JP4092356B2

JP4092356B2 - 炭素ナノチューブの形成方法及びそれを利用した電界放出素子の製造方法

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Publication number: JP4092356B2
Application number: JP2006034351A
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Inventors: 永俊朴; 夏辰金
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Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2008-05-28
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Description

本発明は、炭素ナノチューブの形成方法及びそれを利用した電界放出素子の製造する方法に係り、特に、電界放出素子のエミッタとして適した密度を有する炭素ナノチューブの形成方法及びそれを利用した電界放出素子の製造方法に関する。

炭素ナノチューブ（ＣａｒｂｏｎＮａｎｏＴｕｂｅ：ＣＮＴ）は、電界放出素子（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ：ＦＥＤ）の電子放出源として非常に注目されている物質である。このＣＮＴの成長方法には、熱化学気相蒸着（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法、アーク放電法、レーザ連動法、プラズマ補強化学気相蒸着（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣＶＤ：ＰＥＣＶＤ）法などがある。

そのうち、熱ＣＶＤ法は、基板上に形成された電極の表面に触媒金属層を形成し、次いで、約５００℃〜９００℃の温度を維持する反応炉内にＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_４、Ｃ_２Ｈ_６、ＣＯまたはＣＯ_２のような炭素含有ガスとＨ_２、Ｎ_２またはＡｒガスとを共に注入して、触媒金属層の表面から垂直方向にＣＮＴを成長させるものである。一方、ＰＥＣＶＤ法も、触媒金属を利用してＣＮＴを成長させるＣＶＤ法のうちの一つである。

図１Ａは、前記のようなＣＶＤ法により形成されたＦＥＤのＣＮＴエミッタを示すＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）イメージであり、図１Ｂは、前記図１ＡのＣＮＴを拡大して示したＳＥＭイメージである。前記図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ＣＮＴは、触媒金属層の表面に非常に稠密に形成される。

図２Ａないし図２Ｃは、ＦＥＤの電子放出源であってＣＮＴの密度と電界放出特性との関係を示す図面である。図２Ａは、ＣＮＴの間隔による電界浸透程度を表すシミュレーション結果である。等電位線ｆを見れば、ＣＮＴＣ１〜Ｃ５の間隔が狭くなるほど、電界がそれらの間に浸透できずにスクリーン形態に形成される、いわゆるスクリーニング効果により電界補強が減少するということが分かる。図２Ｂ及び図２Ｃは、ＣＮＴの間隔によって電界補強及び電子放出による電流密度を示す。図２Ｂ及び図２Ｃに示したように、ＣＮＴの間隔が約２μｍより狭い範囲では、間隔が狭くなるほど電界補強が減り、したがって、電流密度も急激に低下する。

すなわち、ＦＥＤの電子放出源であるＣＮＴの成長において、ＣＮＴの密度を適正なレベルに低めることによって電界放出特性を向上させる。したがって、成長するＣＮＴの密度を調節できるＣＮＴの形成方法が要求される。

本発明の目的は、ＣＮＴの形成において、ＣＮＴの密度を調節できるＣＮＴの形成方法を提供するところにある。

本発明の他の目的は、ＣＮＴエミッタの密度を調節することによって、優秀な電子放出特性を有するＦＥＤの製造方法を提供するところにある。

前記目的を達成するために、本発明によるＣＮＴの形成方法は、上面にシリコン層が形成された基板を設けるステップ、前記基板のシリコン層上にバッファ層及び触媒金属層を順次に形成するステップ、前記基板をアニーリングして、前記シリコン層に含まれるシリコンが、前記バッファ層及び触媒金属層に拡散し、部分的にメタルシリサイドドメインを形成するステップ、及び前記触媒金属層の表面にＣＮＴを成長させるステップを含み、前記触媒金属層の厚さは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであり、前記バッファ層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり、前記アニーリングの温度は４５０℃〜８５０℃であり、前記アニーリング時間は１秒〜３０分である。

前記他の目的を達成するために、本発明によるＦＥＤの製造方法は、シリコン層がその上面に形成された負極、前記負極を覆うゲート絶縁層及びゲート電極が形成された基板を準備するステップ、前記ゲート電極及びゲート絶縁層に、その底部に前記シリコン層を露出させるウェルを形成するステップ、前記シリコン層上にバッファ層及び触媒金属層を順次に形成するステップ、前記基板をアニーリングして、前記シリコン層に含まれるシリコンが、前記バッファ層及び触媒金属層に拡散し、部分的にメタルシリサイドドメインを形成するステップ、及び前記触媒金属層の表面にＣＮＴを成長させてＣＮＴエミッタを形成するステップを含み、前記触媒金属層の厚さは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであり、前記バッファ層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり、前記アニーリングの温度は４５０℃〜８５０℃であり、前記アニーリング時間は１秒〜３０分である。

本発明は、熱ＣＶＤ法でＣＮＴを成長させるとき、触媒金属のうち、メタルシリサイドが形成された領域には、ＣＮＴが成長しない性質を利用して、ＣＮＴを触媒金属層の表面に適正な密度で形成させることである。

前記メタルシリサイドは、前記シリコン層に含まれるシリコンが触媒金属層とシリコン層との間の拡散により、シリコン層とバッファ層と触媒金属層とにわたり部分的に形成され、前記バッファ層は、それらの二層の間で拡散作用を緩和させてメタルシリサイドが形成される程度の調節を容易にする役割を行う。

本発明によれば、ＣＮＴの形成において、簡単な熱処理工程によりＣＮＴの密度を調節可能にしたＣＮＴの形成方法を提供できる。

また、既存のＣＶＤ設備を活用してＣＮＴエミッタの密度を調節可能にすることによって、少ない努力及び低コストで優秀な電子放出特性を有するＦＥＤを容易に製造可能にする。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明によるＣＮＴの形成方法及びそれを利用したＦＥＤの製造方法の実施形態を詳細に説明する。

まず、図３は、鉄（Ｆｅ）を触媒金属として熱ＣＶＤ法を実施した後、触媒金属層の物質の結合エネルギーを分析したグラフである。シリコン層上にＦｅを蒸着させ、８５０℃の高温で熱ＣＶＤ法を実施した場合（ｂ）は、室温に置いた場合（ａ）と違って、Ａ領域、すなわち結合エネルギーが７２５ｅＶ〜７３０ｅＶである領域でピークが表れる。これは、ケイ化鉄（ＦｅＳｉ）が形成されたことを示す。

これに対して、シリコンとＦｅとの間に窒化チタン（ＴｉＮ）層を十分な厚さに形成した場合（ｃ），（ｄ）には、前記ＴｉＮ層がＦｅとシリコンとの間の拡散を防止する拡散障壁として作用してＦｅＳｉが形成されない。したがって、ＦｅＳｉは、Ｆｅとシリコン層との間の拡散により形成されることが分かる。

図４Ａは、触媒金属層とシリコン層との間に拡散障壁がない場合の熱ＣＶＤ法の実施結果を示すＳＥＭイメージである。図４Ａは、前述したように触媒金属がケイ化されてその表面にＣＮＴが成長しないことを示す。一方、図４Ｂは、触媒金属層とシリコン層との間に拡散障壁を置き、熱処理なしにＣＶＤ法でＣＮＴを成長させた結果を示すＳＥＭイメージである。拡散障壁が触媒金属層とシリコン層との間で生じる物質の拡散を遮断して、触媒金属層にケイ化物が形成されていないので、ＣＮＴが非常に稠密に形成された。

図５は、本発明によって触媒金属層とシリコン層との間にバッファ層を配置し、熱処理を経てＣＶＤ法でＣＮＴを成長させた結果を示す模式図である。前記触媒金属層及びバッファ層を適切な厚さに形成し、かつアニーリングすることによって、触媒金属層５０にケイ化物を適切に形成させた後、熱ＣＶＤ法を実施すれば、前記図５に示したように、適切な間隔で分布されたＣＮＴ６０が得られる。

図６Ａないし図６Ｃは、本発明によるＣＮＴの形成方法の実施形態を示す工程図である。まず、図６Ａに示したように、上面にシリコン層３０が形成された基板２０を設け、前記シリコン層３０上にバッファ層４０及び触媒金属層５０を順次に形成する。前記基板２０としては、ガラス、金属など多様な素材で形成される基板が使われ、熱ＣＶＤ工程で変形されずに耐えられるほどの物性を有する素材であればよい。

シリコン層３０は、非晶質シリコンからなってもよく、結晶質またはその他の形態のシリコンからなってもよい。基板がシリコンウェーハである場合は、別途のシリコン層は必要ではなくなる。

シリコン層３０上には、バッファ層４０が形成される。バッファ層４０は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃｕまたはそれらの金属の合金を前記シリコン層３０の表面に蒸着させることによって形成されうる。高温で物質の拡散を遮断する、拡散障壁とも呼ばれる前記バッファ層４０は、拡散による層間の物質移動を遮断するか、または緩和させる。バッファ層４０が適正な厚さに形成される場合、高温工程での層間の物質拡散を制御可能にする。

前記バッファ層４０上には、触媒金属層５０が形成される。触媒金属層５０は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ａｕ、Ｐｄまたはそれらの金属の合金を前記バッファ層４０の表面に蒸着させることによって形成されうる。触媒金属層５０は、熱ＣＶＤ法でＣＮＴを成長させるとき、その表面からＣＮＴを垂直に成長させる。

前記バッファ層４０及び触媒金属層５０は、マグネトロンスパッタリングや電子ビーム蒸着により形成されることが望ましい。

シリコン層３０上にバッファ層４０及び触媒金属層５０が形成されると、それらの層が形成された基板をアニーリングする。アニーリングは、真空雰囲気で赤外線加熱方式または抵抗加熱方式で進められることが望ましく、その温度及び時間は、基板の耐熱温度、触媒金属層とバッファ層の厚さ及び所望のＣＮＴの密度などにより決まる。

例えば、基板がガラスで形成された場合、ガラス基板の耐熱温度に鑑みてアニーリング温度が約５８０℃を超えないようにする。時間は、前述した制限要素を考慮して決めるが、温度が高ければ、時間を短縮し、温度が低ければ、時間を延長する方法で類似した密度が得られる。

このようなアニーリング過程を経つつ、図６Ｂに示したように、前記シリコン層３０、バッファ層４０及び触媒金属層５０の間の拡散により部分的にメタルシリサイドドメイン３５が形成される。メタルシリサイドドメイン３５は、アニーリング条件が同一であれば、前記触媒金属層５０の全面にわたって均一に分布され、アニーリング温度の上昇及び時間の延長によってその比率が向上する。

アニーリング過程を経た後、図６Ｃに示したように、熱ＣＶＤ法を利用して前記基板上にＣＮＴを成長させる。ＣＮＴは、熱ＣＶＤ法またはＰＥＣＶＤ法を利用できるが、触媒金属の表面にＣＮＴを成長させうる方法であればよく、それらの方法に限定されるものではない。

一例として、熱ＣＶＤ法を利用する場合、約５００℃〜９００℃の温度を維持する反応炉内にＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_４、Ｃ_２Ｈ_６、ＣＯまたはＣＯ_２のような炭素含有ガスとＨ_２、Ｎ_２またはＡｒガスとを共に注入すると、前記触媒金属層５０の表面に垂直方向にＣＮＴ６０が形成される。

しかし、このようなＣＮＴ６０は、前述したように、メタルシリサイドドメイン３５の表面では成長せず、前記メタルシリサイドドメイン外の領域５５でのみ成長する。したがって、ＣＮＴ６０は、触媒金属層５０がケイ化された程度によって所定の間隔で分布されうる。

前述したＣＮＴの形成方法は、ＦＥＤのエミッタの形成に限定されるものではないので、触媒金属層及びバッファ層の厚さ、アニーリング温度及び時間などの条件は、ＣＮＴの用途によって変わりうる。すなわち、本発明によるＣＮＴの形成方法は、前記アニーリング温度及び時間を調節することによって、ＣＮＴの密度を制御可能にする。

図７Ａないし図７Ｄは、本発明によるＦＥＤの製造方法の実施形態を示す工程図である。まず、図７Ａに示したように、基板２１の上面に負極２５、シリコン層３０、ゲート絶縁層８０及びゲート電極９０を形成する。一例として、ガラス基板２１の上面にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）電極をパターニングし、その上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層３０を形成することが望ましい。

その上にＳｉＯ_２などの絶縁性物質でゲート絶縁層８０を形成し、その上にＣｒなどの金属を蒸着した後にパターニングしてゲート電極９０を形成する。また、所定位置に前記ゲート電極及びゲート絶縁層を貫通するウェルを形成し、その底部に前記シリコン層３０を露出させる。

次いで、図７Ｂに示したように、バッファ層４０及び触媒金属層５０を蒸着する。バッファ層４０は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃｕまたはそれらの金属の合金を前記シリコン層３０の表面に蒸着させることによって形成されうる。触媒金属層５０は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ａｕ、Ｐｄまたはそれらの金属の合金を前記バッファ層４０の表面に蒸着させることによって形成されうる。前記シリコン層３０の表面に選択的に蒸着するために、フォトレジストリフトオフ法を利用することが望ましく、バッファ層４０および触媒金属層５０の蒸着方法としては、マグネトロンスパッタリングまたは電子ビーム蒸着法を利用することが望ましい。

次いで、本発明による特徴的な工程として、バッファ層４０及び触媒金属層５０が形成された前記基板をアニーリングする。基板の変形が起こらない温度範囲内でアニーリングして、前記シリコン層、バッファ層及び触媒金属層の間の拡散を促進させ、したがって、触媒金属層５０に部分的にメタルシリサイドドメインを形成させる。

アニーリングは、真空雰囲気で行われることが望ましく、赤外線加熱、抵抗加熱、高周波加熱など多様な手段により行われうる。ただし、工程を単純化し、かつ追加的な設備を減らすためには、熱ＣＶＤ法に使われるような加熱方式を使用することが望ましい。例えば、アニーリング及び熱ＣＶＤ法に共通的に赤外線加熱方式を使用できる。このような赤外線加熱方式により前記基板の上面が均一に加熱されれば、触媒金属層５０のケイ化も均一になされるので、メタルシリサイドドメインが均一に分布されうる。図７Ｃは、アニーリングを通じてメタルシリサイドドメイン３５が形成された状態を示す。

前記メタルシリサイドを適正に形成させるためには、前記触媒金属層の厚さを０．５ｎｍ〜１０ｎｍほどに、前記バッファ層の厚さを１ｎｍ〜１０ｎｍほどに形成することが望ましい。触媒金属層及びバッファ層が過度に薄くなれば、拡散によるケイ化程度を制御し難くし、触媒金属層及びバッファ層が過度に厚く形成されれば、シリコンが前記触媒金属層の表面まで拡散されないという問題が発生しうる。

また、前記アニーリングは、４５０℃〜８５０℃の温度で約１秒〜３０分間多様な温度及び時間の組み合わせで行われうる。ただし、本実施形態によれば、製造上の効率性及びガラス基板の耐熱温度を考慮して、４５０℃〜５８０℃の温度で５分〜３０分間アニーリングすることが望ましい。４５０℃より低い温度で３０分より長くアニーリングしても類似した効果が得られ、基板が５８０℃より高い温度でも変形しないのであれば、それより高い温度で５分より短くアニーリングしても類似した効果が得られる。

次いで、アニーリングされてメタルシリサイドドメイン３５が形成された前記触媒金属層５０の表面にＣＮＴ６０を成長させる。前記アニーリング工程と共通するように、赤外線加熱方式を使用する熱ＣＶＤ法を利用することが望ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ＰＥＣＶＤ法を利用しても良い。図７Ｄに示したように、触媒金属層５０の表面のうち、メタルシリサイドドメイン３５以外の領域からＣＮＴ６０が形成され、前記ＣＮＴ６０が互いに所定の間隔を有するように分布され、それを通じて優秀な電界放出特性を有するＣＮＴエミッタが提供される。

図８は、本発明によるアニーリング工程の温度及び時間条件の一例を示すグラフである。アニーリング工程の温度及び時間条件は、前述した色々な制限条件によって決まる。例えば、前記基板がガラスで、前記シリコン層が非晶質シリコンで、前記バッファ層が約１ｎｍのＡｌと約５ｎｍのＴｉ層で、前記触媒金属層が約５ｎｍのインバーでそれぞれ形成された場合、アニーリング工程の温度は約５００℃とし、時間は約１０分とし、前後２５分ずつ加熱及び冷却時間を置く。また、前述したように、ガラス基板が変形されない範囲内で温度をさらに上昇させ、時間をさらに短縮しても類似した効果が得られる。

図９は、本発明による熱ＣＶＤ工程の温度及び時間条件の一例を示すグラフである。一例として、前記図７の場合と同じ条件であるとき、赤外線加熱方式の熱ＣＶＤ法を利用すれば、Ｎ_２雰囲気で約２０分間温度を上昇させ、ＣＯとＨ_２とを注入して約２０分間５５０℃ほどの温度に維持した後、約５０ｔｏｒｒの真空状態で約２０分間温度を下降させる過程を通じてＣＮＴを成長させうる。しかし、以上の温度及び時間条件は、一つの例示に過ぎず、本発明のＣＮＴの形成方法はこれに限定されるものではない。

図１０Ａないし図１０Ｆは、本発明によるアニーリング工程の温度を異ならせてＣＮＴを形成した結果を示すＳＥＭイメージである。共通的に１０分間真空アニーリングした後、２０分間熱ＣＶＤを行った結果であって、アニーリング温度によるＣＮＴの密度の変化を示す。

図１０Ａは、実質的にアニーリング工程を経ない例を示し、図１０Ｂは、４５０℃で、図１０Ｃは、４６０℃でアニーリングした場合のＣＮＴ状態を示す。図１０Ｄないし図１０Ｆは、アニーリング温度を１０°ずつ上昇させた場合の結果を示す。図１０Ｃのように、約４６０℃の温度で１０分ほどアニーリングした場合から、ＣＶＤにより形成されたＣＮＴの密度が著しく減ったことが分かる。すなわち、ＣＮＴの間隔が広くなったことが分かる。

図１１は、図１０Ａないし図１０ＦのＣＮＴを電子放出源とした電界放出の実験結果を示すグラフである。約２×１０^−５ｔｏｒｒほどの真空でダイオード放出特性を実験したものであって、正極はＩＴＯ電極が形成された基板とし、正極と負極との間隔は３００μｍとした。図１０に示したように、４５０℃でアニーリングした場合及び４６０℃でアニーリングした場合、アニーリング工程を経ない場合より電流密度の面でさらに優秀な特性を表す。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、４８０℃及び５００℃の温度でアニーリングした基板をスパッタリングし、表面深度による成分分布を調べたグラフである。図１２Ａと図１２Ｂとを比較するときに注目する点は、シリコンが拡散されて表層にさらに近く分布されているという点である。これは、前述したように、シリコンがバッファ層を通じて拡散されて、触媒金属層であるインバーに含まれたＦｅ、Ｎｉなどをケイ化させたことを表す。

図１３は、本発明の望ましい実施形態によって形成されたＣＮＴを示すＳＥＭイメージである。図１３は、図８を通じて説明した実施形態と同じ厚さにシリコン層、バッファ層及び触媒金属層がそれぞれ形成された基板を約４８０℃の温度で約１８分間真空アニーリングした後、約５５０℃の温度で約３０分間５０ｔｏｒｒの真空状態に熱ＣＶＤを行った結果を示す。

図１３において、ＣＮＴの間隔は約５００ｎｍであるが、これは、図１Ｂに比較するとき、電界補強値と放出密度値とが折衷された適正な間隔である。すなわち、電界放出特性にすぐれたＦＥＤのエミッタを得るためには、前記アニーリング及び熱ＣＶＤ条件によることが望ましい。

図１４は、本発明の実施形態によって製造された三極構造のＦＥＤを示すイメージである。ゲート電圧Ｖｇ＝１００Ｖ、正極電圧Ｖａ＝５００Ｖの条件で、放出電子により電流Ｉａは６５μＡ値を有する。図１４に示したように、本発明によるＦＥＤの製造方法の実施形態により、優秀な特性を有する電界放出表示装置が得られる。

以上、本発明による望ましい実施形態が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲により決定されなければならない。

本発明は、電界放出素子関連の技術分野に適用可能である。

ＣＶＤ法により形成されたＦＥＤのＣＮＴエミッタを示すＳＥＭイメージである。図１ＡのＣＮＴを拡大して示すＳＥＭイメージである。ＦＥＤの電子放出源であってＣＮＴの密度と電界放出特性との関係を示す図面である。ＦＥＤの電子放出源であってＣＮＴの密度と電界放出特性との関係を示す図面である。ＦＥＤの電子放出源であってＣＮＴの密度と電界放出特性との関係を示す図面である。Ｆｅを触媒として熱ＣＶＤ法を実施した後、触媒金属層の物質の結合エネルギーを分析したグラフである。触媒金属層とシリコン層との間に拡散障壁がない場合、ＣＮＴの成長結果を示すＳＥＭイメージである。触媒金属層とシリコン層との間に拡散障壁がある場合、ＣＮＴの成長結果を示すＳＥＭイメージである。本発明によって触媒金属層とシリコン層との間にバッファ層がある場合、ＣＮＴの成長結果を示す模式図である。本発明によるＣＮＴの形成方法の実施形態を示す工程図である。本発明によるＣＮＴの形成方法の実施形態を示す工程図である。本発明によるＣＮＴの形成方法の実施形態を示す工程図である。本発明によるＦＥＤの製造方法の実施形態を示す工程図である。本発明によるＦＥＤの製造方法の実施形態を示す工程図である。本発明によるＦＥＤの製造方法の実施形態を示す工程図である。本発明によるＦＥＤの製造方法の実施形態を示す工程図である。本発明によるアニーリング工程の時間及び温度条件の一例を示すグラフである。本発明による熱ＣＶＤ工程の時間及び温度条件の一例を示すグラフである。本発明によるアニーリング工程の温度を異ならせてＣＮＴを形成した結果を示すＳＥＭイメージである。本発明によるアニーリング工程の温度を異ならせてＣＮＴを形成した結果を示すＳＥＭイメージである。本発明によるアニーリング工程の温度を異ならせてＣＮＴを形成した結果を示すＳＥＭイメージである。本発明によるアニーリング工程の温度を異ならせてＣＮＴを形成した結果を示すＳＥＭイメージである。本発明によるアニーリング工程の温度を異ならせてＣＮＴを形成した結果を示すＳＥＭイメージである。本発明によるアニーリング工程の温度を異ならせてＣＮＴを形成した結果を示すＳＥＭイメージである。図１０Ａないし図１０ＦのＣＮＴを電子放出源とした電界放出の実験結果を示すグラフである。４８０℃温度のアニーリングを経た基板をスパッタリングし、表面深度による成分分布を調べたグラフである。５００℃温度のアニーリングを経た基板をスパッタリングし、表面深度による成分分布を調べたグラフである。本発明の望ましい実施形態によって形成されたＣＮＴを示すＳＥＭイメージである。本発明の望ましい実施形態によって製造された三極構造のＦＥＤを示すイメージである。

符号の説明

２０基板、
３０シリコン層、
３５メタルシリサイドドメイン、
４０バッファ層、
５０触媒金属層、
５５メタルシリサイドドメイン外の領域、
６０ＣＮＴ。

Claims

上面にシリコン層が形成された基板を設けるステップと、
前記基板のシリコン層上にバッファ層及び触媒金属層を順次に形成するステップと、
前記基板をアニーリングして、前記シリコン層に含まれるシリコンが、前記バッファ層及び触媒金属層に拡散し、部分的にメタルシリサイドドメインを形成するステップと、
前記触媒金属層の表面に炭素ナノチューブを成長させるステップと、を含み、
前記触媒金属層の厚さは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであり、
前記バッファ層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり、
前記アニーリングの温度は４５０℃〜８５０℃であり、
前記アニーリング時間は１秒〜３０分であることを特徴とする炭素ナノチューブの形成方法。
前記シリコン層は、非晶質または結晶質のシリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの形成方法。
前記アニーリングは、真空雰囲気で赤外線加熱方式または抵抗加熱方式によることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの形成方法。
前記触媒金属層は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウムまたはそれらの金属の合金からなるグループから選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの形成方法。
前記バッファ層は、チタン、窒化チタン、アルミニウム、クロム、ニオブ、銅またはそれらの金属の合金からなるグループから選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの形成方法。
前記バッファ層及び触媒金属層は、マグネトロンスパッタリング方法または電子ビーム蒸着方法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの形成方法。
前記炭素ナノチューブは、熱化学気相蒸着法またはプラズマ補強化学気相蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの形成方法。
シリコン層がその上面に形成された負極、前記負極を覆うゲート絶縁層及びゲート電極が形成された基板を準備するステップと、
前記ゲート電極とゲート絶縁層及びその底部に前記シリコン層を露出させるウェルを形成するステップと、
前記シリコン層上にバッファ層及び触媒金属層を順次に形成するステップと、
前記基板をアニーリングして、前記シリコン層に含まれるシリコンが、前記バッファ層及び触媒金属層に拡散し、部分的にメタルシリサイドドメインを形成するステップと、
前記触媒金属層の表面に炭素ナノチューブを成長させて炭素ナノチューブエミッタを形成するステップと、を含み、
前記触媒金属層の厚さは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであり、
前記バッファ層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり、
前記アニーリングの温度は４５０℃〜８５０℃であり、
前記アニーリング時間は１秒〜３０分であることを特徴とする電界放出素子の製造方法。
前記シリコン層は、非晶質シリコンからなることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子の製造方法。
前記アニーリングは、真空雰囲気で赤外線加熱方式によることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子の製造方法。
前記触媒金属層は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウムまたはそれらの金属の合金からなるグループから選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子の製造方法。
前記バッファ層は、チタン、窒化チタン、アルミニウム、クロム、ニオブ、銅またはそれらの金属の合金からなるグループから選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子の製造方法。
前記バッファ層及び触媒金属層は、マグネトロンスパッタリング方法または電子ビーム蒸着方法により形成されることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子の製造方法。
前記炭素ナノチューブは、熱化学気相蒸着法またはプラズマ補強化学気相蒸着法により形成されることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子の製造方法。
上面にシリコン層が形成された基板を設けるステップと、
前記基板のシリコン層上にバッファ層及び触媒金属層を順次に形成するステップと、
前記基板をアニーリングして、前記シリコン層に含まれるシリコンが、前記バッファ層及び触媒金属層の間に拡散し、部分的にメタルシリサイドドメインを形成させるステップと、
前記触媒金属層の表面に炭素ナノチューブを成長させるステップと、を含み、
前記触媒金属層の厚さは０．５ｎｍ〜１０ｎｍに調整し、
前記バッファ層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍに調整し、
前記アニーリングの温度は４５０℃〜８５０℃に調整し、
前記アニーリング時間は１秒〜３０分に調整し、メタルシリサイドドメインの外の触媒金属層の表面から成長する炭素ナノチューブの密度を調節することを特徴とする炭素ナノチューブの密度制御方法。