JP2003115258A - ダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法Info
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- JP2003115258A JP2003115258A JP2001307434A JP2001307434A JP2003115258A JP 2003115258 A JP2003115258 A JP 2003115258A JP 2001307434 A JP2001307434 A JP 2001307434A JP 2001307434 A JP2001307434 A JP 2001307434A JP 2003115258 A JP2003115258 A JP 2003115258A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価であり、しかも効率よく電子を引き出す
ことができるダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する
電界放出源の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１１上にあらかじめダイヤモンド様
炭素膜１２Ａを形成し、このダイヤモンド様炭素膜１２
Ａに酸素プラズマ処理を行い、表面の粗いダイヤモンド
様炭素膜からなるエミッタ電極１２を形成する。
ことができるダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する
電界放出源の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１１上にあらかじめダイヤモンド様
炭素膜１２Ａを形成し、このダイヤモンド様炭素膜１２
Ａに酸素プラズマ処理を行い、表面の粗いダイヤモンド
様炭素膜からなるエミッタ電極１２を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界により電子を
放出するダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界
放出源の製造方法に関するものである。
放出するダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界
放出源の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電界の作用によって電子を放出する電界
電子放出源は、熱エネルギーを利用する電子源（熱電子
放出源）に比べ、省エネルギーで長寿命化が可能である
など、優れた点が多い。
電子放出源は、熱エネルギーを利用する電子源（熱電子
放出源）に比べ、省エネルギーで長寿命化が可能である
など、優れた点が多い。
【０００３】その電界電子放出現象は、金属または半導
体表面の印加電界を１０9 Ｖ／ｍ程度にすると、トンネ
ル効果により障壁を通過して常温でも真空中に電子放出
が行われる現象である。そのため、電子を放出する電子
放出材料によって形成された電子放出素子へ、引出し電
極（以下、ゲートという）からいかに高い電界を印加で
きるかがその引出し電流を決定する。
体表面の印加電界を１０9 Ｖ／ｍ程度にすると、トンネ
ル効果により障壁を通過して常温でも真空中に電子放出
が行われる現象である。そのため、電子を放出する電子
放出材料によって形成された電子放出素子へ、引出し電
極（以下、ゲートという）からいかに高い電界を印加で
きるかがその引出し電流を決定する。
【０００４】一方、電子放出素子が鋭利な先端を持つほ
ど、その電子放出素子に印加される電界強度が高くなる
ことが知られている。
ど、その電子放出素子に印加される電界強度が高くなる
ことが知られている。
【０００５】従来、ダイヤモンド様炭素膜をエミッタに
用いた場合、図６に示すような構成の電子源であった。
即ち、基板１上にコーティングされたダイヤモンド様炭
素膜からなるエミッタ２と、このエミッタ２に絶縁スペ
ーサ３を介して配置されたゲート４からなり、そのエミ
ッタ２とゲート４間に電圧を加えて、エミッタ２より電
子を引き出すものであった。電子を引き出すためには、
エミッタ２とゲート４間に高電圧を、例えば数ｋＶ程度
加えていた。
用いた場合、図６に示すような構成の電子源であった。
即ち、基板１上にコーティングされたダイヤモンド様炭
素膜からなるエミッタ２と、このエミッタ２に絶縁スペ
ーサ３を介して配置されたゲート４からなり、そのエミ
ッタ２とゲート４間に電圧を加えて、エミッタ２より電
子を引き出すものであった。電子を引き出すためには、
エミッタ２とゲート４間に高電圧を、例えば数ｋＶ程度
加えていた。
【０００６】また、このような電子源の製造方法は、図
７のフローチャートに示すようであった。即ち、基板１
上にダイヤモンド様炭素をコーティングすることでエミ
ッタ２を形成する（ステップＳ１）。その後、絶縁スペ
ーサ３を形成（ステップＳ２）後、ゲート４を形成して
完成する（ステップＳ３）。
７のフローチャートに示すようであった。即ち、基板１
上にダイヤモンド様炭素をコーティングすることでエミ
ッタ２を形成する（ステップＳ１）。その後、絶縁スペ
ーサ３を形成（ステップＳ２）後、ゲート４を形成して
完成する（ステップＳ３）。
【０００７】また、前述したような電子放出素子が鋭利
な先端を持つほど印加される電界強度が高くなるという
特性に鑑みて、半導体や金属等の電位放出部の先端を円
錐状に加工し、その構造物にダイヤモンド様炭素膜をコ
ーティングして利用していた。即ち、図８のフローチャ
ートに示すように、はじめに微細加工技術であるフォト
リソやＥＢ露光装置を用いてマスクを形成し、さらにＲ
ＩＥ等のエッチングを行い、さらに、蒸着や酸化工程を
用いて先鋭構造物を形成する（ステップＳ１１）。次
に、エミッタ材料であるダイヤモンド様炭素をコーティ
ングし（ステップＳ１２）、絶縁スペーサを形成（ステ
ップＳ１３）後、ゲートを形成する（ステップＳ１４）
ようにしていた。
な先端を持つほど印加される電界強度が高くなるという
特性に鑑みて、半導体や金属等の電位放出部の先端を円
錐状に加工し、その構造物にダイヤモンド様炭素膜をコ
ーティングして利用していた。即ち、図８のフローチャ
ートに示すように、はじめに微細加工技術であるフォト
リソやＥＢ露光装置を用いてマスクを形成し、さらにＲ
ＩＥ等のエッチングを行い、さらに、蒸着や酸化工程を
用いて先鋭構造物を形成する（ステップＳ１１）。次
に、エミッタ材料であるダイヤモンド様炭素をコーティ
ングし（ステップＳ１２）、絶縁スペーサを形成（ステ
ップＳ１３）後、ゲートを形成する（ステップＳ１４）
ようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術を用いようとすれば、平坦なエミッタで
ある場合には電子を引き出すために高電圧が必要とな
る。また、前記半導体や金属等の先端を円錐状にしよう
とすれば、加工することは容易ではなく、また、すでに
述べたように高解像度の露光装置等、大規模な装置が必
要になるため、極めて高価になるといった問題があっ
た。
ような従来技術を用いようとすれば、平坦なエミッタで
ある場合には電子を引き出すために高電圧が必要とな
る。また、前記半導体や金属等の先端を円錐状にしよう
とすれば、加工することは容易ではなく、また、すでに
述べたように高解像度の露光装置等、大規模な装置が必
要になるため、極めて高価になるといった問題があっ
た。
【０００９】本発明は、上記状況に鑑みて、安価であ
り、しかも効率よく電子を引き出すことができるダイヤ
モンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方
法を提供することを目的とする。
り、しかも効率よく電子を引き出すことができるダイヤ
モンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方
法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕ダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放
出源の製造方法において、ダイヤモンド様炭素をプラズ
マ化学気相成長法で基板上に堆積し、酸素反応性イオン
エッチング法による酸素プラズマ処理を行い、絶縁層を
堆積して絶縁スペーサを形成し、この絶縁スペーサ上に
ゲート電極を形成することを特徴とする。
成するために、 〔１〕ダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放
出源の製造方法において、ダイヤモンド様炭素をプラズ
マ化学気相成長法で基板上に堆積し、酸素反応性イオン
エッチング法による酸素プラズマ処理を行い、絶縁層を
堆積して絶縁スペーサを形成し、この絶縁スペーサ上に
ゲート電極を形成することを特徴とする。
【００１１】〔２〕上記〔１〕記載のダイヤモンド様炭
素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法におい
て、前記酸素プラズマ処理が、圧力１Ｐａ〜５Ｐａ，電
力５Ｗ〜２０Ｗ，処理時間は１０分〜３０分の酸素反応
性イオンエッチングであることを特徴とする。
素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法におい
て、前記酸素プラズマ処理が、圧力１Ｐａ〜５Ｐａ，電
力５Ｗ〜２０Ｗ，処理時間は１０分〜３０分の酸素反応
性イオンエッチングであることを特徴とする。
【００１２】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のダイヤ
モンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方
法において、前記基板は半導体、金属、ガラス又はセラ
ミックスからなることを特徴とする。
モンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方
法において、前記基板は半導体、金属、ガラス又はセラ
ミックスからなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１４】図１は本発明の実施例を示すダイヤモンド
様炭素電界放出電極を有する電界電子放出源の模式図、
図２はその電界電子放出源の製造工程断面図である。
様炭素電界放出電極を有する電界電子放出源の模式図、
図２はその電界電子放出源の製造工程断面図である。
【００１５】図１に示すように、半導体、金属、ガラス
又はセラミックスからなる基板１１上にはダイヤモンド
様炭素膜１２Ａに表面が粗いからなるエミッタ電極１２
を備えている。そのエミッタ電極１２は絶縁スペーサ１
３を介してその絶縁スペーサ１３上に形成されるゲート
電極１４を具備している。
又はセラミックスからなる基板１１上にはダイヤモンド
様炭素膜１２Ａに表面が粗いからなるエミッタ電極１２
を備えている。そのエミッタ電極１２は絶縁スペーサ１
３を介してその絶縁スペーサ１３上に形成されるゲート
電極１４を具備している。
【００１６】次に、その電界電子放出源の製造方法につ
いて図２を参照しながら説明する。
いて図２を参照しながら説明する。
【００１７】まず、図２（ａ）に示すように、半導体、
金属、ガラス又はセラミックスからなる基板１１上にダ
イヤモンド様炭素膜１２Ａを形成する。
金属、ガラス又はセラミックスからなる基板１１上にダ
イヤモンド様炭素膜１２Ａを形成する。
【００１８】次に、図２（ｂ）に示すように、そのダイ
ヤモンド様炭素膜１２Ａに酸素プラズマ処理を施し、表
面が粗いダイヤモンド様炭素膜からなるエミッタ電極１
２を形成する。ここで、酸素プラズマ処理として、その
条件は圧力１Ｐａ〜５Ｐａ，電力５Ｗ〜２０Ｗ，処理時
間は１０分〜３０分が望ましい。
ヤモンド様炭素膜１２Ａに酸素プラズマ処理を施し、表
面が粗いダイヤモンド様炭素膜からなるエミッタ電極１
２を形成する。ここで、酸素プラズマ処理として、その
条件は圧力１Ｐａ〜５Ｐａ，電力５Ｗ〜２０Ｗ，処理時
間は１０分〜３０分が望ましい。
【００１９】次に、図２（ｃ）に示すように、エミッタ
電極１２をマスクして、絶縁層を形成し、絶縁スペーサ
１３を形成する。
電極１２をマスクして、絶縁層を形成し、絶縁スペーサ
１３を形成する。
【００２０】次に、図２（ｄ）に示すように、その絶縁
スペーサ１３上にゲート電極１４を形成する。
スペーサ１３上にゲート電極１４を形成する。
【００２１】この実施例のダイヤモンド様炭素膜の酸素
プラズマ処理について詳細に説明する。
プラズマ処理について詳細に説明する。
【００２２】図３は本発明の実施例を示すダイヤモンド
様炭素膜の酸素プラズマ処理、つまり、酸素反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）を圧力１Ｐａでパワー２０Ｗで
行った場合である。
様炭素膜の酸素プラズマ処理、つまり、酸素反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）を圧力１Ｐａでパワー２０Ｗで
行った場合である。
【００２３】図３（ａ）はダイヤモンド様炭素膜の酸素
プラズマ処理前の成長状態を示す図であり、ダイヤモン
ド様炭素膜の表面の粗さ〔Ｒｍｓ（ルート・ミーン・ス
ケヤ）〕は、１．４０Åである。
プラズマ処理前の成長状態を示す図であり、ダイヤモン
ド様炭素膜の表面の粗さ〔Ｒｍｓ（ルート・ミーン・ス
ケヤ）〕は、１．４０Åである。
【００２４】図３（ｂ）は３０分間エッチングを行った
場合のダイヤモンド様炭素膜の表面の粗さを示す図（代
用写真）であり、この図３（ｂ）から明らかなように、
ダイヤモンド様炭素膜の表面の粗さ〔Ｒｍｓ〕は１Ｐ
ａ，２０Ｗの場合、１５．７Åにも及び、つまり、谷か
ら山の頂上までの高さは略３０Åに達する。
場合のダイヤモンド様炭素膜の表面の粗さを示す図（代
用写真）であり、この図３（ｂ）から明らかなように、
ダイヤモンド様炭素膜の表面の粗さ〔Ｒｍｓ〕は１Ｐ
ａ，２０Ｗの場合、１５．７Åにも及び、つまり、谷か
ら山の頂上までの高さは略３０Åに達する。
【００２５】図４は本発明の実施例を示すダイヤモンド
様炭素膜の酸素プラズマ処理による処理時間と表面粗さ
との関係を示す図であり、横軸にエッチング時間
（分）、縦軸はＲｍｓ表面粗さ（Å）を示している。図
４（ａ）はＲＩＥを圧力５Ｐａの雰囲気で、パワーを
５，１０，２０，５０，１００Ｗとした場合の特性図、
図４（ｂ）はＲＩＥを圧力１Ｐａでパワー３Ｗ，１Ｐａ
で２０Ｗ，５Ｐａで５Ｗ，５Ｐａで１０Ｗ，５Ｐａで２
０Ｗ，１００Ｐａで４０Ｗ，１００Ｐａで７０Ｗ，１０
０Ｐａで１００Ｗとした場合の特性図である。
様炭素膜の酸素プラズマ処理による処理時間と表面粗さ
との関係を示す図であり、横軸にエッチング時間
（分）、縦軸はＲｍｓ表面粗さ（Å）を示している。図
４（ａ）はＲＩＥを圧力５Ｐａの雰囲気で、パワーを
５，１０，２０，５０，１００Ｗとした場合の特性図、
図４（ｂ）はＲＩＥを圧力１Ｐａでパワー３Ｗ，１Ｐａ
で２０Ｗ，５Ｐａで５Ｗ，５Ｐａで１０Ｗ，５Ｐａで２
０Ｗ，１００Ｐａで４０Ｗ，１００Ｐａで７０Ｗ，１０
０Ｐａで１００Ｗとした場合の特性図である。
【００２６】図５は本発明の実施例を示すダイヤモンド
様炭素エミッタ電極の電界放出特性を示す図であり、横
軸はゲート電極とエミッタ電極間の印加電圧（Ｖ）、縦
軸は電界放出電流（Ａ）を示している。
様炭素エミッタ電極の電界放出特性を示す図であり、横
軸はゲート電極とエミッタ電極間の印加電圧（Ｖ）、縦
軸は電界放出電流（Ａ）を示している。
【００２７】ここでのダイヤモンド様炭素エミッタ電極
の酸素プラズマ処理条件は、圧力が１Ｐａで、パワーが
２０Ｗ、処理時間が３０分の場合である。
の酸素プラズマ処理条件は、圧力が１Ｐａで、パワーが
２０Ｗ、処理時間が３０分の場合である。
【００２８】この図において、図５（ａ）は酸素プラズ
マ処理条件を施さない従来のダイヤモンド様炭素エミッ
タ電極の場合であり、図５（ｂ）は本発明にかかる酸素
プラズマ処理を行ったダイヤモンド様炭素エミッタ電極
の場合である。
マ処理条件を施さない従来のダイヤモンド様炭素エミッ
タ電極の場合であり、図５（ｂ）は本発明にかかる酸素
プラズマ処理を行ったダイヤモンド様炭素エミッタ電極
の場合である。
【００２９】この図から明らかなように、本発明にかか
るダイヤモンド様炭素エミッタ電極は、従来のダイヤモ
ンド様炭素エミッタ電極に比して、電界放出電流の著し
い増大と閾値の減少が観測された。
るダイヤモンド様炭素エミッタ電極は、従来のダイヤモ
ンド様炭素エミッタ電極に比して、電界放出電流の著し
い増大と閾値の減少が観測された。
【００３０】よって、本発明によれば、ダイヤモンド様
炭素膜が、酸素プラズマ処理によりその表面の粗さが増
して、高さ３０Å程度の突起形成物（ダイヤモンド様炭
素エミッタ電極）を生成することができ、電界放出電流
を増大させ、閾値の減少を図ることができる。
炭素膜が、酸素プラズマ処理によりその表面の粗さが増
して、高さ３０Å程度の突起形成物（ダイヤモンド様炭
素エミッタ電極）を生成することができ、電界放出電流
を増大させ、閾値の減少を図ることができる。
【００３１】また、半導体や金属等の先端を鋭利な形状
に加工する際に必要な、高解像度の露光装置等、大規模
な装置を必要としないため、安価に電子放出源を実現で
きる。
に加工する際に必要な、高解像度の露光装置等、大規模
な装置を必要としないため、安価に電子放出源を実現で
きる。
【００３２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００３３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、エミッタ電極を酸素プラズマ処理により形成で
きるので、高額な微細加工装置を必要とせず、安価な電
界電子放出源を実現できる。また、エミッタ電極を任意
の場所に形成することができる。
よれば、エミッタ電極を酸素プラズマ処理により形成で
きるので、高額な微細加工装置を必要とせず、安価な電
界電子放出源を実現できる。また、エミッタ電極を任意
の場所に形成することができる。
【００３４】さらに、表面が粗い突起形成物からなるエ
ミッタ電極が形成されるため、電界集中が起こりやすく
なり、電界放出電流を増大させ、閾値の減少を図ること
ができ、低い電圧で電界電子放出を効率的に行うことが
できる。
ミッタ電極が形成されるため、電界集中が起こりやすく
なり、電界放出電流を増大させ、閾値の減少を図ること
ができ、低い電圧で電界電子放出を効率的に行うことが
できる。
【図１】本発明の実施例を示すダイヤモンド様炭素電界
放出電極を有する電界電子放出源の模式図である。
放出電極を有する電界電子放出源の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すダイヤモンド様炭素電界
放出電極を有する電界電子放出源の製造工程断面図であ
る。
放出電極を有する電界電子放出源の製造工程断面図であ
る。
【図３】本発明の実施例を示すダイヤモンド様炭素膜の
酸素プラズマ処理の結果を示す図（代用写真）である。
酸素プラズマ処理の結果を示す図（代用写真）である。
【図４】本発明の実施例を示すダイヤモンド様炭素膜の
酸素プラズマ処理による処理時間と表面粗さとの関係を
示す図である。
酸素プラズマ処理による処理時間と表面粗さとの関係を
示す図である。
【図５】本発明の実施例を示すダイヤモンド様炭素エミ
ッタ電極の電界放出特性を示す図である。
ッタ電極の電界放出特性を示す図である。
【図６】従来の電界電子放出源の模式図である。
【図７】図６に示した従来の電界電子放出源の製造フロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図８】従来の他の電界電子放出源の製造フローチャー
トである。
トである。
１１ 基板
１２Ａ ダイヤモンド様炭素膜
１２ 表面が粗いダイヤモンド様炭素膜からなるエミ
ッタ電極 １３ 絶縁スペーサ １４ ゲート電極
ッタ電極 １３ 絶縁スペーサ １４ ゲート電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 友景 肇
福岡県福岡市城南区七隈３−13−13
(72)発明者 崔 雲
福岡県福岡市城南区東油山２−22−２−４
ソレイユ東油山Ｄ−102
(72)発明者 井芹 陽一
福岡県田川市大字川宮1424−１
Claims (3)
- 【請求項１】（ａ）ダイヤモンド様炭素をプラズマ化学
気相成長法で基板上に堆積し、（ｂ）酸素反応性イオン
エッチング法による酸素プラズマ処理を行い、（ｃ）絶
縁層を堆積して絶縁スペーサを形成し、（ｄ）該絶縁ス
ペーサ上にゲート電極を形成することを特徴とするダイ
ヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造
方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のダイヤモンド様炭素電界
放出電極を有する電界放出源の製造方法において、前記
酸素プラズマ処理が、圧力１Ｐａ〜５Ｐａ，電力５Ｗ〜
２０Ｗ，処理時間は１０分〜３０分の酸素反応性イオン
エッチングであることを特徴とするダイヤモンド様炭素
電界放出電極を有する電界放出源の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載のダイヤモンド様炭
素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法におい
て、前記基板は半導体、金属、ガラス又はセラミックス
からなることを特徴とするダイヤモンド様炭素電界放出
電極を有する電界放出源の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001307434A JP2003115258A (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | ダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001307434A JP2003115258A (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | ダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003115258A true JP2003115258A (ja) | 2003-04-18 |
Family
ID=19126898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001307434A Withdrawn JP2003115258A (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | ダイヤモンド様炭素電界放出電極を有する電界放出源の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003115258A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310448A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 突起構造の形成方法、突起構造、および電子放出素子 |
-
2001
- 2001-10-03 JP JP2001307434A patent/JP2003115258A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310448A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 突起構造の形成方法、突起構造、および電子放出素子 |
| JP4596451B2 (ja) * | 2004-04-19 | 2010-12-08 | 住友電気工業株式会社 | 突起構造の形成方法、突起構造、および電子放出素子 |
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