JP3421549B2 - Vacuum micro device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電界放出型冷陰極装
置、その製造方法、並びに同冷陰極装置を用いた真空マ
イクロ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission cold cathode device, a method for manufacturing the same, and a vacuum microdevice using the cold cathode device.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体加工技術を利用した電界放出型冷
陰極装置の開発が近年活発に行なわれている。その代表
的な例としては、スピント(C.A.Spindt)ら
が、Journal of Applied Phys
ics,Vol.47,5248(1976)に記載し
たものが知られている。この電界放出型冷陰極装置は、
Si単結晶基板上にSiO2 層とゲート電極層を形成し
た後、直径約1.5μm程度の穴を更に形成し、この穴
の中に、電界放出を行なう円錐上のエミッタを蒸着法に
より作製したものである。この具体的な製造方法を図1
7(a)〜(c)を参照して説明する。2. Description of the Related Art In recent years, field emission type cold cathode devices utilizing semiconductor processing technology have been actively developed. As a typical example thereof, CA Spindt et al., Journal of Applied Phys.
ics, Vol. 47, 5248 (1976) is known. This field emission cold cathode device is
After forming a SiO 2 layer and a gate electrode layer on a Si single crystal substrate, a hole with a diameter of about 1.5 μm is further formed, and a conical emitter for field emission is formed in this hole by vapor deposition. It was done. This concrete manufacturing method is shown in FIG.
This will be described with reference to 7 (a) to 7 (c).
【0003】先ず、Si単結晶基板1上に絶縁層として
SiO2 層2をCVD等の堆積法により形成する。次
に、その上にゲート電極層となるMo層3及び犠牲層と
して使用されるAl層4をスパッタリング法等で形成す
る。次に、エッチングにより直径約1.5μm程度の穴
5を層2、3、4に形成する(図17(a))。First, a SiO 2 layer 2 as an insulating layer is formed on a Si single crystal substrate 1 by a deposition method such as CVD. Next, a Mo layer 3 to be a gate electrode layer and an Al layer 4 to be used as a sacrificial layer are formed thereon by a sputtering method or the like. Next, holes 5 having a diameter of about 1.5 μm are formed in the layers 2, 3 and 4 by etching (FIG. 17A).
【0004】次に、この穴5の中に、電界放出を行なう
ための円錐形状のエミッタ7を蒸着法により作製する
(図17(b))。このエミッタ7の形成は、エミッタ
の材料となる金属、例えばMoを、回転した状態の基板
1に対して垂直方向から真空蒸着することにより行う。
この際、穴5の開口に相当するピンホール径は、Al層
4上にMo層6が堆積するにつれて減少し、最終的には
0となる。このため、ピンホールを通して堆積する穴5
内のエミッタ7も、その径がしだいに減少し、円錐形状
となる。Al層4上に堆積した余分のMo層6は後に除
去する(図17(c))。Next, a conical emitter 7 for field emission is formed in the hole 5 by vapor deposition (FIG. 17B). The emitter 7 is formed by vacuum-depositing a metal, which is a material of the emitter, such as Mo, in a direction perpendicular to the substrate 1 in a rotated state.
At this time, the pinhole diameter corresponding to the opening of the hole 5 decreases as the Mo layer 6 is deposited on the Al layer 4, and finally becomes 0. For this reason, the holes 5 deposited through the pinholes
The diameter of the emitter 7 in the inside gradually decreases and becomes a conical shape. The excess Mo layer 6 deposited on the Al layer 4 will be removed later (FIG. 17C).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の製造方
法及びその方法により作製された電界放出型冷陰極装置
においては以下に述べるような問題点がある。However, the above-mentioned manufacturing method and the field emission cold cathode device manufactured by the method have the following problems.
【0006】先ず、回転蒸着法により、穴5の開口に相
当するピンホールの直径が少しずつ小さくなることを利
用してエミッタを形成しているため、エミッタ高さ、先
端部の形状などがばらつき、電界放出の均一性が悪くな
る。また、形状の再現性や歩留まりが悪いため、特性の
揃った多数の電界放出型冷陰極装置を同一基板上に作製
しようとする場合には、生産コストが非常に高くなる。First, since the emitter is formed by utilizing the fact that the diameter of the pinhole corresponding to the opening of the hole 5 is gradually decreased by the rotary evaporation method, the height of the emitter, the shape of the tip end, etc. are varied. However, the uniformity of field emission deteriorates. Further, since the reproducibility of the shape and the yield are poor, the production cost becomes very high when a large number of field emission cold cathode devices with uniform characteristics are to be manufactured on the same substrate.
【0007】また、電界放出効率を向上させるのに必要
なエミッタ先端部の鋭さが欠けるため、駆動電圧が高く
なり、電界放出効率の低下、消費電力の増大等の問題が
生じる。高い駆動電圧を用いた場合、この電圧によりイ
オン化した残留ガスの影響をうけてエミッタ先端部の形
状が変化しやすく、信頼性や寿命等の点でも問題が生じ
る。Further, since the sharpness of the tip of the emitter required for improving the field emission efficiency is lacking, the driving voltage becomes high, which causes problems such as a decrease in field emission efficiency and an increase in power consumption. When a high driving voltage is used, the shape of the tip of the emitter is apt to change under the influence of ionized residual gas due to this voltage, which causes problems in terms of reliability and life.
【0008】また、SiO2 絶縁層をCVD法により厚
く形成しているため、電界放出の効率を大きく左右する
ゲート−エミッタ間の距離が正確に制御できず、電界放
出の均一性が良好でなく、ばらつきが発生する。また、
ゲート−エミッタ間距離が小さい方がより低電圧で素子
を駆動させることができるが、制御よくゲートとエミッ
タとを近接させることが困難である。Further, since the SiO 2 insulating layer is formed thick by the CVD method, the distance between the gate and the emitter, which largely influences the efficiency of field emission, cannot be accurately controlled, and the uniformity of field emission is not good. , Variations occur. Also,
A device having a smaller gate-emitter distance can be driven with a lower voltage, but it is difficult to bring the gate and the emitter close to each other with good control.
【0009】また、製造方法の性質上、エミッタ基底部
長さに対するエミッタ高さの割合、即ち、アスペクト比
を2以上にすることが困難である。エミッタのアスペク
ト比は、高い方がエミッタ先端部に電界が集中するた
め、駆動電圧の低下、消費電力の低下等に大幅な効果が
ある。エミッタのアスペクト比を高くできない一つの理
由は、上述の如く、エミッタ高さをコントロールする
際、開口部が次第にふさがっていくことを利用している
ことにある。また、別の理由は、エミッタ基底部長さが
ステッパ露光などにも用いられるマスク径とほぼ同じ長
さになるため、ステッパ露光限界より小さな基底部長さ
を作製することができないことにある。このステッパ露
光限界はまた、エミッタ基底部長さに制限を加えるた
め、エミッタを高集積化する上で別の問題を引起こして
いる。Further, due to the nature of the manufacturing method, it is difficult to set the ratio of the emitter height to the emitter base length, that is, the aspect ratio to 2 or more. When the aspect ratio of the emitter is higher, the electric field is concentrated on the tip of the emitter, so that the driving voltage and the power consumption are significantly reduced. One reason why the aspect ratio of the emitter cannot be increased is that the opening is gradually closed when controlling the height of the emitter, as described above. Another reason is that the base length of the emitter is almost the same as the mask diameter used for the stepper exposure, so that the base length smaller than the stepper exposure limit cannot be manufactured. This stepper exposure limit also limits the emitter base length, which causes another problem for high integration of the emitter.
【0010】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、電界放出特性が均一で且つ低電圧駆動
が可能で電界放出効率も高い電界放出型冷陰極装置及び
その製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and provides a field emission cold cathode device having uniform field emission characteristics, capable of being driven at a low voltage, and high field emission efficiency, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.
【0011】本発明はまた、高集積化が容易で、生産性
に富み、且つ同一形状の尖鋭なエミッタを多数形成可能
な電界放出型冷陰極装置及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。It is another object of the present invention to provide a field emission type cold cathode device which is easy to be highly integrated, has high productivity, and is capable of forming a large number of sharp emitters having the same shape, and a manufacturing method thereof. .
【0012】本発明はまた、上述のような優れた特性を
有する電界放出型冷陰極装置を用いた真空マイクロ装置
を提供することを目的とする。It is another object of the present invention to provide a vacuum micro device using the field emission cold cathode device having the above-mentioned excellent characteristics.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の視点は、
電界放出型冷陰極装置において、支持部材と、前記支持
部材上に配設された電子を放出するためのエミッタと、
を具備し、前記エミッタがフラーレンまたはカーボンナ
ノチューブを具備することを特徴とする。The first aspect of the present invention is as follows.
In the field emission cold cathode device, a supporting member, an emitter for emitting electrons arranged on the supporting member,
And the emitter comprises a fullerene or a carbon nanotube.
【0014】本発明の第2の視点は、第1の視点の電界
放出型冷陰極装置において、前記エミッタが複数のフラ
ーレンまたはカーボンナノチューブを具備することを特
徴とする。A second aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the first aspect, characterized in that the emitter comprises a plurality of fullerenes or carbon nanotubes.
【0015】本発明の第3の視点は、第1または第2の
視点の電界放出型冷陰極装置において、前記支持部材上
に配設されたカソード配線層を具備し、前記エミッタが
前記カソード配線層上に配設されることを特徴とする。A third aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the first or the second aspect, further comprising a cathode wiring layer disposed on the supporting member, wherein the emitter is the cathode wiring. It is characterized by being arranged on a layer.
【0016】本発明の第4の視点は、第3の視点の電界
放出型冷陰極装置において、前記カソード配線層がM
o、Ta、W、Cr、Ni、Cuからなる群から選択さ
れた材料から基本的に形成されることを特徴とする。A fourth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the third aspect, wherein the cathode wiring layer is M.
It is characterized in that it is basically formed of a material selected from the group consisting of o, Ta, W, Cr, Ni and Cu.
【0017】本発明の第5の視点は、第1乃至第4のい
ずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記エ
ミッタが、前記支持部材に支持された導電性凸部を具備
し、前記フラーレンまたはカーボンナノチューブが前記
導電性凸部の先端部に支持されることを特徴とする。A fifth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the emitter includes a conductive convex portion supported by the supporting member, The fullerene or carbon nanotube is supported by the tip of the conductive protrusion.
【0018】本発明の第6の視点は、第5の視点の電界
放出型冷陰極装置において、前記フラーレンまたはカー
ボンナノチューブが部分的に前記導電性凸部に埋設され
ることを特徴とする。A sixth aspect of the present invention is characterized in that in the field emission cold cathode device according to the fifth aspect, the fullerene or carbon nanotube is partially embedded in the conductive convex portion.
【0019】本発明の第7の視点は、第5または第6の
視点の電界放出型冷陰極装置において、前記導電性凸部
がMo、Ta、W、Cr、Ni、Si、LaB6 、Al
N、GaN、グラファイト、ダイヤモンドからなる群か
ら選択された材料から基本的に形成されることを特徴と
する。A seventh aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the fifth or sixth aspect, wherein the conductive protrusions are Mo, Ta, W, Cr, Ni, Si, LaB 6 , Al.
It is characterized in that it is basically formed of a material selected from the group consisting of N, GaN, graphite and diamond.
【0020】本発明の第8の視点は、第1乃至第7のい
ずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記エ
ミッタに対して間隔をおいて対向するゲート電極を具備
することを特徴とする。An eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the field emission cold cathode device according to any one of the first to seventh aspects, a gate electrode facing the emitter is provided at a distance. And
【0021】本発明の第9の視点は、第1乃至第8のい
ずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記支
持部材が合成樹脂から基本的に形成されることを特徴と
する。A ninth aspect of the present invention is characterized in that, in the field emission type cold cathode device according to any one of the first to eighth aspects, the supporting member is basically formed of synthetic resin.
【0022】本発明の第10の視点は、第1乃至第9の
いずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記
カーボンナノチューブが、周期が0.426nmまたは
0.738nmの倍数の炭素の6員環の連なりから基本
的に構成されることを特徴とする。A tenth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the carbon nanotubes are made of carbon having a period of a multiple of 0.426 nm or 0.738 nm. It is characterized by being basically composed of a series of 6-membered rings.
【0023】本発明の第11の視点は、第1乃至第10
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記カーボンナノチューブの直径が30nm以下であるこ
とを特徴とする。An eleventh aspect of the present invention is the first to tenth aspects.
In the field emission cold cathode device according to any one of the above aspects, the carbon nanotubes have a diameter of 30 nm or less.
【0024】本発明の第12の視点は、第1乃至第11
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記カーボンナノチューブの端部が炭素の5員環、6員
環、7員環を含むグラファイトシートにより閉じられて
いることを特徴とする。A twelfth aspect of the present invention is the first to eleventh aspects.
In the field emission cold cathode device according to any one of the above aspects, the end portion of the carbon nanotube is closed by a graphite sheet including a carbon 5-membered ring, a carbon 6-membered ring, and a carbon 7-membered ring.
【0025】本発明の第13の視点は、第1乃至第12
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記エミッタを形成する前記カーボンナノチューブの底部
直径に対する高さの比を表すアスペクト比が、3以上で
1×106 以下であることを特徴とする。The thirteenth aspect of the present invention is the first to twelfth aspects.
In the field emission cold cathode device according to any one of items 1 to 3, the aspect ratio representing the ratio of the height to the bottom diameter of the carbon nanotubes forming the emitter is 3 or more and 1 × 10 6 or less. To do.
【0026】本発明の第14の視点は、第13の視点の
電界放出型冷陰極装置において、前記アスペクト比が、
3以上で1×103 以下であることを特徴とする。A fourteenth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the thirteenth aspect, wherein the aspect ratio is
It is characterized by being 3 or more and 1 × 10 3 or less.
【0027】本発明の第15の視点は、第1乃至第14
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記カーボンナノチューブ内に配設された、電子を放出す
ることのできる導電性充填層を具備することを特徴とす
る。The fifteenth aspect of the present invention is the first to fourteenth aspects.
The field emission cold cathode device according to any one of the above aspects, further comprising a conductive filling layer capable of emitting electrons, which is disposed in the carbon nanotube.
【0028】本発明の第16の視点は、第15の視点の
電界放出型冷陰極装置において、前記充填層がMo、T
a、W、Cr、Ni、Si、LaB6 、AlN、Ga
N、グラファイト、ダイヤモンドからなる群から選択さ
れた材料から基本的に形成されることを特徴とする。A sixteenth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the fifteenth aspect, wherein the filling layer is Mo or T.
a, W, Cr, Ni, Si, LaB 6 , AlN, Ga
It is basically formed of a material selected from the group consisting of N, graphite and diamond.
【0029】本発明の第17の視点は、真空マイクロ装
置において、支持部材と、前記支持部材上に配設された
電子を放出するためのエミッタと、前記エミッタがフラ
ーレンまたはカーボンナノチューブを具備することと、
前記支持部材と協働して前記エミッタを包囲する真空放
電空間を形成する包囲部材と、前記エミッタに対して間
隔をおいて配設された引出し電極と、前記エミッタと前
記引出し電極との電位差により前記エミッタから電子が
放出されることと、を具備することを特徴とする。A seventeenth aspect of the present invention is that, in a vacuum microdevice, a supporting member, an emitter for emitting electrons arranged on the supporting member, and the emitter comprising a fullerene or a carbon nanotube. When,
Due to the surrounding member that cooperates with the supporting member to form a vacuum discharge space surrounding the emitter, the extraction electrode arranged at a distance from the emitter, and the potential difference between the emitter and the extraction electrode. Electrons are emitted from the emitter.
【0030】本発明の第18の視点は、第17の視点の
真空マイクロ装置において、前記引出し電極が前記支持
部材に支持されたゲート電極からなることを特徴とす
る。An eighteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the vacuum microdevice according to the seventeenth aspect, the extraction electrode comprises a gate electrode supported by the support member.
【0031】本発明の第19の視点は、第18の視点の
真空マイクロ装置において、前記エミッタと対向する位
置で前記包囲部材上にアノード電極が配設されることを
特徴とする。A nineteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the vacuum microdevice according to the eighteenth aspect, an anode electrode is provided on the surrounding member at a position facing the emitter.
【0032】本発明の第20の視点は、第17の視点の
真空マイクロ装置において、前記引出し電極が前記エミ
ッタと対向する位置で前記包囲部材上に配設されたアノ
ード電極からなることを特徴とする。A twentieth aspect of the present invention is the vacuum microdevice according to the seventeenth aspect, wherein the extraction electrode comprises an anode electrode disposed on the surrounding member at a position facing the emitter. To do.
【0033】本発明の第21の視点は、支持部材と、前
記支持部材上に配設された電子を放出するための複数の
エミッタと、を具備する電界放出型冷陰極装置の製造方
法において、収集部材を真空処理室内に配置する工程
と、前記真空処理室内を不活性ガスの真空雰囲気に設定
する工程と、前記真空処理室内で炭素を昇華させる工程
と、前記収集部材上に前記炭素を析出させることにより
カーボンナノチューブを形成する工程と、前記カーボン
ナノチューブを前記収集部材から前記支持部材上に移
し、前記カーボンナノチューブを具備する前記エミッタ
を形成する工程と、を具備することを特徴とする。A twenty-first aspect of the present invention is a method for manufacturing a field emission type cold cathode device, comprising: a supporting member; and a plurality of emitters arranged on the supporting member for emitting electrons. Disposing a collecting member in the vacuum processing chamber, setting a vacuum atmosphere of the vacuum processing chamber in an inert gas atmosphere, sublimating carbon in the vacuum processing chamber, and depositing the carbon on the collecting member. And forming the carbon nanotubes by transferring the carbon nanotubes from the collecting member onto the supporting member to form the emitters including the carbon nanotubes.
【0034】本発明の第22の視点は、支持部材と、前
記支持部材上に配設された電子を放出するための複数の
エミッタと、を具備する電界放出型冷陰極装置の製造方
法において、前記支持部材を真空処理室内に配置する工
程と、前記真空処理室内を不活性ガスの真空雰囲気に設
定する工程と、前記真空処理室内で炭素を昇華させる工
程と、前記支持部材上に前記炭素をカーボンナノチュー
ブとして析出させることにより、前記カーボンナノチュ
ーブを具備する前記エミッタを形成する工程と、を具備
することを特徴とする。A twenty-second aspect of the present invention is a method of manufacturing a field emission type cold cathode device comprising a support member and a plurality of emitters for emitting electrons arranged on the support member, Disposing the support member in a vacuum processing chamber, setting the vacuum processing chamber to a vacuum atmosphere of an inert gas, sublimating carbon in the vacuum processing chamber, and depositing the carbon on the support member. Forming the emitter having the carbon nanotubes by depositing as carbon nanotubes.
【0035】本発明の第23の視点は、第21または第
22の視点の製造方法において、前記炭素の昇華が、抵
抗加熱、電子ビーム、アーク放電、レーザ光照射からな
る群から選択された手段により行われることを特徴とす
る。A twenty-third aspect of the present invention is the manufacturing method according to the twenty-first or twenty-second aspect, wherein the carbon sublimation is selected from the group consisting of resistance heating, electron beam, arc discharge, and laser light irradiation. It is performed by.
【0036】本発明の第24の視点は、第21乃至第2
3のいずれかの視点の製造方法において、電子を放出す
ることのできる導電性充填層を前記カーボンナノチュー
ブ内に形成する工程を具備することを特徴とする。The twenty-fourth aspect of the present invention is the twenty-first to the second aspects.
3. The manufacturing method according to any one of 3) to 3), further comprising a step of forming a conductive filling layer capable of emitting electrons in the carbon nanotube.
【0037】本発明の第25の視点は、支持部材と、前
記支持部材上に配設された電子を放出するためのエミッ
タと、を具備する電界放出型冷陰極装置の製造方法にお
いて、モールド部材に底部の尖った凹部を形成する工程
と、前記凹部内にフラーレンまたはカーボンナノチュー
ブを配置する工程と、前記凹部内に導電性材料を充填し
て導電性凸部を形成する工程と、前記導電性凸部を挟む
ように前記モールド部材に前記支持部材を接合する工程
と、前記モールド部材を除去することにより、前記支持
部材上で前記導電性凸部及び前記フラーレンまたはカー
ボンナノチューブを具備する前記エミッタを露出させる
工程と、を具備することを特徴とする。A twenty-fifth aspect of the present invention is a method of manufacturing a field emission type cold cathode device, comprising a support member and an emitter for emitting electrons arranged on the support member. Forming a concave portion having a sharp bottom, a step of disposing fullerene or carbon nanotubes in the concave portion, a step of filling a conductive material in the concave portion to form a conductive convex portion, the conductive A step of joining the supporting member to the mold member so as to sandwich the convex portion; and a step of removing the mold member to form the emitter having the conductive convex portion and the fullerene or carbon nanotube on the supporting member. And a step of exposing.
【0038】本発明の第26の視点は、第25の視点の
製造方法において、前記凹部内に前記導電性材料を充填
する前に、前記凹部の内面を絶縁層で被覆する工程を具
備することを特徴とする。A twenty-sixth aspect of the present invention is the manufacturing method according to the twenty-fifth aspect, which comprises a step of coating the inner surface of the recess with an insulating layer before filling the recess with the conductive material. Is characterized by.
【0039】本発明の第27の視点は、第21乃至第2
6のいずれかの視点の製造方法において、前記エミッタ
に対向し且つ前記支持部材上に絶縁層を介して支持され
るように、ゲート電極を配設する工程を具備することを
特徴とする。The twenty-seventh aspect of the present invention is the twenty-first to the second aspects.
The manufacturing method according to any one of the aspects 6 to 6 includes a step of disposing a gate electrode so as to face the emitter and be supported on the support member via an insulating layer.
【0040】[0040]
【発明の実施の形態】以下に図示の実施の形態を参照し
て本発明を詳述する。なお、以下の実施の形態におい
て、対応する部材には同じ符号を付し、重複する説明は
必要に応じてのみ行なう。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. In the following embodiments, corresponding members are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be given only when necessary.
【0041】図1(a)、(b)は本発明の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図である。1A and 1B are schematic cross-sectional views showing the field emission type cold cathode device according to the embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0042】図1(b)図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、支持基板12と、支持基
板12上に配設された電子を放出するためのエミッタ1
4とを有する。エミッタ14は、電界放出型冷陰極装置
の用途に応じて、複数若しくは単数が支持基板12上に
配設される。As shown in FIG. 1 (b), the field emission type cold cathode device according to this embodiment includes a support substrate 12 and an emitter 1 arranged on the support substrate 12 for emitting electrons.
4 and. A plurality of or a single emitter 14 is arranged on the support substrate 12 according to the application of the field emission cold cathode device.
【0043】支持基板12は、これ自体がカソード配線
層を兼ねる場合は、Mo、Ta、W、Cr、Ni、C
u、カーボンや、不純物をドープしたSi等の半導体等
の導電性材料から基本的に形成される。また、カソード
配線層を別途設ける場合は、支持基板12は、ガラス、
石英、合成樹脂等の絶縁性材料や、Si等の半導体材料
から基本的に形成される。When the supporting substrate 12 itself also serves as the cathode wiring layer, the supporting substrate 12 is Mo, Ta, W, Cr, Ni, C.
It is basically formed of a conductive material such as u, carbon, or a semiconductor such as Si doped with impurities. When the cathode wiring layer is separately provided, the support substrate 12 is made of glass,
It is basically formed of an insulating material such as quartz or synthetic resin, or a semiconductor material such as Si.
【0044】エミッタ14の夫々は、基本的に炭素の6
員環の連なりから構成される複数のカーボンナノチュー
ブ16から形成される。通常、カーボンナノチューブ1
6は、図1(a)、(b)示の如く、倒木が重なり合う
ような状態で支持基板12上に存在する。しかし、以下
の図では、図を簡易にするため、カーボンナノチューブ
16が概ね垂直に立ち上がった状態で示す。各エミッタ
14が1つのカーボンナノチューブ16からなるように
することもできる。全カーボンナノチューブ16の70
%以上は30nm以下の直径を有する。エミッタ14を
形成するカーボンナノチューブ16の底部直径に対する
高さの比を表すアスペクト比は、3以上且つ1×106
以下で、望ましくは、3以上且つ1×103 以下に設定
される。Each of the emitters 14 is basically made of carbon 6
It is formed of a plurality of carbon nanotubes 16 formed by a series of member rings. Usually carbon nanotube 1
As shown in FIGS. 1A and 1B, 6 exists on the support substrate 12 in a state where the fallen trees overlap each other. However, in the following figures, for simplification of the figure, the carbon nanotubes 16 are shown in a state of standing up substantially vertically. It is also possible for each emitter 14 to consist of one carbon nanotube 16. 70 of all carbon nanotubes 16
% Or more has a diameter of 30 nm or less. The aspect ratio representing the ratio of the height to the bottom diameter of the carbon nanotubes 16 forming the emitter 14 is 3 or more and 1 × 10 6
Below, it is desirably set to 3 or more and 1 × 10 3 or less.
【0045】カーボンナノチューブ16は、図2(a)
図示のような基本的に炭素の6員環の連なりから構成さ
れる分子構造のグラファイトシート18を、図2(b)
図示のように円筒状に巻いた形に形成される。グラファ
イトシート18は、6員環の周期B方向(周期が0.4
26nm)に巻くと金属性を示す。グラファイトシート
18はまた、6員環の周期A方向(周期が0.246n
m)でも、(3、0)、(6、0)、(9、0)等、3
×(1、0)の格子点を結ぶように巻くと禁制帯幅の狭
い半導体性を示す。従って、カーボンナノチューブ16
における炭素の6員環の周期は、周期B方向の0.42
6nmまたは周期A方向0.246nm×3=0.73
8nmの倍数となる。The carbon nanotube 16 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2 (b), a graphite sheet 18 having a molecular structure basically composed of a series of 6-membered carbon rings
As shown in the figure, it is formed into a cylindrical shape. The graphite sheet 18 has a 6-membered ring in the direction B (having a period of 0.4
(26 nm), it exhibits metallic properties. The graphite sheet 18 also has a 6-membered ring in the direction A (having a period of 0.246n).
m) also, (3,0), (6,0), (9,0), etc., 3
When wound so as to connect the lattice points of × (1,0), a semiconductor property with a narrow bandgap is exhibited. Therefore, the carbon nanotube 16
The cycle of the 6-membered ring of carbon in is 0.42 in the cycle B direction.
6 nm or period A direction 0.246 nm × 3 = 0.73
It is a multiple of 8 nm.
【0046】なお、カーボンナノチューブ16の端部
は、図2(b)図示のように閉鎖される場合と、閉鎖さ
れずに円筒形のままで開放される場合とがある。カーボ
ンナノチューブ16の端部を閉鎖するグラファイトシー
ト22には、炭素の6員環の連なりの中に炭素の5員環
及び/または7員環が介在した構造となる。例えば、図
2(b)図示の例では、部位24に炭素の5員環が介在
している。これは、炭素の6員環だけでは、端部の閉鎖
形状を形成することができないためである。The end portion of the carbon nanotube 16 may be closed as shown in FIG. 2 (b) or may be opened in a cylindrical shape without being closed. The graphite sheet 22 that closes the ends of the carbon nanotubes 16 has a structure in which a 5-membered ring of carbon and / or a 7-membered ring of carbon are interposed in a series of 6-membered rings of carbon. For example, in the example shown in FIG. 2 (b), a carbon 5-membered ring is interposed in the site 24. This is because the 6-membered ring of carbon cannot form the closed shape of the end portion.
【0047】次に、この実施の形態に係る電界放出型冷
陰極装置の製造方法の2つの例について説明する。Next, two examples of the method of manufacturing the field emission type cold cathode device according to this embodiment will be described.
【0048】製造方法の第1例においては、先ず、直径
6.5nm〜20nmのグラファイト電極を一対準備
し、これらをアノード電極(炭素源)及びカソード電極
(収集部材)として、真空処理室内に配設する。次に、
真空処理室内を排気すると共に、He、Ar等の不活性
ガスを真空処理室内に導入し、真空処理室内を20To
rr〜500Torr、望ましくは約500Torrの
不活性ガス雰囲気に設定する。In the first example of the manufacturing method, first, a pair of graphite electrodes having a diameter of 6.5 nm to 20 nm are prepared, and these are arranged in the vacuum processing chamber as an anode electrode (carbon source) and a cathode electrode (collecting member). Set up. next,
The vacuum processing chamber is evacuated, and an inert gas such as He or Ar is introduced into the vacuum processing chamber, and the vacuum processing chamber is heated to 20
The inert gas atmosphere is set to rr to 500 Torr, preferably about 500 Torr.
【0049】次に、直流電圧10V〜20Vをアノード
電極とカソード電極との間に印加し、電流約100Aと
なるようにアーク放電を発生させる。この様にして、ア
ノード電極の炭素を昇華させる一方、カソード電極上に
炭素を析出させてカーボンナノチューブを形成する。こ
の際、炭素の析出条件を、カーボンナノチューブが基本
的に炭素の6員環の連なりから構成され、6員環の周期
が0.426nmまたは0.738nmの倍数となるよ
うに調整する。Next, a DC voltage of 10 V to 20 V is applied between the anode electrode and the cathode electrode, and an arc discharge is generated so that the current becomes about 100 A. In this way, while sublimating the carbon of the anode electrode, carbon is deposited on the cathode electrode to form carbon nanotubes. At this time, the carbon deposition conditions are adjusted so that the carbon nanotubes are basically composed of a series of carbon 6-membered rings and the period of the 6-membered rings is a multiple of 0.426 nm or 0.738 nm.
【0050】この様に、ガス圧かアーク放電を生じるた
めの電圧を調整することにより、カーボンナノチューブ
は直径30nm以下とすることができる。また、プロセ
ス条件等により、形成されるカーボンナノチューブの形
状もばらつくが、直径30nm以下のものが全体の70
%以上を占めていれば、特性上特に問題は生じなかっ
た。As described above, the diameter of the carbon nanotube can be reduced to 30 nm or less by adjusting the gas pressure or the voltage for generating arc discharge. Further, the shape of the carbon nanotubes formed varies depending on the process conditions and the like.
If it occupies at least%, there is no particular problem in terms of characteristics.
【0051】次に、カソード電極をエタノール中に浸漬
し、超音波を印加することにより、カソード電極からカ
ーボンナノチューブを分離し、エタノール中に分散させ
る。次に、セラミックフィルタ或いはろ紙によりエタノ
ールからカーボンナノチューブを取出し、乾燥させる。
なお、カーボンナノチューブを分離後、使用条件に適合
するように精製及び分級処理してもよい。Next, the cathode electrode is immersed in ethanol and ultrasonic waves are applied to separate the carbon nanotubes from the cathode electrode and disperse them in ethanol. Next, the carbon nanotubes are taken out from the ethanol with a ceramic filter or filter paper and dried.
After separating the carbon nanotubes, the carbon nanotubes may be purified and classified so as to meet the usage conditions.
【0052】次に、カーボンナノチューブを塗布、圧
着、埋込み等の方法で合成樹脂製の支持基板12上に供
給し、カーボンナノチューブ層26を形成する(図1
(a))。ここで、支持基板の材料としては、ポリメチ
ルメタクレート、テフロン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリカーボネート、非晶質ポリオレフィン、アクリ
ル系樹脂、エポキシ系樹脂を用いることができる。Next, carbon nanotubes are applied onto the support substrate 12 made of synthetic resin by a method such as coating, pressure bonding and embedding to form a carbon nanotube layer 26 (FIG. 1).
(A)). Here, as the material of the supporting substrate, polymethylmethacrylate, Teflon, polytetrafluoroethylene, polycarbonate, amorphous polyolefin, acrylic resin, epoxy resin can be used.
【0053】次に、レジストを塗布して、エミッタ14
のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ層26を
リソグラフィ技術でパターニングする。この様にして、
複数のカーボンナノチューブ16からなるエミッタ14
を支持基板12上に形成する(図1(b))。Next, a resist is applied to the emitter 14
The carbon nanotube layer 26 is lithographically patterned according to the layout of FIG. In this way
Emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16
Is formed on the support substrate 12 (FIG. 1B).
【0054】なお、上述の製造方法の第1例において、
一対のグラファイト電極間に印加する電力は直流ではな
く交流とすることもできる。更に、カーボンナノチュー
ブをカソード電極(収集部材)から分離させず、カソー
ド電極(収集部材)と共に電界放出型冷陰極装置に用い
ることもできる。In the first example of the above manufacturing method,
The electric power applied between the pair of graphite electrodes may be AC instead of DC. Further, the carbon nanotubes can be used together with the cathode electrode (collecting member) in a field emission cold cathode device without being separated from the cathode electrode (collecting member).
【0055】製造方法の第2例においては、先ず、直径
6.5nm〜20nmのグラファイト棒を真空処理室内
に配設する。また、支持基板12を直接真空処理室内に
配置する。次に、真空処理室内を排気すると共に、H
e、Ar等の不活性ガスを真空処理室内に導入し、真空
処理室内を20Torr〜500Torr、望ましくは
約500Torrの不活性ガス雰囲気に設定する。In the second example of the manufacturing method, first, a graphite rod having a diameter of 6.5 nm to 20 nm is placed in the vacuum processing chamber. Further, the support substrate 12 is directly placed in the vacuum processing chamber. Next, the vacuum processing chamber is evacuated and H
An inert gas such as e or Ar is introduced into the vacuum processing chamber, and the inside of the vacuum processing chamber is set to an inert gas atmosphere of 20 Torr to 500 Torr, preferably about 500 Torr.
【0056】次に、グラファイト棒に通電し、抵抗自己
加熱によりグラファイト棒を加熱する。この様にして、
グラファイト棒の炭素を昇華させる一方、支持基板12
上に炭素を析出させてカーボンナノチューブ層26を形
成する(図1(a))。この際、炭素の析出条件を、カ
ーボンナノチューブが基本的に炭素の6員環の連なりか
ら構成され、6員環の周期が0.426nmまたは0.
738nmの倍数となるように調整する。Next, the graphite rod is energized to heat the graphite rod by resistance self-heating. In this way
While sublimating the carbon of the graphite rod, the supporting substrate 12
Carbon is deposited on the carbon nanotube layer 26 to form the carbon nanotube layer 26 (FIG. 1A). At this time, the carbon deposition condition is that the carbon nanotube is basically composed of a series of 6-membered rings of carbon, and the period of the 6-membered ring is 0.426 nm or 0.
Adjust to be a multiple of 738 nm.
【0057】この様に、ガス圧かアーク放電を生じるた
めの電圧を調整することにより、カーボンナノチューブ
は直径30nm以下とすることができる。また、プロセ
ス条件等により、形成されるカーボンナノチューブの形
状もばらつくが、直径30nm以下のものが全体の70
%以上を占めていれば、特性上特に問題は生じなかっ
た。As described above, the diameter of the carbon nanotube can be reduced to 30 nm or less by adjusting the gas pressure or the voltage for generating the arc discharge. Further, the shape of the carbon nanotubes formed varies depending on the process conditions and the like.
If it occupies at least%, there is no particular problem in terms of characteristics.
【0058】次に、レジストを塗布して、エミッタ14
のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ層26を
リソグラフィ技術でパターニングする。この様にして、
複数のカーボンナノチューブ16からなるエミッタ14
を支持基板12上に形成する(図1(b))。Next, a resist is applied to the emitter 14
The carbon nanotube layer 26 is lithographically patterned according to the layout of FIG. In this way
Emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16
Is formed on the support substrate 12 (FIG. 1B).
【0059】なお、真空処理室内で炭素を昇華させる手
段としては、上述の製造方法の第1及び第2例で示した
アーク放電、抵抗加熱の他、電子ビーム、レーザ光照射
等を用いることができる。As means for sublimating carbon in the vacuum processing chamber, electron beam, laser light irradiation, etc. may be used in addition to the arc discharge and resistance heating shown in the first and second examples of the manufacturing method. it can.
【0060】図3(a)、(b)は本発明の別の実施の
形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概
略断面図である。3 (a) and 3 (b) are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0061】図3(b)図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、エミッタ14に電子を供
給するためのカソード配線層28が支持基板12上に配
設されている点で、図1(b)図示の電界放出型冷陰極
装置と異なる。カソード配線層28は、Mo、Ta、
W、Cr、Ni、Cu等の導電性材料から基本的に形成
される。また、支持基板12は、ガラス、石英、合成樹
脂等の絶縁性材料や、Si等の半導体材料から基本的に
形成される。As shown in FIG. 3B, in the field emission cold cathode device according to this embodiment, a cathode wiring layer 28 for supplying electrons to the emitter 14 is provided on the support substrate 12. This is different from the field emission type cold cathode device shown in FIG. The cathode wiring layer 28 is made of Mo, Ta,
It is basically formed of a conductive material such as W, Cr, Ni or Cu. The support substrate 12 is basically formed of an insulating material such as glass, quartz, synthetic resin, or a semiconductor material such as Si.
【0062】図3(b)図示の電界放出型冷陰極装置
は、図1(b)図示の電界放出型冷陰極装置と概ね同じ
方法で製造することができる。但し、図1を参照して説
明した製造方法の第1及び第2例に対して、次のような
変更を加える。The field emission type cold cathode device shown in FIG. 3 (b) can be manufactured by substantially the same method as the field emission type cold cathode device shown in FIG. 1 (b). However, the following modifications are made to the first and second examples of the manufacturing method described with reference to FIG.
【0063】先ず、アノード電極(炭素源)及びカソー
ド電極(収集部材)を用いる第1例においては、カソー
ド電極(収集部材)から分離されたカーボンナノチュー
ブを支持基板12上に供給する前に、支持基板12上に
パターニングされたカソード配線層28を形成する。そ
して、カーボンナノチューブを前述の如く支持基板12
上に供給し、支持基板12及びカソード配線層28上に
カーボンナノチューブ層26を形成する(図3
(a))。次に、エミッタ14のレイアウトに従って、
カーボンナノチューブ層26をリソグラフィ技術でパタ
ーニングし、複数のカーボンナノチューブ16からなる
エミッタ14をカソード配線層28上に形成する(図3
(b))。First, in the first example using the anode electrode (carbon source) and the cathode electrode (collection member), before the carbon nanotubes separated from the cathode electrode (collection member) are supplied onto the support substrate 12, the support is carried out. A patterned cathode wiring layer 28 is formed on the substrate 12. Then, the carbon nanotubes are attached to the support substrate 12 as described above.
Then, the carbon nanotube layer 26 is formed on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 (FIG. 3).
(A)). Next, according to the layout of the emitter 14,
The carbon nanotube layer 26 is patterned by a lithography technique to form the emitter 14 composed of the plurality of carbon nanotubes 16 on the cathode wiring layer 28 (FIG. 3).
(B)).
【0064】また、カーボンナノチューブを直接支持基
板12上に析出させる第2例においては、支持基板12
を真空処理室内に入れる前に、支持基板12上にパター
ニングされたカソード配線層28を形成する。そして、
カソード配線層28の付いた支持基板12を真空処理室
内に配置し、前述の如く操作を行い、支持基板12及び
カソード配線層28上に炭素を析出させ、カーボンナノ
チューブ層26を形成する(図3(a))。次に、エミ
ッタ14のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ
層26をリソグラフィ技術でパターニングし、複数のカ
ーボンナノチューブ16からなるエミッタ14をカソー
ド配線層28上に形成する(図3(b))。In the second example in which carbon nanotubes are directly deposited on the support substrate 12, the support substrate 12
Before being placed in the vacuum processing chamber, a patterned cathode wiring layer 28 is formed on the support substrate 12. And
The support substrate 12 with the cathode wiring layer 28 is placed in the vacuum processing chamber, and the operation is performed as described above to deposit carbon on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 to form the carbon nanotube layer 26 (FIG. 3). (A)). Next, according to the layout of the emitter 14, the carbon nanotube layer 26 is patterned by a lithography technique to form the emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16 on the cathode wiring layer 28 (FIG. 3B).
【0065】図4(a)〜(c)は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。FIGS. 4A to 4C are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0066】図4(c)図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、カーボンナノチューブ1
6内に、電子を放出することのできる導電性充填層32
が配設されている点で、図1(b)図示の電界放出型冷
陰極装置と異なる。充填層32はMo、Ta、W、C
r、Ni、Si、LaB6 、AlN、GaN、グラファ
イト、ダイヤモンド等の導電性材料から基本的に形成さ
れる。As shown in FIG. 4 (c), the field emission cold cathode device according to this embodiment has the carbon nanotube 1
6 has a conductive filling layer 32 capable of emitting electrons.
Is provided, which is different from the field emission cold cathode device shown in FIG. The filling layer 32 is Mo, Ta, W, C
It is basically formed of a conductive material such as r, Ni, Si, LaB 6 , AlN, GaN, graphite and diamond.
【0067】図4(c)図示の電界放出型冷陰極装置
は、図1(b)図示の電界放出型冷陰極装置と概ね同じ
方法で製造することができるが、次のような変更を加え
る。The field emission cold cathode device shown in FIG. 4 (c) can be manufactured by substantially the same method as the field emission cold cathode device shown in FIG. 1 (b), but with the following modifications. .
【0068】先ず、前述の如く、支持基板12上にカー
ボンナノチューブ層26を形成する(図4(a))。次
に、昇華した導電性材料を上方から堆積させるか、完成
した構造物全体を溶融した導電性材料中に浸漬させ、支
持基板12上の全面に導電性材料層34を形成する。こ
の際、カーボンナノチューブの主に先端部内にまで充填
層32が形成されるようにする(図4(b))。ここ
で、理論上は、チューブに吸込まれた導電性材料は、エ
ネルギー的に最も安定なチューブの中心に形成されやす
い。しかし、例えば、気体がチューブ内に存在する等の
種々の条件により、チューブの途中で導電性材料の吸込
みが止まってしまう場合もある。First, as described above, the carbon nanotube layer 26 is formed on the support substrate 12 (FIG. 4A). Next, the sublimated conductive material is deposited from above, or the entire completed structure is immersed in the molten conductive material to form the conductive material layer 34 on the entire surface of the support substrate 12. At this time, the filling layer 32 is formed mainly in the tip portion of the carbon nanotube (FIG. 4B). Here, theoretically, the conductive material sucked into the tube is likely to be formed in the center of the tube which is energetically most stable. However, the suction of the conductive material may stop in the middle of the tube due to various conditions such as the presence of gas in the tube.
【0069】次に、エミッタ14のレイアウトに従って
リソグラフィ技術でパターニングを行い、支持基板12
と直接接触する導電性材料層34の部分を除去すると共
に、複数のカーボンナノチューブ16からなるエミッタ
14を支持基板12上に形成する(図4(c))。な
お、カーボンナノチューブ16は導電性材料層34によ
り支持基板12上にしっかりと固定されるため、図1
(b)図示の構造に比べて取扱いが容易で且つ信頼性の
高い構造を提供することができる。Next, patterning is performed by a lithography technique according to the layout of the emitter 14 and the supporting substrate 12 is formed.
The portion of the conductive material layer 34 that is in direct contact with is removed, and the emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16 is formed on the support substrate 12 (FIG. 4C). Since the carbon nanotubes 16 are firmly fixed on the supporting substrate 12 by the conductive material layer 34, the carbon nanotubes 16 shown in FIG.
(B) It is possible to provide a structure that is easier to handle and has higher reliability than the illustrated structure.
【0070】図5(a)〜(c)は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。FIGS. 5A to 5C are schematic sectional views showing the field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0071】図5(c)図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、カーボンナノチューブ1
6内に、電子を放出することのできる導電性充填層32
が配設されている点で、図3(b)図示の電界放出型冷
陰極装置と異なる。充填層32は図4(a)〜(c)を
参照して述べた材料から基本的に形成される。なお、充
填層32はカソード配線層28と基本的に同じ材料から
形成することもできる。As shown in FIG. 5C, the field emission type cold cathode device according to the present embodiment has the carbon nanotube 1
6 has a conductive filling layer 32 capable of emitting electrons.
3 is different from the field emission cold cathode device shown in FIG. 3B. The filling layer 32 is basically formed of the material described with reference to FIGS. The filling layer 32 may be formed of the same material as the cathode wiring layer 28.
【0072】図5(c)図示の電界放出型冷陰極装置
は、図3(b)図示の電界放出型冷陰極装置と概ね同じ
方法で製造することができるが、次のような変更を加え
る。The field emission type cold cathode device shown in FIG. 5C can be manufactured by the same method as that of the field emission type cold cathode device shown in FIG. 3B, but with the following modifications. .
【0073】先ず、前述の如く、支持基板12及びカソ
ード配線層28上にカーボンナノチューブ層26を形成
する(図5(a))。次に、昇華した導電性材料を上方
から堆積させるか、完成した構造物全体を溶融した導電
性材料中に浸漬させ、支持基板12上の全面に導電性材
料層34を形成する。この際、カーボンナノチューブの
主に先端部内に充填層32が形成される(図5
(b))。次に、エミッタ14のレイアウトに従って、
リソグラフィ技術でパターニングを行い、支持基板12
と直接接触する導電性材料層34の部分を除去すると共
に、複数のカーボンナノチューブ16からなるエミッタ
14をカソード配線層28上に形成する(図5
(c))。First, as described above, the carbon nanotube layer 26 is formed on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 (FIG. 5A). Next, the sublimated conductive material is deposited from above, or the entire completed structure is immersed in the molten conductive material to form the conductive material layer 34 on the entire surface of the support substrate 12. At this time, the filling layer 32 is formed mainly in the tip portion of the carbon nanotube (FIG. 5).
(B)). Next, according to the layout of the emitter 14,
The supporting substrate 12 is patterned by the lithography technique.
The part of the conductive material layer 34 that is in direct contact with is removed, and the emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16 is formed on the cathode wiring layer 28 (FIG. 5).
(C)).
【0074】なお、図4(a)〜(c)及び図5(a)
〜(c)図示の実施の形態において、支持基板12の表
面と充填層32の導電性材料との剥離性が良好となるよ
うに、予め材料選択或いは支持基板12の表面を処理し
ておくことができる。また、充填層32を、カーボンナ
ノチューブを支持基板12上に供給する前の調製時に形
成してもよい。この場合、例えば、収集部材に付いた状
態のカーボンナノチューブに対して、昇華した導電性材
料を上方から堆積させるか、或いは、収集部材に付いた
状態或いは分離された状態のカーボンナノチューブを溶
融した導電性材料中に浸漬させることにより、充填層3
2をカーボンナノチューブ内に形成することができる。Incidentally, FIGS. 4 (a) to 4 (c) and FIG. 5 (a)
(C) In the illustrated embodiment, material selection or treatment of the surface of the supporting substrate 12 is performed in advance so that the peelability between the surface of the supporting substrate 12 and the conductive material of the filling layer 32 is good. You can Further, the filling layer 32 may be formed at the time of preparation before supplying the carbon nanotubes onto the supporting substrate 12. In this case, for example, the sublimated conductive material is deposited from above on the carbon nanotubes attached to the collecting member, or the carbon nanotubes attached to the collecting member or separated from each other are melted to form a conductive material. Layer 3 by immersing it in a conductive material
2 can be formed in carbon nanotubes.
【0075】カソード配線層28及び充填層32を有す
る図5(c)図示の構造は、図6(a)〜(d)に示す
ような製造方法によっても形成することができる。図6
(a)〜(d)図示の製造方法は、アノード電極(炭素
源)及びカソード電極(収集部材)を用いる製造方法の
第1例を応用したもので、次のように変更する。The structure shown in FIG. 5C having the cathode wiring layer 28 and the filling layer 32 can also be formed by the manufacturing method shown in FIGS. 6A to 6D. Figure 6
The manufacturing method shown in (a) to (d) is an application of the first example of the manufacturing method using the anode electrode (carbon source) and the cathode electrode (collecting member), and is modified as follows.
【0076】先ず、前述の如く、カソード電極(収集部
材)42上に炭素を析出させてカーボンナノチューブ層
26を形成する(図6(a))。次に、カソード電極
(収集部材)42に付いた状態のままで、カーボンナノ
チューブ層26を、溶融状態の合成樹脂層44に押付け
る(図6(b))。ここで、合成樹脂層44の材料とし
ては、ポリメチルメタクレート、テフロン、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリカーボネート、非晶質ポリオレ
フィン、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂を用いること
ができる。First, as described above, carbon is deposited on the cathode electrode (collecting member) 42 to form the carbon nanotube layer 26 (FIG. 6A). Next, the carbon nanotube layer 26 is pressed against the synthetic resin layer 44 in the melted state while being attached to the cathode electrode (collecting member) 42 (FIG. 6B). Here, as the material of the synthetic resin layer 44, polymethylmethacrylate, Teflon, polytetrafluoroethylene, polycarbonate, amorphous polyolefin, acrylic resin, epoxy resin can be used.
【0077】合成樹脂層44を乾燥して支持基板12と
した後、カーボンナノチューブ層26からカソード電極
(収集部材)42を取外す。即ち、カーボンナノチュー
ブ層26をカソード電極(収集部材)42から支持基板
12上に転写する。After the synthetic resin layer 44 is dried to form the supporting substrate 12, the cathode electrode (collecting member) 42 is removed from the carbon nanotube layer 26. That is, the carbon nanotube layer 26 is transferred from the cathode electrode (collecting member) 42 onto the support substrate 12.
【0078】次に、昇華した導電性材料を上方から堆積
させるか、完成した構造物全体を溶融した導電性材料中
に浸漬させ、カソード配線層となる導電性材料層46を
支持基板12上に形成する。この際、カーボンナノチュ
ーブの主に先端部内にまで充填層32が形成される(図
6(c))。次に、レジストを塗布して、エミッタ14
のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ層26及
び導電性材料層46をリソグラフィ技術でパターニング
する。この様にして、複数のカーボンナノチューブ16
からなるエミッタ14をカソード配線層28上に形成す
る(図6(d))。Next, the sublimated conductive material is deposited from above, or the entire completed structure is immersed in the molten conductive material to form the conductive material layer 46 to be the cathode wiring layer on the support substrate 12. Form. At this time, the filling layer 32 is formed mainly in the tip portion of the carbon nanotube (FIG. 6C). Next, a resist is applied to the emitter 14
The carbon nanotube layer 26 and the conductive material layer 46 are patterned by a lithographic technique according to the layout of FIG. In this way, a plurality of carbon nanotubes 16
The emitter 14 composed of is formed on the cathode wiring layer 28 (FIG. 6D).
【0079】上述の如く、図6(a)〜(d)図示の製
造方法によれば、充填層32とカソード配線層28とは
同じ材料から形成されることとなる。As described above, according to the manufacturing method shown in FIGS. 6A to 6D, the filling layer 32 and the cathode wiring layer 28 are made of the same material.
【0080】図7(a)、(b)は、夫々、本発明の更
に別の実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概
略断面図である。これらの実施の形態は、カーボンナノ
チューブに代え、フラーレン17を用いてエミッタ14
を形成したことを特徴とする。図7(a)、(b)は、
夫々図1(b)及び図3(b)図示の構造と対応する。FIGS. 7A and 7B are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention. In these embodiments, the fullerene 17 is used instead of the carbon nanotube to emit the emitter 14.
Is formed. 7 (a) and 7 (b)
These correspond to the structures shown in FIGS. 1B and 3B, respectively.
【0081】フラーレンはカーボンナノチューブと同じ
く炭素の同素体で、基本的には同質のものである。特異
形状の極長のフラーレンがカーボンナノチューブとな
る。フラーレンの基本型は、図2(c)図示の如く、炭
素の6員環と5員環とで構成されたC60であり、その直
径は約0.7nmである。C60は、正20面体の12個
の5角錐になっている頂点を全て切落とすことによって
できる切頭20面体(結果的に32面体)の頂点の全て
にsp2 軌道混成の炭素原子を置いた構造を有する。Fullerenes are allotropes of carbon as carbon nanotubes and are basically of the same quality. The extraordinary full-length fullerene forms carbon nanotubes. As shown in FIG. 2 (c), the basic type of fullerene is C 60 composed of carbon 6-membered ring and carbon 5-membered ring, and its diameter is about 0.7 nm. C 60 is a regular icosahedron having 12 or truncated icosahedron vertices have become 5 pyramid can by dropping all switching of (eventually 32 tetrahedral) carbon atoms of all the sp 2 orbital hybridization vertices at It has a different structure.
【0082】C60以外に、炭素数が60より多い高次フ
ラーレン、例えばC70、C76、C82、C84、C90、
C96、…、C240 、C540 、C720 等が実質的に無限に
存在する。但し、高次フラーレンは、オイラーの公式、
F+V=E+2(F:多角形の数、V:頂点の数、E:
多角形の辺の数)、及びp=s+12(p:5員環の
数、s:7員環の数)を満たし、且つ炭素原子として化
学的に安定であることを条件として存在する。In addition to C 60 , higher fullerenes having more than 60 carbon atoms, such as C 70 , C 76 , C 82 , C 84 , C 90 ,
C 96 , ..., C 240 , C 540 , C 720, etc. are virtually infinite. However, the higher fullerenes are Euler's formula,
F + V = E + 2 (F: number of polygons, V: number of vertices, E:
The number of sides of a polygon) and p = s + 12 (p: number of 5-membered rings, s: number of 7-membered rings) are satisfied, and the carbon atoms are chemically stable.
【0083】また、フラーレンの内部は中空であるた
め、高次フラーレンの中に低次フラーレンが玉ねぎのよ
うに何層もつまったオニオン型のフラーレンが存在し、
これらはスーパーフラーレンと呼ばれる。スーパーフラ
ーレンにおける各層間の距離は0.341nmとなる。
例えば、C540 の中にC240 が入り、更にその中にC60
が入ったフラーレンはC60@C240 @C540 で表され
る。ここで記号「@」は、その前に記載された分子或い
は原子が取込まれた内包フラーレンであることを示す。Further, since the inside of the fullerene is hollow, there are onion type fullerenes in which multiple layers of the low-order fullerenes are entangled like onions in the high-order fullerenes.
These are called superfullerenes. The distance between layers in the superfullerene is 0.341 nm.
For example, it contains the C 240 in the C 540, C 60 further therein
The fullerene containing is represented by C 60 @C 240 @C 540 . Here, the symbol "@" indicates that the molecule or atom described before is an endohedral fullerene.
【0084】また、フラーレンは、その中空の内部に金
属を取込むことができる。このような金属内包フラーレ
ンの例は、La@C60、La@C76、La@C84、La
2 @C80、Y2 @C84、Sc3 @C82等である。更に、
フラーレンの骨格部分にN、B、Si等の炭素以外の元
素を組込んだヘテロフラーレンも研究されている。Further, the fullerene can incorporate a metal inside the hollow. Examples of such metal-encapsulated fullerenes are La @ C 60 , La @ C 76 , La @ C 84 , La.
2 @ C 80 , Y 2 @C 84 , Sc 3 @C 82, etc. Furthermore,
Heterofullerenes in which elements other than carbon such as N, B and Si are incorporated in the skeleton of fullerenes have also been studied.
【0085】フラーレンは、グラファイトに対してレー
ザー照射、アーク放電、抵抗加熱等を施すことにより、
炭素を気化させ、気化炭素をヘリウムガス中を通しなが
ら、冷却、反応及び凝集させ、これを収集部材で収集す
ることにより調製することができる。Fullerenes are produced by subjecting graphite to laser irradiation, arc discharge, resistance heating, etc.
It can be prepared by vaporizing carbon, allowing the vaporized carbon to pass through helium gas, cooling, reacting and aggregating, and collecting it by a collecting member.
【0086】図7(a)、(b)図示の電界放出型冷陰
極装置は、夫々図1(a)、(b)及び図3(a)、
(b)を参照して述べた製造方法を応用して製造するこ
とができる。The field emission type cold cathode device shown in FIGS. 7A and 7B is shown in FIGS. 1A, 1B and 3A, respectively.
It can be manufactured by applying the manufacturing method described with reference to (b).
【0087】即ち、前述の製造方法の第1例を応用する
場合は、先ず、フラーレン17を予め別途調製及び収集
し、これを塗布、圧着、埋め込み等の方法で支持基板1
2上或いは支持基板12及びカソード配線層28上に供
給し、フラーレン層を形成する。また、前述の製造方法
の第2例を応用する場合は、先ず、支持基板12或いは
カソード配線層28の付いた支持基板12を収集部材と
して使用し、この上にフラーレン層を形成する。次に、
レジストを塗布して、エミッタ14のレイアウトに従っ
て、フラーレン層をリソグラフィ技術でパターニングす
る。これにより、複数のフラーレン17からなるエミッ
タ14を支持基板14或いはカソード配線層28上に形
成することができる。That is, in the case of applying the first example of the manufacturing method described above, first, the fullerene 17 is separately prepared and collected in advance, and the supporting substrate 1 is applied by a method such as coating, pressure bonding and embedding.
2 or on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 to form a fullerene layer. When applying the second example of the manufacturing method described above, first, the supporting substrate 12 or the supporting substrate 12 with the cathode wiring layer 28 is used as a collecting member, and the fullerene layer is formed thereon. next,
A resist is applied and the fullerene layer is lithographically patterned according to the layout of the emitter 14. As a result, the emitter 14 including the plurality of fullerenes 17 can be formed on the support substrate 14 or the cathode wiring layer 28.
【0088】また、図4(a)〜(c)及び図5(a)
〜(c)図示の如く、導電性材料層34を用いると、フ
ラーレン17を支持基板14或いはカソード配線層28
上にしっかりと固定することができる。また、図6
(a)〜(d)図示の製造方法を応用すれば、フラレー
ン17を収集部材から支持基板14上に転写することが
できる。Further, FIGS. 4A to 4C and 5A.
(C) As shown in the figure, when the conductive material layer 34 is used, the fullerene 17 is supported by the support substrate 14 or the cathode wiring layer 28.
Can be firmly fixed on top. In addition, FIG.
(A) to (d) By applying the manufacturing method shown in the drawings, the fullerene 17 can be transferred from the collecting member onto the supporting substrate 14.
【0089】図8(a)〜(c)は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。8A to 8C are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0090】図8(c)図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、図3(b)図示の構造に
加えて、支持基板12上に、絶縁膜52を介して配設さ
れた、W等の導電性材料からなる引出し電極即ちゲート
電極54を有する。ゲート電極54は、カーボンナノチ
ューブ16からなるエミッタ14に対して間隔をおいて
対向する。As shown in FIG. 8C, the field emission type cold cathode device according to the present embodiment has the structure shown in FIG. It has an extraction electrode, that is, a gate electrode 54, made of a conductive material such as W. The gate electrode 54 faces the emitter 14 made of the carbon nanotubes 16 with a space.
【0091】図8(c)図示の電界放出型冷陰極装置は
次のような方法により製造することができる。The field emission type cold cathode device shown in FIG. 8C can be manufactured by the following method.
【0092】先ず、支持基板12上にパターニングされ
たカソード配線層28を形成する。前述の如く、カソー
ド配線層28は、Mo、Ta、W、Cr、Ni、Cu等
の導電性材料から基本的に形成される。また、支持基板
12は、ガラス、石英、合成樹脂等の絶縁性材料や、S
i等の半導体材料から基本的に形成される。First, the patterned cathode wiring layer 28 is formed on the support substrate 12. As described above, the cathode wiring layer 28 is basically formed of a conductive material such as Mo, Ta, W, Cr, Ni or Cu. The support substrate 12 is made of an insulating material such as glass, quartz, synthetic resin, or S
It is basically formed from a semiconductor material such as i.
【0093】次に、支持基板12及びカソード配線層2
8上にSiO2 、SiN等からなる絶縁層52を形成
し、更にその上にW等の導電性材料からなるゲート電極
層56を形成する(図8(a))。絶縁層52は、電子
ビーム蒸着、スパッタリング法、或いはCVD法により
形成することができる。Next, the supporting substrate 12 and the cathode wiring layer 2
An insulating layer 52 made of SiO 2 , SiN or the like is formed on the gate electrode 8, and a gate electrode layer 56 made of a conductive material such as W is further formed thereon (FIG. 8A). The insulating layer 52 can be formed by electron beam evaporation, a sputtering method, or a CVD method.
【0094】次に、リソグラフィ技術で絶縁層52及び
ゲート電極層56をパターニングし、ゲート電極54及
びゲート配線を形成する。この際、ゲート電極54で包
囲された凹部58内にカソード配線層28が露出した状
態とする(図8(b))。Next, the insulating layer 52 and the gate electrode layer 56 are patterned by the lithographic technique to form the gate electrode 54 and the gate wiring. At this time, the cathode wiring layer 28 is exposed in the recess 58 surrounded by the gate electrode 54 (FIG. 8B).
【0095】次に、被処理体の主面上全体に、即ち凹部
58内だけでなく凹部58外にもカーボンナノチューブ
層を形成する。カーボンナノチューブ層は、予め調製し
たカーボンナノチューブを塗布、印刷等により被処理体
上に付与することもできるし、被処理体を真空処理室内
に配置し、その上にカーボンナノチューブを直接析出さ
せることもできる。次に、リソグラフィ技術でカーボン
ナノチューブ層をパターニングし、カソード配線層28
上のみにカーボンナノチューブ16を残してエミッタ1
4を形成する(図8(c))。Next, a carbon nanotube layer is formed on the entire main surface of the object to be processed, that is, not only inside the recess 58 but also outside the recess 58. The carbon nanotube layer can be provided on the object to be treated by coating, printing or the like prepared in advance, or the object to be treated can be placed in a vacuum processing chamber and the carbon nanotubes can be directly deposited on the object. it can. Next, the carbon nanotube layer is patterned by a lithographic technique to form the cathode wiring layer 28.
Emitter 1 leaving carbon nanotubes 16 only on top
4 is formed (FIG. 8C).
【0096】なお、本実施の形態において、カーボンナ
ノチューブに代え、フラーレン17を用いることができ
る。この場合、図8(d)図示の如く、エミッタ14が
フラーレン17からなる点を除いて、その構造及び製造
方法の概要は図8(a)〜(c)を参照して説明したも
のと同様となる。In the present embodiment, fullerenes 17 can be used instead of carbon nanotubes. In this case, as shown in FIG. 8D, the structure and the manufacturing method are the same as those described with reference to FIGS. 8A to 8C, except that the emitter 14 is a fullerene 17. Becomes
【0097】図9(a)〜(c)は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。FIGS. 9A to 9C are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0098】図9(c)図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置も、図8(c)図示の電界放
出型冷陰極装置と同様に、支持基板12上に、絶縁膜6
2を介して配設された、W等の導電性材料からなる引出
し電極即ちゲート電極54を有する。しかし、本装置
は、エミッタ14を形成するカーボンナノチューブ16
が部分的に絶縁膜62に埋め込まれ、しっかりと固定さ
れている点で、図8(c)図示のそれと相違する。As shown in FIG. 9C, the field emission type cold cathode device according to this embodiment is also insulated on the support substrate 12 similarly to the field emission type cold cathode device shown in FIG. 8C. Membrane 6
2 has an extraction electrode, that is, a gate electrode 54 made of a conductive material such as W, which is disposed via the electrode 2. However, the device does not use the carbon nanotubes 16 that form the emitters 14.
Is partially embedded in the insulating film 62 and is firmly fixed, which is different from that shown in FIG. 8C.
【0099】図9(c)図示の電界放出型冷陰極装置は
次のような方法により製造することができる。The field emission cold cathode device shown in FIG. 9C can be manufactured by the following method.
【0100】先ず、支持基板12上にパターニングされ
たカソード配線層28を形成する。次に、支持基板12
及びカソード配線層28上にカーボンナノチューブ層を
形成する。カーボンナノチューブ層は、予め調製したカ
ーボンナノチューブを塗布、印刷等により被処理体上に
付与することもできるし、被処理体を真空処理室内に配
置し、その上にカーボンナノチューブを直接析出させる
こともできる。次に、リソグラフィ技術でカーボンナノ
チューブ層をパターニングし、カソード配線層28上の
みにカーボンナノチューブ16を残してエミッタ14を
形成する(図9(a))。First, the patterned cathode wiring layer 28 is formed on the support substrate 12. Next, the support substrate 12
A carbon nanotube layer is formed on the cathode wiring layer 28. The carbon nanotube layer can be provided on the object to be treated by coating, printing or the like prepared in advance, or the object to be treated can be placed in a vacuum processing chamber and the carbon nanotubes can be directly deposited on the object. it can. Next, the carbon nanotube layer is patterned by a lithography technique to form the emitter 14 while leaving the carbon nanotubes 16 only on the cathode wiring layer 28 (FIG. 9A).
【0101】次に、被処理体の主面上全体に、Si
O2 、SiN等からなる絶縁層62を、エミッタ14の
先端が露出する程度の厚さに形成する。絶縁層62は、
電子ビーム蒸着、スパッタリング法、或いはCVD法に
より形成することができる。絶縁層62の厚さは、成膜
時に制御することもできるし、成膜後に僅かにエッチバ
ックして調節することもできる。例えば絶縁層62がS
iO2 からなる場合、このエッチングにはバッファード
弗酸を用いることができる。Next, on the entire main surface of the object to be processed, Si
The insulating layer 62 made of O 2 , SiN or the like is formed to a thickness such that the tip of the emitter 14 is exposed. The insulating layer 62 is
It can be formed by electron beam evaporation, sputtering, or CVD. The thickness of the insulating layer 62 can be controlled during film formation, or can be adjusted by slightly etching back after film formation. For example, the insulating layer 62 is S
In the case of iO 2, buffered hydrofluoric acid can be used for this etching.
【0102】次に、被処理体の主面上全体にレジスト層
64を形成すると共に、ゲート電極54を形成する部分
に対応して絶縁層62が露出するようにレジスト層64
をパターニングする(図9(b))。次に、被処理体の
主面上全体にW等の導電性材料からなるゲート電極層を
形成する。次に、レジスト層64をゲート電極層の不用
な部分と共にリフトオフにより除去することにより、絶
縁膜62上に所定のパターンのゲート電極54及びゲー
ト配線を残すことができる(図9(c))。Next, the resist layer 64 is formed on the entire main surface of the object to be processed, and the resist layer 64 is exposed so that the insulating layer 62 is exposed corresponding to the portion where the gate electrode 54 is formed.
Is patterned (FIG. 9B). Next, a gate electrode layer made of a conductive material such as W is formed on the entire main surface of the object to be processed. Next, the resist layer 64 is removed together with the unnecessary portion of the gate electrode layer by lift-off, so that the gate electrode 54 and the gate wiring having a predetermined pattern can be left on the insulating film 62 (FIG. 9C).
【0103】なお、図9(b)図示の工程において、絶
縁層62をエミッタ14の高さよりも厚く形成し、エミ
ッタ14に対応する部分に凹部66を形成してエミッタ
の先端を露出させることができる。これにより得られる
構造は、図9(d)図示のようなものとなる。ゲート電
極54はエミッタ14の先端よりも上に位置し、これは
引出し電極として好ましい配置となる。In the step shown in FIG. 9B, the insulating layer 62 may be formed thicker than the height of the emitter 14, and the recess 66 may be formed in a portion corresponding to the emitter 14 to expose the tip of the emitter. it can. The structure thus obtained is as shown in FIG. 9 (d). The gate electrode 54 is located above the tip of the emitter 14, which is a preferred arrangement for the extraction electrode.
【0104】また、本実施の形態において、カーボンナ
ノチューブに代え、フラーレン17を用いることができ
る。この場合、エミッタ14がフラーレン17からなる
点を除いて、その構造及び製造方法の概要は図9(a)
〜(d)を参照して説明したものと同様となる。In the present embodiment, fullerene 17 can be used instead of carbon nanotube. In this case, an outline of the structure and manufacturing method is shown in FIG. 9A, except that the emitter 14 is made of fullerene 17.
It is the same as that described with reference to (d).
【0105】図10(a)は本発明の更に別の実施の形
態に係る真空マイクロ装置の一例である平板型画像表示
装置を示す断面図である。FIG. 10A is a sectional view showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.
【0106】図10(a)図示の表示装置は、図8
(c)図示の電界放出型冷陰極装置を利用して形成され
る。図10(a)図示の如く、ゲート電極54を構成す
る複数のゲートラインが紙面に平行な方向に配列され、
カソード配線層28を構成する複数のカソードラインが
紙面に垂直な方向に配列される。各画素に対応して、複
数のエミッタ14からなるエミッタ群がカソードライン
上に配設される。The display device shown in FIG. 10A is similar to that shown in FIG.
(C) It is formed by using the illustrated field emission cold cathode device. As shown in FIG. 10A, a plurality of gate lines forming the gate electrode 54 are arranged in a direction parallel to the paper surface,
A plurality of cathode lines forming the cathode wiring layer 28 are arranged in a direction perpendicular to the paper surface. An emitter group including a plurality of emitters 14 is arranged on the cathode line corresponding to each pixel.
【0107】ガラス製の支持基板12と対向するように
ガラス製の対向基板72が配設され、両基板12、72
間に真空放電空間73が形成される。両基板12、72
間の間隔は、周辺のフレーム及びスペーサ74により維
持される。支持基板12と対向する対向基板72の面上
には、透明な共通電極即ちアノード電極76と、蛍光体
層78とが配設される。A counter substrate 72 made of glass is arranged so as to face the support substrate 12 made of glass.
A vacuum discharge space 73 is formed therebetween. Both boards 12, 72
The spacing between is maintained by the peripheral frame and spacers 74. A transparent common electrode or anode electrode 76 and a phosphor layer 78 are provided on the surface of the counter substrate 72 facing the support substrate 12.
【0108】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トラインとカソードラインとを介して各画素におけるゲ
ート電極54とエミッタ14との間の電圧を任意に設定
することにより、画素の点灯及び点滅を選択することが
できる。即ち、画素の選択は、いわゆるマトリックス駆
動により、例えば、ゲートラインを線順次に選択して所
定の電位を付与するのに同期して、カソードラインに選
択信号である所定の電位を付与することにより行なうこ
とができる。In this flat panel image display device, lighting or blinking of a pixel is selected by arbitrarily setting the voltage between the gate electrode 54 and the emitter 14 in each pixel via the gate line and the cathode line. can do. That is, the pixel selection is performed by so-called matrix driving, for example, by applying a predetermined potential as a selection signal to the cathode line in synchronization with line-sequential selection of gate lines and applying a predetermined potential. Can be done.
【0109】ある1つのゲートラインとある1つのカソ
ードラインとが選択され、夫々所定の電位が付与された
時、そのゲートラインとカソードラインとの交点にある
エミッタ群のみが動作する。エミッタ群より放出された
電子は、アノード電極76に印加された電圧により引か
れ、選択されたエミッタ群に対応した位置の蛍光体層7
8に達してこれを発光させる。When one gate line and one cathode line are selected and given a predetermined potential, only the emitter group at the intersection of the gate line and the cathode line operates. The electrons emitted from the emitter group are attracted by the voltage applied to the anode electrode 76, and the phosphor layer 7 at the position corresponding to the selected emitter group.
It reaches 8 and emits light.
【0110】なお、図10(b)図示の如く、ゲート電
極54を用いずに表示装置を構成することができる。図
10(b)図示の表示装置は、図3(b)図示の電界放
出型冷陰極装置を利用して形成される。As shown in FIG. 10B, the display device can be constructed without using the gate electrode 54. The display device shown in FIG. 10B is formed using the field emission cold cathode device shown in FIG.
【0111】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トラインに代え、対向基板72上の透明なアノード電極
82を構成する複数のアノードラインが紙面に平行な方
向に配列される。従って、アノードラインとカソードラ
インとを介して各画素におけるアノード電極82とエミ
ッタ14との間の電圧を任意に設定することにより、画
素の点灯及び点滅を選択することができる。ある1つの
アノードラインとある1つのカソードラインとが選択さ
れ、夫々所定の電位が付与された時、そのアノードライ
ンとカソードラインとの交点にあるエミッタ群のみが動
作する。In this flat panel image display device, instead of the gate lines, a plurality of anode lines forming the transparent anode electrode 82 on the counter substrate 72 are arranged in a direction parallel to the paper surface. Therefore, lighting or blinking of the pixel can be selected by arbitrarily setting the voltage between the anode electrode 82 and the emitter 14 in each pixel via the anode line and the cathode line. When a certain anode line and a certain cathode line are selected and given a predetermined potential, only the emitter group at the intersection of the anode line and the cathode line operates.
【0112】なお、図10(a)、(b)図示の表示装
置は、夫々図8(c)及び図3(b)図示の電界放出型
冷陰極装置を利用して形成されるが、他の実施の形態、
例えばフラーレン17からなるエミッタ14を有する電
界放出型冷陰極装置を利用した場合でも、同様に表示装
置を形成することができる。また、これらの電界放出型
冷陰極装置を利用して、電力変換装置例えばパワースイ
ッチング装置のような、表示装置以外の真空マイクロ装
置を形成することもできる。The display device shown in FIGS. 10A and 10B is formed by using the field emission cold cathode device shown in FIGS. 8C and 3B, respectively. Embodiment of
For example, even when the field emission type cold cathode device having the emitter 14 made of the fullerene 17 is used, the display device can be similarly formed. Further, these field emission cold cathode devices can be used to form a vacuum microdevice other than a display device, such as a power conversion device such as a power switching device.
【0113】図11(a)、(b)は本発明の更に別の
実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面
図とその先端部を示す拡大概略図である。11 (a) and 11 (b) are a schematic sectional view showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention and an enlarged schematic view showing its tip.
【0114】この実施の形態に係る電界放出型冷陰極装
置は、支持基板112と、カソード配線層114を介し
て支持基板112上に配設された電子を放出するための
エミッタ115とを有する。各エミッタ115は、導電
性材料層116の一部からなる導電性凸部118と、導
電性凸部118の先端部に部分的に埋設された複数のカ
ーボンナノチューブ122とを有する。エミッタ115
は、電界放出型冷陰極装置の用途に応じて、複数(図で
は1つのみを示す)若しくは単数が支持基板112上に
配設される。The field emission type cold cathode device according to this embodiment has a supporting substrate 112 and an emitter 115 arranged on the supporting substrate 112 via a cathode wiring layer 114 for emitting electrons. Each emitter 115 has a conductive protrusion 118 formed of a part of the conductive material layer 116, and a plurality of carbon nanotubes 122 partially buried in the tip of the conductive protrusion 118. Emitter 115
According to the application of the field emission cold cathode device, a plurality (only one is shown in the figure) or a single one is arranged on the support substrate 112.
【0115】支持基板112はパイレックスガラス等の
絶縁性材料からなる。カソード配線層114はITO層
等の導電性材料から基本的に形成される。導電性材料層
116及び導電性凸部118は、Mo、Ta、W、C
r、Si、Ni、LaB6 、AlN、GaN、グラファ
イト、ダイヤモンド等の導電性材料から基本的に形成さ
れる。導電性材料層116を用いてカソード配線を形成
する場合は、カソード配線層114は省略され、支持基
板112上に直接導電性材料層116が形成されること
となる。The support substrate 112 is made of an insulating material such as Pyrex glass. The cathode wiring layer 114 is basically formed of a conductive material such as an ITO layer. The conductive material layer 116 and the conductive protrusion 118 are made of Mo, Ta, W, C.
It is basically formed of a conductive material such as r, Si, Ni, LaB 6 , AlN, GaN, graphite and diamond. When the cathode wiring is formed using the conductive material layer 116, the cathode wiring layer 114 is omitted and the conductive material layer 116 is directly formed on the support substrate 112.
【0116】カーボンナノチューブ122は、図2
(a)、(b)を参照して説明したように、基本的に炭
素の6員環の連なりチューブから構成される。カーボン
ナノチューブ122は長さが3nm〜10μmで、それ
らの70%以上は30nm以下の直径を有する。カーボ
ンナノチューブ122は導電性凸部118と電気的な接
続がとれるように支持されていればよく、必ずしも部分
的に埋設されている必要はない。なお、図示の例では導
電性凸部118上にカーボンナノチューブ122が複数
配設されているが、カーボンナノチューブ122は単数
としてもよい。The carbon nanotube 122 is shown in FIG.
As described with reference to (a) and (b), it is basically composed of a continuous tube of carbon 6-membered rings. The carbon nanotubes 122 have a length of 3 nm to 10 μm, and 70% or more of them have a diameter of 30 nm or less. It suffices that the carbon nanotubes 122 be supported so that they can be electrically connected to the conductive protrusions 118, and they need not be partially buried. Although a plurality of carbon nanotubes 122 are arranged on the conductive convex portion 118 in the illustrated example, the number of the carbon nanotubes 122 may be one.
【0117】カーボンナノチューブ122は通常内部が
中空の円筒状に形成される。しかし、必要であれば、カ
ーボンナノチューブ122内、特にチューブの先端部内
に、図示の如く、導電性充填層124を配設することが
できる。充填層124は、Mo、Ta、W、Cr、S
i、Ni、LaB6 、AlN、GaN、グラファイト、
ダイヤモンド等の電子を放出することのできる導電性材
料から基本的に形成される。充填層124は、導電性材
料層116及び導電性凸部118と同一材料から形成す
ることも別の材料から形成することもできる。The carbon nanotube 122 is usually formed in a hollow cylindrical shape. However, if desired, a conductive fill layer 124 can be disposed within the carbon nanotubes 122, and particularly within the tip of the tube, as shown. The filling layer 124 is made of Mo, Ta, W, Cr, S.
i, Ni, LaB 6 , AlN, GaN, graphite,
It is basically formed of a conductive material capable of emitting electrons such as diamond. The filling layer 124 can be formed of the same material as the conductive material layer 116 and the conductive convex portion 118 or a different material.
【0118】上記以外のカーボンナノチューブ122の
構造上の特徴及び調製方法は、前述のカーボンナノチュ
ーブ16と同様である。The structural characteristics and the preparation method of the carbon nanotube 122 other than the above are the same as those of the carbon nanotube 16 described above.
【0119】図13(a)〜(f)は図11(a)図示
の電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す図で
ある。FIGS. 13A to 13F are views showing a method of manufacturing the field emission cold cathode device shown in FIG. 11A in the order of steps.
【0120】先ず、例えば単結晶からなる基板の片側表
面に底部を尖らせた凹部を形成する。このような凹部を
形成する方法として、次のようなSi単結晶基板の異方
性エッチングを利用する方法を用いることができる。First, a concave portion having a sharp bottom is formed on one surface of a substrate made of, for example, a single crystal. As a method of forming such a recess, the following method utilizing anisotropic etching of a Si single crystal substrate can be used.
【0121】先ず、モールド基板となるp型で(10
0)結晶面方位のSi単結晶基板131上に厚さ0.1
μmのSiO2 熱酸化層132をドライ酸化法により形
成する。次に、熱酸化層132上にレジストをスピンコ
ート法により塗布し、レジスト層133を形成する(図
13(a))。First, a p-type (10
0) A thickness of 0.1 on the Si single crystal substrate 131 having a crystal plane orientation.
A SiO 2 thermal oxide layer 132 of μm is formed by a dry oxidation method. Next, a resist is applied on the thermal oxide layer 132 by spin coating to form a resist layer 133 (FIG. 13A).
【0122】次に、ステッパを用いて、マトリックス状
に配置された複数個の開口部134、例えば1μm角の
正方形開口部、が得られるように露光、現像等の処理を
施し、レジスト層133のパターニングを行う。そし
て、レジスト層133をマスクとして、NH4 F・HF
混合溶液により、SiO2 膜のエッチングを行なう(図
13(b))。Next, a stepper is used to perform processing such as exposure and development so as to obtain a plurality of openings 134 arranged in a matrix, for example, square openings of 1 μm square, and the resist layer 133 is formed. Perform patterning. Then, using the resist layer 133 as a mask, NH 4 F.HF
The SiO 2 film is etched with the mixed solution (FIG. 13B).
【0123】レジスト層133の除去後、30wt%の
KOH水溶液を用いて異方性エッチングを行い、深さ
0.71μmの凹部135をSi単結晶基板131上に
形成する。次に、NH4 F・HF混合溶液を用いて、S
iO2 酸化層を除去する。KOH水溶液によりエッチン
グされることにより、凹部135は(111)面からな
る4斜面により規定される逆ピラミッドの形状となる。After removing the resist layer 133, anisotropic etching is performed using a 30 wt% KOH aqueous solution to form a recess 135 having a depth of 0.71 μm on the Si single crystal substrate 131. Next, using a NH 4 F / HF mixed solution, S
Remove the iO 2 oxide layer. By being etched with a KOH aqueous solution, the recess 135 has an inverted pyramid shape defined by the four slopes of the (111) plane.
【0124】なお、ここで、凹部135が形成されたS
i単結晶基板131をウエット酸化法により熱酸化し、
凹部135を含む全面にSiO2 熱酸化絶縁層を形成し
てもよい。SiO2 熱酸化絶縁層を形成することによ
り、凹部135を鋳型として形成される導電性凸部の先
端部をより尖鋭にすることができる。In this case, the S in which the recess 135 is formed is formed.
i single crystal substrate 131 is thermally oxidized by a wet oxidation method,
A SiO 2 thermal oxidation insulating layer may be formed on the entire surface including the recess 135. By forming the SiO 2 thermal oxidation insulating layer, the tip of the conductive convex portion formed by using the concave portion 135 as a mold can be made sharper.
【0125】次に、凹部135の底部にカーボンナノチ
ューブ136を配置する(図13(c))。ここでは、
例えば、前述の如く、アノード電極(炭素源)及びカソ
ード電極(収集部材)を用いる方法により析出させたカ
ーボンナノチューブを、エタノール中に浸漬して超音波
を印加することにより、カソード電極から分離すると共
にエタノール中に分散させる。次に、このエタノールの
懸濁液を凹部135内へ流し込んだ後、乾燥させれば、
凹部135の底部にカーボンナノチューブ136を配置
することができる。凹部135の外にカーボンナノチュ
ーブが付着しても、通常差支えないが、支障のある場合
には、パターニング後、有機溶剤で除去する。Next, the carbon nanotubes 136 are arranged on the bottom of the recess 135 (FIG. 13C). here,
For example, as described above, the carbon nanotubes deposited by the method using the anode electrode (carbon source) and the cathode electrode (collecting member) are separated from the cathode electrode by immersing them in ethanol and applying ultrasonic waves. Disperse in ethanol. Next, after pouring the suspension of ethanol into the recess 135 and drying,
The carbon nanotubes 136 can be arranged at the bottom of the recess 135. It does not matter if the carbon nanotubes are attached to the outside of the recess 135, but if there is any trouble, they are removed with an organic solvent after patterning.
【0126】凹部135の底部にカーボンナノチューブ
136を配置する別の方法として、基板131の近傍に
グラファイト電極を設け、凹部135の底部にカーボン
ナノチューブを析出させることも可能である。この場
合、カーボンナノチューブは、凹部の上側よりも底部に
析出しやすいので都合がよい。As another method of disposing the carbon nanotubes 136 at the bottom of the recess 135, a graphite electrode may be provided near the substrate 131 and the carbon nanotubes may be deposited at the bottom of the recess 135. In this case, it is convenient because the carbon nanotubes are more likely to be deposited on the bottom than the top of the recess.
【0127】なお、以下の図13(d)〜(f)におい
ては、図を分かりやすくするため、カーボンナノチュー
ブ136の図示を省略してある。In FIGS. 13D to 13F below, the carbon nanotubes 136 are not shown for the sake of clarity.
【0128】次に、凹部135内を埋めるように、Si
単結晶基板131上にW等の導電性材料からなる導電性
材料層137を堆積する。導電性材料層137は、凹部
135が埋められると共に、凹部135以外の部分も一
様の厚さ、例えば2μmとなるように形成する。Then, Si is filled so as to fill the recess 135.
A conductive material layer 137 made of a conductive material such as W is deposited on the single crystal substrate 131. The conductive material layer 137 is formed so that the recess 135 is filled and the portion other than the recess 135 has a uniform thickness, for example, 2 μm.
【0129】この導電性材料層137の形成に際して、
複数のカーボンナノチューブが配設された底部には導電
性材料層137が完全に埋め込まれない。従って、基板
131から分離した後、導電性凸部の先端にカーボンナ
ノチューブが一部突出した状態が得られる。When forming the conductive material layer 137,
The conductive material layer 137 is not completely embedded in the bottom portion where the plurality of carbon nanotubes are arranged. Therefore, after separation from the substrate 131, a state in which the carbon nanotubes partially protrude from the tips of the conductive protrusions is obtained.
【0130】更に、導電性材料層137上に、ITO
層、Ta等の導電性材料層138を同じくスパッタリン
グ法により、例えば厚さ1μmとなるように形成する
(図13(d))。なお、この導電性材料層138は導
電性材料層137の材質によっては省くことができ、そ
の場合には導電性材料層137がカソード電極層を兼ね
ることとなる。Furthermore, ITO is formed on the conductive material layer 137.
A layer, a conductive material layer 138 such as Ta is formed by the same sputtering method so as to have a thickness of 1 μm, for example (FIG. 13D). The conductive material layer 138 may be omitted depending on the material of the conductive material layer 137, and in that case, the conductive material layer 137 also serves as the cathode electrode layer.
【0131】一方、支持基板となる、背面に厚さ0.4
μmのAl層142をコートしたパイレックスガラス基
板(厚さ1mm)141を用意する。そして、図13
(e)に示すように、ガラス基板141とSi単結晶基
板131とを導電性材料層137、138を介するよう
に接着する。この接着には、例えば、静電接着法を適用
することができる。静電装着法は、冷陰極装置の軽量化
や薄型化に寄与する。On the other hand, the thickness of 0.4 on the back surface, which is a supporting substrate.
A Pyrex glass substrate (thickness 1 mm) 141 coated with an Al layer 142 of μm is prepared. And in FIG.
As shown in (e), the glass substrate 141 and the Si single crystal substrate 131 are bonded to each other with the conductive material layers 137 and 138 interposed therebetween. For this adhesion, for example, an electrostatic adhesion method can be applied. The electrostatic mounting method contributes to weight reduction and thickness reduction of the cold cathode device.
【0132】次に、ガラス基板141背面のAl層14
2を、HNO3 ・CH3 COOH・HFの混酸溶液で除
去する。また、エチレンジアミン・ピロカテコール・ピ
ラジンから成る水溶液(エチレンジアミン:ピロカテコ
ール:ピラジン:水=75cc:12g:3mg:10
cc)でSi単結晶基板131をエッチング除去する。
このようにして、図13(f)に示すように、カーボン
ナノチューブ136(図示せず)及び導電性凸部143
を露出させる。Next, the Al layer 14 on the back surface of the glass substrate 141.
2, is removed by mixed acid solution of HNO 3 · CH 3 COOH · HF . Further, an aqueous solution containing ethylenediamine / pyrocatechol / pyrazine (ethylenediamine: pyrocatechol: pyrazine: water = 75 cc: 12 g: 3 mg: 10
In cc), the Si single crystal substrate 131 is removed by etching.
Thus, as shown in FIG. 13F, the carbon nanotubes 136 (not shown) and the conductive protrusions 143 are formed.
Expose.
【0133】もし、カーボンナノチューブ136内に充
填層124(図11(b)参照)を配設する場合は、導
電性凸部143を露出させた後、昇華した導電性材料を
カーボンナノチューブ136の上方から堆積させるか、
完成した構造物全体を溶融した導電性材料中に浸漬させ
ることにより形成することができる。代りに、カーボン
ナノチューブ136を凹部135内に配置する前の調製
時に、昇華した導電性材料をカーボンナノチューブ13
6の上方から堆積させるか、カーボンナノチューブ13
6を溶融した導電性材料中に浸漬させることにより形成
することもできる。If the filling layer 124 (see FIG. 11B) is provided in the carbon nanotube 136, the conductive convex portion 143 is exposed, and then the sublimated conductive material is placed above the carbon nanotube 136. Or deposit from
It can be formed by immersing the entire completed structure in a molten conductive material. Instead, when the carbon nanotubes 136 are prepared before being placed in the recesses 135, the sublimated conductive material is replaced with the carbon nanotubes 13.
Deposited from above 6 or carbon nanotubes 13
It can also be formed by immersing 6 in a molten conductive material.
【0134】図13(a)〜(f)図示の製造方法によ
り製造された図11(a)図示の電界放出型冷陰極装置
においては、エミッタ115の導電性凸部118(図1
3では符号143で指示)は、凹部135を鋳型として
形成されるため、その形状を引継いだピラミッド形状形
状となる。導電性凸部118の先端部には、複数のカー
ボンナノチューブ122(図13(a)〜(f)では符
号136で指示)が、部分的に導電性凸部118に埋設
された状態で支持される。In the field emission type cold cathode device shown in FIG. 11A manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 13A to 13F, the conductive protrusion 118 of the emitter 115 (see FIG. 1).
3 is indicated by the reference numeral 143), since it is formed by using the concave portion 135 as a mold, it has a pyramid shape that inherits the shape. A plurality of carbon nanotubes 122 (indicated by reference numeral 136 in FIGS. 13A to 13F) are supported at the tip of the conductive protrusion 118 while partially embedded in the conductive protrusion 118. It
【0135】なお、カーボンナノチューブ122を導電
性凸部118の先端部から大きく突出させたい場合は、
凹部135内にカーボンナノチューブを配置後、凹部1
35の表面にSiO2 層をスパッタリング法で堆積す
る。次に、導電層で裏打ちし、モールド基板除去後、S
iO2 層のみをNH4 F・HF混合溶液により除去す
る。これにより、除去されたSiO2 層の分だけ、導電
性凸部118からのカーボンナノチューブ122の突出
長さは大きくなる。When it is desired to cause the carbon nanotubes 122 to largely protrude from the tips of the conductive protrusions 118,
After placing the carbon nanotubes in the recess 135, the recess 1
A SiO 2 layer is deposited on the surface of 35 by a sputtering method. Next, after backing with a conductive layer and removing the mold substrate, S
Only the iO 2 layer is removed by a NH 4 F / HF mixed solution. As a result, the protruding length of the carbon nanotube 122 from the conductive protrusion 118 is increased by the amount of the removed SiO 2 layer.
【0136】図12は本発明の更に別の実施の形態に係
る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention.
【0137】図12図示の実施の形態が図11(a)図
示の実施の形態と異なる点は、導電性材料層116上
に、絶縁膜126を介して、W等の導電性材料からなる
ゲート電極128が配設されることにある。ゲート電極
128は、エミッタ115、即ち導電性凸部118及び
カーボンナノチューブ122対して間隔をおいて対向す
る。The embodiment shown in FIG. 12 is different from the embodiment shown in FIG. 11A in that the gate made of a conductive material such as W is formed on the conductive material layer 116 with the insulating film 126 interposed therebetween. The electrode 128 is provided. The gate electrode 128 faces the emitter 115, that is, the conductive protrusion 118 and the carbon nanotube 122 with a space therebetween.
【0138】図14(a)〜(h)は図12図示の電界
放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す図である。FIGS. 14A to 14H are views showing a method of manufacturing the field emission cold cathode device shown in FIG. 12 in the order of steps.
【0139】先ず、図13(a)、(b)、(c)を参
照して述べたように、モールド基板となるp型で(10
0)結晶面方位のSi単結晶基板131に、(111)
面からなる4斜面により規定される逆ピラミッドの形状
の凹部135を形成する。次に、凹部135が形成され
たSi単結晶基板131をウエット酸化法により熱酸化
し、凹部135を含む全面にSiO2 熱酸化絶縁層15
1を形成する。この時、絶縁層151は、基板131の
(111)面、即ち、凹部135の側面において厚さ約
30nm程度となるようにする。Si単結晶の(10
0)面における熱酸化層の厚さは(111)面における
厚さと±10%以内で一致する。従って、(100)面
での酸化絶縁層の厚さから(111)面での厚さを見積
もることができる。First, as described with reference to FIGS. 13 (a), 13 (b) and 13 (c), a p-type (10
0) (111) on the Si single crystal substrate 131 having a crystal plane orientation
A recess 135 having the shape of an inverted pyramid defined by four inclined surfaces is formed. Next, the Si single crystal substrate 131 in which the recess 135 is formed is thermally oxidized by the wet oxidation method, and the SiO 2 thermal oxidation insulating layer 15 is formed on the entire surface including the recess 135.
1 is formed. At this time, the insulating layer 151 has a thickness of about 30 nm on the (111) surface of the substrate 131, that is, the side surface of the recess 135. Si single crystal (10
The thickness of the thermal oxide layer on the (0) plane matches the thickness on the (111) plane within ± 10%. Therefore, the thickness on the (111) plane can be estimated from the thickness of the oxide insulating layer on the (100) plane.
【0140】絶縁層151形成後、前述のような方法
で、凹部135の底部にカーボンナノチューブ136を
配置する(図14(a))。なお、以下の図14(b)
〜(h)においては、図を分かりやすくするため、カー
ボンナノチューブ136の図示を省略してある。After forming the insulating layer 151, the carbon nanotubes 136 are arranged at the bottom of the recess 135 by the method described above (FIG. 14A). In addition, the following FIG. 14 (b)
In (h), the carbon nanotubes 136 are not shown for the sake of clarity.
【0141】次に、図13(d)の工程と同様に、凹部
135内を埋めるように、Si単結晶基板131上にW
等の導電性材料からなる導電性材料層137を堆積す
る。更に、導電性材料層137上に、ITO層等の導電
性材料層138を同じくスパッタリング法により形成す
る(図14(b))。Next, similar to the step of FIG. 13D, W is formed on the Si single crystal substrate 131 so as to fill the recess 135.
A conductive material layer 137 made of a conductive material such as is deposited. Further, a conductive material layer 138 such as an ITO layer is formed on the conductive material layer 137 by the same sputtering method (FIG. 14B).
【0142】次に、図13(e)の工程と同様に、背面
に厚さ0.4μmのAl層142をコートしたパイレッ
クスガラス基板(厚さ1mm)141を、導電性材料層
137、138を介するようにSi単結晶基板131に
接着する(図14(c))。Next, as in the step of FIG. 13E, a Pyrex glass substrate (thickness 1 mm) 141 having a 0.4 μm thick Al layer 142 coated on its back surface and conductive material layers 137, 138 are formed. It is adhered to the Si single crystal substrate 131 so as to be interposed (FIG. 14C).
【0143】次に、図13(f)の工程と同様に、ガラ
ス基板141背面のAl層142とSi単結晶基板13
1とをエッチング除去する。この様にして、ピラミッド
形状の導電性凸部152を覆うSiO2 熱酸化絶縁層1
51を露出させる。Next, similar to the step of FIG. 13F, the Al layer 142 on the rear surface of the glass substrate 141 and the Si single crystal substrate 13 are formed.
1 and are removed by etching. In this way, the SiO 2 thermal oxidation insulation layer 1 covering the pyramid-shaped conductive protrusions 152 is formed.
Expose 51.
【0144】次に、ゲート電極となるW等の導電性材料
からなる導電性材料層153を、厚さ約0.5μmとな
るように、スパッタリング法により絶縁層151上に形
成する。その後、フォトレジストの層153をスピンコ
ート法により約0.9μm程度、即ち僅かにピラミッド
の先端が隠れる程度の厚さに塗布する(図14
(e))。Next, a conductive material layer 153 made of a conductive material such as W to be the gate electrode is formed on the insulating layer 151 by a sputtering method so as to have a thickness of about 0.5 μm. After that, a photoresist layer 153 is applied by a spin coating method to a thickness of about 0.9 μm, that is, a thickness such that the tip of the pyramid is slightly hidden (FIG. 14).
(E)).
【0145】更に、酸素プラズマによるドライエッチン
グを行い、ピラミッド先端部が0.7μmほど現れるよ
うに、レジスト層154をエッチング除去する(図14
(f))。その後、反応性イオンエッチングにより、ピ
ラミッド先端部の導電性材料層153をエッチングし、
開口部155を形成する(図14(g))。Further, dry etching is performed by oxygen plasma, and the resist layer 154 is removed by etching so that the tip of the pyramid is exposed by about 0.7 μm (FIG. 14).
(F)). Then, the conductive material layer 153 at the tip of the pyramid is etched by reactive ion etching,
The opening 155 is formed (FIG. 14G).
【0146】レジスト層154を除去した後、NH4 F
・HF混合溶液を用いて、絶縁層151を選択的に除去
する。この様にして、図14(h)に示すように、ゲー
ト電極となる導電性材料層153の開口部155内で、
カーボンナノチューブ136(図示せず)及び導電性凸
部152を露出させる。After removing the resist layer 154, NH 4 F
-The insulating layer 151 is selectively removed using an HF mixed solution. In this way, as shown in FIG. 14H, in the opening 155 of the conductive material layer 153 to be the gate electrode,
The carbon nanotubes 136 (not shown) and the conductive protrusions 152 are exposed.
【0147】図14(a)〜(h)図示の製造方法によ
り製造された図12図示の電界放出型冷陰極装置におい
ては、エミッタ115の導電性凸部118(図14
(a)〜(h)では符号152で指示)は、SiO2 熱
酸化絶縁層151の形成により尖鋭化された凹部135
を鋳型として形成されるため、その形状を引継いだ、先
端部が尖鋭なピラミッド形状となる。導電性凸部118
の先端部には、複数のカーボンナノチューブ122(図
14では符号136で指示)が、部分的に導電性凸部1
18に埋設された状態で支持される。また、エミッタ1
15、即ち導電性凸部118及びカーボンナノチューブ
122の周囲には、ゲート電極128が間隔をおいてこ
れらと対向するようになる。In the field emission type cold cathode device shown in FIG. 12 manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 14A to 14H, the conductive protrusion 118 of the emitter 115 (see FIG. 14).
In (a) to (h), reference numeral 152 indicates a concave portion 135 which is sharpened by the formation of the SiO 2 thermal oxidation insulating layer 151.
Since it is formed by using as a mold, the shape is succeeded to form a pyramid shape with a sharp tip. Conductive protrusion 118
A plurality of carbon nanotubes 122 (indicated by reference numeral 136 in FIG. 14) are partially formed on the tip of each of the conductive protrusions 1.
It is supported while being embedded in 18. Also, the emitter 1
15, the gate electrode 128 is opposed to the periphery of the conductive protrusion 118 and the carbon nanotube 122 with a space.
【0148】図15は本発明の更に別の実施の形態に係
る電界放出型冷陰極装置の先端部を示す拡大概略図であ
る。この実施の形態は、カーボンナノチューブに代え、
フラーレン123を導電性凸部118上に配設したこと
を特徴とする。フラーレン123の構造上の特徴及び調
製方法は、前述のフラーレン17と同様である。FIG. 15 is an enlarged schematic view showing the tip of a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of carbon nanotubes,
The fullerene 123 is arranged on the conductive convex portion 118. The structural characteristics and preparation method of fullerene 123 are the same as those of fullerene 17 described above.
【0149】図15図示の構造は図11(a)及び図1
2図示の電界放出型冷陰極装置のいずれにも適用するこ
とができる。また、これら適用例の製造方法は、図13
(a)〜(f)及び図14(a)〜(h)図示の製造方
法を実質的にそのまま利用することができる。即ち、図
13(c)及び図14(a)図示の、凹部135の底部
にカーボンナノチューブを配置する工程において、カー
ボンナノチューブに代えてフラーレン123を配置する
という変更を行なうだけでよい。The structure shown in FIG. 15 is shown in FIGS.
It can be applied to any of the field emission cold cathode devices shown in FIG. In addition, the manufacturing method of these application examples is shown in FIG.
The manufacturing method illustrated in (a) to (f) and FIGS. 14 (a) to (h) can be used substantially as it is. That is, in the step of arranging the carbon nanotubes at the bottom of the recess 135 shown in FIGS. 13C and 14A, it suffices to make a change in that the fullerenes 123 are arranged in place of the carbon nanotubes.
【0150】図16は本発明の更に別の実施の形態に係
る真空マイクロ装置の一例である平板型画像表示装置を
示す断面図である。FIG. 16 is a sectional view showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.
【0151】図16図示の表示装置は、図12図示の電
界放出型冷陰極装置を利用して形成される。図16図示
の如く、ゲート電極128を構成する複数のゲートライ
ンが紙面に直角な方向に配列され、カソード配線層11
6を構成する複数のカソードラインが紙面に平行な方向
に配列される。各画素に対応して、複数のエミッタ11
5からなるエミッタ群がカソードライン上に配設され
る。The display device shown in FIG. 16 is formed by using the field emission cold cathode device shown in FIG. As shown in FIG. 16, a plurality of gate lines forming the gate electrode 128 are arranged in a direction perpendicular to the plane of the drawing, and the cathode wiring layer 11
A plurality of cathode lines forming 6 are arranged in a direction parallel to the paper surface. A plurality of emitters 11 corresponding to each pixel
An emitter group consisting of 5 is arranged on the cathode line.
【0152】ガラス製の支持基板112と対向するよう
にガラス製の対向基板172が配設され、両基板11
2、172間に真空放電空間173が形成される。両基
板112、172間の間隔は、周辺のフレーム及びスペ
ーサ174により維持される。支持基板112と対向す
る対向基板172の面上には、透明な共通電極即ちアノ
ード電極176と、蛍光体層178とが配設される。A counter substrate 172 made of glass is arranged so as to face the support substrate 112 made of glass.
A vacuum discharge space 173 is formed between 2 and 172. The space between the substrates 112 and 172 is maintained by the peripheral frame and the spacer 174. A transparent common electrode or anode electrode 176 and a phosphor layer 178 are disposed on the surface of the counter substrate 172 facing the support substrate 112.
【0153】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トラインとカソードラインとを介して各画素におけるゲ
ート電極128とエミッタ115との間の電圧を任意に
設定することにより、画素の点灯及び点滅を選択するこ
とができる。即ち、画素の選択は、いわゆるマトリック
ス駆動により、例えば、ゲートラインを線順次に選択し
て所定の電位を付与するのに同期して、カソードライン
に選択信号である所定の電位を付与することにより行な
うことができる。In this flat panel image display device, lighting or blinking of a pixel is selected by arbitrarily setting the voltage between the gate electrode 128 and the emitter 115 in each pixel via the gate line and the cathode line. can do. That is, the pixel selection is performed by so-called matrix driving, for example, by applying a predetermined potential as a selection signal to the cathode line in synchronization with line-sequential selection of gate lines and applying a predetermined potential. Can be done.
【0154】ある1つのゲートラインとある1つのカソ
ードラインとが選択され、夫々所定の電位が付与された
時、そのゲートラインとカソードラインとの交点にある
エミッタ群のみが動作する。エミッタ群より放出された
電子は、アノード電極176に印加された電圧により引
かれ、選択されたエミッタ群に対応した位置の蛍光体層
178に達してこれを発光させる。When a certain gate line and a certain cathode line are selected and given a predetermined potential, only the emitter group at the intersection of the gate line and the cathode line operates. The electrons emitted from the emitter group are attracted by the voltage applied to the anode electrode 176, reach the phosphor layer 178 at the position corresponding to the selected emitter group, and emit it.
【0155】なお、図16図示の表示装置は、図12図
示の電界放出型冷陰極装置を利用して形成されるが、他
の実施の形態、例えばフラーレン123からなるエミッ
タ115を有する電界放出型冷陰極装置を利用した場合
でも、同様に表示装置を形成することができる。また、
これらの電界放出型冷陰極装置を利用して、電力変換装
置例えばパワースイッチング装置のような、表示装置以
外の真空マイクロ装置を形成することもできる。The display device shown in FIG. 16 is formed by using the field emission type cold cathode device shown in FIG. 12, but another embodiment, for example, a field emission type device having an emitter 115 made of fullerene 123. Even when a cold cathode device is used, a display device can be similarly formed. Also,
These field emission cold cathode devices can also be used to form vacuum microdevices other than display devices, such as power conversion devices such as power switching devices.
【0156】以上、本発明を添付の図面に示す実施の形
態を参照して述べたが、本発明は、その思想の範囲にお
いて、図示の実施の形態以外の種々態様で実施すること
が可能である。Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, the present invention can be implemented in various modes other than the illustrated embodiments within the scope of the concept. is there.
【0157】[0157]
【発明の効果】本発明によれば、カーボンナノチューブ
或いはフラーレンを用いてエミッタを形成するため、電
界放出特性が均一で且つ低電圧駆動が可能で電界放出効
率も高い電界放出型冷陰極装置及びその製造方法を提供
することができる。また、本発明によれば、高集積化が
容易で、生産性に富み、且つ同一形状の尖鋭なエミッタ
を多数形成可能な電界放出型冷陰極装置及びその製造方
法を提供することができる。特に、カーボンナノチュー
ブを用いた場合は、エミッタのアスペクト比を高くする
ことができる。According to the present invention, since an emitter is formed by using carbon nanotubes or fullerenes, a field emission cold cathode device having uniform field emission characteristics, capable of driving at a low voltage, and high field emission efficiency, and the same. A manufacturing method can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a field emission type cold cathode device which can easily be highly integrated, has high productivity, and can form a large number of sharp emitters having the same shape, and a manufacturing method thereof. In particular, when carbon nanotubes are used, the aspect ratio of the emitter can be increased.
【図1】(a)、(b)は本発明の実施の形態に係る電
界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断面図。1A and 1B are schematic cross-sectional views showing a field emission cold cathode device according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図2】(a)〜(c)はカーボンナノチューブ及びフ
ラーレンの詳細を示す図。2A to 2C are diagrams showing details of carbon nanotubes and fullerenes.
【図3】(a)、(b)は本発明の別の実施の形態に係
る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断面
図。3A and 3B are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図4】(a)〜(c)は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図。FIGS. 4A to 4C are schematic cross-sectional views showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図5】(a)〜(c)は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図。5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図6】(a)〜(d)は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図。6A to 6D are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図7】(a)、(b)は、夫々、本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面
図。7A and 7B are schematic cross-sectional views showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention.
【図8】(a)〜(c)は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図、(d)はその変更例を示す概略断面図。8A to 8C are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIG. 8D is a schematic cross-sectional view showing a modification thereof. .
【図9】(a)〜(c)は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図、(d)はその変更例を示す概略断面図。9A to 9C are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIG. 9D is a schematic cross-sectional view showing a modification thereof. .
【図10】(a)、(b)は、夫々、本発明の更に別の
実施の形態に係る真空マイクロ装置の一例である平板型
画像表示装置を示す断面図。10A and 10B are cross-sectional views showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.
【図11】(a)、(b)は本発明の更に別の実施の形
態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面図とその
先端部を示す拡大概略図。11A and 11B are a schematic cross-sectional view showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention and an enlarged schematic view showing a tip portion thereof.
【図12】本発明の更に別の実施の形態に係る電界放出
型冷陰極装置を示す概略断面図。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the invention.
【図13】(a)〜(f)は図11(a)図示の電界放
出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断面図。13A to 13F are schematic cross-sectional views showing the field emission cold cathode device shown in FIG. 11A in the order of manufacturing steps.
【図14】(a)〜(h)は図12図示の電界放出型冷
陰極装置を製造工程順に示す概略断面図。14A to 14H are schematic cross-sectional views showing the field emission cold cathode device shown in FIG. 12 in the order of manufacturing steps.
【図15】本発明の更に別の実施の形態に係る電界放出
型冷陰極装置の先端部を示す拡大概略図。FIG. 15 is an enlarged schematic view showing a tip portion of a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the invention.
【図16】本発明の更に別の実施の形態に係る真空マイ
クロ装置の一例である平板型画像表示装置を示す断面
図。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.
【図17】(a)〜(c)は従来の電界放出型冷陰極装
置を製造工程順に示す概略断面図。17A to 17C are schematic cross-sectional views showing a conventional field emission cold cathode device in the order of manufacturing steps.
12…支持基板 14…エミッタ 16…カーボンチューブ 17…フラーレン 18…グラファイトシート 22…グラファイトシート 26…カーボンナノチューブ層 28…カソード配線層 32…充填層 34…導電性材料層 42…カソード電極(収集部材) 44…合成樹脂層 46…導電性材料層 52…絶縁層 54…ゲート電極 62…絶縁層 72…対向基板 73…真空放電空間 74…スペーサ 76…アノード電極 78…蛍光体層 82…アノード電極 112…支持基板 114…カソード配線層 115…エミッタ 116…導電性材料層 118…導電性凸部 122…カーボンナノチューブ 123…フラーレン 124…充填層 126…絶縁層 128…ゲート電極 131…Si単結晶基板(モールド基板) 135…凹部 136…カーボンナノチューブ 137、138…導電性材料層 141…ガラス基板 151…酸化絶縁膜 153…導電性材料層 154…レジスト層 155…開口部 172…対向基板 173…真空放電空間 174…スペーサ 176…アノード電極 178…蛍光体層 12 ... Support substrate 14 ... Emitter 16 ... Carbon tube 17 ... Fullerene 18 ... Graphite sheet 22 ... Graphite sheet 26 ... Carbon nanotube layer 28 ... Cathode wiring layer 32 ... Packed bed 34 ... Conductive material layer 42 ... Cathode electrode (collecting member) 44 ... Synthetic resin layer 46 ... Conductive material layer 52 ... Insulating layer 54 ... Gate electrode 62 ... Insulating layer 72 ... Counter substrate 73 ... Vacuum discharge space 74 ... Spacer 76 ... Anode electrode 78 ... Phosphor layer 82 ... Anode electrode 112 ... Support substrate 114 ... Cathode wiring layer 115 ... Emitter 116 ... Conductive material layer 118 ... Conductive protrusion 122 ... Carbon nanotube 123 ... Fullerene 124 ... Packed bed 126 ... Insulating layer 128 ... Gate electrode 131 ... Si single crystal substrate (molded substrate) 135 ... recess 136 ... Carbon nanotube 137, 138 ... Conductive material layer 141 ... Glass substrate 151 ... Oxide insulating film 153 ... Conductive material layer 154 ... Resist layer 155 ... Aperture 172 ... Counter substrate 173 ... Vacuum discharge space 174 ... Spacer 176 ... Anode electrode 178 ... Phosphor layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−201275(JP,A) 特開 平7−192604(JP,A) 特開 平7−11520(JP,A) 特開 平7−254370(JP,A) 特開 平9−221309(JP,A) 特開 平6−227806(JP,A) 特開 平8−188406(JP,A) 特開 平6−331309(JP,A) 特表2000−500905(JP,A) Walt A.de Heer,A Carbon Nanotube Fi eld−Emission Elect ron Source,SCIENC E,第270巻,第5239号,p.1179− 1180 遠藤守信,カーボンナノチューブの生 成、構造と物性,表面,第32巻,第5 号,p.277−283 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 1/304 H01J 9/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-7-201275 (JP, A) JP-A-7-192604 (JP, A) JP-A-7-11520 (JP, A) JP-A-7- 254370 (JP, A) JP 9-221309 (JP, A) JP 6-227806 (JP, A) JP 8-188406 (JP, A) JP 6-331309 (JP, A) Table 2000-500905 (JP, A) Walt A. de Heer, A Carbon Nanotube Field-Emission Electron Source, SCIENCE E, Vol. 270, No. 5239, p. 1179-1180 Morinobu Endo, Generation of Carbon Nanotubes, Structure and Properties, Surface, Volume 32, No. 5, p. 277-283 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 1/304 H01J 9/02
Claims (17)
うにカーボンナノチューブを具備する電子を放出するた
めのエミッタと、 前記支持部材と協働して前記エミッタを包囲する真空放
電空間を形成する包囲部材と、 前記エミッタに対して間隔をおいて配設され且つ前記エ
ミッタとの間の電位差により前記エミッタから電子が放
出されるように配設された引出し電極と、 を具備し、 前記カーボンナノチューブは、炭素の6員環の連なりか
らなるグラファイトシートを、0.426nmの周期を
有する方向において、円筒状に巻いた構造を有すること
と、 前記エミッタは前記支持部材に支持された導電性凸部を
具備し、前記カーボンナノチューブは前記導電性凸部の
先端部に支持されることと、 を特徴とする真空マイクロ装置。1. A support member, an emitter disposed on the support member, for emitting electrons having carbon nanotubes to enhance field emission efficiency, and the support member in cooperation with the emitter. An enclosing member that forms an enclosing vacuum discharge space, and an extraction electrode that is arranged at a distance from the emitter and is arranged so that electrons are emitted from the emitter due to a potential difference between the emitter and the emitter. The carbon nanotube has a structure in which a graphite sheet made of a series of carbon 6-membered rings is wound in a cylindrical shape in a direction having a period of 0.426 nm, and the emitter is the support member. A conductive protrusion that is supported by the carbon nanotube, the carbon nanotube being supported by the tip of the conductive protrusion. Micro devices.
うにカーボンナノチューブを具備する電子を放出するた
めのエミッタと、 前記支持部材と協働して前記エミッタを包囲する真空放
電空間を形成する包囲部材と、 前記エミッタに対して間隔をおいて配設され且つ前記エ
ミッタとの間の電位差により前記エミッタから電子が放
出されるように配設された引出し電極と、 を具備し、 前記カーボンナノチューブは、炭素の6員環の連なりか
らなるグラファイトシートを、0.738nmの周期を
有する方向において、円筒状に巻いた構造を有すること
と、 前記エミッタは前記支持部材に支持された導電性凸部を
具備し、前記カーボンナノチューブは前記導電性凸部の
先端部に支持されることと、 を特徴とする真空マイクロ装置。2. A support member, an emitter disposed on the support member and configured to emit electrons having carbon nanotubes to enhance field emission efficiency, and the support member in cooperation with the emitter. An enclosing member that forms an enclosing vacuum discharge space, and an extraction electrode that is arranged at a distance from the emitter and is arranged so that electrons are emitted from the emitter due to a potential difference between the emitter and the emitter. The carbon nanotube has a structure in which a graphite sheet made of a series of carbon 6-membered rings is wound into a cylindrical shape in a direction having a period of 0.738 nm, and the emitter is the support member. A conductive protrusion that is supported by the carbon nanotube, the carbon nanotube being supported by the tip of the conductive protrusion. Micro devices.
ブを具備することを特徴とする請求項1または2に記載
の真空マイクロ装置。3. A vacuum micro device according to claim 1 or 2, characterized in that said emitter comprises a plurality of carbon nanotubes.
層を更に具備し、前記エミッタは前記カソード配線層上
に配設されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
かに記載の真空マイクロ装置。Wherein comprising the supporting cathode wiring layer disposed on a member further either the emitter of claims 1 to 3, characterized in that it is arranged on the cathode wiring layer
Vacuum micro device according to any.
r、Ni、Cuからなる群から選択された材料から形成
されることを特徴とする請求項4に記載の真空マイクロ
装置。5. The cathode wiring layer is Mo, Ta, W, C
The vacuum microdevice according to claim 4 , wherein the vacuum microdevice is formed of a material selected from the group consisting of r, Ni, and Cu.
導電性凸部に埋設されることを特徴とする請求項1乃至
5のいずれかに記載の真空マイクロ装置。6. to claim 1, wherein the carbon nanotubes embedded in the part on the conductive projection
5. The vacuum microdevice according to any one of 5 above.
Ni、Si、LaB6 、AlN、GaN、グラファイ
ト、ダイヤモンドからなる群から選択された材料から形
成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに
記載の真空マイクロ装置。7. The conductive protrusions are Mo, Ta, W, Cr,
7. The vacuum microdevice according to claim 1 , wherein the vacuum microdevice is made of a material selected from the group consisting of Ni, Si, LaB 6 , AlN, GaN, graphite and diamond.
とを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の真空
マイクロ装置。Wherein said supporting member is a vacuum micro device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is formed from a synthetic resin.
ブを具備し、それ等の70%以上は30nm以下の直径
を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに
記載の真空マイクロ装置。Wherein said emitter comprises a plurality of carbon nanotubes, a vacuum micro device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it has 70% or more below the diameter 30nm it like.
の5員環、6員環、7員環を含むグラファイトシートに
より閉じられていることを特徴とする請求項1乃至9の
いずれかに記載の真空マイクロ装置。10. The end portion of the carbon nanotube is closed by a graphite sheet containing a 5-membered ring, a 6-membered ring and a 7-membered ring of carbon .
The vacuum microdevice according to any one of claims.
ノチューブにおいて、底部の直径に対する高さを表すア
スペクト比は、3以上で1×106 以下であることを特
徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の真空マイ
クロ装置。11. The carbon nanotube forming the emitter has an aspect ratio representing a height with respect to a diameter of a bottom portion of 3 or more and 1 × 10 6 or less, according to any one of claims 1 to 10. The vacuum microdevice according to 1.
3 以下であることを特徴とする請求項11に記載の真空
マイクロ装置。12. The aspect ratio is 3 or more and 1 × 10.
The vacuum microdevice according to claim 11 , wherein the vacuum microdevice is 3 or less.
た、電子を放出することのできる導電性充填層を更に具
備することを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに
記載の真空マイクロ装置。Wherein said disposed within the carbon nanotube, vacuum micro device according to any one of claims 1 to 12, characterized by further comprising a conductive filler layer capable of emitting electrons.
i、Si、LaB6 、AlN、GaN、グラファイト、
ダイヤモンドからなる群から選択された材料から形成さ
れることを特徴とする請求項13に記載の真空マイクロ
装置。14. The filling layer is Mo, Ta, W, Cr, N.
i, Si, LaB 6 , AlN, GaN, graphite,
14. The vacuum microdevice according to claim 13 , wherein the vacuum microdevice is formed of a material selected from the group consisting of diamond.
れたゲート電極からなることを特徴とする請求項1乃至
14のいずれかに記載の真空マイクロ装置。15. The extraction electrode to claim 1, characterized in that it consists supported gate electrode on the support member
15. The vacuum microdevice according to any one of 14 .
部材上に配設されたアノード電極を更に具備することを
特徴とする請求項15に記載の真空マイクロ装置。16. The vacuum microdevice according to claim 15 , further comprising an anode electrode disposed on the surrounding member at a position facing the emitter.
る位置で前記包囲部材上に配設されたアノード電極から
なることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記
載の真空マイクロ装置。17. The extraction electrode vacuum micro device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that an anode electrode disposed on said enclosing member at a position facing the emitter.
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