JP2010080402A - Carbon fiber device and method for manufacturing the same - Google Patents

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友裕 加藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber device wherein there is a smaller difference in distance between the front end of each of carbon fibers and a gate electrode on a substrate, and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The method includes steps of: laminating a cathode electrode 20, an insulating film 30 and a gate electrode 40; forming a hole 50 passing through the insulating film 30 and the gate electrode 40 to expose an electron emission plane 20a of the cathode electrode 20; monitoring short-circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 due to the contact of the carbon fibers 100 with the gate electrode 40 at a real time while making the carbon fibers 100 grow on the electron emission plane 20a; and cutting the carbon fibers 100 contacting the gate electrode 40 when detecting the short-circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバ等の炭素繊維を有する炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon fiber device having carbon fibers such as carbon nanotubes and graphite nanofibers, and a method for manufacturing the carbon fiber device.

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラファイトナノファイバ（ＧＮＦ）等のナノスケールの炭素繊維（カーボンファイバ）が、フィールドエミッションアレイ（ＦＥＡ）や、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の炭素繊維装置に使用されている。これらの炭素繊維装置は、炭素繊維を電子放出源として使用する。例えば、電子放出源から放出された電子を蛍光体膜に衝突させることにより、蛍光体膜が励起され発光する。   Nanoscale carbon fibers (carbon fibers) such as carbon nanotubes (CNT) and graphite nanofibers (GNF) are used in carbon fiber devices such as field emission arrays (FEA) and field emission displays (FED). These carbon fiber devices use carbon fiber as an electron emission source. For example, when the electrons emitted from the electron emission source collide with the phosphor film, the phosphor film is excited and emits light.

通常、炭素繊維装置は、カソード電極上に炭素繊維を配置し、炭素繊維の配置された領域を囲むようにカソード電極上に絶縁膜とゲート電極を形成した構造である。炭素繊維を形成する一般的な方法は、絶縁膜とゲート電極を部分的にエッチングして露出させたカソード電極上に炭素繊維の核となる触媒を配置し、熱化学気相成長（ＣＶＤ）法等により炭素繊維を成長させる方法である（例えば、特許文献１参照。）。このとき、炭素繊維の先端とゲート電極とが接触しないように炭素繊維を成長させる必要がある。
特開２００４−３０３６７９号公報 Usually, a carbon fiber device has a structure in which carbon fibers are arranged on a cathode electrode, and an insulating film and a gate electrode are formed on the cathode electrode so as to surround a region where the carbon fibers are arranged. A general method for forming carbon fiber is to place a catalyst serving as the core of carbon fiber on a cathode electrode exposed by partially etching an insulating film and a gate electrode, and to perform a thermal chemical vapor deposition (CVD) method. This is a method of growing carbon fibers by, for example, (see Patent Document 1). At this time, it is necessary to grow the carbon fiber so that the tip of the carbon fiber does not contact the gate electrode.
JP 2004-303679 A

しかしながら、一つの基板上で複数の領域に炭素繊維を形成する場合等に、基板上の領域によって炭素繊維が成長する速度（以下において、「成長レート」という。）が異なることがある。例えば、基板中央での成長レートが速く、基板周辺部での成長レートが遅い場合がある。   However, when carbon fibers are formed in a plurality of regions on one substrate, the rate of carbon fiber growth (hereinafter referred to as “growth rate”) may vary depending on the region on the substrate. For example, the growth rate at the center of the substrate may be fast and the growth rate at the periphery of the substrate may be slow.

このとき、成長レートが遅い領域に合わせて炭素繊維の成長時間を設定すると、成長レートの速い領域の炭素繊維が伸びすぎて、炭素繊維の先端がゲート電極に接触するという問題があった。この場合、炭素繊維装置が不良品となる。   At this time, if the growth time of the carbon fiber is set in accordance with the region where the growth rate is slow, the carbon fiber in the region where the growth rate is fast grows too much, and there is a problem that the tip of the carbon fiber contacts the gate electrode. In this case, the carbon fiber device is a defective product.

一方、成長レートが速い領域に合わせて成長時間を設定すると、成長レートの遅い領域の炭素繊維が所望の長さより短くなる。このため、成長レートの遅い領域においてゲート電極と炭素繊維の先端との距離が長くなる。この場合、成長レートの遅い領域の炭素繊維から電荷が放出されないという問題が生じる。   On the other hand, when the growth time is set according to the region where the growth rate is fast, the carbon fiber in the region where the growth rate is slow becomes shorter than the desired length. For this reason, the distance between the gate electrode and the tip of the carbon fiber becomes long in the region where the growth rate is low. In this case, there arises a problem that electric charges are not released from the carbon fibers in the region where the growth rate is slow.

上記問題点を鑑み、本発明は、炭素繊維の先端とゲート電極との距離の基板内ばらつきが抑制された炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a carbon fiber device and a method for manufacturing the carbon fiber device in which variations in the distance between the tip of the carbon fiber and the gate electrode are suppressed.

本発明の一態様によれば、（イ）カソード電極、絶縁膜及びゲート電極を積層するステップと、（ロ）絶縁膜及びゲート電極を貫通するホールを形成してカソード電極の電子放出面を露出させるステップと、（ハ）電子放出面上に炭素繊維を成長させながら、炭素繊維とゲート電極との接触によるカソード電極とゲート電極間の短絡をリアルタイムで監視するステップと、（ニ）短絡を検知した場合に、ゲート電極と接触する炭素繊維を切断するステップとを含む炭素繊維装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, (a) a step of laminating a cathode electrode, an insulating film, and a gate electrode; and (b) forming a hole that penetrates the insulating film and the gate electrode to expose an electron emission surface of the cathode electrode. And (c) monitoring the short circuit between the cathode electrode and the gate electrode due to the contact between the carbon fiber and the gate electrode in real time while growing the carbon fiber on the electron emission surface, and (d) detecting the short circuit. In this case, a method for manufacturing a carbon fiber device is provided which includes a step of cutting carbon fibers in contact with the gate electrode.

本発明の他の態様によれば、（イ）カソード電極と、（ロ）カソード電極上に配置された絶縁膜と、（ハ）絶縁膜上に配置されたゲート電極と、（ニ）絶縁膜及びゲート電極を貫通するホールの底面に露出されたカソード電極の電子放出面上に配置された炭素繊維とを備え、ホール内で成長した一群の炭素繊維からなる炭素繊維群が全体として円柱形状をなすことを特徴とする炭素繊維装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, (b) a cathode electrode, (b) an insulating film disposed on the cathode electrode, (c) a gate electrode disposed on the insulating film, and (d) an insulating film. And a carbon fiber disposed on the electron emission surface of the cathode electrode exposed on the bottom surface of the hole penetrating the gate electrode, and the carbon fiber group composed of a group of carbon fibers grown in the hole has a cylindrical shape as a whole. A carbon fiber device is provided.

本発明によれば、炭素繊維の先端とゲート電極との距離の基板内ばらつきが抑制された炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the carbon fiber apparatus and the carbon fiber apparatus with which the dispersion | variation in the board | substrate of the distance of the front-end | tip of carbon fiber and a gate electrode was suppressed can be provided.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法は、図１に示すカソード電極２０、カソード電極２０上に配置された絶縁膜３０、絶縁膜３０上に配置されたゲート電極４０、及び絶縁膜３０とゲート電極４０を貫通するホール５０の底面に露出されたカソード電極２０の電子放出面２０ａ上に配置された炭素繊維１００を有する炭素繊維装置１等に適用可能な製造方法である。即ち、カソード電極２０、絶縁膜３０及びゲート電極４０を積層するステップと、絶縁膜３０及びゲート電極４０を貫通するホール５０を形成してカソード電極２０の電子放出面２０ａを露出させるステップと、電子放出面２０ａ上に炭素繊維１００を成長させながら、炭素繊維１００とゲート電極４０との接触によるカソード電極２０とゲート電極４０間の短絡をリアルタイムで監視するステップと、短絡を検知した場合にゲート電極４０と接触する炭素繊維１００を切断するステップとを含む。   The carbon fiber device manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a cathode electrode 20 shown in FIG. 1, an insulating film 30 disposed on the cathode electrode 20, a gate electrode 40 disposed on the insulating film 30, and an insulating film. This is a manufacturing method applicable to the carbon fiber device 1 having the carbon fiber 100 disposed on the electron emission surface 20a of the cathode electrode 20 exposed at the bottom surface of the hole 50 penetrating the film 30 and the gate electrode 40. That is, a step of laminating the cathode electrode 20, the insulating film 30 and the gate electrode 40, a step of forming a hole 50 penetrating the insulating film 30 and the gate electrode 40 to expose the electron emission surface 20a of the cathode electrode 20, and an electron A step of monitoring in real time a short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 due to contact between the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 while growing the carbon fiber 100 on the emission surface 20a, and a gate electrode when a short circuit is detected. Cutting carbon fiber 100 in contact with 40.

図２に炭素繊維装置１の上面図を示す。図１は、図２のＩ−Ｉ方向に沿った断面図である。図１ではホール５０の電子放出面２０ａに沿った形状が円形である例を示したが、円形以外の多角形等の形状であってもよいことはもちろんである。   FIG. 2 shows a top view of the carbon fiber device 1. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the II direction of FIG. Although FIG. 1 shows an example in which the shape of the hole 50 along the electron emission surface 20a is a circle, it is needless to say that the shape may be a polygon other than a circle.

炭素繊維１００は、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラファイトナノファイバ（ＧＮＦ）、カーボンナノファイバ（ＣＮＦ）、カーボンナノコイル等を含むナノスケールの炭素繊維（カーボンファイバ）である。触媒１５０には、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）からなる４２６合金膜等が採用可能である。   The carbon fiber 100 is, for example, a nanoscale carbon fiber (carbon fiber) including carbon nanotubes (CNT), graphite nanofibers (GNF), carbon nanofibers (CNF), carbon nanocoils, and the like. As the catalyst 150, a 426 alloy film made of iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), or the like can be used.

基板１０には、例えばニッケル（Ｎｉ）基板や、ステンレス鋼（ＳＵＳ）基板等の金属プレートが採用可能である。カソード電極２０には、クロム（Ｃｒ）膜等が採用可能である。絶縁膜３０には酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜等が採用可能である。ゲート電極４０にはＣｒ膜等が採用可能である。 For the substrate 10, for example, a metal plate such as a nickel (Ni) substrate or a stainless steel (SUS) substrate can be employed. A chrome (Cr) film or the like can be used for the cathode electrode 20. A silicon oxide (SiO 2 ) film or the like can be used for the insulating film 30. A Cr film or the like can be used for the gate electrode 40.

図１に示した調整装置２００は、炭素繊維１００の成長工程中に、炭素繊維１００とゲート電極４０との接触に起因するカソード電極２０とゲート電極４０間の電気的な短絡（ショート）をリアルタイムで監視する。そして、カソード電極２０とゲート電極４０間の短絡を検知した場合に、調整装置２００はゲート電極４０と接触する炭素繊維１００を炭素繊維１００の成長工程中に切断して、炭素繊維１００とゲート電極４０との接触を遮断する。   The adjustment device 200 shown in FIG. 1 performs an electrical short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 due to the contact between the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 during the growth process of the carbon fiber 100 in real time. Monitor with. When the short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 is detected, the adjustment device 200 cuts the carbon fiber 100 that is in contact with the gate electrode 40 during the growth process of the carbon fiber 100, so that the carbon fiber 100 and the gate electrode are cut. Block contact with 40.

例えば調整装置２００は、炭素繊維１００の成長工程中にカソード電極２０とゲート電極４０間に一定の検知電圧Ｖｄを印加する。カソード電極２０とゲート電極４０間に電気的な接触がない場合、カソード電極２０とゲート電極４０間に電流は流れない。しかし、炭素繊維１００の成長工程中に炭素繊維１００とゲート電極４０が接触すると、カソード電極２０とゲート電極４０間に検知電流Ｉｄが流れる。調整装置２００は、検知電流Ｉｄを検知することによって、カソード電極２０とゲート電極４０間の短絡を検知する。例えば、検知電圧Ｖｄを５Ｖ程度に設定し、検知電流Ｉｄが一定値以上、例えば１ｍＡ以上流れた場合に、調整装置２００は、カソード電極２０とゲート電極４０間に電気的な接触が生じたことを検知する。   For example, the adjusting device 200 applies a constant detection voltage Vd between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 during the growth process of the carbon fiber 100. When there is no electrical contact between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40, no current flows between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40. However, when the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 come into contact with each other during the growth process of the carbon fiber 100, the detection current Id flows between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40. The adjusting device 200 detects a short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 by detecting the detection current Id. For example, when the detection voltage Vd is set to about 5 V and the detection current Id flows above a certain value, for example, 1 mA or more, the adjustment device 200 causes electrical contact between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40. Is detected.

カソード電極２０とゲート電極４０間の短絡を検知した場合、調整装置２００は、例えば切断電圧Ｖｃをカソード電極２０とゲート電極４０間に印加する。切断電圧Ｖｃの印加によりゲート電極４０と接触している炭素繊維１００が溶断され、炭素繊維１００とゲート電極４０との接触が遮断される。切断電圧Ｖｃは、例えば３０Ｖ程度のパルス電圧である。   When a short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 is detected, the adjustment device 200 applies, for example, a cutting voltage Vc between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40. By applying the cutting voltage Vc, the carbon fiber 100 in contact with the gate electrode 40 is melted, and the contact between the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is cut off. The cutting voltage Vc is a pulse voltage of about 30V, for example.

多数の炭素繊維１００がゲート電極４０に接触した状態では、通電によって炭素繊維１００を切断することは困難である。しかし、調整装置２００は、炭素繊維１００の成長工程中にリアルタイムで炭素繊維１００とゲート電極４０の接触を監視する。このため、ゲート電極４０と接触する炭素繊維１００の本数が少ない段階で切断電圧Ｖｃを印加できる。したがって、ゲート電極４０と接触する炭素繊維１００を容易に切断できる。   In a state where a large number of carbon fibers 100 are in contact with the gate electrode 40, it is difficult to cut the carbon fibers 100 by energization. However, the adjustment device 200 monitors the contact between the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 in real time during the growth process of the carbon fiber 100. For this reason, the cutting voltage Vc can be applied at a stage where the number of carbon fibers 100 in contact with the gate electrode 40 is small. Therefore, the carbon fiber 100 in contact with the gate electrode 40 can be easily cut.

図３に、炭素繊維１００の一部がゲート電極４０と接触した例を示す。破線で囲んで示したように、炭素繊維１００の成長工程中に、炭素繊維１００の先端がゲート電極４０と接触する。   FIG. 3 shows an example in which a part of the carbon fiber 100 is in contact with the gate electrode 40. As surrounded by the broken line, the tip of the carbon fiber 100 is in contact with the gate electrode 40 during the growth process of the carbon fiber 100.

図４に、炭素繊維装置１がフィールドエミッションアレイ（ＦＥＡ）である場合の、本発明の実施の形態に係る製造方法を適用した例を示す。図４に示したＦＥＡは、行方向に延伸するｍ本のカソード電極２１〜２ｍと、列方向に延伸するｎ本のゲート電極４１〜４ｎを有する（ｍ、ｎは２以上の整数。）。ただし、図４は炭素繊維１００の成長工程段階でのＦＥＡを示しているため、図４に示したカソード電極２０はカソード電極２１〜２ｍの各端部が接続されたカソード共通電極２１０を有する。同様に、図４に示したゲート電極４０は、ゲート電極４１〜４ｎの各端部が接続されたゲート共通電極４１０を有する。カソード共通電極２１０は配線２２０により調整装置２００に接続され、ゲート共通電極４１０は配線２４０により調整装置２００に接続される。   FIG. 4 shows an example in which the manufacturing method according to the embodiment of the present invention is applied when the carbon fiber device 1 is a field emission array (FEA). The FEA shown in FIG. 4 has m cathode electrodes 21 to 2m extending in the row direction and n gate electrodes 41 to 4n extending in the column direction (m and n are integers of 2 or more). However, since FIG. 4 shows FEA in the growth process stage of the carbon fiber 100, the cathode electrode 20 shown in FIG. 4 has a cathode common electrode 210 to which each end of the cathode electrodes 21 to 2m is connected. Similarly, the gate electrode 40 shown in FIG. 4 includes a gate common electrode 410 to which each end of the gate electrodes 41 to 4n is connected. The common cathode electrode 210 is connected to the adjusting device 200 by a wiring 220, and the common gate electrode 410 is connected to the adjusting device 200 by a wiring 240.

図４に示すように、カソード電極２１〜２ｍとゲート電極４１〜４ｎが交差する複数の領域によって、ｍ行×ｎ列のマトリクス状に配置された複数の交差領域が形成される。交差領域のそれぞれにおいて、絶縁膜３０及びゲート電極４０を貫通するホール５０の底面に露出されたカソード電極２０の電子放出面２０ａ上に炭素繊維が配置されている。図４は、各交差領域に４つのホール５０が形成された例を示している。   As shown in FIG. 4, a plurality of intersecting regions arranged in a matrix of m rows × n columns are formed by a plurality of regions where the cathode electrodes 21 to 2 m and the gate electrodes 41 to 4 n intersect. In each of the intersecting regions, carbon fibers are disposed on the electron emission surface 20 a of the cathode electrode 20 exposed at the bottom surface of the hole 50 that penetrates the insulating film 30 and the gate electrode 40. FIG. 4 shows an example in which four holes 50 are formed in each intersection region.

図５に、ゲート電極４ｊと、カソード電極２ｉ及びカソード電極２ｍとの交差領域の断面図を示す（１＜ｊ＜ｎ、１＜ｉ＜ｍ）。ゲート電極４ｊとカソード電極２ｉとの交差領域は基板１０の主面上の中央領域にあり、ゲート電極４ｊとカソード電極２ｍとの交差領域は基板１０の主面上の周辺領域にある。図５に示すように、ゲート電極４ｊとカソード電極２ｉとの交差領域に形成されるホール５０ｉ内に炭素繊維１００ｉが形成され、ゲート電極４ｊとカソード電極２ｍとの交差領域に形成されるホール５０ｍ内に炭素繊維１００ｍが形成される。   FIG. 5 shows a cross-sectional view of the intersecting region of the gate electrode 4j, the cathode electrode 2i, and the cathode electrode 2m (1 <j <n, 1 <i <m). The intersection region between the gate electrode 4j and the cathode electrode 2i is in the central region on the main surface of the substrate 10, and the intersection region between the gate electrode 4j and the cathode electrode 2m is in the peripheral region on the main surface of the substrate 10. As shown in FIG. 5, the carbon fiber 100i is formed in the hole 50i formed in the intersection region between the gate electrode 4j and the cathode electrode 2i, and the hole 50m formed in the intersection region between the gate electrode 4j and the cathode electrode 2m. Carbon fiber 100m is formed inside.

炭素繊維１００の成長レートが、基板１０の主面上の中央領域に形成される炭素繊維１００ｉの成長レートが、周辺領域に形成される炭素繊維１００ｍの成長レートより速い場合がある。これは、炭素繊維１００の成長工程において、基板中央領域の方が基板周辺領域より高温になること等が原因と考えられる。この場合、炭素繊維１００の成長工程の任意の時点において、図５に示すように、ホール５０ｉ内の炭素繊維１００ｉの長さｔｉと比べて、ホール５０ｍ内の炭素繊維１００ｍの長さｔｍは短い。   In some cases, the growth rate of the carbon fiber 100 is higher than the growth rate of the carbon fiber 100m formed in the peripheral region. This is considered due to the fact that, in the growth process of the carbon fiber 100, the central region of the substrate becomes hotter than the peripheral region of the substrate. In this case, as shown in FIG. 5, the length tm of the carbon fiber 100m in the hole 50m is shorter than the length ti of the carbon fiber 100i in the hole 50i at an arbitrary point in the growth process of the carbon fiber 100. .

成長レートの遅い周辺領域に合わせて炭素繊維１００の成長時間を設定すると、成長レートの速い中央領域の炭素繊維１００ｉが伸びすぎて、炭素繊維１００ｉの先端がゲート電極に接触する。一方、成長レートが速い中央領域に合わせて炭素繊維１００の成長時間を設定すると、成長レートの遅い周辺領域の炭素繊維１００ｍが所望の長さより短くなり、ゲート電極４０と炭素繊維１００ｍの先端との距離が長くなる。この場合、中央領域の炭素繊維１００ｉから電子が放出されるゲート電圧ＶGをカソード電極２０とゲート電極４０間に印加しても、周辺領域の炭素繊維１００ｍからは電子が放出されないという問題が生じる。 When the growth time of the carbon fiber 100 is set in accordance with the peripheral region where the growth rate is slow, the carbon fiber 100i in the central region where the growth rate is fast grows too much, and the tip of the carbon fiber 100i comes into contact with the gate electrode. On the other hand, when the growth time of the carbon fiber 100 is set in accordance with the central region where the growth rate is fast, the carbon fiber 100m in the peripheral region where the growth rate is slow becomes shorter than a desired length, and the gate electrode 40 and the tip of the carbon fiber 100m The distance gets longer. In this case, even when the gate voltage V G at which electrons are emitted from the carbon fiber 100i in the central region is applied between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40, there is a problem that electrons are not emitted from the carbon fiber 100m in the peripheral region. .

ゲート電圧ＶGを大きくすることにより周辺領域の炭素繊維１００ｍからも電子を放出させることはできるが、消費電力が増大する。また、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離の差に起因して、中央領域の炭素繊維１００ｉと周辺領域の炭素繊維１００ｍとで放出される電子数に差が生じる。このため、図４に示したＦＥＡをディスプレイ等の光源に使用した場合に、ディスプレイに色むらが生じる。 By increasing the gate voltage V G , electrons can be emitted from the carbon fiber 100m in the peripheral region, but the power consumption increases. Further, due to the difference in distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40, a difference occurs in the number of electrons emitted between the carbon fiber 100i in the central region and the carbon fiber 100m in the peripheral region. For this reason, when the FEA shown in FIG. 4 is used as a light source such as a display, color unevenness occurs in the display.

以上では、基板１０の主面上の中央領域と周辺領域とで炭素繊維１００の成長レートが異なる例を示した。上記以外でも、炭素繊維１００の成長方法や成長装置等の影響により、基板１０上の位置に依存して成長レートが異なる場合がある。また、触媒１５０の膜厚の面内分布やホール５０内の原料ガスの流れ方等が炭素繊維１００の成長レートの基板面内分布を生じさせる。例えば基板１０の右側周辺領域と左側周辺領域とで炭素繊維１００の成長レートが異なる場合がある。   The example in which the growth rate of the carbon fiber 100 is different between the central region and the peripheral region on the main surface of the substrate 10 has been described above. Other than the above, the growth rate may be different depending on the position on the substrate 10 due to the influence of the growth method and growth apparatus of the carbon fiber 100. Further, the in-plane distribution of the film thickness of the catalyst 150 and the flow of the source gas in the hole 50 cause the in-plane distribution of the growth rate of the carbon fiber 100. For example, the growth rate of the carbon fiber 100 may be different between the right peripheral region and the left peripheral region of the substrate 10.

炭素繊維１００を配置する範囲が広いほど、成長レートの偏りが発生しやすくなる。例えば、図６に示すように、対角線長ｄが１．７インチの基板１０の主面上に６４０本のカソード電極２０と６４０本のゲート電極４０を配置する炭素繊維装置１が製造される。このとき、カソード電極２０とゲート電極４０との交差領域の数は６４０×６４０個であり、各交差領域に４個のホール５０を形成する場合には、ホール５０の数は６４０×６４０×４個である。このように炭素繊維１００の配置される領域が広い場合に、本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法は特に有効である。   The wider the range in which the carbon fibers 100 are arranged, the more easily the growth rate is biased. For example, as shown in FIG. 6, the carbon fiber device 1 is manufactured in which 640 cathode electrodes 20 and 640 gate electrodes 40 are arranged on the main surface of the substrate 10 having a diagonal length d of 1.7 inches. At this time, the number of intersecting regions between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 is 640 × 640, and when four holes 50 are formed in each intersecting region, the number of holes 50 is 640 × 640 × 4. It is a piece. Thus, when the area | region where the carbon fiber 100 is arrange | positioned is wide, the manufacturing method of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention is especially effective.

本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置１の製造方法は、例えば図７に示す熱ＣＶＤ装置を用いて実施可能である。図７に示した熱ＣＶＤ装置では、電極引き出し部３１２を介して、調整装置２００がカソード電極２０とゲート電極４０に電気的に接続されている。このため、調整装置２００は、カソード電極２０とゲート電極４０間の短絡をリアルタイムで監視できる。更に、カソード電極２０とゲート電極４０間の短絡を検知した場合、調整装置２００は、切断電圧Ｖｃをカソード電極２０とゲート電極４０間に印加して、炭素繊維１００の一部を切断できる。   The manufacturing method of the carbon fiber apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention can be implemented using the thermal CVD apparatus shown, for example in FIG. In the thermal CVD apparatus shown in FIG. 7, the adjustment device 200 is electrically connected to the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 via the electrode lead-out portion 312. For this reason, the adjustment apparatus 200 can monitor the short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 in real time. Furthermore, when a short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 is detected, the adjustment device 200 can apply a cutting voltage Vc between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 to cut a part of the carbon fiber 100.

チャンバー３１０の内部は５８０℃程度になる。このため、カソード電極２０と調整装置２００とを接続する配線２２０、及びゲート電極４０と調整装置２００とを接続する配線２４０は、金（Ａｕ）線であることが好ましい。ただし、カソード電極２０及びゲート電極４０がＣｒ膜であり、配線２２０及び配線２４０がＡｕ線である場合、以下のようにしてＣｒ膜とＡｕ線間の接触抵抗を低減することが望ましい。   The inside of the chamber 310 is about 580 ° C. For this reason, it is preferable that the wiring 220 that connects the cathode electrode 20 and the adjusting device 200 and the wiring 240 that connects the gate electrode 40 and the adjusting device 200 are gold (Au) wires. However, when the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 are Cr films and the wiring 220 and the wiring 240 are Au wires, it is desirable to reduce the contact resistance between the Cr film and the Au wires as follows.

カソード共通電極２１０及びゲート共通電極４１０がＣｒ膜である場合、Ｃｒ膜の電気抵抗が大きいため、炭素繊維１００の成長中にＣｒ膜とＡｕ線との接触不良によってカソード共通電極２１０とゲート共通電極４１０間に通電できなくなる状態が高い確率で生じる。Ａｕ線をＣｒ膜に強く押さえつければＡｕ線とＣｒ膜間の接触抵抗は数十Ωになるが、抑え方が弱くなると接触抵抗は再び増大する。   When the cathode common electrode 210 and the gate common electrode 410 are Cr films, since the electric resistance of the Cr film is large, the cathode common electrode 210 and the gate common electrode are caused by poor contact between the Cr film and the Au wire during the growth of the carbon fiber 100. There is a high probability that a state in which current cannot be passed between 410 is high. If the Au wire is strongly pressed against the Cr film, the contact resistance between the Au wire and the Cr film becomes several tens of ohms, but the contact resistance increases again when the suppression is weakened.

このため、例えば図８（ａ）に示すように、配線２２０をカソード共通電極２１０とカーボンプレート３２０間に配置し、配線２４０をゲート共通電極４１０とカーボンプレート３４０間に配置する。図８（ｂ）は、カーボンプレート３２０によって配線２２０をカソード共通電極２１０に押し付けた状態の側面図である。ＣｒとＡｕの接触抵抗、及びＣｒとカーボン（Ｃ）の接触抵抗はそれぞれ数ｋΩ〜数ＭΩである。一方、カーボンとＡｕの接触抵抗は、軽い接触であっても数十Ωである。このため、カーボンプレート３２０によって配線２２０をカソード共通電極２１０に押し付け、カーボンプレート３４０によって配線２４０をゲート共通電極４１０に押し付けることにより、Ａｕ線とＣｒ膜電極間の抵抗を低減できる。   Therefore, for example, as shown in FIG. 8A, the wiring 220 is disposed between the cathode common electrode 210 and the carbon plate 320, and the wiring 240 is disposed between the gate common electrode 410 and the carbon plate 340. FIG. 8B is a side view of a state in which the wiring 220 is pressed against the cathode common electrode 210 by the carbon plate 320. The contact resistance between Cr and Au and the contact resistance between Cr and carbon (C) are several kΩ to several MΩ, respectively. On the other hand, the contact resistance between carbon and Au is several tens of ohms even for light contact. Therefore, the resistance between the Au wire and the Cr film electrode can be reduced by pressing the wiring 220 against the cathode common electrode 210 by the carbon plate 320 and pressing the wiring 240 against the gate common electrode 410 by the carbon plate 340.

図９（ａ）に示すように、配線２２０と配線２４０をカーボンプレートで挟んでもよい。カソード共通電極２１０上に配置したカーボンプレート３２１、及びゲート共通電極４１０上に配置したカーボンプレート３４１は、Ａｕ線とＣｒ膜とを電気的に接続するためのカーボンプレートである。図９（ｂ）は、カーボンプレート３２０とカーボンプレート３２１で配線２２０を挟んだ状態の側面図である。図９（ｂ）に示したインジウム（Ｉｎ）膜３２５は、カソード共通電極２１０とカーボンプレート３２１間の接触抵抗を低減する。Ｉｎ膜を介して接触するＣｒ膜とカーボンの接触抵抗は数十Ωである。このため、溶融Ｉｎ膜により、配線２２０とカソード共通電極２１０間の抵抗、及び配線２４０とゲート共通電極４１０間の抵抗を低減できる。なお、ＩｎとＡｕは５８０℃還元雰囲気下で合金化してしまうため、注意が必要である。   As shown in FIG. 9A, the wiring 220 and the wiring 240 may be sandwiched between carbon plates. The carbon plate 321 disposed on the cathode common electrode 210 and the carbon plate 341 disposed on the gate common electrode 410 are carbon plates for electrically connecting the Au wire and the Cr film. FIG. 9B is a side view showing a state in which the wiring 220 is sandwiched between the carbon plate 320 and the carbon plate 321. The indium (In) film 325 shown in FIG. 9B reduces the contact resistance between the cathode common electrode 210 and the carbon plate 321. The contact resistance between the Cr film and carbon that is in contact via the In film is several tens of Ω. For this reason, the resistance between the wiring 220 and the cathode common electrode 210 and the resistance between the wiring 240 and the gate common electrode 410 can be reduced by the molten In film. Note that In and Au are alloyed in a reducing atmosphere at 580 ° C., so care must be taken.

既に述べたように、Ａｕとカーボンは軽く触れ合う程度であっても接触抵抗は数十Ω程度である。このため、図８〜図９に示したようなカーボンプレートの使用により、カソード共通電極２１０とゲート共通電極４１０間の通電できなくなる状態の発生を回避できる。   As already described, even if Au and carbon are lightly touched, the contact resistance is about several tens of ohms. For this reason, the use of the carbon plate as shown in FIGS. 8 to 9 can avoid the occurrence of a state where current cannot be passed between the cathode common electrode 210 and the gate common electrode 410.

図１０〜図１２を参照して、本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる炭素繊維装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。   With reference to FIGS. 10-12, the manufacturing method of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. In addition, the manufacturing method of the carbon fiber apparatus described below is an example, and it is needless to say that it can be realized by various other manufacturing methods including this modification.

（イ）図１０に示すように、基板１０上にカソード電極２０、絶縁膜３０、ゲート電極４０を順に積層する。例えば、厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度のＳＵＳ鋼板である基板１０上に、スパッタ法等により膜厚０．１〜０．５μｍ程度のＣｒ膜をカソード電極２０として形成する。カソード電極２０上にＳｉＯ2膜等の絶縁膜３０を形成した後、絶縁膜３０上に例えば膜厚０．１〜０．５μｍ程度のＣｒ膜をゲート電極４０として形成する。 (A) As shown in FIG. 10, the cathode electrode 20, the insulating film 30, and the gate electrode 40 are sequentially stacked on the substrate 10. For example, a Cr film having a thickness of about 0.1 to 0.5 μm is formed as the cathode electrode 20 on the substrate 10 that is a SUS steel plate having a thickness of about 0.1 to 0.5 mm by a sputtering method or the like. After forming an insulating film 30 such as a SiO 2 film on the cathode electrode 20, a Cr film having a film thickness of about 0.1 to 0.5 μm is formed on the insulating film 30 as the gate electrode 40.

（ロ）ゲート電極４０上にフォトレジスト膜４００を塗布する。フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト膜４００を露光現像して、フォトレジスト膜４００を所定の形状にパターニングする。具体的には、ホール５０を形成する領域上のフォトレジスト膜４００を除去する。次いで、フォトレジスト膜４００をマスクにして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等の技術により、ゲート電極４０及び絶縁膜３０をカソード電極２０の表面が露出するまでエッチングして、図１１に示すようにホール５０を形成する。   (B) A photoresist film 400 is applied on the gate electrode 40. The photoresist film 400 is exposed and developed by photolithography, and the photoresist film 400 is patterned into a predetermined shape. Specifically, the photoresist film 400 on the region where the hole 50 is to be formed is removed. Next, the gate electrode 40 and the insulating film 30 are etched until the surface of the cathode electrode 20 is exposed by a technique such as reactive ion etching (RIE) using the photoresist film 400 as a mask, as shown in FIG. Hole 50 is formed.

（ハ）図１２に示すように、カソード電極２０の表面、即ち電子放出面２０ａと、フォトレジスト膜４００上に炭素繊維１００の核となる触媒１５０を形成する。例えばスパッタ法等により、膜厚１〜５ｎｍ程度の膜厚で４２６合金膜を形成する。   (C) As shown in FIG. 12, a catalyst 150 serving as a nucleus of the carbon fiber 100 is formed on the surface of the cathode electrode 20, that is, the electron emission surface 20 a and the photoresist film 400. For example, a 426 alloy film is formed with a film thickness of about 1 to 5 nm by sputtering or the like.

（ニ）フォトレジスト膜４００を除去した後、熱ＣＶＤ装置に基板１０を配置する。例えば図７に示した熱ＣＶＤ装置のチャンバー３１０内のサセプタ３１３上に基板１０を載せる。その後、ガス導入部３１１から炭素繊維１００の原料ガスをチャンバー３１０内に導入する。原料ガスとしては、例えば一酸化炭素／水素（ＣＯ／Ｈ2）混合ガスが採用可能であるが、他にも、二酸化炭素（ＣＯ2）ガス、メタン（ＣＨ4）ガス等の炭素（Ｃ）を供給可能なガスが採用可能である。 (D) After removing the photoresist film 400, the substrate 10 is placed in a thermal CVD apparatus. For example, the substrate 10 is placed on the susceptor 313 in the chamber 310 of the thermal CVD apparatus shown in FIG. Thereafter, the raw material gas of the carbon fiber 100 is introduced into the chamber 310 from the gas introduction part 311. As the raw material gas, for example, a carbon monoxide / hydrogen (CO / H 2 ) mixed gas can be adopted, but other carbon (C) such as carbon dioxide (CO 2 ) gas, methane (CH 4 ) gas, etc. It is possible to employ a gas capable of supplying the gas.

（ホ）熱ＣＶＤ法により、電子放出面２０ａ上に炭素繊維１００を成長させる。炭素繊維１００の成長工程中は、調整装置２００が、カソード電極２０とゲート電極４０間の電気的な接触をリアルタイムで監視する。そして、炭素繊維１００とゲート電極４０との接触によるカソード電極２０とゲート電極４０間の短絡を検知した場合は、ゲート電極４０と接触した炭素繊維１００を炭素繊維１００の成長工程中に切断する。具体的には、炭素繊維１００とゲート電極４０が接触することによってカソード電極２０とゲート電極４０間に流れる検知電流Ｉｄを検知すると、調整装置２００は切断電圧Ｖｃをカソード電極２０とゲート電極４０間に印加して、炭素繊維１００を切断する。   (E) The carbon fiber 100 is grown on the electron emission surface 20a by a thermal CVD method. During the growth process of the carbon fiber 100, the adjusting device 200 monitors the electrical contact between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 in real time. When a short circuit between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 due to contact between the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is detected, the carbon fiber 100 in contact with the gate electrode 40 is cut during the growth process of the carbon fiber 100. Specifically, when the detection current Id flowing between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 is detected by the contact between the carbon fiber 100 and the gate electrode 40, the adjustment device 200 changes the cutting voltage Vc between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40. To cut the carbon fiber 100.

（へ）予め設定された成長時間が経過するまで炭素繊維１００を成長させることにより、図１に示した炭素繊維装置１が完成する。炭素繊維１００がＣＮＴの場合、炭素繊維１００の直径は２０ｎｍ程度である。   (F) By growing the carbon fiber 100 until a preset growth time elapses, the carbon fiber device 1 shown in FIG. 1 is completed. When the carbon fiber 100 is CNT, the diameter of the carbon fiber 100 is about 20 nm.

なお、炭素繊維装置１が図４に示したＦＥＡである場合、炭素繊維１００の成長工程後に、切断線Ｃｔにおいてカソード電極２０とゲート電極４０を切断し、カソード電極２１〜２ｍとゲート電極４１〜４ｎを電気的に分離する。ただし、炭素繊維装置１が、照明装置のように電子放出を個々のホール５０毎に制御する必要がない装置である場合は、切断線Ｃｔにおいてカソード電極２０とゲート電極４０を切断しなくてもよい。   When the carbon fiber device 1 is the FEA shown in FIG. 4, after the carbon fiber 100 growth process, the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 are cut along the cutting line Ct, and the cathode electrodes 21 to 2 m and the gate electrodes 41 to 41 are cut. 4n is electrically separated. However, when the carbon fiber device 1 is a device that does not require the electron emission to be controlled for each individual hole 50 as in the lighting device, the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 need not be cut at the cutting line Ct. Good.

触媒１５０を電子放出面２０ａに形成する方法は、上記のスパッタ法等の半導体プロセス技術に限られない。例えばスクリーン印刷法によって触媒１５０を電子放出面２０ａに形成してもよい。また、ガラスマスクを使用したスパッタ法により触媒１５０を電子放出面２０ａに形成してもよい。   The method of forming the catalyst 150 on the electron emission surface 20a is not limited to the semiconductor process technology such as the sputtering method described above. For example, the catalyst 150 may be formed on the electron emission surface 20a by screen printing. Further, the catalyst 150 may be formed on the electron emission surface 20a by a sputtering method using a glass mask.

炭素繊維１００の成長時間は、炭素繊維１００の成長レートが最も遅い領域の炭素繊維１００の長さが所望の長さになるように設定される。図５に示した例では、炭素繊維１００ｍが所望の長さになるように設定される。例えば、炭素繊維１００ｍの先端とゲート電極４０との距離が、炭素繊維１００ｍからの電子放出が生じるのに最適な距離になるように、炭素繊維１００の成長時間が設定される。   The growth time of the carbon fiber 100 is set so that the length of the carbon fiber 100 in a region where the growth rate of the carbon fiber 100 is the slowest becomes a desired length. In the example shown in FIG. 5, the carbon fiber 100m is set to have a desired length. For example, the growth time of the carbon fiber 100 is set so that the distance between the tip of the carbon fiber 100m and the gate electrode 40 becomes an optimum distance for causing electron emission from the carbon fiber 100m.

低いゲート電圧ＶGで炭素繊維１００から電子を放出させるには、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離が短いほど好ましい。このため、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０のエッジ部との距離が所望の値になるように、炭素繊維１００の成長時間が設定される。例えば、ゲート電圧ＶGが３０Ｖ〜４０Ｖ程度である場合、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離は１００ｎｍ程度である必要がある。 In order to emit electrons from the carbon fiber 100 with a low gate voltage V G , it is preferable that the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is as short as possible. For this reason, the growth time of the carbon fiber 100 is set so that the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the edge portion of the gate electrode 40 becomes a desired value. For example, when the gate voltage V G is about 30V～40V, distance between the tip and the gate electrode 40 of the carbon fiber 100 is required to be about 100 nm.

なお、ホール５０中心部等のゲート電極４０から離れた位置の炭素繊維１００は、ゲート電極４０と接触せず、成長工程中において切断されない場合がある。このため、炭素繊維１００の長さが所望の長さより長くなる場合があるが、これらの炭素繊維１００はゲート電極４０から離れているため、電子が放出されない。したがって、電子放出量の面内分布が生じることはない。   Note that the carbon fiber 100 at a position away from the gate electrode 40 such as the center of the hole 50 does not contact the gate electrode 40 and may not be cut during the growth process. For this reason, although the length of the carbon fiber 100 may become longer than desired length, since these carbon fibers 100 are separated from the gate electrode 40, electrons are not emitted. Therefore, no in-plane distribution of the electron emission amount occurs.

上記に説明した炭素繊維装置１の製造方法によれば、成長レートが最も遅い領域の炭素繊維１００が所望の長さに成長するまで、炭素繊維１００の成長工程中に、ゲート電極４０と接触する成長レートが速い領域の炭素繊維１００が切断され続ける。このため、成長工程後の炭素繊維１００の長さは、基板１０上の位置に依存しない。つまり、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離の基板１０内ばらつきが抑制された炭素繊維装置１を実現できる。炭素繊維装置１では、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離が基板１０上でほぼ均一である。   According to the manufacturing method of the carbon fiber device 1 described above, the carbon fiber 100 is brought into contact with the gate electrode 40 during the growth process of the carbon fiber 100 until the carbon fiber 100 in the region where the growth rate is the slowest grows to a desired length. The carbon fiber 100 in the region where the growth rate is high continues to be cut. For this reason, the length of the carbon fiber 100 after the growth process does not depend on the position on the substrate 10. That is, the carbon fiber device 1 in which the variation in the substrate 10 in the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is suppressed can be realized. In the carbon fiber device 1, the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is substantially uniform on the substrate 10.

上記に説明した炭素繊維装置の製造方法は、基板１０の面積が大きい場合に特に有効である。また、基板１０の面積が小さい場合でも、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離をできるだけ小さくしたい場合等に、本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法は有効である。   The method for manufacturing the carbon fiber device described above is particularly effective when the area of the substrate 10 is large. Even when the area of the substrate 10 is small, the method for manufacturing the carbon fiber device according to the embodiment of the present invention is effective when the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is desired to be as small as possible.

また、上記製造方法を実施することにより、炭素繊維１００の成長レートを知ることができる。これにより、その後の炭素繊維１００の成長条件を検討することができる。   Moreover, the growth rate of the carbon fiber 100 can be known by implementing the said manufacturing method. Thereby, the growth conditions of the subsequent carbon fiber 100 can be examined.

以上に説明した製造方法により製造した炭素繊維装置１が８０本のカソード電極２１〜２８０と８０本のゲート電極４１〜４８０を有するＦＥＡである場合の、炭素繊維１００のＳＥＭ写真を図１３に示す。中央領域Ａのホール５０に形成された炭素繊維１００の高さｔａは４．２２μｍである。周辺領域Ｂ〜周辺領域Ｅのホール５０に形成された炭素繊維１００の高さｔｂ〜ｔｅは、ｔｂ＝３．６８μｍ、ｔｃ＝４．０６μｍ、ｔｄ＝３．４４μｍ、ｔｅ＝３．８２μｍである。図１３に示すように、中央領域Ａと周辺領域Ｂ〜周辺領域Ｅとで炭素繊維１００の高さの差は小さいことが確認された。また、周辺領域Ｃに形成されたホール５０の底面の周辺領域では、破線で囲んだ領域Ｃ２に示したように炭素繊維１００が切断されていることが確認された。   FIG. 13 shows an SEM photograph of the carbon fiber 100 when the carbon fiber device 1 manufactured by the manufacturing method described above is an FEA having 80 cathode electrodes 21 to 280 and 80 gate electrodes 41 to 480. . The height ta of the carbon fiber 100 formed in the hole 50 in the central region A is 4.22 μm. The heights tb to te of the carbon fibers 100 formed in the holes 50 in the peripheral region B to the peripheral region E are tb = 3.68 μm, tc = 4.06 μm, td = 3.44 μm, and te = 3.82 μm. . As shown in FIG. 13, it was confirmed that the difference in the height of the carbon fiber 100 between the central region A and the peripheral region B to the peripheral region E was small. Further, it was confirmed that the carbon fiber 100 was cut in the peripheral region at the bottom surface of the hole 50 formed in the peripheral region C as shown in the region C2 surrounded by a broken line.

炭素繊維装置１の炭素繊維１００を徐々に拡大したＳＥＭ写真の例を図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示す。１つのホール５０内で成長した一群の炭素繊維１００からなる炭素繊維群は、全体として、頂面を電子放出面２０ａに接する円柱形状をなし、円柱の軸方向は電子放出面２０ａの面法線と平行である。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示すように、この炭素繊維群の周囲の放射状に伸びる炭素繊維は切断されている。   The example of the SEM photograph which expanded the carbon fiber 100 of the carbon fiber apparatus 1 gradually is shown to Fig.14 (a)-FIG.14 (d). The carbon fiber group consisting of a group of carbon fibers 100 grown in one hole 50 has a cylindrical shape whose top surface is in contact with the electron emission surface 20a as a whole, and the axial direction of the cylinder is the surface normal of the electron emission surface 20a. And parallel. As shown in FIGS. 14A to 14D, the carbon fibers extending radially around the carbon fiber group are cut.

図１３〜図１４に示したように、本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法によれば、大型基板の主面上において炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離の基板１０内ばらつきが抑制された炭素繊維装置１を実現できる。炭素繊維装置１では、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離が基板１０上で均一であり、ゲート電極４０のエッジ部と円柱状の炭素繊維群の側面との距離はほぼ一定である。炭素繊維１００の長さよりも、ゲート電極４０と炭素繊維群の側面との距離の方が放出される電子数に与える影響が大きい。このため、ＦＥＡをディスプレイの光源に使用した場合に生じる色むら等が抑制される。更に、ゲート電極４０のエッジ部付近の炭素繊維１００が切断されるため、ゲート電極４０とカソード電極２０間のショートが少ない状態で、炭素繊維１００の高さ方向への成長が可能である。   As shown in FIGS. 13 to 14, according to the method for manufacturing the carbon fiber device according to the embodiment of the present invention, the substrate at the distance between the tip of carbon fiber 100 and gate electrode 40 on the main surface of the large substrate. The carbon fiber device 1 in which the variation within 10 is suppressed can be realized. In the carbon fiber device 1, the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is uniform on the substrate 10, and the distance between the edge portion of the gate electrode 40 and the side surface of the columnar carbon fiber group is substantially constant. . The influence of the distance between the gate electrode 40 and the side surface of the carbon fiber group on the number of electrons emitted is greater than the length of the carbon fiber 100. For this reason, the color unevenness etc. which arise when FEA is used for the light source of a display are suppressed. Furthermore, since the carbon fiber 100 in the vicinity of the edge portion of the gate electrode 40 is cut, the carbon fiber 100 can be grown in the height direction with few shorts between the gate electrode 40 and the cathode electrode 20.

図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に、炭素繊維１００の成長中にゲート電極４０と接触する炭素繊維を切断しない関連技術によって形成された炭素繊維１００のＳＥＭ写真を示す。図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すように、炭素繊維１００は放射状に成長しており、１つのホール内で成長した一群の炭素繊維１００が円柱形状の炭素繊維群はなすことはない。また、炭素繊維１００がゲート電極４０に接触しても、炭素繊維１００を切断することができない。   FIG. 15A to FIG. 15C show SEM photographs of the carbon fiber 100 formed by a related technique that does not cut the carbon fiber that contacts the gate electrode 40 during the growth of the carbon fiber 100. As shown in FIGS. 15A to 15C, the carbon fibers 100 are grown radially, and the group of carbon fibers 100 grown in one hole does not form a columnar carbon fiber group. . Even if the carbon fiber 100 contacts the gate electrode 40, the carbon fiber 100 cannot be cut.

炭素繊維装置１が、図１６（ａ）に示すような８０本のカソード電極２１〜２８０を有するＦＥＡである場合の、放出電流密度を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）の横軸はカソード電極２１〜２８０をそれぞれ示すカソード電極番号である。縦軸は、カソード電極２１〜２８０でそれぞれ測定された放出電流密度を示す。放出電流密度はゲート電圧ＶG＝４０Ｖでの測定値である。 FIG. 16B shows the emission current density when the carbon fiber device 1 is an FEA having 80 cathode electrodes 21 to 280 as shown in FIG. The horizontal axis of FIG.16 (b) is the cathode electrode number which shows the cathode electrodes 21-280, respectively. The vertical axis represents the emission current density measured for each of the cathode electrodes 21 to 280. The emission current density is a measured value at a gate voltage V G = 40V.

図１６（ｂ）に示すように、炭素繊維装置１のカソード電極２１〜２８０でそれぞれ測定された放出電流密度はほぼ一定である。具体的には、放出電流密度の平均値は３．７３ｍＡ／ｃｍ2であり、ばらつきを示すσは０．６８１ｍＡ／ｃｍ2である。つまり、成長中に炭素繊維１００を切断する方法で製造した炭素繊維装置１では、放出電流密度の基板上の位置依存性が小さい。 As shown in FIG. 16 (b), the emission current densities measured at the cathode electrodes 21 to 280 of the carbon fiber device 1 are almost constant. Specifically, the average value of the emission current density is 3.73 mA / cm 2 , and σ indicating variation is 0.681 mA / cm 2 . That is, in the carbon fiber device 1 manufactured by the method of cutting the carbon fiber 100 during growth, the position dependency of the emission current density on the substrate is small.

一方、本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造法を採用しない場合には、不良品が発生しないように、成長レートの速い領域に合わせて炭素繊維１００の成長時間を設定する必要がある。   On the other hand, when the manufacturing method of the carbon fiber device according to the embodiment of the present invention is not adopted, it is necessary to set the growth time of the carbon fiber 100 in accordance with the region where the growth rate is fast so that defective products are not generated. is there.

図１６（ａ）に示したＦＥＡと同様の構成のＦＡＥを、成長中に炭素繊維１００を切断しない方法で製造した場合の放出電流密度のグラフを図１６（ｃ）に示す。図１６（ｃ）は、基板１０の主面上の中央領域の成長レートが速く、周辺領域の成長レートが遅い場合のカソード電極２１〜２８０の放出電流密度のグラフである。周辺領域の炭素繊維１００の先端とゲート電極４０間の距離が長いため、図１６（ｃ）に示すように、中央領域のカソード電極からは電子が放出されるが、周辺領域のカソード電極からは電子が放出されない。つまり、中央領域のカソード電極から電子が放出されるゲート電圧ＶGをカソード電極２０とゲート電極４０間に印加しても、周辺領域のカソード電極からは電子が放出されない。図１６（ｃ）に示した例では、放出電流密度平均値は２．６３ｍＡ／ｃｍ2であり、σは１．５５ｍＡ／ｃｍ2である。つまり、成長中に炭素繊維１００を切断しない方法で製造した炭素繊維装置では、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離が基板１０上で均一ではなく、放出電流密度の基板上の位置依存性が大きい。 FIG. 16C shows a graph of emission current density when FAE having the same configuration as the FEA shown in FIG. 16A is manufactured by a method in which the carbon fiber 100 is not cut during growth. FIG. 16C is a graph of the emission current density of the cathode electrodes 21 to 280 when the growth rate of the central region on the main surface of the substrate 10 is fast and the growth rate of the peripheral region is slow. Since the distance between the tip of the carbon fiber 100 in the peripheral region and the gate electrode 40 is long, as shown in FIG. 16C, electrons are emitted from the cathode electrode in the central region, but from the cathode electrode in the peripheral region. Electrons are not emitted. That is, even by applying a gate voltage V G of electrons from the cathode electrode of the central region is released between the cathode electrode 20 and the gate electrode 40, electrons are not emitted from the cathode electrode of the peripheral region. In the example shown in FIG. 16C, the average value of the emission current density is 2.63 mA / cm 2 and σ is 1.55 mA / cm 2 . That is, in a carbon fiber device manufactured by a method that does not cut the carbon fiber 100 during growth, the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is not uniform on the substrate 10, and the emission current density depends on the position on the substrate. The nature is great.

図１３〜図１４に示したように、本発明の実施の形態に係る製造方法を使用して製造した炭素繊維装置１は、カソード電極２０と、カソード電極２０上に配置された絶縁膜３０と、絶縁膜３０上に配置されたゲート電極４０と、絶縁膜３０及びゲート電極４０を貫通するホール５０の底面に露出されたカソード電極２０の電子放出面２０ａ上に配置された炭素繊維１００とを備え、ホール５０内で成長した一群の炭素繊維１００からなる炭素繊維群が全体として円柱形状をなす炭素繊維装置である。   As shown in FIGS. 13 to 14, the carbon fiber device 1 manufactured using the manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a cathode electrode 20 and an insulating film 30 disposed on the cathode electrode 20. The gate electrode 40 disposed on the insulating film 30 and the carbon fiber 100 disposed on the electron emission surface 20a of the cathode electrode 20 exposed at the bottom surface of the hole 50 penetrating the insulating film 30 and the gate electrode 40. It is a carbon fiber device in which a carbon fiber group including a group of carbon fibers 100 grown in the hole 50 forms a cylindrical shape as a whole.

また、炭素繊維装置１がＦＥＡである場合は、複数のカソード電極２０と複数のゲート電極４０とが交差する複数の領域がなすマトリクス状の交差領域にそれぞれ複数のホール５０が形成され、各ホール５０の底面に露出されたカソード電極２０の電子放出面上に炭素繊維１００が配置される。それぞれのホール５０内で成長した一群の炭素繊維１００からなる炭素繊維群は、全体として円柱形状をなす。図１３に示したように、炭素繊維１００とゲート電極４０間の距離が、マトリクスの中央領域と周辺領域とで一定である。また、炭素繊維１００の長さは、マトリクスの中央領域と周辺領域とでほぼ一定である。   In the case where the carbon fiber device 1 is FEA, a plurality of holes 50 are respectively formed in a matrix-shaped intersection region formed by a plurality of regions where the plurality of cathode electrodes 20 and the plurality of gate electrodes 40 intersect. The carbon fiber 100 is disposed on the electron emission surface of the cathode electrode 20 exposed at the bottom surface of the 50. A group of carbon fibers composed of a group of carbon fibers 100 grown in each hole 50 has a cylindrical shape as a whole. As shown in FIG. 13, the distance between the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 is constant between the central region and the peripheral region of the matrix. Moreover, the length of the carbon fiber 100 is substantially constant between the central region and the peripheral region of the matrix.

既に説明したように、炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離が１００ｎｍ以下であれば、ゲート電圧ＶGが３０Ｖ程度の低電圧であっても炭素繊維１００から電子を放出可能である。本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置１では、ゲート電極４０と接触する炭素繊維１００を炭素繊維１００の成長中に切断する。これにより、ホール５０の底面の周辺部分における炭素繊維１００の先端とゲート電極４０との距離を基板１０上で面内分布なく一定値、例えば１００μｍになるように炭素繊維１００を成長させることができる。その結果、ＦＥＡをディスプレイの光源に使用した場合に生じる色むら等が抑制される。 As already described, if the distance is at 100nm following the tip and the gate electrode 40 of the carbon fibers 100, even if the gate voltage V G is a low voltage of about 30V can emit electrons from carbon fibers 100. In the carbon fiber device 1 according to the embodiment of the present invention, the carbon fiber 100 in contact with the gate electrode 40 is cut during the growth of the carbon fiber 100. Thereby, the carbon fiber 100 can be grown so that the distance between the tip of the carbon fiber 100 and the gate electrode 40 in the peripheral portion of the bottom surface of the hole 50 becomes a constant value, for example, 100 μm, on the substrate 10 without in-plane distribution. . As a result, color unevenness or the like that occurs when FEA is used as a light source for a display is suppressed.

図１に示した炭素繊維装置１を照明装置に適用した例を、図１７に示す。図１７に示した照明装置は、ゲート電極４０の上方に、カソード電極２０に対向して配置された透明のアノード電極９０を備える。そして、アノード電極９０のカソード電極２０の電子放出面２０ａに対抗する面に蛍光体膜８０が配置されている。   An example in which the carbon fiber device 1 shown in FIG. 1 is applied to a lighting device is shown in FIG. The illumination device shown in FIG. 17 includes a transparent anode electrode 90 disposed above the gate electrode 40 so as to face the cathode electrode 20. The phosphor film 80 is disposed on the surface of the anode electrode 90 facing the electron emission surface 20a of the cathode electrode 20.

アノード電極９０には、例えばガラス板と酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜を積層した構成等が採用可能である。蛍光体膜８０の材料は、照明装置の所望の発光色等に応じて選択される。例えば、青色光を発光する場合にはＺｎＳ：Ａｇ蛍光体、緑色光を発光する場合にはＺｎＳ：Ａｕ、Ａｌ蛍光体、赤光を発光する場合にはＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+蛍光体等が蛍光体膜８０に採用可能である。 For the anode electrode 90, for example, a configuration in which a glass plate and an indium tin oxide (ITO) film are stacked can be employed. The material of the phosphor film 80 is selected according to the desired emission color of the lighting device. For example, ZnS: Ag phosphor when emitting blue light, ZnS: Au, Al phosphor when emitting green light, Y 2 O 2 S: Eu 3+ fluorescence when emitting red light. A body or the like can be used for the phosphor film 80.

カソード電極２０とアノード電極９０間にアノード電圧ＶAを印加した状態で、カソード電極２０とゲート電極４０にゲート電圧ＶGを印加すると、ゲート電極４０によって炭素繊維１００から引き出された電子がアノード電極９０に引き寄せられる。アノード電圧ＶAは、例えば３ｋＶ〜８ｋＶ程度である。ゲート電圧ＶGは、例えば数Ｖ〜１００Ｖ程度である。 When the gate voltage V G is applied to the cathode electrode 20 and the gate electrode 40 in a state where the anode voltage V A is applied between the cathode electrode 20 and the anode electrode 90, electrons extracted from the carbon fiber 100 by the gate electrode 40 are anode electrodes. Attracted to 90. The anode voltage V A is, for example, about 3 kV to 8 kV. The gate voltage V G is about several V to 100 V, for example.

図１７に示した照明装置では、炭素繊維１００から引き出された電子が、アノード電極９０上に配置された蛍光体膜８０に衝突し、蛍光体膜８０が励起され発光する。蛍光体膜８０が発光した光は、アノード電極９０を透過して、炭素繊維装置の外部に出力される。   In the illuminating device shown in FIG. 17, electrons extracted from the carbon fiber 100 collide with the phosphor film 80 disposed on the anode electrode 90, and the phosphor film 80 is excited to emit light. The light emitted from the phosphor film 80 passes through the anode electrode 90 and is output to the outside of the carbon fiber device.

また、図１８に示すように、アノード電極９０のカソード電極２０の電子放出面２０ａに対抗する面に光電交換膜８５を配置することにより、炭素繊維装置１を適用したイメージセンサを実現できる。   In addition, as shown in FIG. 18, an image sensor to which the carbon fiber device 1 is applied can be realized by disposing a photoelectric exchange film 85 on a surface of the anode electrode 90 facing the electron emission surface 20 a of the cathode electrode 20.

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

既に述べた実施の形態の説明においては、炭素繊維１００を成長させる際の触媒１５０に４２６合金膜を使用する例を示したが、他の触媒を用いてもよいことはもちろんである。例えば、Ｆｅ膜を触媒１５０に使用してもよい。   In the description of the embodiment described above, an example in which a 426 alloy film is used as the catalyst 150 when growing the carbon fiber 100 is shown, but it is needless to say that other catalysts may be used. For example, an Fe film may be used for the catalyst 150.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１に示した炭素繊維装置の上面図である。It is a top view of the carbon fiber apparatus shown in FIG. 炭素繊維とゲート電極の接触例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of contact of carbon fiber and a gate electrode. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の他の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structural example of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図４のＶ−Ｖ方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV direction of FIG. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置のサイズ例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the size example of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法に使用する製造装置の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の電極と配線の接続方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the connection method of the electrode and wiring of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の電極と配線の他の接続方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the other connection method of the electrode and wiring of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法を説明するための工程図である（その１）。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention (the 1). 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法を説明するための工程図である（その２）。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention (the 2). 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の製造方法を説明するための工程図である（その３）。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention (the 3). 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置のＳＥＭ写真である。It is a SEM photograph of the carbon fiber device concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置の他のＳＥＭ写真である。It is another SEM photograph of the carbon fiber device concerning an embodiment of the invention. 関連記述の炭素繊維装置のＳＥＭ写真である。It is a SEM photograph of the carbon fiber device of related description. 炭素繊維装置の放出電流密度を説明するための図であり、図１６（ａ）は炭素繊維装置の構成例を示す模式図、図１６（ｂ）は本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置のカソード電極位置と放出電流密度との関係を示すグラフ、図１６（ｃ）は関連技術の炭素繊維装置のカソード電極位置と放出電流密度との関係を示すグラフである。It is a figure for demonstrating the discharge current density of a carbon fiber apparatus, Fig.16 (a) is a schematic diagram which shows the structural example of a carbon fiber apparatus, FIG.16 (b) is the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention FIG. 16C is a graph showing the relationship between the cathode electrode position of the related art carbon fiber device and the emission current density. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置を照明装置に適用した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which applied the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention to the illuminating device. 本発明の実施の形態に係る炭素繊維装置をイメージセンサに適用した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which applied the carbon fiber apparatus which concerns on embodiment of this invention to the image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１…炭素繊維装置
２１〜２ｍ…カソード電極
１０…基板
２０…カソード電極
２０ａ…電子放出面
３０…絶縁膜
４０…ゲート電極
４１〜４ｎ…ゲート電極
５０…ホール
８０…蛍光体膜
８５…光電交換膜
９０…アノード電極
１００…炭素繊維
１５０…触媒
２００…調整装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Carbon fiber apparatus 21-2m ... Cathode electrode 10 ... Substrate 20 ... Cathode electrode 20a ... Electron emission surface 30 ... Insulating film 40 ... Gate electrode 41-4n ... Gate electrode 50 ... Hole 80 ... Phosphor film 85 ... Photoelectric exchange film 90 ... Anode electrode 100 ... Carbon fiber 150 ... Catalyst 200 ... Regulator

Claims (14)

カソード電極、絶縁膜及びゲート電極を積層するステップと、
前記絶縁膜及び前記ゲート電極を貫通するホールを形成して前記カソード電極の電子放出面を露出させるステップと、
前記電子放出面上に炭素繊維を成長させながら、前記炭素繊維と前記ゲート電極との接触による前記カソード電極と前記ゲート電極間の短絡をリアルタイムで監視するステップと、
前記短絡を検知した場合に、前記ゲート電極と接触する前記炭素繊維を切断するステップと
を含むことを特徴とする炭素繊維装置の製造方法。 Laminating a cathode electrode, an insulating film and a gate electrode;
Forming a hole penetrating the insulating film and the gate electrode to expose an electron emission surface of the cathode electrode;
Monitoring in real time a short circuit between the cathode electrode and the gate electrode due to contact between the carbon fiber and the gate electrode while growing the carbon fiber on the electron emission surface;
Cutting the carbon fiber in contact with the gate electrode when the short circuit is detected. A method of manufacturing a carbon fiber device, comprising: 前記カソード電極と前記ゲート電極間に一定の電流が流れた場合に、前記カソード電極と前記ゲート電極間の短絡を検知することを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a carbon fiber device according to claim 1, wherein a short circuit between the cathode electrode and the gate electrode is detected when a constant current flows between the cathode electrode and the gate electrode. 前記カソード電極と前記ゲート電極間に切断電圧を印加して、前記ゲート電極と接触する前記炭素繊維を切断することを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素繊維装置の製造方法。   The method for producing a carbon fiber device according to claim 1 or 2, wherein a cutting voltage is applied between the cathode electrode and the gate electrode to cut the carbon fiber in contact with the gate electrode. 複数の前記電子放出面を有する炭素繊維装置において、前記炭素繊維の成長レートが最も遅い前記電子放出面における前記炭素繊維が一定の長さに成長するまで、複数の前記電子放出面で前記炭素繊維を成長させ続けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の炭素繊維装置の製造方法。   In the carbon fiber device having a plurality of the electron emission surfaces, the carbon fibers at the plurality of electron emission surfaces until the carbon fibers on the electron emission surface with the slowest growth rate of the carbon fibers grow to a certain length. The method for manufacturing a carbon fiber device according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon fiber device is continuously grown. 前記炭素繊維の長さを、前記炭素繊維の成長時間で判断することを特徴とする請求項４に記載の炭素繊維装置の製造方法。   The length of the said carbon fiber is judged by the growth time of the said carbon fiber, The manufacturing method of the carbon fiber apparatus of Claim 4 characterized by the above-mentioned. カソード電極と、
前記カソード電極上に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記絶縁膜及び前記ゲート電極を貫通するホールの底面に露出された前記カソード電極の電子放出面上に配置された炭素繊維と
を備え、前記ホール内で成長した一群の前記炭素繊維からなる炭素繊維群が全体として円柱形状をなすことを特徴とする炭素繊維装置。 A cathode electrode;
An insulating film disposed on the cathode electrode;
A gate electrode disposed on the insulating film;
A carbon fiber formed on the electron emission surface of the cathode electrode exposed on the bottom surface of the hole penetrating the insulating film and the gate electrode, and comprising a group of the carbon fibers grown in the hole A carbon fiber device characterized in that the group has a cylindrical shape as a whole. 複数の前記カソード電極と複数の前記ゲート電極とが交差する複数の領域がなすマトリクス状の交差領域にそれぞれ形成された前記ホールの底面に露出された前記電子放出面上に前記炭素繊維が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維装置。   The carbon fibers are disposed on the electron emission surfaces exposed at the bottom surfaces of the holes formed in matrix-shaped intersection regions formed by a plurality of regions where the plurality of cathode electrodes and the plurality of gate electrodes intersect. The carbon fiber device according to claim 6, wherein the carbon fiber device is provided. 前記炭素繊維と前記ゲート電極間の距離が、前記マトリクスの中央領域と周辺領域とで一定であることを特徴とする請求項７に記載の炭素繊維装置。   The carbon fiber device according to claim 7, wherein a distance between the carbon fiber and the gate electrode is constant between a central region and a peripheral region of the matrix. 前記ホールの底面の周辺部分に配置された前記炭素繊維の先端と前記ゲート電極間との距離が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の炭素繊維装置。   9. The carbon fiber device according to claim 6, wherein a distance between a tip of the carbon fiber disposed in a peripheral portion of a bottom surface of the hole and the gate electrode is 100 nm or less. . 前記ゲート電極の上方に、前記カソード電極に対向して配置されたアノード電極を更に備えることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の炭素繊維装置。   The carbon fiber device according to any one of claims 6 to 9, further comprising an anode electrode disposed above the gate electrode so as to face the cathode electrode. 前記アノード電極の前記カソード電極に対抗する面に配置された蛍光体膜を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の炭素繊維装置。   The carbon fiber device according to claim 10, further comprising a phosphor film disposed on a surface of the anode electrode facing the cathode electrode. 前記アノード電極の前記カソード電極に対抗する面に配置された光電交換膜を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の炭素繊維装置。   The carbon fiber device according to claim 10, further comprising a photoelectric exchange membrane disposed on a surface of the anode electrode facing the cathode electrode. 前記電子放出源が、カーボンナノチューブ又はグラファイトナノファイバであることを特徴とする請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の炭素繊維装置。   The carbon fiber device according to any one of claims 6 to 12, wherein the electron emission source is a carbon nanotube or a graphite nanofiber. 前記カソード電極上での成長中に前記ゲート電極と接触した前記炭素繊維を、前記カソード電極と前記ゲート電極間に一定の切断電圧を印加して切断したことを特徴とする請求項６乃至１３のいずれか１項に記載の炭素繊維装置。   14. The carbon fiber in contact with the gate electrode during growth on the cathode electrode is cut by applying a constant cutting voltage between the cathode electrode and the gate electrode. A carbon fiber device given in any 1 paragraph.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014500593A (en) * 2010-12-01 2014-01-09 エスエヌ ディスプレイ カンパニー リミテッド Field emission display device and manufacturing method thereof
CN114720512A (en) * 2022-03-31 2022-07-08 青岛科技大学 In-situ monitoring method

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