JP2003217516A - 保護膜を有する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子 - Google Patents
保護膜を有する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 保護膜を有する炭素ナノチューブを具備する
電界放出素子を提供する。 【解決手段】 基板１１と、基板１１上に積層された陰
極１２と、陰極１２上に位置する炭素ナノチューブ１３
と、炭素ナノチューブ１３の先端部を包み込むように形
成される保護膜１５とを具備して構成する。保護膜１５
を窒化物系物質群、炭化物系物質群、酸化物系物質群の
中から選択された１種の物質で構成する。このように構
成されることにより、炭素ナノチューブ１３を保護膜１
５で保護するのでアーキングや残留ガスによる損傷を防
止することができ、電界放出素子の電界放出特性及び電
界放出性能の安定性が向上された、電界放出素子が具現
される。
電界放出素子を提供する。 【解決手段】 基板１１と、基板１１上に積層された陰
極１２と、陰極１２上に位置する炭素ナノチューブ１３
と、炭素ナノチューブ１３の先端部を包み込むように形
成される保護膜１５とを具備して構成する。保護膜１５
を窒化物系物質群、炭化物系物質群、酸化物系物質群の
中から選択された１種の物質で構成する。このように構
成されることにより、炭素ナノチューブ１３を保護膜１
５で保護するのでアーキングや残留ガスによる損傷を防
止することができ、電界放出素子の電界放出特性及び電
界放出性能の安定性が向上された、電界放出素子が具現
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電界放出素子に係
り、より詳細には炭素ナノチューブを具備する電界放出
素子に関する。
り、より詳細には炭素ナノチューブを具備する電界放出
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界放出素子は、次世代の平板形の表示
素子として注目されている、電界放出ディスプレイ（Ｆ
ｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＦＥ
Ｄ）の電子放出源として使用されている。この電界放出
ディスプレイは、既存のＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａ
ｙ Ｔｕｂｅ）に比べて高画質、高効率なおかつ低消費
電力であるという長所を有している。
素子として注目されている、電界放出ディスプレイ（Ｆ
ｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＦＥ
Ｄ）の電子放出源として使用されている。この電界放出
ディスプレイは、既存のＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａ
ｙ Ｔｕｂｅ）に比べて高画質、高効率なおかつ低消費
電力であるという長所を有している。
【０００３】このような電界放出素子の性能は、特に電
界放出素子の加工技術と安定性に依存している。近年、
既存のＣＲＴに比べて高い電気伝導性及び性能の安定性
を有する炭素ナノチューブを電界放出素子として利用す
る研究が次第に活発になってきている。
界放出素子の加工技術と安定性に依存している。近年、
既存のＣＲＴに比べて高い電気伝導性及び性能の安定性
を有する炭素ナノチューブを電界放出素子として利用す
る研究が次第に活発になってきている。
【０００４】ディスプレイに関する技術分野で、このよ
うな炭素ナノチューブを具備した電界放出素子を製造す
る方法の代表的なものとしては、プラズマ化学気相蒸着
法（たとえば特許文献１参照）と、ペーストを利用する
方法（たとえば特許文献２参照）とが挙げられる。
うな炭素ナノチューブを具備した電界放出素子を製造す
る方法の代表的なものとしては、プラズマ化学気相蒸着
法（たとえば特許文献１参照）と、ペーストを利用する
方法（たとえば特許文献２参照）とが挙げられる。
【０００５】前記プラズマ化学気相蒸着法は、例えば、
ニッケル触媒を備えたチャンバ内に設置された、電力を
印加する電極と接地電極との間に、アセチレンガス等を
注入し、前記２つの電極間に直流または高周波の電界を
印加して、前記アセチレンガス等をグロー放電させ、プ
ラズマを生起させて炭素ナノチューブの前躯体を生成さ
せ、この前躯体を所定のエネルギーにより電極上に輸送
して、炭素ナノチューブを成長させる方法である。
ニッケル触媒を備えたチャンバ内に設置された、電力を
印加する電極と接地電極との間に、アセチレンガス等を
注入し、前記２つの電極間に直流または高周波の電界を
印加して、前記アセチレンガス等をグロー放電させ、プ
ラズマを生起させて炭素ナノチューブの前躯体を生成さ
せ、この前躯体を所定のエネルギーにより電極上に輸送
して、炭素ナノチューブを成長させる方法である。
【０００６】また、前記ペーストを利用する電子放出素
子の製造方法は、予め作製された炭素ナノチューブを、
レーザ蒸着法（レーザアブレーション）またはアーク放
電を利用して炭素ナノチューブ粉末とし、これを電気伝
導性または非電気伝導性のペーストと混合して塗布する
方法である。
子の製造方法は、予め作製された炭素ナノチューブを、
レーザ蒸着法（レーザアブレーション）またはアーク放
電を利用して炭素ナノチューブ粉末とし、これを電気伝
導性または非電気伝導性のペーストと混合して塗布する
方法である。
【０００７】しかしながら、前記従来のプラズマ化学気
相蒸着法においては、電界放出素子の先端部と、陽極と
の間に印加される電圧が比較的高いので、残留したプラ
ズマガスによって、アーキングを生じることにより成長
した炭素ナノチューブ自体を損傷させるおそれがある。
ここで、前記アーキングとは、電界放出素子が位置する
真空管内の陽極とゲート電極との間に瞬間的な電気的短
絡現象が生じることにより、ゲート電極に高い電圧が作
用してゲート絶縁層及び抵抗層に損傷を与えることをい
う。
相蒸着法においては、電界放出素子の先端部と、陽極と
の間に印加される電圧が比較的高いので、残留したプラ
ズマガスによって、アーキングを生じることにより成長
した炭素ナノチューブ自体を損傷させるおそれがある。
ここで、前記アーキングとは、電界放出素子が位置する
真空管内の陽極とゲート電極との間に瞬間的な電気的短
絡現象が生じることにより、ゲート電極に高い電圧が作
用してゲート絶縁層及び抵抗層に損傷を与えることをい
う。
【０００８】また一方で、前記従来のペーストを利用し
た電界放出素子の製造方法は、粉末状の炭素ナノチュー
ブを、比較的高価な銀ペースト、または高分子化合物等
と混合して、３５０〜５００℃の高温で熱処理するた
め、炭素ナノチューブが酸化し、電界放出素子の寿命が
短くなることがある。またこの方法で電界放出素子を製
造する際には、熱処理に比較的長時間を要するだけでな
く、電界放出素子の内部のガスを排気した後の残留した
気体（たとえば、酸素）が、炭素ナノチューブに吸着す
ることにより、電界放出素子からの電子放出を阻害し、
電界放出素子の寿命を短くするということもある。
た電界放出素子の製造方法は、粉末状の炭素ナノチュー
ブを、比較的高価な銀ペースト、または高分子化合物等
と混合して、３５０〜５００℃の高温で熱処理するた
め、炭素ナノチューブが酸化し、電界放出素子の寿命が
短くなることがある。またこの方法で電界放出素子を製
造する際には、熱処理に比較的長時間を要するだけでな
く、電界放出素子の内部のガスを排気した後の残留した
気体（たとえば、酸素）が、炭素ナノチューブに吸着す
ることにより、電界放出素子からの電子放出を阻害し、
電界放出素子の寿命を短くするということもある。
【０００９】ここで、図１は、透過型電子顕微鏡（Ｔｒ
ａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｙ；ＴＥＭ）による、従来の炭素ナノチューブ
の観察写真である。また、図１に示した従来の炭素ナノ
チューブの電界放出特性を、図２Ａ及び図２Ｂのグラフ
に示す。
ａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｙ；ＴＥＭ）による、従来の炭素ナノチューブ
の観察写真である。また、図１に示した従来の炭素ナノ
チューブの電界放出特性を、図２Ａ及び図２Ｂのグラフ
に示す。
【００１０】図２Ａに示したグラフは、実験条件とし
て、実験開始の真空度を１×１０-5Ｐａ（１０-7ｍｂａ
ｒ）とし、この真空度を８時間維持した後、この電界放
出素子の内部に酸素ガスを注入して真空度を１×１０-4
Ｐａ（１０-6ｍｂａｒ）に低下させてこの真空度を１１
時間維持し、続いてこの真空度を５×１０-3Ｐａ（５×
１０-5ｍｂａｒ）に低下させてこの状態を１７時間維持
し、引き続き真空度を再び元の状態の１×１０-5Ｐａ
（１０-7ｍｂａｒ）に戻してこの状態で電界放出を測定
した結果を示す。
て、実験開始の真空度を１×１０-5Ｐａ（１０-7ｍｂａ
ｒ）とし、この真空度を８時間維持した後、この電界放
出素子の内部に酸素ガスを注入して真空度を１×１０-4
Ｐａ（１０-6ｍｂａｒ）に低下させてこの真空度を１１
時間維持し、続いてこの真空度を５×１０-3Ｐａ（５×
１０-5ｍｂａｒ）に低下させてこの状態を１７時間維持
し、引き続き真空度を再び元の状態の１×１０-5Ｐａ
（１０-7ｍｂａｒ）に戻してこの状態で電界放出を測定
した結果を示す。
【００１１】図２Ａによると、酸素ガスをこの電界放出
素子の内部に注入してこの状態を１１時間維持して、電
界放出素子の内部の圧力が５×１０-3Ｐａ（５×１０-5
ｍｂａｒ）になると、この電界放出素子の電界放出が顕
著に阻害され、その後、この真空度が低下するにつれて
電流が減少していることがわかる。なお、図２Ａにおい
て、２１時間が経過した時点で、電流放出のピークが現
れているが、この現象は、この電界放出素子の内部から
前記酸素ガスのような不純物ガスが、ある程度排気され
た瞬間に、この電界放出素子の内部に注入された酸素ガ
スによって損傷されなかった部分の炭素ナノチューブ
が、比較的多くの電子を放出して破壊されたことによる
ものと考えられる。
素子の内部に注入してこの状態を１１時間維持して、電
界放出素子の内部の圧力が５×１０-3Ｐａ（５×１０-5
ｍｂａｒ）になると、この電界放出素子の電界放出が顕
著に阻害され、その後、この真空度が低下するにつれて
電流が減少していることがわかる。なお、図２Ａにおい
て、２１時間が経過した時点で、電流放出のピークが現
れているが、この現象は、この電界放出素子の内部から
前記酸素ガスのような不純物ガスが、ある程度排気され
た瞬間に、この電界放出素子の内部に注入された酸素ガ
スによって損傷されなかった部分の炭素ナノチューブ
が、比較的多くの電子を放出して破壊されたことによる
ものと考えられる。
【００１２】一方、図２Ｂによると、前記電界放出素子
で、２×１０-5Ｐａ（２×１０-7ｍｂａｒ）の真空度を
約３時間４０分維持した後、酸素ガスを注入すると、電
流の放出量が１μＡから１０-6μＡ程度に低下する。そ
して、６時間４０分後に、この電界放出素子の真空度を
再び元の状態に戻しても、元の電界放出特性に回復され
ないことがわかる。
で、２×１０-5Ｐａ（２×１０-7ｍｂａｒ）の真空度を
約３時間４０分維持した後、酸素ガスを注入すると、電
流の放出量が１μＡから１０-6μＡ程度に低下する。そ
して、６時間４０分後に、この電界放出素子の真空度を
再び元の状態に戻しても、元の電界放出特性に回復され
ないことがわかる。
【００１３】すなわち、従来の電界放出素子では、酸素
ガスのような残留ガスが存在する場合に電流の放出量
が、経時により顕著に減少し、その後、この酸素ガスを
排気し、再び元の真空状態に戻しても、その電界放出特
性は元の状態に回復されない。
ガスのような残留ガスが存在する場合に電流の放出量
が、経時により顕著に減少し、その後、この酸素ガスを
排気し、再び元の真空状態に戻しても、その電界放出特
性は元の状態に回復されない。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６２３２７０６号明細書（全
頁）
頁）
【特許文献２】米国特許第６２３９５４７号明細書（全
頁）
頁）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
解決するためになされたものであって、その目的は、保
護膜を炭素ナノチューブの先端部にコーティングするこ
とによって電界放出特性及び安定性が向上した電界放出
素子を提供することにある。
解決するためになされたものであって、その目的は、保
護膜を炭素ナノチューブの先端部にコーティングするこ
とによって電界放出特性及び安定性が向上した電界放出
素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】（１）前記目的を達成す
るための本発明に係る保護膜を有する炭素ナノチューブ
を具備した電界放出素子は、保護膜を有する炭素ナノチ
ューブを含んで構成される。
るための本発明に係る保護膜を有する炭素ナノチューブ
を具備した電界放出素子は、保護膜を有する炭素ナノチ
ューブを含んで構成される。
【００１７】（２）前記本発明に係る保護膜を有する炭
素ナノチューブを具備した電界放出素子において、保護
膜は窒化物系物質群、炭化物系物質群、酸化物系物質群
からなる化合物群の中から選択された１種の物質で構成
されることが望ましい。
素ナノチューブを具備した電界放出素子において、保護
膜は窒化物系物質群、炭化物系物質群、酸化物系物質群
からなる化合物群の中から選択された１種の物質で構成
されることが望ましい。
【００１８】（３）また、前記本発明に係る保護膜を有
する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、前記窒化物系物質群は、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）、炭窒化ホウ素（ＢＣＮ）及び
窒化ガリウム（ＧａＮ）から構成されることが望まし
い。
する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、前記窒化物系物質群は、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）、炭窒化ホウ素（ＢＣＮ）及び
窒化ガリウム（ＧａＮ）から構成されることが望まし
い。
【００１９】（４）さらに、前記本発明に係る保護膜を
有する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、炭化物系物質群は、ダイアモンド及びダイアモンド
ライクカーボンから構成されることが望ましい。
有する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、炭化物系物質群は、ダイアモンド及びダイアモンド
ライクカーボンから構成されることが望ましい。
【００２０】（５）また、前記本発明に係る保護膜を有
する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、酸化物系物質群は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、
酸化シリコン（ＳｉＯ2）及び酸化アルミニウム（Ａｌ2
Ｏ3）から構成されることが望ましい。
する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、酸化物系物質群は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、
酸化シリコン（ＳｉＯ2）及び酸化アルミニウム（Ａｌ2
Ｏ3）から構成されることが望ましい。
【００２１】（６）そして、前記本発明に係る保護膜を
有する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、保護膜は、前記炭素ナノチューブの先端部にコーテ
ィングされることが望ましい。
有する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子におい
て、保護膜は、前記炭素ナノチューブの先端部にコーテ
ィングされることが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る保護膜を有す
る炭素ナノチューブを具備する電界放出素子の実施の形
態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明す
る。初めに、図３は、本発明の実施の形態による、電界
放出素子の構造を示す図面である。図３に示すように、
本実施の形態の電界放出素子は、基板１１と、基板１１
上に積層された陰極１２と、陰極１２上に位置する炭素
ナノチューブ１３と、炭素ナノチューブ１３の先端部を
包み込むように形成される保護膜１５とを具備して構成
される。
る炭素ナノチューブを具備する電界放出素子の実施の形
態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明す
る。初めに、図３は、本発明の実施の形態による、電界
放出素子の構造を示す図面である。図３に示すように、
本実施の形態の電界放出素子は、基板１１と、基板１１
上に積層された陰極１２と、陰極１２上に位置する炭素
ナノチューブ１３と、炭素ナノチューブ１３の先端部を
包み込むように形成される保護膜１５とを具備して構成
される。
【００２３】基板１１上に形成された陰極１２及び基板
１１の反対側に設けられる陽極（図示せず）に電圧が印
加され、与えられた電気エネルギーが電子の仕事関数以
上になれば炭素ナノチューブ１３の先端部から電子が放
出される。
１１の反対側に設けられる陽極（図示せず）に電圧が印
加され、与えられた電気エネルギーが電子の仕事関数以
上になれば炭素ナノチューブ１３の先端部から電子が放
出される。
【００２４】炭素ナノチューブ１３自体を動作させる電
界の閾値は比較的低いので、陽極の電圧が所定電圧以上
に上昇すると、三極構造のゲート電極によらない電子放
出（ダイオードエミッション）が生じ得る。このような
場合に前記したアーキング現象が発生する。また、電界
放出素子の内部のガスを排気して残留した気体が炭素ナ
ノチューブ１３に吸着すると、電界放出素子の駆動中に
炭素ナノチューブ１３の電界放出特性を低下させたり、
電界放出素子の寿命を短くしたりする。
界の閾値は比較的低いので、陽極の電圧が所定電圧以上
に上昇すると、三極構造のゲート電極によらない電子放
出（ダイオードエミッション）が生じ得る。このような
場合に前記したアーキング現象が発生する。また、電界
放出素子の内部のガスを排気して残留した気体が炭素ナ
ノチューブ１３に吸着すると、電界放出素子の駆動中に
炭素ナノチューブ１３の電界放出特性を低下させたり、
電界放出素子の寿命を短くしたりする。
【００２５】保護膜１５は、前記アーキング、もしくは
電界放出素子の内部のガスを排気した後の残留気体が、
炭素ナノチューブ１３に吸着することにより生じる炭素
ナノチューブの損傷または特性の低下を防止するため
に、炭素ナノチューブ１３の先端部に適宜コーティング
されるものである。このような保護膜１５のコーティン
グ方法として、当該技術分野で従来公知のスパッタリン
グ法、電子ビーム装置（イオンプレーティング）または
レーザ蒸着（レーザアブレーション）装置を利用した方
法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ゾル−ゲル法等を
適宜用いることができる。
電界放出素子の内部のガスを排気した後の残留気体が、
炭素ナノチューブ１３に吸着することにより生じる炭素
ナノチューブの損傷または特性の低下を防止するため
に、炭素ナノチューブ１３の先端部に適宜コーティング
されるものである。このような保護膜１５のコーティン
グ方法として、当該技術分野で従来公知のスパッタリン
グ法、電子ビーム装置（イオンプレーティング）または
レーザ蒸着（レーザアブレーション）装置を利用した方
法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ゾル−ゲル法等を
適宜用いることができる。
【００２６】ここで、前記スパッタリング法とは、高い
エネルギーを有する高速の粒子を、所望の保護膜１５と
同質の物質より構成されるターゲットに衝突させて、こ
のターゲットから分子を脱離させ、前記分子で構成され
る保護膜１５を形成する方法である。また、前記電子ビ
ーム蒸着法とは、電子ビームを加速させて保護膜１５と
同質の物質に衝突させることにより、この電子の運動エ
ネルギーを、熱エネルギーに変化させて前記物質を気化
させ、炭素ナノチューブ１３に蒸着させる方法である。
エネルギーを有する高速の粒子を、所望の保護膜１５と
同質の物質より構成されるターゲットに衝突させて、こ
のターゲットから分子を脱離させ、前記分子で構成され
る保護膜１５を形成する方法である。また、前記電子ビ
ーム蒸着法とは、電子ビームを加速させて保護膜１５と
同質の物質に衝突させることにより、この電子の運動エ
ネルギーを、熱エネルギーに変化させて前記物質を気化
させ、炭素ナノチューブ１３に蒸着させる方法である。
【００２７】さらに、前記レーザ蒸着法（レーザアブレ
ーション）は、前記電子ビーム蒸着法と同じ原理を利用
するものであって、前記電子ビームに代えてレーザビー
ムを使用する方法である。そして、前記化学気相蒸着法
（ＣＶＤ）は、保護膜１５を生成する物質の反応ガス
を、炭素ナノチューブ１３上に、一定速度で吹き付けな
がら、前記炭素ナノチューブ１３に蒸着する方法であ
る。また、前記ゾル−ゲル法は、保護膜１５を生成する
原料を溶液に溶解させた後、これを炭素ナノチューブ１
３にコーティングし、溶媒を気化させて除去することに
よって保護膜１５を形成する方法である。
ーション）は、前記電子ビーム蒸着法と同じ原理を利用
するものであって、前記電子ビームに代えてレーザビー
ムを使用する方法である。そして、前記化学気相蒸着法
（ＣＶＤ）は、保護膜１５を生成する物質の反応ガス
を、炭素ナノチューブ１３上に、一定速度で吹き付けな
がら、前記炭素ナノチューブ１３に蒸着する方法であ
る。また、前記ゾル−ゲル法は、保護膜１５を生成する
原料を溶液に溶解させた後、これを炭素ナノチューブ１
３にコーティングし、溶媒を気化させて除去することに
よって保護膜１５を形成する方法である。
【００２８】本発明にあっては、保護膜１５は、電子親
和性、化学的安定性、熱的安定性、高い硬度等の特性を
有する物質より構成されことを必要とし、このような物
質として窒化物系物質、炭化物系物質、酸化物系物質等
が挙げられる。
和性、化学的安定性、熱的安定性、高い硬度等の特性を
有する物質より構成されことを必要とし、このような物
質として窒化物系物質、炭化物系物質、酸化物系物質等
が挙げられる。
【００２９】前記窒化物系物質としては、窒化ホウ素
（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭窒化ホウ素
（ＢＣＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等が挙げられ、炭
化物系物質にはダイアモンド、ダイアモンドライクカー
ボン等があり、酸化物系物質には酸化マグネシウム（Ｍ
ｇＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）等が挙げられる。
（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭窒化ホウ素
（ＢＣＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等が挙げられ、炭
化物系物質にはダイアモンド、ダイアモンドライクカー
ボン等があり、酸化物系物質には酸化マグネシウム（Ｍ
ｇＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）等が挙げられる。
【００３０】図４は、本実施の形態における、保護膜を
有する炭素ナノチューブを具備する電界放出素子のＴＥ
Ｍ（透過型電子顕微鏡）による観察写真である。図４に
示した本実施の形態における、保護膜を有する炭素ナノ
チューブと、図１に示した従来の保護膜を備えない炭素
ナノチューブとを比較すると、従来の保護膜を備えない
炭素ナノチューブは、保護膜で被覆されていないため、
炭素ナノチューブの端部が比較的鮮明に見えているが、
本実施の形態の保護膜を有する炭素ナノチューブは、炭
素ナノチューブの端部の黒色の部分１０が窒化ホウ素
（ＢＮ）の保護膜で被覆されているため、炭素ナノチュ
ーブの端部が前記従来のものに比べて、ややぼやけて見
えることがわかる。
有する炭素ナノチューブを具備する電界放出素子のＴＥ
Ｍ（透過型電子顕微鏡）による観察写真である。図４に
示した本実施の形態における、保護膜を有する炭素ナノ
チューブと、図１に示した従来の保護膜を備えない炭素
ナノチューブとを比較すると、従来の保護膜を備えない
炭素ナノチューブは、保護膜で被覆されていないため、
炭素ナノチューブの端部が比較的鮮明に見えているが、
本実施の形態の保護膜を有する炭素ナノチューブは、炭
素ナノチューブの端部の黒色の部分１０が窒化ホウ素
（ＢＮ）の保護膜で被覆されているため、炭素ナノチュ
ーブの端部が前記従来のものに比べて、ややぼやけて見
えることがわかる。
【００３１】次に、図５Ａは、保護膜として窒化ホウ素
（ＢＮ）が形成された炭素ナノチューブを具備する、電
界放出素子の電界放出特性を示すグラフであり、電流の
放出量の経時変化を示している。
（ＢＮ）が形成された炭素ナノチューブを具備する、電
界放出素子の電界放出特性を示すグラフであり、電流の
放出量の経時変化を示している。
【００３２】図５Ａに示すように、実験開始から９時間
を経過するまでは約１０-5Ｐａ（１０-7ｍｂａｒ）の真
空度が維持されている。そして、９時間と１２時間との
間に酸素ガスをこの電界放出素子の内部に注入し、その
真空度を５×１０-3Ｐａ（５×１０-5ｍｂａｒ）に低下
させる。この間に、電流の放出量が顕著に減少している
ことがわかる。すなわち、電流の数値をみると、実験開
始から９時間を経過した時点では１μＡの電流が放出さ
れているが、１０時間を経過した時点では１０-3μＡの
水準にまで低下している。
を経過するまでは約１０-5Ｐａ（１０-7ｍｂａｒ）の真
空度が維持されている。そして、９時間と１２時間との
間に酸素ガスをこの電界放出素子の内部に注入し、その
真空度を５×１０-3Ｐａ（５×１０-5ｍｂａｒ）に低下
させる。この間に、電流の放出量が顕著に減少している
ことがわかる。すなわち、電流の数値をみると、実験開
始から９時間を経過した時点では１μＡの電流が放出さ
れているが、１０時間を経過した時点では１０-3μＡの
水準にまで低下している。
【００３３】しかし、前記電界放出素子の内部に注入さ
れた酸素ガスを排気して、再び元の１０-5Ｐａの真空度
に戻すと、この電流の放出量がほぼ元の状態に回復して
いることがわかる。このことは、前記電界放出素子の内
部に注入された酸素ガスの酸素分子が、炭素ナノチュー
ブ１３の保護膜１５に吸着し、この吸着した酸素分子に
よって、前記電界放出素子における電子の放出が阻害さ
れていた状態が、前記電界放出素子の内部の真空度が高
くなるにつれて、この保護膜１５に吸着した酸素分子が
脱離して、再び電子が正常に放出されたためと考えられ
る。
れた酸素ガスを排気して、再び元の１０-5Ｐａの真空度
に戻すと、この電流の放出量がほぼ元の状態に回復して
いることがわかる。このことは、前記電界放出素子の内
部に注入された酸素ガスの酸素分子が、炭素ナノチュー
ブ１３の保護膜１５に吸着し、この吸着した酸素分子に
よって、前記電界放出素子における電子の放出が阻害さ
れていた状態が、前記電界放出素子の内部の真空度が高
くなるにつれて、この保護膜１５に吸着した酸素分子が
脱離して、再び電子が正常に放出されたためと考えられ
る。
【００３４】この電界放出特性が回復する現象におい
て、図２Ａに示す従来の炭素ナノチューブを利用した電
界放出素子と、本実施の形態における、保護膜を有する
炭素ナノチューブを具備した電界放出素子とでは、その
電界放出特性が、顕著に異なっていることがわかる。
て、図２Ａに示す従来の炭素ナノチューブを利用した電
界放出素子と、本実施の形態における、保護膜を有する
炭素ナノチューブを具備した電界放出素子とでは、その
電界放出特性が、顕著に異なっていることがわかる。
【００３５】すなわち、図２Ａと図５Ａとを比較すれ
ば、従来の電界放出素子で、酸素ガスを注入した後で、
阻害されている電界放出特性は、真空度を元の状態に戻
しても回復しなかったが、本実施の形態における、電界
放出素子では、酸素ガスを注入した後に阻害されている
電界放出特性は、真空度を元の状態に戻すことにより、
回復している。このことは、本発明で特筆すべきことで
ある。
ば、従来の電界放出素子で、酸素ガスを注入した後で、
阻害されている電界放出特性は、真空度を元の状態に戻
しても回復しなかったが、本実施の形態における、電界
放出素子では、酸素ガスを注入した後に阻害されている
電界放出特性は、真空度を元の状態に戻すことにより、
回復している。このことは、本発明で特筆すべきことで
ある。
【００３６】前記した、本発明に係る保護膜を有する炭
素ナノチューブを具備した電界放出素子と、従来の電界
放出素子との電界放出特性の差異から明らかなように、
窒化ホウ素（ＢＮ）の保護膜１５によって、炭素ナノチ
ューブの損傷が防止されて電界放出特性及び電界放出性
能の安定性が、向上していることがわかる。
素ナノチューブを具備した電界放出素子と、従来の電界
放出素子との電界放出特性の差異から明らかなように、
窒化ホウ素（ＢＮ）の保護膜１５によって、炭素ナノチ
ューブの損傷が防止されて電界放出特性及び電界放出性
能の安定性が、向上していることがわかる。
【００３７】また、図５Ｂは、窒化ホウ素（ＢＮ）に代
えて酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を保護膜として用いた
炭素ナノチューブの電界放出特性を示すグラフである。
この実験条件は、図２Ｂに示す従来の保護膜を備えない
炭素ナノチューブと同一である。図５Ｂに示した、本実
施の形態の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を保護膜として
用いた炭素ナノチューブの電界放出特性は、図２Ｂに示
した、従来の保護膜を備えない炭素ナノチューブの電界
放出特性とは異なっている。本実施の形態の酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）を保護膜として用いた炭素ナノチュー
ブは、酸素ガスを電界放出素子の内部に注入しても、電
流の放出量の減少が軽微であり、真空度を元の状態に回
復させると、電界放出の特性も元の状態に回復している
ことがわかる。
えて酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を保護膜として用いた
炭素ナノチューブの電界放出特性を示すグラフである。
この実験条件は、図２Ｂに示す従来の保護膜を備えない
炭素ナノチューブと同一である。図５Ｂに示した、本実
施の形態の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を保護膜として
用いた炭素ナノチューブの電界放出特性は、図２Ｂに示
した、従来の保護膜を備えない炭素ナノチューブの電界
放出特性とは異なっている。本実施の形態の酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）を保護膜として用いた炭素ナノチュー
ブは、酸素ガスを電界放出素子の内部に注入しても、電
流の放出量の減少が軽微であり、真空度を元の状態に回
復させると、電界放出の特性も元の状態に回復している
ことがわかる。
【００３８】なお、本実施の形態では、炭素ナノチュー
ブの保護膜を、窒化ホウ素（ＢＮ）もしくは酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）により構成した場合の具体例について
記述したが、窒化物系物質である窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、炭窒化ホウ素（ＢＣＮ）及び窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）や炭化物系物質であるダイアモンド及びダイアモ
ンドライクカーボンや、酸化物系物質である酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2）及び酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、な
どの物質の中から１種を、保護膜の構成物質として適用
した場合においても、本実施の形態と同様の効果が得ら
れている。
ブの保護膜を、窒化ホウ素（ＢＮ）もしくは酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）により構成した場合の具体例について
記述したが、窒化物系物質である窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、炭窒化ホウ素（ＢＣＮ）及び窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）や炭化物系物質であるダイアモンド及びダイアモ
ンドライクカーボンや、酸化物系物質である酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2）及び酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、な
どの物質の中から１種を、保護膜の構成物質として適用
した場合においても、本実施の形態と同様の効果が得ら
れている。
【００３９】以上の説明では、多くの事項が具体的に記
載されているが、これらは本発明の範囲を限定するもの
ではなく、本発明の好適な実施の形態の１例として解釈
されなければならない。例えば、本発明の属する技術分
野において通常の知識を有する当業者であれば、本発明
の技術的思想に基づいて電子親和性、化学的安定性、熱
的安定性、及び高い硬度等の特性を有する他の物質を保
護膜として用いることが可能なことが容易に理解され
る。よって、本発明の技術範囲は本明細書で説明された
１例の実施の形態のみに限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された技術的思想によって定められな
ければならない。
載されているが、これらは本発明の範囲を限定するもの
ではなく、本発明の好適な実施の形態の１例として解釈
されなければならない。例えば、本発明の属する技術分
野において通常の知識を有する当業者であれば、本発明
の技術的思想に基づいて電子親和性、化学的安定性、熱
的安定性、及び高い硬度等の特性を有する他の物質を保
護膜として用いることが可能なことが容易に理解され
る。よって、本発明の技術範囲は本明細書で説明された
１例の実施の形態のみに限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された技術的思想によって定められな
ければならない。
【００４０】
【発明の効果】以上、説明したとおりに構成される本発
明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明に
よれば、炭素ナノチューブに窒化ホウ素（ＢＮ）のよう
な保護膜をコーティングすることによって、アーキング
による損傷を防止して電界放出素子の寿命を延ばすとと
もに、電子の仕事関数の大きさを低減させることによっ
て、電子の放出を容易にし、電界放出の特性及び電界放
出性能の安定性を向上させることが可能な、保護膜を有
する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子を提供す
ることができる。
明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明に
よれば、炭素ナノチューブに窒化ホウ素（ＢＮ）のよう
な保護膜をコーティングすることによって、アーキング
による損傷を防止して電界放出素子の寿命を延ばすとと
もに、電子の仕事関数の大きさを低減させることによっ
て、電子の放出を容易にし、電界放出の特性及び電界放
出性能の安定性を向上させることが可能な、保護膜を有
する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子を提供す
ることができる。
【図１】従来の炭素ナノチューブのＴＥＭ（透過型電子
顕微鏡）による観察写真である。
顕微鏡）による観察写真である。
【図２Ａ】保護膜を備えない従来の炭素ナノチューブを
具備する電界放出素子の電界放出特性を示すグラフであ
る。
具備する電界放出素子の電界放出特性を示すグラフであ
る。
【図２Ｂ】実験条件を変更した場合の保護膜を備えない
従来の炭素ナノチューブを具備する電界放出素子の電界
放出特性を示すグラフである。
従来の炭素ナノチューブを具備する電界放出素子の電界
放出特性を示すグラフである。
【図３】本発明に係る１例の実施の形態の保護膜を有す
る炭素ナノチューブを具備した電界放出素子の構造を模
式的に示す断面図である。
る炭素ナノチューブを具備した電界放出素子の構造を模
式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る１例の実施の形態の窒化ホウ素で
構成された保護膜を有する炭素ナノチューブのＴＥＭ
（透過型電子顕微鏡）による観察写真である。
構成された保護膜を有する炭素ナノチューブのＴＥＭ
（透過型電子顕微鏡）による観察写真である。
【図５Ａ】本発明に係る１例の実施の形態の窒化ホウ素
で構成された保護膜を有する炭素ナノチューブの電界放
出特性の時間変化を示すグラフである。
で構成された保護膜を有する炭素ナノチューブの電界放
出特性の時間変化を示すグラフである。
【図５Ｂ】本発明に係る１例の実施の形態の酸化マグネ
シウムで構成された保護膜を有する炭素ナノチューブの
電界放出特性の時間変化示すグラフである。
シウムで構成された保護膜を有する炭素ナノチューブの
電界放出特性の時間変化示すグラフである。
１１ 基板
１２ 陰極
１３ 炭素ナノチューブ
１５ 保護膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 李 輝 健
大韓民国 京畿道 城南市 盆唐区 二梅
洞 142番地 アルムマウル 鮮京アパー
ト 602棟 1003号
(72)発明者 李 晶 姫
大韓民国 京畿道 城南市 盆唐区 下塔
洞 525番地 塔マウル 京南アパート
713棟 1002号
(72)発明者 兪 世 起
大韓民国 京畿道 城南市 盆唐区 書▲
見▼洞 299番地 孝子村 現代アパート
113棟 102号
(72)発明者 李 昌 洙
大韓民国 京畿道 烏山市 園洞 551番
地 泰栄アパート 102棟 1702号
(72)発明者 許 廷 娜
大韓民国 ソウル特別市 江南区 清潭洞
19−13番地
Ｆターム(参考） 5C043 AA07 AA20 CC09 DD28 DD29
EB04 EC16 EC17 EC18
Claims (6)
- 【請求項１】 保護膜を有する炭素ナノチューブを具備
したことを特徴とする電界放出素子。 - 【請求項２】 前記保護膜は窒化物系物質群、炭化物系
物質群、酸化物系物質群からなる化合物群の中から選択
された１種の物質で構成されることを特徴とする請求項
１に記載の保護膜を有する炭素ナノチューブを具備した
電界放出素子。 - 【請求項３】 前記窒化物系物質群は、窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭窒化ホウ素（Ｂ
ＣＮ）及び窒化ガリウム（ＧａＮ）から構成されること
を特徴とする請求項２に記載の保護膜を有する炭素ナノ
チューブを具備した電界放出素子。 - 【請求項４】 前記炭化物系物質群は、ダイアモンド及
びダイアモンドライクカーボンから構成されることを特
徴とする請求項２に記載の保護膜を有する炭素ナノチュ
ーブを具備した電界放出素子。 - 【請求項５】 前記酸化物系物質群は、酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）及び酸化アル
ミニウム（Ａｌ2Ｏ3）から構成されることを特徴とする
請求項２に記載の保護膜を有する炭素ナノチューブを具
備した電界放出素子。 - 【請求項６】 前記保護膜は、前記炭素ナノチューブの
先端部にコーティングされることを特徴とする請求項１
から請求項５のいずれか１項に記載の保護膜を有する炭
素ナノチューブを具備した電界放出素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2002-1383 | 2002-01-10 | ||
| KR1020020001383A KR20030060611A (ko) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 보호막을 가지는 탄소나노튜브를 구비하는 전계방출소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003217516A true JP2003217516A (ja) | 2003-07-31 |
Family
ID=19718350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003003998A Pending JP2003217516A (ja) | 2002-01-10 | 2003-01-10 | 保護膜を有する炭素ナノチューブを具備した電界放出素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6903500B2 (ja) |
| EP (1) | EP1328001A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003217516A (ja) |
| KR (1) | KR20030060611A (ja) |
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| JP2008541356A (ja) * | 2005-05-06 | 2008-11-20 | アプライド・ナノテック・ホールディングス・インコーポレーテッド | 低仕事関数陰極 |
| US9748094B2 (en) | 2010-09-03 | 2017-08-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor compound structure and method of fabricating the same using graphene or carbon nanotubes, and semiconductor device including the semiconductor compound structure |
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| EP1386340B1 (en) * | 2001-03-22 | 2007-10-31 | Lumimove, Inc. | Illuminated display system and process |
| US7521851B2 (en) * | 2003-03-24 | 2009-04-21 | Zhidan L Tolt | Electron emitting composite based on regulated nano-structures and a cold electron source using the composite |
| KR100922743B1 (ko) * | 2003-03-25 | 2009-10-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전계방출소자 |
| KR100531793B1 (ko) * | 2003-08-08 | 2005-11-30 | 엘지전자 주식회사 | 전계방출소자 및 제조방법 |
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| KR100668332B1 (ko) * | 2004-02-25 | 2007-01-12 | 삼성전자주식회사 | 카바이드 및 나이트라이드 나노 전자 에미터를 구비한 소자의 제조방법 |
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| SG11201710396UA (en) * | 2015-07-07 | 2018-01-30 | Value Eng Ltd | Repeller for ion implanter, cathode, chamber wall, slit member, and ion generating device comprising same |
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