JP2007516919A - 細長いナノ構造及び関連素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空間的に離隔した触媒粒子及び基材の少なくとも一部を、予め選択された温度で、基材と触媒粒子の少なくとも1個との間に無機ナノ構造を形成させるのに十分な時間にわたって、含金属蒸気に曝露する。無機ナノ構造を、予め選択された温度で、無機ナノ構造を炭化するのに十分な時間にわたって、含炭素蒸気源に曝露する。
【選択図】図1
Description
112 触媒粒子
114 含金属蒸気
116 無機ナノ構造
118 含炭素蒸気源
120 カーバイドナノ構造
122 エッチング剤
211 導電性緩衝層
300 電界放出素子
310 基材
312 触媒粒子
314 誘電層
316 伝導層
317 空洞
318 ナノロッド
322 電界源
402 チャネル
404 触媒粒子
418 ナノロッド
420 伝導性プラットフォーム
510 ナノロッド
512 ナノベルト
514 多結晶ナノロッド
Claims (53)
- 細長いカーバイドナノ構造を製造する方法であって、
(a)基材に複数の空間的に離隔した触媒粒子を施工するステップと、
(b)前記空間的に離隔した触媒粒子及び前記基材の少なくとも一部を、予め選択された温度で、前記基材と前記触媒粒子の少なくとも1個との間に当該含金属蒸気の金属を含む無機ナノ構造を形成させるのに十分な時間にわたって、含金属蒸気に曝露するステップと、
(c)前記無機ナノ構造を、予め選択された温度で、前記無機ナノ構造を炭化するのに十分な時間にわたって、含炭素蒸気源に曝露し、これにより細長いカーバイドナノ構造を生じさせるステップと、
を備えた方法。 - 前記細長いカーバイドナノ構造から複数の触媒粒子を除去するステップをさらに含んでいる請求項1に記載の方法。
- 前記除去するステップはエッチングを用いる、請求項2に記載の方法。
- 前記無機基材は、酸化物、金属又は元素半導体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される材料を含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記含炭素蒸気源は、メタン、エチレン、エタン、プロパン及びイソプロピレン、並びにこれらの組み合わせを含む群から選択される気体である、請求項1に記載の方法。
- 前記無機ナノ構造は、前記含炭素蒸気源に曝露されている間に水素ガスにも曝露される、請求項1に記載の方法。
- 複数の空間的に離隔した触媒粒子を施工する前記ステップは、
(a)前記基材に前記触媒の薄膜を施工するステップと、
(b)前記触媒を液相とするのに十分な温度まで前記薄膜を加熱し、これにより空間的に離隔した粒子を形成するように前記触媒を凝集させるステップと、
を含んでいる、請求項1に記載の方法。 - 前記薄膜は、厚みが3nm〜10nmである、請求項7に記載の方法。
- 前記薄膜は、電子ビーム蒸着により前記基材に施工される、請求項7に記載の方法。
- 前記薄膜は、スパッタリングにより前記基材に施工される、請求項7に記載の方法。
- 前記炭化工程の間に還元性気体を流動させるステップをさらに含んでいる請求項1に記載の方法。
- 前記還元性気体は水素を含んでいる、請求項11に記載の方法。
- 複数の空間的に離隔した触媒粒子を施工する前記ステップは、多孔質鋳型の内部に前記触媒粒子を付着させるステップを含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質鋳型は陽極酸化処理型酸化アルミニウムを含んでいる、請求項13に記載の方法。
- 前記多孔質鋳型は二酸化ケイ素を含んでいる、請求項13に記載の方法。
- 複数の空間的に離隔した触媒粒子を施工する前記ステップは、
(a)前記触媒の複数のナノ粒子を有機溶媒に懸濁するステップと、
(b)ナノ粒子及び前記溶媒を前記基材に施工するステップと、
(c)スピン・コータにより前記ナノ粒子を分散させるステップと、
を含んでいる、請求項1に記載の方法。 - 前記ナノ粒子の凝集を阻害するように、前記有機溶媒及び前記ナノ粒子に界面活性剤を添加するステップをさらに含んでいる請求項16に記載の方法。
- 前記溶媒はアルコールを含んでいる、請求項16に記載の方法。
- 前記溶媒はアセトンを含んでいる、請求項16に記載の方法。
- 前記触媒は、金、ニッケル、鉄、コバルト又はガリウム、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記基材に複数の空間的に離隔した触媒粒子を施工する前記ステップの前に、前記基材に導電性緩衝層を施工するステップをさらに含んでおり、前記緩衝層は拡散遮断層としての役割を果たす、請求項1に記載の方法。
- 前記緩衝層は、炭化ゲルマニウム、タングステン、炭化ケイ素又はチタンタングステン、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される材料である、請求項21に記載の方法。
- 導電性緩衝層を施工する前記ステップはエピタキシャル法を用いる、請求項21に記載の方法。
- 前記含金属蒸気に曝露されている間に前記空間的に離隔した触媒粒子及び前記基材の少なくとも一部に電界を印加し、これにより前記無機ナノ構造の成長の方向に影響を与えるステップをさらに含んでいる、請求項1に記載の方法。
- (a)基材に誘電層を施工するステップと、
(b)前記基材の反対側で前記誘電層に伝導層を施工するステップと、
(c)前記伝導層及び前記誘電層に少なくとも1個の空洞を形成し、これにより前記基材を露出させるステップと、
(d)前記空洞に少なくとも1本のナノロッドを成長させるステップと、
を備えた電界放出素子を製造する方法。 - 少なくとも1本のナノロッドを成長させる前記ステップは、
(a)前記空洞の内部に少なくとも1個の触媒粒子を施工するステップと、
(b)前記触媒粒子及び前記基材の少なくとも一部を、予め選択された温度で、前記基材と前記触媒粒子との間に当該金属蒸気の金属の酸化物を含む酸化物ナノロッドを形成させるのに十分な時間にわたって、金属蒸気及び酸化性気体に曝露するステップと、
(c)前記酸化物ナノロッドを、予め選択された温度で、前記酸化物ナノロッドを炭化するのに十分な時間にわたって、含炭素蒸気源に曝露するステップと
(d)前記触媒粒子を除去するステップと、
を含んでいる、請求項25に記載の方法。 - 少なくとも1個の触媒粒子を施工する前記ステップは、前記素子空洞の内部にパターニングされた触媒フィルムを施工するステップを含んでいる、請求項26に記載の方法。
- 前記除去するステップはエッチングにより行なわれる、請求項26に記載の方法。
- 前記基材上で前記空洞の内部に伝導性プラットフォームを形成するステップをさらに含んでおり、前記空洞に少なくとも1本のナノロッドを成長させる前記ステップは、前記伝導性プラットフォームから前記ナノロッドを成長させるステップを含んでいる、
請求項25に記載の方法。 - (a)上面及び反対側の底面を有する基材と、
(b)前記上面に配設された誘電層と、
(c)前記基材の反対側で前記誘電層の上層に配設された伝導層であって、該伝導層及び前記誘電層は、前記基材まで下方に延在する空洞を画定している、伝導層と、
(d)前記基材に固着されており、前記空洞の内部に実質的に配設されている少なくとも1本のナノロッドと、
を備えた電界放出素子。 - 前記基材の前記上面に固着された緩衝層をさらに含んでいる請求項30に記載の電界放出素子。
- イメージング・システムに用いられる請求項30に記載の電界放出素子。
- 照明システムに用いられる請求項30に記載の電界放出素子。
- 前記ナノロッドはX−ナノロッドであり、Xは、炭化物、酸化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物又はケイ化物、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される材料である、請求項30に記載の電界放出素子。
- 前記基材は無機単結晶物質を含んでいる、請求項30に記載の電界放出素子。
- 前記無機単結晶物質は、ケイ素、酸化アルミニウム及び炭化ケイ素、並びにこれらの組み合わせを含む群から選択される材料を含んでいる、請求項35に記載の電界放出素子。
- 前記誘電層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウム、並びにこれらの組み合わせを含む群から選択される材料を含んでいる、請求項30に記載の電界放出素子。
- (a)上面及び底面を有する無機基材と、
(b)前記上面に隣接して配設された伝導性緩衝層と、
(c)該伝導性緩衝層から延在する複数の細長い炭化金属ナノ構造と、
を備えたナノ構造。 - 前記無機基材は、ケイ素、酸化アルミニウム及び炭化ケイ素、並びにこれらの組み合わせから成る群から選択される結晶物質を含んでいる、請求項38に記載のナノ構造。
- 前記複数の細長い炭化金属ナノ構造は少なくとも1本のナノロッドを含んでいる、請求項38に記載のナノ構造。
- 前記複数の細長い炭化金属ナノ構造は少なくとも1本のナノリボンを含んでいる、請求項38に記載のナノ構造。
- 前記複数の細長い炭化金属ナノ構造は各々、短い方の寸法が800nm未満である、請求項38に記載のナノ構造。
- 前記炭化金属は、モリブデン、ニオブ、ハフニウム、ケイ素、タングステン、チタン又はジルコニウム、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される金属の酸化物から炭化される、請求項38に記載のナノ構造。
- (a)上面及び反対側の底面を有する基材と、
(b)前記上面に配設された誘電層と、
(c)前記基材の反対側で前記誘電層の上層に配設された伝導層であって、該伝導層及び前記誘電層は前記基材まで下方に延在する空洞を画定している、伝導層と、
(d)頂上面を有し、前記空洞の内部で前記基材の前記上面に配設されている伝導性プラットフォームと、
(e)前記伝導性プラットフォームの前記頂上面に固着されており、前記空洞の内部に実質的に配設されている少なくとも1本のナノロッドと、
を備えた電界放出素子。 - 前記伝導性プラットフォームは円錐形部材を含んでおり、該円錐形部材は、前記頂上面の反対側に比較的大きい底面を有し、該底面が前記基材に固着されている、請求項44に記載の電界放出素子。
- 前記伝導性プラットフォームは、ケイ素、モリブデン、白金、パラジウム、タンタル又はニオブ、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される材料を含んでいる、請求項44に記載の電界放出素子。
- 前記ナノロッドはカーバイドナノロッドである、請求項44に記載の電界放出素子。
- 前記基材は無機単結晶物質を含んでいる、請求項44に記載の電界放出素子。
- 前記無機単結晶物質は、ケイ素、酸化アルミニウム及び炭化ケイ素、並びにこれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項48に記載の電界放出素子。
- 前記基材は多結晶材料を含んでいる、請求項44に記載の電界放出素子。
- 前記基材はアモルファスガラスを含んでいる、請求項44に記載の電界放出素子。
- 前記誘電層は二酸化ケイ素を含んでいる、請求項44に記載の電界放出素子。
- 炭化モリブデン、ケイ化モリブデン、酸炭化モリブデン又は炭化ニオブを含む群から選択される材料を含む多結晶ナノロッドを含んでいる構造。
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