 本発明の方法で得られたグラファイトナノフ
ァイバーに対する走査型電子顕微鏡(SEM)による顕
微鏡写真(×100)。
FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph (× 100) of the graphite nanofiber obtained by the method of the present invention.

【図4】 本発明の方法で得られたグラファイトナノフ
ァイバーに対する走査型電子顕微鏡(SEM)による顕
微鏡写真(×40000)。
FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph (× 40000) of the graphite nanofiber obtained by the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空チャンバー 2 基板ホルダ
ー 3 被処理基板 4 赤外線透過
窓 5 赤外線ヒーター 6 バルブ 7 真空ポンプ 8 真空計 9 ガス供給系 10a、11a
バルブ 10b、11b ガス流量調節器 10c、11c
圧力調整器 10d、11d ガスボンベ 12 冷却手段 13 絶縁体 14 抵抗加熱
式ヒーター 21 真空チャンバー 22 ロードロ
ック室 23 被処理基板 24 基板ホル
ダー 25 支柱 26 搬送ロボ
ット 27 真空ポンプ 29 真空計 30 ゲートバルブ 31 赤外線透
過窓 32 赤外線ランプ 33a、33b
バルブ 34 真空ポンプ 35 バルブ 36 ガス供給系 37a、38a
バルブ 37b、38b ガス流量調節器 37c、38c
圧力調整器 37d、38d バルブ 37e、38e
ガスボンベ 39 バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Substrate holder 3 Substrate to be processed 4 Infrared transmission window 5 Infrared heater 6 Valve 7 Vacuum pump 8 Vacuum gauge 9 Gas supply system 10a, 11a
Valve 10b, 11b Gas flow controller 10c, 11c
Pressure regulator 10d, 11d Gas cylinder 12 Cooling means 13 Insulator 14 Resistance heating heater 21 Vacuum chamber 22 Load lock chamber 23 Substrate to be processed 24 Substrate holder 25 Post 26 Transfer robot 27 Vacuum pump 29 Vacuum gauge 30 Gate valve 31 Infrared transmission window 32 infrared lamps 33a, 33b
Valve 34 Vacuum pump 35 Valve 36 Gas supply system 37a, 38a
Valve 37b, 38b Gas flow controller 37c, 38c
Pressure regulator 37d, 38d Valve 37e, 38e
Gas cylinder 39 valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G046 CA01 CB01 CB03 CB09 CC06 CC08 EA06 EB04 EB13 EC01 EC03 EC06 4K030 AA14 AA17 BA27 BB14 CA04 CA06 DA02 DA04 FA10 JA06 JA09 JA10 KA24 LA11 4L037 CS04 FA03 FA05 FA20 PA03 PA06 PA17 PA18 PA28 UA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 4G046 CA01 CB01 CB03 CB09 CC06 CC08 EA06 EB04 EB13 EC01 EC03 EC06 4K030 AA14 AA17 BA27 BB14 CA04 CA06 DA02 DA04 FA10 JA06 JA09 JA10 KA24 LA11 4L037 CS04 FA03 FA05 FA20 PA03 PA06 PA06 UA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス基板又はSi基板上に、Fe、C
o又はこれらの金属の少なくとも1種を含んだ合金の薄
膜を所定のパターンに形成せしめた基板を被処理基板と
し、該被処理基板を真空下熱処理した後、熱CVD法に
より、炭素含有ガス及び水素ガスを用いて、該被処理基
板上のパターン部分のみにグラファイトナノファイバー
を均一に成長せしめ、グラファイトナノファイバー薄膜
を得ることを特徴とするグラファイトナノファイバー薄
膜形成方法。
1. A method according to claim 1, wherein Fe, C,
o or a substrate on which a thin film of an alloy containing at least one of these metals is formed in a predetermined pattern is used as a substrate to be processed, and after the substrate to be processed is heat-treated under vacuum, a carbon-containing gas and A method for forming a graphite nanofiber thin film, wherein a graphite nanofiber is obtained by uniformly growing a graphite nanofiber only on a pattern portion on the substrate to be processed using hydrogen gas.
【請求項2】 ガラス基板又はSi基板上に、Fe、C
o又はこれらの金属の少なくとも1種を含んだ合金の薄
膜を所定のパターンに形成せしめた基板を被処理基板と
して用い、真空排気した真空チャンバー内に載置された
該被処理基板を赤外線ランプで加熱して該被処理基板を
真空下熱処理し、次いで、炭素含有ガス及び水素ガスを
真空チャンバー内へ導入し、真空チャンバー内の圧力を
ほぼ1気圧に維持して、該被処理基板上のパターン部分
のみに熱CVD法によりグラファイトナノファイバーを
均一に成長せしめ、グラファイトナノファイバー薄膜を
得ることを特徴とするグラファイトナノファイバー薄膜
形成方法。
2. A method according to claim 1, wherein Fe or C is formed on a glass or Si substrate.
o or a substrate on which a thin film of an alloy containing at least one of these metals is formed in a predetermined pattern is used as a substrate to be processed, and the substrate to be processed, which is placed in a vacuum chamber evacuated, is irradiated with an infrared lamp. Heating, heat-treating the substrate under vacuum, then introducing a carbon-containing gas and a hydrogen gas into the vacuum chamber, maintaining the pressure in the vacuum chamber at approximately 1 atm, and forming a pattern on the substrate to be processed. A graphite nanofiber thin film forming method, wherein a graphite nanofiber thin film is obtained by uniformly growing graphite nanofibers only in a portion by a thermal CVD method.
【請求項3】 前記熱処理を行う温度が400℃以上、
基板の耐熱温度以下であることを特徴とする請求項1又
は2記載のグラファイトナノファイバー薄膜形成方法。
3. The temperature for performing the heat treatment is 400 ° C. or higher,
3. The method for forming a graphite nanofiber thin film according to claim 1, wherein the temperature is not higher than the heat resistance temperature of the substrate.
【請求項4】 前記炭素含有ガスと水素ガスとの混合比
が、容量基準で、炭素含有ガス/水素ガス=0.1〜1
0であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
載のグラファイトナノファイバー薄膜形成方法。
4. The mixing ratio of the carbon-containing gas and the hydrogen gas is such that the carbon-containing gas / hydrogen gas is 0.1 to 1 on a volume basis.
The method for forming a graphite nanofiber thin film according to claim 1, wherein the value is zero.
【請求項5】 前記熱CVD法を行う温度が450〜6
50℃であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
に記載のグラファイトナノファイバー薄膜形成方法。
5. The temperature for performing the thermal CVD method is 450 to 6
The method for forming a graphite nanofiber thin film according to claim 1, wherein the temperature is 50 ° C. 5.
【請求項6】 前記炭素含有ガスが一酸化炭素又は二酸
化炭素であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか
に記載のグラファイトナノファイバー薄膜形成方法。
6. The method for forming a graphite nanofiber thin film according to claim 1, wherein the carbon-containing gas is carbon monoxide or carbon dioxide.
【請求項7】 前記金属薄膜を所定のパターンに形成せ
しめ、真空下熱処理を行った後、該薄膜の表面をエッチ
ングして、その表面状態を粗くし、次いで、熱CVD法
を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載
のグラファイトナノファイバー薄膜形成方法。
7. A method of forming the metal thin film into a predetermined pattern, performing a heat treatment under vacuum, etching the surface of the thin film to roughen the surface state, and then performing a thermal CVD method. The method for forming a graphite nanofiber thin film according to any one of claims 1 to 6.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006069805A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Honda Motor Co Ltd Method for manufacturing fine carbon fiber

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3953276B2 (en) * 2000-02-04 2007-08-08 株式会社アルバック Graphite nanofiber, electron emission source and manufacturing method thereof, display element having the electron emission source, and lithium ion secondary battery
JP4500407B2 (en) * 2000-03-28 2010-07-14 株式会社アルバック Graphite nano-fiber deposition method and apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3441923B2 (en) * 1997-06-18 2003-09-02 キヤノン株式会社 Manufacturing method of carbon nanotube
JP3363759B2 (en) * 1997-11-07 2003-01-08 キヤノン株式会社 Carbon nanotube device and method of manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3953276B2 (en) * 2000-02-04 2007-08-08 株式会社アルバック Graphite nanofiber, electron emission source and manufacturing method thereof, display element having the electron emission source, and lithium ion secondary battery
JP4500407B2 (en) * 2000-03-28 2010-07-14 株式会社アルバック Graphite nano-fiber deposition method and apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006069805A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Honda Motor Co Ltd Method for manufacturing fine carbon fiber
JP4545530B2 (en) * 2004-08-31 2010-09-15 本田技研工業株式会社 Method for producing fine carbon fiber

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